2.2 Estabilizaciòn de Suelos 2015
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2. TEMA. SUBRASANTE
De los suelos de subrasante de su resistencia, depende el espesor de laestructura, para soportar determinado trnsito por lo tanto se debe teneren cuenta:
-Tipos de suelo de la subrasante Durante la construccin como
- Resistencia (densidad-humedad) durante su servicio
Compactacin (Incrementar su resistencia)
TEMAS:
1. Clasificacin de suelos
2. Fases del suelo
3. Estudios de suelos para el diseo de pavimentos
4. Compactacin de suelos
5. Estabilizacin de suelos.
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El estabilizar un suelo permite de una forma ingenieril,mejorar las propiedades fsicas y mecnicas del suelo,permitiendo un mejor comportamiento durante suconstruccin y en su vida til.
La estabilizacin de un suelo se puede llevar dediferentes formas, no solamente se entiende comoconcepto la adicin o modificacin de un suelo por unaditivo, sino existen otros mtodos de estabilizacin.
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Que encontramos en el terreno?
Que decisin tomar?
Aceptar el material. (Terreno-ensayos)
Sustitucin de material Eliminacin de materialinadecuado
Modificacin del material existente para mejorar suspropiedades
Al modificar el material existente existen diversas formas o procedimientos.
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PROCEDIMIENTO CARACTERISTICAS
Estabilizacion por Medios mecnicos Deformabilidad
Estabilizacin por Drenaje Baja resistencia
Estabilizacin por Medios electricos Expansividad
Estabilizacin Por medios quimicos Sensitividad
ARCILLOSOS BLANDOS
COMPRESIBLESSUELOS ORGANICOS SUELOS VOLCANICOS SUELOS EXPANSIVOS
Se ubican en zonas de alta
precipitacin
Comuestos
principalmente de tejidos
vegetales
Problemas: alto contenido de
humedad
Cambio volumtrico bajo
presencia de agua
*Deficiencias en drenjae
naturalBajos pesos unitarios
*Alto contenido de agua Son muy consolidables elevada relacin de vaciosComunes en zonas semiaridas
(Cali, Barranquilla,entre otras..)
Suelos sensibles remoldeo
(variaciones)Identificiacin: se utiliza ensayos
de consolidacin unidimensional
*Ensayo de agregtacin Tecnicas de ensayo:
la>2.0 suelo moderada *Mtodo indirecto
la>12.0 altamente variable *Metodo directo
*Sensitividad (St) *Metodos combinados
St>4.0 suelos sensitivos
Evaluar las condiciones in-situ
Empalizados
Geotextiles
Obras de Drenaje
ESTABILIZACION DE SUELOS
SUELOS MAS COMUNES EN COLOMBIA
IDENTIFICARLOS
LL>100%
IL> 1.0
RC < 0.25 KG/CM 2
SOLUCION
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Modificacin del material existente para mejorar suspropiedades
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Modificacin del material existente para mejorar suspropiedades
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Modificacin del material existente para mejorar suspropiedades
Propiedades del Suelo
1. Estabilidad Volumtrica: Suelos expansivos
1. Introducir humedad
2. Membrana impermeable
3. Agentes o medios qumicos o externos
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Modificacin del material existente para mejorar suspropiedades
Propiedades del Suelo
2. Resistencia: Humedad
a. Suelos arcillosos
b. Incrementar EL peso volumtrico de un suelo
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Modificacin del material existente para mejorar suspropiedades
Propiedades del Suelo
2. Resistencia: Humedad
b. Incrementar el peso volumtrico
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Modificacin del material existente para mejorar suspropiedades
COMPACTACIN(Amasado, vibracin o impacto)
PRECARGASe emplea parasuelos cohesivos . Carga externa
sobre elterreno.
Requiereperiodos muylargos
VIBROFLOTACION Reacomodacin de
partculas Agua + vibrado-
Licuacin de arenareacomodndolo
DRENAJE Reducir la
cantidad deagua y/opresin de aguaintersticial
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Modificacin del material existente para mejorar suspropiedades
ADICION DE AGENTE Transforman el suelo fino
Cemento-Cal Cambios volumtricos
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Modificacin del material existente para mejorar suspropiedades
Propiedades del Suelo
3. Permeabilidad: Fcil modificacin?
1. Arcillas (Hidrxido de cal)
2. Presiones excesivas
3. Suelos
%W
Alta permeabilidad
Mayores vacos
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Modificacin del material existente para mejorar suspropiedades
Propiedades del Suelo
4. Compresibilidad: Al disminuir el volumen del suelobajo efecto de una carga, se modifica la resistencia delsuelo.
No permite drenaje Esfuerzos asume el
agua
Permitir el drenaje ----- Consolidacin
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Modificacin del material existente para mejorar suspropiedades
Propiedades del Suelo
5. Durabilidad:
Resistencia al intemperismo, erosin y abrasin deltrfico.
Estabilizados= Mal agente estabilizador.
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Modificacin del material existente para mejorar suspropiedades
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Modificacin del material existente para mejorar suspropiedades
1. Estabilizacin Mecnica
Aplicacin de energa mecnica basada en peso yvibracin, llevando el terreno a su mxima densidad.
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Modificacin del material existente para mejorar suspropiedades
2. Estabilizacin por Drenaje
Problemas
Incremento de la presin de poros,disminucin de la resistencia al cortede los suelos
Suelos expansivos Bombeo (Pav. rgidos) Seguridad vial Perdida del ligante (Pav. asfalticos)
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Modificacin del material existente para mejorar suspropiedades
Fuente: Juan Fernando Sabogal
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Modificacin del material existente para mejorar suspropiedades
Fuente: Juan Fernando Sabogal
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Modificacin del material existente para mejorar suspropiedades
DRENAJE SUPERFICIAL DRENAJE INTERNO
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Modificacin del material existente para mejorar suspropiedades
*GENERALEl sistema de drenaje debe minimizar la influencia estructural yfuncional del agua sobre la carretera
Tres tipos de flujo: Difuso: Taludes, plataformas Concentrado: (Desage superficial)Cuentas. De paso En medio poroso: (Drenaje subterraneo)Zanjas drenantes
DRENAJE SUPERFICIAL DRENAJE INTERNO
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Modificacin del material existente para mejorar suspropiedades
*RIESGOS Y DAOS PRODUCIDOS POR EL AGUA
A. Para la circulacinB. A la infraestructuraC. SuperestructuraD. Propias obras de drenajeE. Terceros
DRENAJE SUPERFICIAL DRENAJE INTERNO
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Modificacin del material existente para mejorar suspropiedades
* TIPOS DE MEZCLAS PARA EL DRENAJE SUPERFICIAL
A. Microaglomerados en calienteSuperficie macrorugosa, permitiendo el drenaje superficial .Agregado ptreo entre 8 y 10mm
B. Mezclas drenantesCapa de rodadura con alto contenido de vacios
DRENAJE SUPERFICIAL DRENAJE INTERNO
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Cunetas
DRENAJE INTERNODRENAJE SUPERFICIAL
DRENAJE INTERNOCUENTAS
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Bordillos
Ayudan a larecoleccinlateral de aguaproveniente delas calzadas
De acuerdo a sufuncionamientose debe sustituirpor cunetas
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Sumideros
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Bajantes
1. Bajantesprefabricada
2. Bajante decuenta
3. Bajante depiedra
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Modificacin del material existente para mejorar suspropiedades
DRENAJE SUPERFICIAL DRENAJE INTERNO
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Modificacin del material existente para mejorar suspropiedades
*GENERALGarantizar el adecuado funcionamiento de la estructura
Situacin menos adecuada: saturacin de las capas
El drenaje subterrneo solamente ha de utilizarse en el lugarimprescindible
El drenaje superficial no debe permitir la acumulacin de agua Siempre asegurar la IMPERMEBAILIDAD del pavimento Eliminar aguas que se infiltren a travs del pavimento
DRENAJE SUPERFICIAL DRENAJE INTERNO
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1. Filtracin vertical producida por grietas, juntas, entre otrosfactores.
2. Filtracin lateral a travs de cunetas3. Elevacin del nivel fretico4. Capilaridad de humedades en las capas superiores5. Condensacin en determinadas condiciones atmosfricas
*POSIBLES ORIGENES DEL AGUA QUE LLEGA A LA SUBRASANTE
DRENAJE SUPERFICIAL DRENAJE INTERNO
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Modificacin del material existente para mejorar suspropiedades
* CAPA PERMEABLE
Es colocada bajo lasuperficie del pavimento
La capa puede sergranular o tratada conligantes o con cemento
Funciones estructurales ydrenantes
DRENAJE SUPERFICIAL DRENAJE INTERNO
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Modificacin del material existente para mejorar suspropiedades
1. Estabilizacin por
Drenaje
DRENAJE INTERNO
Su base se logra a travs de la trabazn de agregadosPERMEABILIDAD DE LA SUBBASE
DRENAJE SUPERFICIAL DRENAJE INTERNO
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Modificacin del material existente para mejorar suspropiedades
* CAPA SEPARADORA
Se coloca bajo la base permeable para evitar que sea contaminada por losfinos de la subbase subrasante
Condiciones estabilizada subbase? No requiere C.S La separacin puede ser proporcionada por una capa material granular o
por un GEOTEXTIL
Fuente: Juan Fernando Sabogal
DRENAJE SUPERFICIAL DRENAJE INTERNO
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Modificacin del material existente para mejorar suspropiedades
GOTEXTIL
REQUISITOS
Debe permitir que el agua fluya El geotextil debe tener suficiente cantidad de aberturas para caso
de cualquier obstruccin el flujo no se vea restringido
DRENAJE SUPERFICIAL DRENAJE INTERNO
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Modificacin del material existente para mejorar suspropiedades
GEOTEXTIL
Son laminas sintticas, flexibles, de poco peso yespesor
Su empleo general es en carreteras yaeropuertos
GEOALTROPOSGEOMALLAS: Armado, RefuerzoGEOMEMBRANAS: Impermeabilizacin, proteccinGEOTEXTILES: Drenante, anticontaminante
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Modificacin del material existente para mejorar suspropiedades
*Materiales:Fibras sintticas obtenidas por Hilado y estirado depolmeros fundidosPolipropileno, polister, poliamida
-Tejidos: Hilos y cintas poco deformables-No tejidos: Fibras (Continuas o cortadas)-Otros : mallas, entrecruzados,etc
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Modificacin del material existente para mejorar suspropiedades
GEOTEXTIL
CARACTERISTICAS GENERALES:Naturaleza Espesor (Precio) DurabilidadPropiedades mecnicas Resistencia a la traccin Resistencia ante perforacin dinmicaPropiedades Hidrulicas Permeabilidad
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Modificacin del material existente para mejorar suspropiedades
GEOTEXTIL
CARACTERISTICAS GENERALES:Naturaleza Espesor (Precio) DurabilidadPropiedades mecnicas Resistencia a la traccin Resistencia ante perforacin dinmicaPropiedades Hidrulicas Permeabilidad Dimetro eficaz
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Modificacin del material existente para mejorar suspropiedades
GEOTEXTIL
A. PERMEABILIDAD
C. OBSTRUCCIN
B. RETENCIN
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Modificacin del material existente para mejorar suspropiedades
A. PERMEABILIDAD
REQUISITOS
El geotextil, su permeabilidad debe sermucho mayor a la de un suelo desubrasante
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Modificacin del material existente para mejorar suspropiedades
B. RETENCIN
REQUISITOS
En cuanto a retencin se evala a travs deltamao aparente (TAA). Tamao queidentifica el tamao de las mayoresaberturas de geotextil.
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Modificacin del material existente para mejorar suspropiedades
C.OBSTRUCCIN
REQUISITOS
Se debe estudiar la interaccin entre elsuelo y el geotextil.
Para medir la obstruccin del geotextil sedebe medir con de acuerdo a la normaASTM D5101
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FUENTE: www.gemia.com.
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Modificacin del material existente para mejorar suspropiedades
SUBDRENES LONGITUDINALES
Fuente: Juan Fernando Sabogal
Encauzar el agua que ingrese al pavimento por filtraciones a
travs de la superficie Rebajar el nivel fretico
DRENAJE SUPERFICIAL DRENAJE INTERNO
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SUBDRENES LONGITUDINALES
Fuente: Juan Fernando SabogalDRENAJE SUPERFICIAL DRENAJE INTERNO
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Modificacin del material existente para mejorar sus propiedades
3. Estabilizacin por Medios Elctricos
Electrsmosis: procedimientos de impermeabilizacin y estabilizacin inica alos suelos afectados por el ascenso capilar del agua fretica.
*Extraccin de agua acumulada.El agua capilar que se acumula en los postes degrava se extrae con una bomba, aparte de inserta untubo de acero en el tubo gua y es introducido en elsuelo. Al realizar la instalacin completa, despus seunen la instalacin de todos los pilotes con cables,con el fin de crear el campo elctrico . Al tenercorriente entre los pilotes se produce un campoelctrico por el cual el agua capilar libre es removidasubiendo entre los pilotes, denominado (Alturaelectro-osmtica)
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Modificacin del material existente para mejorar suspropiedades
4. Estabilizacin por medios qumicos
Cemento
Cal
Asfalto
Otros
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ESTABILIZACION DE SUELOS
5.1 CAL*Objetivo: material de fundacin satisfactoria. Aumento de la capacidad para resistir
efectos del transito. (esfuerzos de corte)* Utilizar: IP>15 y % No 200 >25
* Consecuencias: reduce la plasticidad (proceso de mezcla y compactado. 2 hrselimina la susceptibilidad al agua de los suelos cohesivosayuda a reducir el espesor de las bases granulares
* Materiales: Todos tipos de suelos son susceptibles a estabilizarCal: es un producto obtenido de la descomposicin de rocas calizas por
el calor*Influencia : Suelos. Variables (Cantidad- periodo de tiempo de curado clases de
suelo.Constantes fsicas del suelos: LL LP IP. Modifica la plasticidadDensidad seca: incrementa la resistencia de un sueloResistencia de los suelos: efecto aparece al cierto tiempo (iniciar el
fraguado)
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5. ESTABILIZACION DE SUELOS
Combinacin de estabilizantes
La cal corrige las caractersticas plsticas de los suelos cohesivos, pero se puede mejorar con otro estabilizante como el asfalto.
La cal se puede tratar en un suelo que sea estabilizado con cemento, al incorporarse previamente ayudando al tratamiento de suelos plsticos.
*Disminuye plasticidad
*Pulverizacin del suelo
*Reduce cantidades de material estabilizante.
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Tipo de suelo Cantidad de cemento Cantidad de agua Compactacin mezcla Curado de la mezcla compactada
Particulas de suelo < 7.5cm
IP < 18
Ll < 40
*Ensayo de durabilidad:
valores son de acuerdo al
tipo de suelo
Diseo de suelo-cemento
Proctor normal (W)
*Compactacin adecuada
para una excelente mezcla
*Tiempo
Tiempo de curado influye en la
resistencia a la compresin
*Ensayo de compresibilidad
Rango: 17.5 Kg/cm2
21 Kg/cm2
Limite es de 56 Kg/cm2
FACTORES QUE AFECTAN LA MEZCLA SUELO-CEMENTO
5. ESTABILIZACION DE SUELOS
5.2. CEMENTO*Objetivo: material de fundacin satisfactoria. Aumento de la capacidad para
resistir efectos del transito.
* Contenido de materia orgnica en un suelo < 1 a 2% en peso.
* Utilizar: IP
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Procedimiento
1. Perfilar el camino transversal y longitudinalmente
2. Escarificar el suelo.
3. Distribuir el cemento portland sobre el suelo . La distribucin se hace deacuerdo al ensayo de laboratorio. (Camiones o por medio de bolsas,separaciones adecuadas)
4. Mezcla del suelo con cemento y se aplica la cantidad de agua adecuada parauna excelente compactacin y para la adecuada hidratacin del cemento.
Mezcladora en trnsito de paso sencillo
5. Compactacin del suelo. 98% mxima prueba Prctor estndar
6. Perfilar la superficie con motoniveladora y se compacta final con un rodilloneumtico
7. Curado de la capa compactada, para que se conserve la humedad adecuadapara la hidratacin del cemento. (Emulsin asfltica 0,4 lts/m2)
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5.3 ASFALTO (Asfaltos lquidos, emulsiones asflticas, etc). INV-E 340
El terreno a estabilizar se puede llevar a cabo de tres formas:* Escarificar el terreno* Adicionar una capa de suelo* Mezcla de ambos
Cemento AsflticoAsfalto lquidoEmulsiones asflticas
Esta estabilizacin es apta para cualquier tipo de suelo aunque los resultadosms ptimos provienen de suelos arenosos y de gravas arenosas. Laspropiedades se ven mejoradas cuando en suelos no plsticos o arenosos evita lasdeformaciones y a los cohesivos les brinda un grado de impermeabilizacin
*Objetivo: Suelos no plsticos o arenosos . El ligante evite las deformacionesSuelos cohesivos. Impermeabiliza el suelo
*Mejor para arenas y gravas arenosas (Cohesin e impermeabilidad)Granulometra: Mas del 50% del material debe pasar el tamiz de 4.76mm y masdel 35 el de 0.425mm.Entre 10 y 15% debe pasar el tamiz de 0.074mm
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Diseo de la mezcla:
Suelos sin Cohesin: Contenido ptimo del asfalto Ensayos (Estabilidad,Marshall, penetrmetro de cono)
Suelo Cohesivo: Pretende es estabilidad AGUA. Ensayos ( absorcin de agua)
* Utilizar: Ll fraccin fina < 40 y IP < 18
* Propiedades del suelo con asfaltos: Propiedades mecnicas mejoran (aumentode la resistencia y disminucin de la capa de absorcin de agua)
* Objetivo: El asfalto brinde al suelo estabilidad ante el agua.
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MATERIALES
Suelos granulares: lo que se pretende en un suelo donde se tieneaporte friccional es Impermeabilizar y Adhesin
* Grava natural, trituracin piedra de cantera. Materialesexentos de materia orgnica, terrones de arcilla.
Suelos Finos: Su funcin principal es la de impermeabilizar. El sueloya posee cohesin.
* Estos tipos de suelos deben estar exentos de materiaorgnica. (Pulverizables)
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Suelos Finos: Este tipo de suelos depende de suplasticidad y de la cantidad de material que pase eltamiz N 200
Requisitos INV-E 340 Gradacin de suelos parabases estabilizadas con Emulsin asfltica
TAMIZ % PASA
#4 100
# 200 5-25
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Suelos Grano grueso: INV- E 340. Gradacin deagregados para bases estabilizadas con Emulsinasfltica
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TENER EN CUENTA estabiliza con asfalto.
1. Contenido optimo de agua:a. Material por parte del ligante,b. Humedad optima de compactacin. Ensayo
modificado de compactacin
2. Agregados ptreos: Diseo de la mezcla INV E-7383. Agregados Finos: Diseo de la mezcla INV E-812
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ENSAYO DE EXTRUCCINENSAYO DE INMERSIN -
COMPRESIN
DISEO DE LA MEZCLA
Indicar el diseo de la mezcla:1. Identificacin y proporcin del material granular
2. Granulometra de cada fraccin del material granular3. El porcentaje de agua para mezcla y compactacin
4. El porcentaje optimo del ligante y emulsin5. Resistencia del diseo
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5.4 ACIDO FOSFRICO
Los porcentajes requeridos para estabilizar un suelo son muy parecidas a laestabilizacin con cemento y cal. Sin embargo el costo es mucho mayor
Ventaja: rpida accin cementante
Cantidades: A-7-6 (14) IP=22 2%
A-7-5 (20) IP=46 4%
5.5 CLORURO DE SODIO
Apropiada par todo tipo de suelos, exceptuando aquellos que contienenmateria orgnica
Desventaja: solubilidad ----- poca durabilidad de la capa estabilizada
5.6 SODA CUSTICA
Hidrxido de calcio estabiliza tipos de suelos latertico, facilitando sucompactacin.
Desventajas: Costos, efecto caustico, carbonatacin rpida.
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5.7 POLIMEROS Y RESINAS
Su utilizacin se lleva a cabo en cantidades pequeas (1 al 2%)
Desventajas: Costo, dificultad en cuanto a la mezcla con el suelo en tanpequea cantidad, no producen en los suelos aumento de resistencia
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Arcillas Finas Arcillas Gruesas Limos finos Limos gruesos Arenas finas Arenas gruesas
APLICABILIDAD DE METODOS DE ESTABILIZACION
Ingeniera de Pavimentos cap. 4
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Ingeniera de Pavimentos cap. 4
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Ingeniera de Pavimentos cap. 4
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RESUMEN
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VERIFICAR :
1. Identificar tipo de suelo, para establecer tipo de estabilizacin
2. Mtodo de estabilizacin
3. Factores a tener en cuenta: (Clima ----- Lluvia (Sal)
(Aguas acidas ---- anula efecto estabilizante
de un aditivo alcalino)
Temperatura: Reaccin qumica. Definir pocas del ao. Velocidad.
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RESUMEN
Cal : Para suelos arcillosos
Cemento: Para arenas o gravas finas
Productos asfalticos: Material triturado sin cohesin
Cloruro de sodio y cloruro de calcio: para arcillas y limos(impermeabilizan)
Escorias de fundicin: Carpetas asflticas, aumentando laresistencia
Polmero: carpetas asflticas. Aumenta la resistencia eimpermeabilizan
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RESUMEN
CENIZAS VOLANTES: Las Cenizas volantes estn compuestas por partculas, quedebido a su pequeo tamao son arrastradas por el flujo de gases que segeneran durante la combustin del carbn
CLORURO DE SODIO: Es una sal la cual se forma en la la la neutralizacin de uncido con una base. El cloruro de sodio se produce mediante 3 mtodos, el msantiguo consiste en el empleo de calor solar para producir la evaporacin delagua salada, con lo que se obtienen los residuos de sal. Otro mtodo consiste enla extraccin directa de las minas de sal y el mtodo ms reciente consiste en laevaporacin del agua de mar mediante el empleo de hornos.
STASOIL: Es una mezcla de sales solubles en agua que producen diferentesefectos en el suelo.
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ESTUDIOS REALIZADOS
Ensayos realizados para Estabilizacin de suelos
Ensayo Marshall.
Resistencia a la compresin
Resistencia a la flexin
Resistencia a la inmersin
Mdulo de elasticidad
Traccin indirecta
Expansin
ndice de expansin
Ensayo Triaxial UU
Proctor modificado CBR
Permeabilidad
Absorcin
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ESTUDIOS REALIZADOS BOGOT D.C.
Ensayos realizados para Estabilizacin de suelos
CENIZA VOLANTE :
*Los estudios presentan que el tipo de cenizas volantes influye en los resultadosobtenidos en laboratorio .
*La combinacin de cenizas volantes con asfalto, presentan mezclas con bajopeso unitario.
CENIZA VOLANTE VS POLIMERO --------------- ARCILLA
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ESTUDIOS REALIZADOS BOGOT D.C.
Ensayos realizados para Estabilizacin de suelos
ESTERILES DE CARBN --------------- ARCILLA
1, 3, 5, 10 Y 15% Adicin
Ricaurte: humedad optima de 19%
Timiza: humedad optima de 29%
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ESTUDIOS REALIZADOS BOGOT D.C.
Ensayos realizados para Estabilizacin de suelos
CEMENTO PORTLAND --------------- ARCILLA
1, 3, 5, 10% Adicin
Ricaurte: humedad optima de 17,8%
Timiza: humedad optima de 26,2%
Disminuye la plasticidad, aumenta la resistencia a la compresin, cohesin entrepartculas y modulo elstico