GEOTECNIA I

UNIVERSIDAD NACIONAL DANIEL ALCIDES CARRION FACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA DE FORMACION PROFESIONAL DE GEOLOGA

OBJETIVOS Definir que es la estabilizacin

Definir estabilizacin fsica de suelos

Conocer los tipos de estabilizacin fsica de suelos

Definir estabilizacin qumica de suelos

Conocer los tipos de estabilizacin qumica de suelos

Definir que es la estabilizacin mecnica

Conocer los tipos de estabilizacin mecnica

SUELO ESTABLE

Cuando un suelo 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, entonces el suelo ser estable.

ESTABILIZACION DE SUELOS Llamamos estabilizacin de un suelo al proceso

mediante el cual se someten los suelos naturales a cierta manipulacin o tratamiento de modo que podamos aprovechar sus mejores cualidades, obtenindose un firme estable, capaz de soportar los efectos del trnsito y las condiciones de clima ms severas.

Se dice que es la correccin de una deficiencia para darle una mayor resistencia al terreno o bien, disminuir su plasticidad.

TIPOS DE ESTABILIZACION

1. ESTABILIZACION FISICA

Este se utiliza para mejorar el suelo produciendo cambios fsicos en el mismo

a) 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.

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.

Mezclas de suelo arcilloso con grava

b) ESTAB. CON GEOTEXTILES Es un material textil permeable de estructura plana

usado como parte integral de los suelos y cimentaciones en aplicaciones relacionadas a proyectos de ingeniera.

Los geotextiles se han convertido en las capas filtrantes ms adecuadas porque superan las desventajas de los filtros de arena y los de agregados ptreos. Para empezar, se fabrican ya con propiedades hidrulicas especficas y de retencin de tierra, las cuales pueden seleccionarse fcilmente para complementar el suelo que necesite proteccin. Segundo, pueden instalarse con facilidad sobre taludes an bajo el agua.

b.1) Fabricacin La mayora de los geotextiles disponibles y ms

comunes en el mercado se fabrican ya sea con polister o con polipropileno.

b.1.1) Geotextiles Tejidos

El tejido es un proceso de entrelazados de hilos para fabricar una tela. Los geotextiles tejidos se hacen tejiendo monofilamentos, multifilamentos o fibras de pelculas cortas.

Hay dos pasos en este proceso de fabricacin de un geotextil tejido: primero, la manufactura de los filamentos o el corte de la pelcula para obtener tejidos; y segundo tejer los hilos para obtener el geotextil.

Detalle de un GEOTEXTIL tejido

b.1.2) Geotextiles no tejidos

Los geotextiles no tejidos se fabrican ya sea con fibras cortas, con polister reciclado con filamentos continuos distribuidos al azar en capas sobre una banda en movimiento para formar una especie depanal, el cual se pasa a travs de un telar de agujas y/o por otro tipo de mquina para entrelazar o unir las fibras/filamentos.

Los geotextiles no tejidos son altamente recomendables para el drenaje de subsuelo y para el control de la erosin, as como para la estabilizacin de caminos sobre suelos hmedos o saturados.

Geotextil con 100% de polister reciclado

b.2) Ventajas en su uso

Presentan una alternativa ms econmica comparada con mtodos constructivos tradicionales.

Son verstiles, flexibles, resistentes y se adaptan a las irreguaridades de las superficies y condiciones donde se colocan.

Son de fcil y rpido manejo y aplicacin, y no requieren equipo especializado.

Tienen una amplia variedad de aplicaciones en la construccin y aumetan la vida til de las instalaciones.

Geotextil en proceso de instalacin

b.3) Aplicaciones

Superficies pavimentadas y no pavimentadas

En suelos base de caminos

En drenajes

En suelos blandos

En taludes

b.4) Procedimiento General

Se aplica el Geotextil no tejido sobre superficies lisas, libres de objetos que puedan daar al geotextil.

El Geotextil puede desenrollarse a mano o utilizando algn equipo adaptado para esta funcin, evitando en lo posible las arrugas.

La unin o traslape no debe ser menos de 30 cm. o la indicada por especificaciones de diseo, tambin pueden usar uniones cosidas o grapadas

El Geotextil no se puede fijar al suelo por medio de anclas o broches, piedras lisas.

El material no debe ser pisado directamente por equipos de construccin. Debe existir una capa de 20 30 cms. de relleno para proteger el material de estos equipos y proporcionar confinamiento.

Es recomendable no tener expuesto el material geotextil al sol por ms de quince das.

Geotextil usado en caminos asfaltados deteriorados

c) Vibroflotacin

El mtodo consiste en la densificacin de suelos o terrenos flojos, mediante vibracin. Se aplica en suelos de naturaleza granular, en los cuales se compensa la prdida de volumen mediante la aportacin de material externo. Tambin es aplicable en suelos cohesivos, denominndose en este caso sistema de columnas de grava, debido a que es necesaria la aportacin de grava de determinadas caractersticas para densificar y rigidizar el terreno.

c.1) Estudios previos Caractersticas geolgicas y geotcnicas del terreno. Planos de la obra a ejecutar y sobrecargas del suelo

mejorado. Procedimiento constructivo, con indicacin del mtodo a

emplear, definicin del rechazo a obtener durante la penetracin, y profundidad a la que deben llegar las columnas. El valor del rechazo para determinar la profundidad del tratamiento se definir en funcin de la potencia necesaria comunicada al vibrador (como parmetro de resistencia orientativo), o bien, ser fijada en el Proyecto

Pruebas y ensayos en el terreno tratado, como pueden ser: Ensayos ssmicos Ensayos de deformacin en base de terrapln, mediante

lneas continas de asiento.

c.2) Procedimiento

Introduccin del vibrador en el terreno, por su propio peso y con ayuda de inyeccin de agua en punta. As, se crea un estado de licuefaccin local que facilita la penetracin del vibrador y su conjunto en el suelo hasta alcanzar la profundidad requerida en cada caso.

Alcanzada la profundidad deseada se corta la inyeccin de agua en punta comenzndose la compactacin o consolidacin forzada del suelo lateral por aplicacin de la vibracin, que produce la creacin de un embudo en superficie del terreno por la densificacin conseguida.

Simultneamente se procede al aporte de material para compensar esta prdida de volumen. La aportacin se realiza de manera continua utilizando una pala cargadora sobre neumticos. A medida que se vaya completando el proceso de compactacin, la energa consumida en el caso de utilizacin de motores elctricos, o la presin suministrada en el caso de motores hidrulicos, va aumentando, y deber establecerse una correlacin entre ambos, que permita definir cuando se ha conseguido la consolidacin prevista.

A medida que se va consiguiendo la consolidacin del terreno, se va elevando el vibrador, sin interrumpir el suministro de material, y se repite el proceso por tongadas de 30 a 60 cm., hasta alcanzar la superficie del terreno, formndose de esta forma un elemento cilndrico con mayor o menor material de aportacin, y un terreno lateral con mayor densidad que la inicial.

El proceso se repite en cada uno de los puntos a tratar, crendose una malla que consigue la mejora global del terreno donde va a cimentarse el terrapln.

Maquinaria empezando el proceso de vibroflotacion

Tratamiento de suelos granulares por vibroflotacin

En terrenos cohesivos En el caso de terrenos granulares, se consigue el efecto

de densificacin de terreno a distancias de hasta 2 m., pero al aumentar el contenido de finos, este incremento de compacidad no supera el medio metro.

En suelos de esta naturaleza, puede conseguirse un aumento de la resistencia, mediante la aplicacin de vibradores con un procedimiento similar al descrito para los suelos granulares, introduciendo el vibrador en el terreno con el aporte simultneo de grava, que es mezclada con el terreno tratado

Columnas de grava en suelos cohesivos

c.3) Equipos Los equipos previstos para la realizacin de esta

unidad de obra son: Maquinaria con mstil, gras sobre orugas con capacidad de

40 tons. para suspender el vibrador Unidad de vibroflotacin Vibrador empleado por va seca Equipo hidrulico Bomba de agua (para vibroflotacin) Tolva mvil Palas cargadoras sobre neumticos de 0,5 m3 de capacidad

para aporte del material Almacn y taller de mantenimiento, en el que se dispondr de

un grupo de soldadura de 450 A. con objeto de recrecer la carcasa de la unidad de vibroflotacin, la cual est sometida a un fuerte desgaste

Tambin es necesario un compresor y generadores.

Unidad de vibrocompactacin en plena labor

Monitoreo LT3 de estabilizacin por vibrocompactacin

2. ESTABILIZACIN QUMICA

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.

2.1 ESTABILIZACION CON CAL Cuando tenemos arcillas muy plsticas podemos disminuir

dicha plasticidad y consecuentemente los cambios volumtricos de la misma asociados a la variacin en los contenidos de humedad con el solo hecho de agregarle una pequea proporcin de cal.

Este es un mtodo econmico para disminuir la plasticidad de los suelos y darle un aumento en la resistencia. Los porcentajes por agregar varan del 2 al 6% con respecto al suelo seco del material para estabilizar, con estos porcentajes se consigue estabilizar la actividad de las arcillas obtenindose un descenso en el ndice plstico y un aumento en la resistencia.

Equipo estabilizando un suelo arcilloso con cal

2.1.1 Procedimiento Cuando se efecta el mezclado en el campo, el

material que se va a mejorar deber estar disgregado y acamellonado, se abre una parte y se le agrega el estabilizador distribuyndolo en el suelo para despus hacer un mezclado en seco, se recomienda agregar una ligera cantidad de agua para evitar los polvos. Despus de esto se agrega el agua necesaria y se tiende la mezcla debiendo darle un curado de hasta 48 horas de acuerdo con el tipo de arcilla de que se trate.

Se tiende la mezcla y se compacta a lo que marca el proyecto para despus aplicarle un curado final, el cual consiste en mantener la superficie hmeda por medio de un ligero roco. Se recomienda no estabilizar cuando amenace lluvia o cuando la temperatura ambiente sea menor a 5 C, adems se recomienda que la superficie mejorada se abra al trnsito vehicular en un tiempo de 24 a 48 horas.

Ejemplo de estabilizacin qumica con cal.

2.2 Estabilizacin con cemento

El cemento mezclado con el suelo mejora las propiedades de ste desde el punto de vista mecnico. Generalmente cemento PORTLAND.

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.

Cemento PORTLAND

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 Portland 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

Estabilizacin con cemento en suelo con grava

2.3 Estabilizacin con productos asflticos El asfalto emulsificado que se usa como estabilizador de

suelos consiste de glbulos microscpicos de asfalto que estn rodeados y suspendidos en medio acuoso. Se recomienda mantener el estabilizador a una temperatura superior a 0 centgrado.

El estabilizador hace contacto con la parte arcillosa del suelo y a medida que se realiza la evaporacin del agua, los glbulos de asfalto forman una fina pelcula que rodea a las partculas de arcilla, cuando est totalmente seca, la masa tratada con la emulsin de asfalto mantiene aproximadamente la misma firmeza y resistencia a la compresin que un suelo que ha sido mezclado solamente con agua.

2.3.1 Suelos apropiados Se recomienda suelos con una composicin bsica de arena

y arcilla, la segunda actuar, como un cementante de la primera. La fraccin fina de un suelo debe contener suficiente arcilla para formar una pasta delgada alrededor de las partculas ms gruesas.

Suelos arcillosos ocasionan demasiado encogimiento y rajaduras, adems el constante aumento y disminucin de volumen en presencia de agua producen adobes fcilmente erosionables; suelos con excesiva arena no tienen suficiente ligazn entre partculas, generando adobes de poca fuerza cohesiva que se desmoronan.

Suelos con excesivo contenido de materia orgnica no son aptos por su gran encogimiento, baja resistencia y poca duracin ante la humedad.

Ejemplo de estabilizacin con asfalto

Estabilizacin con asfalto emulsificado o alto grado

2.4 Est. con cloruro de Sodio

Impermeabilizan y disminuyen los polvos en el suelo, principalmente para arcillas y limos.

El cloruro de sodio se produce mediante 3 mtodos. El ms antiguo consiste en el empleo del calor solar para producir la evaporacin del agua salada, con lo que se obtienen los residuos de sal. Otro mtodo consiste en la extraccin directa de las minas de sal y el mtodo ms reciente consiste en la evaporacin del agua de mar mediante el empleo de hornos.

Cloruro de sodio especial para estabilizar suelos

Las tcnicas empleadas para la incorporacin de sal a un suelo, son generalmente las mismas empleadas en otros tipos de aditivos y varan desde la sofisticada mezcla en plantas con alto grado de control, hasta la simple mezcla en el lugar realizada con el equipo tradicional en la construccin de pavimentos. Si se desea utilizar el equipo tradicional, los pasos a seguir son:

Escarificacin

Disgregacin

Adicin de cloruro de sodio

Adicin del agua

Mezclado con motoconformadora

Tendido y compactacin

Ejemplo de estabilizacin con cloruro de sodio

2.5 Est. con cloruro de calcio Impermeabilizan y disminuyen los polvos en el suelo,

principalmente para arcillas y limos.

El cloruro de calcio se obtiene como un subproducto en forma de salmuera en algunos procesos industriales, aunque tambin se puede obtener de algunos arroyos y pozos naturales siendo la fuente ms comn el obtenido en la elaboracin de carbonato de sodio mediante procedimientos qumicos

Se ha demostrado que con la adicin de cloruro de calcio disminuyen las fuerzas de repulsin entre las arcillas

Se tiene sin embargo que existen limitaciones para el empleo del cloruro de calcio, entre las ms importantes se tienen:

Que en el medio ambiente se tenga una humedad relativa superior al 30%.

Que se tengan minerales que pasen la malla 200 y que estos reaccionen favorablemente con la sal.

Que el nivel fretico no se encuentre a distancias que provoquen la emigracin de la sal

2.6 Est. con escorias de fundicin

Escorias de Fundicin: este se utiliza comnmente en carpetas asflticas para darle mayor resistencia, impermeabilizarla y prolongar su vida til.

2.7 Est. Con hule de neumaticos

Se utiliza comnmente en carpetas asflticas para darle mayor resistencia, impermeabilizarla y prolongar su vida til.

3. ESTABILIZACION MECNICA Es aquella con la que se logra mejorar

considerablemente un suelo sin que se produzcan reacciones qumicas de importancia.

3.1 COMPACTACIN La compactacin resulta de la compresin mecnica de

partculas de suelo y agregados (muchas partculas de suelo juntas en un solo grupo o trozo). La compactacin tiene como resultado el rompimiento de los agregados de suelo ms grandes, y la reduccin o eliminacin de espacios (o poros) entre las partculas de suelo. Mientras ms grandes y numerosos sean los agregados del suelo, mayores sern los espacios (poros) dentro del suelo. Esto facilita mayor movimiento de aire y agua, requerido tanto por las races de las plantas como por los organismos vivos en el suelo.

Compactacin por medio de maquinaria pesada

CONCLUSIONES Del presente trabajo, concluimos lo siguiente:

La estabilizacin es el proceso mediante el cual se somete cierto elemento a alguna manipulacin o tratamiento de modo que podamos aprovechar sus mejores cualidades estables

La estabilizacin fsica se utiliza para mejorar el suelo produciendo cambios fsicos en el mismo

Los tipos de estabilizacin fsica de suelos ms importantes son: Mezclas de suelos, Geotextiles, Vibroflotacin.

La estabilizacin fsica de suelos, se refiere principalmente a la utilizacin de ciertas sustancias qumicas y cuyo uso involucra la sustitucin de iones metlicos y cambios en la constitucin de los suelos involucrados en el proceso.

Los tipos de estabilizacin qumica de suelos ms importantes son: Estabilizacin con cal, estabilizacin con cemento, estabilizacin con productos asflticos, estabilizacin con cloruro de sodio, estabilizacin con cloruro de calcio, estabilizacin con escorias de fundicin y con hule de neumticos.

La estabilizacin mecnica de suelos, es aquella con la que se logra mejorar considerablemente un suelo sin que se produzcan reacciones qumicas de importancia.

Para la estabilizacin mecnica, consideramos solo la compactacin

GRACIAS