Subrasantes
ESTABILIZACIÓN DE SUBRASANTES Jo rg e A. Alva re z Pa b ó n Ing ngenier eniero o d e Proy ec tos - ICP CPC C La información contenida contenida en esta presentación ha sido elaborada elaborada siguiendo estrictos cánones cánones metodológicos metodológicos y de control dirigidos a asegurar su idoneidad como aporte a la reflexión técnica y académica. Su publicación se dirige a exponer una opinión profesional que se estima razonable. El uso que de su contenido contenido se haga en procesos procesos de diseño o construcción construcción particulares será responsabilida responsabilidad d exclusiva de las personas personas que tengan a bien tomarlas en consideración consideración
Subrasantes
GENERALIDADES
Subrasante De la calidad de ésta depende, en g ra n p a rte, te , e l e sp e so r q ue d e b e tener te ner un pavimento, sea éste flexible o rígido. Como parámetro de e val va luac ua c ió n d e es e sta c a p a se em e m p le a la capacidad de soporte o resistencia a la deformación por esfuerzo cortante b a jo la s c a rg a s d e l tr tráá nsi nsito. to .
Subrasante Es necesario tener en cuenta la sensibilidad del suelo a la humedad, tanto en lo que se refiere a la resistencia como a las eventuales variaciones de volumen. Los c a m b io s d e vol vo lume um e n en e n un sue suello e xp a nsi nsivo, vo , pueden ocasionar graves daños a las estructuras que se apoyan sobre éste, por esta razón, al construir un pavimento hay que intentar al máximo controlar las va ria c io nes ne s vol vo lumé um é tr triic a s d e l m ism o a c a usa usa d e la la h u med a d .
Subrasante Es una parte esencial en el diseño de p a vim vim e ntos nto s. Tie ne la p a rtic tic ula ula rid a d d e otorgar la respuesta estructural y el comportamiento del pavimento en c o nstr nstruc uc c ió n y o p e ra c ió n.
Subrasante La sub ra sa nte p ued e e sta r c o nsti nstitu tuiid a p o r suel ue lo s e n su su es e sta d o na tur tu ra l, o p o r é sto s c o n algún proceso de mejoramiento tal como la estabilización mecánica, la estabilización f ísic o – q u ímic mic a c on a d itiv tiv os c om o e l cemento Portland, la cal, el asfalto, entre otras.
Subrasante es la fundación sobre el c ua l e l p a vim vim e nto se rá c o nstr nstrui uidd o .
Denominación:
Losa de concreto Base Terraplén Suelo Natural Estrato Rígido
Subrasante
SUBRASANTE
Co m o m a teri teria l d e fund un d a c ió n, se d eb e e sta b le c e r c uá l e s su re re sistenc te nc ia m e c á nic nic a y e sp e c ífic a m e nte a nte la la p re se nc ia d e cargas. Se b usc usc a la re la c ió n entr e ntree la c a rg a y la la d e fo rm a c ió n unita unita ria La re sistenc te nc ia va ría c o n la la s c o nd ic io nes ne s d e h u med me d a d , c om p a c tac ión y c onfi onfin a mient mientoo De b e n re re p re se nta rse e n la la b o ra tor to rio la s m ism a s c o nd ic io nes ne s d e l p ro yec to
Subrasante Tie ne una g ra n infl influe uenc nc ia e n la la s operaciones de construcción del p a vim vim e nto y en la la e fic fic ie nc ia d e l m ism o . La s subrasantes inestables presentan problemas relativos a la colocación y compactación de los materiales de base y/o subbase y no dan soporte adecuado para las subsiguientes operaciones de pavimentación.
Subrasante Frecuentemente, las deficiencias en la construcción debidas a problemas de la sub ra sa nte no se d e tec te c ta n p o r e nc o ntra ntra rse “ocultas” en el pavimento final; sin embargo pueden aparecer en el pavimento después de la exposición al tráá fic o y a l m e d io a m b ie nte. tr
Subrasante Las respuestas estructurales de un pavimento (esfuerzos, desplazamientos y agrietamientos) son influidas significativamente por la subrasante. Un gran porcentaje de las deflexiones en la superficie de un pavimento se p ued ue d e a tr triib uir uir a la sub ra sa nte. nte .
Subrasante Po r se r la d e fle fle xió n d e la sup e rfic fic ie un c rit e rio de diseño, es NECESARIO ASEGURAR que la caracterización de la subrasante sea la adecuada
Subrasante La s p ro p ie d a d e s re q uer ue rid a s d e la sub ra sa nte incluyen la resistencia, el drenaje, la fácil compactación, la conservación de la c o m p a c ta c ió n, la e sta b ilid a d volumé volumé tr triic a
Subrasante Los suelos son altamente variables y sus p ro p ied a d es c a m b ia n a lo la rg o d el proyecto, en medida de que existan cambios en la humedad, en la densidad o se establezcan influencias ambientales, es decir, que las propiedades de la subrasante c a mb ia n c on el t iem p o
Pro c e so p a ra to tom m a d e d e sic io ne ness d e p a v ime men n t os m ent entos VARIABLES
PROCESO DE DECISIÓN
DISEÑO
CONSTRUCCIÓN
PROCESO DE VERIFICACIÓN
Construcción
Inspección de funcionamiento
Tránsito
FACTOR PRIMARIO
Suelos d e subrasante
Selecc Selecc ión ión del valor de diseño
Medio ambiente Construcción
Selección Selección de de la estructura de l pavimento
Análisis de costos
Costos de mantenimiento Verifi Verifi cac cac ión ión de los parámetros asumidos
* Darter et al, 1984
Subrasantes
M O DE DELLO DE COMPORTAMIENTO
Subrasantes
MOD ELO Y DEL DE CARACTERIZACIÓN
Mod el ela a c ión d e Subrasantes
Modelo del líquido denso (k)
Modelo del Sólido Elástico ( E )
Mod el ela a c ión d e Subrasantes
Modelo del líquido denso (k)
Suelo Real Modelo del Sólido Elástico ( E )
Co m p o rta m ie nt Com nto o d e l sue uel lo uelo Re sp u e st a e lá st ic a (k o E) De fo rm a c ió n Pl Plá stic tic a (p e rm a nente ne nte)) Re sp ues ue sta d e p e nd ie nte d e l tie tie m p o Las pruebas estandarizadas han sido desarrolladas para diferenciar las respuestas elásticas de las permanentes dependiendo del tiempo
C o nc e p to toss b á sic o s p a ra e l e stud io d e lo s su e lo s d e subrasante . Un suelo es cualquier acumulación no consolidada de partículas sólidas, agua y aire. Estas partículas sólidas provienen de la desintegración mecánica o la d e sc o m p o sic ió n q uím uím ic a d e la s ro c a s.
C o nc e p to toss b á sic o s p a ra e l e stud io d e lo s su e lo s d e subrasante . El suelo incluye desde mezclas bien definidas de unos pocos minerales hasta mezclas heterogéneas; con tamaños diversos como bloques o fragmentos de roca, gravas, arenas y arcillas y limos derivados de las rocas altamente meteorizadas, de planicies aluviales, d e p ó sitos to s g la c ia re s, e tc .
Meteorización La acción mecánica es una combinación de agrietamiento, rotura, abrasión, molienda y choque, que va reduciendo la roca a fra g m e ntos nto s c a d a vez ve z m e nor no re s. La d e sc o m p o sic ió n es e s la a lter te ra c ió n q uím uím ic a d e los minerales de la roca original para formar nuevos minerales que por lo general tienen características químicas y físicas diferentes de lo s p rim e ro s
Sue uello s t ra ns nspp o rt a d o s o se d im e nt ntaa rio s Dep De p ó sit o s t ra nsp nsp o rt a d o s p o r e l a g ua : Est o s so n muy frecuentes en los valles interandinos y a lo la rg o d e lo s río s p rinc ip a le s, a sí c o m o e n va v a sta s á rea s d el p ied em o nte nt e lla nero. nero. Pu ed en ser fluviales o aluviales (aluviones, terrazas, abanicos).
Sue uello s t ra ns nspp o rt a d o s o se d im e nt ntaa rio s
Depósitos Glaciales:
El hie hie lo e xc a vó, vó , tr traa nsp nsp o rtó y depositó rocas sueltas y suelo. Los depósitos reciben nom no m b re s c o m o til tilita , y mo m o rre na s. La tilita es aquella fracción del material transportado por un glaciar y directamente depositada por éste, sin transporte o a c om od a c ión (ord ord enami ena mient ento) o) p or a g u a . Las morrenas, formadas por material proveniente de las rocas, de cualquier clase, depositado al c a b o d e ser tr traa nsp nsp o rta d o d e un lug lugaa r a o tr troo
Sue uello s t ra ns nspp o rt a d o s o se d im e nt ntaa rio s
Formados por considerables cantidades de agua que fluyeron de las caras de los glaciares continentales y llevaron m a te ria le s g rues ue so s a c o rt a s d ista nc ia s y a re na s, lim o s y a rc illa s p o r la rg a s d ista nc ia s Depósitos
fluvioglaciales:
El viento es un agente altamente selectivo; lleva partículas de arena de tamaños mayores a 0.05 m m . Los d ep ósi ósitos se for f orm m a n en reg reg iones desérticas y semidesérticas donde la desintegración mecánica produce abundancia de partículas gruesas. Eó lic o s:
C a ra c te terriza c ió n d e la subrasante
Re c o p ila c ió n y a ná lisis d e info info rm a c ió n:
Informes previos de estudios de suelos y p a vim vim e ntos e n el á re a p ro ye c to. to . Est ud io s a g ríc o la s d e su e lo s Inter nte rp re ta c ió n d e fo tog to g ra fí fíaa s a é re a s Estud tu d io s g e o ló g ic o s Info nf o rm a c ió n c lim á tic tic a
C a ra c te terriza c ió n d e la subrasante Ca ra c te riza c ió n físic a :
Granulometría Lím it e s d e A t e rb e rg
Re la c io n e s d e Fa se s S : Sólidos
Partículas, sales, M.O
W: Liquidos A: Aire
Agua (electrolitos) Air, Gases
CLASIFICACIÓN DE SUELOS
Suelos Símbolos
G = G ra va S = Ar A re n a M = Li Lim o s C = Ar A rc illa O = Org Org á nic nic o Pt = Tur Turbb a
Gradación
W = Bien P = Mal
Lím it e líq u id o
L = Ll Ll <50 H = Ll Ll >50 >50
Ta m a ño d e p a rtí tícc ul ulaa
Grav Gravas as:: Arena Ar ena s: Lim os o s: Arcc illa s: Ar
70 – 5 mm (3 ( 3” – Tamíz amíz # 4) 5 – 0.075 m m (Ta (Ta m íz # 4 - Ta m íz # 200) <0.075 m m (
Fo rm a d e la Pa rt íc ul ulaa La forma de las partículas es consecuencia de su meteorización física o mecánica en un tiempo geológico el cual influye directamente en su comportamiento
G ra nul nu la re s: (Gr (G ra va s y Ar A re na s)
Ang ula ula r, sub a ngul ng ulaa r, sub red o nd ea d a , red o nd ea d a
C o h e siv o s: (Li (Lim o s y Ar A rc illa s)
La s a rc illa s for fo rm a n ho h o ja s o la ja s Lo s lim o s no tie tie nen ne n for fo rm a p a rtic tic ula ula r
C o m p o sic ió n d e la s p a rtí tícc ul ulaa s Lo s su e lo s só lid o s so n la e st a b iliza c ió n o e l p ro d uc to d e la m e teo riza c ió n geológica.
Silicatos Feldespatos Oxi Oxid o s d e hie hie rro y c a rb o nato na toss M in e ra le s a rc illo so s
C o m p o rta m ie nt ntoo Físic o - Químico
G ra nul nu la re s: So n re re la t iva m e nte nt e iner ne rtes te s y no se influe nfluenc nc ia n si sig nifi nificc a tiva tiva m e nte p o r la esta esta n q u eid eid a d d el a g u a :
La m e teo te o riza c ió n g e o ló g ic a e s un p ro c e so le nto La s g ra va s so n lo lo sufic ufic ie nte nt e m e nte nt e la rg a s p a ra c o ntra ntra rre sta r lo s e fec fe c tos to s d e la t e nsi nsió n sup e rfic fic ia l La s a re na s p ud e n se r a fe c ta d a s p o r la t e nsi nsió n sup e rfic fic ia l
C o m p o rta m ie nt ntoo Físic o - Químico
C o hes he sivos vo s: c o n el e l a g ua se influe nfluenc nc ia n sig nifi nificc a tiva tiva m e nte y otr o traa s influe nfluenc nc ia s químicas
Lo s lim o s so n fue rtem te m e nte nt e influe nfluenc nc ia d o s p o r la s fuer fue rza s c a p ila re s El c o m p o rta m ie nto d e la s a rc illa s la influe nfluenc nc ia e l agua • • • •
La s p a rtíc tíc ula ula s no so n ne utra utra le s e lé c tri tric a m e nte La s p a rtíc tíc ula ula s tie tie nen ne n una g ra n sup sup e rfic fic ie e sp e c ífic fic a La d istri trib uc ió n d e c a rg a s no e s unifo uniforrm e El a g ua func io na c om o un g ra n d ip o lo
Límites Lím it e s ddee Atterberg
Lím ite líq uid uid o : c o ntenid ntenid o d e hume d a d q ue ha c e q ue una ra nura nura se c ie rre e n 25 25 g o lp e s Lím ite p lá stic tic o : m á xim a hume d a d c o n la la q ue se p ued e ha c er un c ilindr nd ro d e 3 m m d e diámetro Lím ite d e e nc o g im ie nto : a l se c a r e l suel ue lo no h a y p érd érd id a d e volu volu men me n , se rec rec onc oc e p or c a mb io d e c olor olor
Índ ic e d e p la stiticc id a d
Ip = Ll – Lp Ra n g o d e hum hu m ed a d en la la q u e el el suelo uelo tie tie ne c o m p o rta m ie nto plástico
Suelos C a rta d e p la stic tic id a d 100
a e d c
a d i c i t s
d
CH
l
100, 58
p e
MH
i n
CH
d
ML
I
0
22,0
Límite líquido
100
C a ra c te terriza c ió n d e la sub ra sa nte Cap Ca p a c id a d d e Sop Sop ort orte: El CBR. El v a lo r d e re sist e n c ia R. El valor del módulo de reacción de la subr ub ra sa nte nt e k o d e c a rg a d irec ta en p la c a . C o m p re sió n tr triia xia l. Penetróm enetróm etro etro d inám ic o d e c ono. El módulo de elasticidad dinámico (triaxial c íc lic o u o tr troo s).
En sa yo d e C BR
Se compara la presión necesaria para penetrar un pistón, en una muestra de suelo dada, con la requerida para la m ues ue str traa p a tr tróó n Pist ó n d e 19.4 c m 2 p e netra netra a 1.2 m m / m in, se re a liza n le le c tura tura s c a d a 2.5 m m El C BR e s la re la c ió n e n %, en e n t re la p re sió n necesaria para que el pistón pase los primeros 2.5 mm y la presión requerida para llegar a los 2.5 mm en la muestra patrón.
Ens nsaa yo d e Pla c a Reacción Gato Hidráulico Placas Apiladas
Indicador de Presión
Suelo
Receptor de Reacción
Carátula de Deflexión
k (psi/in) = carga unitaria por placa / deflexión de la placa
Prueba de Placa ASTM D1195 y D1196
Ens nsaa yo d e Pla c a
Dete Det e rm ina la p re sió n nec ne c e sa ria e n un sue suello p a ra q ue se p re se nte una d efor ef orma ma c ión d a d a De form form a c ió n es e s d e 13 m m Día m e tr troo d e 760 m m Unid nid a d e s e n Kg Kg / c m 3 o Mpa/m A STM D – 1196 1196 A A SHTO T - 222
k e stá tic o vs vs.. k d iná nám m ic o
k e sta tic tic o : La re sp ues ue sta e lá stic tic a d e l suel ue lo a una c a rg a está está tic tic a k d ina m ic o : La re sp ues ue sta e lá stic tic a d e l suel ue lo a una c a rg a d in á mic mic a
Lo s m o vim vim ie nto s y c a rg a s d e lo s e je s Una c a rg a d e l FWD
V a lo ra c ió n d e la l a va ria b le k
Prueb a d e p la c a Retrocálculos C o rre la c io nes ne s y a juste uste s
Pru e b a d e p la c a eb
Me d ic ió n di d ire c ta d el val va lo r d e l k e stá tic tic o e lá stic tic o En nue nu e vos vo s a linea ne a m ie nto s So b re e l suel ue lo d e sub ra sa nte nt e So b re ter te rra p le nes ne s En a linea ne a m ie nto nt o s e xiste nte nt e s So b re m a te ria le s e xiste nte nt e s
Pru e b a d e p la c a eb
p , o t a l p n e n ó i s e r P
Pre uba ub a d e c a rg a c íc lic a ASTM D 1195, AASHTO T221 k = p e nd ie nte d e p re sió n vs d e form form a c ió n e lá stic tic a b a jo c a rg a e n el p la to d e 76 c m
k = media p /
Δ
Δ
e
Pru e b a d e p la c a eb
p , o t a l p n e n ó i s e r P
Prueb a d e c a rg a e stá tic tic a ASTM D 1196, AASHTO T222 k = re la c ió n p re sió n/ d e for fo rm a c ió n a 1.25 m m b a jo c a rg a en el p la to d e 76 76 c m
k=p/ = 1.25 mm (0.05 in)
Deflexión, D
Corre la c ió n de Corr d e l va lo r k c o n a nas na allg u una un as p ro p ie d a d e s d e l suel uelo ue lo Su e lo
Den De n sid a d
C BR
MR
A-1-a, (w) A-1-a, (p) …
125 - 140 120 - 130 …
60 - 80 35 - 60 …
22 - 35 30 - 43 22 - 31 30 - 38 … …
300 - 450 300 - 400 ...
A-2-4,5 (g) A-2-4, 5 (s) …
130 - 145 120 - 135 …
40 - 80 20 - 40 …
22 - 40 30 - 47 22 - 31 30 - 38 … …
300 - 500 300 - 400 ...
A-4, silt A-4, mix …
90 - 105 100 - 125 …
4- 8 5 - 15 …
< 11 < 15 …
E
6 - 18 7 - 23 …
k
25 - 165 40 - 220 ...
Afec ta c ión d e k seg ú n g ra d o d e Afec sa tur ura a c ió n en e n sue suello s fino y g ra nul nula a re s 250 ) n i / i s p ( e t n a s a r b u s k e d r o l a V
200
A-6 A-7-6 A-7-5 A-5 A-4
A-6
150
A-5
A-7-5
A-4 100
A-7-6 50
0 50
60
70
Grado de saturación (%)
80
90
10 0
Re tro c á lc ul ulo o de k Falling Weight Deflectometer (FWD) Pavimentos existentes Nuevos alineamientos en suelos similares
Re tro c á lc ul ulo o de k
Re tro c á lc ul ulo o de k Ecuación de Westergaard’s para la deflexión interior =
P -----
{ ƒ ( a / l ) }
kl2 l = Radio relativo de rigidez:
√ 4
l
=
E h3 12 ( 1 - μ2 ) k
Re tro c á lc ul ulo o de k
}
Carga, P radio, a
, n ó i x e l f e D
AREA = ƒ ( l ) , Dada para la configuración del sensor
A jus justte s a l re tro c á lc ul ulo o de k
Se requiere área medida
El valor de k estático necesario para diseño: aproximadamente = k dinámico / 2
Se requiere de diferentes ecuaciones de retrocálculo para las deflexiones tomadas
Las variaciones en terraplenes o estrátos rígidos son notorias y afectan el valor de k
A jus justte s e n ter te rra p le ne nes s y/ o e str tra a to tos s ríg id ido os De nsity o f fill fill (lb/cu (lb/cu ft)
Th ickne ss o f fill fill (ft) (ft)
12
90 100 110 120
130
140
150
10 8 6 4 2 psi/in 60 0
40 0
20 0
200
60 0
400
psi/in
Adjusted k value 20 0
Enter with k for natural subgrade
< 10 ft
Depth to rigid layer
40 0
> 10 ft psi/in
1 ft = 0.305 m, 1 psi/in psi/in = 0.27 kPa/mm, 1 lb/cu ft = 159 N/cu m
Ca rta d e re la c ió n CBR CBR - K CALIFORNIA CALIFORNIA BEAR BEARING ING RATIO RATIO - CBR (%) 2
3
4
5
6
7
8
9 10
15
20
25
30
40
50
60 70 80 GW
GP GM ASTM SOIL CLASSIFICATION SYSTEM (United Classification)
GC SW SM SP SC
OH CH
ML CL OL MH
100
150
200
250
300
MODULUS MODULUS OF SUBGRADE SUBGRADE REACTION REACTION - K (PCI)
400
500
600
700
90100
M ó d u lo Re silie n t e
M e d id a d e la s p ro p ie d a d e s e lá stic tic a s d e l suel ue lo a l someterlo a ciclos repetidos de cargas, teniendo en cuenta su comportamiento no lineal. A A SHT HTO O T – 274 Se so so m ete una un a p ro b eta a un núm nú m ero ero d a d o d e c ic lo s d e c a rg a a xia l, c o n ma m a g nitud nitud,, f rec uenc ia y duración especificados; usando el equipo p a ra e l e nsa nsa yo tr triia xia l. El módulo resiliente se obtiene al dividir el esfuerzo aplicado por la recuperación de la d eform eform a c ión a xia l
Co m p o rta m iento a n te c a rg a s reepp eti etidd a s El estudio de la deformación re silie nte y p e rm a nente ne nte e n un suel ue lo sujeto a cargas repetidas es de gran importancia en la evaluación de la subrasante, ya que representa muy cercanamente su comportamiento cuando es so m e tid tid a a la s c a rg a s d e la s lla nta s e n mo m o vim vim ie nto
Co m p o rta tam m ie n to a n te c a rg a s re p e titidd a s Com p ort orta m ient ento o resi esilient ente e (ri (rig id ez): ez): El c o m p o rta m iento resi esiliente d e un suel sueloo d ep end e d e lo lo s esfuer esfuerzzo s. La e xp e rie nc ia e n suelos suelos fino finoss m uestr uestraa q ue la la re sp ues ue sta re silie nte d e c re c e c o n el inc inc rem ento en el núm núm ero ero d e c ic lo s d e c a rg a , m ientra entra s q ue lo s m a teri teria les g ra nula nula res se vuelven vuelven m á s ríg id os a m ed id a q ue c rec e el núm núm ero ero d e c ic lo s de c arga arga . Una m ed id a c o m únme nte util utiliza d a d e la la resp esp uesta uesta resi esiliente es el "m ó d ulo ulo re silie nte ", qque ue se d e fine fine c o m o : ER σD εR
= M ó d ulo ulo re silie nte nt e = Esfue rzo d e sviad via d o r re p e titivo = Te n sió n a xi xia l re c up u p er e ra bl b le
E R
D R
El m ó d ulo ulo resi esiliente e s un va lor d e E o un mó m ó d ulo ulo d e Yo ung p a ra un suel sueloo d ond e se se tiene tiene una a p lic a c ión d e c a rg a s rep etid etid a s. Éste d a una me d id a d e la rigidez involucrada en el diseño del pavimento y en los modelos de evaluación.
Co m p o rta m iento a n te c a rg a s reepp eti etidd a s Su e los lo s fino fin o s: Robnet obn ettt y Th ompson ompson ( 1973) - ens en sayos ay os de c ompres ompresiión in c onf on f in ad a repetidos epetidos ( σ3=0) para la determinación del m ó d ulo ulo resi esiliente d e suelos uelos c ohe sivos. vos. Esta b lec iero ero n p a ra dichos suelos dos modelos de comportamiento básico, que dependen del estado de esfuerzos, uno aritmético y otro semi-logarítmico. Se ha e nc o ntra ntra d o q ue e l va lo r d e l m ó d ulo ulo resi esilie nte Er Eri, d eterm eterm ina d o c on e l m od elo elo a ritmé tic tic o es un bue n ind ind ic a d or d el c om p o rta m iento resi esiliente d el suelo uelo .
Co m p o rta m iento a n te c a rg a s rep eti etidd a s
Modelo aritmético de la deformación en función función del módulo módulo resiliente resiliente para suelos suelos finos.
Modelo semilogarítmico semilogarítmico de la deformación en función de módulo módulo resiliente resiliente para suelos suelos finos finos
Comportamiento típico de la deformación en función función del del módulo módulo resiliente resiliente para suelos suelos finos. finos.
Co m p o rta m iento a n te c a rg a s reepp eti etidd a s Ma te ria le s Gra Gra nula nula re s : En los materiales granulares aumenta la "rigidez" a medida que crece el número de ciclos de carga. Se pueden utilizar los ensayos tri tria xia les c íc lic os p a ra c a ra c teri teriza r el c om p orta orta miento miento resi esiliente d e d ic hos ho s m a ter te ria le s. En ésto éstoss, e l m ó d ulo ulo re silie nte e s una func ió n d e l e sta d o d e e sfuerz fuerzo s a p lic a d o :
E R
k
n
Donde: ER = M ó d u lo re silie n t e k,n = Fac tor to res ded u c idos exper experiiment men t almen almente te θ = Su ma d e esf esf u erz erzos pri prin c ipa les = σ1 +σ2 + σ3 (Nota: θ = σ1 + 2σ3 en un e nsa nsa yo tri tria xia l)
Co m p o rta m iento a n te c a rg a s reepp eti etidd a s El ensayo proporciona una medida del módulo de rigidez, el cual es una propiedad básica para la mayoría de los métodos de análisis de la a c c ió n d e c a rg a s re p eti et id a s so b re e l suel ue lo d e sub ra sa nte
Relación E R - para una una grava arcillosaarcillosa- [AASHTO [AASHTO A-1-6(0) A-1-6(0)] ]
Co m p o rta m iento a n te c a rg a s reepp eti etidd a s De fo rm a c ió n p e rm a nente nente Las deformaciones permanentes aumentan muy rápidamente cuando los esfuerzos repetidos son grandes en relación con la resistencia del suelo. El esfuerzo p rinc ip a l m a yor ( σ1) y la re la c ió n d e esfuerzos ( σ1 / σ2), influyen en el c om p orta ortami miento ento de la la d eforma eforma c ión permanente de los suelos granulares; para valores altos de la relación de esfuerzos puede ocurrir un incremento en la deformación permanente
Rela c ión entre el Nivel de esfuerz esfuerzos os y la Deforma Deforma c ión p erm a ne nte p a ra sue sue los finos. [AA SHTO A- 4(9)]
Co m p o rta m iento a n te c a rg a s reepp eti etidd a s
Rela c ión e ntre ntre e l Nive Nive l de Esfuerzos fuerzos y la Deforma c ión Perm a nen te p pa a ra suelo suelo s g ranula res. res. [AA SHTO A1-b (0)]
El ens en sayo ay o resi esilient en t e es el únic únic o q ue p e rm ite un a ná lisis ra zona b le d e la d eform eform a c ión permanente de los materiales de la subrasante. Aun cuando los ensayos de carga repetida o resilientes pueden aparecer algo confusos o sofisticados, dan las propiedades básicas para evaluar el suelo de subrasante ante las cargas d e trá trá fic o.
Co m p o rta m iento a n te c a rg a s reepp eti etidd a s Esta tab b ilid lid a d vol vo lum é tri tric a Los p rob lema s d e estab estab ilid a d volumétr volumétriic a d e subra ubra sa ntes ntes se relacionan con suelos licuables (ante cargas dinámicas), expansivos y c o la p sa b le s. Los suelos potencialmente licuables pueden ser identificados fácilmente por los daños asociados con el pavimento. Este tipo de daños en pavimentos rígidos presenta una forma de media luna o "D" y unas depresiones o hundimientos irregulares en pavimentos flexibles. Si es posible, deben programarse las acciones correctivas p a ra re m e d ia r o a livia via r lo s e fec fe c to s c a usa usa d o s p o r lo s suel ue lo s lic ua b le s y c o la p sib le s. Lo Lo s suel ue lo s d e e sta s c a ra c ter te rístic tic a s p ued ue d e n se r re m o vid vid o s y re re e m p la za d o s, a unq ue so so n d e d ifíc fíc il tra tra ta m ie nto. nto .
Factores que influyen en el comportamiento de la subrasante Tip o d e sue uelo lo y sus p ro p ie d a d e s
La mayoría de los tipos de suelos se analizan a partir d e su c la sific fic a c ió n en e n si sistem te m a s d e uso uso g e ner ne ra l q ue se basan en la textura y la plasticidad, el tamaño y la distribución granulométrica de sus partículas, propiedades que tienen una influencia significativa e n el c o m p o rta m ie nto d e lo s suelo uelo s b a jo c a rg a .
Factores que influyen en el comportamiento de la subrasante Hume d a d y d ensi ensid a d Influyen en la resistencia y en el comportamiento bajo carga repetida de los suelos de la subrasante. Durante la construcción, los suelos de subrasante pueden ser compactados a una densidad y humedad específicas, que p e rm iten te n e sta b le c e r va lo re s d e re sistenc te nc ia para el diseño del pavimento. Sin embargo, tanto el contenido de humedad como la densidad pueden cambiar durante la construcción o d e sp ués ué s d e e lla .
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Muestreo y ensayos de campo y laboratorio de los suelos de la subrasante Localización del lugar de toma de muestras: La localización del lugar de muestreo, debe seleccionarse mediante cuidadosas consideraciones de acuerdo con la naturaleza p e d o ló g ic a y ge g e o ló g ic a d e lo s suelo uelo s d e subr ub ra sa nte y c o n a sp e c tos d e la c o nstr nstruc uc c ió n d e l p a vim vim e nto
Muestreo y ensayos de campo y laboratorio de los suelos de la subrasante uye n la la s p rueb ue b a s d e C BR, c a rg a Ensayos in-situ: Inc luyen d irec ta e n p la c a , veleta veleta d e c orte, orte, c ono d e p enetra enetra c ión, penetración estándar y medición de presión. Los ensayos de placa y CBR se realizan regularmente en apiques; los demás pueden efectuarse en los núcleos obtenidos en las perforaciones. El CBR y el de carga directa normalmente se llevan a cabo cerca de la sup e rfic fic ie d e la sub ra sa nte nt e ; lo s d e m á s p ued ue d e n re re a liza rse a profundidades mayores. Las muestras tomadas para contenido de humedad y densidad pueden obtenerse a p a rtir tir d e a p iq u es o núc nú c leos eo s.
Muestreo y ensayos de campo y laboratorio de los suelos de la subrasante Los ensayos de laboratorio de CBR y del valor de la resistencia R, se realizan sobre muestras que normalmente se obti obt ienen en en median mediantt e ap iques qu es o en lu ga res a d y a c entes a l p a vim vim ento y o c a sio nal na lm ente en las fuentes de materiales utilizados en los rellenos. Otros procedimientos alternativos incluyen muestras barrenadas u obtenidas en tub tu b o s m e d ia nte nt e c o ra zo nam na m ientos. entos. Ensa nsa y o s
de
la b o ra tori torio :
Muestreo y ensayos de campo y laboratorio de los suelos de la subrasante Esta b iliza c ió n d e sue uello s c o n c e m e nt nto o, c al y asfalto: El proceso de estabilización de suelos
a b a rc a la a d ic ión d e un a g ent en t e est est a b iliza n t e a l suel ue lo , la m e zc la íntim ntim a c o n a g ua sufic ufic ie nte p a ra alcanzar un contenido óptimo de humedad, compactación de la muestra y curado final para asegurar que se desarrolle la resistencia potencial
Subrasantes
PROBLEMÁTICA
SUBRASANTES BLANDAS PROBLEMAS: C o m p re sib ilid a d ( e n g e ner ne ra l diferencial) Ines ne sta b ilid a d d e ter te rra p le nes ne s De se c a c ió n (As (Asee nta m ie ntos nto s, agrietamientos) La v eg eta c ión a c entú ent ú a la s deformaciones
SUELOS BLANDOS TÍPICOS
Suelos Turbosos (Pt) Lim o s O rg á nic nic o s (H (Hum umee d a d Na tura tura l a lta , LL>50. IP<0.73(L 0.73( LL-20). -20) . Lím ite it e Líq u ido id o c a m b ia c o n el e l se c a d o a l a ire . (OH) OH) . Lim o s in o rg á n ic o s c o n LL>50 >50 y a lt a Humed ume d a d na tura tura l. A rc illa s c o n a lt o Lím it e Líq u id o (LL (LL>50 >50) (CH CH)) y Humed ume d a d natu na turra l c erc erc a na a l Lím it e Líq uid uid o . Id e nti nt ific fic a r mineralógicamente.
MEJORAMIENTO DE SUBRASANTES BLANDAS
Re e m p la zo o d e sp la za m ie nto Esta b iliza c ió n c o n a g e nte s q uím uím ic o s Uso d e inse nse rto s (F (Frra g m e nto nt o s d e ro c a , pi p ilo tine tiness) Pilo ta je s (Ma d e ra , c o nc re to, to , g ra va , c a l) Uso d e e m p a liza d a s G e o m a lla s y g e o tex te xtil tile s Precarga Drenaje Re lle no s livia via no s (c e niz niza , g e o b lo q ues ue s, a rc illa s e xp a nd id a s, p umi um ita , vir viruta d e lllla nta )
Sue uello s O rg á ni nicc o s Los depósitos orgánicos contienen minerales, por lo general limo y arena cuarzosos, que en ocasiones aumentan con la profundidad. Como puede suponerse, la cantidad de mineral infl nfluye uye en la la s p ro p ied a d es ingeni ng enier eriiles d e la turb turb a , junto unto c o n la la hum hum ed a d y la d ensi ensid a d sec a . Relac ión d e va c íos:
Puede variar entre 9 para turba granular a m o rfa d e nsa nsa , y 25 25 p a ra lo s tip tip o s fib fib ro so s c o n a lto c o nteni nte nidd o d e c e ld a s; tiend tiend e a d ism inuir nuir c o n la la p ro fund fund id a d . Humedad natural :
Las altas relaciones de vacíos dan origen a contenidos de humedad extraordinariamente altos, de manera q ue m uc ha s d e la s p ec uli ulia rid a d es d e la turb turb a p ued e n a tri trib uir uirse a ellos. La humedad varía con el tipo de turba desde un 500% ha sta m á s d e 3000 3000 %.
Sue uello s O rg á ni nicc o s Cambio volumétrico :
Una turba sometida a carga puede p e rd e r e ntre ntre un 10 y un 75% d e su su vol vo lum e n o rig ina l, correspondiendo a una reducción de la relación de vacíos d e 12 12 a 2
Resistencia al corte :
Es función de la densidad de fibras por u nid nid a d d e volu volu me n, d a d o q u e la la ma teri teria húmi húmicc a no ofr of rec e resistencia. Para que se presente un incremento de la densidad de fibras, y por ende, de la resistencia, tiene que o c urr urrir un buen b uen p o rc enta je d e la la c o nso nso lid a c ió n
Densidad :
La d ensi ensid a d sec a d e turb turb a d rena d a fluc fluc túa entre entre 65 y 12 120 kg / m ³. Cua nd o la turb turb a p o see un a lto c o ntenid ntenid o d e re sid uos uo s m iner ne ra le s p ued ue d e p re se nta r va lo re s m á s a ltos to s q ue lo s anteriores.
SUE UELO LOS S SENSITIVO S O SENSIBL BLE ES
A rc illa s lim o sa s y lim o s a rc illo so s c o n p érd érd id a d e re siste nc ia p o r remoldeo Re d uc ir e l re m o ld e o d ura ura nte construcción. Drenaje
Partícula de arcilla
Agua
Suelos Colapsibles Se le llama "colapsible" al suelo que sufre fuertes asentamientos repentinos cuando se satura parcial o totalmente. En su gran mayoría, estos suelos son de origen eólico y se conocen con el nombre de "Loess"; también pueden serlo algunos suelos aluviales poco compactados y p rá c tic tic a m ente se c o s.
Suelos Colapsibles
Criterio Criterio para la identificac identificación ión de suelos suelos Colapsibles Colapsibles
SUE UELLO S C O LA PS PSIB IBLLES
Lim o s c o n a lta re la c ió n d e va c ío s y uni un io ne s d é b ile s. Se c o m p rim e n al a l inund a rse . Zo na s á rid a s. Re la c ió n d e va c ío s na tura tura l > Re la c ió n d e va c ío s e n el el Límite Líquido C a usa usa r c o la p so p re vio vio . Humedecimiento, compactación
LICUACIÓN
Se p re se nta nt a e n a re na s lim p ia s y fin fin a s (S (SP P), c ua n d o e st á n su e lt a s ( NS NSP PT < 15) y b a jo e l nive nivell fr free á tic tic o .
LICUACIÓN EN PAVIMENTOS
Su e lo s d isp e rsiv o s Los suelos dispersivos son esencialmente arcillosos y altamente erosionables en presencia del agua, debido a un proceso e le c tro tro q uím uím ic o d e "d e flo flo c ula ula c ió n" o "d isp e rsió n". n". La "flo flo c ula ula c ió n" d e lo s suel ue lo s im p lic a la form form a c ió n d e g rumo um o s o d e "flóculos" de partículas minerales individuales. Inversamente, "deflocular" es la acción de separar dichas partículas que, cuando hay flujo de agua, son susceptibles de ser arrastradas a tra tra vés vé s d e lo lo s p o ro s d e l suel ue lo , p ro p ic ia nd o la la for fo rm a c ió n d e canalículos que dan lugar a fallas por tubificación, p rinc ip a lm ente en e n d iq ues hom og éneo s p a ra a lm a c ena m iento d e agua". En Colombia también se designa a la tubificación "sifona fo na m ie nto " o se ha b la d e "e ro sió n inte inte rna ".
Su e lo s d isp e rsiv o s Clasificación de resultados individuales D1 y D2 ND4 y ND3 ND2 y ND1
Clasificación del suelo Suelos dispersivos: fallan rápidamente bajo una cabeza de 50 mm. Suelos intermedios: se erosionan lentamente bajo cabezas de 50 mm o 180 mm Suelo no dispersivo: no hay erosión coloidal bajo cabezas de 380 mm o 1020 mm
Categorias de Dispersividad
FIGURA 8.- Ilustraciones del aparato de ensayo y la muestra a utilizar en el “Pinhole Test”
Relación entre las sales disueltas en el agua de poros y la dispersión de muestras compactadas
Su e lo s e xp a n siv o s Su e lo s e xp a n siv o s: El p rim e r p a so e s id e nti nt ific fic a r e l suel ue lo p a ra evid evid enc ia r el p otenc ote nc ia l d e c a m b io volumé volumétr triic o , p a ra e llo se re c urr urre a lo s lím ites te s d e A tte tt e rb e rg , fu n d a me n talme talme nte nte a : Ind ic e d e Pla stic tic id a d Exp a nsi nsió n p ro b la b le a l p a sa r d e e sta d o se c o a saturado
Su e lo s e xp a n siv o s Están compuestos por partículas minerales que tiene tienenn una un a g ra n a f inid nid a d p o r e l a g ua, ua , la a b so rb e n del medio ambiente y la incorporan a su e str truc uc tur tu ra m o le c ula ula r. La La s a rc illa s m o ntm nt m o rillo níti níticc a s poseen esta propiedad y en especial las c onoc ono c id a s c o m o b entonita entonita s. La ines ne sta b ilid a d m o str traa d a p o r e sto s suel ue lo s se d e b e a su estructura molecular, la que ocasiona una d é b il uni un ió n e ntr nt re sus p a rtíc tíc ula ula s m iner ne ra le s.
Su e lo s e xp a n siv o s La afinidad que dichas arcillas tienen por el agua es la causa principal del hinchamiento o e xp a nsi nsió n q ue e xp e rim e nta n, c o n fue fue rtes te s presiones de empuje o levantamiento cuando se saturan. Inversamente, se presentan altas contracciones y agrietamientos cuando se secan. G e ner ne ra lm e nte nt e , lo s suel ue lo s e xp a nsi nsivos vo s c a e n d e ntr nt ro del grupo de las arcillas finas de alta plasticidad (CH) y en menor proporción con las de baja p la stic tic id a d (C (CLL).
Su e lo s e xp a n siv o s Criterio USBR
EP LC IP % < 0.001 mm
Muy alto < > > >
11 35 28 30
Alto
Medio
Bajo
7 - 12 25 - 41 28 - 31 20 - 30
10 - 16 15 -28 13 - 23 10 - 20
> 15 < 18 < 15 < 10
ΔV/Vo C o rre la c io nes ne s e ntre ntre d iferente s p ro p ie d a d e s d e lo s suel ue lo s y su su ex e xp a nsi nsió n p o tenc te nc ia l Estimación del grado de expansividad de un suelo arcilloso
EL
V V 0 V 0
x 100 (%)
EL = Expansión libre, % V = Volumen del suelo expandido, cm³ V0 = Volumen inicial del suelo = 10 cm³ EL (%)
GRADO GRADODEEXPANSIÓN EXPANSIÓN
> 100
Muy alt alto
> 100
Alto Alto
50 - 100
Medio edio
< 50
Bajo
* Hol Holtz tz y Gib Gibbs bs (195 (1957) 7)
ARCILLAS EXPANSIVAS
Exp a nsi nsivid vid a d Intr nt rínse nse c a (Mi (M iner ne ra le s Expansivos) Ac titud titud Exp a nsi nsiva (D (Dee se c a c ió n)
EFEC TO S Le va nta m ie nto d if e re nc ia l Agrietamiento
La exp exp a nsi nsió n d e p end e d e : Ca mb ios d e h u me d a d Pre sio nes ne s a p lic a d a s Fá b ric a y es e str truc uc tur tu ra
ARCILLAS EXPANSIVAS
LATICES ARCILLOSOS
MINERALES EXPANSIVOS
IDENTIFICACIÓN DE ARCILLAS EXPANSIVAS
Exp a n sió n Lib re Exp a nsi nsió n c o ntro ntro la d a e n c o nso nso lid ó m e tr troo Pre sió n d e Exp a nsi nsió n (La (La m b e ) Lím ite s d e A tt ttee rb e rg Ca p a c id a d d e In terc terc a mb io Iónic ónic o Ad so rc ió n d e Azul Azul d e M e til tile no Difr fraa c c ió n d e Ra yos yo s X Med Me d ic ió n de d e suc suc c ió n
MEDIDAS PREVENTIVAS
C o ntro ntro la r la c a b e za hid hid rá uli ulic a y la escorrentía. Interc nterc a m b io ió nic nic o . Ad ic ió n d e io nes ne s d e c a lc io C o nfi nfina m ie nto la ter te ra l Pro tec c ió n c o n v eg eta c ió n Drenaje Pro tec te c c ió n c o n fil filtr troo s
MEDIDAS REMEDIALES DRENAJE DENSIFICACIÓN: Co m p a c ta c ió n Pr Profund ofu ndaa Vibroflotación Co m p a c ta c ión c o n ex e xp losi osivos Inyecciones M e zc la d o Pro fundo fund o Pilo tes te s hinc hinc a d o s
Subrasantes
ESTABILIZACIÓN
ESTABILIZACIÓN Conjunto de procesos físicos, químicos, y físico-químicos tendientes a modificar las propiedades de los suelos que interesan para un determinado uso en ingeniería, haciendo que el material “suelo” sea adecuado para la utilización prevista reemplazando a otros materiales no DISPONIBLES o M Á S C O STO SO S
ESTABILIZACIÓN
Uso de Cal y materiales puzolánicos para fines de estabilización y formación de materiales cementicios inicia con el comienzo de n ue st ra h ist o ria Hace más de 5000 años se construyeron las pirámides d e She nsi nsi e n e l Tib e t China e India hicieron fundaciones masivas de puentes y cámaras subterráneas
ESTABILIZACIÓN
1. 2. 3. 4. 5.
De a rte p ura ura m e nte ex e xp e rim e ntal nta l ha venid venid o p a sa ndo nd o a se r tod to d a una un a ciencia Físic a Química Físico-química Mineralogía Geología
ESTABILIZACIÓN Aceptar el material como está, tomando realistamente su calidad en el disño efectuado Eliminar el material insatisfactorio, substituyéndolo por otro de características adecuadas Modificar las propiedades del material existente, para hacerlo capaz de cumplir m e jo re s re q uer ue rim ie nto nt o s
ESTABILIZACIÓN
Mec á n ic a s: c om p a c t a c ión y c o rre c c ió n g ra nul nu lo m é tr triic a Elé c t ric a s: E Elle c t ró sm o sis y p ilo t e s electrometálicos Té rm ic a s: C a lo r y c a lc ina c ió n Q uím uím ic a s: A g e nte nt e s e st a b iliza nte nt e s
ESTABILIZACIÓN Las propiedades de los suelos que más frecuentemente se estudian en p ro b le m a s d e e sta b iliza c ió n so so n:
Esta b ilid a d Vol Vo lumé um é tr triic a Resistencia Permeabilidad Compresibilidad Durabilidad
ESTABILIZACIÓN ESTABILIDAD VOLUMÉTRICA Problemas relacionados con los suelos e xp a nsi nsivos vo s p o r c a m b io s d e hume d a d . Se trata de transformar la masa expansiva en una masa rígida, con lazos fuertes de unión para resistir las presiones de expansión, esto se logra con tratamientos q uím uím ic o s o tér té rm ic o s
ESTABILIZACIÓN RESISTENC IA En pos de mejorar este parámetro en los suelos son muy utilizados los métodos mecánicos y los químicos especialmente c o n c em ento, c a l o a d itivos tivos.. Es m uy im im p o rta nte e l c o nteni nte nidd o d e m a ter te ria orgánica, ya que estos no permiten una b uena ue na e sta b iliza c ió n d e la s sub ra sa nte nt e s
ESTABILIZACIÓN PERMEABILIDAD Es un parámetro modoficable mediante métodos como la compactación y las inye nye c c io nes ne s p rinc ip a lm e te, te , y g e ner ne ra lm e nte las reducciones de éste parámetro no van ligados con la variación de la estabilidad vol vo lumé um é tr triic a o la re siste nc ia
ESTABILIZACIÓN COMPRESIBILIDAD La c o m p a c ta c ió n es e s una un a f o rm a rutina utina ria d e estabilización que modifica fuertemente la c o m p re sib ilid a d d e lo s suel ue lo s
ESTABILIZACIÓN DURABILIDAD Se re fie fie re a la re sist e nc ia a l inte nt e m p e rísm o , a la erosión, o a la abrasión del tráfico; de esta manera se asocia generalmente a p ro b le m a s situa d o s c e rc a nos no s a la sup e rfic fic ie d e rod rod a m eint eintoo
ESTABILIZACIÓN
Ele va d a s c a rg a s y fr fre c uenc ue nc ia s d e l tránsito Alto Alto c o sto d e tr traa nsp nsp o rte Ag o ta m ie nto d e lo s d e p ó sitos to s Re str trcc c ió n p a ra e xp lo ta c ió n – ambiental Inse nse g uri urid a d p a ra o p e ra r c a ntera ntera s C a re nc ia d e g ra nul nu la re s
ESTABILIZACIÓN C o nd ic io nes ne s a g e nte nt e s e sta b iliza nte s: 1. Pro d uc tos to s d isp o nib nib le s e n c a ntid ntid a d e s c o n c a lid a d c o nsta nsta nte y no n o rm a liza d a 2. Buena d ura ura b ilid a d e n c o nd ic io nes d e trabajo 3. Fa c ilid a d d e a lm a c ena m ie nto nt o y transporte 4. Téc nic nic a c o nstr nstruc uc tiva tiva a d ec uad ua d a
ESTABILIZACIÓN GRANULARES: 1. Impermeabilidad 2. Cohesión
COHESIVOS: 1. Re d uc ir c a m b io s d e vol vo lume um e n 2. C a id a d e re re sistenc te nc ia b a jo c a rg a s
ESTABILIZACIÓN Lo s c a m b io s q uím uím ic o s d e ter te rm ina n: 1. La uni un ió n e ntr nt re p a rt íc ula ula s re siste nte nt e a la a c c ión de l a g u a 2. M a tr triiz o e str trcc utur ut uraa inte nt e rna ríg id a o se m iríg id a q ue d e ter te rm ina su c om p o rta m eint eintoo a nte nt e la s c a rg a s 3. Po ro s lle nos no s d e a g ua o a ire , e l hinc hinc ha m ie nto e sta lim ita d o p o r la re sist e n c ia d e la m a t riz a lo s e sfue fu e rzo s internos
ESTABILIZACIÓN
Lo s c a m b io s fí físsic o s d e t e rm ina n
Ba jo c ontenid ontenid o d e a g ua y m ejo ejo r c om p orta ortami mient entoo mec m ec á n ic o a la a c c ión d e la la s c a rg a s
ESTABILIZACIÓN
1. 2. 3. 4.
Lo s c a m b io s fí físsic o – q uím uím ic o s d e ter te rm ina n un interc nterc a m b io c o n lo lo s c a tio tio nes ne s na tura tura le s d e la fr fraa c c ió n a rc illo sa q ue: ue : Mo d ific a p ro fund a m e nte su p la stic tic id a d Retenc ete nc ió n d e a g ua Ca m b io s d e volume volume n Adherencia
Subrasantes
ALGUNOS TIPOS DE ESTABILIZACIÓN
REEMPLAZO O DESPLAZAMIENTO
EMPALIZADAS
PILOTAJE (DENSIFICACIÓN)
USO DE INSERTOS (RAJÓN)
PRECARGA
DRENAJE
RELLENOS LIVIANOS
CORRECCIÓN GRANULOMÉTRICA
Me zc la b ie n g ra d a d a d e: Gra Gra v a , a re na , lim o y ar a rc illa , que qu e c ompac t ad a a lza nza nza rá su m á xim a densidad.
CORRECCIÓN GRANULOMÉTRICA
Pa rt íc u la s g ru e sa s
Pa rt íc ula ula s inte nt e rm e d ia s
Pro p o rc io na n fri fric c ió n y re re sistenc te nc ia a l impacto Pro p o rc io na n a c uña uñ a m ie nto d e la estructura
Pa rt íc u la s fin fin a s
Pro p o rc io na n c o hes he sió n en e n c o njunto njunto c o n el a g ua p re se nte
CORRECCIÓN GRANULOMÉTRICA
Agr Ag reg a d o f in o :
C o nfo nfo rm a d o p o r la a re na g ruesa uesa y la la a re na fina fina • Are Are na g rues ue sa : Ap o rta fr friic c ió n y d ure ure za , va l d e l ta m iz No. No . 10 a l No. No . 40 • Ar Aree na fina fina : Sirve p a ra e fec to d e a c uña uñ a m ie nto d el m a teri teria l g rueso ueso , va d e l t a m iz No. No . 40 40 al a l No. No . 20 200
CORRECCIÓN GRANULOMÉTRICA
Lim o y a rc illa :
Lim o : Des De sd e la 50 m ic ra s ha sta 5, a c túa tú a c o m o re lle no p a ra im p e d ir e l m o vim vim ie nto d e la s p a rtÍ tÍcc ula ula s g rues ue sa s A rc illa : Ta m a ño m e nor no r a 5 m ic ra s, a p o rta p o ro s q u e ha c en q ue la la s p e líc ula ula s d e lg a d a s d e a g ua e sta b le zc a n en e n c o njunto njunto a lta cohesión.
CORRECCIÓN GRANULOMÉTRICA
C o nd ic ió n d e g ra nulo nulo m e tr tríía
C o nd ic ió n d e Pla stic tic id a d
Con Co n d ic ión d e c a lid a d d e los m a ter te ria le s c o nsti nstitu tutitivo voss
CORRECCIÓN GRANULOMÉTRICA
De g ra nulo nulo m e tr tríía : Pa rtie tie nd o d e un TM N c ua lq uie uie ra , e s p o sib le o b tene te nerr u n a c u rv a d e g ra d a c ión q u e e ntre ntre g ue un re re ves ve stim tim ie nto e sta b le .
Ra zo nes ne s c o nstr nstruc uc tiva tiva s ha lim ita d o e l TM N, re la c io ná nd o lo c o n el e l e sp e so r d e la s c a p a s TMN c o m p re nd id o e ntre ntre 1/ 3 y ¼ d e l e sp e so r d e la c a p a
CORRECCIÓN GRANULOMÉTRICA Abertura No. No . Ta Ta m iz
Ab e rtura tura e n mmm.
1” ¾” 3/ 8” No .4 No .10 No .40 No . 200
25.4 19 9.5 4.76 2 0.42 0.074
% e n p e so q ue p a sa p or c a d a tamiz 100 80-100 50-90 40-75 30-55 20-35 10-20
CORRECCIÓN GRANULOMÉTRICA
Se p ued ue d e a d m itir tir ha sta un 5% 5% d e p a rtí tícc ula ula s m a yor yo re s a 1” , sie m p re y c ua nd o tod to d a s p a se n p o r e l ta m iz d e 1 y 1/4” Lo s fin fin o s (P (Paa sa No. No .40), el e l % q u e p a se e l No . 200, no d e b e e xc e d e r la s 2/ 3 p a rtes te s d e la f ra c c c ió n p a sa No . 40 • (P (PT T 200/ 200/ PT 40) m e n o r 2/ 2/ 3
CORRECCIÓN GRANULOMÉTRICA
De Pla stic tic id a d : Ind ic a si la e sta b ilid a d d e la m e zc la e s tem te m p o ra l o p e rm a nente, nente , a n t e la la a c c ión d e la la h u med me d a d
Esta influe nfluenc nc ia d o p o r la p re se nc ia d e a rc illa De b e c o nsi nsid e ra rse la c a ntid ntid a d d e lluvia uvia a nual nua l d e la zo na La d ifere fere nc ia d e a ltura tura e ntre ntre la ra sa nte y el nive nivell fr free á tic tic o
CORRECCIÓN GRANULOMÉTRICA Zo n a
Llu v ia mm/año
IP/ Ba Ba se se
IP/ su su p e rfrf ic i e
+ húm e d a
+1000
-2
3-5
-h u m e d a
700-1000
2-4
5-8
Se c a
-700
4-6
8-12
CORRECCIÓN GRANULOMÉTRICA
De Ag re g a d o s: De b e n tener tene r a g re g a d o s d uro uro s y re re sist e nte nt e s a la a c c ió n d e lo s a g e ntes c lim á tic tic o s
Des De sg a ste e n la la m á q uina uina Lo s A ng e le s, m e nor no r d e l 50% Evit vit a r m a t e ria le s e sp o njo njo so s o e lá st ic o s Evita vita r m a ter te ria le s c o n pr p ro p ie d a d e s c a p ila re s p e rjud ic ia le s
CORRECCIÓN GRANULOMÉTRICA
M a ter te ria le s c o n mi m ic a s, susta usta nc ia s o rg á nic nic a s, se a so c ia n a a ltos to s va lo re s d e lím it e líq uid uid o El lím it e líq uid uid o d e b e r se r m e no r a 1.6 IP +14 El Ll, e s e l in d ic a d o r d e la s p ro p ie d a d e s c a p ila re s d e la m e zc la
CORRECCIÓN GRANULOMÉTRICA
En ge g e nera nera l la c a nti nt id a d d e m a ter te ria le s p a ra o b tene te nerr una m e zc la e sta b iliza d a , no p a sa d e c ua tr troo y e xc e p c io na lm e nte d e tr tree s.
El su e lo a e st a b iliza r Un a g re g a d o g rues ue so Un sue suello c o hes he sivo o lig a nte nt e
COMPACTACIÓN Pro c e so m e d ia nte e l c ua l se b usc usc a d e nsi nsific fic a r un m a ter te ria l a una h u m ed a d p a rtic tic u la r
COMPACTACIÓN
Para asegurar una compactación adecuada deben realizarse pruebas en terreno que permitirán definir los equipos de compactación más adecuados para esos materiales, los espesores de capa y número de pasadas del equipo seleccionado para cumplir con las especificaciones técnicas de densidad seca.
COMPACTACIÓN
Al compactar un suelo se persigue lo sig uie uie nte nt e :
d ism inui nu ir futur fut uroo s a se nta nt a m ie nto nt o s a ume um e nta r la re sistenc te nc ia a l c o rte d ism inuir nuir la p e rm e a b ilid a d
COMPACTACIÓN
El c o ntro ntro l d e la o b ra fina fina l se re a liza rá a través de determinaciones de los parámetros densidad seca y humedad de compactación de los rellenos colocados. Las especificaciones para la compactación en terreno exigen la obtención de una densidad mínima que e s un po p o rc e nta je d e la d e nsi nsid a d m á xim a seca obtenida en el laboratorio. Una p rá c tic tic a c o m ún p a ra nume ro sa s o b ra s e s exigir a lo menos el 95% del Proctor Modificado.
COMPACTACIÓN Ensayo de Compactación 2,2 2,2
2
curva de saturación
] 1,8 3 1,8 m / t [ a c e 1,6 1,6 S d a d i s n 1,4 e 1,4 D
densidad máxima seca humedad
1,2 1,2
1 4
6
8
10
12
14
Contenido de humedad [%]
16
18
20
GEOSINTÉTICOS Los geosintéticos son materiales, que se fabrican a partir de varios tipos de polímeros y que se utilizan para mejorar y hacer posible la ejecución de ciertos proyectos de construcción de ingeniería civil y geotécnica.
GEOSINTÉTICOS
Las propiedades mecánicas e hidráulicas de los geosintéticos han posibilitado su desarrollo en los proyectos de construcción y m e c á nic nic a d e suelo uelo s. Los geosintéticos se dividen principalmente en geotextiles, g e o m a lla s y ge g e o m e m b ra nas na s.
GEOSINTÉTICOS
Como separadores se coloca un geotextil entre dos capas de suelo de diferentes propiedades, para evitar la m ezc ezc la entre entre a m b o s Los geotextiles crean una barrera permeable entre suelos de diferente textura y estructura. Estos diferentes materiales quedan separados y por ello mantienen intactas sus propiedades mecánicas e hidráulicas, mientras que el a g ua p ued ue d e flui fluirr a su tra tra vés vé s.
ADITIVOS
Ca l Cemento Asfalto Enzimas Polímeros Sulfonados
C AL
Busc usc a re d uc ir la p la stic tic id a d d e l suelo No p retend ete ndee desarrollar resistencias altas Busc usc a q ue la s características re la t iva s a e sta b ilid a d y d ura ura b ilid a d se a n suficientes
C AL
Pro v o c a e n lo s su e lo s a rc illo so s u n a nota no ta b le d ism inuc io n d e p la stic tic id a d Entre ntre g a m a yo r tr traa b a ja b ilid a d e n la la s o p e ra c io nes ne s d e c o nstr nstruc uc c io n A p o rta b uena ue na s sup e rfic fic ie s d e traa b a jo p a ra lo s e q uip tr uip o s d e construccion
C AL
Tie ne d e fini finidd a s a p lic a c io nes ne s e n el el c a mp o vi v ia l M o d ific fic a c a ra c ter te ristic tic a s ind e se a b le s y p e rju d ic ia le s d e lo s su e lo s a rc illo so s Prod u c e un u n a a c c io n c em enta ent a n te adicional Lenta p ero ero g ra d u a l g a n a n c ia d e resistencia
C AL
So b re suel ue lo s g ra nul nu la re s, q ue c o nti nt ie nen ne n m e nos no s d e l 50% d e b ind e r (p a sa No . 40) y so so n tr t ra ta d o s c o n %e %e ntr nt re e l 2 y el e l 4. So b re m a t e ria le s a rc illo so s, p a ra m e jo ra r sub ra sa nte nt e s. Se tr traa ta n ent e ntrre e l 4 y 8%.
CEMENTO El suel ue lo -c e m e nto nt o e s una un a m e zc la ínti íntim m a d e suel ue lo , convenientemente p ulve ulverriza d o , c o n determinadas p ro p o rc io nes d e a g ua y c em ento q ue se se c omp a c t a y c u ra p a ra ob tener ten er m a yor densidad.
CEMENTO
Su e lo m o d if ic a d o c o n c e m e nto nt o Suel ue lo c e m e nto p lá stic tic o Gra Gra v a c em ento ent o Suelo-cemento
CEMENTO En principio cualquier cemento puede utilizarse en la estabilización de suelos, sin embargo el mayormente empleado es el TIPO I, además es el que permite a la mezcla d e suel ue lo -c e m e nto a lc a nza nza r m a yor yo r re sistenc te nc ia por su contenido de aluminato tricálcico y sulfa ulfato to d e c a lc io .
CEMENTO
La c a n tid tid a d d e c ement em entoo p u ed e va ria r e ntre ntre e l 2 y 25 25 p o r c ie nto d e l p e so se c o d e la m e zc la . El p ro m e d io e s d e l 10 % y se p ro c ura ura q ue no p a se d e l 15% p o r ra zo nes ne s e c o nóm nó m ic a s.
CEMENTO Clasificación A A SHTO
Ra ng o d e c ont onteni enido do de c emento emento en p e so (%) (%)
Contenido prob prob ab le p ara ara el ensa ensa yo d e densidad
Cemento Cement o c em ent ento o p ara ara el ensa ensa yo d e hum/ hu m/ sec y de c on/ desc desc
A 1- a A 1-b
3- 5 5- 8
5 6
3-4-5-7 4-6-8
A2
5- 9
7
5-7-9
A3 A4
7-11 7-12
9 10
7-9-11 8-10-12
A5 A6
8-13 9-15
10 12
8-10-12 10-12-14
A7
10-16
13
11-13-15
Cemento requerido en función de la clasificación AASHTO
ASFALTO Mezcla íntima de emulsión asfáltica, suelo fino, arena o grava natural de granulometría similar o p a rec id a a a q u ell ella d e sub-base, agua y a veces aditivos, conformando un p ro d uc to q ue se util utiliza en capas de base p a ra c a rreter ete ra s
ASFALTO
Distr triib uc ió n d e l lig a nte e n for fo rm a d e p e líc ula ula d e m a nera nera uni un if o rm e A lc a nza nza r una re sistenc te nc ia a p re c ia b le , e n se se c o y e n húme h úmedd o Aume Aum e nta r la c o hes he sió n de d e l m a ter te ria l
ASFALTO Func un c ió n d e la d e nsi nsid a d , d e p e ndi nd ie ndo nd o d e e lla , e stá e l p o rc e nta je d e va c ío s y e n c o nse nse c uenc ia , la p e rm e a b ilid a d y la p o sib ilid a d d e la a c c ió n d ire c ta d e l a g ua so b re e l lig a nte. nte .
ASFALTO
Em uls ulsió n a sfá ltic tic a c a tió tió nic nic a d e ro m p im ie nto nt o le nto nt o C RL-1E
VISC O SIDAD: Ba jo c o nte VIS nt e nid nid o d e a sfa lto , b usc usc a c o nfe nfe rir a la m e zc la c ie rta c o hes he sió n e im p e rm e a b ilid a d ESTA BILIDA DAD: D: d e b e p e rm it ir la e n v u e lt a u nif nif orm orm e y homog hom og énea d el c om p o nente nen te m inera nera l, c o n míni mínim m a c a nti nt id a d d e a g ua d e p rehume ehu mecc t a c ión.
ASFALTO
Ad hes he sivid vid a d : La p a siva a sfla toto -c o m p o nente ne nte m iner ne ra l d e b e se r b uena p a ra a lc a nza nza r la s c a rá c ter te rístic tic a s d e fini finititiva va s Fluid uid ific fic a c ió n: No d e b e lle va r flui fluidd ific fic a ntes nte s A sfa lt o re sid ua l: Deb De b e se r a sfa lt o p uro uro , sin flui fluidd ific fic a r. El re sid uo d e d e stil tila c ió n d e b e tene te nerr una un a p e netr ne traa c ió n 60 60-100 ó 100-250
ENZIMAS
La s e nzi nzim a s o rg á nic nic a s c o nti nt ie nen p a rtes a c tiva tivadd a s q ue a c e le ra n el e l p ro c e so d e a g luti ut inam na m iento d e la s a rc illa s. Func un c io na c o m o c a ta liza d o r c o n lo lo s m a ter te ria le s p lá stic tic o a rc illo so s d e l t e rre no , fa c ilita nd o su hom o g e neiz neiza c ió n y compactación.
ENZIMAS
Su a c c ió n c a ta liza d o ra inc re m e nta e l p roc eso eso d e hum hu m ec tac ta c ió n . Pro voc a una una a c c ió n a g luti ut inant na ntee so b re lo s fin fin o s, d ism in u yen ye n d o la re la c ió n d e va c ío s. Pro d uc e una un a f uerte uerte a c tivi tividd a d c e m e ntante, nta nte, f o rm a nd o una un a f usi usió n de de la s p a rt íc ula ula s o rg á nic nic a s d e l suel ue lo .
ENZIMAS
La e nzi nzim a se d o sific fic a a ra zó n d e 1 litr troo p o r c a d a 33 m e tr troo s c úbi úb ic o s d e m a teri teria l c om p a c to, me zc lá n d olo olo c on el a g u a d e humectación. Se re q uie uie re c o m o m ínim nim o 20% d e m a ter te ria l p lá stic tic o - a rc illo so . De b e util utiliza rse un 20 20% m e nos no s d e a g ua d e la nor no rm a lm e nte util utiliza d a p a ra la humectación
POLÍMEROS Esta n c o m p ues ue stos to s p o r m o lé c ula ula s d e tam ta m a ño m u y g ra n d e in in teg ra d a s p o r la s m ism a s unid unid a d e s m o le c ula ula re s re p e tid tid a s, q ue re sp o nd e n e lá stic tic a m e nte, nte , e la stóm tó m e ric a m e nte y viscosamente.
POLÍMEROS Al introducir el polímero al suelo imparte al mismo elasticidad y resistencia al flujo, que en combinación con el cemento Portland otorgan gran resistencia al compuesto.
SULFONADOS Es un grupo de aditivos químicos para la estabilización, inmovilización e inertización de suelos y otros materiales con c em ento ent o p ortl ortlaa n d .
SULFONADOS C ua nd o lo s m a ter te ria le s a se r tr traa ta d o s e stá n c o nta m ina d o s p o r susta usta nc ia s a lta m e nte o rg á nic nic a s o q uím uím ic a m e nte tó t ó xic a s, q ue neutr ne utraa liza n la la hid hid ra ta c ió n natur na turaa l d e l c e m e nto, nto , e l a d itivo tivo tr traa nsfo nsforrm a e sa s p a rtic tic ula ula s d a ñina ñina s y p erm erm ite la la rea c c ió n m á xim a d e l c e m ento.
C o n su su a p lic a c ió n se se m e jo ra e l c o m p o rta m ie nto fís físic o -q uím uím ic o y mec me c á nic nic o d e tod to d o s lo s m a ter te ria le s lig a d o s c o n c e m e nto portland.
INSTITUTO COLOMBIANO DE PRODUCTORES DE C EM ENTO
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C a rre ra 8 No 97-75 Tel. 6215958 Fax 2578431 E-Ma il: ic p c b og @c a b le.n e.n et.c et.c o
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