ESTABILIZACIÓN DE SUELO: Generalmente, los suelos que se encuentran en el lugar de la obra vial a construir o en sus alrededores, no poseen las características físicas – mecánicas necesarias para que ellos puedan soportar las cargas procedentes del tráfico que han de estar sometidos. Según estudios, numerosos tipos de suelos pueden ser modificados mediante la adición de alguna sustancia o material, o bien mediante la aplicación de algún procedimiento mecánico para transformar los de un suelo no apto para uso en estructuras viales en otro perfectamente adaptado a esos fines. El método de lograr este tipo de modificación es uno de los problemas que confronta diariamente el ingeniero vial, ya que existen numerosos lugares, tanto en Venezuela como en el resto del mundo, en los que la única alternativa económicamente viable es este tipo de transformación ya que no existen otros tipos de materiales. Es por ello por lo que se recurre a las estabilizaciones, que no son más que “El conjunto de procesos para au mentar la calidad de los materiales para evitar las deformaciones plásticas o disminuirlas a un valor mínimo de acuerdo a las solidificaciones de cargas y de climas que soportarán”. “Es el procedimiento por medio del cual se le da a los suelos naturales suficiente resistencia adhesiva o de fricción y resistencia al esfuerzo cortante para soportar el tráfico bajo condiciones del clima dominante, sin que se produzcan deformación perjudicial de la estructura”. Por consiguiente, se pude definir la estabilización de los suelos, en su sentido más amplio, “Como el proceso de mejoramiento del suelo a fin de hacerlo apto para su uso en bases y sub- bases de pavimento”. Como en todo problema de ingeniería, serán las consideraciones de tipo económico las que finalmente determinen la efectividad de un proceso de estabilización, ya que éste tendrá que ser efectivo dentro de ciertos límites económicamente aceptables.
En el caso de pavimentos flexibles éstos derivan su capacidad de soporte de las cargas, no del trabajo a flexión de la placa, como en el caso de los pavimentos rígidos, sino mediante la distribución de los esfuerzos transmitidos a través de espesores finitos del pavimento, para así disminuir las presiones que actúan sobre la rasante. El proceso de estabilización en este tipo de pavimento lógicamente deberá incrementar la resistencia del suelo de la sub-rasante para su uso en una sub-base, o bien mejorar la resistencia del suelo de la sub-base para que éste pueda ser utilizado en la base del pavimento. En el caso particular de pavimentos rígidos, éstos derivan su capacidad de soporte de la placa del pavimento propiamente dicho, con lo cual se podría poner en duda la utilidad de una estabilización del material de la base. Sin embargo, las bases en los pavimentos rígidos tienen, primordialmente otras funciones tales como: Control de bombeo y drenaje. Control de la acción de las heladas en climas templados. Control de encogimiento e hinchamiento de suelos expansivos en la subrasante, etc. Entonces el uso se justifica si sirve alguna de las funciones antes mencionadas en el pavimento. Algunos aditivos mejoran notablemente las propiedades del suelo, pero no siempre son utilizables por entrar en juego consideraciones de tipo económico. El área cubierta por el pavimento es una extensión muy grande y, por ende, la cantidad de aditivo o material puede llegar a ser muy elevada aún usándose un material muy pequeño. Esto puede traer consigo costos prohibitivos para el método. La selección de la mezcla apropiada de suelo y material estabilizante dependerá, en general, del uso a que vaya ser destinado el nuevo material y de ciertas pruebas de laboratorio arbitrariamente establecidas a fin de simular condiciones de servicio.
FACTORES QUE INCIDEN EN LA SELECCIÓN DE UNPROCESO DE ESTABILIZACIÓN: Al seleccionar un proceso de estabilización para ser usado en una estructura vial, el ingeniero tiene en cuenta tres (3) factores fundamentales a saber: a) BAJO COSTO: Un suelo estabilizado debe resultar en un gasto menor que un material de alta calidad, el cual necesariamente tiene que ser transportado a la obra. Este bajo costo resulta porque generalmente se utilizan materiales del sitio de construcción, los cuales son mejorados mediante el proceso de estabilización y, por ende, el material en si es más económico. Por otra parte, las características del material de ser localmente obtenible hace que los costos de transporte sean evitados, lo cual en muchos casos podría representar un desembolso económico considerable, bastaría por ejemplo considerar los costos de transporte en que incurriríamos si se especificase una base de piedra en una construcción en lo profundo del Llano venezolano. b) RESISTENCIA: El suelo estabilizado deberá tener mayor resistencia comparada con la resistencia original del suelo sin estabilizar. El material estabilizado, con unas características mejoradas de resistencia y estabilidad, es ahora apto para ser usado en la estructura del pavimento. c) DURABILIDAD: El proceso de estabilización debe ser un medio de mantener el material con un estado de resistencia determinado para evitar que se deteriore por la influencia de los factores ambientales. Numerosos tipos de suelos tienen características de resistencia apropiadas en ciertas condiciones. Sin embargo, estas características deseables pueden perderse fácilmente ya que estos suelos no resisten los embates del deterioro causado por los factores del medio ambiente. Es en este caso entonces, que el proceso de estabilización se convierte en factor fundamental, ya que permite aumentar la resistencia del suelo e impedir el deterioro causado por esos factores climáticos.
TIPOS DE ESTABILIZACIÓN DE SUELOS: La aplicación efectiva y económica de las diversas técnicas de estabilización solo es posible, si se entienden y se establecen claramente las limitaciones y posibilidades de la acción de los diversos agentes estabilizadores. Para corregir las características originales del suelo, cuando éstas no son aceptables y proporcionales se utilizan diferentes técnicas de estabilización, cuya clasificación corresponde a veces a los métodos de trabajo y, otras a los productos de adición empleados como correctivos. Es así como se obtienen tres grandes grupos de estabilizaciones que son a saber:
1.- ESTABILIZACIÓN FISICO- MECÁNICA: Se refiere específicamente a una distribución ordenada de las partículas de una mezcla suelo-agregado que permite la estabilización mediante su densificación o compactación con humedad adecuada. Se logra mediante un cambio real o aparente en la granulometría que consiste simplemente en el mejoramiento de un suelo mediante la adición de otro suelo proveniente de sitio seleccionado. Los conceptos seleccionados con esta estabilización son: Granulometría, plasticidad, trabazón de las partículas o fricción interna y la cohesión. La manera cómo estos factores entran en juego depende en cada caso de los fines que se persiguen. Al producirse el cambio en la granulometría del material se produce un incremento del ángulo de fricción interna lo cual a su vez, se traduce en un incremento de la resistencia en una grava limpia, ésta deberá mezclarse con un suelo fino y plástico que proporciones cohesión (pega), es decir, se debe aumentar la plasticidad. Un suelo de granos redondos y de poca trabazón puede hacerse estable y resistente sin se mezcla con otro suelo de granos angulares y gradados que proporcionen buena traba. La plasticidad de un material puede reducirse con la adición de un suelo de baja plasticidad. El método usado para hacer la estabilización mecánica, consiste en llevar sobre la carretera los materiales en proporciones especificadas y luego por motoniveladoras mezclarlo íntimamente; luego se le agrega el agua, se
continúa el mezclado hasta tener un producto uniforme y por último se extiende y se compacta. En el caso en que se vaya a estabilizar una superficie existente, se acostumbra a escarificar ésta y luego agregar el otro suelo que se va a mezclar.
2.- ESTABILIZACIÓN FISICO- QUÍMICA: Se refiere al cambio de las propiedades del suelo por efectos químicos motivado a la combinación de ciertos aditivos tales como los cementos, asfaltos, cales y otros. Se usan materiales de naturaleza puramente química para lograr el efecto deseado. La estabilidad deseada se produce mediante la reacción química entre la sustancia estabilizante y el suelo o la modificación del suelo por la sustancia estabilizante. La misma reacción sirve para mantener el contenido de humedad en el suelo. La estabilización química puede ser: A.- Estabilización suelo –asfalto. B.- Estabilización suelo –cemento. C.- Estabilización suelo –cal.
A.- ESTABILIZACIÓN SUELO ASFALTO: La estabilización asfáltica consiste en el mejoramiento de un suelo para hacerlo apto a fines específicos por medio de la adición de un producto bituminoso. El bitumen puede ser asfalto líquido o un cemento asfáltico. Los asfaltos más corrientes usados para estos fines son los líquidos (cutbacks) y emulsiones. Los materiales bituminosos se usan en estabilización de suelos, más como impermeabilizantes, que como ligantes o cementantes, impartiendo un alto grado de inmunidad al efecto destructivo del agua. Aunque los asfaltos utilizados en estabilizaciones de suelos tienen algún valor cementante, hay que hacer una distinción entre el suelo asfalto y las mezclas de pavimentación arena –asfalto. El suelo –asfalto se usa generalmente como base y sub-base o como mejoramiento de sub-rasante y en ningún caso como capa de rodamiento ya que la mezcla estabilizada es generalmente muy friable, es decir, se desmenuza fácilmente por el efecto abrasivo del tráfico. El problema principal en el suelo –asfalto es el de lograr cubrir la mayor parte de los granos de
suelos. Existe gran dificultad al tratar de mezclar cutback y tierra. Por una parte los terrones de tierra impiden que el asfalto líquido cubra gran parte de los granos y dentro de la mezcla quedan terrones de arcilla que son susceptibles a romperse y desintegrarse bajo los efectos del agua. Por otra parte, la tensión superficial y la viscosidad del asfalto impiden que los granos se cubran. La manera que hasta ahora se ha encontrado más efectiva y económica para lograr cubrir la mayor parte de los granos del suelo es con la adición de agua. Aunque parezca disparatado usar agua con asfalto, ésta tiene efectos beneficiosos en la estabilización. La idea que existe sobre esta mezcla es que el asfalto líquido y el agua se rompen en partículas diminutas, dentro de la estructura de la mezcla con el esfuerzo de compactación. Con el tiempo el agua y los volátiles se van evaporando y las partículas de bitumen se van acercando unas a otras y van envolviendo los granos del suelo. Muchas veces cuando el suelo es repelente al asfalto hidrofílico, la adición de un segundo elemento aditivo puede ser beneficioso. Por ejemplo, la cal en pequeñas proporciones ayuda a rebajar la plasticidad del suelo y a romper los terrones y, al mismo tiempo, contribuye a neutralizar la acidez con la cual se logra una mejor afinidad del suelo por el asfalto. Antes de comenzar a tratar el suelo con asfalto debe analizarse, es decir, se debe hacer un ensayo granulométrico, límites de Atterberg y contenido de humedad. El diseño de laboratorio debe decidir el porcentaje, tipo y grado de asfalto a utilizar de modo que puedan obtenerse los mejores resultados. En caso de que el suelo sea extremadamente arenoso, se usará con preferencia un cutback del tipo Rc-2, una emulsión o cemento asfáltico, si el suelo tiene poca capacidad de arena y tiene limo y arcilla en fuerte proporción se usará asfalto cutback del tipo MC o aún SC y también podrá usarse las emulsiones del tipo SS-1. Para determinar el contenido de asfalto en las pruebas tentativas de laboratorio, se han establecido gráficos y fórmulas para la determinación del asfalto. P = 0.015 A + 0.02 B + 0.03 C + 0.09 D
Donde P = % de asfalto. A = % de material retenido en el tamiz Nº 10 B = % de material que pasa el tamiz Nº 10 y se retiene en elNº 40 C = % de material que pasa el tamiz Nº 40 y es retenido en elNº 200 D = % de material que pasa el tamiz Nº 200 CRITERIOS DE ACEPTABILIDAD: La norma COVENIN (2000-86), establece los siguientes requisitos para las mezclas de suelo –asfalto:
DISEÑO DE ESPESORES: Los espesores del suelo –asfalto varían usualmente de de 10 cms. a un máximo de 25 cms. Éste viene determinado por el tipo de vehículos e intensidad de tráfico, así como de las características de la sub-rasante y es calculado utilizando los métodos corrientes de “Diseño de Pavimento”, au nque algunas veces los espesores son fijados en base a la experiencia local. Para carreteras de tráfico liviano (menor de 400vehículos por día), de 10 a 15 cms. son usualmente satisfactorios. Mientras que para carreteras de tráfico muy intenso se utilizan espesores de 20 a 25 cms., soportados en bases granulares y recubiertos con concreto asfáltico. Los espesores totales de las bases son generalmente construidos en varias capas de unos 5 a15 cms. cada una.
CONSTRUCCIÓN:
a) conformación de sub-rasante: La sub-rasante debe ser conformada y compactada de acuerdo a los procedimientos usuales de construcción de carreteras. En carreteras existentes, en las cuales se va a estabilizar en suelo de la calzada, éste debe ser aflojado hasta la profundidad requerida. Las masas de material apelmazado deberán ser rotas por tractores, aplanadoras, motoniveladoras u otro equipo apropiado. b) Pulverización: Se efectúa simultáneamente con la escarificación. Cuando se trata de suelos no cohesivos, la pulverización es fácil, pero cuando se trata de suelos arcillosos esto requiere mayor atención, por lo que habrá que agregarle cierto contenido de agua para facilitar la operación. c) La Asociación Americana de Constructores de Carreteras (A.R.B.A), especifica que el suelo sea pulverizado hasta que el suelo sea pulverizado hasta que el 85 % pase el tamiz de 3/8” y no menos del 75 % pase el tamiz N: 04 antes de la aplicación del asfalto. d) Mezclado: Depende del tipo de equipo que se va a utilizaren la obra. Éstos son de tres clases generales: en sitio, plantas viajeras y planta central. 1.- El mezclado de sitio se puede efectuar con el equipo que normalmente posee una compañía constructora. La Asociación Americana de Constructores de Carreteras (ARBA) recomienda el siguiente equipo mínimo en este tipo de mezclado. Existen muchos métodos de operación dependiendo de las diversas combinaciones de equipos utilizados. El procedimiento usual es el siguiente: Luego de pulverizado el material se le añade la cantidad de agua necesaria, si alguna hiciera falta y se mezcla uniformemente con el suelo, otras veces por el contrario es necesario rebajar el contenido de agua del material, lo cual se logra aireando el material con patroles, con rastras, etc. Cuando el material está humedecido uniformemente a la cantidad especificada, el suelo es vuelto a extender sobre la vía y conformado aproximadamente a la sección
especificada. A continuación se aplica el asfalto calentado a la temperatura adecuada por medio del camión distribuidor de asfalto.
La ARBA recomienda las siguientes temperaturas de calentamiento según los diversos tipos de asfalto.
El asfalto es añadido en pequeños incrementos para evitar que se infiltre hacia la parte inferior de la capa y se empelote allí. Generalmente se recomienda utilizar cantidades no mayores de2,25 lts/m2. Inmediatamente después de la aplicación del asfalto se le da un mezclado parcial con rastras, arados o patroles. Se continúa repitiendo esta operación hasta que el contenido total del asfalto al suelo, se le da un mezclado final con los patroles, rastras y arados hasta una mezcla uniforme, que no tenga sitios pobres o con exceso de asfalto. Una vez efectuada la mezcla el material es encamellonado a un lado de la vía. Cuando se tienen espesores grandes de base, (mayores de 15cms.) el mezclado en una sola capa es bastante difícil por lo cual en estos casos se opta por mezclar el material en dos capas iguales. Existen dos formas de uso general actualmente. La primera denominada de “arriba hacia abajo2 en la cual se procede de la siguiente forma: Se escarifica la parte superior de la base, se pulveriza y se le da un premezclado con una parte de la cantidad total de asfalto a añadir, luego de lo cual este material (A) es encamellonado a un lado de la vía y de inmediato se procede a escarificar, pulverizar, mezclar con
asfalto la parte inferior de la capa; una vez que esta capa ha sido compactada se pasa el material (A) que había sido premezclado, sobre la vía y se le añade el asfalto restante, se termina de hacer el mezclado y se compacta. El otro procedimiento denominado de “abajo hacia arriba” se diferencia del anterior en que la capa superior (A) no es premezclada con asfalto sino encamellonada en su estado natural aun lado de la vía y una vez que la capa inferior ha sido procesada y compactada, se pasa a la vía el material (A) que había sido almacenado a un lado, se mezcla y se compacta. Esencialmente hay dos tipos diferentes de plantas viajeras. Una toma el material encamellonado sobre la vía, la mezcla con la cantidad medida de asfalto y lo re deposita en forma de camellón sobre la calzada. Cuando se utiliza esta máquina el procesamiento del suelo antes del mezclado es similar al que se efectúa cuando se utiliza el mezclado en sitio, o sea el material es escarificado y pulverizado previamente pero en lugar de ser extendido de nuevo sobre la vía, el material es encamellonado sobre la calzada para que pueda ser recogido por la máquina. Con el objeto de asegurar un mezclado uniforme en la máquina, los camellones son previamente nivelados a sección uniforme por medio de un enrasador de camellones. Este enrasador puede ser una simple plancheta de metal o madera fabricada en la obra o pueden ser “igualadores” hechos especialmente en la fábrica con este objeto. El material que sobre y que no pueda ser arrastrado por el enrasador deberá ser cargado y botado o depositado en donde se necesita. El otro tipo de planta viajera es el llamado de “un solo paso”. Ésta máquina escarifica, pulveriza el suelo, añade el asfalto, el agua, mezcla el suelo con el asfalto y extiende la mezcla sobre la calzada en una sola operación. Las plantas viajeras tienen un corto tiempo de mezclado y una alta producción. Entre las ventajas de las plantas viajeras se preconiza las siguientes:
1.- Se obtiene un excelente control de la calidad de la mezcla ya que los agregados y el asfalto son proporcionadas exactamente.
B.-ESTABILIZACION SUELO - CEMENTO: El suelo-cemento es una simple mezcla íntima de suelo pulverizado con cantidades medidas de cemento Pórtland y agua, compactadas a alta densidad. Al hidratarse el cemento, la mezclase convierte en un material de pavimento, resistente y durable. En cambio el suelo modificado con cemento es aquel tratamiento que se hace generalmente a los suelos A-1 ò A-2(granulares) con el fin de mejorar su capacidad de soporte y bajar su índice de plasticidad, pues aunque en su forma original, cumplen con algunas de las especificaciones exigidas, requieren la adición de bajos porcentajes de cemento que lo transforman en suelos estables y resistentes que llenaran las condiciones contempladas en el proyecto. Partiendo
del
principio
suelo-cemento,
tres
serán
los
requisitos
indispensables ser estudiados: La cantidad de cemento a ser agregado al suelo. La cantidad de agua a ser incorporada a la mezcla. La densidad a ser alcanzada en la compactación.
REQUISITOS DE LA NORMA VENEZOLANA (COVENIN 2000-86) PARA LOS REQUISITOS MINIMOS QUE DEBEN CUMPLIR LOS SUELOS A SER ESTABILIZADO CON CEMENTO:
Para obtener estas variables la “Pórtland Cement Associatión (PCA)”, sugirió un método
General de Dosificación y un método Simplificado aplicable a suelos arenosos.
MÉTODO GENERAL DE DOSIFICACIÓN:
Este método puede ser resumido en las siguientes operaciones: 1. Identificación y clasificación del suelo. 2. Selección del porcentaje de cemento para el ensayo de compactación. 3. Ejecución del ensayo de compactación del suelo-cemento. 4. Selección de los porcentajes de cemento para los ensayos de durabilidad y de resistencia a la compresión. 5. Moldeado de las briquetas para los ensayos de durabilidad y resistencia a la compresión. 6. Ejecución del ensayo de durabilidad por mojado y secado. 7. Ejecución del ensayo de durabilidad por congelación y deshielo. 8. Ejecución del ensayo de compresión. 9. Selección del porcentaje de cemento adecuado, en función de los resultados de los ensayos.
ESTIMACION DE LOS PORCENTAJE DE CEMENTO PROBABLESEN FUNCION DEL TIPO DE SUELO A SER ESTABILIZADO:
DETERMINACION DEL AGUA RETENIDA:
PERDIDA DE PESO DEL SUELO –CEMENTO EN EL ENSAYODE DURABILIDAD (SECADO Y MOJADO, CONGELACION Y DESHIELO).
MÉTODO SIMPLIFICADO DE DOSIFICACIÓN:
El fundamento de este método, comprobado por los ensayos realizados, puede ser resumido en lo siguiente: Un suelo arenoso con determinada granulometría y densidad aparente máxima, requerirá, de acuerdo con el criterio de pérdida de peso en los ensayos de durabilidad, el mismo porcentaje de cemento que otro teniendo la misma granulometría y la misma densidad aparente máxima, desde que presenta una resistencia a la compresión a los siete días superior a un valor establecido. El análisis granulométrico del suelo determinara si es aplicable el Método Simplificado. Es condición necesaria que el suelo posea menos del 50% de material con diámetro de 0.005mm (limo + arcilla) y menor del 20% con diámetro inferior de0.005 mm (arcilla). En resumen el Método Simplificado consta de: 1. Ensayos preliminares del suelo. Análisis
granulométrico
Determinación de la absorción y de la masa especifica aparente de los granos retenidos en el tamiz nº 4. Si este valor es menor de 2.45 en suelos granulares, no puede utilizarse el método.
2. Ensayo de compactación del suelo-cemento. 3. Determinación del porcentaje de cemento por medio de ábacos. 4. Verificación del porcentaje de cemento por el ensayo de resistencia a la compresión.
DENSIDAD APARENTE MAXIMA ESTIMADA (g/dm3):
TRANSFORMACION DE % DE CEMENTO EN PESO EN % DECEMENTO EN VOLUMEN DE ACUERDO A LA DENSIDAD APARENTE MAXIMA:
RESISTENCIA A COMPRESIÓN MINIMA DE LOS CUERPOS DEPRUEBA A LOS 7 DIAS:
La Resistencia a la compresión mínimo 15 Kg/cm2 para tráfico liviano o medio.
La Resistencia a la compresión mínimo 28 Kg/cm2 para tráfico pesado.
C.- ESTABILIZACION SUELO - CAL: La estabilización con cal consiste en el mejoramiento de un suelo por medio de la adición de la cal, con el fin de hacerlo apto en construcción vial. El hidróxido de calcio o cal apagada Ca(OH)2, es la forma en que se usa corrientemente en los trabajos de suelo –cal. En general, la cal como agente estabilizador se emplea en suelos de granulometrías fina (con alta porción de partículas que pasan por el tamiz Nº 40), que posean plasticidad. Para suelos arenosos no es recomendable su utilización. En arcillas de índices plásticos mayor de 15, se ha notado la reducción de la plasticidad, el hinchamiento y densidad así como el aumento de la resistencia y trabajabilidad.
En los suelos con índices plásticos menor de 15, la cal aumenta los límites plásticos y líquidos, causando un aumento del índice plástico. En los más plásticos el límite líquido disminuye, y el límite plástico aumenta, lo que hace que disminuya el índice plástico. El curado de las mezclas durante un periodo de tiempo adecuado es uno de los factores más importantes en la estabilización con cal, porque estas continúan aumentando su resistencia aún hasta después de 36 semanas de haberse incorporado este aditivo. Los porcentajes de cal varían entre 2.5% y 8%. Da mejores resultados para suelos altamente arcillosos. Para toda estabilización es siempre necesario ejecutar estudios preliminares de laboratorio y el método más simplista sería, desde luego, mezclar un poco de cal con el suelo a estabilizar, añadirle un poco de hum edad y después compactar, para determinar si el material endurece y aumenta su resistencia. Para determinar en el laboratorio el valor del “Punto de Fijación de Cal (LFP)”, es necesario construir graficas de los límites plásticos que se obtienen al variar los porcentajes de cal, contra esos mismos porcentajes y se adopta como LFP el punto del grafico donde el limite plástico no sigue aumentando al añadir más cal. En vista de que la cal prácticamente no reacciona con partículas mayores que las de limo, hubo también necesidad de hacer una corrección a los valores que corresponden a la cal en el grafico Resistencia vs. Limites plásticos, ya que no existiría una mayor concentración de la cal respecto al material reaccionable en las muestras preparadas para determinar la resistencia que en la de los límites. La corrección es:
DONDE: Le= Porcentaje de cal equivalente. Lp= Porcentaje de cal utilizada en la determinación de los límites de consistencia. P40= Porcentaje de suelo que pasa por el tamiz Nº 40. P4= Porcentaje de suelo que pasa por el tamiz Nº 4. Como hemos mencionados anteriormente, el % de cal a utilizar también depende del tiempo de curado de las mezclas y deberían por lo tanto, ejecutarse ensayos sobre muestras sometidas a varios períodos de curación. DETERMINACION DEL PUNTO DE FIJACION DE CAL:
VALORES DE % DE CAL EQUIVALENTE CON RESPECTO ALA COMPRESION NO CONFINADA (KG/cm2):
RELACION DE LA COMPRESION NO CONFINADA CONRESPECTO AL % DE CAL A LOS 7 –28 Y 90 DIAS EN (KG/cm2):
3.- ESTABILIZACIÓN TÉRMICA O ELÉCTRICA: Se han realizado trabajos en los Estados Unidos para estudiarlos tratamientos térmicos para arcillas expansivas. Calentando las arcillas aproximadamente a 200 ºC puede reducir significativamente el potencial de variación de volumen. Este método no han sido desarrollados por ser pocos económicos.
Éstas no precisan la adición de productos, sino que simplemente se hacen por medio de tratamientos térmicos, eléctricos, etc. Los dos primeros grupos son ya verdaderamente clásicos, pues su uso es frecuente en la construcción de carreteras y aeropuertos. Sin embargo, los métodos químicos son en el futuro los que proporcionen la evolución de las técnicas de los pavimentos. Todos los suelos sometidos a cargas, reaccionan ante ellas de acuerdo a:
Cohesión.
Fricción interna.
Compresibilidad.
Plasticidad.
Capilaridad.
Las dos primeras, cohesión y fricción interna, son fundamentales para la resistencia a la fractura o al desplazamiento y las dos son generalmente afectadas por los vacíos y la cantidad de agua que los puede llenar. Un suelo con muchos vacíos, pierde su estabilidad, cuando las condiciones ambientales son, sumamente húmedas pues los vacíos son ocupados por el agua, a la inversa, un suelo con pocos vacíos es más estable impidiendo al mismo tiempo, el ingreso del agua ambiental dentro de la estructura. Cualquier técnica que permita conservar o variar favorablemente la cohesión, fricción interna, comprensibilidad, plasticidad o capilaridad de un suelo, es lo que se conoce con el nombre su estabilización y todo suelo que haya sufrido un proceso de esa naturaleza, podrá usarse como pavimento ya que está en condiciones mejores que el suelo primitivo para sufrir, en cualquier circunstancia, las cargas estáticas y en movimiento, y en los efectos abrasivos del tránsito. Las estabilizaciones podrán ser variadísimas puesto que consisten desde la simple compactación, hasta el proceso de la modificación de la constitución química delas partículas del suelo.
4.- ESTABILIZACIÓN ELECTROQUIMICA:
METODO POR ELECTROOSMOSIS.
Es un tratamiento electroquímico que produce un endurecimiento e impermeabilización
en
los
suelos.
El
propósito
del
endurecimiento
electroquímico consiste en alterar las propiedades físico-químicas en las arcillas expansivas mediante la introducción de una solución de alta concentración en el suelo. Esta técnica puede reducirla presión de expansión y el porcentaje de expansividad. Esta técnica requiere de electrodos que son colocados en la masa del suelo. Un material electrolito entre el ánodo y el cátodo facilita el movimiento de la solución en el suelo para actuar como agente estabilizante, la solución química es inyectada en la superficie del suelo. En el laboratorio se debe determinar el material de ánodo más eficiente y el tipo y cantidad de electrolito que se requiere para el suelo en particular. Las variables como el espaciado de electrodos, la corriente y gradiente de voltaje deben ser establecidos por medio de experimentos. Según experiencias de trabajo realizado con esta técnica se han logrado ahorros entre el 30% y 80% y se tienen carreteras cuya duración se han triplicado. El Aceite Sulfonado trabaja en suelos con clasificación de A-4 hasta A-7. En mezclas de grava y finos que contengan, en volumen por lo menos 20% del material fino que pasa el tamiz Nº 200. En mezclas de arena y finos. No trabaja en suelos de pura arena o de materiales granulares lavados; para estabilizar estos, deberá escarificarse la superficie de la carretera y mezclarse los finos con la arena o material granular lavado, con el objeto de que la arcilla tratada con el aceite sulfonado actué como material aglomerante de los gruesos sueltos.
El aceite sulfonado es un producto derivado de la fracción naftaleno del petróleo, sulfonado; ácido de acción moderada que tiene fuertes material corrosivos en materiales orgánicos muertos y suaves en los vivos. Es un líquido espeso de color negro con una gravedad específica de 1.15, el PH es alrededor de1.25; su viscosidad es ligeramente menor a la del agua y de alta conductividad en soluciones acuosas, soluble en agua, a la cual se ioniza con extrema rapidez.
El aceite sulfonado ioniza el agua de compactación la cual intercambia vigorosamente sus cargas eléctricas con las partículas del suelo, haciendo que el agua pelicular se desprenda convirtiéndose en agua libre, y las partículas se aglomeran por atracción electroquímica y precipitan sellando así la estructura porosa capilar del suelo, aumentando su densidad, resistencia y capacidad portante. Cuando se incorpora agua en las arcillas este espacio aumenta debido a su tamaño (agua pelicular). En estos interbasales actúa el aceite sulfonado produciendo un intercambio iónico en la superficie de la arcilla, por otros iones (cationes), esto se debe a sus propiedades químicas y tamaño molecular, produciendo un choque iónico, los cuales hace liberar energía, necesaria para que el agua y cationes adheridas sufran ionización drenando por gravedad (lixivación) y/o evaporación (en el caso del agua). El aceite fija un espacio interbasal especifico, el cual no sufre una variación volumétrica por acción climatológica y geomorfológica, logrando una solidificación de los granos, transformando la arcilla en un material pseudo granular, esto indica que el agua que pasa por el suelo drena gravitacionalmente sin producir efecto expansivos en las arcillas tratadas o estabilizadas. EFECTOS Y CONSECUENCIAS:
Reduce la porosidad y capilaridad al mínimo.
Elimina masas saturadas (bombas).
Aumenta la densidad y la capacidad portante.
Disminuye la energía y el tiempo de compactación.
Reduce el espesor de la sub-base, base y carpeta asfáltica.
Disminuye el mantenimiento.
Para la aplicación del producto se requiere la misma maquinaria utilizada para la construcción y mantenimiento de carreteras; motoniveladoras, camión cisterna u otro equipo de riego con medios para rociar y vibro compactadora, taladros manuales, mecánicos ó hidráulicos para perforar los huecos de inyección.
El aceite sulfonado se puede utilizar para carreteras existentes o en construcción. Para carreteras de alto volumen de tránsito deberá diseñarse la aplicación correspondiente a cada caso. Para vías de baja frecuencia de tránsito pueden seguirse las siguientes indicaciones: 1. INYECCION: Se realiza para incrementar la capacidad portante del terraplén hasta un metro de profundidad, reducir su capilaridad, destruir los materiales orgánicos que puedan estar en la masa desuelo y eliminar bombas, mediante el drenaje que produce el agua pelicular y la saturación. El rápido drenaje de las aguas desplazadas por la acción electroquímica, se logra por las perforaciones en el terraplén, que actúan como ductos de ventilación. TERRAPLENES CONSTRUIDOS: Para carreteras se perforan cada 4 metros, en tres bolillos, a ambos lados del eje de la vía. Para áreas extensas que están confinadas deberán colocarse sub-drenes para permitirla salida del agua que se desprende de la masa de finos por efecto de la inyección. Las perforaciones se hacen de 15 centímetros (6”) de diámetro y 80 centímetros (30”) de profundidad. Para eliminar bombas en las carreteras, las perforaciones se harán cada 2 metros en 3 ejes, a ambos lados y en el centro de la vía; en áreas extensas la retícula se hará de 2 metros. DOSIS: 0.1 litro de aceite sulfonado por inyección. DILUCION: 1 litro de aceite sulfonado en 300 litrosde agua. El procedimiento constructivo se realiza llenando los huecos con la solución ionizada. Si la penetración es lenta, se pueden llenar en 2 o 3 porciones. Los huecos se deben ir llenando a medida que se perforan, para evitar en lo posible que se llenen con el material removido reduciendo su espacio vacío.
TERRAPLENES EN CONSTRUCCIÓN: En terraplenes que se vayan a construir puede sustituirse la inyección por el riego de las primeras capas del mismo, lo cual será más eficiente que la propia inyección, para ello se colocará el químico como aditivo del agua de compactación. Como consecuencia de la reacción electroquímica debida al aceite sulfonado, ocurrirá un ahorro en la energía de compactación total y los resultados esperados se lograran más rápido. DOSIS: 0.015 litros de aceite sulfonado por M2de superficie de cada capa de 30 centímetros. (Aplicar alas capas en – 60 cms y – 30 cms.). DILUCION: 1 litro de aceite sulfonado en 400litros de agua. 2. RIEGO SUPERFICIAL: Se aplica en la última capa del terraplén, construido o en construcción, para estabilizar hasta un espesor de 30 centímetros. DOSIS: 0.03 litros de aceite sulfonado por M2 DILUCION: La dilución del producto en agua depende del grado de humedad del suelo en relación a su humedad óptima.
El químico es altamente soluble en agua, pero debe mantenerse con cuidado para asegurar su mezcla en el cisterna antes de aplicarse. La
mejor manera es llenarla con agua hasta 3/4 de su capacidad, agregar la cantidad correcta del producto y terminar su llenado. Para lograr su dispersión total y obtener la ionización del agua de compactación, el camión cisterna debe moverse hacia delante y hacia atrás con las frenadas correspondientes unas 4 veces.
5.- REFUERZO EN VIAS CON GEOTEXTIL: El desarrollo de los GEOSINTETICOS y de su utilización en los campos de la ingeniería, han introducido un nuevo concepto en las metodologías de diseño y construcción de sus diversas aplicaciones. Son muchas las teorías y las investigaciones que han surgido con esta nueva tecnología, basada en las necesidades y los requerimientos de los ingenieros diseñadores y constructores, llevando a que los geosintéticos se utilicen cada vez más para la realización de las obras civiles. Unos de los mayores campos de aplicación delos geosintéticos son las vías, donde se deben considerar varios aspectos que involucran su utilización, separación, refuerzo, estabilización de suelos, filtración y drenaje. Los estudios que se han realizado en este campo y las experiencias existentes han demostrados los grandes beneficios que aportan los geosintéticos en la construcción de vías y en su rehabilitación, mejorando el nivel de servicio y aumentando la vida útil. Los métodos racionales de diseño son una herramienta para analizar el comportamiento real de una estructura de pavimento sometida a cualquier tipo de carga y condición ambiental, teniendo en cuenta las características y propiedades de los materiales que conforma su estructura y es aquí donde se fundamenta la selección de esta metodología para el análisis de un sistema de pavimento reforzado con geotextil. Los programas de diseño de pavimento se basan en las teorías de distribución de esfuerzos y deformaciones en un sistema multicapas y permiten hacer un rápido análisis de las diferentes alternativas de diseño para una misma estructura, comparando los resultados de cada alternativa con los valores admisibles establecidos.
Esta comparación es la que permite evaluar los beneficios de la utilización de un geotextil dentro de la estructura del pavimento que se pueden definir en tres tipos:
REDUCCION DE ESPESORES.
INCREMENTO DE LA VIDA UTIL.
INCREMENTO DE LA CAPACIDADPORTANTE DE LA ESTRUCTURA.
FUNCIONES DEL GEOTEXTIL: Son varias las funciones de los geotextiles y varían según el campo de aplicación en que se utilicen. En el caso de las estructuras de pavimento, los geotextiles cumplen dos funciones esenciales: SEPARACION. REFUERZO. 1.- SEPARACION: La función de separación que cumple un geotextil es mantener la integridad y el buen funcionamiento de dos suelos adyacentes con propiedades y características diferentes. En el caso delas estructuras de pavimento, donde se coloca un suelo granular (base, sub-base, relleno) sobre suelos finos (subrasante) se presentan dos procesos en forma simultánea: Migración de suelos finos dentro del suelo granular, disminuyendo su capacidad de drenaje. Intrusión del suelo granular dentro del suelo fino, disminuyendo su capacidad portante (resistencia). El geotextil se traduce en una barrera para la migración de partículas entre los dos tipos de suelo, facilitando la transmisión de agua. Se requiere entonces un geotextil que retenga las partículas de suelo y evite el lavado de finos por la acción del agua y que cumpla con resistencia necesarias para mantener la continuidad sin que ocurra ninguna falla por tensión, punzonamiento o estallido, bajo concentraciones de esfuerzos locales causadas por irregularidades en el suelo de fundación.
2.- REFUERZO: La función de refuerzo de los geotextiles consiste en el mejoramiento de las propiedades mecánicas del suelo. Los geotextiles son materiales con alta resistencia a la tensión y son un buen complemento de aquellos materiales con alta resistencia a la compresión pero con poca resistencia a la tensión, como ocurre generalmente en los suelos finos y granulares. Cuando las fuerzas perturbadoras son causadas por el peso propio del suelo, como en el caso de taludes o terraplenes sobre suelos de fundación muy blandos, el refuerzo del suelo con geotextiles permite la construcción de taludes o terraplenes con mayor inclinación. Cuando las fuerzas perturbadoras son causadas por cargas externas, como en las vías, el refuerzo del suelo con geotextiles permite la aplicación de mayores cargas y un aumento de la vida útil de la estructura del pavimento.
FUNCIONES POR APLICACIÓN DE LOS GEOTEXTILES:
