Mejoramiento de Suelos

FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA-ESCUELA PROFESIONAL DEINGENIERÍA CIVIL

CONTENIDOCAPÍTULO I: GENERALIDADES

Título de la investigación.

CAPÍTULO II: PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMAAntecedentes.Fundamentación del problema. Formulación del problema.Problema General.Problema específico.Objetivos:Objetivos generales.Objetivos específicos.Limitaciones.

CAPÍTULO III: MARCO TEÓRICOMetodología.Tipo de investigación.

CAPÍTULO IV: HIPÓTESISHipótesis:

CAPÍTULO V: CRONOGRAMA

CAPÍTULO VI: TEMATICA

PAVIMENTOFLEXIBLEFACTORESQUEAFECTADEFORMADIRECTA ALOSPAVIMENTOS CARGAS VEHICULARES EFECTODELAGUAENLASFALLAS DELPAVIMENTOFALLASENLOSPAVIMENTOS ESTABILIZACIÓNDESUELOSTÉCNICAS DEESTABILIZACIÓNDESUELOS FACTORESQUEAFECTAN ALA ESTABILIZACIÓNDESUELOS TIPOSDEESTABILIZACIÓN MATERIALES EMPLEADOSPARALA ESTABILIZACIÓNTIPOSDEESTABILIZACIÓN ESTABILIZACIÓN CON CAL ESTABILIZACIÓN CON CEMENTO ESTABILIZACIÓN CON ASFALTOS ESTABILIZACIÓN BIOINGENIERÍA RELACIÓNCON LA FALLA EN PAVIMENTOS MEJORAMIENTODESUELOS MEDIANTE TÉCNICAS Y ENSAYOS MECÁNICOS

CAPÍTULO VII: MATRIZ DE CONSISTENCIACONCLUSION

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BIBLIOGRAFÍAPLAN DEL PROYECTO

I. GENERALIDADES1.1 TÍTULO DE LA TESIS:

“PAVIMENTACION Y MEJORAMIENTO DE LAS PROPIEDADES DEL SUELO, PARA LAS

CARRETERAS AFIRMADAS EN LA REGION PASCO”.

II. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA2.1 ANTECEDENTES

En el ámbito nacional el uso de estabilizantes de suelos para mejorar las propiedades físico

– mecánicas del suelo en carreteras es limitado, teniéndose las condiciones que ofrece la

movilización de bienes y personas sobre las vías, constituyen uno de los principales

aspectos relacionados con la productividad de una ciudad, de una región y del país,

teniendo como consecuencia las ventajas comparativas que se pueden adquirir frente a

otras. Así mismo, el estado de las vías es un parámetro importante relacionado con la

calidad de vida de los ciudadanos.

Las carreteras, solo son tenidas en cuenta cuando en un evento se colapsa una troncal o

vía principal.

Las vías provinciales interconectadas son alternativas de origen – destino, dando un mayor

cubrimiento económico y social. Nuestras vías son un patrimonio muy grande que hay que

mantener y rehabilitar mediante procedimientos acorde con sus solicitudes de servicio

utilizando tecnologías económicas pero que igualmente sean soluciones válidas, acertadas

y experimentadas.

III. FUNDAMENTACION DEL PROBLEMA DIAGNÓSTICO

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El uso del afirmado como material de construcción en la mejora de las propiedades físico –

mecánicas del suelo en una carretera se remonta a los años 1930 en los Estados Unidos de

Norte América, por efecto de la crisis mundial, los planes viales de pavimentos de tipo

superior (hormigón, concreto asfáltico, etc.) estudiándose a fondo el problema de la

conservación de los carreteras afirmados que constituían la mayor longitud de su red. Se

observaron entonces cuidadosamente diferentes tramos de estos carreteras afirmados y

como resultado de esas observaciones, se llegó a la conclusión que algunas secciones,

conservaban su estabilidad bajo la acción del tránsito sin desgranarse en épocas de sequía,

ni ablandarse ni ahuellarse por la acción combinada del tránsito y la humedad.

La habilidad de los técnicos viales americanos consistió en descubrir cuáles eran las

características de esos afirmados que, constituyen lo que hoy llamamos bases,

revestimientos o suelos estabilizados mecánicamente.

En el Perú el uso de aditivos estabilizantes de suelo para mejorar las propiedades físico –

mecánicas del suelo en carreteras es limitado frente al uso del afirmado a pesar de que la

Red Vial en nuestro país tiene una longitud de 78,200 Km. de los cuales 68,720 Km. (87%)

son carreteras no pavimentadas, los que habitualmente se mantienen bajo un régimen

anual de perfilados, bacheos y compactado considerando que actualmente en el mercado

existen una gama de productos estabilizadores de suelos de distinta naturaleza tales como

cemento, cal, enzimas, ligninas, sales, polímetros etc. que en otros países han dado

buenos resultados. Correctamente aplicados, estos productos ofrecen una mejor

superficie de rodadura, disminución de los costos de operación, menores gastos de

mantenimiento y mejora de las propiedades mecánicas de los suelos estabilizados.

En la red vecinal de carreteras del departamento de Pasco se hace uso intensivo del

afirmado para mejorar las propiedades físico – mecánicas del suelo, el uso de cal

estabilizante del suelo.

PROPUESTA

La tecnología del uso de estabilizantes de suelo como alternativa de solución para mejorar

las propiedades físico – mecánicas del suelo de las carreteras afirmadas, en la Región Pasco

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en especial, siendo necesario probarlas en nuestra realidad como una alternativa de

solución.

LA PROPUESTA EN EL PROYECTO CONSISTE EN EVALUAR EL MEJORAMIENTO DE LAS

PROPIEDADES FISICOS - MECÁNICAS DEL SUELO, UTILIZANDO ESTABILIZANTES DE SUELO

COMO CAL.

FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

PROBLEMA GENERAL

¿LA PROPUESTA DE ESTABILIZANTES DEL SUELO CON (Cal, cemento, bioingeniería)

MEJORARÁ LAS PROPIEDADES FÍSICO – MECÁNICAS DEL SUELO, EN LA REGION

PASCO?

PROBLEMAS ESPECIFICOS

¿LA PROPUESTA DE ESTABILIZANTES DE SUELO

(CAL), aumentará la densidad seca máxima del suelo en carreteras afirmadas?

1.¿LA PROPUESTA DE ESTABILIZANTES DE SUELO (CAL), aumentará la capacidad de

soporte (CBR) del suelo en carreteras afirmadas?

IV. OBJETIVOS: OBJETIVOS GENERALES

1. Impulsar y apoyar la conservación de las carreteras para así evitarlas

deformaciones que se puedan presentar, y causar daños a vehículos y

evitar gastar tanto en la reparación de las mismas.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

1. Estudiar y evaluar la disminución del índice de plasticidad del suelo estabilizado en

carreteras afirmadas.

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2. Estudiar y evaluar el aumento de la densidad seca máxima del suelo estabilizado en

carreteras afirmadas.

3. Estudiar y evaluar el aumento de la capacidad de soporte (CBR) del suelo estabilizado

en carreteras afirmadas.

V. MARCO TEÓRICO METODOLOGÍA

Para el desarrollo de la investigación, se considera la siguiente metodología, cuyo

desarrollo es el siguiente:

a. Planteamiento del problema.

b. Marco teórico.

c. Recopilación y evaluación de información existente.

d. Redacción y revisión de los capítulos del temario del proyecto.

TIPO DE INVESTIGACION

El tipo de investigación al que pertenece es:

DESCRIPTIVO:

Se recopilo información teórica para tener antecedentes sobre el tema, y se

empezó una investigación apropiada. Además de que esta información que se recopilo

sirvió para llevar a cabo la investigación y abordar ampliamente cada etapa de esta

investigación. Se investigó a fondo los problemas principales sobre las fallas

superficiales de los pavimentos y también sobre las diferentes maneras de estabilizar

un suelo.

LIMITACIONES:

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1. El trabajo de investigación alcanzará estudios a nivel de pregrado aplicando los

conocimientos adquiridos en las aulas universitarias.

VI. HIPÓTESIS:Se investigó que algunas fallas presentadas en la superficie del pavimento se

deben a que no hay una buena estabilización en las capas de base y sub-base, y se

tratara de buscar una solución práctica y económica.

VII. CRONOGRAMA:FECHA DE INICIO Y FECHA ENTREGA DEL PROYECTO

INICIO : 03 julio del 2013.

INVESTIGACION: teniendo exactamente 2

semanas.

ENTREGA : 22 Julio del 2013.

VIII. TEMATICA PAVIMENTO FLEXIBLE

Un pavimento se define como la capa o conjunto de capas de materiales

que son adecuados para ser incluida(s) entre el nivel superior de la terracerías y la

superficie de rodamiento(Fig.1) ,cuyas principales funciones son las de

proporcionar una superficie de rodamiento uniforme, de color y textura

apropiados, resistentes a la acción del tránsito, a la del intemperismo y otros

agentes perjudiciales, así como transmitir adecuadamente a las terracerías los

esfuerzos producidos por las cargas impuestas por el tránsito.

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Fig.1Estructuradelpavimento

En otros términos, también se puede describir como la superestructura de

una obra vial que hace posible el tránsito de los vehículos con la comodidad,

seguridad y economía previstos en el proyecto. Hay dos tipos de pavimentos los

cuales son los pavimentos rígidos y pavimentos flexibles, pero en este trabajo nos

orientaremos en el pavimento flexible

Los pavimentos rígidos son los que están formados por una losa de

concreto hidráulicos, con recubrimiento bituminoso o sin él, apoyada sobre la

Subrasante o sobre una capa de material seleccionado ya sea grava o arena. Los

concretos utilizados son de una resistencia relativamente alta, generalmente

comprendida entre 210kg/cm2 y 350 kg/cm2 a los 28 días. En general, se usa un

concreto simple y, en ocasiones el reforzado. Actualmente existe una tendencia al

empleo de concreto pre forzado. Las losas de Concreto simple son de dimensiones

pequeñas del orden de 4 m a 8 m; estas dimensiones aumentan al usar algún

refuerzo y llegan a los 100 m en concretos preforzados. Los espesores que se

utilizan para las losas son del mismo orden usando o no refuerzo.

Los pavimentos flexibles son los que están integrados por una carpeta

bituminosa apoyada generalmente sobre dos capas no rígidas, la base y la sub-

base; la calidad de estas capas es decadente hacia abajo.

Cuando el nivel de transito empieza a tener importancia se hace imperativo

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recubrir la superficie de las terracerías con una capa que cumpla los siguientes

requisitos:

Ser estable ante los agentes de intemperismo. Ser resistente a la acción de las cargas impuestas por el tránsito. Tener textura apropiada al rodamiento Ser durable Tener condiciones adecuadas en lo referente a permeabilidad Ser económica

Los requisitos anteriores definen una capa de material granular de muy

buena calidad, que no es posible obtener de forma natural y cuyas partículas

deben estar inclusive ligadas de algún modo artificial. Los suelos naturales

cohesivos, nunca podrían soportar la acción directa y prolongada del tránsito; los

materiales granulares, tal como se encuentran, a pesar de su mayor resistencia

potencial ofrecerían una superficie inestable por falta de coherencia.

La capa de la que se habla resultar a entonces de mayor costo que el

material de la terracerías y esto hace que los factores económicos adquiera en ella

un papel relevante. En principio, el problema económico se resolvería con una capa

de rodamiento muy cara, pero muy delgada; esta capa podría cubrir también los

requisitos de estabilidad, duración, textura y permeabilidad, pero por su pequeño

espesor se transmitirían a la terracería niveles de esfuerzos muy altos que

perjudicarían pronto a la propia superficie de rodamiento por falta del requerido

apoyo. Hay entonces intereses opuestos que se precisó conciliar y dicha

conciliación ha tratado de lograr siguiendo dos líneas de conducta diferente:

1. La capa de rodamiento se construye con suficiente espesor y de una calidad

tal que se logra que los esfuerzos transmitidos ala terracería sea

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compatibles con la calidad de ésta. Esta línea de acción lleva a los

pavimentos rígidos, con losa de concreto hidráulico .Cualquier pequeña

cadencia permanente de los suelos bajo la losa es absorbida para la

resistencia de la misma a la tensión.

2. La superficie de rodamiento se logra mediante una carpeta bituminosa

relativamente delgada, de alto costo y alta calidad, pero entre ella y las

terracerías se interpone un sistema de varias capas de materiales

seleccionados cuya calidad, por lo común, va disminuyendo con la

profundidad, precisamente con los niveles de esfuerzos producidos por el

tránsito.

Entre otros factores puede decirse que el espesor del pavimento depende

fundamentalmente del material de la terracería, en que se apoya. También se

pude utilizar materiales cuya resistencia a la tensión sea considerable, añadiendo

a los materiales térreos porcentajes apropiados de un aglutinante, ya sea cemento,

asfalto, o la cal; cuando se tratan así las capas aumenta la capacidad de distribución

de esfuerzos, con los que se puede tener grandes ahorros de espesor.

FACTORES QUE AFECTA DE FORMA DIRECTA A LOS

PAVIMENTOS

Los factores que, independientemente del método y calidad del diseño de

un pavimento, afectan en forma predominante a este, pueden considerarse

comprendidos en los siguientes tres grupos:

a) Características de los materiales que constituyen la terracería y la

capa subrasante.

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Los materiales que constituyen las terracerías y la capa subrasante de

un camino o una aeropista juegan un papel importante en el comportamiento y

espesor

Requerido de un pavimento flexible. Para ello hay que determinar las

características de los materiales (terracería o la capa subrasante) y esto se

logra aplicando los conocimientos de la Mecánica de Suelos, ya que los

pavimentos caen dentro de la Especialidad; y no solo se refiere a la terracería y

subrasante, sino también a lo que es la sub-base y base, cuyas propiedades

mecánica se hidráulicas definen en buena parte un problema de

pavimentación.

b) El clima

Hay un factor climático principal que afecta a los pavimentos, es

la precipitación pluvial, ya sea por acción directa o por la elevación de las

aguas freáticas. Usualmente, en el proyecto de un pavimento se toma o se

obliga el diseño y la construcción de estructuras adicionales de drenaje, a parte

del drenaje que normalmente se hay en una obra vial o al empleo de diseños

especiales para el pavimento.

c) El tránsito.

El transito produce las cargas a que el pavimento va a estar sujeto.

Respecto al diseño de los pavimentos interesa conocer la magnitud de estas

cargas, las presiones de inflado de las llantas, así como el área de contacto, su

disposición y arreglo en el vehículo, la frecuencia y número de repeticiones de

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las cargas y las velocidades de aplicación.

Estas características de las cargas son muy difíciles e imposibles de

reproducir en laboratorios con los fines de investigación. El estudio de los

pavimentos es hasta hoy algo así casi puramente empírico.

CARGAS VEHICULARES

Para el proyecto de un pavimento flexible, todas las variables del tránsito

deben reducir sea un concepto constante o que, por lo menos, pueda ser

manejado en las fórmulas matemáticas o en los criterios de diseño de un modo

cómodo e integral. El siguiente conjunto de factores se pueden englobar dentro

del concepto “carga del tránsito” (Fig. 2). Hay cuatro factores de influencia

principal y tres efectos más secundarios.

Fig. 2 Tránsito vehicular en la carretera

Los factores principales son:

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Carga transmitida por la rueda

Área de influencia de la carga

Número de repeticiones de la carga

Velocidad

Factores secundarios son:

Área de contacto de la llanta, que determina la presión de contacto

Numero de llantas en el arreglo

Espaciamiento entre ejes

FALLAS EN LOS PAVIMENTOS

Las fallas son los defectos que presenta un pavimento y que disminuyen la

comodidad del usuario o la vida de servicio de esa estructura, frecuentemente

corresponden a defectos constructivos y difícilmente pueden clasificarse como

deterioros.

La mayor parte de la tecnología que se ha ido desarrollando tiene por objeto

evitar la aparición de todo un conjunto de deterioros y fallas, y se ha logrado ir

estableciendo con una relación causa-efecto, que permite desarrollar todo un

conjunto de normas de criterio de proyecto y conservación, que forma una parte

muy importante de la experiencia de cada técnico.

La s aplicaciones de la Mecánica de Suelos a la tecnología de pavimentos,

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acuerda en revisar los más importantes y frecuentes deterioros que los pavimentos

suelen sufrir, y se relacionan con causas que lo pueden producir; de esta manera es

posible discutirlas aplicaciones en un contexto práctico y acorde con las

preocupaciones reales de los ingenieros.

La palabra “falla” en el tema de pavimentos es común que se utilice tanto

para verdaderos colapsos o desastres locales, como para describir deterioros

simples o lugares de posible evolución futura desfavorables. Frecuentemente se

describe como fallas a los comportamientos que simplemente sea partan de lo que

se consideró “perfecto”.

Los deterioros de pavimentos que se incluyen, se consideran los más

relevantes. Se han agrupado entre grandes categorías; los de superficie, los de

estructura y los de origen en la construcción.

Estos deterioros se encuentran dentro de las tres categorías mencionadas

anteriormente, se agrupan a su vez en las siguientes sub-categorías:

Desprendimientos. Es la pérdida parcial del agregado dejando

expuestas áreas aisladas de la capa de apoyo. En estas fallas se

pueden encontrarlos llamados Baches, Levantamiento por

congelación, Desprendimiento de agregados, Erosión avanzada de

Taludes, Erosión total, Pulido de superficie, Desintegración,

Desprendimiento de sello y Erosión longitudinal de carpeta. (Fig.4)

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Fig.4 Desprendimientos

Alisamientos Es la presencia de asfaltos en agregado (árido) en

la superficie o también puede ser la presencia de agregados que

presentan una cara plana en la superficie, generalmente embebidos

en el ligante (asfalto).(Fig.5)

Fig.5Alisamientos

Exposición de agregados. Es la presencia de agregados

parcialmente expuestos fuera del mortero ligante (asfalto)–arena.

(Fig. 6)

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Fig.6Exposiciónde agregados

Deformaciones. Son canales que se forman a lo largo de la

trayectoria longitudinal de circulación de los vehículos. (Fig.7)

Fig.7 Deformación

Agrietamientos. Son grietas que se forman en la carpeta asfáltica en

la dirección del tránsito. (Fig.8)

Fig

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.8Agrietamientos.

Estas fallas se pueden presentar por la mala estabilización de la capa de la

base y/o sub-base. La estabilizaciones la mejora de un suelo para que se pueda

soportar todos los esfuerzos transmitidos por los vehículos en movimiento. Tiene

por objeto procurar por diversos medios la estabilidad de ellos, para cualquier

condición de tiempo y de servicio.

ESTABILIZACIÓN DE SUELOS

Se llama estabilización de suelos al proceso de someter a los suelos

naturales a ciertos tratamientos para poder aprovechar sus cualidades, de manera

que puedan resistir a las condiciones adversas del clima, rindiendo en todo el

tiempo los servicios adecuados que a ellos se espera.

Es muy usual que el ingeniero encuentre o adecuados en algún sentido los

suelos que se ha de utilizar para un determinado fin, en un lugar específico.

Cuando se tiene ese hecho, se deberá tomar una de las tres decisiones que

se presentan a continuación:

Aceptar el material tal como se encuentre, pero tomando en cuenta

objetivamente su calidad en el diseño efectuado.

Remover y eliminar el material inadecuado y prescindir de su uso y

sustituirlo por uno de características adecuadas.

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Modificar las propiedades del material existente de tal manera que

se obtenga un material que sea capaz de cumplir los requerimientos

en la obra a efectuar.

Esta última alternativa da lugar a las técnicas de estabilización de suelo. Son

muchos los procedimientos que se pueden seguir para lograr esa mejoría en las

propiedades de los suelos, para hacer los apropiados para algún lugar en específico,

es lo que constituye la estabilización y la finalidad de este trabajo.

Existen diferentes sistemas que se pueden emplear en la estabilización de

suelos y que requieren los siguientes requisitos.

1. El material básico que se debe emplear es el suelo, ya sea en el

estado natural en que se encuentra a lo largo del camino, incorporándole

otros materiales.

2. Es necesario que se desarrolle suficiente cohesión y fricción

interna en los suelos para que puedan resistir satisfactoriamente l tránsito

de vehículos.

3. El suelo debe resistir la acción de los agentes atmosféricos para

que pueda conservar sus buenas propiedades durante todo tiempo.

4. Deben seleccionarse los materiales y métodos de construcción

apropiados para que la obra resulte de bajo costo y con

características satisfactorias para resistir el tránsito que va a circular sobre

ellos

Se debe reconocer que la estabilización no es una herramienta ventajosa en

todos los casos y, no siempre igual de ventajosa en las situaciones en que pueda

resultar conveniente, y por consiguiente se deberá tener en claro el conjunto de

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propiedades que se desee mejorar y la relación entre lo que se lograra al mejorarlas

y el esfuerzo y dinero que en ello haya de invertirse. Solo llegando a balacear estos

factores se podrá llegara un correcto empleo de estabilización.

Las propiedades de los suelos que más frecuentemente se estudian en

problemas de estabilización son:

Estabilidad volumétrica

Resistencia

Permeabilidad

Compresibilidad

DurabilidadSera posible utilizar tratamientos que mejoren simultáneamente varias de

esas propiedades. No debe verse a la estabilización solo como una medida

correctiva; algunas de estas técnicas representan más bien medidas preventivas

contra condiciones adversas susceptibles del posterior desarrollo.

Las propiedades de un suelo se modifican al entrar en contacto con las

muchas maneras para alterar al mismo, y se puede hacer de formas como: medios

mecánicos, drenaje, medios eléctricos, cambios de temperatura o adición de

agentes estabilizantes.

Debe tenerse encuenta que debido a la gran variedad de suelos, cada

método resulta aplicable a un número limitado de ellos. Pero ya que el suelo al ser

un material que en estado natural es muy cambiante en sus propiedades, de

acuerdo al lugar en que se localice, la elección del tipo de estabilización estará

sujeto por el número de suelos encontrados, el tipo y la extensión del área en que

se realice la estabilización ya sí poder determinar dónde será efectivo el sistema

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empleado.

Los siguientes casos se pueden utilizar para justificar el uso de una estabilización:

Un suelo de subrasante desfavorable, o muy arenoso ,o muy arcilloso.

Materiales para base o subbase en el límite de especificaciones.

Condiciones de humedad.

Cuando se necesite una base de calidad superior, como en

una autopista. En repavimentación, aprovechando los materiales existentes.

La primera y la que siempre acompaña a todas las estabilizaciones, es la de

aumentar la densidad de un suelo, compactando la mecánicamente. La segunda

estabilización usada es la de mezclar a un material de granulometría gruesa, otro

que carece de esa característica. Finalmente, está el recurso de estabilizar un

suelo mezclándole cemento portland, cal hidratada, asfalto o cloruro de sodio. El

uso de la cal está limitado a suelos que contengan minerales arcillosos, con los

cuales hacerla “acción puzolánica” que lentamente cementando las partículas del

suelo.

La utilidad de la cal es para aquellos casos en los que no se necesite

pronta resistencia. Este aglomerante es muy adecuado para bajar la plasticidad de

los suelos arcillosos o para contrarrestar el alto contenido de humedad en

terracerías o en bases y subbases, siempre que éstas no sean muy arenosas. Se

debe recordar que la estabilización es un asunto económico.

TÉCNICAS DE ESTABILIZACIÓN DE SUELOS

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Las técnicas son aquellas con las que se puede estabilizar un suelo; ya sea

mecánica o manual, usualmente se utiliza más la estabilización mecánica, la más

común y rutinaria forma de tratamiento mecánico es la compactación.(Fig. 9)

Fig. 9Tratamiento mecánico: Compactación.En el procedimiento mecánico existen varios medios para mejorar la

condición de un suelo, que ha de ser utilizado para cualquier tipo de construcción.

De los que se mencionaran a continuación:

Amasado (rodillos pata de cabra)

Impactos de carga (pisones)

Presión estática (rodillos lisos y neumáticos)

Vibración (rodillos vibratorios)

Métodos mixtos (combinación de los métodos anteriores)

La compactación o también conocida por la reducción de vacíos se produce

de varias maneras, como se describe a continuación: reorientación de las partículas,

fractura de los granos o de las ligaduras entre ellos seguida por reorientación y la

flexión o distorsión de las partículas y sus capas adsorbidas. La energía que se gasta

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en este proceso es suministrada por los esfuerzos de compactación. A medida que

la humedad del suelo aumenta la cohesión disminuye, es decir que la resistencia se

hace menor y el esfuerzo más efectivo.

Cuando se diseñan mezclas de suelos, para lograr con ellas unas

determinadas propiedades deseables, la granulometría suele ser el requisito más

relevante en la fracción gruesa, en tanto que la plasticidad lo es, naturalmente, en

la fina.

FACTORES QUE AFECTANA LA ESTABILIZACIÓN DE SUELOS

Hay muchos factores que afectan la estabilidad de los suelos; solo que en

primer lugar está la distribución de partículas por tamaño, la cual es una de las

características más importantes por cuanto afecta innumerables propiedades de los

suelos, entre ellas: la superficie específica, la consistencia, la estructura, la

porosidad, la velocidad de infiltración, la conductividad hidráulica, etc.

La distribución de partículas por tamaño, se refiere a las proporciones

relativas de arenas, limos y arcillas y, también, a las partículas o fragmentos

superiores a 2mm, hasta llegar a los tamaños de gravillas y gravas o fragmentos de

mayor tamaño.

Esta distribución afecta la estabilidad estructural notablemente, por cuanto

condición a la "agregabilidad" o facilidad o tendencia de las partículas a dejarse unir

entre sí. Para que las partículas de un suelo puedan unirse entre sí, se requiere de

un cierto porcentaje de partículas finas, muy finas y de tamaño arcilla. Los suelos

excesivamente arenosos, y cuando su fracción arena es muy gruesa,>de2mm,

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poseen muy poca "agregabilidad". Por el contrario, cuando los suelos poseen un

alto contenido de arcilla, su agregabilidades alta. No quiere decir esto que tengan

estabilidad estructural ya que dichos agregados podrían desbaratarse

relativamente fácil en el agua. Cuando el suelo no tiene "agregabilidad", es difícil

lograr su estabilidad estructural, como es el caso con suelos formados por arenas

gruesas.

Muchos investigadores han llegado a la conclusión de que la textura mejor

balanceada corresponde a la de los suelos francos con arcilla entre 10y25%,limo

entre

28-50% y arena entre 30-55%. (Montenegro,1991)

TIPOS DE ESTABILIZACIÓN

En las tipos que comúnmente se utilizan para estabilizar los suelos son los

que se mencionan a continuación:

Suelo- Agregado

Suelo-Cal

Suelo-Cemento

Suelo-Sal

Suelo- Asfalto

Suelo-Emulsión es Asfálticas

Suelo- Aditivos Químicos

Estos tipos son utilizados con diversos fines y para todo espécimen de

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suelos, o para un suelo en específico; ya que se puede mejorar una característica

especifica del suelo. Pero en este trabajo nos enfocaremos a solo dos tipos de

estabilización que son las de suelo- cal y suelo- cemento.

TIPOS DE ESTABILIZACIÓN

ESTABILIZACIÓN CON CAL

El empleo de la cal para la estabilización de suelos no constituye un aspecto

novedoso pues fue empelada en obras tan antiguas como la Muralla China y

algunos caminos romanos durante su florecimiento del Imperio Romano. La

aplicación de la cal se concentra principalmente al caso de suelos finos.

Para que una estructura tenga un funcionamiento de largo plazo depende

mucho de los materiales subyacentes, ya que en suelos inestables se crean

problemas significativos en las estructuras y pavimento. Cuando el suelo se

combina con la cal; cambia considerablemente las características del mismo,

produciendo resistencia y estabilidad a largo plazo, en forma permanente, en

particular en lo que se refiere al efecto que produce el agua.

La cal, sola o en combinación con otros materiales, se puede utilizar para

tratar diversos tipos de suelos .Las propiedades de los suelos determinarán su

grado de reactividad con la cal y la resistencia final que las capas estabilizadas

desarrollarán. En general, los suelos arcillosos de grano fino (con un mínimo del

25% que pasa la malla N. 200 y un IP mayor de 10) se consideran buenos

candidatos para la estabilización. Los suelos que contienen cantidades significativas

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de material orgánico (mayor que 1%) o sulfatos (mayor que el 0.3%) pueden

requerir cal adicional y/o procedimientos de construcción especiales.

En la construcción de carreteras o caminos, dependiendo de la capa y el

material de la capa se debe analizar si se utiliza la estabilización por medio de cal; a

continuación se describe en cada capa:

Subrasante (o subbase): La cal puede estabilizar

permanentemente el suelo fino empleado como una subrasante

o subbase, para crear una capa con un valor estructural

significativo en el sistema del pavimento. Los suelos tratados

pueden ser del lugar (subrasante) o bien, de materiales de

préstamo. La estabilización de la subrasante por lo general

implica mezcla en el lugar y generalmente requiere la adición de

cal de 3 a6 por ciento en peso del suelo seco.

Bases: La cal puede estabilizar permanentemente materiales

que no cumplen con las características mínimas para funcionar

como una base (como la grava con arcilla, gravas "sucias", o

bases contaminadas en general) que contienen al menos el 50%

de material grueso retenido en la malla No.4. La estabilización de

bases es utilizada para la construcción de caminos nuevos y para

la reconstrucción de caminos deteriorados, y generalmente

requiere la adición de 2 a 4% de cal respecto al peso del suelo

seco. La mezcla en el lugar se usa comúnmente para la

estabilización de bases, sin embargo, también puede ser usada la

mezcla en planta. La cal también se usa para mejorar las

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características de las mezclas de suelo y agregados en "el

reciclaje de espesor completo".

Existen otros dos tipos importantes de tratamiento con cal utilizado

en operaciones de construcción:

La primera, es que debido a que la cal viva se combina químicamente con el

agua, puede ser usada con eficacia para secar suelos mojados, gracias al calor

generado por la reacción cal-agua. La reacción con el agua ocurre incluso si los

suelos no contienen fracciones arcillosas significativas. Cuando las arcillas están

presentes, la reacción química de la cal con las arcillas, seca aún más los suelos. El

efecto neto es que el secado ocurre rápidamente, dentro de un lapso de horas,

permitiendo al contratista compactar el suelo mucho más rápido que si espera a

que el suelo se secara por la evaporación natural.

1. Secado: Si se usa la cal viva, la misma se hidrata inmediatamente y libera

calor. Los suelos se secan, porque el agua presente en el suelo participa en

esta reacción, y porque el calor generado puede evaporar la humedad

adicional. La cal hidratada

Producida por estas reacciones iniciales, posteriormente reaccionará con las

partículas de arcilla. Estas reacciones subsecuentes, lentamente producirán

un secado adicional porque las mismas reducen la humedad, mejorando el

soporte. Si se utilizan la cal hidratada o la lechada de cal hidratada, en lugar

de la cal viva, el secado ocurre sólo por los cambios químicos del suelo, que

reducen su capacidad para retener agua y aumentan su estabilidad.

2. Modificación: Después de la mezcla inicial, los iones de calcio (Ca++) de la

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cal hidratada emigran a la superficie de las partículas arcillosas y desplazan

el agua y otros iones. El suelos e hace disgregable y granular, haciéndolo

más fácil para trabajar y compactar (Fig.1). En esta etapa, el Índice de

Plasticidad del suelo disminuye drásticamente, así como lo hace su

tendencia a hincharse y contraerse. El proceso, llamado "floculación y

aglomeración", generalmente ocurre en el transcurso de horas.

Fig. 10 Arcilla mezclada con cal

3. Estabilización: Cuando se añaden las cantidades adecuadas de cal y agua, el

pH del suelo aumenta rápidamente arriba de 10.5, lo que permite romper

las partículas de arcilla. La determinación de la cantidad de cal necesaria es

parte del proceso de diseño y se estima por pruebas como la de Eades y

Grim (ASTM D6276).

ESTABILIZACIÓN CONCEMENTO

La estabilización de suelo–cemento es la más utilizada en la actualidad, la

utilización se ha extendido por el mundo entero y crece cada día, sobre todo, pero

no únicamente en casos conectados a vías terrestres, sino también para el proyecto

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y construcción de pavimentos.

En el suelo-cemento, al principio de su uso, sobre todo en los EEUU, el

criterio de diseño de las mezclas era durabilidad del material, determinando su

valor en pruebas de congelamiento-deshielo y humedecimiento-secado. Hoy son

muchos los países que diseñan las mezclas en función de su resistencia a la

compresión sin confinar.

1. Suelo tratado con cemento: es una mezcla intima de suelo y cemento

con adición de agua para la cual no existe requerimientos de calidad,

es una mezcla no endurecida o semi-endurecida de suelo cemento.

El mejoramiento que se consigue depende de la cantidad de

cemento que se agrega y del tipo de suelo. El suelo modificado con

cemento puede emplear se en bases, subbases, subrasantes, etc.

ESTABILIZACIÓN CONASFALTOS

En la estabilización del suelo con asfaltos e utiliza un asfalto diluido, (esto

es,

Mezclado con un disolvente como es la gasolina, kerosene o nafta), o como una

emulsión (esto es, diluido en agua).

Después de mezclar el suelo con el asfalto diluido, se debe extender antes

de emplear el material en la fabricación de bloques para permitir que el

disolvente se evapore. Es mejor mezclare las falto diluido con una pequeña

cantidad de suelo, para luego mezclarlo con el suelo restante.

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ESTABILIZACIÓN BIOINGENIERÍA

La bioingeniería comprende el uso de la vegetación para la estabilización

de taludes y el control de la erosión.

La bioingeniería de suelos es única en el sentido de que las partes de la

planta por sí mismas ósea las raíces y el follaje funcionan como los elementos

estructurales mecánicos para la protección del talud.(Fig.11)

Los elementos vivos se colocan en el talud en diversos sistemas de arreglos

geométricos en tal forma que el los actúan como refuerzo, como drenaje o como

barreras para los sedimentos.

Fig. 11Estabilización bioingeniería (Terramesh)

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En la actualidad las cargas vehicular es afectan a la carpeta asfáltica, la estabilización del suelo con el uso de la bioingeniería consiste en poner una geomalla entre dos capas de asfalto, o dependiendo de los cálculos y diseños realizados (Fig.12)

Fig. 12Estabilización con geo-malla (Roadmesh)

RELACIÓN CON LA FALLA EN PAVIMENTOS

MEJORAMIENTO DE SUELOS MEDIANTE TÉCNICAS Y ENSAYOS

MECÁNICOS

El mejoramiento de los suelos es adaptar el suelo a las necesidades físicas

que se tiene en el proyecto, y para el cual se va a utilizar y se tenga en las

características necesarias.

En términos generales se procura, según el tipo de suelo, actuar sobre las

características de compresibilidad, incrementando su estabilidad volumétrica,

especialmente ante la absorción o pérdida de agua; su resistencia al esfuerzo

cortante y la respuesta esfuerzo-deformación. Igualmente se busca que no sea

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susceptible al agrietamiento, mejorar su resistencia a la erosión y, en casos

específicos, se procura disminuir su permeabilidad.

En el caso de que se decida efectuar el mejoramiento de un suelo, el

tratamiento a realizar dependerá de su tipo, sus dimensiones y la estructura a

fundar.

Los métodos de mejoramiento de suelos son los que a continuación se

presentan, y se describen brevemente:

O Confinamiento (en el caso de suelos no cohesivos). Puede lograrse con

la aplicación de columnas de grava, cuya construcción implica el

reemplazo parcial de entre un 15 y 35 % del suelo, que usualmente

penetra hasta alcanzar un estrato resistente. La presencia de la columna

crea un material compuesto de menor compresibilidad media y de

mayor resistencia al corte que la del suelo natural.

O Preconsolidación (para suelos cohesivos). Se logra aplicando una

sobrecarga sobre un depósito de suelo, la que debe exceder la carga

máxima que este va a soportar. Se busca así que la consolidación parcial

sea equivalente al mayor grado que alcanzará con la carga máxima, la

que requerirá mayor tiempo para producirse. El proceso puede

acelerarse por medio de drenes verticales, conectados en su parte

superior por un manto de arena que permita la liberación de la

humedad.

O Mezclas de suelos. Requiere la realización de una serie de ensayos, con el

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fin de evaluar las características de cada uno de los tipos de suelo que se

desean mezclar. Este método requiere la remoción de gran cantidad de

material dela superficie y no resulta práctico para el mejoramiento

mecánico de depósitos de gran profundidad, por lo que su uso se limita

a obras viales.

O Vibro flotación. Es un método apto para suelos granulares con un bajo

contenido de finos. Consiste en introducir en el terreno un tubo con

una cabeza vibratoria, cuya acción producirá un reacomodamiento de

sus granos, lo que aumentará su densidad. El método se aplica siguiendo

una red de geometría diseñada en la superficie del terreno, de forma

tal que el tratamiento alcance la totalidad del depósito. Tiene la ventaja

de alcanzar profundidades importantes sin afectar edificaciones

cercanas.

MATRIZ DE CONSISTENCIA:

PROBLEMA OBJETIVOS HIPÓTESIS METODOLOGÍA POBLACIÓN

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PROBLEMA GENERAL¿LA PROPUESTA DE ESTABILIZANTES DEL SUELO CON (Cal, cemento, bioingeniería) MEJORARÁ LAS PROPIEDADES FÍSICO – MECÁNICAS DEL SUELO, EN LA REGION PASCO?

PROBLEMAS ESPECIFICOS

¿LA PROPUESTA DE ESTABILIZANTES DE SUELO(CAL), aumentará la densidad seca máxima del suelo en carreteras afirmadas?1. ¿LA PROPUESTA DE ESTABILIZANTES DE SUELO (CAL), aumentará la capacidad de soporte (CBR) del suelo en carreteras afirmadas?

Hipótesis general

. Se investigó que algunas

fallas presentadas en la superficie del

pavimento se deben a que no hay una

buena estabilización en las capas de base

y sub-base, y se tratara de buscar una

solución práctica y económica.

METODOLOGÍA

Para el desarrollo de la

investigación, se considera la

siguiente metodología, cuyo

desarrollo es el siguiente:

e. Planteamiento del

problema.

f. Marco teórico.

g. Recopilación y

evaluación de

información existente.

h. Redacción y revisión de

los capítulos del temario

del proyecto.

TIPO DE INVESTIGACION

El tipo de investigación al que

pertenece es:

DESCRIPTIVO:

Se recopilo

información teórica para tener

antecedentes sobre el tema, y se

empezó una investigación

apropiada. Además de que esta

información que se recopilo sirvió

para llevar a cabo la investigación y

abordar ampliamente cada etapa

de esta investigación.

PoblaciónLa población está constituida por la Región Pasco.

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OBJETIVOS

GENERALES

Impulsar y

apoyar la

conservación de

las carreteras

para así evitarlas

deformaciones

que se puedan

presentar, y

causar daños a

vehículos y

evitar gastar

tanto en la

reparación de

las mismas.

OBJETIVOS

ESPECÍFICOS

Estudiar y evaluar

la disminución del

índice de

plasticidad del

suelo estabilizado

en carreteras

afirmadas.

Estudiar y evaluar

el aumento de la

densidad seca

máxima del suelo

estabilizado en

carreteras

afirmadas.

Estudiar y evaluar

el aumento de la

capacidad de

soporte (CBR) del

suelo estabilizado

en carreteras


CONCLUSION

En este trabajo se muestra y recopila información sobre las diferentes

estabilizaciones de suelos, pero como no contamos con laboratorios no se pudieron

realizar pruebas.

Se puede decir que el uso del cemento es mucho más efectivo que la cal

pero con la diferencia de costos que hay entre estos dos materiales, ya que el

cemento tiene un costo más elevado que la cal. El uso de estos estabilizantes

garantiza que el pavimento sea más resistente a las cargas vehiculares y evitar las

apariciones de fallas.

Las fallas que tienen los pavimentos se deben a que no hay una correcta

compactación en las capas de base y subbase, con buenos materiales, es decir que

si se estabiliza o mejora el suelo de estas capas la vida útil del pavimento ya sea

rígido o flexible tendrá más durabilidad y se gastara menos en los mantenimientos

de dichos tramos carreteros, aunque en el proceso constructivo sea un poco más

caro, pero no se tendrá que hacer los mantenimientos tan seguidos.

BIBLIOGRAFIAPágina 33


Rico Rodríguez, Alfonso. LA INGENIERÍA DE SUELOS EN LAS VÍAS TERRESTRES: CARRETERAS, FERROCARRILES Y AEROPISTAS VOL.2 México,Limusa,1974

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MANUAL PARA EL DISEÑO DE CARRETERAS MTC., Publicación de la

Nacional Lima, Perú, Marzo 2008

Santiago Márquez, ESTABILIZACION DE SUELOS, Universidad Nacional de la

Patagonia San Juan Bosco, Año2005.

Internet.

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Documents

Mejoramiento de Suelos