UNIVERSIDAD NACIONAL DANIEL ALCIDES CARRION FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE FORMACION PROFESIONAL DE GEOLOGÍA
GEOTECNIA I
OBJETIVOS
Definir que es la estabilización Definir estabilización física f ísica de suelos Conocer los tipos de estabilización estabiliz ación física física de suelos Definir estabilización química de suelos Conocer los tipos de estabilización estabilización química quími ca de suelos Definir que es la estabilización mecánica Conocer los tipos de estabilización estabiliza ción mecánica mecáni ca
OBJETIVOS
Definir que es la estabilización Definir estabilización física f ísica de suelos Conocer los tipos de estabilización estabiliz ación física física de suelos Definir estabilización química de suelos Conocer los tipos de estabilización estabilización química quími ca de suelos Definir que es la estabilización mecánica Conocer los tipos de estabilización estabiliza ción mecánica mecáni ca
SUELO ESTABLE
Cuando un suelo presenta resistencia suficiente suficiente para no sufrir deformaciones ni desgastes inadmisib inadmisibles les por la acción del uso o de los agentes atmosféricos y conserva además esta condición bajo los l os efectos climatológicos normales en la localidad, entonces el suelo suelo será estable. estable.
ESTABILIZACION DE SUELOS
Llamamos estabilización de un suelo al proceso mediante el cual se someten los suelos naturales a cierta manipulación o tratamiento de modo que podamos aprovechar sus mejores cualidades, obteniéndose un firme estable, capaz de soportar los efectos del tránsito y las condiciones de clima más severas. Se dice que es la corrección de una deficiencia para darle una mayor resistencia al terreno o bien, disminuir su plasticidad.
TIPOS DE ESTABILIZACION
1. ESTABILIZACION FISICA
Este se utiliza para mejorar el suelo produciendo cambios físicos en el mismo
a) Mezclas de Suelos
Este tipo de estabilización es de amplio uso pero por si sola no logra producir los efectos deseados, necesitándose siempre de por lo menos la compactación como complemento. Los suelos de grano grueso como las grava-arenas tienen una alta fricción interna lo que lo hacen soportar grandes esfuerzos, pero esta cualidad no hace que sea estable como para ser firme de una carretera ya que al no tener cohesión sus partículas se mueven libremente y con el paso de los vehículos se pueden separar e incluso salirse del camin
Las arcillas, por lo contrario, tienen una gran cohesión y muy poca fricción lo que provoca que pierdan estabilidad cuando hay mucha humedad. La mezcla adecuada de estos dos tipos de suelo puede dar como resultado un material estable en el que se puede aprovechar la gran fricción interna de uno y la cohesión del otro para que las partículas se mantengan unidas.
Mezclas de suelo arcilloso con gr
b) ESTAB. CON GEOTEXTILES
Es un material textil permeable de estructura plana usado como parte integral de los suelos y cimentaciones en aplicaciones relacionadas a proyectos de ingeniería. Los geotextiles se han convertido en las capas filtrantes más adecuadas porque superan las desventajas de los filtros de arena y los de agregados pétreos. Para empezar, se fabrican ya con propiedades hidráulicas específicas y de retención de tierra, las cuales pueden seleccionarse fácilmente para complementar el suelo que necesite protección. Segundo, pueden instalarse con facilidad sobre taludes aún bajo el agua.
b.1) Fabricación
La mayoría de los geotextiles disponibles y más comunes en el mercado se fabrican ya sea con poliéster o con polipropileno.
b.1.1) Geotextiles Tejidos
El tejido es un proceso de entrelazados de hilos para fabricar una tela. Los geotextiles tejidos se hacen tejiendo monofilamentos, multifilamentos o fibras de películas cortas. Hay dos pasos en este proceso de fabricación de un geotextil tejido: primero, la manufactura de los filamentos o el corte de la película para obtener tejidos; y segundo tejer los hilos para obtener el geotextil.
Detalle de un GEOTEXTIL tejido
b.1.2) Geotextiles no tejidos
Los geotextiles no tejidos se fabrican ya sea con fibras cortas, con poliéster reciclado ó con filamentos continuos distribuidos al azar en capas sobre una banda en movimiento para formar una especie de”panal“, el cual se pasa a través de un ”telar“ de agujas y/o por otro tipo de máquina para entrelazar o unir las fibras/filamentos. Los geotextiles no tejidos son altamente recomendables para el drenaje de subsuelo y para el control de la erosión, así como para la estabilización de caminos sobre suelos húmedos o saturados.
Geotextil con 100% de polié
eciclado
b.2) Ventajas en su uso
Presentan una alternativa más económica comparada con métodos constructivos tradicionales. Son versátiles, flexibles, resistentes y se adaptan a las irreguaridades de las superficies y condiciones donde se colocan. Son de fácil y rápido manejo y aplicación, y no requieren equipo especializado. Tienen una amplia variedad de aplicaciones en la construcción y aumetan la vida útil de las instalaciones.
Geotextil en proceso de instalación
b.3) Aplicaciones
Superficies pavimentadas y no pavimentadas En suelos base de caminos En drenajes En suelos blandos En taludes
b.4) Procedimiento General
Se aplica el Geotextil no tejido sobre superficies lisas, libres de objetos que puedan dañar al geotextil.
El Geotextil puede desenrollarse a mano o utilizando algún equipo adaptado para esta función, evitando en lo posible las arrugas.
La unión o traslape no debe ser menos de 30 cm. o la indicada por especificaciones de diseño, también pueden usar uniones cosidas o grapadas
El Geotextil no se puede fijar al suelo por medio de anclas o broches, ó piedras lisas.
El material no debe ser pisado directamente por equipos de construcción. Debe existir una capa de 20 ó 30 cms. de relleno para proteger el material de estos equipos y proporcionar confinamiento.
Es recomendable no tener expuesto el material geotextil al sol por más de quince días.
Geotextil usado en caminos asfaltados deteriorados
c) Vibroflotación
El método consiste en la densificación de suelos o terrenos flojos, mediante vibración. Se aplica en suelos de naturaleza granular, en los cuales se compensa la pérdida de volumen mediante la aportación de material externo. También es aplicable en suelos cohesivos, denominándose en este caso sistema de columnas de grava, debido a que es necesaria la aportación de grava de determinadas características para densificar y rigidizar el terreno
c.1) Estudios previos
Características geológicas y geotécnicas del terreno. Planos de la obra a ejecutar y sobrecargas del suelo mejorado. Procedimiento constructivo, con indicación del método a emplear, definición del rechazo a obtener durante la penetración, y profundidad a la que deben llegar las columnas. El valor del rechazo para determinar la profundidad del tratamiento se definirá en función de la potencia necesaria comunicada al vibrador (como parámetro de resistencia orientativo), o bien, será fijada en el Proyecto Pruebas y ensayos en el terreno tratado, como pueden ser: Ensayos sísmicos Ensayos de deformación en base de terraplén, mediante líneas continúas de asiento.
c.2) Procedimiento
Introducción del vibrador en el terreno, por su propio peso y con ayuda de inyección de agua en punta. Así, se crea un estado de licuefacción local que facilita la penetración del vibrador y su conjunto en el suelo hasta alcanzar la profundidad requerida en cada caso. Alcanzada la profundidad deseada se corta la inyección de agua en punta comenzándose la compactación o consolidación forzada del suelo lateral por aplicación de la vibración, que produce la creación de un embudo en superficie del terreno por la densificación conseguida.
Simultáneamente se procede al aporte de material para compensar esta pérdida de volumen. La aportación se realiza de manera continua utilizando una pala cargadora sobre neumáticos. A medida que se vaya completando el proceso de compactación, la energía consumida en el caso de utilización de motores eléctricos, o la presión suministrada en el caso de motores hidráulicos, va aumentando, y deberá establecerse una correlación entre ambos, que permita definir cuando se ha conseguido la consolidación prevista.
A medida que se va consiguiendo la consolidación del terreno, se va elevando el vibrador, sin interrumpir el suministro de material, y se repite el proceso por tongadas de 30 a 60 cm., hasta alcanzar la superficie del terreno, formándose de esta forma un elemento cilíndrico con mayor o menor material de aportación, y un terreno lateral con mayor densidad que la inicial. El proceso se repite en cada uno de los puntos a tratar, creándose una malla que consigue la mejora global del terreno donde va a cimentarse el terraplén.
Maquinaria empezando el proceso de vibroflotacion
Tratamiento de suelos granulares por vibroflotación
En terrenos cohesivos
En el caso de terrenos granulares, se consigue el efecto de densificación de terreno a distancias de hasta 2 m., pero al aumentar el contenido de finos, este incremento de compacidad no supera el medio metro. En suelos de esta naturaleza, puede conseguirse un aumento de la resistencia, mediante la aplicación de vibradores con un procedimiento similar al descrito para los suelos granulares, introduciendo el vibrador en el terreno con el aporte simultáneo de grava, que es mezclada con el terreno tratado
Columnas de grava en suelos cohesivos
c.3) Equipos
Los equipos previstos para la realización de esta unidad de obra son:
Maquinaria con mástil, grúas sobre orugas con capacidad de 40 tons. para suspender el vibrador Unidad de vibroflotación Vibrador empleado por vía seca Equipo hidráulico Bomba de agua (para vibroflotación) Tolva móvil Palas cargadoras sobre neumáticos de 0,5 m3 de capacidad para aporte del material Almacén y taller de mantenimiento, en el que se dispondrá de un grupo de soldadura de 450 A. con objeto de recrecer la carcasa de la unidad de vibroflotación, la cual está sometida a un fuerte desgaste
También es necesario un compresor y generadores.
Unidad de vibrocompactación en plena labor
Monitoreo LT3 de estabilización por vibrocompactación
2. ESTABILIZACIÓN QUÍMICA
Se refiere principalmente a la utilización de ciertas sustancias químicas patentizadas y cuyo uso involucra la sustitución de iones metálicos y cambios en la constitución de los suelos involucrados en el proceso.
2.1 ESTABILIZACION CON CAL
Cuando tenemos arcillas muy plásticas podemos disminuir dicha plasticidad y consecuentemente los cambios volumétricos de la misma asociados a la variación en los contenidos de humedad con el solo hecho de agregarle una pequeña proporción de cal. Este es un método económico para disminuir la plasticidad de los suelos y darle un aumento en la resistencia. Los porcentajes por agregar varían del 2 al 6% con respecto al suelo seco del material para estabilizar, con estos porcentajes se consigue estabilizar la actividad de las arcillas obteniéndose un descenso en el índice plástico y un aumento en la resistencia.
Equipo estabilizando un suelo arcilloso con cal
2.1.1 Procedimiento
Cuando se efectúa el mezclado en el campo, el material que se va a mejorar deberá estar disgregado y acamellonado, se abre una parte y se le agrega el estabilizador distribuyéndolo en el suelo para después hacer un mezclado en seco, se recomienda agregar una ligera cantidad de agua para evitar los polvos. Después de esto se agrega el agua necesaria y se tiende la mezcla debiendo darle un curado de hasta 48 horas de acuerdo con el tipo de arcilla de que se trate.
Se tiende la mezcla y se compacta a lo que marca el proyecto para después aplicarle un curado final, el cual consiste en mantener la superficie húmeda por medio de un ligero rocío. Se recomienda no estabilizar cuando amenace lluvia o cuando la temperatura ambiente sea menor a 5 ° C, además se recomienda que la superficie mejorada se abra al tránsito vehicular en un tiempo de 24 a 48 horas.
Ejemplo de estabilización química con cal.
2.2 Estabilización con cemento
El cemento mezclado con el suelo mejora las propiedades de éste desde el punto de vista mecánico. Generalmente cemento PORTLAND. La acción que en ellos produce el cemento es doble. Por una parte actúa como conglomerante de las gravas, arenas y limos desempeñando el mismo papel que en el hormigón. Por otra parte, el hidrato de calcio, que se forma al contacto del cemento con el agua, libera iones de calcio que por su gran afinidad con el agua roban algunas de las moléculas de ésta interpuestas entre cada dos laminillas de arcilla. El resultado de este proceso es la disminución de la porosidad y de la plasticidad así como un aumento en la resistencia y
Cemento PORTLAND
Este tipo de estabilización estabiliza ción es de uso cada vez más frecuente frecuen te y consiste consiste comúnmente comúnmente en agregar cemento cemento Portland Portland en proporción de un 7% a un 16% por volumen volumen de mezcla
Al mejorar mejorar un material material con cemento cemento Portland Portland se piensa principalmente principalme nte en aumentar su resistencia, pero además de esto, también se disminuye dis minuye la plasticidad, plasticidad, es muy importante import ante para que se logren estos efectos, que el material por mejorar tenga un porcentaje máximo de materia orgánica orgánica del 34%. Casi todos los tipos tipos de suelo que encontramos encontramos pueden estabilizarse estabili zarse con cemento con con excepción de los que contienen altos porcentajes de materia orgánica. Por otra parte, los suelos sue los de arcilla o limo requerirán un mayor porcentaje de cemento para lograr los resultados esperados.
Por lo general, la capa que se estabiliza tiene un espesor de 10 a 15cms. y podrá coronarse con una capa de rodadura de poco espesor (ya sea para tránsito ligero o medio); también podrá servir de apoyo a un pavimento rígido o flexible de alta calidad
Estabilización con cemento en suelo con grava
2.3 Estabilización con productos asfálticos
El asfalto emulsificado que se usa como estabilizador de suelos consiste de glóbulos microscópicos de asfalto que están rodeados y suspendidos en medio acuoso. Se recomienda mantener el estabilizador a una temperatura superior a 0° centígrado. El estabilizador hace contacto con la parte arcillosa del suelo y a medida que se realiza la evaporación del agua, los glóbulos de asfalto forman una fina película que rodea a las partículas de arcilla, cuando está totalmente seca, la masa tratada con la emulsión de asfalto mantiene aproximadamente la misma firmeza y resistencia a la compresión que un suelo que ha sido mezclado solamente
2.3.1 Suelos apropiados
Se recomienda suelos con una composición básica de arena y arcilla, la segunda actuará, como un cementante de la primera. La fracción fina de un suelo debe contener suficiente arcilla para formar una pasta delgada alrededor de las partículas más gruesas. Suelos arcillosos ocasionan demasiado encogimiento y rajaduras, además el constante aumento y disminución de volumen en presencia de agua producen adobes fácilmente erosionables; suelos con excesiva arena no tienen suficiente ligazón entre partículas, generando adobes de poca fuerza cohesiva que se desmoronan. Suelos con excesivo contenido de materia orgánica no son aptos por su gran encogimiento, baja resistencia y poca duración ante la humedad.
Ejemplo de estabilización con asfalto
Estabilización con asfalto emulsificado o alto grado
2.4 Est. con cloruro de Sodio
Impermeabilizan y disminuyen los polvos en el suelo, principalmente para arcillas y limos. El cloruro de sodio se produce mediante 3 métodos. El más antiguo consiste en el empleo del calor solar para producir la evaporación del agua salada, con lo que se obtienen los residuos de sal. Otro método consiste en la extracción directa de las minas de sal y el método más reciente consiste en la evaporación del agua de mar mediante el empleo de hornos.
Cloruro de sodio especial para estabilizar suelos
Las técnicas empleadas para la incorporación de sal a un suelo, son generalmente las mismas empleadas en otros tipos de aditivos y varían desde la sofisticada mezcla en plantas con alto grado de control, hasta la simple mezcla en el lugar realizada con el equipo tradicional en la construcción de pavimentos. Si se desea utilizar el equipo tradicional, los pasos a seguir son: Escarificación Disgregación Adición de cloruro de sodio Adición del agua Mezclado con motoconformadora Tendido y c tación
Ejemplo de estabilización con cloruro de sodio
2.5 Est. con cloruro de calcio
Impermeabilizan y disminuyen los polvos en el suelo, principalmente para arcillas y limos. El cloruro de calcio se obtiene como un subproducto en forma de salmuera en algunos procesos industriales, aunque también se puede obtener de algunos arroyos y pozos naturales siendo la fuente más común el obtenido en la elaboración de carbonato de sodio mediante procedimientos químicos
Se ha demostrado que con la adición de cloruro de calcio disminuyen las fuerzas de repulsión entre las arcillas Se tiene sin embargo que existen limitaciones para el empleo del cloruro de calcio, entre las más importantes se tienen: Que en el medio ambiente se tenga una humedad relativa superior al 30%. Que se tengan minerales que pasen la malla 200 y que estos reaccionen favorablemente con la sal. Que el nivel freático no se encuentre a distancias que provoquen la emigración de la sal
2.6 Est. con escorias de fundición
Escorias de Fundición: este se utiliza comúnmente en carpetas asfálticas para darle mayor resistencia, impermeabilizarla y prolongar su vida útil.
2.7 Est. Con hule de neumaticos
Se utiliza comúnmente en carpetas asfálticas para darle mayor resistencia, impermeabilizarla y prolongar su vida útil.
3. ESTABILIZACION MECÁNICA
Es aquella con la que se logra mejorar considerablemente un suelo sin que se produzcan reacciones químicas de importancia.
3.1 COMPACTACIÓN
La compactación resulta de la compresión mecánica de partículas de suelo y agregados (muchas partículas de suelo juntas en un solo grupo o trozo). La compactación tiene como resultado el rompimiento de los agregados de suelo más grandes, y la reducción o eliminación de espacios (o poros) entre las partículas de suelo. Mientras más grandes y numerosos sean los agregados del suelo, mayores serán los espacios (poros) dentro del suelo. Esto facilita mayor movimiento de aire y agua, requerido tanto por las raíces de las plantas como por los organismos vivos en el suelo.
Compactación por medio de maquinaria pesada
CONCLUSIONES
Del presente trabajo, concluimos lo siguiente: La estabilización es el proceso mediante el cual se somete cierto elemento a alguna manipulación o tratamiento de modo que podamos aprovechar sus mejores cualidades estables La estabilización física se utiliza para mejorar el suelo produciendo cambios físicos en el mismo Los tipos de estabilización física de suelos más importantes son: Mezclas de suelos, Geotextiles, Vibroflotación. La estabilización física de suelos, se refiere principalmente a la utilización de ciertas sustancias químicas y cuyo uso involucra la sustitución de iones metálicos y cambios en la constitución de los suelos involucrados en el proceso.
Los tipos de estabilización química de suelos más importantes son: Estabilización con cal, estabilización con cemento, estabilización con productos asfálticos, estabilización con cloruro de sodio, estabilización con cloruro de calcio, estabilización con escorias de fundición y con hule de neumáticos. La estabilización mecánica de suelos, es aquella con la que se logra mejorar considerablemente un suelo sin que se produzcan reacciones químicas de importancia. Para la estabilización mecánica, consideramos solo la compactación
