Estabilización de suelos En ocasiones es necesario mejorar artificialmente las características de un determinado material granular para que sea apto para integrar una determinada capa del firme, para ello se recure a técnicas de estabilización, que básicamente pueden ser mecánicas, mezclando dos o más suelos o gravas de características complementarias, o emplear diversos aditivos-cal y cemente principalmente – que actúan física y/o químicamente sobre las propiedades del material a mejorar. Con la estabilización se pretende, en primer lugar, aumentar la resistencia mecánica, trabajando las particulares de una forma más efectiva y asegurando que las condiciones de humedad en las que trabaja el suelo varíen dentro de unos rangos reducidos, consiguiendo una adecuada estabilidad a las cargas y una escasa variación volumétrica. Además, se produce un aumento en la durabilidad de dicha capa.
Las arcillas son constituyentes esenciales de gran parte de los suelos y sedimentos debido a que son, en su mayor parte, productos finales de la meteorización de los silicatos que, formados a mayores presiones y temperaturas, en el medio exógeno se hidrolizan. Las arcillas son eminentemente plásticas. Esta propiedad se debe a que el agua forma una envuelta sobre las partículas laminares produciendo un efecto lubricante que facilita el deslizamiento de unas partículas sobre otras cuando se ejerce un esfuerzo sobre ellas. La elevada plasticidad de las arcillas es consecuencia, nuevamente, de su morfología laminar, tamaño de partícula extremadamente pequeño (elevada área superficial) y alta capacidad de hinchamiento. Generalmente, esta plasticidad puede ser cuantificada mediante la determinación de los índices de Atterberg (Límite Líquido, Límite Plástico y Límite de Retracción). Estos límites marcan una separación arbitraria entre los cuatro estados o modos de comportamiento de un suelo sólido, semisólido, plástico y semilíquido o viscoso (Jiménez Salas, et al. , 1975). La relación existente entre el límite líquido y el índice de plasticidad ofrece una gran información sobre la composición granulométrica, comportamiento, naturaleza y calidad de la arcilla. Existe una gran variación entre los límites de Atterberg de diferentes minerales de la arcilla, e incluso para un mismo mineral arcilloso, en función del catión de cambio. En gran parte, esta variación se debe a la diferencia en el tamaño de partícula y al grado de perfección del cristal. En general, cuanto más pequeñas son las partículas y más imperfecta su estructura, más plástico es el material. Según su estabilidad las arcillas se clasifican en:
1. Arcillas caolinitas o claras: Son producto de la meteorización del feldespato otras clases provenientes del granito y comúnmente se encuentran en suelos compuestos de sedimento, es
una arcilla blanca muy pura. Están formadas por la unión de una lámina de silicio y una de aluminio y esta unión no permite la penetración de moléculas de agua entre ellas (se les considera estables). 2. Arcilla illita o arcilla roja: Es el resultado de la meteorización de las micas, es similar en muchos aspectos a la mica en blanca pero menos y más en su composición. Se presenta forma de tiene hojuelas, espotasio una arcilla noagua expansiva, micácea. Están formadas por una alamina de aluminio entre dos de silicio. Son menos expansivas que las montmorillonitas y su comportamiento es más favorable para el ingeniero civil.
3. Arcillas montmorillonitas o arcilla oscura: Suelen ser el resultado de la meteorización del feldespato plagioclasas en los depósitos de ceniza volcánica. Están formadas por una lámina de aluminio entre dos de silicio. Su unión es débil porque las moléculas de agua pueden introducirse en las estructura con facilidad, por lo que son inestables en presencia de agua y pueden producir problemas en las construcciones que se cimienten en este tipo de arcillas. La plasticidad es mayor en la arcilla oscura, intermedia en la roja y menor en la clara, de esta manera se podrá determinar el método ideal según esta propiedad.
Métodos de estabilización de suelos: 1. Estabilización mecánica: Es una técnica de mejora basada en la mezcla de diversos materiales con propiedades complementarias de forma que se obtenga un nuevo material con mayor calidad y que cumpla las exigencias deseadas. Las propiedades que generalmente se pretenden mejorar con este tipo de estabilización son la plasticidad y/o granulometría; la primera afecta susceptibilidad del material al agua y su capacidad drenante; la segunda incide sobre su resistencia, trabajabilidad y compacidad final. Para realizarse se requiere de una serie de operaciones que, aunque omisibles en su orden, suelen ser las siguientes:
- Escarificación y pulverización- reducción a polvo- del suelo, si el -
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procedimiento se realiza en situ, o pulverización únicamente si se realiza en central. Mezcla intima homogénea de los materiales, tanto en obra, empleando una grada de discos, como en central, empleando tolvas dosificadoras. Extensión y nivelación de la mezcla. Humectación y compactación de la misma hasta alcanzar la densidad mínima prescrita en la obra, generalmente el 95 o 100% del proctor modificado.
La plasticidad adecuada debe estar por debajo de las indicaciones al respecto (LL<25, IP<10).
2. Estabilización in situ con cal: Desde hace más de 2000 años es bien conocido el carácter aglomerante de la cal, que unido a su tremenda avidez por el agua le confiere unas excelentes propiedades como aditivo a emplear en estabilizaciones de suelos. Para la elaboración de este tipo de estabilizaciones se emplea una cal aérea mezclada en presencia de agua con el suelo en cuestión. La dosificación de cal varía según el tipo de suelo, empleándose porcentajes sobre preso seco de suelo del 2 al 5% para a cal viva (CaO) y del 4 al 7% en el caso de usar cal apagada. También puede combinarse el cloruro sódico con la cal en una proporción del 2% para potenciar sus propiedades resistentes y reductoras de la plasticidad. Los resultados más destacables que produce la cal se resumen en tres aspectos a) Mejora las propiedades resistentes: Dado el carácter aglomerante de la cal, la resistencia a la compresión a largo plazo aumenta de forma considerable, alcanzándose valores de 30 a 50 kp/cm2. La resistencia a la cizalla también se ve mejorada, al aumentar el rozamiento interno y la cohesión del suelo. b) Reducción de la plasticidad: Uno de los efectos más importantes que ejerce la cal en los suelos plásticos (IP>15) es el aumento de su límite plástico. Este hecho ocasiona una drástica reducción del índice de plasticidad, aumentando además la humedad optima de compactación. En suelos poco plásticos (IP<15) actúa de forma opuesta, aumentando su IP. c) Aumento de la trabajabilidad: Con la adición de cal, el suelo se vuelve más disgregable y granular, lo que unido al aumento de LP y de la humedad optima de compactación facilita su puesta en obra. Para la realización de este método se siguen las siguientes operaciones:
- Disgregación y pulverización del suelo. - Humectación (si es necesario). - Distribución de la cal uniformemente, empleando la maquinaria adecuada.
- Mezcla intima del suelo con el aditivo mediante gradas de discos, -
mezcladoras continuas u otros medios análogos. Operaciones de aireación y curado inicial de la mezcla, de forma que se mantenga constante la humedad óptima para su compactación.
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Compactación de la mezcla, empleando para ello rodillos vibratorios lisos o de neumáticos, de forma que se alcance la densidad máxima estipulada en proyecto, generalmente el 100% de la densidad Proctor. - Acabado superficial, alcanzando las cotas de proyecto y las pendientes correspondientes, procurando que la superficie sea lo más uniforme posible.
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Curado de la de mezcla, constante su humedad durante final un periodo 3 a 7 manteniendo días a partir de su acabado. Para ello deberá regarse con la debida frecuencia o disponer un riego para evitar evaporaciones.
Este método se utiliza en suelos arcillosos, con elevado contenido de finos de plasticidad media o alta. Se emplea también en suelos de elevada humedad natural, dado que modifica la curva de compactación, reduciendo la densidad seca máxima y aumentando la humedad optima de compactación.
3. Estabilización con cemento(suelocemento) Esta técnica de estabilización es una de las más empleadas actualmente, y viene poniéndose en práctica desde que Amies la introdujo ene l año 1.917 para tratar de evitar el fenómeno de pumping o bombea de finos característico de los firmes rígidos. Al aglomerar este tipo de partículas se conseguía que el agua no las disolviera en su seno, evitando de este modo el descalzamente y posterior de las losas de hormigón. Para fabricar una estabilización con cemento se realiza una mezcla intima del suelo previamente disgregado con cemento, agua y otros aditivos opcionales, seguida de una compactación y curado adecuados. En el caso de que la mezcla se vaya a empelar en capas de firme, dicha mezcla deberá realizarse en central, ya que solo de este modo se garantiza una homogeneidad suficiente del producto final. La proporción de cemento es necesaria para obtener un material adecuado es muy variable, dependiendo del tipo de suelo que se desee estabilizar. Los suelos más adecuados para estabilizar con cemento son los granulares con finos de plasticidad reducida (grupos A-1, A-2 y A-3 de la clasificación AASHTO). El contenido más apropiado de agua se determina mediante el ensayo Proctor modificado, teniendo en cuenta que cuanto mayor sea la densidad alcanzada, más alta será la resistencia del material. La adición de cemente al suelo modifica su plasticidad, así como su densidad máxima y humedad optima, que varían ligeramente en un sentido o en otro, dependiendo del tipo de suelo.
Con este tipo de estabilización se pretende mejorar las siguientes propiedades de un suelo: a) Mejora su resistencia mecánica Debido a que rigidizan las estructura interna y confieren una mayor capacidad portante al suelo, llegándose a alcanzar resistencias a los 7 días de 20 a 50 kp/cm2. b) Insensibilidad al agua: El cemento impide el lavado de finos, evitando fenómenos de soplado. Asimismo mejora la resistencia a la helada y aumenta la durabilidad del firme. c) Reducción de la plasticidad: Un inconveniente que presenta son los problemas derivados del proceso de retracción produciendo a largo plazo grietas en el pavimento, se ha empleado en capas de base de firmes bituminosos.
4. Otras estabilizaciones Aquí se trataran dos tipos de estabilizaciones cuyo uso no es tan extendido por diversos motivos de índole técnico y económico, se trata de productos bituminosos y de las estabilizaciones con cloruros.
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Estabilizaciones con productos bituminosos:
En esta clase d estabilización el aditivo no es más que un ligante bituminoso, empleándose generalmente alquitranes poco viscosos, emulsiones bituminosas de rotura lenta o betunes fluidificados de viscosidad media. Los suelos más adecuados para este tratamiento son los granulares con pocos finos (menos del 20%) y reducida plasticidad (IP<10) Dado el elevado precio del petróleo en la actualidad, esta técnica se emplea en países y regiones productoras.
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Estabilizaciones con cloruros:
Ideal para reducir la regeneración del polvo.
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Maquinaria empleada para el mejoramiento de suelos. 1. Mezcladoras 2. Pipas para el transporte de mescla de cal 3. Pipas para el riego de agua 4. 5. 6. 7.
Compactadoras de cabra Compactadoras patas de rodillo liso. Retro excavadoras Bull dozer.
Una vez explicados los tipos de arcillas según su estabilidad, los diferentes métodos para estabilizar el suelo y la maquinaria necesaria, se presentan las conclusiones en la siguiente tabla: Tomando en cuenta la plasticidad de los tipos de arcillas y la plasticidad idal para cada método se tiene que: Claras Rojas Oscuras
Mecánica
Con Cal
Concemento
Otras
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN DEPARTAMENTO DE CONSTRUCCION
Explotación de equipos
Numero de trabajo: 1 Título del trabajo: Métodos de estabilización de suelos arcillosos Elaborado por:
María Elena Dixon Chávez
Grupo: IC-31D Profesor: Ing. Israel Morales Urbina Fecha entrega: 09-09-2017
Carnet: 2015-0102U
