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ESTABILIZACION DE SUELOS ESTABILIZACION DE SUELOS El suelo se describe como una mezcla de minerales y materia orgánica que se encuentra en la superficie de la tierra y sirve como soporte a las obras que ha construido el hombre a los largo de la historia de la civilización. Conceptos Fundamentales de...

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ESTABILIZACION DE SUELOS

ESTABILIZACION DE SUELOS El suelo se describe como una mezcla de minerales y materia orgánica que se encuentra en la superficie de la tierra y sirve como soporte a las obras que ha construido el hombre a los largo de la historia de la civilización. Conceptos Fundamentales de la Estabilización. El suelo se deforma bajo la acción de las cargas directas, o a las transmitidas por las capas del firme de alta calidad, si no tiene la debida resistencia; esta debe tener valores que no desciendan en ninguna circunstancia de los que exigen las cargas que ha de soportar. Es sabido que, especialmente en ciertos tipos de suelo, su resistencia varía ampliamente al cambiar la proporción del agua que contiene.

Con la estabilización se pretende, en primer término lograr, que dentro de unas condiciones normales, el agua que el suelo pueda contener solamente varié entre límites muy pequeños El cemento, los productos bituminosos y las diferentes clases de resinas y plásticos que se emplean en la estabilización, limitan la cantidad de agua que el suelo pueda contener , estabilizándolo. Análogamente un suelo excesivamente plástico puede ser económicamente conveniente corregirlo añadiéndole una determinada proporción de material granular, previamente al empleo del producto estabilizador.

La estabilización exige el cumplimiento de un aserie de condiciones comunes, que son las siguientes: 1. El suelo estabilizado deberá tener la resistencia precisa para soportar las cargas a que ha de estar sometido, bien sean transmitidas por las capas superiores del pavimento olas directas del tráfico, edificación,etc cuando constituya la capa de rodadura, esta resistencia mínima habrá de lograrse en las condiciones extremas, de humedad y acción del hielo, que se han de prever, según las características meteorológicas y de drenaje.

2. El cumplimiento de la condición anterior obligará a corregir el suelo natural, bien por la aportación de otros apropiados o por la adición de cemento, betún o diferentes productos químicos. La conveniencia del empleo de uno u otros, es cuestión económica.

Tipos de Estabilización. Existen diversos tipos de estabilización y mejoramientos de suelos, en donde es importante tener conocimiento de conceptos teóricos, prácticos y experimentales sobre características y propiedades de los suelos en especial el comportamiento de los suelos finos, con la finalidad de obtener el método apropiado d estabilización que puede ser mecánica o química, para un tipo de suelo en especial teniendo en cuenta consideraciones climatológicas, regionales, criterios técnicos de resistenciadurabilidad y aspectos económicos.

ESTABILIZACIÓN FÍSICA Este se utiliza para mejorar el suelo produciendo cambios físicos en el mismo. Hay varios métodos como lo son:

Método Granulométrico o de mezclas. Para estabilizar un suelo grueso o fino debemos tener en cuenta la distribución en tamaño de sus partículas, forma, textura, peso volumétrico, fricción interna y cohesión. Los suelos utilizables para la construcción comúnmente son: Suelos que proceden de bancos naturales, como depósitos de arena del mar como arenas uniformes, o depósitos de ríos como gravas, arenas, limos y arcillas. Suelos procesados, Son aquellos procedentes de bancos naturales son indeseables , por lo tanto necesitamos procesarlos de tal manera de mejorar su granulometría, proporcionar una alta densidad, buena distribución de tamaños de partículas, forma, textura para una buena separación de tamaños de partículas y redosificación, con el objetivo de conseguir buenas compacidades y un mejor efecto de consistencia.

Suelos que proceden de bancos de préstamos; Son suelos utilizables y adecuados para construcción de carreteras, se extraen de excavaciones cercanas de la obra vial. Suelos del tipo especial; Son suelos que han sido modificados en sus propiedades físicas, químicas para obtener resultados adecuados y utilizables para carreteras, por ejemplo las escorias de altos hornos, cuando ocurre la fundición del fierro.

Compactación: La compactación de suelos en general es el método más barato de estabilización disponible. La estabilización de suelos consiste en el mejoramiento de las propiedades físicas indeseables del suelo para obtener una estructura, resistencia al corte y relación de vacíos, deseables.

Existen muchos métodos para estabilizar suelos utilizando materia química como cal, mezclas de cal y cenizas, cemento, y compuestos de ácido fosfórico, pero estos métodos usualmente son más costosos y pueden utilizar métodos de compactación adicionalmente a las mezclas. Generalmente el esfuerzo de compactación imparte al suelo: a) Un incremento a la resistencia al corte, pues ella es función de la densidad (las otras variables son estructura, φ y c). b) Un incremento en el potencial de expansión. c) Un incremento en la densidad. d) Una disminución de la contracción. e) Una disminución de la permeabilidad. f) Una disminución en la compresibilidad.

También es importante considerar los efectos colaterales; afortunadamente el problema no es tan grave como aparecería a primera vista, debido al método de estipular o especificar compactación, utilizado más comúnmente -X% de patrón de compactación, o compactación modificada según el método AASHTO. Es, sin embargo, muy importante especificar el tipo de suelo al cuál se aplican los criterios de compactación en un proyecto dado con el fin de eliminar por ejemplo, problemas con el cambio de volumen. Se reconoce hoy en día que la estructura resultante de la masa de suelos (especialmente cuando hay suelos finos existentes) se asocia íntimamente con el proceso de compactación y el contenido de humedad a la cuál se compacto la masa de suelo. Este concepto es importante en extremo para compactar los núcleos de arcilla de represas (por ejemplo), donde asentamientos fuertes podrían causar fracturas de dicho núcleo.

La resistencia óptima de los suelos con estructuras floculadas es mayor a bajas deformaciones que la resistencia de los suelos con estructuras dispersas, es decir, el suelo tiende a la falla frágil.

Es evidente que los criterios de compactación deberían basarse en consideraciones sobre la estructura del suelo, resistencia, permeabilidad, etc., como propiedades de diseño requeridas más que la simple obtención de una curva de compactación en el laboratorio y el requerimiento de que el suelo se compacte a un determinado porcentaje de compactación relativa; sin embargo, muchos -casos especialmente cuando la densidad (y el control de asentamiento) es la única propiedad que se necesita- con esto se obtiene un producto satisfactorio.

La masa de suelo involucrada en el proceso de compactación comienza como un sistema de tres fases: suelo, aire y agua. Durante los primeros ensayos hay una cantidad de aire presente, pero el proceso produce un cambio de estado en el cuál cada vez hay más suelo y agua presentes. Aún en la situación del contenido de humedad óptimo existe una cantidad de aire considerable. En la parte húmeda de la curva, el efecto principal es el de desplazar más y más aire por agua. Si el proceso fuera completamente eficiente, sería posible reemplazar todo el aire de los vacíos con agua para producir un sistema de dos fases (una condición de cero-aire vacíos). Como nunca es posible sacar todo el aire de los vacíos, lo cual resultaría en una condición de S = 100%, cualquier curva de compactación estará siempre por debajo de la curva aire-vacíos.

LOS GEOSINTETICOS Son un grupo de materiales fabricados mediante la transformación industrial de sustancias químicas denominadas “Polímeros”. Que de su forma elemental de polvos o gránulos son convertidos mediante uno o más procesos, en láminas, fibras, perfiles, tejidos, mallas, etc. Se emplea en contacto con el suelo y otros materiales para aplicaciones geotécnicas.

FUNCIONES

1. Hidráulicas  Drenar: Permitir la circulación de un fluido en el plano del geosintético.  Filtrar: Permitir la circulación de un fluido a través del geosintético.  Impermeabilizar: No permitir el paso de un fluido a través del geosintético. 2. Mecánicas  Separar: No permitir la mezcla de distintos tipos de suelo.  Reforzar: Aumentar la resistencia mecánica del terreno.  Proteger: Producir un efecto colchón sobre las láminas de impermeabilización, protegiéndolas contra posibles punzonamientos

PRESENCIA DE LOS GEOSINTÉTICOS EN LAS DISTINTAS RAMAS DE LA INGENIERÍA

Geotecnia Construcción

Hidráulica

aire Ingeniería Civil

Ecología

sólidos

Ingeniería Industrial Ingeniería Química

GEOSINTETICOS

agua aeropuertos puertos

Sistemas de Transporte ferrocarriles

Ingeniería Textil

carreteras

Ingeniería sanitaria Residuos sólidos

Tratamiento de aguas

Potabilización

Agronomía

Conservación de suelos

Manejo de cuencas

CLASIFICACIÓN

La familia de los geosintéticos está compuesta por: •

Geotextiles, No tejido y tejidos

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Geomembranas

•

Georredes

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Geomallas

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Geocompuestos: * Geodrenes, * Geomatrices

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Geomantas

TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES – GEOMEMBRANAS

REVESTIMIENTO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN, ESTABILIZACIÓN DE TERRENOS, CANALES DE CONDUCCIÓN, LAGOS ORNAMENTALES, DEPÓSITOS DE AGUA, PROTECCIÓN CONTRA CORROSIÓN, LIXIVIACIÓN MINERA, RELLENOS SANITARIOS, RESERVORIOS, ACUICULTURA, SELLADO DE RELLENOS, LODOS PETROLEROS, EMBALSES, TANQUES, TÚNELES, ETC.

Planta de tratamiento de aguas residuales

Presas de relaves mineras

Lagos de contención en minería

Botadero minero Volcan - Pasco

Tintaya – Espinar / Cuzco

Reforestando Botaderos mineros

GEOTEXTILES El Geotextil es un material sintético plano formado por fibras poliméricas, similar a una tela y de gran deformabilidad. Los geotextiles como su nombre indica, se asemejan a textiles, telas, que se pueden enrollar, cortar, coser, etc.

• Los geotextiles (textiles con aplicaciones en la tierra o terrenos) fueron uno de los primeros productos textiles usados en la historia de la humanidad. Excavaciones realizadas en antiguos sitios egipcios muestran el uso de esteras hechas de hierba y lino.

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Tejidos No tejidos Tricotados

FUNCIONES:

• Filtración: El geotextil retiene las partículas de grano fino al fluir el agua de la capa de grano fino a la capa de grano grueso.

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Separación: Separa dos capas de suelo de diferentes propiedades físicas (granulometría, plasticidad, consistencia) y así evita la mezcla de materiales.

• Drenaje: El geotextil conduce y evacua líquidos (agua) e incluso gases en su mismo plano. • Refuerzo: Aumenta la capacidad portante (resistencia al corte) del suelo y la estabilidad en la construcción. • Protección: El geotextil protege a membranas y otros productos relacionados contra ataques físicos (perforaciones y desgaste).

• Facilidad de puesta en obra. • Son económicos. • Permite ahorro de tiempos de ejecución. • Posibilita soluciones medioambientales correctas. • Ofrecen muchas variantes y posibilidades de uso.

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Subdrenajes Estabilización de taludes y laderas Protecciones de membranas Repavimentaciones Estabilización de suelos como refuerzos para: •Caminos, Vías férreas, Contrucciones hidráulicas (protección costera), Drenajes verticales, Campos deportivos, Terraplenes, Túneles, Rellenos sanitarios, Gaviones, Muelles, Presas, Diques, Canales.

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Estabilización de taludes y laderas

Carretera Puente Chino – Tingo María - 2006

Fuente: Estabilidad de taludes de la carretera Tingo María – Aguaytía – Nivel PostGrado - UNI

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Estabilización de taludes y laderas

Solución definitiva Las Vegas - 2006

Fuente: Estabilidad de taludes de la carretera Tingo María – Aguaytía – Nivel PostGrado - UNI

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Estabilización de taludes y laderas

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Estabilización de taludes y laderas

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Estabilización de taludes y laderas

Bloques de plásticos

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Repavimentaciones

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Repavimentaciones

Las adiciones químicas son comúnmente muy utilizadas en el mejoramiento de los suelos, y son un factor fundamental en el buen desarrollo y desempeño de los mismo. La principal Función de las adiciones químicas es la estabilización de los suelos y el mejoramiento de sus propiedades geotécnicas, y lograr que este sea apto para el proceso constructivo, esto se consigue mediante la adición de Cal, cemento, asfalto, cloruro de Sodio, permeabilizaste y otros.

Propiedades Geotécnicas que se mejoran: • Estabilidad Volumétrica • Resistencia • Permeabilidad • Compresibilidad • Durabilidad

Propiedades Geotécnicas que se mejoran • Estabilidad Volumétrica Es la expansión y contracción de muchos suelos, originadas por los cambios de humedad, se pueden presentar en forma rápida o acompañando a las variaciones estacionales o con la actividad del ingeniero

Propiedades Geotécnicas que se mejoran Resistencia Aumenta la resistencia al esfuerzo cortante por acción de las cargas que tiene que soportar

Propiedades Geotécnicas que se mejoran Permeabilidad La permeabilidad' es la capacidad que tiene un material de permitirle a un permitirle a un flujo que lo atraviese sin alterar su estructura interna. Se afirma que un material es permeable si deja pasar a través de él una cantidad apreciable de fluido en un tiempo dado

Propiedades Geotécnicas que se mejoran Compresibilidad Es una propiedad de la materia a la cual se debe que todos los cuerpos disminuyan de volumen al someterlos a una presión o compresión determinada manteniendo constantes otros parámetros.

La estabilización del suelo cambia considerablemente las características del mismo, produciendo resistencia y estabilidad a largo plazo, en forma permanente, en particular en lo que concierne a la acción del agua. La cal, sola o en combinación con otros materiales, puede ser utilizada para tratar una gama de tipos de suelos. Las propiedades mineralógicas de los suelos determinarán su grado de reactividad con la cal y la resistencia final que las capas estabilizadas desarrollarán

ESTABILIZACIÓN DE SUELO POR CAL • 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 a 6 por ciento en peso del suelo seco. • Bases: 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 por ciento de cal respecto al peso del suelo seco

ESTABILIZACIÓN DE SUELO POR CAL Tipos de Cal: Cal Viva: La cal es un término que designa todas las formas físicas en las que pueden aparecer el óxido de calcio (CaO) denominados también, cal viva (o generalmente cal) . Este productos se obtienen como resultado de la calcinación de las rocas.

ESTABILIZACIÓN DE SUELO POR CAL Tipos de Cal: Cal Viva Hidratada: Con fórmula Ca(OH)2, se obtiene, de manera natural, por hidratación del óxido de calcio (cal viva) en unos equipos denominados hidratadores.

ESTABILIZACIÓN DE SUELO POR CAL Tipos de Cal: Lechada de Cal: Se Obtiene al hacer el apagado con abundante agua

ETAPAS DE UNA ESTABILIZACION CON CAL 1. ENTREGA a) Cal viva o hidratada seca: La cal viva o la cal hidratada seca, puede ser entregada en bolsas de papel o bien en pipas. Ocasionalmente, la cal viva se entrega en el sitio en camiones de volteo

ETAPAS DE UNA ESTABILIZACION CON CAL 1. ENTREGA b) Lechada de Cal: Puede ser entregada desde una planta de mezcla central o puede producirse en el lugar de trabajo

ETAPAS DE UNA ESTABILIZACION CON CAL

2.-ESTABILIZACION DE SUBRASANTE

a) Escarificación y pulverización inicial: La subrasante puede ser escarificada a la profundidad y ancho especificados y luego pulverizarse parcialmente

ETAPAS DE UNA ESTABILIZACION CON CAL 2. ESTABILIZACION DE SUBRASANTE

b) Aplicación de la Cal: •

Cal Viva: Existen dos formas en que la cal viva seca puede ser aplicada. La primera, los camiones autodescargables o trailers pueden distribuir la cal viva neumática o mecánicamente a la anchura completa del camión.

ETAPAS DE UNA ESTABILIZACION CON CAL 2. ESTABILIZACION DE SUBRASANTE

b) Aplicación de la Cal: • Cal Viva: Otro método para aplicar la cal viva, es por

gravedad, dejándola caer formando un camellón.

ETAPAS DE UNA ESTABILIZACION CON CAL 2. ESTABILIZACION DE SUBRASANTE

b) Aplicación de la Cal: Cal Hidratada Seca: La cal hidratada debe ser uniformemente extendida en el porcentaje especificado desde camiones adecuadamente equipados. Un aplicador aprobado es preferible para la distribución uniforme. No se recomienda descargar la cal en solo “volcán” para realizar posteriormente la extensión con motoniveladora.

ETAPAS DE UNA ESTABILIZACION CON CAL 2. ESTABILIZACION DE SUBRASANTE

b) Aplicación de la Cal: Lechada de cal: En este uso, el suelo generalmente es escarificado y la lechada se aplica con camiones distribuidores. Debido a que la cal en la forma de lechada está menos concentrada que la cal seca, a menudo se requiere dos o más pasadas para proporcionar la cantidad especificada de sólidos de cal

ETAPAS DE UNA ESTABILIZACION CON CAL 2. ESTABILIZACION DE SUBRASANTE

c) Mezcla preliminar y aplicación de agua: Se requiere una mezcla preliminar para distribuir la cal dentro del suelo y para pulverizar inicialmente el suelo para preparar la adición de agua que inicie la reacción química para la estabilización. Esta mezcla puede iniciar con la escarificación. La escarificación puede realizarse aún sin mezcladoras modernas. Durante este proceso o inmediatamente después, el agua deberá agregarse

ETAPAS DE UNA ESTABILIZACION CON CAL 2. ESTABILIZACION DE SUBRASANTE

d) Periodo de Fraguado:La mezcla de suelo y cal debería fraguar suficientemente para permitir la reacción química que cambia las propiedades del material. La duración de este período de fraguado debería basarse en el juicio de ingeniería y depende del tipo de suelo. El período de fraguado, comúnmente, es de 1 a 7 días. Después del fraguado, el suelo deberá ser mezclado, de nuevo, antes de la compactación. Para suelos con Índice de Plasticidad bajos, o cuando el objetivo es el secado o la modificación, por lo general, el fraguado no es necesario.

ETAPAS DE UNA ESTABILIZACION CON CAL 2. ESTABILIZACION DE SUBRASANTE

e) Mezcla Final y pulverización: Para alcanzar la estabilización completa, es esencial una adecuada pulverización final de la fracción arcillosa y la completa distribución de la cal dentro del suelo. La mezcla y la pulverización deberían continuar hasta que el 100 por ciento de material pase el tamiz de 1 pulgada y al menos el 60 por ciento de material pase el tamiz No. 4.

ETAPAS DE UNA ESTABILIZACION CON CAL 2. ESTABILIZACION DE SUBRASANTE

f) Compactación: La mezcla suelo-cal deberá ser compactada a la densidad requerida por la especificación, comúnmente, al menos, al 95 por ciento de la ...