UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES

UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDESFACULTAD DE INGENIERIA CIVILCAMINOS II

INTRODUCCION

En el presente trabajo veremos a grandes rasgos algunos conceptos que integran la materia de Caminos II, los cuales nos servirn para poder tener en claro algunas ideas y asi tener una comprensin mas clara de dicha materia , asi mismo es una presentacin sencilla y clara de los conceptos fundamentales para el estudio de un suelo que presenta resistencia suficiente para no sufrir deformaciones ni desgastes inadmisibles por la accin del uso o de los agentes atmosfricos y conserva adems esta condicin bajo los efectos climatolgicos normales en la localidad, se dice que el suelo es estable.El suelo natural posee a veces la composicin granulomtrica y la plasticidad as como el grado de humedad necesario para que, una vez apisonado, presente las caractersticas mecnicas que lo hacen utilizable como firme de un camino.Los mtodos empleados en la antigedad para utilizar los suelos en la construccin eran empricos y, como las demsactividadesartesanas, se transmitan degeneracinengeneracin. Los conocimientos en la actualidad sobre este campo se basan principalmente en estudios sistemticos con fundamento cientfico corroborado mediante la experimentacin.En general puede decirse que todos los suelos pueden ser estabilizados, pero si la estabilizacin ha de lograrse por aportaciones de otros suelos o por medios de otros elementos (por ejemplo cemento, cal, cloruro de sodio) el costo de la operacin puede resultar demasiado alto si el suelo que se trata de corregir no posee determinadas condiciones.Entre las aplicaciones de un suelo modificado o estabilizado se encuentran la mejora de los suelos granulares susceptibles a las heladas y eltratamientode los suelos limosos y/o arcillosos para reducir los cambios de volumen.

LA ESTABILIZACIN DE SUELOSLa estabilizacin de suelos se define como el mejoramiento de las propiedades fsicas de un suelo a travs de procedimientos mecnicos e incorporacin de productos qumicos, naturales o sintticos. Tales estabilizaciones, por lo general se realizan en los suelos de subrasante inadecuado o pobre, en este caso son conocidas como estabilizacin suelo cemento, suelo cal, suelo asfalto y otros productos diversos. En cambio cuando se estabiliza una subbase granular o base granular, para obtener un material de mejor calidad se denomina como subase o base granular tratada (con cemento o con cal o con asfalto, etc).La estabilizacin de suelos consiste en dotar a los mismos, de resistencia mecnica y permanencia de tales propiedades en el tiempo. Las tcnicas son variadas y van desde la adicin de otro suelo, a la incorporacin de uno o ms agentes estabilizantes. Cualquiera sea el mecanismo de estabilizacin, es seguido de un proceso de compactacin.

ESTABILIDAD VOLUMETRICA

Aplicar cargas que equilibren la expansin del suelo , se consideran como un metodo que puede prevenir la expansin.

Utilizar membranas impermeables y apoyar la estructura a profundidades tales , que ni se registren variacin estacional en la humedad.

Modificar la arcilla expansiva a travs de medios qumicos o trmicos como : aceites sulfonados, acidos fosfricos , cloruros de sodio , etc. ; con el fin de conseguir una masa rigida o granular cuyas partculas estn suficientemente ligadas para resisitir la presion interna de la arcilla.

RESISTENCIA

Casi todos los mtodos de estabilizacin producen grandes aumentos en la resistencia de los suelos.Se exceptan, quizs, los suelos con materia organica, por cuanto la mayor parte de los problemas de resisitencia ocurren precisamente en estos suelos.

COMPRESIBILIDAD

Prcticamente todos los mtodos de estabilizacin disminuyen la comprensibilidad de los suelos.

DURABILIDAD

Para obtener una buena durabilidad , la capa estabilizada debe presentar una adecuada resistencia a los agentes atmosfricos y al trnsito que deba soportar durante el periodo de diseo.

POSIBILIDADES DE ESTABILIZACION DE ALGUNOS SUELOS PARA USO EN PAVIMENTOS

CRITERIOS GEOTCNICOS PARA ESTABLECER LA ESTABILIZACIN DE SUELOS

a) Se considerarn como materiales aptos para las capas de la subrasante suelos con CBR 6%. En caso de ser menor (subrasante pobre o subrasante inadecuada), o se presenten zonas hmedas locales o reas blandas, ser materia de un Estudio Especial para la estabilizacin, mejoramiento o reemplazo, donde el Ingeniero Responsable analizar diversas alternativas de estabilizacin o de solucin, como:Estabilizacin mecnica, Reemplazo del suelo de cimentacin, Estabilizacin con productos o aditivos que mejoran las propiedades del suelo, Estabilizacin con geosintticos (geotextiles, geomallas u otros), Pedraplenes, Capas de arena, Elevar la rasante o cambiar el trazo vial s las alternativas analizadas resultan ser demasiado costosas y complejas.

b) Cuando la capa de subrasante sea arcillosa o limosa y, al humedecerse, partculas de estos materiales puedan penetrar en las capas granulares del pavimento contaminndolas, deber proyectarse una capa de material anticontaminante de 10 cm. de espesor como mnimo o un geotextil, segn lo justifique el Ingeniero Responsable.

c) La superficie de la subrasante debe quedar encima del nivel de la napa fretica como mnimo a 0.60 m cuando se trate de una subrasante extraordinaria y muy buena; a 0.80 m cuando se trate de una subrasante buena y regular; a 1.00 m cuando se trate de una subrasante pobre y, a 1.20 m cuando se trate de una subrasante inadecuada.En caso necesario, se colocarn subdrenes o capas anticontaminantes y/o drenantes o se elevar la rasante hasta el nivel necesario.

d) En zonas sobre los 4,000 msnm, se evaluar la accin de las heladas en los suelos.En general, la accin de congelamiento est asociada con la profundidad de la napa fretica y la susceptibilidad del suelo al congelamiento. S la profundidad de la napa fretica es mayor a la indicada anteriormente (1.20 m), la accin de congelamiento no llegar a la capa superior de la subrasante. En el caso de presentarse en la capa superior de la subrasante (ltimos 0.60 m) suelos susceptibles al congelamiento, se reemplazar este suelo en el espesor comprometido o se levantar la rasante con un relleno granular adecuado, hasta el nivel necesario. Son suelos susceptibles al congelamiento, los suelos limosos. Igualmente los suelos que contienen ms del 3% de su peso de un material de tamao inferior a 0.02 mm, con excepcin de las arenas finas uniformes que aunque contienen hasta el 10% de materiales de tamao inferior a los 0.02mm, no son susceptibles al congelamiento. En general, son suelos no susceptibles los que contienen menos del 3% de su peso de un material de tamao inferior a 0.02 mm.La curva granulomtrica de la fraccin de tamao menor que el tamiz de 0.074 mm (N 200) se determinar por sedimentacin, utilizando el hidrmetro para obtener los datos necesarios (segn Norma MTC E109).

e) Para establecer un tipo de estabilizacin de suelos es necesario determinar el tipo de suelo existente. Los suelos que predominantemente se encuentran en este mbito son: los limos, las arcillas, o las arenas limosas o arcillosas.

f) Los factores que se considerarn al seleccionar el mtodo ms conveniente de estabilizacin son:a. Tipo de suelo a estabilizarb. Uso propuesto del suelo estabilizadoc. Tipo de aditivo estabilizador de suelosd. Experiencia en el tipo de estabilizacin que se aplicare. Disponibilidad del tipo de aditivo estabilizadorf. Disponibilidad del equipo adecuadog. Costos comparativos

ESTABILIZACION DE SUELOS MEDIANTE EL METODO FISICO:

Este se utiliza para mejorar el suelo produciendo cambios fsicos en el mismo. Hay mtodos como lo son:

Mezclas de Suelos: este tipo de estabilizacin es de amplio uso pero por si sola no logra producir los efectos deseados, necesitndose siempre de por lo menos la compactacin como complemento.Por ejemplo, los suelos de grano grueso como las grava-arenas tienen una alta friccin interna lo que lo hacen soportar grandes esfuerzos, pero esta cualidad no hace que sea estable como para ser firme de una carretera ya que al no tener cohesin sus partculas se mueven libremente y con el paso de los vehculos se pueden separar e incluso salirse del camino.Las arcillas, por lo contrario, tienen una gran cohesin y muy poca friccin lo que provoca que pierdan estabilidad cuando hay mucha humedad. La mezcla adecuada de estos dos tipos de suelo puede dar como resultado un material estable en el que se puede aprovechar la gran friccin interna de uno y la cohesin del otro para que las partculas se mantengan unidas.

Geo textiles: son telas permeables no biodegradables que pueden emplearse como filtros y para controlar la erosin de suelos y el transporte de lodos.

ESTABILIZACION DEL SUELO MEDIANTE EL METODO QUIMICO:

Se refiere principalmente a la utilizacin de ciertas sustancias qumicas patentizadas y cuyo uso involucra la sustitucin de iones metlicos y cambios en la constitucin de los suelos involucrados en el proceso. Cal: disminuye la plasticidad de los suelos arcillosos y es muy econmica. Cemento Portland: aumenta la resistencia de los suelos y se usa principalmente para arenas o gravas finas. ProductosAsflticos: es una emulsin muy usada para material triturado sin cohesin. Cloruro de Sodio: impermeabilizan y disminuyen los polvos en el suelo, principalmente para arcillas y limos. Cloruro de Calcio: impermeabilizan y disminuyen los polvos en el suelo, principalmente para arcillas y limos. Escorias de Fundicin:este se utiliza comnmente en carpetas asflticas para darle mayor resistencia, impermeabilizarla y prolongar su vida til. Polmeros:este se utiliza comnmente en carpetas asflticas para darle mayor resistencia, impermeabilizarla y prolongar su vida til. Hule de Neumticos:este se utiliza comnmente en carpetas asflticas para darle mayor resistencia, impermeabilizarla y prolongar su vida til.

ESTABILIZACIN DE SUELOS CON XIDO DE CALCIO O CAL

Tratamiento de suelo: es un trmino general que se aplica cuando se quiere modificar un suelo para un propsito en especfico. Qu propsito? Secar. Modificar. Estabilizar.

1. Secado El tratamiento con xido de calcio permite el secado de suelos con alto contenido de humedad, mejorando su desempeo durante el proyecto constructivo. El xido de calcio se hidrata tomando humedad del suelo, generando grandes cantidades de calor que provocan la evaporacin de ms agua del suelo. La cantidad total de agua eliminada del suelo por efecto del xido de calcio es igual al doble del agua que se requiere para hidratarlo.

2. Modificacin

La modificacin ocurre cuando el xido de calcio reacciona con los materiales arcillosos presentes en el suelo realizndose un intercambio inico entre las partculas de xido de calcio y de suelo. Gracias a este intercambio inico, el suelo arcilloso modifica su carga superficial lo que resulta en: Reduccin de la plasticidad del suelo Mejoramiento de la trabajabilidad Mejoramiento de las caractersticas para la compactacin

3. Estabilizacin

Proceso que ocurre progresivamente durante varios meses e incluye la reaccin de xido de calcio con el slice y la almina presentes en el suelo. El pH de la mezcla suelo+ xido de calcio se incrementa siendo favorable para la formacin de silicatos y aluminatos de calcio. Inicialmente estos compuestos toman la forma de un gel que recubre las partculas del suelo y que posteriormente se cristalizan para formar hidratos clcicos de slice y almina. Reduce la plasticidad, la expansin y le da resistencia entre las partculas de arcilla.

Cundo aplicar un tratamiento con xido de calcio ?

El tratamiento con xido de calcio mejora la textura y la resistencia a la compresin del suelo hacindolo fcil de manejar durante la compactacin. El beneficio obtenido por el tratamiento es mayor cuanto mayor es el contenido de arcilla del suelo. Los tratamiento de estabilizacin pueden ser aplicados sobre una amplia variedad de suelos. La efectividad del tratamiento depender del nivel de arcilla presente (mnimo 7%) y de su capacidad para reaccionar. El diseo del tratamiento ms adecuado se desprende de un anlisis del suelo, para conocer la cantidad de xido de calcio adicionada para lograr un ph de 12.454.

Los suelos con menos del 7% de arcilla pueden ser tratados adicionando materiales cementantes como el fly ash (ceniza volante) La dosificacin conveniente es generalmente de una a tres partes de fly ash contra una parte de cal 1-3:1 El fly ash es un subproducto de la combustin del carbn que contiene grandes cantidades de slice y almina que pueden reaccinar con la cal.

ESTABILIZACIN DE SUELOS CON CEMENTO

El cemento mezclado con el suelo mejora las propiedades de ste desde el punto de vista mecnico.Siendo los suelos por lo general un conjunto de partculas inertes granulares con otras activas de diversos grados de plasticidad, la accin que en ellos produce el cemento es doble. Por una parte acta como conglomerante de las gravas, arenas y limos desempeando el mismo papel que en el hormign. Por otra parte, el hidrato de calcio, que se forma al contacto del cemento con el agua, libera iones de calcio que por su gran afinidad con el agua roban algunas de las molculas de sta interpuestas entre cada dos laminillas de arcilla. El resultado de este proceso es la disminucin de la porosidad y de la plasticidad as como un aumento en la resistencia y en la durabilidad.Se pueden utilizar todos los tipos de cementos, pero en general se emplean los de fraguado y endurecimiento normales. En algunos casos, para contrarrestar los efectos de la materia orgnica son recomendables los cementos de alta resistencia y si las temperaturas son bajas se puede recurrir a cementos de fraguado rpido o al cloruro de calcio como aditivo.Este tipo de estabilizacin es de uso cada vez ms frecuente y consiste comnmente en agregar cemento Portland en proporcin de un 7% a un 16% por volumen de mezcla.Al mejorar un material con cemento Prtland se piensa principalmente en aumentar su resistencia, pero adems de esto, tambin se disminuye la plasticidad, es muy importante para que se logren estos efectos, que el material por mejorar tenga un porcentaje mximo de materia orgnica del 34%.Casi todos los tipos de suelo que encontramos pueden estabilizarse con cemento con excepcin de los que contienen altos porcentajes de materia orgnica. Por otra parte, los suelos de arcilla o limo requerirn un mayor porcentaje de cemento para lograr los resultados esperados.Por lo general, la capa que se estabiliza tiene un espesor de 10 a 15cms. y podr coronarse con una capa de rodadura de poco espesor (ya sea para trnsito ligero o medio); tambin podr servir de apoyo a un pavimento rgido o flexible de alta calidad.Para la utilizacin del cemento, lo que tiene verdadera importancia es que el suelo no contenga materias que perjudiquen el fraguado o la resistencia. Interesa tambin para la economa de la obra limitar el porcentaje de cemento necesario y prever el comportamiento de las arcillas.En este orden hay que tomar en cuenta las aptitudes intrnsecas del suelo para la estabilizacin como son la Granulometra, lo que implica que los suelos a mejorarse no deben contener piedras de tamao superior a 60mm (es decir, que el porcentaje que pasa por el tamiz #200 sea menor del 50%); y la Plasticidad, lo que determinar la calidad de las arcillas, estableciendo un Lmite Lquido menor de 50% (