UAP UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS
FACULTAD DE INGENIERÍAS Y ARQUITECTURA ARQUITECTURA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
“DENSIDAD DE CAMPO CON FINES DE CIMENTACION”
ASIGNATURA : Mecánica de Suelos DOCENTE
: ING MOROTE ARIAS, Maxwill Anthony
CICLO
:V
GRUPO
:1
INTEGRANTES: CAHUANA TICLLASUCA, Emerson Jhonatan CURI OCHOA, Jorge HUACHACA QUISPE, Silvano Jhon PREGUNTEGUI PALOMINO, Gipssy Camila TRUJULLO VILLANUEBA, Alberto
AYACUCHO – PERU 2016
DEDICATORIA La vida se encuentra plaga de retos, y uno de ellos es la universidad. Tras vernos dentro de ella, nos damos cuenta que más allá de ser un reto, es una base no sola para nuestro entendimiento del campo en el que nos hemos visto inmersos, si no para que corresponda a la vida y nuestro futuro, es por ello que siempre vamos de la mano con Dios. Agradecemos a Dios por darnos siempre un nuevo día y no desampararnos, a nuestros padres quienes nos motivan, nos protegen y están con nosotros para ser grandes en la vida y al docente que nos transmite nuevos conocimientos .
INDICE I.INTRODUCCION………………………………………………………………………………………..1 II.RESUMEN…………………………………………………………………………………………………….2 III.OBJETIVOS…………………………………………………………………………………………………3 IV.MARCO TEORICO………………………………………………………………………………….4 A.DEFINICION……………………………………………………………………………………………………4 A.1 CARACTERIZACION DE LOS SUELOS APTOS PARA LA ESTABILIZACION…………………………………………………………………………………………...4 A.2 ENSAYOS PARA REALIZAR LAS CARACTERISTICAS DE LOS SUELOS…………………………………………………………………………………..………………………4 A.2.1 LOS ENSAYOS BASICOS ……………………………………………………………………..……..….4 A.2.2 LOS ENSAYOS COMPLEMENTARIOS ...…………………………………………………….…….4
B.PROPIEDADES GEOTECNICAS QUE SE MEJORAN………………….………5 B.1 ESTABILIDAD VOLUMETRICA ………………………………………………….………….………5 B.2 RESISTENCIA………………………………………………………………….…….…….……..….………5 B.3 PERMEABILIDAD………………………………………………….……………………………….………5 B.4 DURABILIDAD ………………………………………………….…………………………………...………5 B.5 COMPRESIBILIDAD COMPRESIBILIDAD………..………………………………………………………...………….………5
C.TIPOS DE ESTABILIZACION DE SUELOS…………..……………………......………6 C.1 ESTABILIZACION FISICA…………..……………………………………………………......………6 C.1.1 MEZCLAS DE SUELO …………..………………………………………………….………......………6 C.1.2 GEOTEXTILES…………..……………………………………..……………………………......…….…6 C.1.2.1 GEOTEXTILES TEJIDOS ………………………………………..……………………......………6 C.1.2.2 GEOTEXTILES NO TEJIDOS …………………..……………………..……………......………7 C.2 ESTABILIZACION QUIMICA…………………..…………...…………..……………......………7 C.2.1 ESTABILIZACIÓN CON CAL...………………………..…..…………...……………........………7 C.2.1.1 METODOS DE APLICACIÓN CON CAL ...…..………………...……..………......………8 C.2.1.2 MATERIALES EN LA APLICACIÓN SUELO-CAL..…...…………...………………..……9 C.2.1.3 BENEFICIOS EN LA APLICACIÓN SUELO-CAL..…….…………...………………………9 C.2.2 ESTABILIZACIÓN CON CEMENTO..…….…………..……………………………..…….….…10 C.2.2.1 MATERIALES USADOS EN ESTABILIZACIÓN ESTABILIZACIÓN DE SUELO-CEMENTO…..…….…11 C.2.2.2 ETAPAS DE LA ESTABILIZACIÓN………………………………………………..…….….…12 C.2.3 PRODUCTOS ASFALTICOS…………………..…….…………………………………………….…13 C.2.3.1 MATERIALES PARA LA ESTABILIZACION CON ASFALTO ……………….……….…14 C.2.4 CLORURO DE SODIO ...………….…………………………………………………………………..15 C.2.4.1 COMPORTAMIENTO DE LOS SUELOS ESTABILIZADOS CON CLORURO DE SODIO ...………….………….…………………………………………………..16 C.2.4.2 FORMAS DE APLICAR EL CLORURO DE SODIO A LOS SUELOS ………………….17 C.2.5 CLORURO DE CALCIO.. ……………………………………………………………………...………18 C.2.5.1 EFECTOS DEL CLORURO DE CALCIO COMO AGENTE ESTABILIZADOR DE SUELOS.. SUELOS..……………………………………………..……………………………………...………19
C.2.6 ESCORIA DE FUNDICIÓN ………………………………………….………………………...………20 C.2.6.1 APLICACIONES EN EJECUCIÓN DE LAS OBRAS……………………...…………………20 C.2.7 POLÍMEROS…………………………………………………………………………………….…………21 C.2.7.1 AZFALTO MODIFICADO CON POLIMEROS……………….………………………..……22 C.2.8 HULE DE NEUMÁTICOS …..………….……………………..…….……………………………..…23 C.2.9 ESTABILIZACIÓN CON CENIZA VOLANTE ……………………………..…………………..…23 C.2.9.1 ESTABILIZACIÓN DE SUELO ARCILLOSO CON CENIZAS DE CARBÓN………………………………………………………………………..…………………..…24
C.3 ESTABILIZACION MECANICA……………………………..………………………….………..…25 C.3.1 COMPACTACIÓN……………………………..………………………………………………... ....…25 C.3.1.1 COMPACTACIÓN DINAMICA………………………………………………….……...........26 C.3.1.1.1 VIBRO-COMPACTACIÓN……………………………..……………………..……..…….27 C.3.1.1.2 VIBRO-SUSTITUCIÓN……………………………………………….……….…….... ...…27 C.3.1.1.3 VIBRO-FLOTACIÓN….…………………………….…………………………….….......…28
D.MAQUINARIAS PARA LA ESTABILIZACION DE SUELOS……………..30 D.1 MOTONIVELADORA ………………………………………………………………..…………….……30 D.2 COMPACTADORA……………………………………………………………..………………..………30 D.3 PAVIMENTADORA…………………………………………………………..………………….………30 D.4 EXCADORA………………………………………….……………………..…………………….….………31 D.5 BULLDOZER………………………………………….…………………..………………………….………31 D.6 BAILARIN…………………………………………..………………………………………………….………31 D.7 SUBSOLADOR …………………………………………………………..………………………….………32 D.8 CISTERNAS………………………………………………………………….……………………….………32
V.CONCLUSIO…………….……………………………………………….……………………….………33 VI.BIBLIOGRAFIA……..……………………………………………….……………………….………34 VII.ANEXO……………….…………………………………………………….……………………….………35
I: INTRODUCCION Cuando un suelo presenta resistencia suficiente para no sufrir deformaciones ni desgastes inadmisibles por la acción del uso o de los agentes atmosféricos y conserva además esta condición bajo los efectos climatológicos normales en la localidad, se dice que el suelo es estable. El suelo natural en ciertas condiciones cuenta con la composición granulométrica y la plasticidad así como el grado de humedad necesario para que, una vez compactado, presente las propiedades mecánicas que lo hacen idóneo como firme para un camino. Los métodos empleados en la antigüedad para utilizar los suelos en la construcción eran empíricos y, como las actividades artesanales, se transmitían de generación en generación. Los conocimientos en la actualidad sobre este campo se basan principalmente en estudios sistemáticos con fundamento científico corroborado mediante la experimentación. En general puede decirse que todos los suelos pueden ser estabilizados, pero si la estabilización ha de lograrse por aportaciones de otros suelos o por medios de otros elementos (por ejemplo cemento, enzimas orgánicas, emulsión asfáltica) el costo de la operación puede resultar demasiado alto si el suelo que se trata de corregir no posee determinadas condiciones.
Entre las aplicaciones de un suelo modificado o estabilizado se encuentran la mejora de los suelos granulares, susceptibles a heladas y el tratamiento de los suelos limosos y/o arcillosos para reducir los cambios de volumen. El desarrollo de los países, se basa primordialmente en sus vías de comunicación, a través de ellos se lleva a cabo las interrelaciones económicas, sociales, culturales, etc. Miles de millones de dólares y horas - hombre se gasta cada año en la construcción, mantenimiento y reparación de caminos. Se suma a esto acaparamientos, erosión, deslizamiento de tierras, baches y polvo problemas comunes de los caminos secundarios, o no pavimentados, que afectan a todos. Tiempo y dinero son irremediablemente perdidos, los costos aumentan y nuestra comodidad y seguridad son puestas en juego por las condiciones precarias de los caminos. Actualmente en el Distrito Metropolitano de Quito, se está llevando un agresivo programa orientado hacia el mejoramiento y desarrollo vial, a través de la construcción y rehabilitación de carreteras. Programa en el cual se incluye el uso de estabilizadores como insumo indispensable para otorgarle mayor vida útil a este tipo de estructuras y, consecuentemente, garantizar la vida útil y ampliar los periodos de mantenimiento. Las enzimas orgánicas, es una alternativa para la estabilización de carreteras cuya formulación líquida enzimática natural, no tóxica y biodegradable mejora la calidad de las obras de ingeniería. La enzima cataliza la degradación de los materiales orgánicos en el suelo alterando favorablemente sus atributos físicos y químicos. Esto da como resultado una mejor unión química de partículas cohesivas de suelo y una estructura de suelos más estable y duradera.
II: RESUMEN El suelo en un sitio de construcción no será siempre totalmente adecuado para soportar estructuras como edificios, puentes, carreteras y presas. Algunas veces, las capas superiores del suelo no son adecuadas y deben retirarse y reemplazarse con mejor material sobre el cual puede construirse una cimentación estructural. El suelo usado como relleno debe estar bien compactado para soportar la carga estructural o las fuerzas que se aplican sobre él.
PROPIEDADES QUE SE MEJORAN Gracias a la estabilización, los suelos ganan ciertas propiedades para poder utilizarlas y hacer una construcción, ya sea una de ellas la resistencia a las fuerzas que se aplican sobre ellas, entre otras.
TIPOS DE ESTABILIZACION ESTABILIZACION FISICA Este se utiliza para mejorar el suelo produciendo cambios físicos en el mismo. ESTABILIZACION QUIMICA 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. ESTABILIZACION MECANICA Es aquella con la que se logra mejorar considerablemente un suelo sin que se produzcan reacciones químicas de importancia.
MAQUINARIAS Existen variedades tipos de maquinarias para el proceso de estabilización en la información describiremos algunas de ellas.
III: OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL:
Dar a conocer los tipos de estabilización de suelos y mejorar sus propiedades mecánicas.
OBJETIVO ESPECIFICO:
Identificar las maquinarias que se usaran para la estabilización de los suelos. Conocer las propiedades que se gana debido a la estabilización. Informar los materiales que se usan en cada tipo de estabilización.
IV: MARCO TEORICO A.DEFINICION 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, las condiciones de clima más severas y las fuerzas que actúan sobre ella. Se dice que es la corrección de una deficiencia para darle una mayor resistencia al terreno o bien, disminuir su plasticidad.
A.1 CARACTERIZACION DE LOS SUELOS APTOS PARA LA ESTABILIZACION Su función esencial es identificar el suelo como arena, limo arcilla, suelo orgánico y además determinar el porcentaje de finos y su plasticidad; se deben tener en cuenta aspectos como: deformabilidad, expansividad, sensibilidad. Cuando se logra tener una completa información del suelo podremos abordar con tal plenitud cualquier problema que este tenga y en este caso saber si es apto para adoptar un método de estabilización. TIPO DE SUELO ARENAS
SISTEMA DE ESTABILIZACION DE SUELO o o
LIMOS
o
o
ARCILLAS
o o
La adición de cemento aumenta la resistencia. La adición de asfalto les brinda cohesión. Si tienen algo de arcilla responde económicamente solo a la compactación. Los limos puros no responden económicamente a métodos de estabilización usuales. La cal mejora su trabajabilidad y resistencia. El cemento produce aumentos de resistencia.
A.2 ENSAYOS PARA REALIZAR LAS CARACTERISTICAS DE LOS SUELOS Los ensayos utilizados para realizar las características de los suelos, se pueden dividir en: A.2.1 LOS ENSAYOS BASICOS: De identificación dependen únicamente dela naturaleza del suelo y por tanto de sus propiedades intrínsecas, siendo estas la granulometría y los límites de consistencia. A.2.2 LOS ENSAYOS COMPLEMENTARIOS: Por su parte se refieren a características relativas al estado natural del suelo tales como: densidad natural, contenido de materia orgánica y de ciertas sales y humedad.
B.PROPIEDADES GEOTECNICAS QUE SE MEJORAN B.1 ESTABILIDAD VOLUMETRICA Se refiere por lo general a los problemas relacionados con los suelos expansivos por cambio de humedad, relación con variaciones estacionales o con la actividad del ingeniero.
B.2 RESISTENCIA Existen varios métodos de estabilización que se han revelado útiles para mejorar la resistencia de muchos suelos. Pero antes de profundizar más este aspecto será preciso decir que todos ellos parecen perder mucho su poder en el momento que se tiene importante contenido de materia orgánica.
B.3 PERMEABILIDAD No suele ser muy difícil modificar sustancialmente la permeabilidad de formaciones de suelo por métodos tales como la compactación, la inyección, etc. En materiales arcillosos, el uso de floculantes (por ejemplo, polisfofato).
B.4 DURABILIDAD Suelen involucrarse en este concepto aquellos factores que se refieren a la resistencia de intemperismo, a la erosión o a la abrasión del tráfico; de esta manera los problemas de probabilidad en las vías terrestres suelen estar muy asociadas a suelos situados relativamente cerca de la superficie de rodamiento.
B.5 COMPRESIBILIDAD La compactación es una forma rutinaria de estabilización que modifica fuertemente la compresibilidad de los suelos.
C.TIPOS DE ESTABILIZACION DE SUELOS C.1 ESTABILIZACION FISICA: Este se utiliza para mejorar el suelo y producir cambios físicas en el mismo, es la corrección de una deficiencia para darle una mayor resistencia al terreno o bien disminuir su plasticidad. Hay varios métodos como lo son: C.1.1 MEZCLAS DE SUELO 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. Por ejemplo, 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 camino. 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.
C.1.2 GEOTEXTILES Es el material textil plano, permeable, de apreciable deformabilidad, formado por fibras poliméricas termoplásticas de diversos orígenes, entre las más utilizadas podemos mencionar a las polipropilenos, poliésteres y poliuretanos. Los geotextiles se clasifican en dos grandes grupos: tejidos y no tejidos. C.1.2.1 GEOTEXTILES TEJIDOS
Formados mediante cintas de polipropileno en sentido de urdimbre (sentido longitudinal) y de trama (sentido transversal). Es el tejido más simple y eficiente. Resistencia a la tracción es de tipo biaxial, en los dos sentidos de su fabricación. Su aplicación está orientada al refuerzo de vías, muros, terraplenes y cimentaciones.
C.1.2.2 GEOTEXTILES NO TEJIDOS
Se forman a partir de un entrelazado de fibras o filamentos de polipropileno mezclados aleatoriamente, conformando una capa con altas propiedades de filtración y drenaje. Tienen buenas características mecánicas e hidráulicas. Pueden estirarse desde un 40% hasta un 120% o más, antes de entrar en carga de rotura. Buena adaptabilidad a las desuniformidades de los terrenos.
C.2 ESTABILIZACION QUIMICA 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; un ejemplo claro es en el desarrollo de un proyecto de vía; estas adiciones químicas se le aplica principalmente a bases, sub-bases y terraplén para proveer una estabilización garantizada a la vía. El agente estabilizador utilizado será debidamente escogido y nombrado por el proyecto. Existen diferentes métodos para la estabilización química como lo son: C.2.1 ESTABILIZACIÓN CON CAL La cal es un producto de cocción de la piedra caliza, para construir un material ligante al combinarse con agua y suelo, este material mejora las características naturales, de modo que aumenta su capacidad para resistir los efectos inducidos por el tránsito y disminuye los cambios volumétricos. Como normal general se puede señalar que, para la estabilización con cal sea eficaz, los suelos deben ser plásticos, y en este sentido se considera que a partir de in índice de plasticidad “IP” igual o mayor a 10, el suelo es
adecuado para reaccionar satisfactoriamente a su estabilización con cal, ya que esto es la clave para las reacciones químicas se proporcionan mejoras en las propiedades del suelo de forma inmediata y a largo plazo. Uno de los efectos más importantes de la cal en el suelo, es el de cambiar apreciablemente su plasticidad y aumento en la resistencia. La aplicación más usual de las estabilizaciones con cal es en subrasante y como capa de rodadura, en zonas de suelos arcillosos y/o con canteras de materiales granulares lejanos.
C.2.1.1 METODOS DE APLICACIÓN CON CAL
CAL HIDRATADA EN POLVO Ventajas: Puede ser aplicada más rápidamente que la lechada, la cal hidratada en polvo puede ser utilizada para secar arcillas, pero no es están eficaz como la cal viva. Desventajas: Las partículas hidratadas de cal son finas, de modo que el polvo puede ser un problema y este tipo de uso generalmente es inadecuado en áreas pobladas. CAL VIVA EN SECO Ventajas: Económica porque es una forma más concentrada de cal que la cal hidratada, conteniendo de 20 a 24% más de óxido de calcio, es excelente para secar suelos mojados y tiene tamaños de partículas más grandes que pueden reducir la generación de polvo. Desventajas: Requiere 32% de su peso en agua para convertirse en cal hidratada y puede haber perdida adicional por la evaporación significativa debido al calor de hidratación. LECHADA DE CAL Ventajas: Aplicación libre de polvo, es más fácil lograr la distribución. Se aprovecha la aplicación por rociado y se requiere menos agua adicional para la mezcla final. Desventajas: Velocidad lenta de aplicación, costo más alto debido al equipo extra requerido, puede no ser práctico en suelos muy mojados y no es práctico para secar.
C.2.1.2 MATERIALES EN LA APLICACIÓN SUELO-CAL
SUELO Los suelos que se usen para la construcción de suelo-cal deben estar limpios y no deben tener más de 3% de su peso de materia orgánica. Además la fracción del suelo que pasa la malla N° 40 debe tener un IP comprendido entre 10 y 50. Los suelos más apropiados para estabilizar con cal son los de granulometría fina de cierta plasticidad. Uno de los efectos más importantes de la cal en el suelo, es el de cambiar apreciablemente su plasticidad. Por ejemplo suelos de plasticidad IP < 15, aumentan tanto el LL como el LP, y también muy ligeramente su IP; en cambio, en los suelos de plasticidad con IP > 15) disminuye el IP. CAL La cal que se puede utilizar es óxido cálcico (cal viva), hidróxido cálcico (cal apagada) o una lechada de cal. La cal más utilizada para el tratamiento de suelos es la cal alta en calcio, que contiene un máximo de 5% de óxido o hidróxido de magnesio, como la cal dolomítica que contiene de 35 a 46% de óxido o hidróxido de magnesio. La aplicación de la cal puede variar entre 2 al 7% con respecto al suelo seco del material para estabilizar. Es recomendable no usar más del 7% ya que con esto se aumenta la resistencia pero también tenemos un incremento en la plasticidad. AGUA El agua debe estar limpia, no debe contener materia orgánica y debe estar libre de sales, aceitas, ácidos y álcalis perjudiciales. En general, se considera adecuada el agua potable. COMPACTACION Para la compactación se deberá usar rodillos para de cabra, y luego rodillos lisos de tres ruedas de acero o rodillos neumáticos. El espesor de cada capa compactada no deberá ser mayor a 15cm. CURADO La capa mezclada y compactada debe ser curada por un lapso de 3 a 7 días. El curado de todas las capas estabilizadas podrá efectuarse mediante riegos ligeros de agua, que mantengan la superficie húmeda mientras se rodilla con compactadores neumáticos hasta su curado completo.
C.2.1.3 BENEFICIOS EN LA APLICACIÓN SUELO-CAL
SECADO La cal viva (oxido de calcio) químicamente combinado con el agua, puede ser utilizada muy efectivamente para el secado de cualquier suelo con humedad. La combinación del óxido de calcio + agua, genera una reacción exotérmica, provocando calor que evapora el agua del suelo.
MODIFICADO Ocurre después de hacer el mezclado inicial del óxido de calcio y los materiales arcillosos presentes en el suelo. Los iones de calcio (Ca++) de la cal se intercambian con las partículas de arcilla, con el agua y otros iones. Gracias al intercambio iónico. El suelo arcilloso se modifica, resultando: Reducción del índice de plasticidad. El suelo se hace friable y granular. Mejora la estabilidad y compactación. Se reduce la expansivita del suelo. ESTABILIZANTE La cal utilizada para estabilizar y fortalecer las sub-bases y sabes debajo del pavimento. Durabilidad a largo tiempo en muy adversas adiciones. Se crea una barrea resistente al agua. Reducción del índice de plasticidad. Reduce las características de expansión y agrietamientos. Incrementa substancialmente la capacidad de carga.
C.2.2 ESTABILIZACIÓN CON CEMENTO La estabilización de suelos es una técnica cuyo fin es modificar sus características mediante la incorporación de un conglomerante (normalmente cal y/o cemento) para permitir su aprovechamiento. El cemento está siendo utilizado cada vez más como un material para la estabilización de suelos, en particular en la construcción de carreteras y presas de tierra. Es utilizado para estabilizar suelos arenosos y arcillosos. Al igual que el caso de la cal, el cemento ayuda a disminuir el límite y aumentar el índice de plasticidad, la resistencia de suelo, aumentar la fuerza con el tiempo de curado y manejabilidad de suelos arcillosos. La estabilización con cemento es eficaz para suelos arcilloso cuando el límite es menor que 45 a 50 y el índice de plasticidad es menor aproximadamente 25. Los objetivos directos que se obtienen suelen ser:
Permitir el aprovechamiento de suelos de la traza de deficiente calidad, evitando su extracción y transporte a vertedero así como el tener que aportar otros diferentes que en ocasiones pueden hallarse a distancias importantes. Reducir la sensibilidad al agua de los suelos, y con ello aumentar su resistencia a la erosión, a la helada, y a otros agentes climáticos. Permitir la circulación por terrenos intransitables.
Obtener una plataforma estable de apoyo del firme que colabore estructuralmente con el mismo.
C.2.2.1 MATERIALES USADOS EN ESTABILIZACIÓN DE SUELO –CEMENTO 1. SUELO Todos los suelos pueden ser estabilizados con cemento y no es necesario que sean materiales bien graduados, pues la cohesión se alcanza por hidratación del cemento Pero es mejor aplicable a suelos granulares:
Arenosos con grava: Es posible efectuar un trabajo adecuado de pulverización y mezcla. Suelos arenosos con deficiencia de partículas finas: como la arena de playa, que va demandar mayor cantidad de cemento. Suelos limosos y arcillosos: Suelen dar problemas de pulverización y mezcla íntima con el cemento. Generalmente cuando es más arcilloso el suelo, se requieren más cemento.
2. CEMENTO
Se puede emplear cualquier tipo de cemento que cumpla los requerimientos de las especificaciones, pero se recomienda los de fraguado y endurecimiento normales. En casos de querer contrarrestar los efectos de la materia orgánica, se empleara cementos de alta resistencia. En zonas con bajas temperaturas, los suelos se mezclarán con cemento de fraguado rápido o con cloruro de calcio como aditivo. Comúnmente consiste en agregar cemento portland en proporción de 7% a 16% por volumen de mezcla.
3. AGUA Debe ser relativamente limpia y libre de cantidades perjudiciales de álcalis, ácidos y materia orgánica.
C.2.2.2 ETAPAS DE LA ESTABILIZACIÓN
ETAPAS
1.
2.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
OBJETIVO EQUIPOS USUALES ETAPAS PREVIAS A LA EJECUCIÓN Clasificación del Identificación de la Ensayos de laboratorio suelo naturaleza y características (granulometría, del suelo. plasticidad, humedad, materia orgánica, etc.). Elección y estudio de Definición del Estudio de laboratorio dosificación del conglomerante y ensayos (Proctor, CBR, resistencia). conglomerante para definir la dosificación. ETAPAS DURANTE LA EJECUCIÓN Preparación del suelo Disgregar el suelo Pala, bulldozer o Escarificado y motoniveladora con disgregación ripper Suprimir elementos de Equipos mecánicos o Eliminación de tamaño superior a agrícolas. gruesos 80 mm Obtención de la rasante Motoniveladora Nivelación Conseguir la humedad Aireación: ripper o Aireación o óptima Proctor (incluyendo estabilizadora. humectación la de aportación en el caso Humectación: camión de cisterna con barra regadora, vía húmeda) distribuidor de lechada. Distribución del Aporte del conglomerante Manual (cuadrícula de sacos) conglomerante. con la dotación requerida de (solamente en obras de acuerdo con la fórmula de reducido tamaño o por vía seca trabajo y el espesor a tratar importancia). por vía húmeda Distribuidor de conglomerante (en polvo o lechada). Mezclado Mezcla del suelo con el Pulvimixer o rotavator conglomerante y el (solamente en obras de agua, logrando una mezcla reducido tamaño o homogénea importancia). Recicladora-estabilizadora. Compactación inicial Obtención de la densidad en Rodillo liso vibrante el fondo de la capa, pre compactando el suelo Refino Obtención de la rasante Motoniveladora definitiva. Mejora de la regularidad superficial Compactación final Obtención de la densidad Rodillo liso vibrante + rodillo de neumáticos en ocasiones. requerida (≥ 9798 % de la máxima Proctor Rodillo mixto. modificado)
7. Riego de curado Con agua Con emulsión
Mantener la superficie húmeda Crear una película impermeable
8. Protección superficial en caso necesario
Proteger el riego de curado con emulsión si va a circular tráfico sobre el mismo
Cuba de agua con barra pulverizadora. Cuba de emulsión y lanza. Cuba de emulsión con barra regadora. Extendedora de gravilla y rodillo de neumáticos.
C.2.3 PRODUCTOS ASFALTICOS El material asfáltico que se emplea para mejorar un suelo puede ser el cemento asfáltico o bien las emulsiones asfálticas, el primero es el residuo último de la destilación del petróleo. Para eliminarle los solventes volátiles y los aceites y para ser mezclado con material pétreo deberá calentarse a temperaturas que varían de 140 a 160° C, el más común que se emplea en la actualidad es el AC-20. Este tipo de producto tiene la desventaja de que resulta un poco más costoso y que no puede mezclarse con pétreos húmedos. En las estabilizaciones, las emulsiones asfálticas son las más usadas ya que este tipo de productos si pueden emplearse con pétreos húmedos y no se necesitan altas temperaturas para hacerlo maniobrable, en este tipo de productos se encuentra en suspensión con el agua, además se emplea un emulsificante que puede ser el sodio o el cloro, para darle una cierta carga a las partículas y con ello evitar que se unan dentro de la emulsión; cuando se emplea sodio, se tiene lo que se conoce como emulsión aniónica con carga negativa y las que tienen cloro son las emulsiones catiónicas que presentan una carga positiva, siendo estas últimas las que presentan una mejor resistencia a la humedad que contienen los pétreos. Se tienen emulsiones de fraguado lento, medio y rápido, de acuerdo al porcentaje de cemento asfáltico que se emplea. Una emulsión asfáltica es una dispersión de asfalto en agua en forma de pequeñas partículas de diámetro de entre 3 y 9 micras.
C.2.3.1 MATERIALES PARA LA ESTABILIZACION CON ASFALTO
ARENA -ASFALTO
Arenas: las arenas pueden ser de río, playa, médanos o de yacimiento, libres de terrones de arcilla, vegetales y materia orgánica. La granulometría no es restrictiva ya que como se indica en la Tabla 1, puede utilizarse un amplio rango para la misma. El índice de plasticidad debe ser inferior a 10 y si es posible menor que 6. La textura rugosa y angular de la arena le confiere alta estabilidad. Las arenas con partículas lisas y redondeadas poseen bajas estabilidades pudiéndose incrementar estas últimas mediante la incorporación de un material más fino, como relleno mineral o filler. Materiales Bituminosos: son de aplicación los asfaltos diluidos de endurecimiento rápido: ER-1, ER-2 y ER-3 y las emulsiones de rotura lenta EB-L.
SUELO-ASFALTO
Suelos: las arcillas arenosas o limosas constituyen los suelos más apropiados para este tipo de estabilizaciones. Antes de mezclar el suelo con el material bituminoso, éste debe estar suficientemente húmedo para facilitar la distribución del material asfáltico durante el mezclado y el desmenuzamiento de los terrones de suelo que pudieren existir. Aunque se admite un amplio rango de tipos de suelos que pueden ser estabilizados con materiales bituminosos, solo los suelos que cumplen con los requisitos indicados en la Tabla Nº 1 permiten lograr resultados satisfactorios. Debe tratarse que los suelos sean bien graduados y con cierta plasticidad sin superar el límite indicado y no contener materias orgánicas. Materiales Bituminosos: Asfaltos diluidos de curado rápido ER-1 al ER4, asfaltos diluidos de curado medio EM-1 al EM-4, asfaltos diluidos de curado lento EL-1 al EL-4 y emulsiones asfálticas de rotura lenta EB-L. Los asfaltos diluidos de curado rápido se utilizan para los suelos más arenosos porque permiten realizar la mezcla más fácilmente. A medida que aumenta la plasticidad de los suelos deben emplearse asfaltos diluidos de curado medio o lento.
GRAVA-ARENA-ASFALTO
Grava-Arena: mezcla natural de yacimientos y de ríos o mezcla artificial de ambos materiales. Las mezclas bien graduadas se compactan a altas densidades y tienen elevadas estabilidades. Cuando se carece de la fina necesaria en el material proveniente del yacimiento, debe incorporarse al mismo un material fino adicional. El material a estabilizar debe tener un Índice de plasticidad menor de 6 y el tamaño máximo del agregado no debe superar a la tercera parte del espesor de la capa
compactada. El material resultante debe ser bien graduado y cumplir con los requerimientos indicados en la siguiente tabla.
Requisitos 11/2" 1" ¾" Nº4 Nº 10 Nº 40 Nº 100 Nº200 Límite Liquido índice de plasticidad Materiales Bituminosos
Arena – asfalto
Suelo – asfalto
Grava – arena – asfalto 100
100 50-100
50-100 35 – 100
5-25 <10 ER-1 al ER-3 EB-L
10-50 <30 <12 ER-1 al ER-4 EM-1 al EM-4 EL-1 al EL4 EB-L
60-100 35-100 13-50 8-35 0-12 <6 ER-1 a ER-3 EB-L
C.2.4 CLORURO DE SODIO El cloruro de sodio (NaCl), o cloruro sódico, es mayormente conocido como sal común, o incluso como halita, la cual es un compuesto químico cuando el NaCl se encuentra en su forma mineral. El cloruro de sodio es una de las sales que forma la salinidad propia de los océanos, así como también del líquido extracelular de diversos organismos vivos. Impermeabilizan y disminuyen los polvos en el suelo, principalmente para arcillas y limos. El cloruro de sodio (NaCl) se presenta en forma de cristales fácilmente solubles en agua, los cuales son higroscópicos y fáciles de conseguir. Con la adición de cloruro de sodio al agua se puede abatir la temperatura de congelamiento de esta última. Las soluciones que contienen NaCl disuelto presentan una mayor tensión superficial que en el caso del agua destilada y en 1% de sal incrementa la tensión superficial en 1 a 2 dinas por cm², la adición de cloruro de sodio al agua abate la presión de vapor.
Los cambios en el agua, debidos a la adición de cloruro de sodio, tanto en el punto de congelación como en la tensión superficial y la tensión de vapor, dependen de la solubilidad de la sal. El cloruro de sodio se adiciona al agua en pequeños porcentajes, ésta se disuelve rápidamente, pero a medida que el porcentaje adicionado va siendo más elevado, se disuelve con más dificultad y se tendrá un cierto porcentaje más allá del cual el cloruro de sodio ya no se disuelve. Existe en la superficie de las partículas arcillosas una doble capa de iones adsorbidos, en el cual la energía potencial existente se disipa a partir de dicha superficie, hasta que en una cierta distancia se tenga el mismo potencial que el líquido circundante. La sal es un estabilizante natural, compuesto aproximadamente por 98% de NaCl y un 2% de arcillas y limos, cuya propiedad fundamental al ser higroscópico, es absorber la humedad del aire y de los materiales que la rodean, para reducir el punto de evaporación y mejorar la cohesión del suelo. Su poder coagulante conlleva a un menor esfuerzo mecánico para lograr la densificación deseada, debido al intercambio iónico entre el sodio y los minerales componentes de la matriz fina de los materiales, se produce una acción cementante. Al agregar sal a los suelos se considera que se reduce el punto de evaporación del agua, debido al incremento en la tensión superficial. Sin embargo, cuando la superficie expuesta es menor que la evaporación, ésta se empieza a secar y el cloruro de sodio se cristaliza en la superficie y en los vacíos, lo que puede ayudar a formar una barrera que impedirá posteriores evaporaciones. Es de suma importancia tener conocimiento de la reacción íntima entre la sal y el suelo, así como la permanencia a través del tiempo de la estabilización lograda y los efectos colaterales que causaría, en algunos elementos de la estructura del camino. La adición de cloruro de sodio en una arcilla produce decremento en la contracción volumétrica, la formación de costra superficial y la reducción de la variación en la humedad; además, mantienen unidas las partículas no arcillosas y que se encuentran en la superficie, se desprenden con menor facilidad cuando sufren los ataques abrasivos del tránsito. C.2.4.1 COMPORTAMIENTO DE LOS SUELOS ESTABILIZADOS CON CLORURO DE SODIO Las investigaciones sobre el tema de estabilización de suelos con cloruro de sodio que presentan un detalle del comportamiento esfuerzo-deformación son escasas.
El peso volumétrico seco y la resistencia a la compresión se incrementan al adicionar cloruro de sodio hasta un 3%. El límite líquido y el índice plástico se reducen al adicionar cloruro de sodio. La cohesión y el ángulo de fricción interna parecen disminuir al adicionar cloruro de sodio en especímenes en los que no se permita la pérdida de
humedad. Si se permite el sacado antes de ensayar los especímenes, tanto la cohesión como el ángulo de fricción interna aumentan de manera importante. Las partículas de roca caliza parecen solubles a soluciones de cloruro de sodio. La capacidad de retención de humedad aumenta en los suelos tratados con cloruro de sodio. Se aumenta significativamente la tensión superficial del agua que puede, después del endurecimiento, ser responsable del aumento de la densidad del suelo hasta un 15% sobre aquella de un suelo sin tratar. La cristalización durante el tiempo seco cementa las partículas de suelo en la superficie de los suelos. La expansión de estos cristales, a medida que se forman, llena los espacios vacíos del suelo y reduce el secado posterior.
Al analizar estudios realizados se evidencia que no todos los suelos responden de manera adecuada a la adición de cloruro de sodio, para mejorar sus propiedades físicas y mecánicas. C.2.4.2 FORMAS DE APLICAR EL CLORURO DE SODIO A LOS SUELOS La estabilización con cloruro de sodio mejora algunas propiedades de los suelos a utilizar en bases y sub-bases. De igual forma que otros métodos de estabilización, el cloruro de sodio necesita de un método adecuado para mezclarse con el suelo a estabilizar, con el fin de reducir riesgos en la salud de los trabajadores in situ, y obtener una mezcla de suelo-cloruro de sodio que produzca mejores resultados. Al igual que en la mayoría de las estabilizaciones, el cloruro de sodio puede aplicarse directamente al suelo a tratar y encontrar una relación en porcentaje que permita estabilizar adecuadamente el suelo. Las formas de aplicación del cloruro de sodio son:
EN GRANO: Esta forma de emplear consiste en aplicar un porcentaje de cloruro de sodio directamente al suelo, que homogenice de forma uniforme. Este método de aplicación no es 100% eficaz, ya que al homogenizar el suelo con el cloruro de sodio queda porciones de suelo, en las cuales tiene un menor porcentaje de NaCl con respecto a otros. Sin el ensayo en laboratorio es fácil la homogenización con métodos prácticos, haciendo que la mezcla suelo cloruro de sodio sea la correcta, de esta manera el cloruro de sodio estará presente en toda la muestra de suelo.
EN SALMUERA Una de las principales propiedades del cloruro de sodio es que puede disolverse en agua fácilmente. El Emplear este método de dilución en agua se crea salmuera, la cual es aplicada al suelo controladamente. La salmuera llena los espacios entre las partículas de suelo y establece un método eficiente al mismo tiempo que se agrega la humedad óptima al suelo. Sin embargo, al crear salmuera se corre el riesgo de afectar la maquinaria empleada para su realización, ya que la sal es un agente oxidante
C.2.5 CLORURO DE CALCIO El cloruro de calcio es una sal inorgánica que tiene por fórmula CaCl 2, otros nombres del compuesto son: dicloruro de calcio, cloruro cálcico. Se obtiene como un subproducto del proceso Solvay para producir carbonato de sodio. El cloruro de cálcico es un compuesto de baja toxicidad y no es corrosivo. Las soluciones del cloruro de calcio tienen un bajo punto de congelación, pueden permanecer en estado líquido a muy bajas temperaturas. Este compuesto químico puede presentarse en estado sólido, el cloruro de calcio anhidro, puede ser de color blanco o incoloro, se encuentra disponible granular o escamas. Una notable propiedad del cloruro de calcio es que es un compuesto químico muy higroscópico es decir, en un ambiente seco permanece sólido, pero al exponerse a la humedad del medio ambiente comienza a atraer moléculas de agua, conforme pasa el tiempo expuesto a la humedad se disuelve formando una solución saturada, a esto se le conoce como delicuescencia. En todo caso, el cloruro de calcio ayuda al proceso de compactación y contribuye con la resistencia del suelo, previene el desmoronamiento de la superficie y reduce el polvo. Se puede utilizar de dos formas:
En granos regulares o Tipo I En hojuelas o pelotillas o Tipo II
La dosificación es de 7 a 10 libras del tipo I o de 5.6 a 8 libras del Tipo II por tonelada de suelo. El mezclado, compactación y terminación son es similares a los de la estabilización con cloruro de sodio. Se ha demostrado que con la adición de cloruro de calcio disminuyen las fuerzas de repulsión entre las arcillas; pero en algunos libros se asegura que la película de agua
que rodea a las partículas se ve eléctricamente reforzada con la adición del cloruro de calcio, a tal grado que se incrementa notablemente la cohesión aparente. Se ha encontrado un incremento en los pesos volumétricos hasta en un 11% con la adición de 0.5 a 3% de cloruro de calcio, según el tipo se suelo. Sin embargo, existen datos que reporta disminuciones en el peso volumétrico con respecto a un suelo arcilloso que no contenga cloruro de calcio. Así también, se tiene que el cloruro de calcio ayuda a mantener constante la humedad en un suelo, pero desafortunadamente esta sal es fácilmente lavable. Se reduce la evaporación y es capaz de absorber hasta 10 veces su propio peso cuando las condiciones de humedad son altas en el medio ambiente, dicha humedad puede mantenerse en sus dos terceras partes durante el día de calor seco, lo cual hace de esta sal un producto muy eficaz cuando se trata de evitar la formación de polvo en terracerías. Sin embargo, existen limitaciones para el empleo del cloruro de calcio, entre las más importantes están:
Que en el medio ambiente se tenga una humedad relativa superior a 3%. Que se tengan minerales que pasen por la malla 200 y que estos reaccionen favorablemente con la sal.
C.2.5.1 EFECTOS DEL CLORURO CÁLCICO COMO AGENTE ESTABILIZADOR DE SUELOS
EFECTOS BENEFICIOSOS: o Mantienen estable la humedad durante el proceso de compactación. o Aumenta la densidad máxima para un mismo esfuerzo de compactación. o Mantiene la superficie del pavimento húmeda, reduciendo la formación de polvo con el transido y reteniendo los agregados en la carretera. o Rebaja la temperatura de congelación del agua, por lo que los suelos sufren menos los efectos de la helada. o o
Aumenta la densidad durante el “curado”.
Suministra cationes de calcio, que pueden mejorar las características de las arcillas del grupo montmorillonítico.
LIMITACIONES: o Se recomienda emplear con suelos bien graduados. o Se disuelve y es arrastrado por las aguas de lluvia. o Para usarse como paliativo del polvo la humedad relativa debe de ser mayor que la crítica durante parte del día. Cuando se usa en tratamientos superficiales, partículas de cloruro se pueden depositar en los vehículos acentuando la corrosión de las partes metálicas.
C.2.6 ESCORIA DE FUNDICIÓN La estabilización con escoria es la mezcla homogénea en este caso de áridos, escoria granulada de alto horno, cal y agua que, convenientemente compactada se mejora sus parámetros de resistencia y uno de sus mayores usos es en la construcción de bases y sub base de carreteras.
CONDICIONES GENERALES: Los áridos procederán del machaqueo y trituración de piedra de cantera o grava natural. Serán limpios, sólidos y resistentes, de uniformidad razonable, exentos de polvo, suciedad, arcilla u otros materiales extraños. COMPOSICIÓN GRANULOMÉTRICA: La curva granulométrica estará comprendida, en general, dentro de los límites indicados. Se utilizarán con porcentajes de escoria granulada, respecto al peso total de los materiales secos, del 15 % y 20 % respectivamente. CARAS DE FRACTURA: Los áridos a emplear en grava-escoria, para bases de tráfico pesado o medio, deberán contener al menos unos 50 % en peso, de la fracción retenida por el tamiz 5 mm, de elementos machacados que presenten dos caras o más de fractura. CALIDAD: Al coeficiente de desgaste, medido por el ensayo de Los Ángeles, será inferior a 30% en áridos para bases de tráfico pesado o medio, e inferior a 35%en los restantes casos. PLASTICIDAD: Los áridos serán no plásticos y su equivalente de arena será superior a 30%. CONTENIDO DE MATERIA ORGÁNICA Y OTRAS MATERIAS PERJUDICIALES: No se utilizarán aquellos materiales que presenten una proporción de materia orgánica, expresada en ácido tánico, superior al 0,05 %, de acuerdo con la Norma UNE.
La proporción de terrones de arcilla no excederá del 2 % en peso. C.2.6.1 APLICACIONES EN EJECUCIÓN DE LAS OBRAS Estudio de la mezcla y obtención de la fórmula de trabajo; La ejecución de la mezcla no deberá iniciarse hasta que no se haya estudiado y aprobado su correspondiente fórmula de trabajo.
Dicha fórmula señalará:
Las granulometrías de los áridos y de la escoria por los tamices. La proporción de escoria granulada. La proporción de cal. El contenido de agua. El valor mínimo de la densidad a obtener.
Estos porcentajes se refieren al peso total de la mezcla seca. Durante el transcurso de la obra el Supervisor podrá corregir la fórmula de trabajo con objeto de mejorar la calidad de la grava-escoria, justificándolo debidamente mediante un nuevo estudio y los ensayos oportunos.
C.2.7 POLÍMEROS Son sustancias de alto peso molecular formado por la unión de cientos de miles de moléculas pequeñas llamadas monómeros. Se forman así moléculas gigantes que toman formas diversas cadenas en forma de escalera, cadenas unidas o termo fijas que no pueden ablandarse al ser calentadas y en cadenas largas y sueltas. Algunos modificadores polímeros que han dado buenos resultados, se enlistan a continuación:
Homopolimeros: Que tienen una sola unidad estructural. Copo limeros: Tienen varias unidades estructurales distintas. Elastómeros: Al estirarlos se sobrepasa la tensión de fluencia, no volviendo a su longitud original al cesar la solicitación. Tiene deformaciones plásticas con poca elasticidad.
Consiste en proporcionar las condiciones técnicas debajo de la superficie de rodadura o carpeta asfáltica necesarias para que la vía tenga las características estructurales de flexibilidad y resistencia al paso de los años y la filtración del agua, que son los principales enemigos de las carreteras. Para el proceso de estabilización con polímeros también se utiliza cal, ceniza de alto horno y cemento, según lo definan las pruebas de laboratorio. Con una máquina especial, se mezclan homogéneamente con el mismo terreno siguiendo el trazado de la vía, por lo que no es necesario retirar el material de excavación (como sucede con el método tradicional, donde hay que desechar y traer un relleno que cumpla con ciertas especificaciones). Desarrollado especialmente para la estabilización de suelos en caminos rurales, parkings de tierra, carril de bicicletas o zona peatonal, así como en cualquier tipo de explanada que tenga problemas de polvo, barro, regueros, baches o encharcamiento. Se puede mezclar con la tierra existente o con tierras seleccionadas. La mezcla
de tierra + agua + polímero mejora considerablemente las propiedades del terreno como las siguientes:
Mayor resistencia al terreno. Aumenta la impermeabilidad en toda la superficie. Resistencia al agua. Durabilidad. Elimina barro, baches, regueros y polvo. Reduce el coste de mantenimiento entre 3 y 4 años.
¿COMO FUNCIONA? Se crea una superficie dura al mezclar una emulsión polimérica con materiales propios del camino como tierra, arena arcillas, etc. a la que posteriormente se le extrae el agua mediante compresión y evaporación. Esta tecnología se compone por fragmentos suaves y por fragmentos cristalinos y duros cuando se presionan juntos, los fragmentos suaves interactúan con fragmentos suaves, formando zonas flexibles y resistentes; y los fragmentos duros se cristalizarán con otros fragmentos duros, formando zonas de fuerza muy alta. Los fragmentos suaves permiten la flexibilidad y la resistencia. El compuesto se puede doblar con temperaturas cambiantes o la típica presión por la superficie de un camino con tráfico la capacidad de doblarse bajo estos métodos, minimiza posibles daños, incluyendo la creación de fisuras en tierras muy plastificadas. C.2.7.1 AZFALTO MODIFICADO CON POLIMEROS La modificación de asfalto es una nueva técnica utilizada para el aprovechamiento efectivo de asfaltos en la pavimentación de vías carreteras. Esta técnica consiste en la adición de polímeros a los asfaltos convencionales con el fin de mejorar sus características mecánicas. Está plenamente probado que los asfaltos convencionales poseen propiedades satisfactorias tanto mecánicas como de adhesión en una gama amplia de aplicaciones y bajo distintas condiciones climáticas y de tránsito. Sin embargo en la actualidad los grandes volúmenes de tráfico sobre los criterios de diseño vehicular aunado al exceso de carga, hacen que disminuya la resistencia al envejecimiento la poca durabilidad de un camino reflejándose deformación dentro de una carpeta asfáltica.
PASOS PARA EL MEJORAMIENTO DE AZFALTO Limpiar el área donde se aplica el producto puede estar húmedo o con agua ya que la tecnología molecular no se mezcla con el agua sino la desplaza. Aplicación del producto. La compactación con máquinas o vehículos.
C.2.8 HULE DE NEUMÁTICOS Este se utiliza comúnmente en carpetas asfálticas para darle mayor resistencia, permeabilizarla y darle mayor vida. Este método tiene como objetivo de determinar si los hules de neumático podrían ser utilizados como estabilizadores de suelos al igual que la cal. Dada la eficiencia existente en los estabilizadores comunes, nos enfocamos en buscar una alternativa más económica que permita lograr y obtener y obtener los mismos resultados siendo una idea no comúnmente utilizada en el país. Sustentados en estudios realizados en los que se garantiza que la cal hidratada es el agente estabilizador que más se ha usado a través dela historia. Este es un método que disminuye la plasticidad que los suelos y le da un aumento en la resistencia. Otros estudios establecen que el hule de neumáticos, se utiliza comúnmente en carpetas asfálticas.
C.2.9 ESTABILIZACIÓN CON CENIZA VOLANTE Se define a la ceniza volante mediante la norma ASTM C593-95 como el residuo finamente dividido que resulta de la combustión de carbón en polvo que es transportado desde la caldera por los gases de combustión. Las características físicas y químicas de las cenizas volantes varían gradualmente dependiendo del método de combustión y forma de las partículas de las cenizas volantes. De acuerdo con el significado, los carbones procedentes de fuentes diferentes producen diferentes características de combustión y estas diferencias influyen en la eficacia de la ceniza volante como un estabilizador de suelo. Estas diferentes fuentes se pueden clasificar en carbón sub-bituminoso, bituminoso y de antracita. Cada uno de ellos tiene diferentes propiedades basadas en el contenido de carbón, la dureza y la edad geológica. Este apartado de la norma ASTM C593-95 contiene información básica relacionada con la composición de la ceniza volante, va a ayudar a ilustrar el rango de valores de las propiedades que este material puede tener.
Dos de las principales tecnologías basadas para la generación de energía son: carbón pulverizado (PC), y combustión de fondo fluido (FBC). La tecnología del PC es el método más popular y se refiere a cualquier proceso de combustión que utiliza el carbón molido muy fino en el proceso. En este tipo de sistema, el carbón se procesa mediante la molienda a una consistencia muy fina para la combustión y la ceniza es formada en la cámara de combustión, mientras sucede la combustión carbón, Undeerc (2007). Este proceso resulta en 65% a 85% de cenizas volantes, mientras que el resto de material es de cenizas de fondo y escorias en la caldera. La tecnología FBC utiliza una caldera de carbón en donde se lleva a cabo la combustión de carbón, mediante la mezcla de carbón con un absorbente como la piedra caliza (CaCO3), dolomita o material de fondo. Es un método de combustión de bajo costo para la obtención de la energía sobre todo a partir del carbón con alto contenido de azufre en una forma ambientalmente aceptable. La mezcla de material combustible y el fondo se vuelven fluido durante el proceso de combustión para permitir la combustión completa y la eliminación del gas azufre. En este proceso el azufre en el carbón sale como dióxido de azufre (SO2) y se convierte en sulfato cálcico (CaSO4) Anthony et al., 2003. CaCO3 → CaO + CO2 CaO + SO2 +1/2 O2 →CaSO4
C.2.9.1 ESTABILIZACIÓN DE SUELO ARCILLOSO CON CENIZAS DE CARBÓN Las cenizas volantes son procedentes de la combustión en las centrales termoeléctricas. La composición de cada una de las clases de ceniza y el porcentaje de carbón encontrado en éstas, depende del proceso que se realice en cada una de las plantas de la termoeléctrica. Las cenizas son granos finos compuestos básicamente por silicatos, aluminios, cal libre y algunos óxidos que permiten una reacción puzolánica con el suelo arcilloso que al igual que otras sustancias reduce el índice de expansión. Una concentración de 25% de cenizas en el suelo puede resultar muy beneficiosa, afectando la granulometría, floculando los porcentajes de arcillas del suelo y reduciendo el límite líquido y el índice plástico del suelo. Las reacciones puzolánicas permiten incrementar la capacidad de soporte de la subrasante y con ello mejorar las estructuras viales en carreteras. Muchos investigadores han estudiado el mecanismo que contribuye al proceso de estabilización de suelos tratados con cenizas volantes. Según Acosta et al. (2003) existen tres mecanismos principales contribuyendo a la estabilización. El primero es que la resistencia del suelo aumenta como resultado de la cementación producida a partir de la hidratación de aluminato tricálcico presentes en las cenizas volantes. Otro
mecanismo es que la cal libre (CaO) en las cenizas volantes reacciona con los minerales de arcilla, causando compresión de la capa de absorción y la reducción en la plasticidad. Finalmente, la cal libre que no hace reaccionar con los minerales de arcilla se encuentra disponible para el proceso de cementación adicional a través de la reacción puzolánica con los compuestos de sílice y alúmina. Cokca (2001) explica que la estabilización de los suelos tratados con cenizas volantes es el resultado de intercambio de catión entre las partículas de arcilla y aluminio (Al3+), calcio (Ca2+) y hierro (Fe3+) en las cenizas volantes. Se describe el proceso de estabilización indicando que las cenizas volantes pueden proporcionar una adecuada matriz de cationes divalentes y trivalentes que bajo condiciones ionizadas origina la floculación de dispersión de las partículas de arcilla. Cuando las cenizas volantes se mezclan con el suelo arcilloso, las características de compactación (densidad y óptimo contenido de humedad) de los suelos cambian. El proceso de hidratación se produce durante el contacto entre el suelo, la ceniza y el agua hace que la unión y cementación generen altos valores de densidad. Todos los mecanismos de estabilización están relacionados con un cambio químico
C.3 ESTABILIZACION MECANICA Consiste en el mejoramiento de las propiedades indeseables del suelo para obtener una estructura resistente al corte. Es aquella con la que se logra mejorar considerablemente un suelo sin que se produzca reacciones químicas de importancia. Comprende la densificación del suelo a través de procesos de compactación. C.3.1 COMPACTACIÓN
Es el método de estabilización más económico disponible. Al utilizarse otros métodos alternativos, se le puede adicionar el método de compactación ya que estos sufren una alteración en su estructura.
¿Dónde es aplicado?
Se realiza en terraplenes, suelo de cimentación, rellenos artificiales, corte de laderas, etc. Regularmente se utiliza en la base, sub-base y en carpetas artificiales.
¿Qué nos proporciona este método?
Disminuir la relación de vacíos para reducir la permeabilidad y así mismo el potencial de expansión, contracción exposición por
congelamiento. La disminución de la permeabilidad afecta a la susceptibilidad del material al agua y su capacidad drenaste.
C.3.1.1 COMPACTACIÓN DINAMICA La compactación dinámica es una técnica cuyo fin es mejorar las propiedades mecánicas del suelo mediante el efecto de impactos de alta energía causados por la caída de pesos. Esta técnica fue inventada y desarrollada por Louis Menard a fines de los 60. Desde entonces, la compañía Menard ha llevado acabo con ella cientos de proyectos alrededor del mundo. El principio básico de la Técnica de Compactación Dinámica consiste en la transmisión de ondas de compresión y de corte de muy alta energía con el fin de mejorar las propiedades mecánicas del suelo e incrementar con ello su capacidad de carga. La Compactación Dinámica puede emplearse en todos los suelos granulares. El tratamiento se adapta particularmente bien a suelos de composición variable o rellenos heterogéneos inertes.
SUELOS COMPACTIBLES UTILIZANDO COMPACTACIÓN DINÁMICA o o o o o o
Suelos aluviales sueltos. Rellenos hidráulicos. Residuos de construcción. Rellenos de arcilla no saturada. Suelos colápsales. Suelos eólicos.
PROCEDIMIENTO DE EJECUCIÓN Consiste en dejar caer desde una altura de 10 a 30m en caída libre un peso de 10 a 35t. Para una energía de compactación común se utiliza grúas de 80 a 120t que cuenten con un equipo específico para este uso. Mirar figura.
C.3.1.1.1 VIBRO-COMPACTACIÓN: La vibro compactación consiste en un método de mejora del terreno basado en la densificación del suelo (granulares no cohesivos). Un vibrador es introducido al terreno hasta alcanzar la profundidad requerida, mediante su peso propio y las vibraciones generadas. (En caso de ser necesario con la ayuda de agua a presión lanzada por la punta.) Las vibraciones anulan o disminuyen las fuerzas entre las partículas del suelo y la gravedad produce un reordenamiento de las mismas, en una estructura más densa. Incrementándose su capacidad portante y reduciendo su deformabilidad.
C.3.1.1.2 VIBRO-SUSTITUCIÓN: La vibro sustitución es un método de mejora de terreno mediante densificación y refuerzo del suelo. A diferencia de la vibro compactación, esta técnica es aplicada a suelos con contenidos de finos mayores al 15-20%, por lo que se recurre a la
construcción de columnas de grava para mejorarlos. El vibrador es introducido hasta alcanzar la profundidad requerida y el hueco resultante se rellena con material granular sin finos (grava). El proceso puede ser “húmedo” mediante agua a presión lanzada por la punta o “seco” con la ayuda de aire comprimido, en ambos casos la
alimentación del material aportado puede ser desde la superficie o por el fondo. Este método tiene la ventaja, que además de reforzar el terreno, mejora sus condiciones de drenaje. Los dos tratamientos se aplican en los vértices de una malla, habitualmente triangular, con una separación que dependerá de las características iniciales del suelo y la mejora que se pretenden alcanzar.
C.3.1.1.3 VIBRO-FLOTACIÓN: Se trata de un cilindro metálico de unos 35 a 45cm de diámetro, de 2 a 4.5m de longitud de 2 a 4t de peso, en cuyo interior se aloja un motor eléctrico o hidráulico. El motor hacer girar una serie de masas excéntricas respecto a un eje vertical, induciendo así vibración y fuerza lateral al terreno. En los laterales del vibrador se disponen unas aletas, cuyo objetivo es evitar el giro del aparato. Por encima del mismo se disponen unos pesados tubos de prolongación, separados del vibrador por medio de un aislador de vibraciones de menor diámetro. En la versión más convencional se cuenta finalmente con una tubería de expulsión de agua, tanto en la punta como en los laterales del vibrador. En los equipos normalmente empleados en suelos blandos de potencia oscila entre 35y 100Kw. Con dispositivos más potentes, de hasta 160Kw, se pueden llegar a tratar rellenos de escombros. La frecuencia de vibración empleada depende del tipo de aparato y de la experiencia propia de cada compañía especializada.
VIBRO-FLOTACIÓN POR VÍA HÚMEDA:
Este proceso es aplicable en caso de suelos blandos cohesivos en que la pared lateral del hueco practicado por el vibrador no resultaría auto estable. El rango habitual de
resistencia al corte sin drenaje del terreno para que este tipo de tratamiento sea aplicable oscila entre 20 y 50K.Pa.
VIBRO-FLOTACIÓN POR VÍA SECA:
Cuando los suelos a tratar son estables, no sensitivos, y cuando el nivel freático se encuentra suficientemente bajo, se puede emplear el método llamado de vibro flotación por vía seca. La ventaja fundamental de este procedimiento con respecto al anterior deriva de que el empleo de las lanzas de agua para ayudar en la penetración y estabilización del agujero ya no es necesario.
D.MAQUINARIAS PARA LA ESTABILIZACION DE SUELOS D.1 MOTONIVELADORA Es una máquina de construcción que cuenta con una larga hoja metálica empleada para nivelar terrenos moviendo pequeñas cantidades de tierra a poca distancia.
D.2 COMPACTADORA Es una maquina pesada que consta de un tractor y un cilindro de gran peso que va delante y funciona a modo de rueda delantera.
D.3 PAVIMENTADORA Es una máquina que distribuye y le da forma de asfalto, la combinación de agregado y un agente aglutinante que se utiliza en la pavimentación de caminos.
D.4 EXCADORA Maquina compuesta de una cuchara con la cual se efectúan labores de desmonte y excavación de tierras. La cuchara sirve también para realizar los trabajos de dragado, es decir, la remoción de arena, grava, cieno, etc. De los fondos de los cursos de agua.
D.5 BULLDOZER Es un tipo de topadora que se utiliza principalmente para el movimiento de tierras, de excavación y empuje de otras máquinas.
D.6 BAILARINA Son máquinas que proporcionan una gran fuerza de impacto, haciéndolo una excelente opción para compactar suelos "cohesivos" o arcillas y suelos semi-cohesivos, perfectas para espacios reducidos como zanjas.
D.7 SUBSOLADOR Trabaja para suelos más profundos que necesitan ser removidos debido a la necesidad de romper capas endurecidas por tráfico, para mayor fertilidad del suelo y humedad.
D.8 CISTERNAS Sirve para el curado final, para trasladar algunos materiales como la cal lechada.
V.CONCLUSION
Conocimos los tipos de estabilización de suelo y mejorar sus propiedades mecánicas. Identificamos las maquinarias que se usan para la estabilización de los suelos. Conocimos que propiedades se ganan con la estabilización. Nos informamos sobre los materiales que se usan para cada tipo de estabilización de suelos.
VI.BIBLIOGRAFIA
DOGOBERTO NUÑEZ ROJAS – “ELECCION Y DOSIFICACION DEL
CONGLOMERANTE EN ESTABILIZACION DE SUELOS” NACIONAL LIME ASSOCIATION – “MANUAL DE ESTABILIZACION DE SUELO TRATADO CON CAL”
BRAJA https://es.slideshare.net/magaduah/mejoramiento-de-suelos-con-adicionesqumicas
