ESTABILIZACION DE SUELOS

ESTABILIZACION DE SUELOS

DEFINICIONES BÁSICAS

PAVIMENTO

Es un sistema estructural a base de capas que le dan las propiedades y resistencias necesarias para cumplir con las solicitaciones funcionales y estructurales. A nivel de capacidad funcional, debe poseer una calidad aceptable en la carpeta de rodadura, una adecuada fricción superficial, una buena geometría por seguridad, y determinado aspecto estético. A nivel estructural debe soportar las solicitaciones a las que se somete todo el paquete estructural (base, subbase y subrasante), teniendo en cuenta las cargas impuestas por el tránsito y las condiciones ambientales.

Las fallas que presente el pavimento serán el resultado de la interacción de los siguientes factores:

• Mal diseño. El diseño del pavimento debe estar orientado a cumplir los requisitos estructurales y funcionales.

• Mala práctica en la construcción.

• Falta de mantenimiento o mantenimiento inadecuado.

• Tránsito: Influye en magnitud y frecuencia; la frecuencia es importante porque en cada punto del pavimento habrá situaciones de carga y descarga. La principal característica de esta variable es que tiene una naturaleza cíclica o repetitiva.

• Materiales inadecuados; aquellos materiales que no cumplen con las especificaciones técnicas para la construcción de carreteras.

• Condiciones ambientales; como la temperatura ambiente que tiene influencia directa durante la construcción ya que hay que ver la humedad necesaria para la compactación del terreno de fundación; la napa freática, que puede alterar considerablemente la temperatura de equilibrio; el régimen de precipitaciones, que en nuestro medio se presenta en la estación de verano y que puede causar el incremento del nivel freático además de infiltración, pudiendo afectar el funcionamiento de la superficie del pavimento ocasionando desprendimientos, hundimientos, etc.

Un punto importante es la capacidad de drenaje que todas las capas deben tener. Este es un proceso mediante el cual el agua de infiltración superficial o agua de filtración subterránea es removida de los suelos por medios naturales o artificiales. El drenaje es uno de los factores más importantes en el diseño de carreteras, pues el agua tiene efectos altamente perjudiciales en la estructura, adonde ingresa a través de las grietas, juntas, bermas o como agua subterránea por el nivel freático; reduciendo la resistencia de las capas granulares como son la base y subbase y hasta del suelo de subrasante.

El diseño de las capas estructurales, exige que éstas sean hechas para resistir las solicitaciones mencionadas anteriormente con el fin de proporcionar seguridad a bajo costo, logrando una larga vida útil del pavimento.

ESTRUCTURA DE UN PAVIMENTO

SUBRASANTE

Es el suelo de fundación (suelo natural libre de vegetación y compactado) en el que se apoya todo el paquete estructural. Este material puede ser tanto granular como afirmado, empedrados u otras carpetas granulares, seleccionados o cribados, producto de cortes y extracciones de canteras.

Si el terreno de fundación es malo, debe desecharse el material que lo compone, sustituyéndolo por un suelo de mejor calidad; si no es tan malo se le puede colocar una sub-base prescindiendo de ésta última si el material de fundación es bueno o regular. La subrasante tiene una gran influencia en la construcción del pavimento y en la eficiencia del mismo, así las subrasantes inestables presentan problemas relativos a la colocación y compactación de los materiales de la base y subbase y no dan el soporte adecuado para las subsiguientes operaciones de pavimentación, los problemas que se presentan no serán observados sino hasta después de la culminación de la construcción, cuanto la estructura entre en funcionamiento y deba soportar las cargas del tránsito. Los esfuerzos, desplazamientos y agrietamientos son influidas en gran porcentaje por ésta capa, un gran porcentaje de las deflexiones que se producen en la superficie de un pavimento se le puede atribuir a las subrasantes, por este motivo se debe asegurar una buena caracterización de la subrasante.

Entre las propiedades requeridas para estos suelos tenemos:

• Resistencia

• Drenaje

• Fácil compactación

• Conservación de la compactación

• Estabilidad volumétrica

Esta capa está expuesta a las condiciones ambientales por lo que debe cumplir requisitos de calidad indispensables para contrarrestar los efectos que por su condición se pueden originar:

REQUISITOS DE CALIDAD DE MATERIAL PARA CAPA SUBRASANTE

CARACTERISTICA VALOR

Límite líquido, % máximo 35 – 40

Valor soporte de California (CBR), % mínimo 20

Expansión máxima; % 2

Fuente Ministerio de Transportes y Comunicaciones

Se considerará aptos aquellos suelos que presenten un CBR mayor o igual a 6%, de ser los resultados menores a éste se procederá al desecho de dicho material y a su posterior reemplazo si es material propio y/ o en todo caso a su estabilización, pues como demostraremos resulta más económico.

S0: Subrasante muy pobre CBR < 3%

S1: Subrasante pobre CBR = 3% - 5%

S2: Subrasante regular CBR = 6% - 10%

S3: Subrasante buena CBR = 11% - 19%

S4: Subrasante muy buena CBR > 20%

La función principal de ésta capa es soportar las cargas que transmite el pavimento y darle sustentación, se le considera la cimentación del pavimento.

BASE

Tiene una función netamente estructural. Esta capa debe cumplir con distribuir los esfuerzos creados por las cargas de los neumáticos que actúan sobre la superficie de rodadura; debe poseer alta densidad y estabilidad como características principales.

La principal especificación de calidad es la granulometría, pues esta capa debe ser densamente graduada, se debe restringir el porcentaje de finos pues se debe asegurar que permita el drenaje hacia ambos lados de tal manera que se pueda mantener la resistencia; una cantidad por encima de la deseada de finos podrían llenar los vacíos de la base, reduciendo su permeabilidad.

SUBBASE

Esta capa está a mayor profundidad que la capa base y por lo tanto la influencia de las cargas es menor así que su aporte a la resistencia estructural no es tan importante; por tanto la mezcla de materiales no tiene que ser muy densa; sin embargo, se debe considerar que una gradación abierta puede contaminarse con la intrusión de granos finos, los que provienen de la subrasante, arrastrados por capilaridad; esto hace que se reduzca su capacidad de drenaje.

El objetivo principal de la construcción de la subbase es corregir posibles irregularidades o deficiencias que tenga el suelo de fundación para que éstos no afecten a la base como los cambio de volumen de elasticidad y plasticidad.

Además debe de servir de drenaje al pavimento para evitar la infiltración de agua y arrastre de finos; y permitir o transmitir los efectos de la carga de manera uniforme a la subrasante. Con la construcción de esta capa también se controla la ascensión capilar del agua proveniente de las capas freáticas cercanas o de cualquier alguna otra fuente protegiendo el pavimento contra los hinchamientos que se pueden producir por ejemplo en las zonas donde existen heladas (congelamiento del agua capilar), por ello una recomendación es importante: el material de la sub-base debe ser seleccionado y tener mayor capacidad soporte que el terreno de fundación compactado.

A) ESTABILIZACIÓN DE SUELOS

Cuando se presenta un suelo que no reúne las características mecánicas necesarias para trabajar directamente con él, se tendrá tres posibilidades:

• Utilizar el material como de bajo aporte.

• Sustituir el material.

• Modificar sus propiedades (estabilizar).

La estabilización se define como un proceso de mejorar el comportamiento del suelo (propiedades mecánicas) mediante la reducción de sus susceptibilidades a la influencia del agua y a las condiciones del tránsito, cambiando considerablemente las características del mismo, produciendo un aumento en su resistencia y estabilidad a largo plazo; es decir durabilidad. Por ejemplo; para suelos arcillosos de características plásticas que tienden a sufrir cambios volumétricos debido a cambios de humedad y con baja capacidad de soporte el objetivo principal será una reducción en su índice de plasticidad; ya que un IP demasiado alto significará un alto valor de expansión y/o su opuesta contracción, a la vez una baja capacidad para soportar cargas.

Casos que justifican una estabilización:

• Suelo de subrasante desfavorable o muy arenoso o muy arcilloso.

• Materiales para base o subbase en el límite de las especificaciones.

• Condiciones de humedad.

• Cuando se necesite una base de calidad superior, como en una autopista.

• En una repavimentación, utilizando los materiales existentes.

B) TIPOS DE ESTABILIZACIÓN DE SUELOS

En la actualidad se emplean los siguientes métodos:

• Estabilización mecánica (compactación).

• Estabilización por drenaje.

• Estabilización por medios eléctricos.

• Estabilización por calor y calcinación.

• Estabilización química (cemento, cal, asfalto, otros productos).

o ESTABILIZACIÓN MECÁNICA

Se define como un método de mejoramiento de las propiedades de los suelos a partir de

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