UNIVERSIDADPERUANALOS ANDES: FACULTADDEINGENIERA CIVIL

DEDICATORIA:

Esta investigacin est dedicadaa todos los esfuerzos de apoyo que recibimos para lograr nuestros objetivos.

INDICE

1. Introduccion2. Resumen3. La presencia de suelos arcillosos

4. Definicin y problemtica de las arcillas 5. Propiedades de las arcillas 5.1. Estructura mineral de las arcillas 5.2. La capacidad de cambio de la arcilla 5.3. Cargas superficiales 5.4. La capa doble 5.5. Tamao de las partculas

6. Tipos de arcillas

7. Los suelos arcillosos

7.1 Mtodos de estabilizacin de suelos arcillosos.8. Propiedades de los suelos arcillosos9. Efectos de los suelos arcillosos sobre las construcciones

10. Equipos necesarios11. Conclusiones

12. Recomendaciones

13. BIBLIOGRAFIA

INTRODUCCION

Si bien los daos que originan los suelos arcillosos sobre las construcciones no son los ms aparatosos ni los ms llamativos, podramos con casi toda seguridad afirmar que son los que ms repercusiones tienen sobre las mismas en cuanto al nmero de incidencias e, incluso, en cuanto al costo de reparacin. Quin no puede mencionar un caso conocido y cercano de fisuracin por arcillas expansivas o de deformacin de unas vas por un blandn.

Desde el punto de vista ingenieril, una vez asumida esta circunstancia, es preciso estudiar cmo minimizar los riesgos y limitar la influencia de dichos materiales sobre la obra proyectada.

El desarrollo de las posibles soluciones suele pasar, bien por la actuacin directa sobre los materiales nocivos, bien por actuaciones indirectas sobre las estructuras proyectadas, adaptando su tipologa, las cargas que transmite, o incluso el proceso constructivo.

RESUMEN

El ingenio para resolver esta problemtica ha llevado no slo a buscar soluciones novedosas sino incluso a rescatar del pasado algunas ms tradicionales cuya prctica estaba casi abandonada, y ste es el caso de la mejora de los suelos arcillosos.

Sin embargo, la aplicacin de la arcillas en la construccin de infraestructuras, a pesar que haber intentado resurgir en ocasiones singulares, no lo ha conseguido hasta hace poco con xito.

A pesar de que el empleo de la arcilla en la mejora de los suelos es una solucin empleada desde hace muchos siglos y de eficacia indudable, es posible pensar que la falta de conocimiento tcnicos sobre los efectos de la misma, el carcter artesanal que parte de la industria de fabricacin de arcillas ha transmitido al sector y, quizs, el elevado costo de la solucin ante otras alternativas no tan denostadas hasta la fecha han hecho que el empleo de la mejora de suelos con arcillas no haya pasado en las ltimas dcadas de haberse ilustrado con simples pruebas o aventuras singulares que nunca han trascendido poco ms all del entorno directo de la obra en que se ha aplicado.

ESTABILIZACION DE SUELOS ARCILLOSOS

1.- La presencia de suelos arcillosos

Como se ha avanzado, la presencia de materiales naturales y su influencia en las obras de construccin es casi inevitable. Pero ms concretamente, la utilizacin de los suelos, como materiales locales fcilmente excavables y de uso sencillos, hace que su profusin y presencia en el entorno de cualquier obra sea incluso provocada.

Es fcil encontrar suelos, entre los que puede haber materiales arcillosos con casi toda seguridad, en las diversas partes de una obra, ya sea de edificacin, ya de cualquier otro tipo.

As por ejemplo pueden formar parte de los:

Materiales subyacentes a la obra: En concreto bajo las cimentaciones de edificios y como asiento de terraplenes o estructuras de tierra; Materiales de aportacin: En que es posible que se hayan empleado como:Rellenos bajo construcciones, por motivos tales como la falta de materiales mejores, motivos econmicos o medio ambientales;Rellenos en los trasdoses de muros y estructuras de contencin; e incluso como capas con funcionalidad especfica, resistentes o impermeables por ejemplo, de estructuras en los que se disponen estos suelos en sustitucin de otros, evidentemente, de peor calidad.

Materiales adyacentes a las estructuras u obras, configurando los taludes deexcavaciones o los taludes naturales del entorno.

2.- Definicin y problemtica de las arcillas

Se pueden definir como arcillosos aquellos suelos en cuya composicin granulomtrica tienen un peso especial las partculas pequeas, cifradas stas en las de tamao inferior a dosmicras. Estas partculas estn compuestas en su mayora por minerales arcillosos, silicatos de hierro, aluminio, magnesio, etc., originados por la alteracin qumica de otros minerales originales.

Esta especial singularidad en cuanto al tamao y composicin de las partculas se plasma en un comportamiento dependiente de fenmenos ms cercanos a las teoras moleculares que a las macroscpicas. Adquieren as en este tipo de suelos gran relevanciaconceptos como la superficie especfica de las partculas, la carga de las partculas y las atracciones e intercambios inicos, conceptos que se manejan ms raramente en la caracterizacin y funcionamiento de los restantes materiales empleados en las obras (materiales granulares, limos, ridos, etc.).

3.- Propiedades de las arcillas En esta lnea, es posible destacar algunos conceptos o caractersticas bsicas que diferencian y justifican el comportamiento de los materiales arcillosos, que son:

a) Su estructura mineralb) La capacidad de cambio de las mismasc) Las cargas superficiales de las partculas de arcillad) La capa doblee) El tamao de las partculas que las constituyen.

A continuacin se describen dichas nociones.

3.1.- Estructura mineral de las arcillas

Las partculas de arcillas se componen por agrupaciones moleculares sencillas asociadas en estructuras ms o menos complejas de disposicin repetitiva.

Los esquemas bsicos de agrupacin se componen de lminas muy delgadas de unidades de mallas tetradricas y octadricas. Las unidades tetradricas se componen de iones de slice rodeados por cuatro tomos de oxgeno equidistantes del mismo constituyendo losvrtices de la forma geomtrica. Las unidades octadricas las forman seis grupos hidroxilos (OH) en los vrtices rodeando a un tomo de aluminio o magnesio.

Las estructuras laminares son las ms representativas y frecuentes de los suelos arcillosos.

En estas composiciones las atracciones entre lminas simples son mucho ms fuertes que los enlaces entre las compuestas.

3.2.- La capacidad de cambio de la arcilla

Un fenmeno muy comn en las estructuras laminares tetradricas y octadricas descritas es su propensin a la sustitucin de los iones de slice o aluminio por otros de menor carga o valencia positiva. Esto provoca una deficiencia de cargas que se refleja en una carganegativa en la superficie de la lmina. La sustitucin se justifica por la aparicin de cationes ms afines a la estructura que los que inicialmente la componen.

3.3.- Cargas superficiales

Como consecuencia de los fenmenos de desequilibrio elctrico en las unidades elementales y del intercambio inico en las estructuras de los suelos arcillosos, es usual que se presenten dos circunstancias con gran importancia en cuanto a su comportamiento elctrico: En primer lugar, en las estructuras laminares compuestas suelen quedar cargas negativas libres, o deficiencias de cargas positivas, debidas a sustituciones en las estructuras de iones, que se manifiestan en sus caras paralelas. En segundo lugar, aparecen cargas positivas o negativas en los bordes que se originan por la rotura de las lminas.

3.4.- La capa doble

El comportamiento elctrico superficial de las arcillas tiene como se ha visto varias consecuencias. As, el desequilibrio de cargas superficiales descrito se neutraliza mediante la atraccin de cationes externos que se sitan en la superficie de los minerales arcillosos o entre las lminas que los componen. Esto a su vez genera una concentracin salina en las mismas. Sin embargo, la atraccin de cationes a la superficie de las arcillas es un fenmeno opuesto a la tendencia de los mismos a distribuirse de manera uniforme en el medio, evitando concentraciones diferenciales.

Si la arcilla se encuentra en un medio acuoso, ante la presenciade agua libre en el contorno, sta tiende por smosis a aproximarse a la superficie de las partculas, cargada de cationes, para diluir su mayor contenido salino.

3.5.- Tamao de las partculas

Como ya se ha citado los suelos arcillosos estn compuestos por partculas muy pequeas, menores de 2 micras. Una caracterstica aadida a este tamao y que se deduce de la estructura laminar descrita es que, adems, tienen una gran superficie especfica enrelacin con los restantes materiales. As es usual hablar de superficies especficas de hastavarias centenas de metros cuadrados por cada gramo de material.

4.- Tipos de arcillasEn funcin de estas caractersticas descritas es posible prever la gran variabilidad de las arcillas y de sus caractersticas. Si bien en el mbito ingenieril suelen tratarse hasta ms de una decena de tipos de arcillas, la realidad es que tres de estos tipos concentran usualmente lacaracterizacin ms frecuente de las mismas: La caolinita, la illita y el grupo de las montmorillonitas (esmectitas).

NCaolinita Montmorillonita

Enlace entre lminasHidrgeno (fuerte)Cationes (dbil)

Carga superficialbajaAlta (10:1)

Superficie especfica10 - 15 cm2 / g800 - 1.200 cm2 / g

Capacidad de cambio decationes2 - 15 meq / 100 g75 - 150 meq / 100 g

Plasticidadbajaalta

5.- Los suelos arcillosos

Evidentemente cuando en una construccin se emplea o afecta a un suelo ste suele estar compuesto por una serie de materiales ms o menos dispares que hacen que casi nunca se presente, por ejemplo, una arcilla en estado puro. Es usual encontrar suelos compuestoso agrupaciones, por ejemplo, limoso-arcillosas, arcillo-arenosas, etc.

5.1. Mtodos de estabilizacin de suelos arcillosos.

Las estabilizaciones son procedimientos fsicos y/o qumicos que nos permiten modificar las caractersticas de un suelo con la finalidad de mejorar su comportamiento en cuanto a resistencia y deformacin. Para disminuir los cambios volumtricos en un suelo, se puede incorporar un aditivo a ste, uno de los mtodos ms comunes.

Este aditivo es particularmente efectivo con suelos arcillosos, con los que reacciona tanto qumica como fsicamente .A continuacin se mencionan los procedimientos de estabilizacin ms comunes:

Estabilizacin por medios mecnicos, de los que la compactacin es el ms conocido. Estabilizacin por drenaje. Estabilizacin por medios elctricos, donde la electrosmosis y la utilizacin de pilotes electrometlicos son probablemente los ms conocidos. Estabilizacin por empleo de calor y calcinacin. Estabilizacin por medios qumicos, generalmente lograda por agentes estabilizantes especficos, como el cemento, la cal, asfalto.

La gran variabilidad de los suelos y sus composiciones hacen que cada mtodo resulte slo aplicable a un nmero limitado de tipos de ellos; en muchas ocasiones esa variabilidad se manifiesta a lo largo de algunos metros, en tanto que en otras a lo largo de algunos kilmetros Las propiedades de los suelos que ms frecuentemente se estudian en problemas de estabilizacin son: Estabilidad volumtrica, resistencia, permeabilidad, compresibilidad y durabilidad.

Una primera aproximacin a la caracterizacin de los suelos y, en especial, a la identificacin de los suelos arcillosos es la clasificacin conocida como de Casagrande. En ella, partiendo de los resultados de la determinacin de los lmites de Atterberg se clasifican los suelos segn se recoge en el baco siguiente:

6. Propiedades de los suelos arcillosos

Las principales peculiaridades de los suelos arcillosos en su comportamiento como material estructural derivadas de su estructura y composicin se pueden resumir en los siguientes puntos:

a) Comportamiento diferente segn el nivel de humedadb) Afinidad por el agua, manifiesta en mayor o menor grado segn su mineraloga.c) Inestabilidad volumtrica.d) Baja resistencia y capacidad portante.e) Baja permeabilidad.f) Compresibilidad dependiente del tiempo de aplicacin de la carga.

7.- Efectos de los suelos arcillosos sobre las construcciones

Como consecuencia de estas caractersticas y vistas las funciones que los suelos arcillosos adquieren en las obras de construccin, es posible identificar una serie de efectos sobre las mismas que se producen de manera directa. Fundamentalmente se pueden clasificarsegn sigue:

a) Perturbacin de los procesos constructivos que se manifiesta en: Falta de trabajabilidad, Dificultades para el drenaje, y Sensibilidad a las condiciones meteorolgicas desfavorables;

b) Introduccin de incertidumbres en la estimacin de resistencias, dado que normalmente un incremento en las condiciones de humedad suele repercutir en el reblandecimiento de los suelos y la disminucin de su resistencia;

c) Incremento de los movimientos diferidos o de consolidacin debido a la dificultad para eliminar el exceso de agua bajo situaciones de modificacin de cargas por su baja permeabilidad;

d) Movimientos asociados a cambios volumtricos por diferencias de humedad, que pueden originarse por causas:* Naturales, como cambios en el nivel fretico o en las condiciones atmosfricas del entorno, o Artificiales, por el reajuste de las humedades empleadas en el proceso constructivo a las condiciones ambientales finales;

e) Deformaciones plsticas del asiento de las construcciones; y

f) Erosin y degradacin de su superficie a la intemperie, manifestados por los cuarteos y agrietamientos caractersticos de ciclos de sequedad y humedad, que afecta negativamente a su durabilidad y a su estabilidad.

8. EQUIPOS NECESARIOS

Pala con riper o machacadora para disgregar elementos gruesos.

Equipos de mezcla para mezclar el suelo escarificado en una capa homognea asi como para mezclar el estabilizador con el suelo IN SITU.

Distribuidor de mezcla en caso de necesitar corregir la granulometra con aporte de aridos.

Maquina dosificadora de estabilizador.

Camion cisterna o cisterna acoplada a tractor con boquillas de riego para humedecer el material y activar el estabilizador asi como para obtener una compactacin adecuada.

Equipo de compactacin tales como rodillos vibratorios o roodillos neumticos.9. CONCLUSIONES

El suelo natural es un CH (suelo arcilloso de alta compresibilidad) y el suelo-polmero al 5% ubican a la mezcla en ML (limo de baja compresibilidad), de acuerdo a la clasificacin del SUCS (Sistema Unificado de Clasificacin de Suelos), lo que significa que esta mezcla reduce su potencial de expansin de alto a bajo. .

Uno de los resultados ms significativos dentro de este trabajo , es el que se refiere a la expansin. Las pruebas muestran que la mezcla suelo tiene una reduccin en la expansin de alrededor del 40% respecto a la expansin del suelo natural.

De las pruebas de consolidacin, se obtuvo que el coeficiente de permeabilidad se reduce con los tipos de arcilla; impide la entrada de agua, disminuyendo los cambios volumtricos del suelo expansivo.

Los equipos compactos de estabilizacin permiten obtener capas tratadas en espesores de hasta 50 centmetros con unas caractersticas de homogeneidad muy satisfactorias.

Adems el control de dosificacin de cal y agua, que es posible visualizar mediante los sistemas de control adosados al equipo en ocasiones, permite una mayor fiabilidad en el tratamiento aplicado.

10. RECOMENDACIONES

Se requiere compactar bien el suelo estabilizado con arcilla para escarificar y favorecer la mezcla suelo-arcilla .

Se requiere una distribucin mediante un dosificador volumtrico que se controla por la velocidad de avance de la unidad de extendido.

Se requiere siempre usar pruebas de INSITU.

Se recomienda realizar una mezcla intima entre el suelo y la arcilla ,es recomendable el uso de pulvimezcladores de alta energa mecnica de mezcla.

Siempre la mezcla se debe compactar por medio de compactadoras neumticas en tongadas sucesivas ,se necesitara un control riguroso de la humedad optima de compactacin de la capa de suelo arcilla.

Se debera refinar las capas superiores, para flexibilizar el uso de la arcilla pudiendo ,realizarlo despus de la mezcla y compactacin.

11.BIBLIOGRAFIA

Zeevaert L "La Investigacin del Suelo por su Estructura yComporta miento Reolgico"; Segunda Conferencia Magistral en el Instituto Politcnico Nacional; Mxico, 1997 .

Katime I Qumica Fsica Macromolecular. Servicio editorial de la Universidad del Pas Vasco, Bilbao 1994; Martnez de las Maras P Qumica y Fsica de los Altos Polmeros y Materias Plsticas. Editorial Alhambra; 1 edicin, 1972 .

Sociedad Mexicana de Mecnica de Suelos "Geosintticos, Geotextiles, y Geomembranas". Memorias del Simposio, Mxico, Julio 1990.

Lpez Lara T "Reflexin y Anlisis sobre el Tratamiento de Suelos con Diferentes Materiales". Curso Tcnicas Modernas de Caracterizacin en la Ciencia y Tecnologa de Suelos Arcillosos; U.A.Q.; Quertaro, Mxico, 1998.

Rico Rodrguez A, Del Castillo H Ingeniera de Suelos Aplicada a las Vas Terrestres. Volumen 2, Editorial Limusa, Mxico, 1998 .

Berry Peter L, Reid D Mecnica de Suelos, Editorial McGraw-Hill; Santa F de Bogot, Colombia, 1993.

Zepeda Garrido JA, Castaeda AH Distribucin de suelos expansivos en la Repblica Mexicana, Curso Internacional de Mecnica de Suelos Arcillosos. UAQ, Quertaro, Qro; Mxico, 1992.

CAMINOS II ING. EDWARD CASTRO BALVIN