Criterios Para Mejoramiento De Suelos Y Calculo De Espesores.docx 1p2l4

CRITERIOS PARA MEJORAMIENTO DE SUELOS Una vez que se ha llevado a cabo la limpieza y desmonte del terreno es muy importante asegurarse de que el terreno sobre el que se va a edificar tenga el soporte necesario para la estructura. La mejora o el refuerzo del terreno podrán hacerse mediante su mezcla con aglomerantes hidráulicos, sustitución, precarga, compactación dinámica, vibro flotación, inyección, inyección de alta presión u otros procedimientos que garanticen un incremento adecuado de sus propiedades. Los siguientes factores, según proceda, deben tomarse en cuenta para elegir el proceso más adecuado de mejora o refuerzo del terreno.      

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Espesor y propiedades del relleno a mejorar Presiones intersticiales en los diferentes estratos Naturaleza, tamaño y posición de la estructura a apoyarse en el terreno Prevención de daños a las estructuras adyacentes Mejorar provisional o permanentemente el terreno Los efectos en el entorno, incluso la posible contaminación por substancias toxicas (en el caso que estas se introduzca en terreno en el proceso de mejora)o las mejoras en el nivel freático. La degradación de los materiales a largo plazo ( por ejemplo en la inyección de materiales inestables).

Las técnicas de mejoramiento de suelos van a lograr alcanzar los siguientes objetivos:    

Aumentar la resistencia Disminuir la permeabilidad Disminuir la deformabilidad Mitigar el potencial de colapso

 ESTABILIDAD VOLUMÉTRICA Modificar la arcilla expansiva a través de medios químicos o térmicos como: aceites sulfonados, ácidos fosfóricos, cloruros de sodio, etc; con el fin de conseguir una masa rígida o granular cuyas partículas estén suficientemente ligadas para resistir la presión interna de la arcilla.  RESISTENCIA Casi todos los métodos de estabilización producen grandes aumentos en la resistencia de los suelos. Se exceptúan, quizás, los suelos con materia orgánica, por cuanto la mayor parte de los problemas de resistencia ocurren precisamente en esos suelos.  COMPRESIBILIDAD Prácticamente todos los métodos de estabilización disminuyen la compresibilidad de los suelos.

 DURABILIDAD Para obtener una buena durabilidad, la capa estabilizada debe presentar una adecuada resistencia a los agentes atmosféricos y al tránsito que deba soportar durante el período de diseño.

TIPO DE SUELO

SISTEMA DE ESTABILIZACIÓN DE SUELO

- La adición de cemento aumenta la resistencia. ARENAS - La adición de asfalto les brinda cohesión. - Si tienen algo de arcilla responde económicamente sólo a la compactación. LIMOS

- Los limos puros no estabilización usuales.

responden

económicamente a métodos de

- La cal mejora su trabajabilidad y resistencia. ARCILLAS - El cemento produce aumentos de resistencia.

ESTABILIZACIÓN CON CAL La cal es un producto de la cocción de la piedra caliza, para constituir un material ligante al combinarse con agua y suelo. Este material mejora las características naturales, de modo que aumenta su capacidad para resistir los efectos inducidos por el tránsito y disminuye los cambios volumétricos.

REQUISITOS DE LA CAL: Las cantidades de cal pueden variar entre el 2 y 6% en peso, del material estabilizado.

MATERIALES: 

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Los suelos que se utilicen no deben tener partículas de tamaño superior a 80 mm. La cal debe estar seca al momento de su incorporación al suelo, para que fluya, debe estar protegida de la humedad hasta su utilización. El agua que se utilice para el mezclado y el curado de la mezcla deberá estar en óptimas condiciones.

ENSAYOS Y TOLERANCIAS: 

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Para controlar el contenido de cal en la mezcla y su homogeneidad se debe realizar el ensayo para determinar el PH, cuyo valor mínimo será de 11. La granulometría se debe realizar para comprobar que el 100% de la mezcla pasa el tamiz de 1 in (25.4 mm) y no menos del 60% pasa el tamiz No 4 (4.75 mm). El espesor de la capa no puede variar en más de 2 cm del espesor estipulado en el contrato.

COMPACTACIÓN: 

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Para la compactación se deberá usar rodillos pata de cabra, y luego rodillos lisos de tres ruedas de acero o rodillos neumáticos. El espesor de cada capa compactada no deberá ser mayor a 15 cm. La compactación se iniciará a los costados de la vía e irá progresando hacia el centro hasta lograr un 95% de la densidad máxima obtenida en el laboratorio, ( AASHTO T- 147).

CURADO:  

La capa mezclada y compactada debe ser curada por un lapso de 3 a 7 días. El curado de todas las capas estabilizadas podrá efectuarse mediante riegos ligeros de agua, que mantengan la superficie húmeda mientras se rodilla con compactadores neumáticos hasta su curado completo.

ESTABILIZACIÓN CON CEMENTO PORTLAND El cemento es el producto de la mezcla de diferentes materiales que se someten a un proceso de cocción y molido, para construir un material ligante al combinarse con agua y suelo. Su utilización se considera cuando es necesario cambiar algunas características físicas y mejorar sus condiciones mecánicas.

REQUISITOS DEL CEMENTO: La cantidad aproximada de cemento debe estar comprendida entre un 3% mínimo a un 8% máximo en peso, respecto al del material a estabilizar. MATERIALES: 

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Los materiales por emplear serán los especificados para bases clase 3 o clase 4 (Sección 404-01.2 / MOP – 001 – F - 2002), y deberán cumplir los requisitos de granulometría correspondientes. Los materiales bien gradados contendrán entre un 55 a 65% de agregado grueso retenido en el tamiz No 4. El aglutinante para la mezcla estará constituido por cemento Portland tipo I o tipo II. El agua para la hidratación de la mezcla debe cumplir con las siguientes exigencias: Limitación

Determinación PH

Mayor ó igual a 5

Sustancias disueltas

Menor ó igual 15 gr/lt

Sulfatos

Menor ó igual 1 gr/lt

Sustancias orgánicas solubles en éter

Menor ó igual 15 gr/lt

Ión cloro

Menor ó igual 6 gr/lt

Hidratos de carbono

No debe contener

Sustancias nocivas del agua ENSAYOS Y TOLERANCIAS:  



La granulometría de la mezcla debe ser comprobada (AASHTO T 11 y T 27). La densidad de campo no debe ser menor al 100% de la densidad máxima seca establecida en laboratorio, (AASHTO T 180). El contenido de cemento en la mezcla (AASHTO T 211), y se debe efectuar ensayos de compresión simple para comprobar que la resistencia no sea inferior a 25 Kg /cm2.

ESTABILIZACIÓN CON MATERIAL PÉTREO 

La estabilización con material pétreo se realiza con el objeto de dar un reforzamiento a la obra básica a construirse.

MATERIALES: 

Deberán estar constituidos por material pétreo o pedazos de rocas de un tamaño de 10 a 30 cm, exento de materiales arcillosos, con un contenido no mayor de 20% de partículas que pase el tamiz de 2 in y el 5% que pasen por el tamiz No 4.

COMPACTACIÓN: 

La compactación se hace hasta obtener la suficiente consolidación, que se verificará por la ausencia de hundimientos y desplazamientos de los materiales al paso de los tractores.

COMPACTACION DEL SUELO La compactación es el procedimiento de aplicar energía al suelo suelto para eliminar espacios vacíos, aumentando así su densidad y en consecuencia, su capacidad de soporte y estabilidad entre otras propiedades. Su objetivo es el mejoramiento de las propiedades de ingeniería del suelo. VENTAJAS DE LA COMPACTACIÓN:    

La compactación permite la mejora de las siguientes propiedades: Aumente la capacidad del soporte del suelo. Reduce los asentamientos del terreno Reduce la permeabilidad del suelo, el escurrimiento y la penetración del agua. Elagua fluye y el drenaje puede regularse.

METODO PARA COMPACTAR EL SUELO: Se emplean cuatro métodos principalmente:  COMPACTACION ESTATICA O POR PRESIÓN: La compactación se logra utilizando una máquina pesada, cuyo peso comprime las partículas del suelo, sin necesidad de movimiento vibratorio. Por ejemplo: Rodillo Estático o Rodillo Liso:

 COMPACTACION POR IMPACTO: La compactación es producida por una placa apisonadora que golpea y se separa del suelo a alta velocidad. Por ejemplo: Un apisonador

.

 COMPACTACIÓN POR VIBRACIÓN: La compactación se logra aplicando asuelo vibraciones de alta frecuencia. Por ejemplo: Placa o rodillos vibratorios.

 COMPACTACIÓN POR AMASADO: La compactación se logra aplicando al suelo altas presiones distribuidas en áreas más pequeñas que los rodillos lisos. Por ejemplo: Un rodillo “Pata de Cabra”

ELECCIÓN DEL MÉTODO DE COMPACTACIÓN:  SUELOS GRANULARES: Se compactan mejor por vibración. La vibración reduce las fuerzas de fricción, dejando que las partículas caigan libremente por su propiopeso. - Pisones - Rodillo Pata de Cabra y Neumático - Circulación adecuada del equipo de transporte  SUELOS COHESIVOS: Se compactan mejor por amasado e impacto. La tendencia de los suelos es combinarse, formando laminaciones continuas con espacios de aire entre ellas, impidiendo que caigan partículas en los vacíos con la vibración. La fuerza de impacto produce un esfuerzo de cizalle que junta las laminaciones, oprimiendo las bolsas de aire hacia la superficie. - Placas y rodillos vibratorios - Masas desde altura (comp. dinámica).

COLUMNAS DE GRAVA Las columnas de grava como sistema de mejora de suelos son una técnica utilizada desde los años 30 en que se inventara el primer vibrador. En un principio se ejecutaban mediante la aportación de agua como apoyo para la penetración del vibrador en el terreno en lo que se denominaba vía húmeda. Con el tiempo se ha impuesto la ejecución de estos trabajos mediante la vía seca que no necesita el empleo de agua debido a la mejora de los equipos que han permitido que tanto la capacidad de penetración como de rendimientos sean equiparables a la vía húmeda. La última generación de vibradores además de ser más potentes incorporan la descarga inferior e interior de la grava, lo que asegura una continuidad en las columnas que antes no existía, a la vez que permite una adecuada compactación de la misma dentro de la perforación. ÁMBITO DE APLICACIÓN (TIPO DE OBRA):       

Terraplenes, carreteras, ferrocarriles Obras hidráulicas estancas (depuradoras) Silos y depósitos de cualquier tipo Refuerzos de fondos marinos, lacustres o fluviales Naves industriales y comerciales Almacenes Oficinas, residencial colectivo e individual.

VIBROCOMPACTACIÓN La Vibro-Compactación es usada para densificar suelos limpios y sin cohesión. La acción del vibrador, usualmente acompañada por la inyección de agua a chorros, reduce las fuerzas inter-granulares entre las partículas del suelo, permitiéndoles moverse en una configuración más gruesa, logrando típicamente una densidad relativa de 70 a 85 por ciento. La compactación es lograda por encima y debajo de la capa freática. El Proceso de Vibro-Compactación nos va a ayudar a:    

Incrementar la capacidad de soporte y reduce el tamaño del cimiento Reducir el asentamiento del cimiento Mitigar el potencial de licuefacción Permitir la construcción sobre rellenos granulares

Parámetros Importantes de la Vibro-Compactación:  

Tipo y gradación del suelo Densidad relativa

Control de Calidad para Vibro-Compactación:   

Ubicaciones de puntos de compactación Nivel de resistencia en relación a la medida por el amperímetro (El vibrador atrae más corriente en suelos más densos.) Cantidad de relleno agregado o reducción en el nivel del sitio

Ensayos de Aceptación de Vibro-Compresión:     

Ensayo de Penetración Estándar (SPT) Ensayo de Penetrómetro de Cono (T) Ensayo de Medidor de Presión (PMT) Ensayo de Medidor de Dilatación (DMT) Ensayo de Carga

Existen otros tipos de estabilizaciones (MOP – 001 – F - 2002, Tomo I, Sección 402-5 y 402-8) como:    

Empalizada Geotextil Geomalla biaxial Membranas sintéticas

Para ejercer el control de calidad en las construcciones, las especificaciones suelen fijar un número mínimo de pruebas por lote de materiales o carretera construida. La siguiente tabla indica una guía para la selección de muestras (MOP – 001 – F – 2002), la cual ha sido fijada en base a experiencias y a consideraciones de tiempo y de dinero.

SUBBASES Y BASES GRANULARES

MATERIALES PARA TERRAPLENES

ITEM

TIPO DE PRUEBA

Granulometría, contenido de humedad, compactación, índice de plasticidad y valor soporte california CBR.

Densidad en el terreno

FRECUENCIA DE LAS PRUEBAS Tantas como sea necesarios para asegurarse que los materiales resultantes de las excavaciones sean adecuadas. Mínimo una prueba por corte, ó una por cada ó por cada tipo de suelo. Una por cada relleno o terraplén colocado, o una por cada 100m lineales en cada capa colocada.

Determinación de la calidad de la fuente de materiales a emplear: ensayo de abrasión, índice de plasticidad, compactación, valor soporte california CBR y equivalente de arena.

Deben hacerse antes de comenzar la explotación y durante esta cuando se advierta variación de calidad de los materiales.

Granulometría.

Una prueba cada de material.

Densidad en el terreno.

Seis pruebas cada de material compactado.

Espesor de la capa compactada.

Estos espesores serán medidos luego de la compactación final, cada 100 m de longitud en puntos alternados al eje y a los costados del camino tanto en bases como en subbases.

El número de ensayos dependerá de la constitución geológica de la fuente y su magnitud.

CRITERIOS PARA EL CALCULO DE ESPESOR DEL PAVIMENTO Para el cálculo del espesor de pavimentos de concreto, debe utilizarse “Método AASTHO” y verificarse a través del “Método PCA”, siendo necesario conocer algunos aspectos del proyecto como los indicados a continuación: a. Periodo de diseño (vida útil) b. Resistencia a la tensión por flexión del concreto a utilizar c. Modulo de reacción (k) del terreno natural d. Información del tráfico

Se debe considerar en el diseño, el efecto de reducción de espesor del pavimento con la utilización de elementos confinantes y de transferencia de carga, tales como guarniciones integrales o ligadas mediante varillas de sujeción, así como camellones o acotamientos ligados a los carriles Al tener mecanismos de transferencia de cargas en los bordes, el pavimento tendrá menos posibilidad de fallar en esas zonas, ya que se evitara por un lado el efecto de bombeo y por el otro el efecto flexiónate en caso de presentarse erosión de la capa de apoyo en las zonas perimetral De acuerdo con el método de AASHTO, la colocación de acotamientos pavimentados, los cuales actúan como elementos confinantes y de transferencia de carga, tiende a reducir espesores del orden de 2.5 cm. Ello se debe a que en esas zonas al aplicar una carga en acotamientos pavimentados, se produce una transmisión de esfuerzos del orden del 85% del total que resultaría de no contar con los citados acotamientos. El efecto reductor de espesores de los acotamientos pavimentados debe considerarse en el desarrollo de los dos métodos de diseño ASSHTO y PCA. Por lo general los acotamientos deben diseñarse con espesores no menores a los 15 cm.

ESPESORES MÍNIMOS DE CADA CAPA El espesor obtenido para cada capa se compara con el espesor mínimo especificado para el nivel de tránsito de proyecto establecido. Si el espesor calculado es menor al mínimo especificado, se toma dicho espesor mínimo como espesor de proyecto, y se disminuyen los espesores de las capas inferiores, de acuerdo con los coeficientes estructurales de esas capas. Los espesores mínimos especificados para las capas de base y sub-base se fijan por consideraciones constructivas, fundamentados en el comportamiento de carreteras en condiciones reales de servicio.

Espesores mínimos de las capas de pavimento, en cm Tránsito Capa I

II

III

IV

Carpeta

*

0

5

5

5

Base

*

15

15

15

15

Sub-base

*

15

15

15

15

Subrasante

**

20

30

30

30

Subrasante

***

30

40

40

40

Notas. Aplicable a caminos normales y carreteras de altas especificaciones (*) Aplicable a caminos normales (**) Aplicable a carreteras de altas especificaciones (***)

Se estima que los caminos con tránsito equivalente menor de un millón de ejes estándar pueden construirse con un tratamiento superficial, sobre una base de buena calidad. Para tránsitos mayores es conveniente la colocación de una carpeta de concreto asfáltico, o base asfáltica con un tratamiento superficial. Al terminar esta etapa se presenta al proyectista el diseño por deformación, tanto el calculado sin restricción de espesores, como el recomendado por espesores mínimos. Si el proyecto incluye una carpeta asfáltica se pregunta al proyectista si desea continuar el análisis por fatiga. Se recomienda que el proyectista continúe ese camino, ya que es indispensable para realizar el análisis estructural completo. Si el proyectista decide no continuar el análisis por fatiga por no tener carpeta asfáltica, sino simplemente un riego de sello, el programa finaliza con el diseño por deformación permanente acumulada, dando oportunidad al de imprimir el resultado.