Pavimentos Proyecto de semestre Estabilización de Suelos

Pavimentos

Proyecto de semestre

Estabilización de Suelos

TABLA DE CONTENIDO

1.          Introducción.
2.          Objetivos.
3.           Marco teórico.
4.          Descripción General del Proyecto

1. INTRODUCCIÓN

El presente documento tiene como propósito la exposición del método empleado para la estabilización del suelo sobre el cual descansa la vía seleccionado para el proyecto de semestre de la materia de Pavimentos así como el diseño del pavimento que se propondrá segundo los criterios de  diseño y selección según las propuestas expuestas.

Para esto se seleccionara un método de estabilización del Capítulo 4 de Ingeniería de Pavimentos del Ing Alfonso Montejo Fonseca suponiendo las condiciones en las que se encuentra el suelo y sus propiedades (Estabilidad Volumétrica, Resistencia, Permeabilidad, Compresibilidad, Durabilidad, LL y IP ) y así aplicar el método de estabilización más de acuerdo  a estas condiciones supuestas.

Para el diseño del pavimento se utilizara el método AASHTO y complementando los datos necesarios con los obtenidos durante el semestre en el laboratorio de Pavimentos.

Basados en que los datos son supuestos y no referencias de estudios realizados directamente al suelo (Ya que la vía es existente y no  es aplicable para los objetivos del proyecto el hallazgo de estos datos si no su interpretación.) los resultados encontrados en este ejercicio no son aplicables para realizar una estabilización real en campo.

1. OBJETIVO

• Conocer los diferentes métodos de estabilidad de suelos utilizados en Colombia (convencionales y otros para casos excepcionales) para así seleccionar uno de los métodos en específico y utilizarlo como referencia para la estabilización del suelo sobre el cual va la vía seleccionada para este proyecto  (tramo comprendido en inmediaciones de la Plaza Satélite en la jurisdicción del municipio de Floridablanca).

Para esto se tomara los métodos propuestos por el ingeniero Alfonso Montejo Fonseca en el libro Ingeniería de Pavimentos para Carreteras Tomo 1 Cap 4 (paginas 75-124).

• Diseñar las capas de un pavimento para la via objeto de estudio basándose en tres propuestas que cumplan  con la  resistencia para el numero de ejes equivalentes al periodo de diseño; seleccionando como la mejor propuesta aquella que signifique menos inversión  en las  distintas capas.

1. MARTO TEÓRICO

Los suelos altamente expansivos tienden ser un grave problema para la durabilidad de la vida del pavimento ya que estos influyen en el comportamiento volumétrico del suelo lo cual puede generar diferentes tipos de daños al pavimento, por otro lado los suelos también pueden verse asentados por el trafico al que se ven  expuestos por eso es necesario la estabilización de los suelos para  el controlar en lo máximo posible este comportamiento del suelo.

El propósito de estabilizar suelos suelos es alterar sus propiedades físicas, incrementar su resistencia y su durabilidad con el fin de obtener un material  de fundación satisfactorio.

• Estabilidad Volumétrica: La expansión y contracción de muchos suelos, originadas por los cambios de humedad, se pueden presentar en forma rápida o acompañado a las variaciones  estacionales o con la actividad del ingeniero. Por tanto, si las expansiones que se desarrollan debido a un incremento de humedad no se controlan en alguna forma, estas presiones pueden  ocasionar graves deformaciones y rupturas en el pavimento y en, general en cualquier obra. Es por ello que resulta necesario detectar  los suelos expansivos, su composición y el tratamiento mas adecuado.

• Resistencia: Los métodos de compactación que se utilizan para estabilizar el suelo serán los que jueguen parte importante en la resistencia final de este, se ha encontrado que la humedad de compactación  es un ítem que termina siendo muy influyente en la resistencia final y en la expansión que pueda tener el suelo en el futuro.

• Permeabilidad: No es difícil modificar substancialmente la permeabilidad de formaciones de suelo por métodos ales como la compactación, la inyección etc. En  materiales arcillosos, el uso de defloculantes puede reducir la permeabilidad también significativamente; el uso de floculantes (muchas veces hidróxido de cal o yeso) aumenta la correspondientemente el valor de la permeabilidad.

• Compresibilidad: Los cambios en volumen o compresibilidad, tienen un importante influencia en las propiedades de los suelos, pues se modifica la permeabilidad, se alteran las fuerzas existentes entre las partículas tanto en magnitud como en sentido, lo que tiene una importancia decisiva en la modificación de la resistencia del suelo al esfuerzo cortante y se provocan desplazamientos.

• Durabilidad: Se involucran en este concepto aquellos factores que se refieren a la resistencia al intemperismo, o a la  erosión o a la abrasión del tráfico; de esta manera, los problemas de durabilidad  en las vías terrestres suelen estar muy asociados a suelos situados relativamente cerca de la superficie  de rodamiento.

• Estabilización con Cal: Esta técnica consiste básicamente en perforar huecos en la subrasante y llenarlo con una lechada de cal o una mezcla de cal y arena. Una vez se llenan los huecos la cal emigra o se difunde en el estrato en el estrato de suelo iniciándose las reacciones suelo-cal.
  
  El uso de la cal en la estabilización de suelos sigue el propósito general de esta clase de trabajos, es decir mejorar las características naturales del suelo de modo que aumente su capacidad para resistir los efectos inducidos por el tránsito (Esfuerzo de corte) y los cambios volumétricos en diferentes condiciones de clima.

• Estabilización de suelos con Cemento: Esta técnica inicia desde 1917,  la acción estabilizadora del cemento consta de varias etapas, la primera de las cuales es la acción de la naturaleza fibrosa del silicato de calcio que se forma cuando los granos del cemento entran en contacto con el agua. Debido a esta reacción se forman masas de fibras minúsculas que se traban fuertemente usa con otras y con otros cuerpos. La solución formada por la mezcla cemento y agua reacciona con las partículas del suelo. Por último, si se compacta la mezcla, se produce una reacción de calcio con la sílice y alúmina de amaños coloidales produciéndose complejos compuestos de silicatos y aluminatos que aumentan lentamente la resistencia de la mezcla con el tiempo.

Requerimientos: Suelos con IP menores a 15 y porcentajes pasante del tamiz número 200 no mayores del 25%.

• Estabilización de suelos con asfalto: En suelos no plásticos o arenosos, se trata de que ejerza una acción ligante que unida a la fricción propia del suelo, evite deformaciones de  la capa mejorada bajo la acción de tránsito.
  
  Ó en suelos cohesivos, se busca que el estabilizante aglomere las partículas de arcilla y obture los vacíos, impermeabilizando al suelo y protegiéndolo contra la acción del agua.
  
  Requerimientos: Tamaño max. De partícula menor a 1/3 del espesor de la capa compactada.

Más del 50% del material debe pasar el tamiz 4,76mm y más del 35 el de 0.456 mm.

Entre 10 y 15% debe pasar el tamiz 0.074 mm.

El límite líquido de la fracción fina no puede ser mayor de 40 ni el índice plástico superior a 18.

• Estabilización con ácido fosfórico: La estabilización con este producto, aunque se ha demostrado efectiva, parece lejos de llegar a  imponerse, por cuanto a las cantidades requeridas para mejor los suelos son similares a las de cemento y cal, siendo su costo muchas veces mayos. La ventaja más importante del ácido fosfórico en la contención de suelos, consiste en el rápido desarrollo de la acción cementante, además de que se obtienen densidades mayores  a las correspondientes a los suelos sin tratar, aspecto este en el cual se distingue de los ortos estabilizantes químicos.
• Estabilización con cloruro de sodio: La sal como estabilizante es apropiada en todos los suelos, salvo aquellos que contiene materia orgánica. La sal puede agregarse al suelo seco, en cristales o en forma de salmuera y produce una capa con superficie lisa y uniforme. Aunque no se conoce completamente el mecanismo por medio del cual se produce la estabilización, se cree que se producen reacciones coloidales a través de las cuales el ion sodio del aditivo desplaza los iones naturales de los minerales arcillosos del suelo. Su desventaja es que desaparece con la acción de la lluvia ya que es lavada.
•  Estabilización con soda acústica: Experiencias realizadas en la India, indicaron que el hidróxido de calcio estabilizaba adecuadamente los suelos de tipo lateritico a los cuales hacia fácilmente compactibles. Sin embargo, su costo, sus efectos cáusticos y la carbonatación rápida que sufre al contacto con el aire, son desventajas que hacen que su uso sea demasiado limitado.
• Estabilización electroquímica con aceite sulfonado: El aceite sulfonado es un producto derivado de la fracción naftaleno del petróleo; El aceite sulfonado, por su composición química, tiene un enorme potencial de intercambio iónico. Cuando se colocan pequeñas cantidades del producto en agua activan los iones de ella, ionizándola, la cual intercambia rigurosamente sus cargas eléctricas con partículas del suelo, haciendo que el agua adherida a las partículas rompa su enlace químico y se  desprenda convirtiéndose en agua libre, que drena por gravedad evaporación y compactación.

Tablas guías para una elección correcta del método de estabilización:

Tabla 1:

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Tabla 2:

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Tabla 3

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Método AASHTO para diseño de pavimentos flexibles

Variables de diseño:

• Restricción de tiempo: Refiere al tiempo de diseño para el cual se proyecta el diseño del pavimento.
• El transito: Se basa en el numero de ejes equivalentes de 18 Kips en el carril de diseño (W18).
• Confiabilidad: Se entiende como un proceso de diseño-comportamiento del pavimento siendo que una sección del pavimento se comporte realmente como se espera.

[pic 4]

• Efectos ambientales: El AASHTO considera la temperatura y la humedad como variantes que afectan el comportamiento de un pavimento.
• Serviciabilidad: de un Pavimento, se define como la idoneidad que tiene el mismo para servir a la clase de transito que lo va a utilizar, la mejor manera de evaluar es a través del índice de servicio presente (PSI), teniendo en cuenta que la serviciabilidad final de un pavimento (Pt) depende del tránsito y del índice de servicio final (Po).
•  Modulo resiliente: Esfuerzo repetido axial de desviación de magnitud, duración y frecuencias fijas, aplicado a un espécimen de prueba apropiadamente preparado y acondicionado.
  
  Como es muy difícil de determinar este valor para la base, sub base y sub rasante se han establecido ecuaciones para obtenerlo según una correlación con  CBR.
• Drenaje: Toma como consecuencia el efecto que tiene en la estructura el tiempo de demora que este se toma para drenar el agua en ella, yendo desde Muy pobre (el agua no drena) hasta Excelente (drena en dos horas)

1. DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROYECTO

La selección de la vía ha sido basada en las especificaciones dadas por el docente, longitud mínima, doble sentido vehicular con un carril como mínimo por sentido, con daños visibles en la estructura del pavimento  sin intervención alguna, con presencia de vehículos comerciales y un tráfico mixto.

La Carretera Antigua ha sido tomada como una opción para las personas que van desde  Bucaramanga hacia Floridablanca o viceversa por los trancones constantes y extensos presentados en la Autopista, el aumento de flujo deja presenciar también embotellamientos en el tramo analizado.

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