Construcción de drenes horizontales PDF

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incluye apuntes sobre construccion de drenes horizontales...

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MEDIDAS DE PROTECCION DE LOS SUELOS

4.4.3

Construcción de drenes horizontales

Entre los principales efectos de las aguas de infiltración se encuentran la pérdida de la resistencia al corte, la presencia de empujes hidrostáticos sobre las capas de suelo, la erosión interna y el aumento de la densidad del suelo. El agua subterránea puede afectar la estabilidad de un talud. La presencia de un nivel freático produce fuerzas hidrostáticas desestabilizantes en los taludes. Para disminuir estas fuerzas se puede abatir el nivel freático mediante el empleo de drenes horizontales o de penetración. Un dren horizontal consiste en una tubería perforada colocada a través de la masa de suelo. Los tubos utilizados pueden ser metálicos, de polietileno, o PVC, con diámetros entre 2” y 3” (Figura 4.15).

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La tubería puede ser perforada con agujeros circulares o ranurados (figura 4.18) en sentido transversal. Los orificios generalmente tienen diámetros de 5mm a 1.5mm con un densidad de 15 a 30 agujeros por metro lineal de tubería. El diámetro de perforación debe estar entre 3” y 4” dentro de los cuales se colocan las tuberías perforadas. Como los drenes horizontales en la mayoría de los casos no tienen material de filtro que impida la migración de finos, es común que estos se tapen periódicamente y se requiere un mantenimiento mínimo cada 5 años. El mantenimiento consiste en limpiar la tubería o inyectar agua a presión para limpiar los orificios de drenaje y remover las incrustaciones de material que obstaculicen el paso del agua.

Figura 4-15 Esquema de un dren horizontal o de penetración

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4.4.4

MANEJO AMBIENTAL DEL RECURSO SUELO

Mejoramiento de la superficie del terreno

Con los métodos utilizados para el mejoramiento de la superficie del terreno se puede controlar la infiltración de las aguas de escorrentía y mejorar la resistencia del suelo superficial. Entre los métodos de mejoramiento de la superficie del terreno se encuentran la estabilización química y las inyecciones.

4.4.4.1 Estabilización química

Las capas superficiales de suelo se pueden estabilizar mezclando el suelo con una cantidad apropiada de aditivos químicos para compactarlo posteriormente. Este proceso se denomina estabilización química y se realiza para obtener uno varios de los siguientes efectos: a. Aumentar la resistencia del suelo. b. Impermeabilizar el suelo. c. Disminuir el potencial de cambio de volumen debido a una contracción o una expansión. d. Mejorar la manejabilidad del suelo. Entre los aditivos que se pueden utilizar se tiene: el cemento, la cal, los materiales bituminosos y las cenizas pulverizadas.

4.4.4.1.1

Estabilización con cemento

Cuando se utiliza el cemento Portland en la estabilización de los suelos se obtienen un aumento de la resistencia y durabilidad de la mezcla y puede utilizarse casi en todos los tipos de suelos con excepción de los suelos orgánicos (máximo 2% de materia orgánica) y arcillas muy plásticas con mas 40% de finos y un Límite Líquido

superior al 45% (debido a la dificultad para el proceso de mezclado). El procedimiento incluye la disgregación y secado del suelo, la mezcla con cemento, su humedecimiento y la compactación (con equipos convencionales) antes de que se inicie su fraguado. Se debe mantener húmedo el suelo estabilizado durante los primeros 14 días. En una etapa preliminar, se debe diseñar el tipo de mezcla mediante ensayos de laboratorio para determinar la dosis necesaria de cemento. Las dosis típicas de cemento expresadas en porcentajes del peso oscila entre 3 y 8 para suelos granulares y entre 7 y 16 para arcillas. El porcentaje típico de cemento a utilizar en la estabilización se presenta en la tabla 4.13: Tabla 4.13 Cantidad de cemento requerido para la estabilización de suelos Tipo de suelo GW ,GP-SM SW, GP-SM GC, SC CL-ML CH-MH

Cantidad (%) 3-5 5-8 5-9 7-12 8-16

En las normas del INVIAS se representan las especificaciones técnicas construcción (ARTICULO 341) para las bases estabilizadas con cemento. El material por estabilizar con cemento podrá provenir de la escarificación de la capa superficial existente o ser un suelo natural proveniente de excavaciones o zonas de préstamo, agregados locales de baja calidad, escorias o mezclas de cualesquiera de ello, libres de materia orgánica u otra sustancia que pueda perjudicar el correcto fraguado del cemento. El material por estabilizar no podrá contener más del cincuenta por ciento (50%), en peso, de partículas retenidas en

MEDIDAS DE PROTECCION DE LOS SUELOS

el tamiz de 4.75 mm (No.4); ni más de cincuenta por ciento (50%), en peso, de partículas que pasen el tamiz de 75 m (No.200). Además, el tamaño máximo no podrá ser mayor de setenta y cinco milímetros (75 mm), ni superior a la mitad (1/2) del espesor de la capa compactada. La fracción inferior al tamiz de 425 m (No.40), deberá presentar un límite líquido inferior a treinta y cinco (35) y un índice plástico menor de quince (15), determinados según normas de ensayo INV E-125 y E-126. El cemento para estabilización será del tipo Portland, el cual deberá cumplir lo especificado en las normas ICONTEC 121 y 321. El agua deberá ser limpia y estará libre de materia orgánica, álcalis y otras sustancias deletéreas. Su pH, medido según norma ASTM D-1293, deberá estar comprendido entre cinco y medio y ocho (5.5 - 8.0) y el contenido de sulfatos, expresado como SO4= y determinado según norma ASTM D-516, no podrá ser superior a un gramo por litro (1 g/l).

algunas ocasiones, silicatos de magnesio, hierro u otros metales también hidratados. Estos minerales tienen, casi siempre, una estructura cristalina definida, cuyos átomos se disponen en láminas. Existen dos variedades de tales láminas: la silícica y la alumínica. La cal reacciona con estos minerales produciendo silicato de calcio y aluminato de calcio que son compuestos que permiten una mayor manejabilidad y resistencia. Ca(OH)2 + SiO2 …

Silicato de calcio

Ca(OH)2 + AL2O3 ……

Aluminato de calcio

El tratamiento con cal también disminuye el límite líquido el índice de plasticidad y reduce el cambio volumétrico. Con frecuencia se utiliza la estabilización como tratamiento a corto plazo para mejorar las condiciones del terreno para que sea capaz de soportar las cargas originadas por la maquinaría durante la construcción. La cantidad de cal que se utiliza para la estabilización oscila entre el 2 % y el 4% del peso del suelo seco.

4.4.4.1.3 Básicamente, el equipo estará constituido por una máquina estabilizadora, elementos para la compactación, motoniveladora, carrotanques para aplicar agua y el material de curado de la capa compactada, elementos de transporte; así como herramientas menores.

4.4.4.1.2

Estabilización con cal

La estabilización con cal por lo general se realiza utilizando cal hidratada (hidróxido de calcio, Ca(OH)2) y en menor grado con cal viva (óxido de calcio CaO). Las arcillas están constituidas principalmente por silicatos de aluminio hidratado, presentando además, en

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Estabilización con material bituminoso

La estabilización con material bituminoso se utiliza principalmente en suelos granulares para formar en el una estructura cohesiva e impermeable. También se usa con relativo éxito en suelos arcillosos, en su mayor parte para impermeabilizarlo y de este modo evitar que pierda resistencia por efecto de un aumento en el contenido de humedad. Este efecto se obtiene por una parte debido a la formación de una película delgada alrededor de las partículas que las une impidiendo que absorban agua y por otra parte por el simple bloqueo de los poros que también contribuye a impedir la entrada del agua.

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MANEJO AMBIENTAL DEL RECURSO SUELO

El costo del material bituminoso con respecto a la cal y el cemento hacen que este tratamiento sea el menos atractivo. Para el mejoramiento de vías sin pavimentar se utiliza en suelos con menos del 50% de finos y con un Límite Líquido menor de 40%. El porcentaje de asfalto varia ente el 2 y el 5% del volumen del suelo seco y se puede determinar mediante la siguiente formula. P(%)= 0.75(0.05a+0.10b+0.5c) Donde a= % retenido en el tamiz No.10 b= % retenido entre el tamiz No.10 y el No.200. c= % retenido en el tamiz No.200. En las normas del INVIAS representan las especificaciones técnicas construcción (ARTICULO 340) para las bases estabilizadas con emulsión asfáltica. Los materiales por estabilizar podrán ser agregados pétreos o suelos naturales o una mezcla de ambos y deberán estar exentos de materia orgánica o cualquier otra sustancia perjudicial. Podrán emplearse suelos de grano fino que sean pulverizables o disgregables económicamente, que se encuentren exentos de cantidades perjudiciales de materia orgánica, arcilla plástica, materiales micáceos y cualquier otra sustancia objetable. El suelo sin estabilizar deberá presentar un C.B.R. (norma de ensayo INV E-148) mínimo de quince (15) al cien por ciento (100%) de la densidad máxima del ensayo proctor modificado (INV E-142). El material bituminoso será una emulsión asfáltica catiónica de rotura lenta, que corresponda a los tipos CRL-1 o CRL-1h. El agua que se requiera para la estabilización deberá ser limpia y libre de materia orgánica, álcalis y otras sustancias perjudiciales. Su pH, medido de acuerdo

con norma de ensayo ASTM D-1293, deberá estar entre cinco y medio y ocho (5.5 y 8.0) y el contenido de sulfatos, expresado como SO4= y determinado según norma ASTM D-516, no podrá ser mayor de un gramo por litro (1g/l). En caso de que la construcción se vaya a realizar mediante el procedimiento de mezcla en vía en varias pasadas utilizando el suelo existente, éste deberá escarificarse en todo el ancho de la capa que se va a mezclar, hasta una profundidad suficiente para que, una vez compactada, la capa estabilizada alcance el espesor señalado en los planos o indicado por el Interventor. Esta operación deberá efectuarse cuando menos dos (2) días antes del proceso de pulverización del material por estabilizar. Si se contempla la adición de un suelo de aporte para mejorar el existente, ambos se deberán mezclar uniformemente antes de iniciar la aplicación del ligante.

4.4.4.1.4

Estabilización con cenizas pulverizadas

Las cenizas pulverizadas son producto de la combustión del carbón y se obtiene en su mayor parte en las plantas térmicas generadoras de electricidad. La ceniza es un material que contiene partículas muy finas compuestas principalmente por sílice, alúmina, diferentes óxidos y álcalis, los cuales reaccionan con la cal hidratada para formar compuestos cementantes. Por consiguiente, algunas veces se utilizan mezclas de cenizas y cal para propósitos de estabilización y, en algunos casos, cuando se realizan estabilizaciones con cemento, es posible utilizar cenizas para reemplazar parte del cemento....