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• Kobby Jhonns Villazon Rivero

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i RESUMEN La estabilización de suelos con cemento es una tecnología que tiene aproximadamente 100 años de historia sus ventajas radican básicamente en dos aspectos técnicos que es gracias a la adición de cemento a este material yo logro obtener una mayor rigidez en las capas esto hace que mi pavimento distribuya en áreas mayores las cargas que transmiten las ruedas de los vehículos teniendo menores presiones y menores deflexiones, y esto sumado a que lo estamos sellado a al material haciéndolo menos susceptible al agua a las lluvias, gracias a esto tenemos pavimento mas durables en el tiempo. Palabras Clave Vías-Cemento-Rasante-Alternativas-Normas-Ensayos.

ii ABSTRACT The stabilization of soils with cement is a technology that has approximately 100 years of history, its advantages lie basically in two technical aspects that is thanks to the addition of cement to this material and I get a greater stiffness in the layers this makes my pavement distribute in larger areas the loads transmitted by the wheels of the vehicles having lower pressures and lower deflections, and this added to the fact that we are sealed to the material making it less susceptible to water from rains, thanks to this we have more durable pavement over time. Keywords Roads-Cement-Flush-Alternatives-Standards-Tests.

iii INDICE GENERAL 1

2

CAPITULO 1 GENERALIDADES

1

1.1

INTRODUCCIÓN

1

1.2

ANTECEDENTES

1

1.3

OBJETIVOS

2

1.3.1

General

2

1.3.2

Específicos

2

CAPITULO 2 MARCO TEÓRICO

3

2.1

ESTABILIZACION SUELO-CEMENTO

3

2.2

PROCESOS DEL CEMENTO EN EL SUELO.

3

2.3

CUANDO ESTABILIZAR CON CEMENTO.

4

2.4

DISEÑO DE MEZCLA.

6

2.5

Cuando no aplicar

8

2.6

Contribución a la sostenibilidad

9

2.7

Ventajas medioambientales

9

2.8

Ventajas técnicas

9

2.9

Ventajas económicas

2.10 3

Limitaciones

10 10

CAPITULO 3 MARCO PRÁCTICO

11

3.1

11

ETAPAS DEL PROCESO DE EJECUCION DE SUELO-CEMENTO

iv 3.2

DIAGRAMA DE FLUJO PARA LA ESTABILIZACION DE SUELO-CEMENTO 12

4

CAPITULO 4 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

13

4.1

CONCLUSIONES

13

4.2

RECOMENDACIONES

13

5

REFERENCIAS

6

BIBLIOGRAFÍA

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1

1 CAPITULO 1 GENERALIDADES

1.1

INTRODUCCIÓN

La estabilización de los suelos es una técnica cuyo fin es modificar sus características mediante la incorporación de un conglomerante (normalmente cal o cemento) para permitir su aprovechamiento. 1.2

ANTECEDENTES

La aplicación del suelo-cemento empezó a estudiarse metódicamente entre 191O y 1920. En Inglaterra, en 1917, Brooke Bradley empleó con éxito una mezcla de cemento con suelos arcillosos en la construcción de carreteras. Sin embargo, a pesar de los excelentes resultados, la técnica no fue usada posteriormente. En los Estados Unidos, el uso del suelo - cemento se incrementó a partir de la patente de Joseph Hay Amies en 1917, de una mezcla de suelo con cemento llamada Soilamies. El esfuerzo conjunto de la Portland Cement Association (PCA), el Bureau of Public Roads y el Highway Department del estado de Carolina del Sur contribuyó al desarrollo tecnológico de la estabilización de suelos con cemento, realizando diversos. tramos experimentales de carreteras entre 1930 y 1940. Después de la Segunda Guerra Mundial se inician en España y Latinoamérica las primeras experiencias con suelo-cemento aplicado en ' carreteras, siendo Argentina, Colombia y El Salvador ejemplos de países con más de 50 años de experiencia en la construcción de caminos

2 de este tipo. En la actualidad existen modernos equipos estabilizadores, recicladores de gran potencia y rendimiento, distribuidores y dosificadores de cemento que facilitan el trabajo en campo y garantizan la calidad de mezclado y colocación. Aún existen retos por superar referente al conocimiento de este material, si bien el trabajo de investigación continúa en diversos países. 1.3

OBJETIVOS

1.3.1 General Permitir el aprovechamiento de los suelos del trazado deficiente de calidad, evitando su extracción y transporte a vertedero así como el tener que aportar otros diferentes que ocasiones pueden hallarse a distancias importantes. 1.3.2 Específicos  Reducir la sensibilidad al agua de los suelos  Aumentar la resistencia a la erosión, a la helada y a otros agentes climáticos.  Permitir la circulación por terrenos intransitables.  Obtener una plataforma estable de apoyo del firme que colabore estructuralmente con el mismo.

3

2 CAPITULO 2 MARCO TEÓRICO

2.1

ESTABILIZACION SUELO-CEMENTO

Se define como suelo estabilizado con cemento la mezcla íntima y homogénea, convenientemente compactada, de suelo, cemento y agua a la cual se le exigen unas determinadas condiciones de resistencia y durabilidad 2.2

PROCESOS DEL CEMENTO EN EL SUELO.

Básicamente existen dos procesos químicos los que ocurren durante la adición de cemento al suelo los cuales se describen así: 1. Fijación de los iones cálcicos por el suelo. Este primer proceso modifica las propiedades del suelo (LP), los silicatos del cemento al ponerse en contacto con agua originan silicatos hidratados tornando a la solución del agua en alcalina (pH desde más de 7 hasta aproximadamente 12) con abundancia de calcio que es tomado por el suelo para modificar sus cargas superficiales variando de manera sus condiciones de plasticidad, ocurriendo esto en el segundo proceso. 2. Cementación de las partículas. Modificadas las propiedades de plasticidad del material habiendo sido absorbidos los iones calcio por el suelo, comienza un segundo proceso en el cual el cemento actúa sobre el adhiriendo sus partículas dando lugar a una cementación casi irreversible que origina una cohesión por cementación que aumenta la resistencia al corte del producto

4 resultante. Ocurre algo así como una modificación íntima en el material de cada partícula que las suelda unas con otras. Hay tres requisitos básicos que deberán tenerse en cuenta al elaborar un suelo cemento a efectos de lograr un producto resultante que sea durable y estable.

• Modificación de la humedad óptima. • Compactación uniforme y a máxima densidad. • Incorporación de suficiente cantidad de cemento para reducir la pérdida de peso u cambio de volumen y humedad a cantidades despreciables después de los ensayos de durabilidad.

Además de tales condiciones es necesario lograr una mezcla intima de suelo pulverizado cemento y agua. Los porcentajes de cemento pueden expresarse en peso o en volumen del suelo seco 2.3

CUANDO ESTABILIZAR CON CEMENTO.

Básicamente cualquier suelo puede estabilizarse con cemento a excepción de los suelos muy plásticos, orgánicos o con altos contenidos de sales que puedan afectar el desempeño del cemento. Existen diversos criterios en varios países, que limitan y especifican las características que debe tener un suelo para considerarse aceptable en la elaboración de una mezcla de suelo-cemento. Si se comparan dichos criterios entre sí, existen diferencias respecto a ciertos requerimientos; sin embargo, todos coinciden en limitar aspectos relativos a la granulometría del suelo, proceso constructivo y cumplimiento de requerimientos del diseño de mezcla y de la estructura del pavimento.

5 Una comparación de requisitos granulométricos exigidos para algunas entidades se presenta en tablas.

Del cuadro anterior podemos concordar en que los limites tanto del punto de vista químico, como económico son: • Contenido de Materia Orgánica menor a 2% .. • Resistencia a los sulfatos menor a 10% ..

6 • Limite Líquido menor a 40 • Índice de plasticidad menor a 15 .. • Porcentaje que pasa la malla N° 4 entre 50 y 100% .. • Porcentaje que pasa la malla 200 entre 5 y 35% .. • La resistencia a la compresión será como mínimo 1 .. 8Mpa .. 2.4

DISEÑO DE MEZCLA.

El proceso de selección de óptimo contenido de cemento para su estabilización está en función de: • Requisitos de resistencia requeridos por el diseño estructural del pavimento • Requisitos de durabilidad • Flexibilidad de la estructura Como primer paso para la obtención del porcentaje de cemento se debe de estimar un pre dosificación, existen varias propuestas para estimar el porcentaje de cemento en la mezcla como son:

7

De acuerdo con las tablas anteriores y en función del tipo de suelo se escoge la pre dosificación y además otros porcentajes mayores con el fin de tener un espectro de valores que nos permitan encontrar el óptimo contenido de cemente para los requisitos de resistencia y durabilidad. Con estos valores se procede a la elaboración de ensayos de laboratorio como granulometría, Limite líquido, Limite Plástico, clasificación, Proctor, CBR compresión simple, secado y humedecimiento.

8

Una vez obtenidos estos resultados se considera el óptimo contenido de cemento al porcentaje que satisfaga los requisitos de resistencia y durabilidad sin superar el valor de 55Kg/cm2 para evitar un excesiva fisuramiento en la vía que se puede reflejar en las capas superiores y deteriorar grandemente la estructura del pavimento. 2.5

CUANDO NO APLICAR

1. No se debe extender el material cuando la temperatura ambiente desciende por debajo de 5ºc y exista fundado temor de helada, ya que la ganancia de resistencia es débil e inexistente por debajo de dicha temperatura. 2. En caso de lluvia la ejecución de la estabilización debe suspenderse, tanto por la gran dificultad para compactar el material al incrementarse considerablemente la humedad por encima de la óptima, como por el peligro que se produzca un lavado de la superficie. 3. En caso de dosificación el cemento en polvo, no se debe extender cundo haya viento fuerte (velocidad por encima de 35 km/h)

9 2.6

CONTRIBUCIÓN A LA SOSTENIBILIDAD

El aprovechamiento de los suelos existentes mediante estabilización, incluso en el caso de los suelos marginales o contaminados, evita la reducción de los recursos naturales disponible al disminuir el empleo de suelos de mejor calidad. Por otra parte, se suprimen la operación de remoción de los suelos existentes y su transporte a vertederos, así como la extracción y transporte a obra de los suelos sustituyentes. Se trata de una técnica enfocada claramente a lograr una mayor sostenibilidad, a cuyas ventajas medioambientales y técnicas, se suman importantes beneficios económicos. 2.7

VENTAJAS MEDIOAMBIENTALES

El empleo de suelos del trazado evita explorar nuevos yacimientos y disminuye la necesidad de nuevos vertederos. La eliminación del transporte de los suelos disminuye las emulsiones de CO2 y otros así como los contaminantes y reduce el daño que genera los combustibles y aceites, así como los impactos colaterales (polvo, erosión y otros) que provoca sobre la carretera y flora adyacentes. Se disminuye con ello notablemente la contaminación y las emulsiones de vapores nocivos. 2.8

VENTAJAS TÉCNICAS

Permite el empleo de los suelos del trazado, mejorando sus características hasta el grado deseado. Proporciona una elevada capacidad de soporte a la explanada, disminuyendo las tensiones que llegan a las capas del firme, con lo que aumenta la vida del servicio del mismo. Asegura la estabilidad de los suelos, por la reducción de su sensibilidad al agua y a la helada, como por el incremento de su resistencia a la erosión. Puede permitir en ciertos casos el paso inmediato del tráfico por la obra.

10 Se disminuye las molestias por el tráfico de obra y los daños de la red de carreteras adyacentes debido a que se evita transportar los suelos vertedero y aportar otros nuevos. 2.9

VENTAJAS ECONÓMICAS

El empleo de los suelos del trazado y la eliminación del transporte supone una reducción importante de costes. La obtención de cimientos de mayor calidad permite una economía en los firmes y en el volumen total de áridos empleados en los mismos. Se reduce los plazos de ejecución dado que la estabilización se realiza con equipos de alto rendimiento y que disminuye el espesor de la explanada frente a las alternativas con suelos sin tratar. Las ventajas técnicas y ambientales citadas también se traducen en beneficios económicos. 2.10 LIMITACIONES Las limitaciones para estabilizar los suelos con cemento son fundamentales el que tenga contenidos elevados de sulfatos solubles (por encima del 1% se considerar restringida por ser muy expansivas) o de materia orgánica (puede inhibir el endurecimiento d3e la mezcla, aunque se pude resolver con altos contenidos de cemento). Aunque en principio todos los demás suelos pueden estabilizarse con cemento, las altas dotaciones de conglomerantes que se precisan cuando el contenido de finos plásticos es muy elevado, así como las mayores dificultades de mezclado, aconsejan restringir los tratamientos con cemento a los suelos con índice de plasticidad inferior a 15 y un cernido ponderal por los tamices UNE 2mm y 0,063 mm superior al 20% e inferior al 35% respectivamente.

11

3 CAPITULO 3 MARCO PRÁCTICO

3.1

ETAPAS DEL PROCESO DE EJECUCION DE SUELO-CEMENTO

12 3.2

DIAGRAMA DE FLUJO PARA LA ESTABILIZACION DE SUELO-CEMENTO

13

4 CAPITULO 4 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

4.1

CONCLUSIONES

La estabilización de suelos con cemento para mejorar sus características y permite su aprovechamiento es una técnica moderna, económica y sostenible. La incorporación de la misma a la normativa vigente y el gran número de equipos de última generación disponibles h facilitado su desarrollo en todo el territorio nacional, siendo actualmente una solución ampliamente contrastada por sus ventajas técnicas, económicas y medioambientales. 4.2

RECOMENDACIONES

No aplicar el método de estabilización cuando no cumplan los parámetros mínimos requeridos por las diferentes normas de cada país en donde se encuentren. Al momento de la ejecución de la estabilización controlar paso a paso que se cumplan con los procesos exigidos para dar cumplimiento a los requerimientos técnicos del proyecto en base a la resistencia y durabilidad.

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5 REFERENCIAS

Universidad nacional de ingeniería –Facultad de ingeniería Civil-Lima Perú. Tesis de estabilización de suelos. Manual de estabilización de suelos-cementos ANDACE-ANTER-IECA Madrid 2008