Trabajo Final de Geotecnia Andrés Castro

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- 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

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ABRIL 19 DE 2010

GEOTECNIA BASICA PARA LA CONSTRUCCION Página - 2 -

INDICE TEMATICO

Págs.

1. Procesos de Estabilización de Suelos………………………………………….. 3-17

a. Fundamentos Teóricos de la Estabilización……………..……...……….. 3

b. Estabilización con Cal………………………………………………..……….. 6

c. Estabilización con Cemento………………………………….………..…….. 8

d. Estabilización con Asfalto…………………………………………….......... 10

e. Estabilización con Aceite Sulfonado……………………………………... 12

f. Estabilización con Polímeros………………………………………….….... 14

g. Estabilización con Cenizas…………………….………………………….... 16

2. Análisis Comparativo de la Compactación de Materiales Finos………..… 18-22

a. Fundamentos Teóricos de la Compactación…………..………………... 18

b. Cuadro Comparativo…………………………………………………………. 21

3. Análisis Comparativo de Tipos de Suelos Inestables…………………….. 23-26

a. Fundamentos en Suelos Inestables………………………………………. 23


4. Instrumentación Geotécnica en Pavimentos………………………….….… 27-34

a. Construcción de Pavimentos………………………………………………. 27



ANEXOS

Anexo 1………………………….………………………….…………………………… 36

Anexo 2………………………………….………………….…………………………… 36

Anexo 3………………………………………….………….…………………………… 37

Anexo 4…………………………………………………….……………………….…… 38

Anexo 5…………………………………………….…………….……………………… 38

Anexo 6…………………………………………….…………….……………………… 39

Referencias Bibliográficas…………………………………………………...………. 40-41


1. PROCESOS DE ESTABILIZACION DE SUELOS

a) Fundamentos Teóricos

Para abordar la estabilización de suelos mediante la incorporación de diferentes tipos demateriales, y teniendo en cuenta los criterios solicitados en las siguientes tablas decaracterización, es necesario hacer claridad de algunos fundamentos teóricos que estánimplícitos en el funcionamiento de las propiedades mencionadas.

Aplicabilidad

Debido a la particular composición físico-química de los materiales utilizados comoestabilizadores, cada uno de ellos genera comportamientos mecánicos distintos sobre lasdiferentes masas de suelo; de la misma forma, cada suelo lleva consigo característicaspropias que los diferencian de otros, es así como el origen del suelo, su exposiciónclimática, su distribución de granos y el contenido de agua y vacios entre otros, soncriterios decisivos a la hora de determinar qué tipo de material estabilizador le esaplicable.

Granulometría

Corresponde a la distribución de partículas de granos dentro de un suelo en función de sutamaño1, de esta forma, la distribución y el tamaño de partículas, tanto de la masa desuelo como del agente modificador, condicionan de entrada el tipo de procesoestabilizador.

Compresión Inconfinada

Los procesos de estabilización buscan en el suelo un estado que genere resistencia a laacción 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 compresión y al corte, son elementos fortalecidos durante los procesos deestabilización, relacionados directamente con propiedades inherentes del suelo como ladensidad, la cohesión y la fricción interna de partículas.

La resistencia a la compresión inconfinada corresponde al mínimo esfuerzo compresivonecesario para romper una muestra no confinada de suelo2, en el método de ensayo quela mide se toma como la máxima carga alcanzada por unidad de área, o la carga porunidad de área cuando se alcanza el 15% de deformación axial. La cohesión es lapropiedad física determinante durante un proceso de compresión inconfinada, estacaracterística es la porción de la resistencia generada por la atracción molecular de laspartículas y finas películas de agua que las rodean, esta fuerza de vinculación de laspartículas depende de las propiedades naturales de la superficie interna y el contenido dehumedad del suelo.

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


Pretratamiento

En casos específicos, 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 compactación preliminar que genere lascondiciones mínimas para la aplicación del método de estabilización deseado.

Control de Humedad

Todos los procesos de estabilización ya sean de tipo físico, químico o mecánico requierende la optimización 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 mecánico, de lasmisma forma, el control de dichos niveles de agua dentro de la masa de suelo a lo largodel proceso de estabilización determinan los satisfactorios resultados del mismo.

Estabilidad

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


b) Estabilización con Cal

CARACTERISTICA SUELO-CAL

Suelos en los cuales esaplicable

Este método está destinado esencialmente a la aplicación en suelos finosmuy plásticos (índices 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 orgánicos (contenidoorgánico mayor al 1%) con pocos contenidos de arcilla. Dependiendo delpeso seco del suelo, puede aplicarse a diferentes porcentajes de dosificaciónen sub-bases y bases granulares.

Requerimientos degranulometría

Por tratarse de una metodología 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 mínimo del 25%.

Aporte en la resistenciaa la compresióninconfinada

La cal más utilizada para el tratamiento de suelos es la cal alta en calcio (calhidráulica) que contiene un 5% de hidróxido de magnesio y iones de cal,compuestos que generan una descompensación de cargas superficiales enel sodio (Na) y en el magnesio (Mg) presentes en las arcillas, disminuyendoel poder de atracción del agua hacia las partículas (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 departículas de suelo, produciendo un agrupamiento homogéneo de lasmismas que conlleva a la generación de una estructura capaza decontrarrestar las fuerzas de compresión.

Necesidad depretratamiento ycompactación

Aunque en teoría no es necesario llevar a cabo un pretratamiento con otrotipo de material, la reducción de vacios presentes a través de un proceso decompactación mecánico, acelera el proceso de floculación entre partículassuelo-cal y por ende la acción cementante de los silicatos sobre el suelo.

Control de humedaddurante el proceso deconstrucción y posteriora él

Agregar paulatinamente cal al suelo produce un aumento del límite plástico,proceso favorecido por el intercambio de bases, la poca afinidad de la masasuelo-cal con el agua implica una mayor adición de agua para lograr que elsuelo pase de un sólido rígido a un material de tipo plástico. De la mismamanera el límite líquido disminuye debido a que las partículas estabilizadasrequieren de menor humedad para perder su estructura plástica 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 máscontinuos, es preciso conocer en campo el volumen de cal aplicado porunidad de suelo seco, con el fin de determinar los porcentajes específicos deagua.

3 SANTIAGO MARQUEZ, Estabilización de Suelos. Pg 37


Estabilidad delmejoramiento en eltiempo

El tiempo es un factor determinante durante el proceso de estabilización concal, por ejemplo, el tiempo de ejecución del proceso de estabilización puedeampliarse debido a que la reacción exotérmica causada por el agua y la calviva puede calentar el suelo. La estabilización con cal requiere tiempo y unclima cálido para que se endurezca adecuadamente. Sin embargo, esteprocedimiento, es considerado como una metodología a corto plazo, ya quela vida útil de los silicatos presentes en la cal disminuye con el tiempo enfunción de la presencia continua de agua. El tiempo de estabilización es bajocuando los niveles de producción de agua no son controlados y superan losporcentajes de material modificante empleado.

Requerimientos en laNormatividadColombiana

A nivel nacional, el Instituto Nacional de Vías (INVIAS) se refiere a la calcomo material de estabilización de suelos a través de las normas INV E801,E802, E803, E804 y E805; la mayoría de ellas se limita a describirprocedimientos que determinan características de muestras de suelo concontenidos de cal preestablecidos; la única que hace mención del métodoque normaliza la preparación de mezclas de suelo-cal para los ensayos delaboratorio necesarios para la determinación de las propiedades del suelocuando se estabiliza con cal, es la norma INV E-805; aunque en ella, no sehace mención del porcentaje de cal que se debe emplear para laestabilización, si se describe el procedimiento mediante el cual unamezcladora mecánica obtiene una mezcla homogénea de suelo-calestabilizada.


c) Estabilización con Cemento

CARACTERISTICA SUELO-CEMENTO


Preferiblemente aplicable en gravas y arenas limo arcillosas bien y malgraduadas con tamaños máximos inferiores a los 5.08 cm con las siguientescaracterísticas, contenido de arcillas y limos inferior al 25%, contenido demateria orgánica inferior al 2%, aproximaciones de PH mínimo de 12.1 ycaracterísticas de consistencia tales como límite líquido entre el 35%-50% eíndice plástico entre el12%-25%. Esta metodología no es aplicable en suelosde desechos de construcción y suelos orgánicos.


Por tratarse de una metodología 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 inclusión de agua en el proceso de estabilización, los silicatos decalcio del cemento se hidratan y forman una solución alcalina 4 (procesoconocido como de fijación de los iones cálcicos 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 cementación que da origen a una vasta cohesión de partículas quelas liga unas a otras, formando una estructura homogénea en ellas,determinante al contrarrestar esfuerzos de compresión.


Antes de aplicar el cemento, el suelo a tratar debe ser sometido a un procesode pulverización, mediante el uso de métodos mecánicos como el aradohasta que se logren los requerimientos granulométricos deseados. Enalgunos casos especiales, cuando no se pueda llegar a las característicasgranulométricas ya establecidas y se estén tratando suelos arcillosos muyplásticos, 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 óptima teórica, cuando la masa de suelo se encuentracerca a este estado, el cemento posee agua suficiente para alcanzar suhidratación. 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 estabilización avanza, esnecesario reponer el agua superficial de la capa construida. El cuidado de lahumedad en la hidratación del cemento es fundamental.

4 El pH de la solución agua-cemento-suelo pasa de 7 a 12.5 SANTIAGO MARQUEZ, Estabilización de Suelos. Pg 266 INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS, 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 compactación se debe mantener porlo menos durante catorce días. Es recomendable como proceso de curadoefectivo la aplicación de una película delgada de material asfaltico. Una vezse de continuidad a la metodología anterior, y el proceso de curado vayallegando a su parte terminal, el suelo estabilizado entrara en una etapa deobtención e incremento de resistencia generada por la estructura cementada,periodo de estabilidad que se mantendrá de manera indefinida conexcelentes propiedades mecánicas a menos de que el suelo estabilizado seaintervenido en otros procesos con otras finalidades.


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

Por otra parte, el Instituto de Desarrollo Urbano (IDU) de acuerdo a loestablecido en la Guía para la Construcción de Capas EstructuralesEstabilizadas Mediante Procesos Químicos, determina las cualidades quedebe tener el suelo, el diseño que se le debe hacer a la mezcla y lametodología empleada en la estabilización con cemento de suelos. De igualmanera, la especificación técnica IDU-ET-2005 Sección 420-05, de formamás completa describe detalladamente todo los requerimientos, así como eldiseño, procedimiento y control de calidad del método de estabilización decapas de material granular con cemento. Ver Anexos 1-2-3


d) Estabilización con Asfalto

CARACTERISTICA SUELO-ASFALTO


La práctica ha permitido determinar que la mayoría de suelos tienen buenoscomportamientos con este tipo de estabilización ya que su función primordiales la de impermeabilizar, sin embargo los denominados materialesfriccionantes muestran excelentes resultados, entre ellos están las arenas ylas gravas arenosas, con requerimientos especiales para su parte fina comolímite líquido no mayor a 35 e índice plástico 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 adición alos anteriores requisitos también se recomienda que la relación de polvo nodeba exceder los 2/3 8 .


El efecto que produce el asfalto como agente estabilizador no es de reacciónquímica con el suelo, por el contrario, lo que hacen las resinas y asfáltenosde la emulsión es localizarse físicamente entorno a las partículas del suelo yen consecuencia se disminuye la capacidad de absorción del agua, lo queproduce en los suelos cohesivos una impermeabilización de partículas queaumenta la resistencia del suelo, mientras que en suelos poco plásticos semitiga la formación de deformaciones. A nivel mundial, el método de diseñode la estabilización se debe llevar a cabo bajo los criterios de la resistencia ala compresión inconfinada (Norma AASHTO T-208), de acuerdo a loestablecido en la práctica, con relación a materiales estabilizados conemulsiones asfálticas9, las resistencias máximas se obtienen a los 14 días enporcentajes no superiores al 10% de asfalto dentro de la emulsión.


El material en sitio a estabilizar se deberá 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 construcción de la capa de material estabilizado conemulsión asfáltica, debe comprobarse que el material que queda debajo delespesor por estabilizar presenta adecuadas condiciones de capacidadsoporte, densidad y espesor, en caso contrario se deberá llevar a cabo unproceso de compactación mecánica que permita llegar a las condicionesoptimas anteriormente nombradas.

7 Instituto de Desarrollo Urbano (IDU) Capas de Material Granular Estabilizado con Asfalto, Especificación Técnica IDU-ET-2005 Sección 440-05 Pg 3.

8 El porcentaje de polvo corresponde a la relación entre el porcentaje pasa tamiz 0.075mm y el tamiz 0.425mm según elInstituto de Desarrollo Urbano (IDU) Capas de Material Granular Estabilizado con Asfalto, Especificación Técnica IDU-ET-2005 Sección 440-05 Pg 4.

9 A. R. ZÚÑIGA, S. M. ANCHUNDIA, Articulo Estabilización De Subrasantes Mediante El Sistema Arena – EmulsiónAsfáltica, Pg 2.



Las características físicas del asfalto y su carácter impermeabilizante,determinan un comportamiento particular frente al agua, lo que induce a quedurante los procesos de estabilización sea necesario la adición 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, ladeterminación 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 compactación.


La estabilidad de la mezcla suelo-asfalto aumenta a medida que pasa eltiempo, la compactación 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 máxima, se inicia un proceso de decrecimientoen la misma en donde se deben tener ciertos criterios de cuidado,especialmente frente a las acciones climatológicas.


A nivel nacional, el Instituto Nacional de Vías (INVIAS) se refiere únicamentea la emulsión asfáltica como bitumen estabilizador de suelos a través de lanorma INV E812, en ella se indica el método que normaliza la preparación demezclas de suelo-emulsión empleadas en la estabilización de suelos.

Por otra parte, el Instituto de Desarrollo Urbano (IDU) de acuerdo a loestablecido en la especificación técnica IDU-ET-2005 Sección 440-05, deforma más completa describe detalladamente los requerimientosgranulométricos, los tipos y la especificación de material modificador, losrequerimientos del diseño de la mezcla en planta, el procedimiento como talde estabilización y el control y cuidado de la calidad del método deestabilización de capas de material granular con emulsión asfáltica.

Ver Anexos 4-5-6


e) Estabilización con Aceite Sulfonado

CARACTERISTICA SUELO SULFONADO


Únicamente aplicable con excelentes resultados en suelos con partículasfinas limosas o arcillosas con un límite liquido bajo, también en arcillas ylimos muy plásticos.


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


La disminución de la porosidad de los aceites debido a su accióncatalizadora que separa los iones de hidrogeno liberados con cargasnegativas y positivas durante la estabilización, aumenta la densidad de lasmasas de suelo y mejora la resistencia a la compresión inconfinada. Lanaturaleza de derivado de los hidrocarburos y naftalenos del petróleo de estetipo de aceites sulfonados, le proporciona un enorme potencial deintercambio iónico, que genera un intercambio de cargas eléctricas con laspartículas 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 disminución de la compresibilidad delsuelo.


Con el fin de llevar a cabo una excelente inclusión 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 solución de aceitesulfonado. Sin embargo, como los aceites sulfonados reducen el contenidode agua dentro de las partículas húmedas presentes de forma natural en elsuelo, no es necesario un procedimiento previo de compactación.


El uso de aceites sulfonados reducen el contenido de agua dentro de laspartículas de suelo facilitando así la compactación, y la obtención de lahumedad optima. Bajo acción de la tensión superficial, elimina la succión deagua durante la compactación en el proceso de estabilización, baja larelación de vacíos al fomentarse la unión de las partículas con la perdida deagua, además sus propiedades electrodinámicas aglomeran las partículas desuelo y disminuyen la capacidad de hinchamiento del suelo.

El suelo a tratar obligatoriamente debe tener una humedad superior a laóptima teórica de compactación, 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 proporción dela misma durante el proceso de estabilización ya que se forma una películade agua que rodea a las partículas.



Este proceso de estabilización genera un período de curado necesario paraque el intercambio de iones entre aceite, agua y suelo se lleve a cabo, pormedio de una reacción tenso-activa donde se rompen los enlaces de arcillasy agua la ionización 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 método es másresistente a la acción del agua, sin embargo el tratamiento permite una mejororientación de las partículas del suelo, reduce la humedad y también laenergía de compactación. Sin embargo para una prolongación de suscaracterísticas en el tiempo, en este proceso de estabilización es necesarioproteger la estabilización con una capa impermeable con una emulsiónasfáltica.


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

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


f) Estabilización con Polímeros

CARACTERISTICA SUELO-POLIMERO


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


Aunque los requerimientos granulométricos de las metodologías no son tanespecíficos, 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 formación de largascadenas de monómeros presentes en este agente estabilizador, el polímerocrea una fuerza de adhesión entre las partículas incrementando la cohesión yreduciendo la plasticidad del suelo, formando una masa solida y resistenteque incrementa la capacidad de soporte del suelo a la compresión simple.Además de lo anterior reduce la permeabilidad del suelo, aumenta ladensidad de compactación, reduce la susceptibilidad a la erosión y mantieneun carácter flexible a la masa de suelo reduciendo así la fisuración.


Este tipo de estabilización es recomendable realizarlo bajo niveles inferioresde contaminación del material, por tal razón se debe retirar el materialvegetal y las gravas de mayor tamaño antes de iniciar la metodología,posteriormente se hace una escarificación del material a modificar. En lamayoría de los casos, para la utilización de polímeros se requiereinicialmente la incorporación de algunos aditivos como son los estabilizantestérmicos, algunos agentes plastificantes y antioxidantes.


La cantidad de agua empleada durante el proceso de estabilización será lanecesaria para obtener la humedad optima de compactación a criterio dequien esté a cargo de la metodología, sin embargo hay parámetro visualescomo el de la fractura del material que determinan la consistencia del mismo,en contenidos altos del estabilizante, la absorción de agua aumenta y porende la hidratación en obra del material durante el proceso también lo debehacer.


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



La normatividad establecida a nivel nacional que específica la inclusión demetodologías de estabilización con polímeros está encaminada únicamentepara bases asfálticas. El IDU a través de la Guía de PavimentosEstabilizados Mediante Procesos Químicos hace la inclusión deestabilización de suelos con resinas liquidas a base elementos poliméricos ymediante la norma técnica IDU-ET-2005 Sección 610-05 determinan lamodificación de mezclas asfálticas únicamente.


g) Estabilización con Cenizas

CARACTERISTICA SUELO-CENIZAS


El uso de este método de estabilización es recomendado en suelospreferiblemente gruesos, friccionantes con tamaños de partícula grande, conlímites líquidos entre el 30% y 40% e índices de plasticidad inferiores a 10.Pero a su vez es poco efectivo en suelos orgánicos debido a la presencia desilicatos que impiden el acercamiento entre partículas.


Por tratarse de suelos gruesos la preferencia en suelos de estabilización coneste método, 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 básicamente por silicatos,aluminios, carbono, cal libre y algunos óxidos que permiten una reacciónpuzolánica en el suelo que reduce el índice de expansión e incrementa lacapacidad de soporte a la compresión inconfinada de la masa del suelo. Losresultados de diferentes prácticas indican que los suelos pueden serefectivamente estabilizados con un 20 % de ceniza, dosis para la cual seduplica la resistencia mecánica, sin aumentar significativamente ladeformación de falla. Sin embargo una concentración en porcentajesespecíficos de cenizas en el suelo determina el incremento de dicharesistencia, gracias a la mejora de la densidad la floculación de losporcentajes de arcillas del suelo y la reducción del límite líquido y el índiceplástico del suelo.


Para llevar a cabo un buen proceso de estabilización con cenizas volantes,es necesario iniciar con un proceso de compactación mecánico que permitasacar todo el aire establecido en las diferentes fases del suelo y así permitirla inclusión de las cenizas en los vacios desalojados. De la misma forma, labaja y lenta reacción de las cenizas con el agua, debido a sus bajoscontenidos de cal y sílice hace que sea necesaria la inclusión 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 estabilización.


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



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


No existe una normatividad establecida a nivel nacional que especifique estetipo de metodología de estabilización de suelo, el INVIAS recomienda seguirprocedimientos y metodologías más elaboradas como las de estabilizacióncon 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 composiciónmineralógica.


2. COMPACTACION DE MATERIALES FINOS


Para hacer un análisis comparativo pertinente entre las dos maneras en las que se puedegenerar un proceso de compactación (vía húmeda y vía seca) es necesario hacer ciertasconsideraciones iníciales sobre algunos comportamientos de propiedades ocurridos en lamasa de suelo durante el proceso de compactación que serán nombrados en el cuadrocomparativo, con el fin de entender y diferenciar teóricamente cada una de estasmetodologías. 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 más la explicación de propiedades ycomportamientos propios de dichos materiales. Los resultados de aplicar compactaciónen suelos gruesos son mucho más claros y consistentes que los que se tienen conmateriales finos.

Estructuras en Masas de Suelo

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

En un suelo arcilloso, cuando se compacta con una humedad baja, menor que la óptima yla concentración de cationes al interior de sus fases es elevada, las partículas quedan concargas eléctricas de distinto signo en las caras y en los bordes, en consecuencia, laatracción de moléculas produce contactos borde-cara entre las partículas del suelo,generando una estructura que tiende a tener grandes y pequeños poros. Este tipo deestructura recibe el nombre de floculada. Cuando el suelo se compacta con una humedadmayor que la óptima, hay agua suficiente como para que cada partícula desarrolle sucapa doble, con una menor concentración de cationes. En este caso muchas partículasquedan con cargas del mismo signo, por lo que predominan las fuerzas de repulsión 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 tecnología mundial depavimentos como prueba de diseño y para fijar normas de calidad en los materiales.Aunque no debe ser considerado como un índice confiable del comportamiento mecánicode un suelo, este valor (VRS) está relacionado con el contenido de agua y con el pesovolumétrico alcanzado y la reducción drástica del índice cuando se permiten aumentosposteriores al contenido de agua del suelo. Resalta la conveniencia de compactar conhumedades no inferiores a la óptima en aquellos casos en que la expansión posterior delsuelo constituya una característica de preocupar.

Presión de Poros

Partiendo de una humedad de compactación específica en la rama seca, si las presionesaplicadas crecen (en una trayectoria de esfuerzo a succión constante), el suelo sufre unamodificación de la estructura, con una reducción importante del índice de vacíos y


aumento del grado de saturación que da como resultado una estructura más ordenada yestable. La presión de poros negativa de los suelos arcillosos compactados (presión deporos residual) disminuye a lo largo de la curva de compactación tendiendo a anularse enla rama húmeda. Ello muestra que la disipación de la sobrepresión del aire es cada vezmenor en estos suelos.

Fracción Gruesa

El peso volumétrico obtenido con la compactación aumenta con el porcentaje departículas gruesas del suelo hasta un cierto límite, arriba del cual disminuye; el pesovolumétrico seco aumenta más cuando la granulometría de los gruesos es más variada.

Energía de Compactación

El nivel de la energía aplicada al suelo al compactarlo también ha sido decisivo en lamagnitud de los colapsos obtenidos, ya que niveles de energía de compactación elevadosconducen a estructuras más estables cuando se someten a reducciones en su succión, enmuestras normalmente consolidadas, caso contrario se presenta en muestrassobreconsolidadas. El nivel de energía de compactación que se entrega a un suelo esdeterminante del grado de orientación y por ende del tipo de estructura que se obtienepara un contenido de agua determinada. De la misma forma, la sensibilidad de la masavolumétrica seca, al nivel de la energía de compactación es mayor en la rama seca queen la rama húmeda. Cuando se eleva la energía exterior aplicada, se vence másfácilmente la resistencia al desplazamiento de partículas.

Expulsión del Aire

La adición de agua al suelo que se distribuye alrededor de cada contacto, no solamentemodifica la composición en volumen, sino que actúa como un lubricante entre partículas.La efectividad del trabajo de compactación, depende de este rol del agua. Alcanzado esteefecto, se obliga a las partículas a desplazarse hacia un empaquetamiento más cerrado,que conduce a una reducción de los poros. La presión en la fase fluida obliga al aire adrenar hacia el exterior. Este proceso ocurre en la medida que existan poros comunicadosentre sí y con el exterior. Cada impacto determina un incremento positivo de la presión deporos por compresión del aire.


Contenido de Agua

El grado de saturación disminuye rápidamente para contenidos de agua por debajo delóptimo, pero se mantiene mucho más uniforme para contenidos de agua por encima dedicho límite; el contenido de agua de compactación influye en la estructura de grumos ypartículas que el suelo compactado adopte. La reducción de porosidad y el incremento dela humedad, conducen a un estado límite en el que se forma una red continua de agua.Más allá 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 densificaciónen el suelo para un mismo trabajo mecánico. Bajo estas condiciones (aire ocluido,componente elástico), las propiedades del suelo cambian determinantemente.

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

ANALISISCOMPARATIVO

TIPO DE VÍA DE COMPACTACIONRAMA SECA RAMA HUMEDA

Ventajas

Baja contracción por secado Buena resistencia máxima Deformación a la falla menor al 2% Baja presión de poro durante la construcción Comportamiento rigido-plastico bajo un esfuerzo

cortante midiendo su relación esfuerzo-deformación Mayor grado de orientación de las partículas Mayor succión Mayor rigidez

Baja expansión por aumento de contenido Menor dispersión Menor deformación de corte

Desventajas

Alta expansión por aumento de contenido Mayor deformación de corte

Alta contracción por secado Baja resistencia máxima Deformación a la falla mayor al 5% Alta presión de poro durante la construcción Comportamiento plástico bajo un esfuerzo cortante

midiendo su relación esfuerzo-deformación Menor grado de orientación de las partículas Menor succión 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 conpresión negativa, lo que hace que haya una succiónelevada y el suelo tenga una rigidez considerable, conlo que las deformaciones de corte tienden a serpequeñas.

La resistencia residual del suelo compactado en la ramaseca es casi la misma que la resistencia última del suelocompactado en la rama húmeda. Por lo tanto, en víasdonde se desean debajo del pavimento deformacionesunitarias muy pequeñas, el suelo debería compactarsedel contenido óptimo hacia la rama seca.

La rama húmeda, es asintótica a la línea desaturación, que se desplaza hacia la derecha de lahumedad óptima teórica de compactación, lo quepermite un análisis más cercano a las condicionesideales del material.

ConsideracionesAdicionales

Tendencia al Colapso

El análisis de los resultados de pruebas en campopermiten afirmar que las muestras compactadas por larama seca tienen tendencia a experimentar colapsos; sumagnitud está directamente relacionada con elcontenido de agua de compactación, el grado desaturación inicial y el nivel de la energía decompactación, la tendencia al colapso disminuyeconforme aumentaba el contenido de agua y grado desaturación inicial del suelo compactado. Se puedeadmitir que para humedades de compactación bajas, lacausa dominante del colapso radica en la desapariciónde la succión existente y el consiguiente reordenamientode la estructura.

Tendencia al Colapso

Los suelos que se compactan por la rama húmeda dela curva de compactación (humedades mayores que laóptima), en general no colapsan. Cuando el suelo secompacta en la rama húmeda, la estructura que segenera tiende a ser dispersa. Los poros estánocupados mayoritariamente por agua, la succión esbaja, el suelo es poco rígido, y puede experimentardeformaciones de corte mayores y altamentecolapsables.

La zona húmeda comienza en el punto de máximadensidad de la curva. En él se dan las condicionespara que una proporción del aire pase al estadoocluido. En esta condición el aire se comporta comoun material perfectamente elástico, a esto se le sumael incremento de humedad conllevando a unaseparación de las partículas con una disminución de ladensidad seca, punto clave en la fragilidad delmaterial.

3. SUELOS INESTABLES


Para hacer un análisis comparativo pertinente del comportamiento de los diferentes tipos de suelosinestables es necesario tener en claro algunos conceptos teóricos referentes al comportamiento de laspropiedades físicas inherentes en este tipo de suelos. La inestabilidad en los suelos es generada porcomportamientos dinámicos en las partículas de fracción finas y por la acción incontrolada del aguaintrínseca de las masas de suelo o del nivel freático.

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 presión ejercidasobre ellos. El tema de la compresibilidad se centra en el estudio de las variaciones de dimensión del suelo,(especialmente los cambios de altura), en función de las cargas o esfuerzos aplicados al suelo. Cuando elincremento de carga es asumido conjuntamente por las partículas minerales y el agua que conforman eltotal del suelo, la variación de presión intersticial12, obliga al agua a moverse a través del suelo, hastadisipar esa sobrepresión intersticial, con lo cual muchas propiedades del suelo varían con el tiempo en quese produce ese fenómeno.

Consolidación

Proceso de disminución de volumen que tiene lugar en un lapso de tiempo, provocado por un aumento delas cargas sobre el suelo. Un suelo sobreconsolidado es más expansivo, que el mismo suelo con la mismarelación de vacíos, pero normalmente consolidado. La presión de expansión puede incrementarse en unaarcilla compactada al transcurrir grandes períodos de tiempo, pero la cantidad de expansión no se veafectada con el tiempo.

Expansión

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

12 También conocida como presión de poros se refiere a la fuerza que ejerce el agua que llena los espacios vacíos sobre las partículas de lasparedes de estos mismos.

b) Cuadro Comparativo

TIPO DESUELO CARACTERÍSTICAS TIPO DE PROBLEMÁTICA FORMAS DE MEJORAMIENTO

Dispersos

Están compuestos por:

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

Limos no cohesivos formados endepósitos de ambientes aluviales.

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

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

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

Visualmente se reconocen porestampados erosiónales yhondonadas profundas a nivelsuperficial, en laboratorio medianteun ensayo de dispersión.

Altamente erosivos.

Circulación de agua bajo gradienteshidráulicos muy bajos.

Tendencia alta de retención deagua.

Repulsión electrostática de suspartículas.

Implementación de drenajesintersticiales.

Estabilización granulométrica conporcentajes de finos superiores al40%.

Estabilización con arcillas sódicas.

Confinamiento lateral con pantallasen concreto.

Extensión 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 vegetación.

Licuables

Generalmente los componen:

Arenas limpias y sueltas presentesbajo el nivel freático.

Limos mal gradados y saturados.

Grado de saturación del 100%,

Licuación de superficies bajo efectosdinámicos.

Fallas de flujo en el suelo.

Oscilación espontanea de terrenos.

Licuación controlada medianteexplosiones y voladuras.

Vibrodensificación del área de suelolicuable.

Pilotes de compactación hincado porvibración.

diámetro de partícula promedioinferior a 1mm y contenido de finosinferior al 10%.

Son más susceptibles los sueloscon partículas redondeadas queaquellos con partículas angulares.

En ocasiones forman parte dedepósitos bien gradados conpartículas de gravas, aunque éstasúltimas ocasionalmente se licúan.

Asentamientos diferenciales de 10 a20cm.

Reducción de la capacidad portantedel suelo.

Reducción de la capacidad cortantedel suelo.

Compactación dinámica de impacto.

Inyecciones de material grueso.

Vibrocompactación del área de suelolicuable.

Blandos

Generalmente los componen:

Limos inorgánicos con límite líquidomayor a 50 y humedad naturalsuperiores al 60%.

Limos orgánicos con límite líquidomayor a 50, humedad naturalsuperiores al 70% e índices deplasticidad entre 0.7 y 0.8.

Arcillas con límite líquido mayores a50 y humedad natural cercana allímite liquido.

Altos niveles de compresibilidad.

Baja resistencia a la compresión.

Inestabilidad en la formación deterraplenes.

Produce asentamientos diferenciales.

Susceptibles a la vegetación.

Contracción local.

Inadecuados en estructuras depavimentos.

Remplazar cerca del 40% de lacantidad del material inestable.

Estabilización granulométrica.

Estabilización con cal al 10%.

Pilotajes en madera y concreto.

Extensión 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 lameteorización química de suelos.

Poseen altos contenidos de

Baja permeabilidad.

Posee niveles elevados dehinchamiento y contracción.

Generan fenómenos de succiónincontrolada.

Reducen la humedad del suelo a

Implementación de drenajesintersticiales.

Incorporación de volúmenescontrolados de agua.

Pilotajes de tipo campana.

Confinamiento lateral con pantallas

partículas submicroscópicas (tamañomenor a dos micras)

Valores altos de límite líquido,índices de plasticidad y de actividad.

través de la transpiración.

Causan en el suelo diferenciales dehumedad con la variación devegetación.




Produce asentamientos diferenciales.

en concreto.

Compensación de cargas en el suelo.

Sensitivos

Usualmente son:

Arcillas limosas

Limos Arcillosos

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

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

Repulsión electrostática de suspartículas.




Susceptibles a la vegetación.

Susceptibles a las altas temperaturasy otros fenómenos de carácteratmosférico.

Reducir el remoldeo durante elproceso de estabilización.

Elaborar adecuados sistemas dedrenaje.

Estabilización granulométrica.

Estabilización con cal al 25%.

Vibrodensificación

4. INSTRUMENTACION GEOTECNICA EN LA CONSTRUCCION DE PAVIMENTOS

a) Construcción de Pavimentos

Una vez establecidos los parámetros de diseño del pavimento de la vía, tales como proyección del tránsito,caracterización de la subrasante, determinación de la estructura y diseño del espesor de rodadura; se dainicio al proceso constructivo del pavimento. Aunque es claro que la metodología difiere de un pavimento aotro, de acuerdo al tipo de rodadura a emplear, sea asfalto o concreto; existen procesos constructivossemejantes, analizables bajo criterios físicos medibles mediante el uso de instrumentos tecnológicos quefacilitan o complementan la metodología. El análisis de dichos comportamientos es conveniente hacerlodurante el proceso constructivo de la estructura, pero también es igual de importante hacerlo durante sufuncionamiento, aspecto que ha llevado a los institutos que desarrollan tecnologías a adelantarinvestigaciones e instrumentos enfatizando en el funcionamiento y la vida útil del pavimento.

La evaluación de pavimentos se puede operar mediante la utilización de distintas teorías y técnicas, al igualque para distintos grados de profundización dentro de la estructura. Los daños 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 construcción muestran fallas despuésde la carga y el uso. La medida de las deflexiones, como respuesta de una rodadura flexible ante laaplicación de una carga sobre la superficie del pavimento, es la base de la mayoría de los procesos deevaluación estructural existentes hoy en día. Aunque existen otras medidas que pueden dar una idea delestado estructural de la rodadura, la deflexión en superficie es sin duda, la que ofrece las posibilidades deanálisis más amplias.

Deflexión

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

Al ser sometidos a cargas, los pavimentos sufren una deformación elástica (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 límiteelástico de la estructura y las cargas producen deformaciones no elásticas o permanentes, para finalmentealcanzar la rotura.

Rugosidad

Se define generalmente como una expresión de las irregularidades en la superficie del pavimento queafecta negativamente la calidad de conducción de los vehículos. La determinación de la rugosidad de unpavimento se basa en el concepto de usar la distribución de las desviaciones de la superficie respecto deuna cuerda promedio. Mide el desplazamiento vertical entre la superficie del camino y el punto medio deuna línea imaginaria de longitud constante. También conocida como regularidad se manifiesta en las capasde rodadura como una desviación de la superficie.

Fatiga

Se entiende por fatiga un mecanismo de fallo complejo que incluye la aparición y la propagación de fisuras,a causa del efecto continuo de cargas dinámicas sobre una superficie. Se refiere a un fenómeno por el cualla rotura de los materiales bajo cargas dinámicas cíclicas (fuerzas repetidas aplicadas sobre el material) seproduce ante cargas inferiores a las cargas estáticas que producirían 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 neumáticos, que estando impedidos derotar, deslizan a lo largo de la superficie.

Coeficiente de fricción longitudinal

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

Coeficiente de fricción transversal

En este caso el equipo de medición desliza una rueda sobre el pavimento pero con una inclinación respectoa la dirección de circulación, lo cual genera una fuerza de reacción transversal. Esto representa mejor lasituación de derrape de un vehículo en zonas de curvas.

Proceso Constructivo de los Pavimentos

En desarrollo de la construcción de un pavimento se distinguen los siguientes procesos: excavación delcajón de la estructura, conformación de la subrasante, extendido y compactación de la sub-base, base ycapa de rodadura, conformación de juntas y construcción de las obras de arte y urbanismo.

Instrumentación y Equipos

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

Instrumentación en Colombia

A nivel nacional el empleo de equipos e instrumentos tecnológicos en función de analizar elcomportamiento de las diferentes variables de los pavimentos, está a cargo de centros de investigaciónespecíficos presentes en entidades como el Instituto de desarrollo Urbano (IDU) y el Instituto Nacional deVías (INVIAS), hoy en día se utilizan de forma esporádica.

El INVIAS únicamente emplea, para el análisis de deflexiones, el equipo Gerpho y el deflectometro Lacroix(analizados más adelante).

En el IDU, para mezclas asfálticas en caliente que hagan las veces de capa de rodadura, el índiceinternacional 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 aceptación de este ítem en las obras, sudeterminación se deberá realizar únicamente con un equipo de medida de precisión o por medio de un

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

- Clase I: Incluye perfilógrafos manuales de precisión, como el Dipstick; el método de mira y el nivel.

- Clase II: Incluye perfilógrafos de medición directa. Este grupo también incluye mecanismos sin contactocon la vía como el láser y la viga de luces técnicas acústicas.

En esta evaluación se excluirán 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 diseño geométrico (perfiles, secciones, detalles) y serelacionan principalmente con intersecciones, cruces de vías, puentes, pozos de alcantarillado, sumideros ysimilares. La longitud aferente a cada interferencia que debe ser excluida de la evaluación dependerá delas características del equipo de medición y de los detalles del diseño geométrico del sitio.

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

b) Cuadro Comparativo

VARIABLES MEDIBLESEN LA CONSTRUCCION

INSTRUMENTACION GEOTÉCNICA EN LA CONSTRUCCION DE PAVIMENTOSVENTAJAS DESVENTAJAS

Modulo Elástico paraSubrasantes: ModeloHogg (PavimentosRígidos y Flexibles)

Este modelo facilita en la práctica durante el procesode construcción, la rápida verificación paracondiciones reales de campo, de los valores desoporte asumidos en el diseño del pavimento.

Permite el adecuado dimensionamiento de la alturade los terraplenes, el aporte y eficiencia de losmateriales empleados en su construcción, así comoel efecto de la ubicación del nivel freático en lacapacidad resistente de los suelos, entre otrosaspectos.

Verifica o calcula el módulo elástico de la subrasante,con la posibilidad de sobre o subestimar el módulode elasticidad.

Los valores del módulo de elasticidad del suelocalculados con este instrumento se basan enun método simplificado, calculados mediantemodelos racionales que no relacionan todas lasvariables de campo tales como la influenciaclimática, encontrándose grandes diferenciascon lo obtenido en laboratorio, lo que no validaplenamente el procedimiento para su aplicaciónen la evaluación de pavimentos.

Módulo Dinámico deCapas Granulares:Presiometro Menard(Pavimentos Rígidos yFlexibles)

Resalta diferencias en los niveles de deformación debases y subbases.

Obtiene módulos resilentes utilizables en el análisisde pavimentos.

La unidad de control del presiometro demenard tiene una precisión para medirvolúmenes de 5cm3, la cual no permite tenerun control de las deformaciones pequeñas.

Dado el tamaño pequeño de la sonda deexploración, el panel de control deberá serajustado a una precisión de por lo menos 1cm3, para tener control sobre lasdeformaciones de orden 0.001 mm/mm.

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

Peso Especifico de Medidores de compactación in situ.

Capas Granulares:Densímetro NuclearCesio 137 (PavimentosRígidos y Flexibles)

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

Es un equipo portátil que emite radiación ionizanteque se utiliza en suelos bases, hormigón y asfalto.

Toda manipulación deberá ser realizadaevitando el contacto directo con la superficie.

Nunca debe bajarse el vástago sin que elequipo esté completamente apoyado en elsuelo y ubicado en la perforación.

Los medidores de radiación no tienenactualizada la calibración o no son calibraoscorrectamente.

Rugosidad:Rugosimetro deRespuesta Dinámica –BPR (Bureau of PublicRoad)

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

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

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

Fricción: medidor decoeficiente de fricción –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 neumáticocalzada – Scrim Tex

Mediante un camión rodante determina el coeficientede fricción transversal en ambas huellas.

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

Por medio de un dispositivo laser determina lamacrotextura del pavimento.

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

No se debe trabajar en zonas de tránsito devehículos 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 laverificación de la fatiga en la carpeta asfáltica.

Caracteriza al pavimento evaluado como un modelobicapa elástico equivalente con parámetros elásticosefectivos derivados directamente del cuenco dedeflexiones medido.

Se instala en cualquier remolque con eje doble,puede remolcarse con cualquier vehículo por que elúnico cable que conecta el remolque con el vehículoremolcador es el cable del ordenador.

Este proceso permite a un solo operador realizar eltrabajo de medición de manera fácil y sencilla.

Posee un programa basado en Windows, queregistra un módulo horario, indicador de medición dedistancias DMI14, sensores de temperatura, equipopara vídeo y sistema GPS15 que permite lapresentación de datos en mapas o planos.

uso de estos parámetros exclusivamente enuna metodología llamada YONAPAVE queaunque es una herramienta útil para analizarcuencos de deflexiones medidos en formaperiódica, es rutinaria a lo largo de una red vialcomo componente de un sistema de gestión demantenimiento.

No es aplicable a otra metodología y suinterpretación por separado es confusa. Estosresultados no deben interpretarse comorelaciones con validez universal, pero sí comoadecuadamente orientativas de lo que sucedecon los valores de la deflexión en función deltiempo de aplicación de la carga, el espesortotal de la mezcla bituminosa y de la velocidadde paso del vehículo pesado.

Incorpora superficialmente conceptos analíticosusados en métodos de diseño como el métodoShell o el método 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 evaluaciónde las fisuras y asegura un seguimiento fiable,mediante comparación, del deterioro del firme entrediversas campañas.

Provisto de tres cámaras de vídeo digital para laobtención de imágenes de la carretera y su entorno,para una mejor ubicación de las medicionesrealizadas.

No permite obtener directamente, el cuenco dedeflexiones.

Proceso laborioso que no permite obtener elcuenco de deflexiones, sino únicamente ladeflexión bajo carga.

14 Siglas en inglés para Distance Meter Indicator.15 Sistema Satelital de Posición Geográfica.

Deflexiones de Capasde Rodadura: VigaBenkelman (PavimentosFlexibles)

A través del cuenco de deflexiones16 se puededetermina los módulos de las distintas capas quecomponen la rodadura, incluido el módulo resiliente,mediante la técnica denominada “cálculo inverso” obackcalculation. A partir de las deflexiones obtenidasy al aplicar una carga sobre el pavimento, estesistema presenta la ventaja de que la evaluación serealiza mediante un ensayo no destructivo.

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

El sistema de aplicación de la carga se parecemucho al de las cargas dinámicas producidas por losvehículos reales que afectan y dañan a la carretera,su escasa duración del impacto (del orden de 20/30milisegundos) se aproxima bastante al efecto de unvehículo circulando a 60 ó 70 km/h.

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

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

Como las mezclas bituminosas presentan uncomportamiento viscoelástico, la deflexiónobtenida depende directamente del tiempo deaplicación 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 cálculos inversos de losmódulos de las diferentes capas que conforman unpavimento flexible, siempre y cuando se mida toda lacuenca de deflexión.

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

No permite obtener directamente, el cuenco dedeflexiones.

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

Cuando se comparan simplemente los nivelesde deflexión es importante tomar en cuenta queuna comparación de pavimentos con diversascaracterísticas, que se basa exclusivamente enla medida de la deflexión debe tenerseprecaución, ya que la relación entre lasdeflexiones, y las tensiones y deformacionesvarían 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 deflexión.

(Pavimentos Flexibles yRígidos)

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

Hace el análisis de las reflexiones de las ondaselectromagnéticas que se producen cuando hayvariaciones en la constante dieléctrica del terreno.

Aplicable a la Investigación geotécnica anterior a laplanificación y construcción de obras civiles así comola detección y diagnóstico de estructuras artificiales.

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

Es más empleado en otros campos de laingeniería tales como los de protecciónmedioambiental, control especial en minas yobras públicas, estudios arqueológicos y depatrimonio.

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

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

Instrumento diseñado para estudiar las propiedadesreológicas de ligantes asfálticos a baja temperatura,sometidas a la falla de tensión y deformación.

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

Los selladores de asfalto para grietas tienendesempeño deficiente a baja temperatura,poseen índices bajos de tensión térmicainducida por temperatura y acumulación bajade tensión térmica

Señalización: Valoradorde SeñalizaciónHorizontal – Ecodyn

Permite la mejor determinación de las propiedadesópticas de los materiales retrorreflectantes utilizadosen señalización vial y en equipamientos deseguridad.

También sirve para aplicaciones relacionadas con elcontrol de calidad de las marcas viales enpavimentos, a través de la medida dinámica de laspropiedades ópticas de las mismas.

Cuando se trabaja con materiales no reflectivoso de baja calidad, la percepción óptica sereduce considerablemente.

Instrumento limitado a la supervisión deseñalización horizontal.

ANEXOS

Anexo 1. Granulometrías admisibles para la construcción de capas de material granularestabilizado con cemento

Tabla 420.3 IDU ET-2005

Anexo 2. Resistencias mínimas y máximas de mezclas de materiales granulares estabilizadoscon cemento


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


Anexo 4. Granulometrías admisibles para la construcción de capas de material granularestabilizado con emulsión asfáltica


Anexo 5. Requisitos de los agregados para capas de material granular estabilizado conemulsión asfáltica


Anexo 6. Valores máximos admisibles del Índice Internacional de Rugosidad (IRI m/km)


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Trabajo Final de Geotecnia Andrés Castro

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