UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS ESCUELA ACDEMICA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL.
TEMA
:
MODULO :
ESTABILIZACION DE SUELOS UTILIZANDO PRODUCTOS ASFALTICOS IV
MECANICA DE SUELOS DOCENTE :
ING. GUSTAVO ADOLFO AYBAR ARRIOLA
1. INTRODUCCION La estabilización de suelos para el diseño y construcción de pavimentos se define como un mejoramiento de los materiales de subrasante, subbase y base, incrementando de manera notoria su resistencia y capacidad de carga y disminuyendo su sensibilidad al agua y a los cambios volumétricos durante el ciclo de humedecimiento y secado. Con la estabilización se pretende hacer más estable a un suelo, La primera y la que siempre acompaña a todas las estabilizaciones, es la de aumentar la densidad de un suelo, compactándola mecánicamente. La segunda estabilización usada es la de mezclar a un material de granulometría gruesa, otro que carece de esa característica. Finalmente, está el recurso de estabilizar un suelo mezclándole cemento portland, cal hidratada, PRODUCTOS ASFALTICOS o cloruro de sodio. Dentro de la Estabilización de suelos con Productos Asfalticos tenemos dos alternativas que son con Cemento Asfaltico o bien con las Emulsiones Asfálticas.
2. OBJETIVOS En las vías terrestres, es una técnica ampliamente utilizada para mejorar el comportamiento esfuerzo deformación de los suelos. Mejorar los principales factores que ocasionan las deformaciones plásticas permanentes en los pavimentos. Contar con ligantes más viscosos a temperaturas elevadas para reducir las deformaciones permanentes (ahuellamiento), de las mezclas que componen las capas de rodamiento, aumentando la rigidez. Por otro lado disminuir el fisuramiento por efecto térmico a bajas temperaturas y por fatiga, aumentando su elasticidad. Contar con un ligante de mejores características adhesivas.
3. GENERALIDADES. Llamamos estabilización de un suelo al proceso mediante el cual se someten los suelos naturales a cierta manipulación o tratamiento de modo que podamos aprovechar sus mejores cualidades, obteniéndose un firme estable, capaz de soportar los efectos del tránsito y las condiciones de clima más severas. Se dice que es la corrección de una deficiencia para darle una mayor resistencia al terreno o bien, disminuir su plasticidad. Las tres formas de lograrlo son las siguientes:
A.- Estabilización Física: Este se utiliza para mejorar el suelo produciendo cambios físicos en el mismo. Hay varios métodos como lo son: -
Mesclas de Suelos (común) Geotextiles (común) Vibroflotación (Mecánica de Suelos). Consolidación Previa.
B. Estabilización Química de los Suelos Cal: Económica para suelos arcillosos (disminuye plasticidad) Cemento Pórtland para arenas o gravas finas (aumenta la resistencia)
Productos asfálticos: Para material triturado sin cohesión (emulsión, muy usada), Cementos Asfalticos y Emulsiones Asfálticas. Cloruro de sodio: Para arcillas y limos (impermeabilizan y disminuyen los polvos) Cloruro de calcio: Para arcillas y limos (impermeabilizan y disminuyen los polvos) Escorias de fundición: Comúnmente en carpetas asfálticas, dan mayor resistencia, impermeabilizan y prolongan la vida útil. Polímeros: Comúnmente en carpetas asfálticas, dan mayor resistencia, impermeabilizan y prolongan la vida útil. Hule de neumáticos: Comúnmente en carpetas asfálticas, dan mayor resistencia, impermeabilizan y prolongan la vida útil C. Estabilización Mecánica de los Suelos La estabilización comprende: • Compactación • Mezcla granulométrica • Adición de compuestos especiales (antes de mezcla y/o compactación)
4.- MARCO TEORICO. 4.1.- ESTABILIZACION DE SUELOS
La estabilización de suelos se define como el mejoramiento de las propiedades físicas de un suelo a través de procedimientos mecánicos e incorporación de productos químicos, naturales o sintéticos. Tales estabilizaciones, por lo general se realizan en los suelos de subrasante inadecuado o pobre, en este caso son conocidas como estabilización suelo cemento, suelo cal, suelo asfalto y otros productos diversos. En cambio cuando se estabiliza una subbase granular o base granular, para obtener un material de mejor calidad se denomina como subase o base granular tratada (con cemento o con cal o con asfalto, etc). Las propiedades más importantes que se deben mejorar con la estabilización son: Resistencia. El incremento de resistencia aumenta la estabilidad y la capacidad de carga. Estabilidad de Volumen. Proporciona el control de los procesos de hinchamiento-colapso causados por los cambios de humedad. Durabilidad. Una mayor durabilidad aumenta la resistencia a la erosión, responde de una manera más eficaz a los cambios climáticos y al uso del tráfico. Permeabilidad. La reducción de la permeabilidad y por lo tanto de la circulación de agua, mejora la estabilidad.
4.2.- CRITERIOS GEOTECNICOS PARA ESTABLECER LA ESTABILIZACION DE SUELOS. 1.- Se considerarán como materiales aptos para las capas de la subrasante suelos con CBR ≥ 6%. En caso de ser menor (subrasante pobre o subrasante inadecuada), o se presenten zonas húmedas locales o áreas blandas, será materia de un Estudio. 2.- Cuando la capa de subrasante sea arcillosa o limosa y, al humedecerse, partículas de estos materiales puedan penetrar en las capas granulares del pavimento contaminándolas, deberá proyectarse una capa de material anticontaminante de 10 cm. de espesor como mínimo o un geotextil, según lo justifique el Ingeniero Responsable. 3.- La superficie de la subrasante debe quedar encima del nivel de la napa freática como mínimo a 0.60 m cuando se trate de una subrasante extraordinaria y muy buena; a 0.80 m cuando se trate de una subrasante buena y regular; a 1.00 m cuando se trate de una subrasante pobre y, a 1.20 m cuando se trate de una subrasante inadecuada. En caso necesario, se colocarán subdrenes o capas anticontaminantes y/o drenantes o se elevará la rasante hasta el nivel necesario.
4.- En zonas sobre los 4,000 msnm, se evaluará la acción de las heladas en los suelos. En general, la acción de congelamiento está asociada con la profundidad de la napa freática y la susceptibilidad del suelo al congelamiento. Sí la profundidad de la napa freática es mayor a la indicada anteriormente (1.20 m), la acción de congelamiento no llegará a la capa superior de la subrasante. 5.- Para establecer un tipo de estabilización de suelos es necesario determinar el tipo de suelo existente. Los suelos que predominantemente se encuentran en este ámbito son: los limos, las arcillas, o las arenas limosas o arcillosas Proceso para la Identificación del Tipo del suelo
6.- Los factores que se considerarán al seleccionar el método más conveniente de estabilización son: a. Tipo de suelo a estabilizar b. Uso propuesto del suelo estabilizado c. Tipo de aditivo estabilizador de suelos d. Experiencia en el tipo de estabilización que se aplicará e. Disponibilidad del tipo de aditivo estabilizador f. Disponibilidad del equipo adecuado g. Costos comparativos
Proceso de selección del Tipo de Estabilización
4.3.- ESTABILIZACION DE SUELOS CON PRODUCTOS ASFALTICOS. El material asfáltico que se emplea para mejorar un suelo puede ser el cemento asfáltico o bien las emulsiones asfálticas, el primero es el residuo último de la destilación del petróleo. Para eliminarle los solventes volátiles y los aceites y para ser mezclado con material pétreo deberá calentarse a temperaturas que varían de 140 a 160° C, el más común que se emplea en la actualidad es el AC-20. Este tipo de producto tiene la desventaja de que resulta un poco más costoso y que no puede mezclarse con pétreos húmedos. En las estabilizaciones, las emulsiones asfálticas son las más usadas ya que este tipo de productos si pueden emplearse con pétreos húmedos y no se necesitan altas temperaturas para hacerlo maniobrable, en este tipo de productos se encuentra en suspensión con el agua, además se emplea un emulsificante que puede ser el sodio o el cloro, para darle una cierta carga a las partículas y con ello evitar que se unan dentro de la emulsión; cuando se emplea sodio, se tiene lo que se conoce como emulsión aniónica con carga negativa y las que tienen cloro son las emulsiones catiónicas que presentan una carga positiva, siendo estas últimas las que presentan una mejor resistencia a la humedad que contienen los pétreos.
4.4.- PRODUCTOS ASFALTICOS. a) CEMENTOS ASFALTICOS.
Los cementos asfálticos se utilizan principalmente en aplicaciones viales. Son sólidos a temperatura ambiente y se clasifican por su consistencia de acuerdo al alto grado de penetración o por su viscosidad. En el Perú se utiliza la clasificación por penetración a 25°C. Son recomendados para la construcción de carreteras, autopistas, caminos y demás vías y forman parte de la capa estructural de una vía, brindando propiedades de impermeabilidad, flexibilidad y durabilidad aún en presencia de los diferentes agentes la externos tales como el clima, la atura, la temperatura ambiental y condiciones severas de tráfico. Los tipos de Cementos Asfálticos son: -Cemento Asfáltico 60/70 -Cemento Asfáltico 85/100 -Cemento Asfáltico 120/150
b) ASFALTOS LIQUIDOS.
Son materiales constituidos por mezclas de cementos asfálticos y solventes de hidrocarbonados de diferentes rangos de destilación, que le imparten a los asfaltos diluidos sus distintos tiempos de corte o curado. Se trata de productos líquidos a temperatura ambiente y que se aplican en frío. Los más utilizados son los de Curado Medio (MC) y los de Curado Rápido (RC) y emulsiones asfálticas convencionales y modificadas con polímeros. Son recomendados con demostrados y excelentes resultados en imprimaciones, lechadas asfálticas, riesgos de liga, tratamientos superficiales, micropavimentos y estabilización de suelos en superficies con necesidades de impermeabilización.
Los tipos de asfaltos son: -Asfalto Líquido MC30 -Asfalto Líquido RC250 Riegos de Imprimación.
c) EMULSIONES ASFÁLTICAS. -Suelos estabilizados con emulsión asfáltica Se define como suelo estabilizado con un producto bituminoso, la mezcla íntima, convenientemente compacta, de suelo, agua, ligante bituminoso y eventualmente adiciones, cuyo fin es mejorar las características resistentes del suelo, disminuyendo su capacidad de absorción de agua y/o aumentando su cohesión, por efecto de la incorporación de ligante bituminoso. Las emulsiones asfálticas son micro dispersiones de cemento asfáltico en agua, más un agente emulsificador el cual actúa como estabilizador del sistema, otorgándole además, una polaridad. Se aplica normalmente a temperatura ambiente o inferior a 85 ºC. Las emulsiones asfálticas se desarrollan con el objetivo de cambiar la consistencia del asfalto y darle así una trabajabilidad adecuada para cada tipo de aplicación sin la necesidad de calentarlo hasta altas temperaturas como es usual en mezclas tradicionales con cemento asfáltico. Tipos de Emulsiones Asfálticas: -Emulsión Asfáltica Catiónica -Emulsión Asfáltica Polímeros
Aplicación de las Emulsiones > Riegos de Imprimación Se aplica sobre superficies no asfálticas que deben prepararse para recibir otro riego asfáltico.
Ejecución de la imprimación. > Riegos de Liga Se aplica sobre un riego de imprimación sobre capas asfálticas, su función es vincular una capa con una mezcla asfáltica.
Ejecución del Riego de liga
> Riego de imprimación reforzada Consiste en una primera imprimación simple y una vez que ha secado se efectúa una segunda aplicación de material bituminoso.
Proceso constructivo de la imprimación reforzada > Arena Asfalto Consiste en el esparcimiento y compresión de arena de una granulometría predefinida sobre una superficie imprimida. Espesores promedios de 2.5 mm. > Fijadores de polvo o antipolvo Fijan el polvo suelto evitando las molestias que estos ocasionan.
> Riego de Sellado Consiste en una aplicación de material bituminoso seguido de una distribución de arena, se emplea sobre superficies asfálticas (mezclas asfálticas o suelo arena o arena emulsión). > Tratamientos Superficial Simple Consiste en una aplicación de material bituminoso seguido de una distribución de agregados pétreos.
> Tratamiento Superficial Doble Consiste en dos aplicaciones de material bituminoso, cada una de ellas seguida de una distribución del agregado pétreo, en general el tamaño nominal del primer agregado es el doble del segundo.
> Tratamiento Superficial Múltiple Consiste en tres o más aplicaciones de material bituminoso, cada una de ellas seguida de una distribución de agregado pétreo de menor tamaño.
> Slurry Seal o Lechadas Son mezclas constituidas por áridos finos, filler, emulsión, agua y aditivos. Espesores promedios de tres a seis milímetros. Su objetivo es de impermeabilizar, tratamiento de terminado y superficial, antideslizante.
Ejecución del Slurry Seal
Acabado final del Slurry Seal
4.5.- PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO. CEMENTOS ASFALTICOS.- Las carpetas Asfálticas empleadas en las Estabilizaciones se pueden clasificar en varios grupos, teniendo cada uno de ellos un proceso constructivo diferente. Antes de pasar a estas clasificaciones es necesario hacer notar que para cualquiera de ellas, se debe contar de antemano con un tratamiento superficial de la base que a continuación describimos:
a) RIEGO DE IMPREGNACION.- Es la aplicación de un material bituminoso ligero a la superficie de la capa de base sobre el cual se tendera la carpeta Asfáltica, este material actuara como ligante y a la vez sellara la junta entre la base y el nuevo pavimento. Previamente se realizara el barrido de la superficie para eliminar el material suelto, polvo y materias extrañas.
b) CARPETAS DE RIEGO.- Son capas delgadas de materiales Asfalticos y Agregados pétreos aplicadas a bases existentes o a superficies de cualquier tipo. Secuencia de pasos: -Barrido. -Impregnado y curado. -Riego de Liga. -Aplicación de agregado; Se vierte el material asfaltico mediante el uso de los volquetes a unos espaciadores receptoras, estas máquinas lo esparcen. -Plancheado y Rastreado; Se utiliza alternamente el rodillo neumático o de rodillo liso y una escoba para suavizar y compactar la superficie.
EMULCIONES ASFALTICAS.- El procedimiento constructivo se desarrolla de la manera siguiente: la capa a mejorar ya tiene que estar completamente terminada. No se debe hacer la estabilización cuando hay mucho viento, menos de 5° C o lluvia. Las estabilizaciones se ejecutarán cuando la temperatura ambiente, a la sombra, sea superior a 15° C, no obstante, sí la temperatura ambiente tiene tendencia a aumentar, podrá fijarse en 10° C la temperatura límite inferior para poder ejecutar la mezcla; estos límites podrán ser rebajados en 5° C, cuando la aplicación del ligante se efectúe directamente en la máquina de una sola pasada o en la mezcladora de la planta fija. La dosificación depende de la granulometría del suelo, suelos finos requieren mayor cantidad de asfalto, así suelos plásticos muy finos no pueden estabilizarse a un costo razonable debido a la dificultad para pulverizarlos y la cantidad de bitumen exigido. En general, la cantidad de asfalto utilizado varía entre un 4% y un 7% y en todo caso la suma de agua para compactación más el asfalto no debe exceder a la cantidad necesaria para llenar los vacíos de la mezcla compactada.
El proceso de curado en la estabilizaci贸n con asfalto tiene una gran importancia, depende de muchas variables, como cantidad de asfalto aplicado, humedad y viento, cantidad de lluvias y la temperatura ambiente; raz贸n por la cual es fundamental considerar el curado de estas capas estabilizadas o tratadas con asfalto.
5.-CONCLUSIONES: -Todos los Métodos Analizados de estabilización disminuyen el índice de plasticidad, hinchamiento libre vertical y retracción lineal, adicionalmente todos incrementan la resistencia del suelo. -La estabilización de suelos es un mejoramiento de las propiedades físicas del suelo ya sea por medios mecánicos, físicos o químicos. -Se debe tener en cuenta las propiedades del terreno a estabilizar a fin de elegir la mejor alternativa de solución y la más económica para lograr la estabilización. -Se hace una revisión del tema de las emulsiones asfálticas, haciendo énfasis en la importancia que éstas tienen en la moderna tecnología del proceso de asfaltado de carreteras. Aquí se muestra la importancia de este tema desde un punto de vista tecnológico, resaltando las variables importantes en la fabricación de las emulsiones asfálticas. Estas tienen un sinnúmero de ventajas sobre el asfalto caliente o el rebajado, por lo que es importante extender el empleo de este tipo de tecnología en el Perú debido a la magnitud de su red carretera
-La utilización de esta tecnología no únicamente proporciona un ahorro en el proceso de asfaltado de las carreteras, sino que también mejora la adhesión del asfalto con el material pétreo, con un consecuente incremento en el tiempo de vida de la carpeta asfáltica y una mayor seguridad para el usuario de las mismas.
GRACIAS
JUMAHICA