Aplicación de Los Principios de Mecánica de Suelos Para El Diseño de Bases de Pavimentos
Bloque 2 - Suelos Aplicados a Pavimentos.
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SUELOS APLICADOS A SUELOS APLICADOS A PAVIMENTOS PAVIMENTOS
YANACOCHA, ABRIL 2012YANACOCHA, ABRIL 2012
INGº GERMÁN VIVAR ROMEROINGº GERMÁN VIVAR ROMERO
Por: Ing° Germán Vivar Suelos Aplicados a Pavimentos 2
ATOMOSATOMOS
ATOMOSATOMOS
ATOMOSATOMOS
ATOMOSATOMOS
ATOMOSATOMOS
ATOMOSATOMOS
ELEMENTOSELEMENTOS
ELEMENTOSELEMENTOS
ELEMENTOSELEMENTOS
ELEMENTOSELEMENTOS
COMPUESTOS MINERALESCOMPUESTOS MINERALES
COMPUESTOS MINERALESCOMPUESTOS MINERALES
COMPUESTOS MINERALESCOMPUESTOS MINERALES
ROCASROCAS
SUELOSSUELOS
NATURALEZA Y ORIGEN NATURALEZA Y ORIGEN DE LOS SUELOSDE LOS SUELOS
Por: Ing° Germán Vivar Suelos Aplicados a Pavimentos 3
ROCAROCA
Ref.: Sowers & Sowers. Introducción a la Mecánica de Suelos y Cimentaciones.LIMUSA WILEY. 1970.
Por: Ing° Germán Vivar Suelos Aplicados a Pavimentos 4
SUELOSUELO
Ref.: Sowers & Sowers. Introducción a la Mecánica de Suelos y Cimentaciones.LIMUSA WILEY. 1970.
Por: Ing° Germán Vivar Suelos Aplicados a Pavimentos 5
SUELOSUELOG
rav
as
Are
na
s
Lim
os
Arc
illa
s
Por: Ing° Germán Vivar Suelos Aplicados a Pavimentos 6
ROCAS: ROCAS:
- Igneas- Igneas
- Sedimentarias- Sedimentarias
- Metamórficas- Metamórficas
SUELOS*:SUELOS*:
-ResidualesResiduales: :
. Eluviales (intemperismo). Eluviales (intemperismo)
-TransportadosTransportados::
. Coluviales (gravedad). Coluviales (gravedad)
. Volcánicos (gravedad). Volcánicos (gravedad)
. Eólicos (viento). Eólicos (viento)
. Aluviales y Fluviales (agua). Aluviales y Fluviales (agua)
. Lacustres (viento-gravedad-. Lacustres (viento-gravedad-agua)agua)
* Según medio de deposición.
Por: Ing° Germán Vivar Suelos Aplicados a Pavimentos 7
SUELOSSUELOS EluvialesEluviales
Por: Ing° Germán Vivar Suelos Aplicados a Pavimentos 8
ColuvialesColuviales
Por: Ing° Germán Vivar Suelos Aplicados a Pavimentos 9
VolcánicosVolcánicos
Por: Ing° Germán Vivar Suelos Aplicados a Pavimentos 10
EólicosEólicos
Por: Ing° Germán Vivar Suelos Aplicados a Pavimentos 11
FluvialesFluviales
AluvialesAluviales
Por: Ing° Germán Vivar Suelos Aplicados a Pavimentos 12
LacustresLacustres
Por: Ing° Germán Vivar Suelos Aplicados a Pavimentos 13
RESUMEN DE LAS PROPIEDADES INGENIERILES DE LAS ROCASRESUMEN DE LAS PROPIEDADES INGENIERILES DE LAS ROCAS
Tipo de Roca Resistencia Durabilidad Estabilidad Características Presencia de
Mecánica Química Superficiales Impurezas
- Igneas
Granito, sienita, diorita Buena Buena Buena Buenas Posible
Felsita Buena Buena Cuestionable Regulares Posible
Basalto, diabasa, gabro Buena Buena Buena Buenas Rara vez
Peridotita Buena Regular Cuestionable Buenas Posible
- Sedimentarias
Caliza, dolomita Buena Regular Buena Buenas Posible
Arenisca Regular Regular Buena Buenas Rara vez
Pedernal Buena Pobre Pobre Regular Probable
Conglomerado, Brecha Regular Regular Buena Buenas Rara vez
Esquisto Pobre Pobre Pobre Buenas Posible
- Metamórficas
Gneis, esquisto Buena Buena Buena Buenas Rara vez
Cuarcita Buena Buena Buena Buenas Rara vez
Mármol Regular Buena Buena Buenas Posible
Serpentinita Regular Regular Buena Regular a pobre Posible
Anfibolita Buena Buena Buena Buenas Rara vez
Pizarra Buena Buena Buena Pobre Rara vez
REFREF.: The Identification of Rock Types. BPR. 1960
Por: Ing° Germán Vivar Suelos Aplicados a Pavimentos 14
RESUMEN DE LAS CARACTERÍSTICAS DEL SUELO COMO UN MATERIAL DEL PAVIMENTO
Divisiones principales
Nombre
Resistencia cuando no hay acción del hielo
Potencial acción de
helada
Compresibilidad y expansión
Características de drenaje
Gravas y suelos
gravosos
Arenas y suelos
arenosos
Limos y arcillas con
LL<50
Limos y arcillas con
LL>50
Suelos muy orgánicos
Nota: La información presentada en esta tabla es una adaptación de publicaciones del USACE, FAA y del FHWA.
Excelente
Bueno a ExcelenteBueno a
Excelente
Bueno
Bueno
Bueno
Regular a Bueno
Regular a Bueno
Regular
Pobre a Regular
Pobre a Regular
Pobre a Regular
Pobre a Regular
Pobre
Pobre
Pobre a muy pobre
No sirve Ligera
Media
Media a alta
Media a alta
Media a muy alta
Media a muy alta
Media a muy alta
Ninguna a muy ligeraNinguna a muy ligera
Ligera a media
Ligera a media
Ligera a media
Ninguna a muy ligera
Ninguna a muy ligera
Ligera a alta
Ligera a alta
Ligera a alta
Casi ninguna
Casi ninguna
Muy ligera
Ligera
Ligera
Casi ninguna
Casi ninguna
Muy ligera
Ligera a media
Ligera a media
Ligera a media
Ligera a media
Media a alta
Alta
Alta
Alta
Muy alta
Excelentes
Excelentes
Excelentes
Excelentes
Regular a pobre
Regular a pobre
Regular a pobre
Regular a pobre
Pobre a práctica mente imperm.
Pobre a práctica mente imperm.
Pobre a práctica mente imperm.Pobre a práctica mente imperm.
Prácticamente impermeable
Pobres
Regular a pobre
Prácticamente impermeable
Prácticamente impermeable
Gravas bien graduadas o mezclas grava-arena, con pocos finos o sin finos, GW
Gravas mal graduadas o mezclas grava-arena, con pocos finos o sin finos, GP
Gravas limosas o mezclas grava-arena, limosas, GM
Gravas muy limosas o mezclas grava-arena, limosas, GMGravas arcillosas o mezclas grava-arena arcillosas, GC
Arenas bien graduadas o arenas-gravosas, con pocos finos o sin finos, SW
Arenas bien graduadas o arenas-gravosas, con pocos finos o sin finos, SWArenas mal graduadas o arenas-gravosas, con pocos finos o sin finos, SP
Arenas limosas o mezclas arena-limo, SPArenas limosas o mezclas arena-limo, SM
Arenas arcillosas o mezclas arena-arcilla, SC
Limos inorgánicos y arena muy fina, polvo de roca, arena fina limosa o arcillosa con ligera plasticidad; MG, MS y ML
Arcillas inorgánicas de baja a media plasticidad, arcillas gravosas, arcillas arenosas, limos arcillosos, arcillas magras; CG, CL y CS
Suelos orgánicos y limos arcillosos de baja plasticidad; MSO y CLO
Limos inorgánicos, o arenas finas diatomáceas, o suelos limosos, limos elásticos; MH
Arcillas inorgánicas de alta plasticidad, arcillas grasas; CH
Arcillas orgánicas de mediana a alta plasticidad, limos orgánicos; MHO y CHO
Turba y otros suelos orgánicos
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(Antecedentes, Alcances y Generalidades, Parámetros de Diseño, Caracterización de los Materiales)
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• CANTERAS• ESTABILIZACION• CBR, MODULO k Y MODULO RESILENTE
SUELOS DE SUB-RASANTE Y DE FUNDACIONSUELOS DE SUB-RASANTE Y DE FUNDACION
ASPECTOS RELEVANTESASPECTOS RELEVANTES
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CANTERASCANTERAS
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Por: Ing° Germán Vivar Suelos Aplicados a Pavimentos 19
CBR de laboratorio (ASTM D 1883, AASHTO T193, MTC E132 y NTP 339.145)
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10
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15%0.5%
Suelo de sub-rasante
Suelo de fundación
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Carpeta Asfáltica
Sub-base
Base
SUELO DE SUB-RASANTE
SUELO DE FUNDACIÓN
COMPACTADO AL 95% P.M. (CBR = 15%)
DENSIDAD NATURAL < 90% P.M. (CBR < 0.5%)
PAVIMENTOe= 50 cm
30 cm
CBRdiseño= 30x15 + 70x0.5 = 5%
100
e= 70 cm
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ESTABILIZACION DE SUELOSESTABILIZACION DE SUELOS
• ESTABILIZACION FISICA:ESTABILIZACION FISICA: - COMPACTACIÓN - MEZCLA - USO DE GEOSINTETICOS - OTROS METODOS
• ESTABILIZACION QUIMICA:ESTABILIZACION QUIMICA:- - CON CEMENTO- CON CAL- CON EMULSION ASFALTICA- CON EMULSIONES ACRILICAS DE CAUCHO- CON COMPUESTOS ANIONICOS ACTIVOS- CON ENZIMAS O CATALIZADORES NATURALES- CON CLORUROS - ETC.
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COMPACTACIONCOMPACTACION
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Rodillo de Impactos
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COMPACTACION DE ARENASCOMPACTACION DE ARENAS
SP
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Por: Ing° Germán Vivar Suelos Aplicados a Pavimentos 28
COMPACTACION DE ARCILLASCOMPACTACION DE ARCILLAS
Por: Ing° Germán Vivar Suelos Aplicados a Pavimentos 29
RODILLO DE PATAS RODILLO DE PATAS (PAD FOOT)(PAD FOOT)
RODILLO “PATA DE RODILLO “PATA DE CABRA”CABRA”
Por: Ing° Germán Vivar Suelos Aplicados a Pavimentos 30
““ACOLCHONAMIENTO”ACOLCHONAMIENTO”
Por: Ing° Germán Vivar Suelos Aplicados a Pavimentos 31
SOLUCION CONVENCIONALSOLUCION CONVENCIONAL
SOLUCION CON SOLUCION CON GEOSINTETICOSGEOSINTETICOS
Por: Ing° Germán Vivar Suelos Aplicados a Pavimentos 32
ASTM D2167 / AASHTO T205
ASTM D4017 NTP 339-144
CONTROL DE LA CONTROL DE LA COMPACTACIONCOMPACTACION
Por: Ing° Germán Vivar Suelos Aplicados a Pavimentos 3333
MEZCLA DE SUELOSMEZCLA DE SUELOS
Por: Ing° Germán Vivar Suelos Aplicados a Pavimentos 34Por: Ing° Germán Vivar Romero
Por: Ing° Germán Vivar Suelos Aplicados a Pavimentos 35Ingeniería de Suelos Por: Ing° Germán Vivar Romero 35
ESTABILIZACION CON GEOSINTETICOSESTABILIZACION CON GEOSINTETICOS
Geotextil TuboGeotextil TuboGeoceldaGeocelda
Geomalla BiaxialGeomalla Biaxial
GeobloquesGeobloques
Geocompuesto de Drenaje
Geocompuesto de Drenaje
GeomantaGeomanta
Geomalla UniaxialGeomalla UniaxialGeomalla UniaxialGeomalla Uniaxial
Por: Ing° Germán Vivar Suelos Aplicados a Pavimentos 36
ESTABILIZACION CON CEMENTOSTABILIZACION CON CEMENTO
RELLENO FLUIDO
RELLENO FLUIDO
CCRCCR
SUELO-CEMENTO
SUELO-CEMENTO -Estabilización “de cuerpo”.
Por: Ing° Germán Vivar Suelos Aplicados a Pavimentos 37
ESTABILIZACION CON CAL
-Estabilización “de cuerpo”.
- Se aplica en suelos arcillosos para hacerlos más friables.
- Requiere equipo especial
- Tratamiento costoso.
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ESTABILIZACION CON EMULSION ASFALTICA
• Estabilización “de cuerpo”
• Con emulsión catiónica super estable.
• Dosificación: 12 galones de emulsión; 9 galones de agua por m3 de material de base.
• No se cuenta con información de otras experiencias en Perú.
Por: Ing° Germán Vivar Suelos Aplicados a Pavimentos 39
ESTABILIZACION USANDO ESTABILIZACION USANDO EMULSIONES ACRILICAS EMULSIONES ACRILICAS
DE CAUCHODE CAUCHO
• Estabilización “de cuerpo”.
• Emplea dos aditivos que se aplican en el cuerpo del pavimento (25 cm) a razón de 100 cc/m2 y en la capa superior (10 cm), a razón de 1 lt/m2.
• Los aditivos actúan electroquímica e irreversiblemente con las partículas del suelo.
• Se usan en suelos arcillosos y en suelos granulares con por lo menos 20% de finos.
• Disminuyen el O.C.H. y la Plasticidad y aumentan la M.D.S. y el CBR.
• No se cuenta con información de costos.
Por: Ing° Germán Vivar Suelos Aplicados a Pavimentos 40
ESTABILIZACION USANDO COMPUESTOS ANIONICOS ACTIVOS
• ¿QUE SON?: Compuestos químicos líquidos, reactivos, de formulación desconocida.
• ¿COMO ACTUAN?: Cambian la naturaleza de las partículas arcillosas, de hidrofílicas a hidrofóbicas (Característica Surfactante). El proceso puede variar entre 7 y 60 días.
• MECANISMO:– Reducen la Plasticidad y mejoran la trabajabilidad.– Reducen los requerimientos de agua.– Incrementan la densidad y el CBR– No aplicables en arenas (A-3) ni en suelos con alto contenido de
materia orgánica (A-8)FORMULACION : De 0.06 a 0.07 lt/m2 para e= 0.15 mCOSTO REFERENCIAL: $ 0.78/m2 (promedio) para e= 0.15 mEQUIPOS: Motoniveladora, Tanque Regador, Rodillo (liso o pata de
cabra).
Por: Ing° Germán Vivar Suelos Aplicados a Pavimentos 41
ESTABILIZACION USANDO CATALIZADORES NATURALES LIQUIDOS
• ¿QUE SON?: Aditivos líquidos obtenidos de la fermentación de extractos de plantas naturales cuya formulación final contiene sub-productos de un proceso metabólico microbial, incluyendo enzimas.
• ¿COMO ACTUAN?: Sobre las partículas cohesivas del suelo de Base.
• MECANISMO:
– Reducen la Plasticidad y la Permeabilidad
– Reducen los requerimientos de agua
– Incrementan la densidad y el CBR
– TIENEN FORMULACIONES PARA SUELOS “NORMALES” Y PARA SUELOS CON ELEVADO CONTENIDO DE ARCILLA.
FORMULACION : 1 lt/33 m3 “de material a compactar”
COSTO REFERENCIAL : $1.34/ m2 para e= 0.25 m y
$ 0.80/m2 para e= 0.15 m
Por: Ing° Germán Vivar Suelos Aplicados a Pavimentos 42
ESTABILIZACION USANDO ESTABILIZACION USANDO CLORURO DE SODIOCLORURO DE SODIO
• Estabilización “de superficie”.• La sal es Higroscópica: tiene
capacidad de absorver agua en películas delgadas.
• Aumenta la densidad del suelo• Reduce la presión de agua.• Reduce la contracción y el secado.• Una solución al 5% duplica la
capacidad del agua para disolver a los agregados calcáreos, formando una costra superficial.
• Desventajas: se disuelve con el agua de lluvia; requiere mantenimiento continuo; es muy corrosivo.
• Dosificación normal: de 0.11 a 0.22 kg/m2/cm de espesor.
Ingeniería de Suelos Por: Ing° Germán Vivar Romero 43
ESTABILIZACION USANDO CLORURO DE CALCIOESTABILIZACION USANDO CLORURO DE CALCIO
• Higroscópico: Absorbe la humedad del aire o del entorno.
• Delicuescente: Se redisuelve en la humedad que absorbe, formando una solución clara, resistente a la evaporación.
• Aumenta la Tensión Superficial del agua en la que está disuelto: Retiene la humedad por un tiempo mayor.
• Crioscópico: Capacidad de bajar el punto de congelación de la solución a –50 °C.
• Baja o Nula Corrosividad: Muy bajo contenido de cloruro de sodio (máx. 50 ppm).
• Toxicidad negativa: No constituye peligro para el medio ambiente.
• Versátil: Tiene múltiples aplicaciones.