31639763 Trabajo Final de Geotecnia Andres Castro

GEO

TEC

NIA

BA

SICA

PA

RA

LA

CON

STR

UCC

ION

OSC

AR

AN

DR

ES C

AST

RO

LO

ZAN

O

UN

IVER

SID

AD

SA

NT

O T

OM

AS

- PROCESOS DE ESTABILIZACION DE SUELOS- COMPACTACION DE MATERIALES FINOS- SUELOS CON PROBLEMATICAS ESPECIALES- INSTRUMENTACION GEOTECNICA PARAPAVIMENTOS

TRABAJO EVALUACION FINALING. EDGAR RINCON

ABRIL 19 DE 2010

GEO

TEC

NIA

BA

SICA

PA

RA

LA

CON

STR

UCC

ION

OSC

AR

AN

DR

ES C

AST

RO

LO

ZAN

O

UN

IVER

SID

AD

SA

NT

O T

OM

AS



ABRIL 19 DE 2010

GEO

TEC

NIA

BA

SICA

PA

RA

LA

CON

STR

UCC

ION

OSC

AR

AN

DR

ES C

AST

RO

LO

ZAN

O

UN

IVER

SID

AD

SA

NT

O T

OM

AS



ABRIL 19 DE 2010

GEOTECNIA BASICA PARA LA CONSTRUCCION Pgina - 2 -

INDICE TEMATICO

Pgs.

1. Procesos de Estabilizacin de Suelos.. 3-17

a. Fundamentos Tericos de la Estabilizacin....... 3

b. Estabilizacin con Cal.... 6

c. Estabilizacin con Cemento..... 8

d. Estabilizacin con Asfalto.......... 10

e. Estabilizacin con Aceite Sulfonado... 12

f. Estabilizacin con Polmeros..... 14

g. Estabilizacin con Cenizas..... 16

2. Anlisis Comparativo de la Compactacin de Materiales Finos.. 18-22

a. Fundamentos Tericos de la Compactacin..... 18

b. Cuadro Comparativo. 21

3. Anlisis Comparativo de Tipos de Suelos Inestables.. 23-26

a. Fundamentos en Suelos Inestables. 23


4. Instrumentacin Geotcnica en Pavimentos.. 27-34

a. Construccin de Pavimentos. 27



ANEXOS

Anexo 1.. 36

Anexo 2.. 36

Anexo 3.. 37

Anexo 4.. 38

Anexo 5.. 38

Anexo 6.. 39

Referencias Bibliogrficas.... 40-41


1. PROCESOS DE ESTABILIZACION DE SUELOS

a) Fundamentos Tericos

Para abordar la estabilizacin de suelos mediante la incorporacin de diferentes tipos demateriales, y teniendo en cuenta los criterios solicitados en las siguientes tablas decaracterizacin, es necesario hacer claridad de algunos fundamentos tericos que estnimplcitos en el funcionamiento de las propiedades mencionadas.

Aplicabilidad

Debido a la particular composicin fsico-qumica de los materiales utilizados comoestabilizadores, cada uno de ellos genera comportamientos mecnicos distintos sobre lasdiferentes masas de suelo; de la misma forma, cada suelo lleva consigo caractersticaspropias que los diferencian de otros, es as como el origen del suelo, su exposicinclimtica, su distribucin de granos y el contenido de agua y vacios entre otros, soncriterios decisivos a la hora de determinar qu tipo de material estabilizador le esaplicable.

Granulometra

Corresponde a la distribucin de partculas de granos dentro de un suelo en funcin de sutamao1, de esta forma, la distribucin y el tamao de partculas, tanto de la masa desuelo como del agente modificador, condicionan de entrada el tipo de procesoestabilizador.

Compresin Inconfinada

Los procesos de estabilizacin buscan en el suelo un estado que genere resistencia a laaccin destructora y deformante de las cargas a las que son sometidas los suelos en lasdiferentes obras, y asegurar este estado con el paso del tiempo, en consecuencia laresistencia a la compresin y al corte, son elementos fortalecidos durante los procesos deestabilizacin, relacionados directamente con propiedades inherentes del suelo como ladensidad, la cohesin y la friccin interna de partculas.

La resistencia a la compresin inconfinada corresponde al mnimo esfuerzo compresivonecesario para romper una muestra no confinada de suelo2, en el mtodo de ensayo quela mide se toma como la mxima carga alcanzada por unidad de rea, o la carga porunidad de rea cuando se alcanza el 15% de deformacin axial. La cohesin es lapropiedad fsica determinante durante un proceso de compresin inconfinada, estacaracterstica es la porcin de la resistencia generada por la atraccin molecular de laspartculas y finas pelculas de agua que las rodean, esta fuerza de vinculacin de laspartculas depende de las propiedades naturales de la superficie interna y el contenido dehumedad del suelo.

1 EULALIO JUREZ BADILLO, ALFONSO RICO RODRGUEZ, Mecnica de suelos Vol. 1. Pg 972 ASTM D422-63 (American Section of the International Association for Testing Materials)


Pretratamiento

En casos especficos, las condiciones iniciales del suelo a estabilizar, no presenta lascondiciones que el agente modificador requiere para su fase inicial, es entonces necesariollevar a cabo un tratamiento o proceso de compactacin preliminar que genere lascondiciones mnimas para la aplicacin del mtodo de estabilizacin deseado.

Control de Humedad

Todos los procesos de estabilizacin ya sean de tipo fsico, qumico o mecnico requierende la optimizacin de un contenido de humedad, que permita obtener el nivel estable demejor comportamiento del suelo. Como se menciono anteriormente, la humedad dentro deuna muestra de suelo es un factor determinante en su comportamiento mecnico, de lasmisma forma, el control de dichos niveles de agua dentro de la masa de suelo a lo largodel proceso de estabilizacin determinan los satisfactorios resultados del mismo.

Estabilidad

Los procesos de estabilizacin de suelos tienen como finalidad para cualquier condicinde tiempo y servicio generar estabilidad a las masas de suelo, teniendo en cuenta que laestabilidad es la permanencia en el tiempo de las caractersticas mecnicas obtenidas almomento del mejoramiento.


b) Estabilizacin con Cal

CARACTERISTICA SUELO-CAL

Suelos en los cuales esaplicable

Este mtodo est destinado esencialmente a la aplicacin en suelos finosmuy plsticos (ndices de plasticidad mayor a 15). Muestra grandesbeneficios en suelos granulares con presencia de arcillas pesadas y activas,de igual manera genera bajos beneficios en suelos orgnicos (contenidoorgnico mayor al 1%) con pocos contenidos de arcilla. Dependiendo delpeso seco del suelo, puede aplicarse a diferentes porcentajes de dosificacinen sub-bases y bases granulares.

Requerimientos degranulometra

Por tratarse de una metodologa aplicable a suelos finos, el porcentaje dematerial pasa tamiz No. 10 debe ser del 100% mientras que para el tamiz No.200 (75 um) debe ser mnimo del 25%.

Aporte en la resistenciaa la compresininconfinada

La cal ms utilizada para el tratamiento de suelos es la cal alta en calcio (calhidrulica) que contiene un 5% de hidrxido de magnesio y iones de cal,compuestos que generan una descompensacin de cargas superficiales enel sodio (Na) y en el magnesio (Mg) presentes en las arcillas, disminuyendoel poder de atraccin del agua hacia las partculas (proceso que se denominaintercambio de bases3). El poder cementante de los silicatos de la cal,absorben el agua mientras que se va generando un acercamiento departculas de suelo, produciendo un agrupamiento homogneo de lasmismas que conlleva a la generacin de una estructura capaza decontrarrestar las fuerzas de compresin.

Necesidad depretratamiento ycompactacin

Aunque en teora no es necesario llevar a cabo un pretratamiento con otrotipo de material, la reduccin de vacios presentes a travs de un proceso decompactacin mecnico, acelera el proceso de floculacin entre partculassuelo-cal y por ende la accin cementante de los silicatos sobre el suelo.

Control de humedaddurante el proceso deconstruccin y posteriora l

Agregar paulatinamente cal al suelo produce un aumento del lmite plstico,proceso favorecido por el intercambio de bases, la poca afinidad de la masasuelo-cal con el agua implica una mayor adicin de agua para lograr que elsuelo pase de un slido rgido a un material de tipo plstico. De la mismamanera el lmite lquido disminuye debido a que las partculas estabilizadasrequieren de menor humedad para perder su estructura plstica y tornarseen un fluido. Debido a lo anterior, es evidente que para llegar al nivel optimode humedad, se deben hacer inclusiones mayores de agua a tiempos mscontinuos, es preciso conocer en campo el volumen de cal aplicado porunidad de suelo seco, con el fin de determinar los porcentajes especficos deagua.

3 SANTIAGO MARQUEZ, Estabilizacin de Suelos. Pg 37


Estabilidad delmejoramiento en eltiempo

El tiempo es un factor determinante durante el proceso de estabilizacin concal, por ejemplo, el tiempo de ejecucin del proceso de estabilizacin puedeampliarse debido a que la reaccin exotrmica causada por el agua y la calviva puede calentar el suelo. La estabilizacin con cal requiere tiempo y unclima clido para que se endurezca adecuadamente. Sin embargo, esteprocedimiento, es considerado como una metodologa a corto plazo, ya quela vida til de los silicatos presentes en la cal disminuye con el tiempo enfuncin de la presencia continua de agua. El tiempo de estabilizacin es bajocuando los niveles de produccin de agua no son controlados y superan losporcentajes de material modificante empleado.

Requerimientos en laNormatividadColombiana

A nivel nacional, el Instituto Nacional de Vas (INVIAS) se refiere a la calcomo material de estabilizacin de suelos a travs de las normas INV E801,E802, E803, E804 y E805; la mayora de ellas se limita a describirprocedimientos que determinan caractersticas de muestras de suelo concontenidos de cal preestablecidos; la nica que hace mencin del mtodoque normaliza la preparacin de mezclas de suelo-cal para los ensayos delaboratorio necesarios para la determinacin de las propiedades del suelocuando se estabiliza con cal, es la norma INV E-805; aunque en ella, no sehace mencin del porcentaje de cal que se debe emplear para laestabilizacin, si se describe el procedimiento mediante el cual unamezcladora mecnica obtiene una mezcla homognea de suelo-calestabilizada.


c) Estabilizacin con Cemento

CARACTERISTICA SUELO-CEMENTO


Preferiblemente aplicable en gravas y arenas limo arcillosas bien y malgraduadas con tamaos mximos inferiores a los 5.08 cm con las siguientescaractersticas, contenido de arcillas y limos inferior al 25%, contenido demateria orgnica inferior al 2%, aproximaciones de PH mnimo de 12.1 ycaractersticas de consistencia tales como lmite lquido entre el 35%-50% endice plstico entre el12%-25%. Esta metodologa no es aplicable en suelosde desechos de construccin y suelos orgnicos.


Por tratarse de una metodologa aplicable a gravas y arenas, deben sersuelos con contenidos de finos que pasa el tamiz No. 200 inferior a 50% y unretenido en la malla No. menor del 45%.


Durante la inclusin de agua en el proceso de estabilizacin, los silicatos decalcio del cemento se hidratan y forman una solucin alcalina 4 (procesoconocido como de fijacin de los iones clcicos por el suelo5) que deinmediato modifican las cargas superficiales del suelo y por ende suplasticidad. Posteriormente, la masa de suelo adherido da lugar a unapotente cementacin que da origen a una vasta cohesin de partculas quelas liga unas a otras, formando una estructura homognea en ellas,determinante al contrarrestar esfuerzos de compresin.


Antes de aplicar el cemento, el suelo a tratar debe ser sometido a un procesode pulverizacin, mediante el uso de mtodos mecnicos como el aradohasta que se logren los requerimientos granulomtricos deseados. Enalgunos casos especiales, cuando no se pueda llegar a las caractersticasgranulomtricas ya establecidas y se estn tratando suelos arcillosos muyplsticos, es necesario llevar a cabo un pretratamiento con cal hidratada sincompactar.


El cemento no debe ser aplicado cuando el suelo se encuentre con unahumedad superior a la ptima terica, cuando la masa de suelo se encuentracerca a este estado, el cemento posee agua suficiente para alcanzar suhidratacin. Normalmente para el mezclado y humedecimiento se debeemplear un periodo de tiempo cercano a las dos horas6. A medida que elcontenido de cemento aumenta y el proceso de estabilizacin avanza, esnecesario reponer el agua superficial de la capa construida. El cuidado de lahumedad en la hidratacin del cemento es fundamental.

4 El pH de la solucin agua-cemento-suelo pasa de 7 a 12.5 SANTIAGO MARQUEZ, Estabilizacin de Suelos. Pg 266 INSTITUTO NACIONAL DE VAS, INV E-807, Humedecimiento y Secado de Mezclas de Suelo CementoCompactadas.



Las propiedades de ligantes que posee este material cementante, sedesarrollan siempre y cuando exista un adecuado curado de la etapaconstruida, el contenido de agua en la compactacin se debe mantener porlo menos durante catorce das. Es recomendable como proceso de curadoefectivo la aplicacin de una pelcula delgada de material asfaltico. Una vezse de continuidad a la metodologa anterior, y el proceso de curado vayallegando a su parte terminal, el suelo estabilizado entrara en una etapa deobtencin e incremento de resistencia generada por la estructura cementada,periodo de estabilidad que se mantendr de manera indefinida conexcelentes propiedades mecnicas a menos de que el suelo estabilizado seaintervenido en otros procesos con otras finalidades.


A nivel nacional, el Instituto Nacional de Vas (INVIAS) se refiere al cementocomo material de estabilizacin de suelos a travs de las normas INV E806,E807, E808, E809, E810 y E811; cada una de ellas de forma secuencialindica el mtodo que normaliza la preparacin de mezclas de suelo-cementoempleadas en la estabilizacin de suelos.

Por otra parte, el Instituto de Desarrollo Urbano (IDU) de acuerdo a loestablecido en la Gua para la Construccin de Capas EstructuralesEstabilizadas Mediante Procesos Qumicos, determina las cualidades quedebe tener el suelo, el diseo que se le debe hacer a la mezcla y lametodologa empleada en la estabilizacin con cemento de suelos. De igualmanera, la especificacin tcnica IDU-ET-2005 Seccin 420-05, de formams completa describe detalladamente todo los requerimientos, as como eldiseo, procedimiento y control de calidad del mtodo de estabilizacin decapas de material granular con cemento. Ver Anexos 1-2-3


d) Estabilizacin con Asfalto

CARACTERISTICA SUELO-ASFALTO


La prctica ha permitido determinar que la mayora de suelos tienen buenoscomportamientos con este tipo de estabilizacin ya que su funcin primordiales la de impermeabilizar, sin embargo los denominados materialesfriccionantes muestran excelentes resultados, entre ellos estn las arenas ylas gravas arenosas, con requerimientos especiales para su parte fina comolmite lquido no mayor a 35 e ndice plstico no mayor a 77.


Entre el 10%-27% debe pasar por el tamiz No. 200, entre el 30%-60% eltamiz No. 4, entre el 5% y 18 % debe pasar el tamiz de No. 40. En adicin alos anteriores requisitos tambin se recomienda que la relacin de polvo nodeba exceder los 2/3 8 .


El efecto que produce el asfalto como agente estabilizador no es de reaccinqumica con el suelo, por el contrario, lo que hacen las resinas y asfltenosde la emulsin es localizarse fsicamente entorno a las partculas del suelo yen consecuencia se disminuye la capacidad de absorcin del agua, lo queproduce en los suelos cohesivos una impermeabilizacin de partculas queaumenta la resistencia del suelo, mientras que en suelos poco plsticos semitiga la formacin de deformaciones. A nivel mundial, el mtodo de diseode la estabilizacin se debe llevar a cabo bajo los criterios de la resistencia ala compresin inconfinada (Norma AASHTO T-208), de acuerdo a loestablecido en la prctica, con relacin a materiales estabilizados conemulsiones asflticas9, las resistencias mximas se obtienen a los 14 das enporcentajes no superiores al 10% de asfalto dentro de la emulsin.


El material en sitio a estabilizar se deber escarificar en todo el ancho de lacapa que se va a mezclar, hasta una profundidad suficiente para que una vezcompactada, la capa estabilizada alcance el espesor requerido. Antes deiniciar el proceso de construccin de la capa de material estabilizado conemulsin asfltica, debe comprobarse que el material que queda debajo delespesor por estabilizar presenta adecuadas condiciones de capacidadsoporte, densidad y espesor, en caso contrario se deber llevar a cabo unproceso de compactacin mecnica que permita llegar a las condicionesoptimas anteriormente nombradas.

7 Instituto de Desarrollo Urbano (IDU) Capas de Material Granular Estabilizado con Asfalto, Especificacin Tcnica IDU-ET-2005 Seccin 440-05 Pg 3.

8 El porcentaje de polvo corresponde a la relacin entre el porcentaje pasa tamiz 0.075mm y el tamiz 0.425mm segn elInstituto de Desarrollo Urbano (IDU) Capas de Material Granular Estabilizado con Asfalto, Especificacin Tcnica IDU-ET-2005 Seccin 440-05 Pg 4.

9 A. R. ZIGA, S. M. ANCHUNDIA, Articulo Estabilizacin De Subrasantes Mediante El Sistema Arena EmulsinAsfltica, Pg 2.



Las caractersticas fsicas del asfalto y su carcter impermeabilizante,determinan un comportamiento particular frente al agua, lo que induce a quedurante los procesos de estabilizacin sea necesario la adicin continua deagua; aunque la cantidad de la misma se determina en obra de acuerdo a laconsistencia que mantenga el material a lo largo del proceso, ladeterminacin de la humedad optima es arbitraria de acuerdo alcomportamiento del material en sitio. Durante el proceso de curado del suelo,el agua es utilizada no como hidratante del material sino como elementoestabilizador y controlador de los niveles de compactacin.


La estabilidad de la mezcla suelo-asfalto aumenta a medida que pasa eltiempo, la compactacin es un proceso complementario y preciso que sedebe seguir llevando a cabo a lo largo del proceso de curado, ya que una vezque se llega a la estabilidad mxima, se inicia un proceso de decrecimientoen la misma en donde se deben tener ciertos criterios de cuidado,especialmente frente a las acciones climatolgicas.


A nivel nacional, el Instituto Nacional de Vas (INVIAS) se refiere nicamentea la emulsin asfltica como bitumen estabilizador de suelos a travs de lanorma INV E812, en ella se indica el mtodo que normaliza la preparacin demezclas de suelo-emulsin empleadas en la estabilizacin de suelos.

Por otra parte, el Instituto de Desarrollo Urbano (IDU) de acuerdo a loestablecido en la especificacin tcnica IDU-ET-2005 Seccin 440-05, deforma ms completa describe detalladamente los requerimientosgranulomtricos, los tipos y la especificacin de material modificador, losrequerimientos del diseo de la mezcla en planta, el procedimiento como talde estabilizacin y el control y cuidado de la calidad del mtodo deestabilizacin de capas de material granular con emulsin asfltica.

Ver Anexos 4-5-6


e) Estabilizacin con Aceite Sulfonado

CARACTERISTICA SUELO SULFONADO


nicamente aplicable con excelentes resultados en suelos con partculasfinas limosas o arcillosas con un lmite liquido bajo, tambin en arcillas ylimos muy plsticos.


Mezclas de suelo de gravas y finos, donde el 20% de material fino pase porel tamiz No.200. Tambin en mezclas de arenas y finos que contengan de un30 a un 40% de material fino.


La disminucin de la porosidad de los aceites debido a su accincatalizadora que separa los iones de hidrogeno liberados con cargasnegativas y positivas durante la estabilizacin, aumenta la densidad de lasmasas de suelo y mejora la resistencia a la compresin inconfinada. Lanaturaleza de derivado de los hidrocarburos y naftalenos del petrleo de estetipo de aceites sulfonados, le proporciona un enorme potencial deintercambio inico, que genera un intercambio de cargas elctricas con laspartculas del suelo permitiendo algunas ventajas para llegar a obtener unasbuenas resistencias en los suelos a tratar, como el incremento a laresistencia al esfuerzo cortante y la disminucin de la compresibilidad delsuelo.


Con el fin de llevar a cabo una excelente inclusin del material estabilizadorsobre la masa e suelo, es necesario realizar una serie de perforaciones a lolargo del tramo a modificar que se llenaran con la solucin de aceitesulfonado. Sin embargo, como los aceites sulfonados reducen el contenidode agua dentro de las partculas hmedas presentes de forma natural en elsuelo, no es necesario un procedimiento previo de compactacin.


El uso de aceites sulfonados reducen el contenido de agua dentro de laspartculas de suelo facilitando as la compactacin, y la obtencin de lahumedad optima. Bajo accin de la tensin superficial, elimina la succin deagua durante la compactacin en el proceso de estabilizacin, baja larelacin de vacos al fomentarse la unin de las partculas con la perdida deagua, adems sus propiedades electrodinmicas aglomeran las partculas desuelo y disminuyen la capacidad de hinchamiento del suelo.

El suelo a tratar obligatoriamente debe tener una humedad superior a laptima terica de compactacin, puesto que el intercambio de iones no sepuede realizar en ausencia de agua, durante el proceso el aceite sulfonadoactiva los iones de agua, lo que en cierta medida disminuye la proporcin dela misma durante el proceso de estabilizacin ya que se forma una pelculade agua que rodea a las partculas.



Este proceso de estabilizacin genera un perodo de curado necesario paraque el intercambio de iones entre aceite, agua y suelo se lleve a cabo, pormedio de una reaccin tenso-activa donde se rompen los enlaces de arcillasy agua la ionizacin permite que los espacios vacios de la fase seca delsuelo sean reducidos, haciendo un estrato menos permeable pero de mayorcapacidad de portante10. La superficie estabilizada con este mtodo es msresistente a la accin del agua, sin embargo el tratamiento permite una mejororientacin de las partculas del suelo, reduce la humedad y tambin laenerga de compactacin. Sin embargo para una prolongacin de suscaractersticas en el tiempo, en este proceso de estabilizacin es necesarioproteger la estabilizacin con una capa impermeable con una emulsinasfltica.


Aunque no existe una normatividad establecida a nivel nacional queespecifique este tipo de metodologa de estabilizacin de suelo, el INVIASrecomienda los mtodos de ensayo basados en las normas ASTM D 4546 yASTM D 4829 que determinan la expansin de los suelos con el fin dedeterminar la utilidad de este mtodo de estabilizacin. (CAMACHO J., REYES O.,MAYORGA C)

10 CAMACHO J., REYES O., MAYORGA C., MNDEZ D. Evaluacin de Aditivos Usados en el Tratamiento de ArcillasExpansivas Pg 48.


f) Estabilizacin con Polmeros

CARACTERISTICA SUELO-POLIMERO


Para este tipo de estabilizaciones, es recomendado tratar suelos quepresenten caractersticas de tipo salino, cido y agresivo, con alto contenidode sodio y sulfatos disueltos en las fases hmedas y gaseosas del suelo.


Aunque los requerimientos granulomtricos de las metodologas no son tanespecficos, los suelos deben ser mezclas de gravas y finos, donde el suelodebe tener por lo menos un 15% de finos que pasen por el tamiz # 200.


Con la perdida de humedad del suelo debido a la formacin de largascadenas de monmeros presentes en este agente estabilizador, el polmerocrea una fuerza de adhesin entre las partculas incrementando la cohesin yreduciendo la plasticidad del suelo, formando una masa solida y resistenteque incrementa la capacidad de soporte del suelo a la compresin simple.Adems de lo anterior reduce la permeabilidad del suelo, aumenta ladensidad de compactacin, reduce la susceptibilidad a la erosin y mantieneun carcter flexible a la masa de suelo reduciendo as la fisuracin.


Este tipo de estabilizacin es recomendable realizarlo bajo niveles inferioresde contaminacin del material, por tal razn se debe retirar el materialvegetal y las gravas de mayor tamao antes de iniciar la metodologa,posteriormente se hace una escarificacin del material a modificar. En lamayora de los casos, para la utilizacin de polmeros se requiereinicialmente la incorporacin de algunos aditivos como son los estabilizantestrmicos, algunos agentes plastificantes y antioxidantes.


La cantidad de agua empleada durante el proceso de estabilizacin ser lanecesaria para obtener la humedad optima de compactacin a criterio dequien est a cargo de la metodologa, sin embargo hay parmetro visualescomo el de la fractura del material que determinan la consistencia del mismo,en contenidos altos del estabilizante, la absorcin de agua aumenta y porende la hidratacin en obra del material durante el proceso tambin lo debehacer.


Las propiedades aditivas de los polmeros mantienen a los materialespesados uniformemente distribuidos en la base, previniendo que llegueneventualmente a la superficie y se formen inestabilidades a largo plazoocasionadas por la degradacin de microorganismos en el suelo. Seconsideran procesos bastante estables con tiempo de vida superiores a los10 aos de servicio.



La normatividad establecida a nivel nacional que especfica la inclusin demetodologas de estabilizacin con polmeros est encaminada nicamentepara bases asflticas. El IDU a travs de la Gua de PavimentosEstabilizados Mediante Procesos Qumicos hace la inclusin deestabilizacin de suelos con resinas liquidas a base elementos polimricos ymediante la norma tcnica IDU-ET-2005 Seccin 610-05 determinan lamodificacin de mezclas asflticas nicamente.


g) Estabilizacin con Cenizas

CARACTERISTICA SUELO-CENIZAS


El uso de este mtodo de estabilizacin es recomendado en suelospreferiblemente gruesos, friccionantes con tamaos de partcula grande, conlmites lquidos entre el 30% y 40% e ndices de plasticidad inferiores a 10.Pero a su vez es poco efectivo en suelos orgnicos debido a la presencia desilicatos que impiden el acercamiento entre partculas.


Por tratarse de suelos gruesos la preferencia en suelos de estabilizacin coneste mtodo, se recomienda porcentajes de pasa tamiz No.200 inferiores al29% y porcentajes de pasa tamiz No.40 no mayores al 45%.


Las cenizas son granos finos compuestos bsicamente por silicatos,aluminios, carbono, cal libre y algunos xidos que permiten una reaccinpuzolnica en el suelo que reduce el ndice de expansin e incrementa lacapacidad de soporte a la compresin inconfinada de la masa del suelo. Losresultados de diferentes prcticas indican que los suelos pueden serefectivamente estabilizados con un 20 % de ceniza, dosis para la cual seduplica la resistencia mecnica, sin aumentar significativamente ladeformacin de falla. Sin embargo una concentracin en porcentajesespecficos de cenizas en el suelo determina el incremento de dicharesistencia, gracias a la mejora de la densidad la floculacin de losporcentajes de arcillas del suelo y la reduccin del lmite lquido y el ndiceplstico del suelo.


Para llevar a cabo un buen proceso de estabilizacin con cenizas volantes,es necesario iniciar con un proceso de compactacin mecnico que permitasacar todo el aire establecido en las diferentes fases del suelo y as permitirla inclusin de las cenizas en los vacios desalojados. De la misma forma, labaja y lenta reaccin de las cenizas con el agua, debido a sus bajoscontenidos de cal y slice hace que sea necesaria la inclusin de otro agenteestabilizador que supla esta deficiencia, en consecuencia el uso de cal ocemento como pretratamiento o como agente conformante de mezclamodificadora es fundamental antes de dar inicio a la estabilizacin.


El contenido de humedad en las muestras de suelo modificadas con cenizasvolantes, determina la estabilidad del material, a mayor concentracin deceniza en el material sin exceder el 25% se obtienen muestras ms estables,sin embargo, la ausencia de cal y silicatos implica una constante adicin deagua durante el proceso de estabilizacin en busca de la humedad optima.



La formacin de etringita11, es nociva para la durabilidad de la estabilizacin,ya que sus altos volumen de conformacin generan una reaccin expansivaque puede producir deformaciones por expansin o reducciones en laresistencia de la masa de suelo estabilizado, estudios a nivel mundial indicanque la estabilizacin de suelos con cenizas no tiene una buena durabilidaddebido a la formacin de la etringita. Esto por el efecto expansivo de estecompuesto y porque adems, este material con el paso del tiempo sedegrada y se transforma en otros compuestos de origen orgnico, que hacenperder la resistencia.


No existe una normatividad establecida a nivel nacional que especifique estetipo de metodologa de estabilizacin de suelo, el INVIAS recomienda seguirprocedimientos y metodologas ms elaboradas como las de estabilizacincon cal y cemento incluidas en las normas INV E805, INV E806, E807, E808,E809, E810 y E811.

11 La Estringita es un mineral de la familia de los yesos con poca afinidad al agua debido a su particular composicinmineralgica.


2. COMPACTACION DE MATERIALES FINOS


Para hacer un anlisis comparativo pertinente entre las dos maneras en las que se puedegenerar un proceso de compactacin (va hmeda y va seca) es necesario hacer ciertasconsideraciones inciales sobre algunos comportamientos de propiedades ocurridos en lamasa de suelo durante el proceso de compactacin que sern nombrados en el cuadrocomparativo, con el fin de entender y diferenciar tericamente cada una de estasmetodologas. Para efectos del presente trabajo, y por requerimientos del mismo haremosreferencia al comportamiento de las estructuras en suelos finos con contenidos dematerial arcilloso, eventualidad que exige aun ms la explicacin de propiedades ycomportamientos propios de dichos materiales. Los resultados de aplicar compactacinen suelos gruesos son mucho ms claros y consistentes que los que se tienen conmateriales finos.

Estructuras en Masas de Suelo

La estructura de un suelo corresponde al conjunto homogneo de forma en el que seagrupan las partculas dentro de una masa de suelo.

En un suelo arcilloso, cuando se compacta con una humedad baja, menor que la ptima yla concentracin de cationes al interior de sus fases es elevada, las partculas quedan concargas elctricas de distinto signo en las caras y en los bordes, en consecuencia, laatraccin de molculas produce contactos borde-cara entre las partculas del suelo,generando una estructura que tiende a tener grandes y pequeos poros. Este tipo deestructura recibe el nombre de floculada. Cuando el suelo se compacta con una humedadmayor que la ptima, hay agua suficiente como para que cada partcula desarrolle sucapa doble, con una menor concentracin de cationes. En este caso muchas partculasquedan con cargas del mismo signo, por lo que predominan las fuerzas de repulsin entreellas, los contactos que se desarrollan preferentemente son cara-cara que dan origen auna estructura conocida como dispersa.

Valor Relativo De Soporte (VRS)

La prueba de valor relativo de soporte es ampliamente usada en la tecnologa mundial depavimentos como prueba de diseo y para fijar normas de calidad en los materiales.Aunque no debe ser considerado como un ndice confiable del comportamiento mecnicode un suelo, este valor (VRS) est relacionado con el contenido de agua y con el pesovolumtrico alcanzado y la reduccin drstica del ndice cuando se permiten aumentosposteriores al contenido de agua del suelo. Resalta la conveniencia de compactar conhumedades no inferiores a la ptima en aquellos casos en que la expansin posterior delsuelo constituya una caracterstica de preocupar.

Presin de Poros

Partiendo de una humedad de compactacin especfica en la rama seca, si las presionesaplicadas crecen (en una trayectoria de esfuerzo a succin constante), el suelo sufre unamodificacin de la estructura, con una reduccin importante del ndice de vacos y


aumento del grado de saturacin que da como resultado una estructura ms ordenada yestable. La presin de poros negativa de los suelos arcillosos compactados (presin deporos residual) disminuye a lo largo de la curva de compactacin tendiendo a anularse enla rama hmeda. Ello muestra que la disipacin de la sobrepresin del aire es cada vezmenor en estos suelos.

Fraccin Gruesa

El peso volumtrico obtenido con la compactacin aumenta con el porcentaje departculas gruesas del suelo hasta un cierto lmite, arriba del cual disminuye; el pesovolumtrico seco aumenta ms cuando la granulometra de los gruesos es ms variada.

Energa de Compactacin

El nivel de la energa aplicada al suelo al compactarlo tambin ha sido decisivo en lamagnitud de los colapsos obtenidos, ya que niveles de energa de compactacin elevadosconducen a estructuras ms estables cuando se someten a reducciones en su succin, enmuestras normalmente consolidadas, caso contrario se presenta en muestrassobreconsolidadas. El nivel de energa de compactacin que se entrega a un suelo esdeterminante del grado de orientacin y por ende del tipo de estructura que se obtienepara un contenido de agua determinada. De la misma forma, la sensibilidad de la masavolumtrica seca, al nivel de la energa de compactacin es mayor en la rama seca queen la rama hmeda. Cuando se eleva la energa exterior aplicada, se vence msfcilmente la resistencia al desplazamiento de partculas.

Expulsin del Aire

La adicin de agua al suelo que se distribuye alrededor de cada contacto, no solamentemodifica la composicin en volumen, sino que acta como un lubricante entre partculas.La efectividad del trabajo de compactacin, depende de este rol del agua. Alcanzado esteefecto, se obliga a las partculas a desplazarse hacia un empaquetamiento ms cerrado,que conduce a una reduccin de los poros. La presin en la fase fluida obliga al aire adrenar hacia el exterior. Este proceso ocurre en la medida que existan poros comunicadosentre s y con el exterior. Cada impacto determina un incremento positivo de la presin deporos por compresin del aire.


Contenido de Agua

El grado de saturacin disminuye rpidamente para contenidos de agua por debajo delptimo, pero se mantiene mucho ms uniforme para contenidos de agua por encima dedicho lmite; el contenido de agua de compactacin influye en la estructura de grumos ypartculas que el suelo compactado adopte. La reduccin de porosidad y el incremento dela humedad, conducen a un estado lmite en el que se forma una red continua de agua.Ms all de cierto contenido de humedad, el agua comienza a tener una continuidad quecierra los poros comunicados. Como consecuencia el aire queda encerrado en forma deburbujas que son retenidas en cada poro y no es posible lograr una mayor densificacinen el suelo para un mismo trabajo mecnico. Bajo estas condiciones (aire ocluido,componente elstico), las propiedades del suelo cambian determinantemente.

Hay diferencias sustanciales entre un mtodo y el otro, especialmente en cuanto al gradode saturacin y la micro estructura de sus partculas, de la misma forma hay semejanzasen el comportamiento del peso unitario seco.

ANALISISCOMPARATIVO

TIPO DE VA DE COMPACTACIONRAMA SECA RAMA HUMEDA

Ventajas

Baja contraccin por secado Buena resistencia mxima Deformacin a la falla menor al 2% Baja presin de poro durante la construccin Comportamiento rigido-plastico bajo un esfuerzo

cortante midiendo su relacin esfuerzo-deformacin Mayor grado de orientacin de las partculas Mayor succin Mayor rigidez

Baja expansin por aumento de contenido Menor dispersin Menor deformacin de corte

Desventajas

Alta expansin por aumento de contenido Mayor deformacin de corte

Alta contraccin por secado Baja resistencia mxima Deformacin a la falla mayor al 5% Alta presin de poro durante la construccin Comportamiento plstico bajo un esfuerzo cortante

midiendo su relacin esfuerzo-deformacin Menor grado de orientacin de las partculas Menor succin Menor rigidez

Utilidad

Las deformaciones son menores en la rama seca, conhumedades bajas y altas succiones donde el suelo esmenos deformable, cuando se compacta un suelo en larama seca, el agua se encuentra en forma capilar conpresin negativa, lo que hace que haya una succinelevada y el suelo tenga una rigidez considerable, conlo que las deformaciones de corte tienden a serpequeas.

La resistencia residual del suelo compactado en la ramaseca es casi la misma que la resistencia ltima del suelocompactado en la rama hmeda. Por lo tanto, en vasdonde se desean debajo del pavimento deformacionesunitarias muy pequeas, el suelo debera compactarsedel contenido ptimo hacia la rama seca.

La rama hmeda, es asinttica a la lnea desaturacin, que se desplaza hacia la derecha de lahumedad ptima terica de compactacin, lo quepermite un anlisis ms cercano a las condicionesideales del material.

ConsideracionesAdicionales

Tendencia al Colapso

El anlisis de los resultados de pruebas en campopermiten afirmar que las muestras compactadas por larama seca tienen tendencia a experimentar colapsos; sumagnitud est directamente relacionada con elcontenido de agua de compactacin, el grado desaturacin inicial y el nivel de la energa decompactacin, la tendencia al colapso disminuyeconforme aumentaba el contenido de agua y grado desaturacin inicial del suelo compactado. Se puedeadmitir que para humedades de compactacin bajas, lacausa dominante del colapso radica en la desaparicinde la succin existente y el consiguiente reordenamientode la estructura.

Tendencia al Colapso

Los suelos que se compactan por la rama hmeda dela curva de compactacin (humedades mayores que laptima), en general no colapsan. Cuando el suelo secompacta en la rama hmeda, la estructura que segenera tiende a ser dispersa. Los poros estnocupados mayoritariamente por agua, la succin esbaja, el suelo es poco rgido, y puede experimentardeformaciones de corte mayores y altamentecolapsables.

La zona hmeda comienza en el punto de mximadensidad de la curva. En l se dan las condicionespara que una proporcin del aire pase al estadoocluido. En esta condicin el aire se comporta comoun material perfectamente elstico, a esto se le sumael incremento de humedad conllevando a unaseparacin de las partculas con una disminucin de ladensidad seca, punto clave en la fragilidad delmaterial.

3. SUELOS INESTABLES


Para hacer un anlisis comparativo pertinente del comportamiento de los diferentes tipos de suelosinestables es necesario tener en claro algunos conceptos tericos referentes al comportamiento de laspropiedades fsicas inherentes en este tipo de suelos. La inestabilidad en los suelos es generada porcomportamientos dinmicos en las partculas de fraccin finas y por la accin incontrolada del aguaintrnseca de las masas de suelo o del nivel fretico.

Asentamiento

Deformaciones verticales producidas por incrementos de carga vertical en un espesor de suelodeterminado.

Compresibilidad

Propiedad que presentan los cuerpos de disminuir su volumen cuando se aumenta la presin ejercidasobre ellos. El tema de la compresibilidad se centra en el estudio de las variaciones de dimensin del suelo,(especialmente los cambios de altura), en funcin de las cargas o esfuerzos aplicados al suelo. Cuando elincremento de carga es asumido conjuntamente por las partculas minerales y el agua que conforman eltotal del suelo, la variacin de presin intersticial12, obliga al agua a moverse a travs del suelo, hastadisipar esa sobrepresin intersticial, con lo cual muchas propiedades del suelo varan con el tiempo en quese produce ese fenmeno.

Consolidacin

Proceso de disminucin de volumen que tiene lugar en un lapso de tiempo, provocado por un aumento delas cargas sobre el suelo. Un suelo sobreconsolidado es ms expansivo, que el mismo suelo con la mismarelacin de vacos, pero normalmente consolidado. La presin de expansin puede incrementarse en unaarcilla compactada al transcurrir grandes perodos de tiempo, pero la cantidad de expansin no se veafectada con el tiempo.

Expansin

Proceso en que la masa de suelo tiende a aumentar su volumen manteniendo su forma.

12 Tambin conocida como presin de poros se refiere a la fuerza que ejerce el agua que llena los espacios vacos sobre las partculas de lasparedes de estos mismos.

b) Cuadro Comparativo

TIPO DESUELO CARACTERSTICAS TIPO DE PROBLEMTICA FORMAS DE MEJORAMIENTO

Dispersos

Estn compuestos por:

Generalmente son arcillas con lmitelquido entre 40 y 50, con humedadnatural alta.

Limos no cohesivos formados endepsitos de ambientes aluviales.

Poseen cationes de sodio en susporos en niveles superiores al 12%.

Tienen un contenido de salesdisueltas al interior de sus partculaspor encima del 10%.

Poseen bajos gradientes hidrulicosen el flujo del agua que las componeo circula y en algunos casoscontienen agua en reposo.

Visualmente se reconocen porestampados erosinales yhondonadas profundas a nivelsuperficial, en laboratorio medianteun ensayo de dispersin.

Altamente erosivos.

Circulacin de agua bajo gradienteshidrulicos muy bajos.

Tendencia alta de retencin deagua.

Repulsin electrosttica de suspartculas.

Implementacin de drenajesintersticiales.

Estabilizacin granulomtrica conporcentajes de finos superiores al40%.

Estabilizacin con arcillas sdicas.

Confinamiento lateral con pantallasen concreto.

Extensin de geomallas a lo largo deltramo afectado.

Aislamiento con otros estratos pormedio de geotextiles no tejidos en laparte superior y doble capa degeotextil tejido en la inferior.

Recubrimientos parciales consenderos de vegetacin.

Licuables

Generalmente los componen:

Arenas limpias y sueltas presentesbajo el nivel fretico.

Limos mal gradados y saturados.

Grado de saturacin del 100%,

Licuacin de superficies bajo efectosdinmicos.

Fallas de flujo en el suelo.

Oscilacin espontanea de terrenos.

Licuacin controlada medianteexplosiones y voladuras.

Vibrodensificacin del rea de suelolicuable.

Pilotes de compactacin hincado porvibracin.

dimetro de partcula promedioinferior a 1mm y contenido de finosinferior al 10%.

Son ms susceptibles los sueloscon partculas redondeadas queaquellos con partculas angulares.

En ocasiones forman parte dedepsitos bien gradados conpartculas de gravas, aunque stasltimas ocasionalmente se lican.

Asentamientos diferenciales de 10 a20cm.

Reduccin de la capacidad portantedel suelo.

Reduccin de la capacidad cortantedel suelo.

Compactacin dinmica de impacto.

Inyecciones de material grueso.

Vibrocompactacin del rea de suelolicuable.

Blandos

Generalmente los componen:

Limos inorgnicos con lmite lquidomayor a 50 y humedad naturalsuperiores al 60%.

Limos orgnicos con lmite lquidomayor a 50, humedad naturalsuperiores al 70% e ndices deplasticidad entre 0.7 y 0.8.

Arcillas con lmite lquido mayores a50 y humedad natural cercana allmite liquido.

Altos niveles de compresibilidad. Baja resistencia a la compresin. Inestabilidad en la formacin de

terraplenes.

Produce asentamientos diferenciales. Susceptibles a la vegetacin.

Contraccin local.

Inadecuados en estructuras depavimentos.

Remplazar cerca del 40% de lacantidad del material inestable.

Estabilizacin granulomtrica.

Estabilizacin con cal al 10%.

Pilotajes en madera y concreto.

Extensin de geomallas a lo largo deltramo afectado.

Aislamiento con otros estratos pormedio de geotextiles no tejidos.

Expansivos

Tienen un contenido coloidal alto,duros en estado seco, pero sevuelven blandos cuando se lespermite absorber agua.

Suelos de grano fino, formados en lameteorizacin qumica de suelos.

Poseen altos contenidos de

Baja permeabilidad.

Posee niveles elevados dehinchamiento y contraccin.

Generan fenmenos de succinincontrolada.

Reducen la humedad del suelo a

Implementacin de drenajesintersticiales.

Incorporacin de volmenescontrolados de agua.

Pilotajes de tipo campana.

Confinamiento lateral con pantallas

partculas submicroscpicas (tamaomenor a dos micras)

Valores altos de lmite lquido,ndices de plasticidad y de actividad.

travs de la transpiracin.

Causan en el suelo diferenciales dehumedad con la variacin devegetacin.


terraplenes.

Produce asentamientos diferenciales.

en concreto.

Compensacin de cargas en el suelo.

Sensitivos

Usualmente son:

Arcillas limosas

Limos Arcillosos

Arcillas de estructura inestable,depositadas en un ambiente distinto alnatural.

Grado de saturacin cercana al 100%y contenido de finos inferior al 15%.

Repulsin electrosttica de suspartculas.


terraplenes.

Susceptibles a la vegetacin. Susceptibles a las altas temperaturas

y otros fenmenos de carcteratmosfrico.

Reducir el remoldeo durante elproceso de estabilizacin.

Elaborar adecuados sistemas dedrenaje.

Estabilizacin granulomtrica.

Estabilizacin con cal al 25%.

Vibrodensificacin

4. INSTRUMENTACION GEOTECNICA EN LA CONSTRUCCION DE PAVIMENTOS

a) Construccin de Pavimentos

Una vez establecidos los parmetros de diseo del pavimento de la va, tales como proyeccin del trnsito,caracterizacin de la subrasante, determinacin de la estructura y diseo del espesor de rodadura; se dainicio al proceso constructivo del pavimento. Aunque es claro que la metodologa difiere de un pavimento aotro, de acuerdo al tipo de rodadura a emplear, sea asfalto o concreto; existen procesos constructivossemejantes, analizables bajo criterios fsicos medibles mediante el uso de instrumentos tecnolgicos quefacilitan o complementan la metodologa. El anlisis de dichos comportamientos es conveniente hacerlodurante el proceso constructivo de la estructura, pero tambin es igual de importante hacerlo durante sufuncionamiento, aspecto que ha llevado a los institutos que desarrollan tecnologas a adelantarinvestigaciones e instrumentos enfatizando en el funcionamiento y la vida til del pavimento.

La evaluacin de pavimentos se puede operar mediante la utilizacin de distintas teoras y tcnicas, al igualque para distintos grados de profundizacin dentro de la estructura. Los daos en pavimento songeneralmente causados por fallas superficiales o estructurales pero siempre se ven reflejadas en la capasuperior. Lo anterior se debe a que la naturaleza de los materiales de construccin muestran fallas despusde la carga y el uso. La medida de las deflexiones, como respuesta de una rodadura flexible ante laaplicacin de una carga sobre la superficie del pavimento, es la base de la mayora de los procesos deevaluacin estructural existentes hoy en da. Aunque existen otras medidas que pueden dar una idea delestado estructural de la rodadura, la deflexin en superficie es sin duda, la que ofrece las posibilidades deanlisis ms amplias.

Deflexin

Como se ha indicado el pavimento es una estructura constituida por varias capas y materiales (multicapa)que al ser sometida a una determinada solicitacin, normalmente una carga ortogonal al firme que produceun estado de tensiones y deformaciones, se desplaza en sentido vertical en magnitudes muy pequeas (delorden de centsimas o milsimas de milmetro).

Al ser sometidos a cargas, los pavimentos sufren una deformacin elstica (se recupera al retirar la carga),que genera tracciones por lapsos muy cortos, las que debido a la frecuencia con que se repiten producenun desgaste del material. Ello significa que, con el tiempo, las solicitaciones comienzan a superar el lmiteelstico de la estructura y las cargas producen deformaciones no elsticas o permanentes, para finalmentealcanzar la rotura.

Rugosidad

Se define generalmente como una expresin de las irregularidades en la superficie del pavimento queafecta negativamente la calidad de conduccin de los vehculos. La determinacin de la rugosidad de unpavimento se basa en el concepto de usar la distribucin de las desviaciones de la superficie respecto deuna cuerda promedio. Mide el desplazamiento vertical entre la superficie del camino y el punto medio deuna lnea imaginaria de longitud constante. Tambin conocida como regularidad se manifiesta en las capasde rodadura como una desviacin de la superficie.

Fatiga

Se entiende por fatiga un mecanismo de fallo complejo que incluye la aparicin y la propagacin de fisuras,a causa del efecto continuo de cargas dinmicas sobre una superficie. Se refiere a un fenmeno por el cualla rotura de los materiales bajo cargas dinmicas cclicas (fuerzas repetidas aplicadas sobre el material) seproduce ante cargas inferiores a las cargas estticas que produciran la rotura. La fatiga se manifiesta enlas capas de rodadura como rotura, grietas y ahuellamiento de los pavimentos

Resistencia al Deslizamiento

Es la fuerza desarrollada entre la superficie del pavimento y los neumticos, que estando impedidos derotar, deslizan a lo largo de la superficie.

Coeficiente de friccin longitudinal

Este se determina mediante equipos que deslizan una rueda sobre el pavimento en el sentido longitudinal,pero a una velocidad de rotacin menor que la de rodadura, lo cual genera una fuerza de friccin. Estorepresenta mejor la situacin de un frenado de emergencia en el sentido longitudinal.

Coeficiente de friccin transversal

En este caso el equipo de medicin desliza una rueda sobre el pavimento pero con una inclinacin respectoa la direccin de circulacin, lo cual genera una fuerza de reaccin transversal. Esto representa mejor lasituacin de derrape de un vehculo en zonas de curvas.

Proceso Constructivo de los Pavimentos

En desarrollo de la construccin de un pavimento se distinguen los siguientes procesos: excavacin delcajn de la estructura, conformacin de la subrasante, extendido y compactacin de la sub-base, base ycapa de rodadura, conformacin de juntas y construccin de las obras de arte y urbanismo.

Instrumentacin y Equipos

El empleo de equipos e instrumentos tecnolgicos en funcin de analizar las diferentes variables de lospavimentos, hoy en da se llevan a cabo en cada uno de los procesos constructivos anteriormentenombrados, sin embargo, existen criterios de control de calidad dentro de las nuevas tecnologas queconllevan al empleo de instrumentacin que permiten medir el comportamiento del pavimento una vez sepone en funcionamiento.

Instrumentacin en Colombia

A nivel nacional el empleo de equipos e instrumentos tecnolgicos en funcin de analizar elcomportamiento de las diferentes variables de los pavimentos, est a cargo de centros de investigacinespecficos presentes en entidades como el Instituto de desarrollo Urbano (IDU) y el Instituto Nacional deVas (INVIAS), hoy en da se utilizan de forma espordica.

El INVIAS nicamente emplea, para el anlisis de deflexiones, el equipo Gerpho y el deflectometro Lacroix(analizados ms adelante).

En el IDU, para mezclas asflticas en caliente que hagan las veces de capa de rodadura, el ndiceinternacional de rugosidad (IRI) se comprueba de manera continua en toda la longitud de la obra y en cadacarril, antes del recibo definitivo de la misma. Para efectos de aceptacin de este tem en las obras, sudeterminacin se deber realizar nicamente con un equipo de medida de precisin o por medio de un

sistema de referencia inercial. Utilizando equipos para medir rugosidad de clase I o II, segn lasdefiniciones de la FHWA13, d la siguiente manera:

- Clase I: Incluye perfilgrafos manuales de precisin, como el Dipstick; el mtodo de mira y el nivel.

- Clase II: Incluye perfilgrafos de medicin directa. Este grupo tambin incluye mecanismos sin contactocon la va como el lser y la viga de luces tcnicas acsticas.

En esta evaluacin se excluirn las interferencias y sus longitudes aferentes, entendiendo por interferenciaslas alteraciones locales del perfil longitudinal que incrementan el valor del IRI y que no son debidas adefectos constructivos; son afectaciones definidas por diseo geomtrico (perfiles, secciones, detalles) y serelacionan principalmente con intersecciones, cruces de vas, puentes, pozos de alcantarillado, sumideros ysimilares. La longitud aferente a cada interferencia que debe ser excluida de la evaluacin depender delas caractersticas del equipo de medicin y de los detalles del diseo geomtrico del sitio.

13 FHEWA: Federal Highway Administration del Departamento Americano de Transito Ver anexo No. 6

b) Cuadro Comparativo

VARIABLES MEDIBLESEN LA CONSTRUCCION

INSTRUMENTACION GEOTCNICA EN LA CONSTRUCCION DE PAVIMENTOSVENTAJAS DESVENTAJAS

Modulo Elstico paraSubrasantes: ModeloHogg (PavimentosRgidos y Flexibles)

Este modelo facilita en la prctica durante el procesode construccin, la rpida verificacin paracondiciones reales de campo, de los valores desoporte asumidos en el diseo del pavimento.

Permite el adecuado dimensionamiento de la alturade los terraplenes, el aporte y eficiencia de losmateriales empleados en su construccin, as comoel efecto de la ubicacin del nivel fretico en lacapacidad resistente de los suelos, entre otrosaspectos.

Verifica o calcula el mdulo elstico de la subrasante,con la posibilidad de sobre o subestimar el mdulode elasticidad.

Los valores del mdulo de elasticidad del suelocalculados con este instrumento se basan enun mtodo simplificado, calculados mediantemodelos racionales que no relacionan todas lasvariables de campo tales como la influenciaclimtica, encontrndose grandes diferenciascon lo obtenido en laboratorio, lo que no validaplenamente el procedimiento para su aplicacinen la evaluacin de pavimentos.

Mdulo Dinmico deCapas Granulares:Presiometro Menard(Pavimentos Rgidos yFlexibles)

Resalta diferencias en los niveles de deformacin debases y subbases.

Obtiene mdulos resilentes utilizables en el anlisisde pavimentos.

La unidad de control del presiometro demenard tiene una precisin para medirvolmenes de 5cm3, la cual no permite tenerun control de las deformaciones pequeas.

Dado el tamao pequeo de la sonda deexploracin, el panel de control deber serajustado a una precisin de por lo menos 1cm3, para tener control sobre lasdeformaciones de orden 0.001 mm/mm.

Debido a la poca precisin en la medida de losvolmenes inyectados utilizando el panel decontrol del presiometro, se utiliza la sonda deun medidor de volumen de alta precisinempleado normalmente para los ensayostriaxiales.

Peso Especifico de Medidores de compactacin in situ.

Capas Granulares:Densmetro NuclearCesio 137 (PavimentosRgidos y Flexibles)

Mide densidades, humedades relativas y absolutascon certeza del 98%.

Es un equipo porttil que emite radiacin ionizanteque se utiliza en suelos bases, hormign y asfalto.

Toda manipulacin deber ser realizadaevitando el contacto directo con la superficie.

Nunca debe bajarse el vstago sin que elequipo est completamente apoyado en elsuelo y ubicado en la perforacin.

Los medidores de radiacin no tienenactualizada la calibracin o no son calibraoscorrectamente.

Rugosidad:Rugosimetro deRespuesta Dinmica BPR (Bureau of PublicRoad)

Permite correlacionar los valores de rugosidad de unpavimento que se obtienen de equipos de medicinalternativos.

Es el instrumento que tiene actualmente mayordifusin a nivel internacional y es aceptado comoestndar de medida de la regularidad superficial.

No se debe trabajar en zonas de trnsito devehculos pesados o maquinarias enmovimiento, dados los altos grados desensibilidad del instrumento.

Friccin: medidor decoeficiente de friccin Mu Meter

Estos dispositivos en general sirven para caracterizarla resistencia al deslizamiento a medianasvelocidades (50 km/hr).

Instrumento dotado de un sistema humectador quepermite simular las diferentes condiciones dehumedad de las superficies a evaluar.

Al comparar los resultados de mediciones envarios tramos, existen diferencias entre losvalores obtenidos, lo cual se debe a lasdistintas formas en que se realizan lasmediciones y a la influencia de la microtextura ymacrotextura superficial.

Adherencia: medidor deadherencia neumticocalzada Scrim Tex

Mediante un camin rodante determina el coeficientede friccin transversal en ambas huellas.

Indica las fuerzas de rozamiento existentes entre elpavimento y el neumtico.

Por medio de un dispositivo laser determina lamacrotextura del pavimento.

No tienen actualizado un sistema de calibracino no son calibraos correctamente.

No se debe trabajar en zonas de trnsito devehculos pesados o maquinarias enmovimiento, dados los altos grados desensibilidad del laser.

Deflexiones de Capasde Rodadura: El uso de este modelo permite sondear los Las soluciones del FWD han sido reducidas al

Deflectometro deImpacto - FWD(Pavimentos Flexibles)

espesores de las capas o del pavimento y laverificacin de la fatiga en la carpeta asfltica.

Caracteriza al pavimento evaluado como un modelobicapa elstico equivalente con parmetros elsticosefectivos derivados directamente del cuenco dedeflexiones medido.

Se instala en cualquier remolque con eje doble,puede remolcarse con cualquier vehculo por que elnico cable que conecta el remolque con el vehculoremolcador es el cable del ordenador.

Este proceso permite a un solo operador realizar eltrabajo de medicin de manera fcil y sencilla.

Posee un programa basado en Windows, queregistra un mdulo horario, indicador de medicin dedistancias DMI14, sensores de temperatura, equipopara vdeo y sistema GPS15 que permite lapresentacin de datos en mapas o planos.

uso de estos parmetros exclusivamente enuna metodologa llamada YONAPAVE queaunque es una herramienta til para analizarcuencos de deflexiones medidos en formaperidica, es rutinaria a lo largo de una red vialcomo componente de un sistema de gestin demantenimiento.

No es aplicable a otra metodologa y suinterpretacin por separado es confusa. Estosresultados no deben interpretarse comorelaciones con validez universal, pero s comoadecuadamente orientativas de lo que sucedecon los valores de la deflexin en funcin deltiempo de aplicacin de la carga, el espesortotal de la mezcla bituminosa y de la velocidadde paso del vehculo pesado.

Incorpora superficialmente conceptos analticosusados en mtodos de diseo como el mtodoShell o el mtodo del Instituto del Asfalto.

Deflexiones de Capasde Rodadura: EquipoGerpho (PavimentosFlexibles)

Capaz de grabar, registrar y clasificar las diversasfisuras de la capa de rodadura de los pavimentos.

Permite eliminar el factor subjetivo en la evaluacinde las fisuras y asegura un seguimiento fiable,mediante comparacin, del deterioro del firme entrediversas campaas.

Provisto de tres cmaras de vdeo digital para laobtencin de imgenes de la carretera y su entorno,para una mejor ubicacin de las medicionesrealizadas.

No permite obtener directamente, el cuenco dedeflexiones.

Proceso laborioso que no permite obtener elcuenco de deflexiones, sino nicamente ladeflexin bajo carga.

14 Siglas en ingls para Distance Meter Indicator.15 Sistema Satelital de Posicin Geogrfica.

Deflexiones de Capasde Rodadura: VigaBenkelman (PavimentosFlexibles)

A travs del cuenco de deflexiones16 se puededetermina los mdulos de las distintas capas quecomponen la rodadura, incluido el mdulo resiliente,mediante la tcnica denominada clculo inverso obackcalculation. A partir de las deflexiones obtenidasy al aplicar una carga sobre el pavimento, estesistema presenta la ventaja de que la evaluacin serealiza mediante un ensayo no destructivo.

La principal ventaja de este instrumento es que setrata de un ensayo bastante econmico y en caso deno poseerlo es un equipo fcil de fabricar.

El sistema de aplicacin de la carga se parecemucho al de las cargas dinmicas producidas por losvehculos reales que afectan y daan a la carretera,su escasa duracin del impacto (del orden de 20/30milisegundos) se aproxima bastante al efecto de unvehculo circulando a 60 70 km/h.

Es un proceso muy laborioso, y no permiteobtener el cuenco de deflexiones, sinonicamente la deflexin bajo carga, en el centrode las ruedas gemelas.

Las deflexiones obtenidas dependen demultitud de parmetros: espesor de larodadura, espesor de la capa bituminosa,caractersticas de la mezcla, modulo resiliente yespecialmente, de la temperatura.

Como las mezclas bituminosas presentan uncomportamiento viscoelstico, la deflexinobtenida depende directamente del tiempo deaplicacin de la carga y su magnitud.

Deflexiones:Deflectografo Lacroix(Pavimentos Flexibles)

Estos sistemas permiten obtener las deflexiones enambas calzadas, registrando valores cada 5 metros.

Con base en las medidas tomadas por DeflectografoLacroix es posible realizar clculos inversos de losmdulos de las diferentes capas que conforman unpavimento flexible, siempre y cuando se mida toda lacuenca de deflexin.

Se utiliza ampliamente para evaluar la capacidadestructural de los pavimentos en campo;particularmente en el anlisis estructural de losmismos.

No permite obtener directamente, el cuenco dedeflexiones.

Velocidades de circulacin muy bajas (0-5km/h) que impide analizar grandes tramos.

Cuando se comparan simplemente los nivelesde deflexin es importante tomar en cuenta queuna comparacin de pavimentos con diversascaractersticas, que se basa exclusivamente enla medida de la deflexin debe tenerseprecaucin, ya que la relacin entre lasdeflexiones, y las tensiones y deformacionesvaran en estructuras de pavimentos diferentes.

Espesores: Georadar

16 El conjunto de desplazamientos verticales a lo largo de un tramo de pavimento se conoce con el nombre de cuencos de deflexin.

(Pavimentos Flexibles yRgidos)

Es un instrumento excelente de prospeccin nodestructiva del subsuelo en un rango deprofundidades que oscila entre los pocos centmetrosy los treinta metros.

Hace el anlisis de las reflexiones de las ondaselectromagnticas que se producen cuando hayvariaciones en la constante dielctrica del terreno.

Aplicable a la Investigacin geotcnica anterior a laplanificacin y construccin de obras civiles as comola deteccin y diagnstico de estructuras artificiales.

Se posee poca experiencia en el empleo deesta tcnica en campo, habiendo efectuadouna gran variedad de trabajos dirigidos a lainvestigacin en obras civiles.

Es ms empleado en otros campos de laingeniera tales como los de proteccinmedioambiental, control especial en minas yobras pblicas, estudios arqueolgicos y depatrimonio.

Sellado de Juntas:Direct Tension Tester DTT (PavimentosFlexibles y Rgidos)

Puede medir y clasificar el desempeo de losselladores de asfalto a baja temperatura.

Instrumento diseado para estudiar las propiedadesreolgicas de ligantes asflticos a baja temperatura,sometidas a la falla de tensin y deformacin.

Se usa el DTT para estudiar la acumulacin deesfuerzo trmico de los selladores cuando latemperatura baja de 5 C a -30 C.

Los selladores de asfalto para grietas tienendesempeo deficiente a baja temperatura,poseen ndices bajos de tensin trmicainducida por temperatura y acumulacin bajade tensin trmica

Sealizacin: Valoradorde SealizacinHorizontal Ecodyn

Permite la mejor determinacin de las propiedadespticas de los materiales retrorreflectantes utilizadosen sealizacin vial y en equipamientos deseguridad.

Tambin sirve para aplicaciones relacionadas con elcontrol de calidad de las marcas viales enpavimentos, a travs de la medida dinmica de laspropiedades pticas de las mismas.

Cuando se trabaja con materiales no reflectivoso de baja calidad, la percepcin ptica sereduce considerablemente.

Instrumento limitado a la supervisin desealizacin horizontal.

ANEXOS

Anexo 1. Granulometras admisibles para la construccin de capas de material granularestabilizado con cemento

Tabla 420.3 IDU ET-2005

Anexo 2. Resistencias mnimas y mximas de mezclas de materiales granulares estabilizadoscon cemento


Anexo 3. Requisitos de los Agregados para Capas de Material Granular Estabilizado conCemento.


Anexo 4. Granulometras admisibles para la construccin de capas de material granularestabilizado con emulsin asfltica


Anexo 5. Requisitos de los agregados para capas de material granular estabilizado conemulsin asfltica


Anexo 6. Valores mximos admisibles del ndice Internacional de Rugosidad (IRI m/km)


REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS

1. Estabilizacin de Suelos

VIDELA CIFUENTES, C. (1989). Estabilizacin Qumica de Suelos. Revista de Ingeniera deConstruccin, 69-72.

GARBER, N., & HOEL, L. (2005). Mtodo de Estabilizacin del Instituto del Asfalto. En N.GARBER, Ingeniera de Transito y Carreteras (pgs. 1001-1006). Mxico D.F.: Ed. ThomsonLearning.

RICO, A. (2005). Estabilizacin de Suelos, La Ingeniera de Suelos en las Vas Terrestres(Vol. II, pgs. 640-644). Mxico: Ed. Limusa.

DELGADO CASTRO, RICARDO. (2000). Estabilizacin de materiales granulares teniendocomo gua la norma Invias (Articulo 340) con emulsin asfltica catinico de rotura lenta ydiferentes porcentajes de cemento, Tesis Universidad Javeriana, Bogot D.C.

TORRENTO BALENTO MANUEL. (1970). Estabilizacin de Suelos: Suelo-Cemento,Barcelona, Ed. Tcnicos Asociados.

ROMERO ROJAS, CONSUELO. (1986) Estabilizacin de Suelos con Aceite Sulfonado,Tesis Universidad Nacional de Colombia, Bogot D.C.

INSTITUTO DE DESARROLLO URBANO - IDU (2005) Gua Para La Construccin de CapasEstructurales Estabilizadas Mediante Procesos Qumicos, Bogot D.C.

INSTITUTO NACIONAL DE VAS INVIAS (1998). Normas de Ensayo de Materiales ParaCarreteras, Capitulo 8 Estabilizaciones, Bogot D.C.

CAMACHO J., REYES O., MAYORGA C., MNDEZ D. (2006) Universidad Nueva Granada,Articulo Evaluacin de Aditivos Usados en el Tratamiento de Arcillas Expansivas, Vol. 16 No.2, Bogot D.C.

2. Compactacin de Suelos

RICO RODRIGUEZ A. & CASTILLO MEJIA H. (1992). Instituto Mexicano del Transporte.Consideraciones Sobre Compactacin de Suelos en Obras de Infraestructura de Transporte.Mxico.

ROBERTO T. SANTANGELO (1988). Tcnicas de compactacin, (pgs. 120-202) Popayn.

FORSSBLAD, LARS. (1984). Compactacin de suelos por vibracin: resultados de lasinvestigaciones y aplicaciones prcticas. (pgs. 9-11). Madrid.

RINCON CASTILLO, M. (1989). Calidad de la Compactacin en Capas Granulares enBogot. Bogot: Ed. Pontificia Universidad Javeriana.

JUAREZ BAUDILLO, E., & RICO RODRIGUEZ, A. (2005). Mecnica de Suelos (Vols. I, Cap.14). Mxico: Ed. Limusa.

3. Suelos Inestables

VOLKE SEPULVEDA, T., & VELASCO TREJO, J. A. (2004). En J. A. VELASCO TREJO,Tecnologas para Remediacin de Suelos Contaminados (pgs. 43-46). Mxico D.F.: Ed.Instituto Nacional de Ecologa.

JCOME ORDOEZ, JESS RAMN. (2006). Velocidad de Deformacin y Estado Crticoen Suelos Blandos.

CADENA VALDEZ, RICARDO ERNESTO. (1982), Propiedades Geotcnicas De SuelosExpansivos Colombianos, Tesis Universidad Nacional, Bogot D.C.

4. Instrumentacin Geotcnica

MONTEJO FONSECA ALFONSO (2002), Ingeniera de Pavimentos para Carreteras, Cap.10 Evaluacin de pavimentos en servicio y diseo de obras de mejoramiento p 504-553,Bogot 2 Ed., Colombia.

LILLI FELIX J., LOCKHART J.M, (1986) Diseo Racional de Refuerzos de PavimentosFlexibles, Reunin del asfalto No. 24, apartes 6-7, Mar del Plata, Argentina.

DEL AGUILA P.M. (2007) Sistema Inteligente Para el Control de Calidad de la Construccinde Pavimentos Basado en la Evaluacin de la Performance. Ponencia presentada al XIVCongreso Ibero Latinoamericano del Asfalto. La Habana, Cuba.

HERNNDEZ AVILA, RODRIGO G. (2000) Medicin del Mdulo Dinmico de las CapasGranulares del Pavimento con el Presiometro. Universidad de los Andes. Bogot D.C.,Colombia.

ACHUTEGUI, F., CRESPO DEL RIO, R., SANCHEZ, B., SANCHEZ, I. (1996) ElExperimento Internacional de Comparacin y Armonizacin de las Medidas de la Resistenciaal Deslizamiento y de la Textura. Revista Rutas N53. Madrid, Espaa.

Date post:	23-Nov-2015
Category:	Documents
Upload:	anonymous-kxz6jfdes
View:	28 times
Download:	4 times

31639763 Trabajo Final de Geotecnia Andres Castro

Documents