INSTITUTO SUPERIOR POLITÉCNICO “JOSÉ ANTONIO ECHEVERRÍA”

ISPJAE FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO DE INGENERÍA CIVIL.

Trabajo de Diploma “Estabilización de un suelo de la Formación Vía Blanca con Sistema Rocamix y Sistema Rocamix-Vinaza para subrasante”.

Autor: Nguyen Vu Lam. Tutores: Msc. Lic. Predro Morales Quevedo. Msc. Ing. Juan M. Junco.

Ciudad de La Habana Junio de 2011

Dedicatoria

A mi abuela, por ser una de las personas que más quiero y que ya no está presente, por haberme servido de guía. A mis padres y mi hermano por brindarme su apoyo incondicional.

Agradecimientos

A mis padres y mi hermano que a pesar de estar lejos han sido mi apoyo durante toda mi vida estudiantil y por estar ahí cuando los necesito, gracias a ellos he podido llegar hasta aquí. A mi novia por su paciencia, su apoyo y dedicación durante todo el tiempo que ha pasado a mi lado. A mi suegra por apoyarme y ayudarme. A mi familia en Cuba, Michi y Ivancito por haberme acogido como a un hijo y haberme brindado su cariño. A mi tutores Pedro Morales Quevedo y Juan M. Junco por dedicarme parte de su tiempo y estar pendiente de todo para que saliera bien. Al profesor Rolando, Jenny, Yoermes, Joaquín y Carlos de Facultad de Ingeniería Civil, también al Julio del laboratorio ENIA de Mincons por la ayuda prestada. A Tung por ser mi mano derecha en estos 5 años. A Candy y Fernando por la maravillosa experiencia de trabajar juntos. A mis amigos por ser las personas con las que pasé momentos que no olvidaré.

Resumen. Resumen.

El presente Trabajo de Diploma responde a un Proyecto de Investigación , que persigue el objetivo de demostrar las ventajas técnico económicas de la aplicación del sistema Rocamix y la Vinaza en suelo arcilloso, que se obtienen en los Trabajos Viales , cuando un Ingeniero se enfrenta a suelos desfavorables por sus propiedades ingenieriles a partir de estabilizar químicamente los mismos. El Sistema de Estabilización Química escogido es el Sistema Rocamix y el suelo sobre el cual aplicaremos la tecnología es un suelo arcilloso. Aplicaremos los ensayos en laboratorio; la granulometría, límites consistencias, el peso específico, compactación con la energía de Proctor Modificado y Proctor Estándar, prueba de Triaxial, el valor de soporte (C.B.R), también vean el comportamiento del suelo en el ensayo a ascensión capilar y se demuestra el aumento significativo de la capacidad portante y una mejora sustancial en sus propiedades físicas e ingenieriles. A su vez se realiza una aplicación adicional al sistema Rocamix de un producto conocido como Vinaza de caña, un subproducto de la melaza, con el objetivo de demostrar la factibilidad de su aplicación con el objetivo de mejorar la plasticidad del suelo, conservando la capacidad portante obtenida.

Summary.

Diploma Work this responds to a research project that aims to demonstrate the technical and economic advantages of implementing the system Rocamix and Vinasse in clay soil, obtained in road work, when a soil engineer faces unfavorable from their engineering properties of chemically stabilize them. Chemical Stabilization System is the system chosen Rocamix and soil on which we will apply the technology is a clay soil. Apply laboratory testing, grading, consistency limits, specific gravity, compaction energy of Modified and Standard Proctor, Triaxial test, the value of support (CBR), also see the behavior of soil in the trial ascent hair and shows the significant increase of load capacity and a substantial improvement in their physical properties and engineering. At the same time an application is made Rocamix additional system of a product known as cane Vinasse, a byproduct of molasses, with the aim of demonstrating the feasibility of its implementation with the aim of improving the plasticity of the soil, keeping the bearing capacity obtained.

Índice. Índice Contenido

Página

Resumen. ................................................................................................................................ 4 Índice ....................................................................................................................................... 5 Introducción. ........................................................................................................................... 7 Capitulo 1. El mejoramiento de los suelos y subrasante. .................................................. 10 1.1 Introducción. ............................................................................................................................. 10 1.2 Principales propiedades de los suelos....................................................................................... 10 1.2.1 Permeabilidad .................................................................................................................... 11 1.2.2 Compresibilidad................................................................................................................... 11 1.2.3 Estabilidad volumétrica ........................................................................................................ 12 1.2.4 Resistencia mecánica. ......................................................................................................... 12 1.3 Estabilización de Suelos. .......................................................................................................... 12 1.3.1 Estabilización Física. .......................................................................................................... 13 1.3.2 Estabilización Química. ...................................................................................................... 15 1.3.3 Estabilización Mecánica. ................................................................................................... 25 1.4 Requisitos del mejoramiento de suelos. .................................................................................... 29 1.5 Funciones del mejoramiento de suelos. .................................................................................... 29 1.6 Estabilización del suelo con el Sistema Rocamix....................................................................... 29 1.6.1 Los efectos técnicos del sistema......................................................................................... 30 1.7 Estabilización del suelo con la Vinaza. ...................................................................................... 31 1.8 Requisitos de calidad del material para la capa subrasante. ...................................................... 31 Capitulo 2. Propiedades físicas y mecánicas de un suelo de la formación Vía Blanca. ... 33 2.1 Generalidades. ......................................................................................................................... 33 2.2 Ensayo granulometría. .............................................................................................................. 33 2.2.1 Análisis por cribado. ........................................................................................................... 33 2.2.2 Análisis hidrométrico. ......................................................................................................... 35 2.2.3 El grafico de la curva granulometría. ................................................................................... 36 2.3 Limites de consistencia. ............................................................................................................ 37 2.4 Clasificación del suelo de la Formación Vía Blanca. .................................................................. 38 2.5 Peso específico. ....................................................................................................................... 39 2.6 Compactación del suelo. ............................................................................................................ 40 2.6.1 Ensayo Proctor Modificada. ................................................................................................ 41 2.6.2 Ensayo Mini Proctor. .......................................................................................................... 44 2.7 Ensayo de CBR (California Bearing Ratio). ............................................................................... 47 2.8 Prueba Triaxial Rápido.............................................................................................................. 49 2.9 Ascensión capilar...................................................................................................................... 51

Índice. 2.10 Conclusiones parciales. .......................................................................................................... 53 Capitulo 3. Estabilización de suelo con el sistema Rocamix y el sistema Rocamix-Vinaza. Comparaciones de los resultados........................................................................................ 54 3.1 Introducción. ............................................................................................................................. 54 3.2 Preparación y dosificación de las muestras. .............................................................................. 54 3.2.1 Preparación y resultados del suelo estabilizado en laboratorio para realizar el ensayo Proctor Modificado. .................................................................................................................................. 55 3.2.2 Preparación y resultados del suelo estabilizado en laboratorio para realizar el ensayo de los Límites Consistencias. ................................................................................................................. 57 3.3 Preparación y resultados del suelo para la realización del ensayo C.B.R en laboratorio con dos sistemas propuestas. ....................................................................................................................... 58 3.4 Preparación y resultados del suelo para la realización del ensayo Triaxial Rápido en laboratorio con dos sistemas propuestas. .......................................................................................................... 60 3.5 Preparación y resultados del suelo para la realización del ensayo Ascensión capilar en laboratorio con dos sistemas propuestas. ........................................................................................ 64 3.6 Conclusiones parciales. ............................................................................................................. 66 Conclusiones. ....................................................................................................................... 68 Recomendaciones. ............................................................................................................... 70 Bibliografía y Referencias. ................................................................................................... 71 Anexos................................................................................................................................... 73 Anexo 1. Ensayo de granulometría ................................................................................................. 74 Anexo 2. Ensayo del Hidrómetro..................................................................................................... 80 Anexo 3. Límites consistencias ....................................................................................................... 84 Anexo 4. Peso específico ............................................................................................................... 93 Anexo 5. Ensayo de Compactación Proctor. ................................................................................... 94 5.1. Proctor Modificado ................................................................................................................ 97 5.1. Mini Proctor ......................................................................................................................... 106 Anexo 6. Prueba Triaxial Rápido................................................................................................... 109 Anexo 7. El índice CBR ................................................................................................................ 129 Anexo 8. Ascensión capilar. .......................................................................................................... 139

Capítulo 1: El mejoramiento de los suelos.

Introducción. En Cuba hoy día existen muchos problemas en la construcción de carreteras y autopistas, una parte importante de ellas es la capa subrasante, dicha capa es la que soporta la carga de toda la parte superior de la vía. Partiendo entonces de esta problemática es que se plantea la siguiente interrogante: “¿Puede el suelo natural de subrasante resistir las cargas sometidas?”. Entre las soluciones que se proponen a este problema se encuentra, sustituir el suelo natural por otro mejor o estabilizar el suelo inadecuado. Desafortunadamente el suelo adecuado está limitado por varias razones; costo de material y de transporte, la contaminación del medio ambiente, agotado de cantidad también como de calidad en la cantera. Entonces queda la opción de utilizar un método de estabilización del suelo. En la búsqueda de soluciones a esta problemática los investigadores de las ciencias de la construcción han trabajado en lo que hoy se conoce como sistemas de estabilizaciones que han resultado en soluciones muy ventajosas desde el punto de vista económico y técnico, uno de los cuales es el que hoy se emplea y se conoce como Sistema Rocamix. El sistema Rocamix ha sido empleado en varias obras a nivel mundial y su resultado siempre ha sido positivo en la mejora de varios suelos inadecuados, mejorando las propiedades de los suelos tanto físicas como mecánicas. Así se reduce el costo y tiempo de la obra, y logra un mejor resultado económico y mejor calidad. Es entonces que este trabajo se desarrolla sobre la base de estabilizar químicamente la “Formación Vía Blanca”, que es un suelo arcilloso. Para este fin se aplicará la técnica de mejoramiento con el sistema Rocamix y la Vinaza, determinando los parámetros del suelo sin estabilizar y estabilizado. Situación problémica. El suelo estudiado de la Formación Vía Blanca es un suelo del

tipo arcilloso que presentan las

propiedades mecánicas inadecuadas para el uso de subrasante. El Sistema Rocamix es un producto químico con Cemento que según su fabricante mejora el valor de soporte del suelo y aumenta la impermeabilidad del mismo. Además, se propone la posibilidad del uso de la Vinaza como un estabilizador químico de suelo junto con Sistema Rocamix. Problema científico. 

¿Al estabilizar un suelo arcilloso de la Formación Vía Blanca con el Sistema Rocamix mejora las propiedades mecánicas del suelo?



¿Al estabilizar un suelo arcilloso de la Formación Vía Blanca con el Sistema Rocamix-Vinaza mejora las propiedades mecánicas del suelo?

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Capítulo 1: El mejoramiento de los suelos.

Objetivos generales. 

Demostrar que con la aplicación del Sistema Rocamix se logra utilizar el suelo arcilloso de la Formación de Vía Blanca como subrasante según la Norma Cubana de Carreteras.



Demostrar que la adición de Vinaza al Sistema Rocamix mejorara las propiedades mecánicas del suelo arcilloso de la Formación Vía Blanca.

Objetivos específicos. 1. Comparar los valores de C.B.R de suelo natural con el suelo estabilizado con el Sistema Rocamix. 2. Comparar los valores de C.B.R de suelo natural con el suelo estabilizado con el Sistema Rocamix y la Vinaza. 3. Comparar los valores de esfuerzo a cortante a través de la prueba de Triaxial de suelo natural con el suelo estabilizado con el Sistema Rocamix. 4.

Comparar los valores de esfuerzo a cortante a través de la prueba de Triaxial de suelo natural con el suelo estabilizado con el Sistema Rocamix y la Vinaza.

5. Comparar la ascensión capilar de suelo natural con el suelo estabilizado con el Sistema Rocamix. 6. Comparar la ascensión capilar de suelo natural con el suelo estabilizado con el Sistema Rocamix y la Vinaza. 7. Comparar los resultados de suelo estabilizado con el Sistema Rocamix y suelo estabilizado con Sistema Rocamix más la Vinaza. Hipótesis. 

El uso del agente estabilizante Sistema Rocamix mejora la propiedad mecánica de resistencia y la ascensión capilar, logra un mejor comportamiento del suelo frente a diferentes condiciones, tanto climáticas como de carga a las cuales estará sometido.



La aplicación de la Vinaza junto con el Sistema Rocamix mejora la propiedad mecánica de resistencia y la ascensión capilar.

Campo de investigación El objeto de estudio es la estabilización de la Formación Vía Blanca, un suelo arcilloso obtenido en la Calzada de Buenos Aires y Consejero Arango, en el municipio Cerro de Ciudad Habana. Tareas a realizar. 

Investigación sobre la estabilización de suelos.



Ensayos de Granulometría.



Ensayo de los límites de consistencia.



Clasificación del suelo.



Determinación del peso específico.

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Capítulo 1: El mejoramiento de los suelos. 

Ensayo Proctor Estándar.



Ensayo Proctor Modificado.



Prueba de Triaxial.



Ensayo CBR.



Ascensión capilar.



Comparación de los resultados antes y después de aplicado el aditivo.

Impacto económico y social del trabajo El sistema Rocamix permite una mejora de los valores de sustentación de cualquier tipo de suelo entre 3 y 5 veces, en un 50% de los casos. Provoca un aumento del ahorro y productividad de los recursos (humanos, materiales, energéticos, financieros y del tiempo). También se debe tener en cuenta que por la durabilidad de la obra se reducen costos de mantenimiento. Utilizar la Vinaza en la estabilización junto al Sistema Rocamix permite disminuir los volúmenes almacenados en la industria. Reduce factor contamínate a medio ambiente. Métodos y técnicas: Se realizan los ensayos del laboratorio que indican las normas cubanas, los cuales determinan las características y los comportamientos del suelo. Estructura de la tesis: La tesis está conformada por 3 capítulos y 8 anexos, encontrándose organizada por la siguiente estructura:  Introducción. Diseño metodológico.  Capítulo 1: El mejoramiento de los suelos y subrasante.  Capítulo 2: Propiedades físicas y mecánicas de un suelo de la Formación Vía Blanca.  Capítulo 3: Estabilización del suelo de la Formación Vía Blanca con el sistema Rocamix y el sistema Rocamix-Vinaza. Comparaciones de los resultados.  Conclusiones y Recomendaciones.  Referencias Bibliográficas y Bibliografía.  Anexos.

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Capítulo 1: El mejoramiento de los suelos.

Capitulo 1. El mejoramiento de los suelos y subrasante. 1.1 Introducción. Todas las obras de ingeniería civil se apoyan sobre el suelo de una u otra forma, y muchas de ellas, además, utilizan la tierra como elemento de construcción para terraplenes, diques

y rellenos en

general; por lo que, en consecuencia, su estabilidad y comportamiento funcional y estético estarán determinados, entre otros factores, por el desempeño del material de asiento situado dentro de las profundidades de influencia de los esfuerzos que se generan, o por el del suelo utilizado para conformar los rellenos. Si se sobrepasan los límites de la capacidad resistente del suelo o si, aún sin llegar a ellos, las deformaciones son considerables, se pueden producir esfuerzos secundarios en los miembros estructurales, quizás no tomados en consideración en el diseño, productores a su vez de deformaciones importantes, fisuras, grietas, alabeo o desplomos que pueden producir, en casos extremos, el colapso de la obra o su inutilización y abandono. En consecuencia, las condiciones del suelo como elemento de sustentación y construcción y las del cimiento como dispositivo de transición entre aquel y la subestructura, han de ser siempre observadas, aunque esto se haga en proyectos pequeños fundados sobre suelos normales a la vista de datos estadísticos y experiencias locales, y en proyectos de mediana a gran importancia o en suelos dudosos, infaliblemente, a través de una correcta investigación de mecánica de suelos.

1.2 Principales propiedades de los suelos Algunas de las principales propiedades que se estudian con el mejoramiento del suelo son: a) Permeabilidad b) Compresibilidad c) Estabilidad volumétrica d) Resistencia mecánica Estas propiedades está muy relacionadas entre sí, por eso a la hora de aplicar algún tratamiento es posible que mejoren de forma simultánea algunas de ellas, pero también puede ocurrir que el mejoramiento de una propiedad signifique el deterioro de otra; por eso el tratamiento que se escoja debe pretender solucionar la mayoría de estas propiedades y que afecte en menor grado a las otras.

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Capítulo 1: El mejoramiento de los suelos.

1.2.1 Permeabilidad Los poros de los suelos no son cavidades aisladas en las cuales se pueda depositar el agua como si fueran cisternas, sino conductos pequeños e irregulares que están intercomunicados y por los cuales puede fluir el agua de la misma manera que lo hace en otros conductos. En los suelos la permeabilidad se plantea, de forma general, como la relación que existe entre la disipación de las presiones de los poros y el flujo del agua a través del suelo. Las presiones de poro de forma excesiva pueden originar deslizamientos en terracerías y el flujo de agua puede ocasionar sifonamientos y arrastres. En la naturaleza existen dos tipos de flujos, el turbulento y el laminar, el primero se caracteriza por realizarse en conductos de gran diámetro a altas velocidades; mientras que el flujo laminar es característico de los suelos de composición fina debido a que se realiza a bajas velocidades a través de conductos pequeños, exceptuando los suelos compuestos por gravas gruesas. Al compactar un suelo que presenta una humedad muy baja, es decir, que el suelo esté prácticamente seco, el efecto de compactación final no será el deseado; debido a que no hubo una adecuada reorganización de las partículas internas. Mientras, si la humedad de compactación es mayor que la humedad óptima se obtendrán menores permeabilidades en el suelo ya compactado, y este tendrá deformaciones más lentas debido a que las partículas se reorganizan de mejor forma, disminuyendo así los espacios vacíos entre ellas. En los suelos no cohesivos y en la roca partida, la permeabilidad es tan grande que no se puede producir la saturación durante la construcción, a menos que la masa esté inundada. El peso específico límite a que pueda llegarse, está regulado por la geometría de las partículas y por el agrupamiento estructural más favorable, que se llama rellenamiento y que corresponde a la relación de vacíos mínima. La permeabilidad es un factor en la subrasante que deben drenar. Depende de las características del suelo y debe ser controlada por una apropiada selección del material con el que se va a construir. (Ref.1)

1.2.2 Compresibilidad La compresibilidad influye grandemente en las propiedades ingenieriles del suelo, se altera la permeabilidad, se modifican las fuerzas que existen entre las partículas (tanto en sentido como magnitud); y modifica la resistencia del suelo al esfuerzo cortante. Esta propiedad está generalmente relacionada con dos mecanismos, el deterioro de la fase sólida o la presión del agua intersticial. El deterioro de los sólidos es una forma de meteorización acelerada como consecuencia de la colocación del material en un nuevo ambiente. La humedad, por su parte, también constituye un factor importante en ese deterioro físico y químico: los minerales arcillosos adsorben agua, se expansionan y se debilitan sus ligaduras, las sales se ionizan para acelerar la reacción química y las ligaduras cementadas entre las partículas se ablandan. (Ref.2)

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Capítulo 1: El mejoramiento de los suelos.

1.2.3 Estabilidad volumétrica En algunos tipos de suelos, las variaciones de humedad, provocan cambios en la estabilidad volumétrica. Estos cambios se traducen en retracciones y expansiones. La magnitud de la retracción depende del carácter del suelo, del peso específico y la pérdida de humedad después de la construcción; menor será la retracción mientras mayor sea el peso específico y menor el cambio de humedad. La retracción del suelo puede ser un factor en la deformación de los pavimentos y de las estructuras sobre relleno y algunas veces es un serio peligro en la pérdida por filtración en las presas de tierra. La expansión depende de la mineralogía del suelo o de la roca, del peso específico y del aumento de humedad después de terminada la construcción. En general la tendencia de un suelo a expandirse aumenta con el aumento del peso específico. La expansión es extraordinariamente peligrosa porque rompe la forma del relleno dañando los pavimentos y estructuras y también porque va acompañada de una pérdida de resistencia. Estos cambios, retracción y expansión, no se pueden evitar; pero sí se pueden controlar a través de una adecuada compactación con un grado de humedad requerido o una apropiada selección del material e impidiendo (si es posible) el aumento de humedad. (Ref.2)

1.2.4 Resistencia mecánica. La resistencia es el factor principal del suelo y de la roca que se usan en las presas, altos terraplenes y subrasantes; depende de la naturaleza del material del suelo, la humedad y la relación de vacíos. Al aplicar algún tratamiento se deben estudiar los efectos que éste pueda ocasionar en el suelo, ya que si el suelo permanecerá húmedo en las condiciones de trabajo, entonces la determinación de la resistencia bajo estas circunstancias sería la adecuada; pero si el suelo permanecerá seco, es aconsejable realizar pruebas con cargas repetidas para estudiar algunos efectos como pulverización y disgregación. En los suelos finos tiene una gran importancia la energía de compactación, principalmente cuando se emplean humedades superiores a la óptima, debido a la diferente estructuración que adoptan las arcillas al ser compactadas mediante procedimientos de compactación diferentes. Cuando la calidad del suelo disponible es pobre, es posible, frecuentemente, compensar la deficiencia aumentando su peso específico a través de la compactación y la energía que se gasta en este proceso. (Ref.2)

1.3 Estabilización de Suelos. Cuando se trata de cimentaciones superficiales, ya sea de zapatas, o bien de losas de cimentación para edificación o cuando se trata de construir una estructura para un pavimento, por ejemplo, en muchas ocasiones nos encontramos con que el suelo del sitio, al nivel en que requerimos apoyar nuestra estructura, se encuentra formado por un material de características inadecuadas. Departamento Mecánica del Suelo. Facultad de la Ingeniería Civil. ISPJAE. 2011.

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Capítulo 1: El mejoramiento de los suelos.

En este caso nos referiremos específicamente a un suelo arcilloso, de características plásticas, con riesgo de sufrir cambios volumétricos con los cambios de su humedad, y con una baja capacidad de soporte. Concretamente tenemos un suelo que debemos estabilizar para poder utilizarlo sin problemas. Cuando un suelo presenta resistencia suficiente para no sufrir deformaciones ni desgastes inadmisibles por la acción del uso o de los agentes atmosféricos y conserva además esta condición bajo los efectos climatológicos normales en la localidad, se dice que el suelo es estable. El suelo natural posee a veces la composición granulométrica y la plasticidad así como el grado de humedad necesario para que, una vez apisonado, presente las características mecánicas que lo hacen utilizable como firme de un camino. Los métodos empleados en la antigüedad para utilizar los suelos en la construcción eran empíricos y, como las demás actividades artesanas, se transmitían de generación en generación. Los conocimientos en la actualidad sobre este campo se basan principalmente en estudios sistemáticos con fundamento científico corroborado mediante la experimentación. En general puede decirse que todos los suelos pueden ser estabilizados, pero si la estabilización ha de lograrse por aportaciones de otros suelos o por medios de otros elementos (por ejemplo cemento, cal, cloruro de sodio) el costo de la operación puede resultar demasiado alto si el suelo que se trata de corregir no posee determinadas condiciones. Entre las aplicaciones de un suelo modificado o estabilizado se encuentran la mejora de los suelos granulares susceptibles a las heladas y el tratamiento de los suelos limosos y/o arcillosos para reducir los cambios de volumen. Llamamos estabilización de un suelo al proceso mediante el cual se someten los suelos naturales a cierta manipulación o tratamiento de modo que podamos aprovechar sus mejores cualidades, obteniéndose un firme estable, capaz de soportar los efectos del tránsito y las condiciones de clima más severas. Se dice que es la corrección de una deficiencia para darle una mayor resistencia al terreno o bien, disminuir su plasticidad. Las tres formas de lograrlo son las siguientes (Ref.3): 

Estabilización Física



Estabilización Química



Estabilización Mecánica

1.3.1 Estabilización Física. Este se utiliza para mejorar el suelo produciendo cambios físicos en el mismo. Hay varios métodos como lo son (Ref.3): 

Mezclas de Suelos

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Capítulo 1: El mejoramiento de los suelos. 

Geotextiles



Vibro flotación (Mecánica de Suelos)



Consolidación Previa

1.3.1.1 Mezclas de Suelos. Este tipo de estabilización es de amplio uso pero por si sola no logra producir los efectos deseados, necesitándose siempre de por lo menos la compactación como complemento. Por ejemplo, los suelos de grano grueso como las grava-arenas tienen una alta fricción 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 cohesión sus partículas se mueven libremente y con el paso de los vehículos se pueden separar e incluso salirse del camino. Las arcillas, por lo contrario, tienen una gran cohesión y muy poca fricción 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 fricción interna de uno y la cohesión del otro para que las partículas se mantengan unidas. (Ref.3)

1.3.1.2 Geotextiles. Los geotextiles son membranas sintéticas permeables o impermeables, resistentes a la tensión y al punzonamiento que sirven como elemento de separación, refuerzo, filtración y drenaje en las construcciones. Los geotextiles constituyen un componente fundamental en los proyectos de ingeniería en la actualidad, pero su costo en el mercado internacional es alto. Es por ello que en nuestro país se utiliza solamente con fines experimentales. A pesar de que la estabilización incluye de forma general la compactación, drenaje y protección contra la erosión e infiltración de la humedad en un suelo, este término se ha ido restringiendo a un solo aspecto: la modificación del propio suelo. (Ref.4)

1.3.1.3 Vibroflotación (Mecánica de Suelos). Respecto a la mejora de la resistencia

y por ende de la capacidad de carga del suelo,

los

procedimientos que se utilizan pretenden generalmente, aumentar las densidades de los suelos, por lo que las técnicas utilizadas pueden ser de compactación, vibroflotación, precarga, utilización de diferentes suelos o la mezcla de ellos, la adición de aditivos, etc. El método de vibroflotación consiste en introducir un dispositivo en el perfil del suelo, una vez dentro, el aparato vibra e inyecta agua simultáneamente. Esto ocasiona el reacomodamiento de las partículas de suelo, aumentando así la densidad. Es un método de mejoramiento para suelos granulares, fundamentalmente, gravas o arenas con un pequeño porcentaje de finos. (Ref.3)

1.3.1.4 Consolidación Previa. Se denomina consolidación de un suelo a un proceso de reducción de volumen de los suelos finos cohesivos (arcillas y limos plásticos), provocado por la actuación de solicitaciones (cargas) sobre su masa y que ocurre en el transcurso de un tiempo generalmente largo. Producen asientos, es decir,

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Capítulo 1: El mejoramiento de los suelos.

hundimientos verticales, en las construcciones que pueden llegar a romper si se producen con gran amplitud. Al observar los depósitos de material muy suaves situados en el fondo de una masa de agua, por ejemplo un lago, se nota que el suelo reduce su volumen conforme pasa el tiempo y aumentan las cargas sobre el suelo, se les llama proceso de consolidación. Frecuentemente ocurre que durante el proceso de consolidación permanece esencialmente igual la posición relativa de las partículas sólidas sobre un mismo plano horizontal. Así, el movimiento de las partículas de suelo puede ocurrir sólo en la dirección vertical, proceso denominado consolidación unidimensional. La consolidación de un suelo es un proceso lento, puede durar meses y hasta años. Es un proceso asintótico, es decir, que al comienzo es más veloz, y se va haciendo cada vez más lento, hasta que el suelo llega a una nueva situación de equilibro en la que ya no se mueve. El no tomar en cuenta este posible movimiento del suelo al proyectar una estructura sobre él puede llevar a consecuencias catastróficas tales como la inclinación, fisuración e incluso el colapso de la misma. En muchos casos es necesario pre-consolidar el suelo antes de proceder a la construcción de una obra importante, como puede ser, por ejemplo, un edificio o una carretera. La preconsolidación se hace el terreno con un peso semejante o mayor que el que deberá soportar una vez construida la obra, para esto se deposita en la zona interesada una cantidad de tierra con el peso equivalente de la obra. (Ref.3)

1.3.2 Estabilización Química. Se refiere principalmente a la utilización de ciertas sustancias químicas patentizadas y cuyo uso involucra la sustitución de iones metálicos y cambios en la constitución de los suelos involucrados en el proceso. (Ref.3) 

Cal: disminuye la plasticidad de los suelos arcillosos y es muy económica.



Cemento Portland: aumenta la resistencia de los suelos y se usa principalmente para arenas o gravas finas.



Productos Asfálticos: es una emulsión muy usada para material triturado sin cohesión.



Cloruro de Calcio: impermeabilizan y disminuyen los polvos en el suelo, principalmente para arcillas y limos.



Escorias de Fundición: este se utiliza comúnmente en carpetas asfálticas para darle mayor resistencia, impermeabilizarla y prolongar su vida útil.



Polímeros: este se utiliza comúnmente en carpetas asfálticas para darle mayor resistencia, impermeabilizarla y prolongar su vida útil.



Hule de Neumáticos: este se utiliza comúnmente en carpetas asfálticas para darle mayor resistencia, impermeabilizarla y prolongar su vida útil.

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Capítulo 1: El mejoramiento de los suelos.

1.3.2.1 Estabilización con Cal. La cal hidratada es el agente estabilizador que se ha usado más profusamente a través de la historia, pero solo recientemente se han hecho estudios científicos relacionados a su empleo como estabilizador de suelos y se han cuantificados sus magníficos resultados. Cuando tenemos arcillas muy plásticas podemos disminuir dicha plasticidad y consecuentemente los cambios volumétricos de la misma asociados a la variación en los contenidos de humedad con el solo hecho de agregarle una pequeña proporción de cal. Este es un método económico para disminuir la plasticidad de los suelos y darle un aumento en la resistencia. Los porcentajes por agregar varían del 2 al 6% con respecto al suelo seco del material para estabilizar, con estos porcentajes se consigue estabilizar la actividad de las arcillas obteniéndose un descenso en el índice plástico y un aumento en la resistencia. Es recomendable no usar más del 6% ya que con esto se aumenta la resistencia pero también tenemos un incremento en la plasticidad. Los estudios que se deben realizar a suelos estabilizados con cal son: límites de Atterberg, granulometría, valor cementante, equivalente de arena, VRS, compresión. Se ha determinado que al mezclar la arcilla con cal apagada los iones de calcio sustituyen algunos iones metálicos presentes en la película de agua que rodea a la partícula de arcilla y que son responsables de los cambios volumétricos, además, si el suelo tratado contiene suficiente sílice y alúmina estos pueden reaccionar formando silicatos de calcio y alúmina. Estos silicatos tienen un gran poder cementante, lo que implica que al agregar cal también se logra aumentar la resistencia del suelo. Como especificamos anteriormente, la dosificación dependerá del tipo de arcilla, se agregará de 1% al 6% de cal por peso seco. Este porcentaje debe determinarse en el laboratorio, pero lo más común en la mayoría de los casos se requiere de un porcentaje cerca del 3%. Procedimiento Constructivo: La capa inferior a la que se va a estabilizar, deberá estar totalmente terminada, el mezclado puede realizarse en una planta adecuada o en campo, obteniéndose mejores resultados en el primer caso, la cual puede agregarse en forma de lechada, a granel o en sacada. Si se agrega en forma de lechada, ésta se disuelve en el agua de compactación, la que se incrementa en un 5%. Cuando se efectúa el mezclado en el campo, el material que se va a mejorar deberá estar disgregado y acamellonado, se abre una parte y se le agrega el estabilizador distribuyéndolo en el suelo para después hacer un mezclado en seco, se recomienda agregar una ligera cantidad de agua para evitar los polvos. Después 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 después aplicarle un curado final, el cual consiste en mantener la superficie húmeda por medio de un ligero rocío. Se recomienda no estabilizar cuando amenace lluvia o cuando la temperatura ambiente sea menor a 5 ° C, además se

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Capítulo 1: El mejoramiento de los suelos.

recomienda que la superficie mejorada se abra al tránsito vehicular en un tiempo de 24 a 48 horas. (Ref.5)

1.3.2.2 Estabilización con Cemento. El cemento mezclado con el suelo mejora las propiedades de éste desde el punto de vista mecánico. Siendo los suelos por lo general un conjunto de partículas inertes granulares con otras activas de diversos grados de plasticidad, la acción que en ellos produce el cemento es doble. Por una parte actúa como conglomerante de las gravas, arenas y limos desempeñando el mismo papel que en el hormigón. 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 moléculas de ésta interpuestas entre cada dos laminillas de arcilla. El resultado de este proceso es la disminución de la porosidad y de la plasticidad así como un aumento en la resistencia y en la durabilidad. Se pueden utilizar todos los tipos de cementos, pero en general se emplean los de fraguado y endurecimiento normales. En algunos casos, para contrarrestar los efectos de la materia orgánica son recomendables los cementos de alta resistencia y si las temperaturas son bajas se puede recurrir a cementos de fraguado rápido o al cloruro de calcio como aditivo. Este tipo de estabilización es de uso cada vez más frecuente y consiste comúnmente en agregar cemento Portland en proporción de un 7% a un 16% por volumen de mezcla. Al mejorar un material con cemento Pórtland se piensa principalmente en aumentar su resistencia, pero además de esto, también se disminuye la plasticidad, es muy importante para que se logren estos efectos, que el material por mejorar tenga un porcentaje máximo de materia orgánica del 34%. Casi todos los tipos de suelo que encontramos pueden estabilizarse con cemento con excepción de los que contienen altos porcentajes de materia orgánica. Por otra parte, los suelos de arcilla o limo requerirán 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 podrá coronarse con una capa de rodadura de poco espesor (ya sea para tránsito ligero o medio); también podrá servir de apoyo a un pavimento rígido o flexible de alta calidad. Para la utilización del cemento, lo que tiene verdadera importancia es que el suelo no contenga materias que perjudiquen el fraguado o la resistencia. Interesa también para la economía de la obra limitar el porcentaje de cemento necesario y prever el comportamiento de las arcillas. En este orden hay que tomar en cuenta las aptitudes intrínsecas del suelo para la estabilización como son la Granulometría, lo que implica que los suelos a mejorarse no deben contener piedras de tamaño superior a 60mm (es decir, que el porcentaje que pasa por el tamiz #200 sea menor del 50%); y la Departamento Mecánica del Suelo. Facultad de la Ingeniería Civil. ISPJAE. 2011.

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Capítulo 1: El mejoramiento de los suelos.

Plasticidad, lo que determinará la calidad de las arcillas, estableciendo un Límite Líquido menor de 50% (