Estabilización de suelos arcillosos, con bajos valores de soporte (CBR), con fines de mejoramiento de la subrasante

Texto completo

(1)UNIVERSIDAD NACIONAL HERMILIO VALDIZÁN. FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL. “ESTABILIZACION DE SUELOS ARCILLOSOS, CON BAJOS VALORES DE SOPORTE (CBR), CON FINES DE MEJORAMIENTO DE LA SUBRASANTE” TESIS PARA OPTAR EL TÍLULO DE INGENIERO CIVIL TESISTA: Bach. Augusto Andrés, Apolinario Tenicela Bach. Edward Andrés, Delgado Loarte ASESOR: Ing. Jim Arturo, Rivera Vidal HUÁNUCO-PERÚ 2019.

(2) ii.

(3) iii. DEDICATORIA Este trabajo de investigación está dedicado a todas las personas que nos apoyaron en el transcurso de nuestra vida universitaria, las que hoy junto a nosotros celebran nuestros logros..

(4) iv. AGRADECIMIENTOS Agradecemos a Dios sobre todas las cosas, a nuestros padres por su apoyo incondicional en lo moral y económico, demás familiares y amigos, a la “Universidad Nacional Hermilio Valdizán” especialmente a la escuela profesional de ingeniería civil, a los docentes que estuvieron en toda la etapa universitaria.. Andrés y Edward.

(5) v. RESUMEN La presente tesis analizo una posible alternativa de solución al problema de construcción de carreteras en suelos de baja resistencia o bajo valor de soporte (CBR), la cual es uno de los problemas de mayor envergadura que impactan directamente en la durabilidad de la obra y en el incremento de los costos de la construcción. La técnica tradicional emplea la estabilización mecánica de la subrasante que consiste en el reemplazo de las capas pobres de suelo, con otro material de préstamo de mejor desempeño. Pero esto se dificulta debido a las escasas canteras con materiales y volúmenes apropiados que puedan ser utilizadas. Además, esto incrementa importantemente los costos constructivos y el impacto al medio ambiente. Como alternativo se experimentó con un aditivo químico, que pueda mejorar el suelo propio de la zona, mejorando su resistencia de tal manera que no haya la necesidad de utilizar material de préstamo y además reduzca el espesor del afirmado, disminuyendo significativamente los costos, constituyendo en una alternativa viable, técnica y económicamente..

(6) vi. SUMMARY This thesis analyzed a possible alternative solution to the problem of road construction in low resistance or low support (CBR) soils, which is one of the largest problems that directly impact the durability of the work and the increase in construction costs. The traditional technique employs the mechanical stabilization of the subgrade that consists of replacing the poor layers of soil, with other loan material of better performance. But this is difficult due to the scarce quarries with appropriate materials and volumes that can be used. In addition, this significantly increases construction costs and the impact on the environment. As an alternative, it was experimented with a chemical additive, which can improve the area's own soil, improving its resistance in such a way that there is no need to use loan material and also reduce the thickness of the asserted, significantly reducing costs, constituting a viable alternative, technically and economically..

(7) vii INDICE. DEDICATORIA.............................................................................................................. iii AGRADECIMIENTOS ................................................................................................... iv RESUMEN....................................................................................................................... v SUMMARY .................................................................................................................... vi INDICE .......................................................................................................................... vii INTRODUCCION .......................................................................................................... xv CAPITULO I. MARCO TEÓRICO.................................................................................. 1 I.1.. Fundamentos Teóricos de la Investigación ........................................................... 2. I.1.1.. Revisión de Estudios Realizados................................................................... 2. I.1.2.. Conceptos Fundamentales. ........................................................................... 6. I.1.3.. Confección de Probetas para CBR con Tecnología Proes. ........................... 34. I.2.. Formulación del Problema ................................................................................. 46. I.2.1.. Formulación del Problema General. ............................................................ 46. I.2.2.. Formulación de los Problemas Específicos. ................................................ 46. I.3.. Objetivos ........................................................................................................... 47. I.3.1.. Objetivos General. ...................................................................................... 47. I.3.2.. Objetivos Específicos. ................................................................................ 47. I.4.. Justificación ...................................................................................................... 47. I.4.1.. Aspecto Teórico. ........................................................................................ 48. I.4.2.. Aspecto Práctico. ........................................................................................ 49.

(8) viii I.4.3.. Aspecto Metodológico. ............................................................................... 49. I.4.4.. Relevancia Académica. .............................................................................. 49. I.5.. Limitaciones y Alcances .................................................................................... 49. I.5.1. I.6.. Hipótesis ........................................................................................................... 50. I.6.1. I.7.. Limitaciones de la Investigación: ................................................................ 49. Hipótesis de la Investigación. ..................................................................... 50. Sistema de Variables, Dimensiones e Indicadores .............................................. 51. I.7.1.. Variables Independientes (X)...................................................................... 51. I.7.2.. Variables Dependiente (Y). ........................................................................ 51. I.8.. Definición Operacional De Variables, Dimensiones E Indicadores .................... 51. CAPITULO II. MARCO METODOLOGICO ................................................................. 54 II.1.. Nivel de la Investigación ................................................................................ 55. II.2.. Tipos de la Investigación................................................................................ 57. II.3.. Diseño de la Investigación ............................................................................. 57. II.3.1. De Campo: ................................................................................................. 57 II.3.2. Documental: ............................................................................................... 58 II.3.3. Experimental: ............................................................................................. 58 II.4.. Definición Operacional de Variables, Dimensiones e Indicadores .................. 58. II.4.1. Determinación del Universo/Población. ...................................................... 58 II.4.2. Selección de la Muestra. ............................................................................. 59 II.5.. Técnicas de Recolección y Tratamiento de Datos .......................................... 61.

(9) ix II.5.1. Fuentes, Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos. ....................... 61 II.5.2. Procesamiento e Información de Datos. ..................................................... 63 II.5.3. Procesamiento de Muestreo. ....................................................................... 64 II.5.4. Ensayos de Laboratorio del Suelo de Fundación. ........................................ 64 II.5.5. Determinación de la Dosificación Óptima de Aditivo PROES. ................... 64 II.5.6. Tráfico vial. ................................................................................................ 65 II.5.7. Análisis de datos......................................................................................... 69 II.6.. Desarrollo de la Investigación ........................................................................ 70. CAPITULO III. ................................................ RESULTADOS, ANALISIS Y DISCUCIÓN 78 III.1.. Resultados ..................................................................................................... 79. III.1.1. III.2.. Diseño de Afirmado ....................................................................................... 83. III.2.1. III.3.. Determinación del Número de Repeticiones de Ejes Equivalentes. .......... 83. Evaluación de Costos ..................................................................................... 92. III.3.1. Metrados. III.4.. Ensayo de Laboratorio. ........................................................................... 79. Análisis de Precios Unitarios de las Principales Partidas Involucradas y 92. Resultados de análisis de datos....................................................................... 97. III.4.1.. Prueba de Normalidad Shapiro Wilk. ...................................................... 97. III.4.2.. Prueba de Homogeneidad de Varianzas. .................................................. 97. III.4.3.. Prueba de Hipótesis de Investigación: Análisis de Varianza. ................... 97. III.4.4.. Prueba de Tukey. .................................................................................... 98.

(10) x III.5.. Discusión de los resultados ............................................................................ 99. III.5.1.. Granulometría, Clasificación AASHTO Y SUCS. ................................... 99. III.5.2.. Limite Liquido (LL), Limite Plástico (LP) e Índice de Plasticidad (IP) .. 100. III.5.3.. Proctor Modificado. .............................................................................. 101. III.5.4.. Capacidad de Soporte Relativo CBR en Muestra de Suelo Natural. ....... 102. III.5.5.. Adición de Aditivo PROES Y Cemento Portland: Resultados de CBR y. Proctor Modificado por Dosificación. ........................................................................ 103 III.5.6.. Diseño del Afirmado. ............................................................................ 104. III.5.7.. Evaluación por Costos. ......................................................................... 106. III.5.8.. Análisis de Datos. ................................................................................. 107. CONCLUSIONES ........................................................................................................ 110 RECOMENDACIONES ............................................................................................... 112 REFERENCIAS ........................................................................................................... 113.

(11) xi ANEXOS ANEXO 1: ANALISIS GRANULOMETRICO ....................................................... 117 ANEXO 2: LIMITES LÍQUIDO Y PLASTICO ...................................................... 123 ANEXO 3: ENSAYO PROCTOR ............................................................................. 129 ANEXO 4: ENSAYO CBR NATURAL .................................................................... 136 ANEXO 5: ENSAYO CBR OPTIMIZADO ............................................................. 154 ANEXO 6: CBR ESTABILIZADO ........................................................................... 169 ANEXO 7: CARTILLA DE DOSIFICACION PROES ........................................... 187 ANEXO 8: ESPECIFICACIONES DE ENSAYO CBR PARA PROES ................. 193 ANEXO 9: CATALOGO DE CAPAS DE AFIRMADO.......................................... 209 ANEXO 10: DISEÑO DE AFIRMADO ................................................................... 210 ANEXO 11: CLASIFICACION SUCS ..................................................................... 215 ANEXO 12: CLASIFICACION AASHTO .............................................................. 216 ANEXO 13: PANEL FOTOGRAFICO .................................................................... 217. INDICE DE ESQUEMAS Esquema 1. Procesamiento e Información de Datos. ....................................................... 63.

(12) xii INDICES DE TABLAS Tabla 1 Categorías de subrasante acorde al CBR del suelo ................................................ 7 Tabla 2 Tipo de material de acuerdo al tamaño de las partículas ..................................... 25 Tabla 3Rangos de índice de plasticidad .......................................................................... 26 Tabla 4 Prefijos y sufijos para cada tipo de suelo ............................................................ 30 Tabla 5Combinaciones en función de los prefijos y sufijos del suelo.............................. 30 Tabla 6Métodos de ensayo Proctor Modificado .............................................................. 33 Tabla 7Matriz de consistencia ......................................................................................... 53 Tabla 8Diseño de investigación experimental ................................................................. 56 Tabla 9Número de ensayos CBR .................................................................................... 61 Tabla 10Condición de las carreteras no pavimentadas ..................................................... 62 Tabla 11Factor de distribución direccional y carril .......................................................... 66 Tabla 12Fórmulas de Numero de Repeticiones de ejes equivalentes para afirmados ........ 67 Tabla 13Rango de tráfico pesado expresado en EE ......................................................... 68 Tabla 14Dosificación PROES más cemento portland ...................................................... 76 Tabla 15Cuadro de resumen del ensayo de granulometría y clasificación AASHTO y SUCS .................................................................................................................................. 79 Tabla 16Cuadro de resumen del ensayo de Limite liquido (LL), Limite plástico (LP), e índice de plasticidad (IP). .................................................................................................... 79 Tabla 17Cuadro de resumen del ensayo de contenido de humedad .................................. 80 Tabla 18Cuadro de resumen del ensayo de Proctor Modificado ...................................... 80 Tabla 19Cuadro de resumen del ensayo de CBR de las muestras patrón .......................... 81 Tabla 20Cuadro de resumen del ensayo de CBR acorde a cada dosificación ................... 81 Tabla 21Cbr para dosificación aditivo liquido PROES de 0.27 L/m3 + 50 kg/m3 de cemento .............................................................................................................................. 82.

(13) xiii Tabla 22Cuadro de resumen del ensayo Proctor Modificado acorde a cada dosificación . 82 Tabla 23Estación de Conteo Vehicular ........................................................................... 83 Tabla 24Resultados de conteo vehicular. ........................................................................ 84 Tabla 25Calculo de factor de ejes equivalentes ............................................................... 87 Tabla 26Cálculo de Numero de Repeticiones de Eje Equivalente .................................... 88 Tabla 27Clasificación de Subrasante según CBR ............................................................ 90 Tabla 28Partida de Perfilado y compactación de subrasante ............................................ 92 Tabla 29Análisis de Costos unitarios de Afirmados ........................................................ 93 Tabla 30Planilla de Metrados para Afirmados sin aditivos .............................................. 93 Tabla 31Precio por kilómetro de afirmado sin aditivo acorde a principales partidas ........ 94 Tabla 32Análisis de Costos unitarios para mejoramiento de subrasante (0.27L/m3+50 kg/m3) ................................................................................................................................ 94 Tabla 33Planilla de Metrados para Afirmados con aditivos ............................................. 95 Tabla 34Precio por kilómetro de afirmado con aditivo acorde a principales partidas ....... 96 Tabla 35Prueba de normalidad shapiro wilk.................................................................... 97 Tabla 36Prueba de homogeneidad de varianzas .............................................................. 97 Tabla 37Análisis de varianza .......................................................................................... 97 Tabla 38Prueba de Tukey ............................................................................................... 98 Tabla 39Prueba de Tukey a, b ......................................................................................... 98.

(14) xiv INDICES DE GRAFICOS Gráfico 1. Espesor de Pavimentos sin aditivo. ................................................................ 91 Gráfico 2. Espesor de Pavimentos con Aditivo.............................................................. 92 Gráfico 3. Prueba de Tukey a, b ..................................................................................... 99 Gráfico 4. Análisis de resultados Índice de Grupo AASHTO ....................................... 100 Gráfico 5. Análisis de resultados de índice de Plasticidad ............................................ 101 Gráfico 6. Análisis de resultados de Proctor Modificado. ............................................. 102 Gráfico 7. Análisis de resultados de CBR de la muestra Patrón. ................................... 102 Gráfico 8Análisis de resultados de CBR + Aditivos. .................................................... 103 Gráfico 9. Análisis de Resultados de CBR para dosificación 0.27L/m3 + 50 Kg/m3. ... 104 Gráfico 10. Comparación de Espesor de Capas de Afirmado y Subrasante. .................. 106 Gráfico 11. Análisis Económico por kilómetro de afirmado ......................................... 107. INDICE DE FOTOGRAFIAS Fotografía 1 Reconocimiento de campo .......................................................................... 70 Fotografía 2 Extracción de campo. Fotografía 3 Extracción de campo ......... 70. Fotografía 4 Ensayo de granulometría por tamizado....................................................... 71 Fotografía 5. Límite Líquido ........................................................................................... 72 Fotografía 6. Límite Plástico ........................................................................................... 72 Fotografía 7. Contenido de Humedad.............................................................................. 73 Fotografía 8. Ensayo Proctor Modificado ........................................................................ 74 Fotografía 9. Dosificación de Aditivo para Ensayo de CBR. ........................................... 76.

(15) xv INTRODUCCION En el Perú una de las grandes problemáticas para el desarrollo económico es no contar con vías de acceso hacia los poblados tanto en la zona de la sierra y selva amazónica; es por ello que se siente la necesidad de los gobernantes tantos nacional, regional como municipal para dar más énfasis en la construcción de vías de acceso, siendo una de las soluciones básicas para mejorar la calidad de vida de las personas generando desarrollo y progreso. (Angulo Roldan & Rojas Escajadillo, 2016). Viendo la importancia que tienen las vías para el desarrollo de la población, y las dificultades que presentan en su proceso constructivo. Pudimos observar sobre todo que en la región selva la realización de este tipo de infraestructura es más problemática, y una de las causas principales es la presencia de suelos arcillosos que tienen baja capacidad de soportar las cargas de los vehículos. Sufriendo con mayor intensidad en el periodo de lluvias a causa de la saturación de los suelos y consecuente debilitamiento. Por ello se investigó una alternativa para poder solucionar o disminuir este problema, y así alcanzar un adecuado nivel de transitabilidad, mejorando los valores de soporte y/o en la capacidad de carga del suelo, mediante el uso de un aditivo químico llamado PROES. Constituyendo esta investigación un aporte en la técnica de construcción y de la productividad en la construcción de la infraestructura vial. El tramo en estudio es un camino vecinal “Mercedes de Locro – Venenillo”, ubicada en el distrito de Rupa - Rupa de la provincia de Leoncio Prado. El tramo mencionado presenta problemas de transitabilidad tanto vehicular como peatonal por causas del tipo de suelo que presenta, que está constituido en su gran mayoría por arcillas. Acompañado de un clima tropical, se tiene un deterioro en gran parte del de la vía. Las localidades en estudio, en la actualidad se encuentran en un desarrollo estancado, a ello se suma el nivel bajo de comercio,.

(16) xvi debido a la falta de mejoramiento de su acceso principal, dificultando el transporte de los alimentos, medicinas. El primer Capítulo trata de marco Teórico donde se aprecia los antecedentes y formulación del problema, los Objetivos; Justificación y Limitaciones de la investigación; También la Hipótesis, Las variables, Los indicadores; la población y la muestra. El segundo Capítulo trata del marco metodológico, aquí se desarrolla el nivel y tipo de investigación; técnicas de recolección y tratamiento de datos y el método de estudio. El tercer Capítulo Trata de la discusión de resultados, se analiza el resultado obtenido con la aplicación del aditivo y se comparan con los resultados del grupo patrón o al estado natural. Se hace un análisis de los costos unitarios con la aplicación del aditivo en comparación con el método tradicional, para determinar su viabilidad económica. Finalmente se tiene las conclusiones de la investigación y sugerencias así como futuras líneas de investigación..

(17) 1. CAPITULO I.. MARCO TEÓRICO. 1.1 Fundamentos Teóricos de la Investigación 1.2 Formulación del Problema 1.3 Objetivos 1.4 Justificación e Importancia 1.5 Limitaciones y Alcances 1.6 Hipótesis 1.7 Sistema de Variables- Dimensiones e Indicadores 1.8 Definición Operacionales De Variables, Dimensiones e Indicadores.

(18) 2 I.1. Fundamentos Teóricos de la Investigación I.1.1. Revisión de Estudios Realizados. I.1.1.1. A Nivel Internacional. (Álvarez zuguaga, 2015) En su estudio denominado “Estabilización química de suelos en proyectos de infraestructura vial en Antioquia” deja de ver que, se ahorra un promedio de 14.13% con la estabilización química con respecto a el método tradicional de estabilización con base y sub base. En Antioquia y Colombia existen una gran de diversidad de suelos y de vías con una cantidad inmensurable de variables, pero aun así es claro el ahorro producto de la estabilización con los suelos analizados en el presente trabajo. Teniendo en cuenta todas lo anterior, al momento de estabilizar, es fundamental tomar en cuenta todas las variables que influyan el diseño y desempeño de la vía. En la siguiente investigación concluye . La estabilización química si trae beneficios técnicos tanto para el incremento de resistencia a la compresión como para reducción de los índices de plasticidad, pues sin los segundos no sería posible lo primero. La resistencia a la compresión no solo es aumentada para suelos secos, sino también para suelos sumergidos, cosa que crea un ambiente muy prometedor para el desempeño técnico de estos productos.. . La normatividad colombiana tiene una seria de parámetros de desempeño técnico para las especificaciones. En esencia lo más importante es el desempeño técnico, independiente de que sea utilizado para lograrlo, y más aún el desempeño técnico bajo condiciones adversas como lo es la sumersión..

(19) 3 (Cordero Jiménez, 2018) En su Tesis “Estabilización Química de suelos para mejoramiento de la estructura vial agropecuario de la parroquia chuquiribamba. Se concluye lo siguiente: . En las mezclas de suelo – Cemento o suelo estabilizado los valores de índice de plasticidad disminuyen al agregar cemento, la humedad óptima no incrementa y el peso específico no varía sustancialmente comparando con las obtenidas con el suelo en estado natural. . El CBR de suelo natural sin adición de aglomerante dio valores bajos en cuanto a la resistencia al esfuerzo cortante, en tanto que al adicionarse 4, 7 y 10% de cemento aumento la resistencia cortante del suelo, lo que significa que al adicionar pequeñas cantidades de cemento el CBR aumenta significativamente a los esfuerzos que tendrá la capa estabilizado según el MTOP.. I.1.1.2. A Nivel Nacional. (Reategui Puscan, 2018) En su estudio denominado “Influencia del aditivo Proes para mejorar la estabilización de la subrasante del tramo Lahuarpía – Emilio San Martin, Jepelacio, Moyobamba 2017” deja de ver que, se logra demostrar la capacidad de soporte antes y después de aplicar el aditivo, el cual muestra una gran diferencia en cuanto a resistencia. En la siguiente investigación concluye: . Se confirma una mejoría en los resultados de las pruebas de CBR, aplicando el aditivo Proes, con un aumento en los resultados de la pruebas hasta 191.72% respectivamente..

(20) 4 . Mediante los resultados obtenidos en los diferentes ensayos realizados en el laboratorio de mecánica de suelos, se puede llegar a la conclusión que se puede trabajar utilizando el aditivo Proes, para mejoramientos de suelos.. . En los ensayos realizados en el laboratorio de mecánicas de suelos se obtiene la dosificación de 0.25 lts/m3 de (aceite sulfonado Proes 100) y 38 kg/m3 de cemento Portland.. (Angulo Roldan & Rojas Escajadillo, 2016). En su estudio denominado “Ensayo. de fiabilidad con aditivo proes para la estabilización de suelos en el AA.HH el milagro, 2016” deja de ver que, en los suelos A-4 y combinaciones de 85% de A-2-4(0) con 15% de A-7-5(9) y de 85% de A-3(0) con 15% de A-7-5(9), donde se obtuvo CBR medidos en el rango de 14.4% al 43.7%. Aplicado aditivo PROES en una dosificación de 0.30 lt/m3 y cemento de 2%(40kg/m3) se obtuvo CBR medidos de 43.2% al 102%. Comparando los resultados podemos determinar que si bien es cierto el aditivo PROES si aumenta la resistencia de los suelos, sin embargo, analizando ambos resultados debemos tener en cuenta que las dosificaciones aplicadas tanto en aditivo como en cemento en ambos sectores es diferente En la siguiente investigación se concluye: . El aditivo PROES si influye considerablemente en la estabilización del suelo en la carretera de penetración al AA.HH “El milagro” – Distrito de San Juan Bautista – Loreto.. . El aditivo PROES generó las siguientes variaciones de CBR con las nuestras de suelos encontradas en la Zona:. . Muestra A-4(1) SM 14.4% - 43.2% varia el CBR cemento – Aditivo de 300 %..

(21) 5 . Muestra Combinada A-3(0) y A-7-5(9) 23.6% - 83% varia el CBR cemento – Aditivo 352%.. . Muestras Combinada A-2-4(0) y A-7-5(9) 43.7% -102% varia Cemento – Aditivo de 233%.. . Mediante estos resultados, hemos podido determinar de qué se puede trabajar mejor en la zona realizando combinaciones, Donde existe gran volumen de material como: A-3 (0) en 85% y A-7-5(9) en 15% de un (23.6 a 83) % triplicando el CBR de natural a uso con aditivos donde alcanzo un 352%. I.1.1.3. A Nivel Regional. (Ballarín Zavala, 2006) En su tesis “Mejoramiento de caminos no pavimentados en. el departamento de Huánuco mediante la estabilización de suelos comparando el estabilizador orgánico perma-zyme 22x y el probase tx-55, concluye lo siguiente: . Se ha descrito los principios físicos – químicos de los suelos arcillosos y arenosos. Los suelos arcillosos porque según las especificaciones técnicas de los productos, se sugiere que los suelos a ser tratados presenten un porcentaje de material fino mínimo entre el 12 al 30% para que la reacción química se logre y los suelos arenosos porque al desarrollar el ensayo de granulometría los resultados obtenidos muestran la presencia de arenas en su mayor parte.. . Se ha desarrollo los ensayos de laboratorio de los suelos básicamente arenas pobremente gradadas(SP) y arenas bien gradadas (SW), seis de ellas son no plásticas y las cuatro restantes se ubican dentro de un intervalo entre 5 y 10 de índice de Plasticidad, con un valor máximo de 1.5% de finos que pasan la malla N° 200, Al comparar las características que deben tener los agregados para la aplicación de cualquiera de los productos estabilizadores(Perma-zyme 22x o Probase TX -55), se observa que los suelos no reúnen las condiciones mínimas para producir el proceso.

(22) 6 de estabilización, ya que las disposiciones presentadas en los catálogos por los distribuidores son principalmente para suelos con presencia de arcillas, situación en la cual no se ha encontrado. Luego, es poco probable obtener mejoras sustanciales, por ejemplo valores mínimos de 40, en el ensayo de soporte de carga (CBR), cuando la presencia de finos es casi nula. I.1.2. Conceptos Fundamentales. I.1.2.1. Introducción y Definiciones Básicas. I.1.2.1.1.. Conceptos Básicos.. Un pavimento está constituido por un conjunto de capas superpuestas, relativamente horizontales, que se diseñan y construyen técnicamente con materiales apropiados y adecuadamente compactados. Estas estructuras estratificadas se apoyan sobre la subrasante de una vía obtenida por el movimiento de tierras en el proceso de exploración y que han de resistir adecuadamente los esfuerzos que las cargas repetidas del tránsito le transmiten durante el periodo para el cual fue diseñada la estructura del pavimento (Montejo Fonseca, 2002). Está conformada, por lo general, por las siguientes capas: base, sub base y capa de rodadura, las cuales se apoyan sobre el suelo natural o subrasante. I.1.2.1.2.. Carpeta de Rodadura.. Es la capa más superficial del pavimento. Puede estar compuesto de material bituminoso (pavimento flexible), de concreto de cemento portland (pavimento rígido) o de adoquines. Su función es absorber las cargas y tensiones originadas por el tráfico y distribuirlas adecuadamente a las capas inferiores a ella, para de evitar grandes deformaciones..

(23) 7 I.1.2.1.3.. Subrasante.. Es la capa del suelo que deberá ser preparado y compactado previamente, para luego colocar la estructura del pavimento. La subrasante tiene como función soportar la estructura completa del pavimento; por ello, el suelo debe contar con características aceptables, el cual será compactado en capas de tal forma que constituyan un cuerpo estable en óptimo estado, con el fin de evitar que esta se vea afectada por la carga de diseño proveniente del tránsito. En base a su capacidad de soporte CBR, el MTC lo divide en seis categorías: Tabla 1 Categorías de subrasante acorde al CBR del suelo. Tabla 1 Categorías de subrasante acorde al CBR del suelo CATEGORIA DE SUBRASANTE. CBR. S0:Subrasanre inadecuada. CBR<3%. S1:Subrasante insuficiente. De CBR ≥ 3% A CBR <6%. S2:Subrasante regular. De CBR ≥ 6% A CBR < 10%. S3:Subrasante buena. De CBR ≥ 10% A CBR < 20%. S4:Subrasante muy buena. De CBR ≥ 20% A CBR < 30%. S5:Subrasante excelente. De CBR ≥ 30%. Nota. Fuente: Manual de carreteras (MTC,2014). I.1.2.1.4.. Base.. Es la capa se encuentra debajo de la superficie de rodadura y sobre la sub base. Tiene como fin sostener, distribuir y transmitir las cargas del tránsito. Esta capa estará conformada de material granular drenante, que posea una capacidad de soporte CBR mayor o igual al 80%, o tratada con cal, cemento portland o asfalto..

(24) 8 I.1.2.1.5.. Subbase.. Se encuentra debajo de la base y sobre la subrasante. Sirve como capa de drenaje, por lo que se utiliza como controlador de la capilaridad del agua. Esta capa estará conformada por material granular cuyo CBR será mayor a 40%, sino deberá ser tratada con cal, cemento portland o asfalto I.1.2.2. Estabilización de Suelos. La estabilización de suelos se define como el mejoramiento de las propiedades físicas de un suelo a través de procedimiento mecánicos e incorporación de productos químicos, naturales o sintéticos. (MTC, 2014, pág. 91) La estabilización busca principalmente la modificación o mejoramiento de alguno o varios de los siguientes parámetros: estabilidad volumétrica, resistencia, permeabilidad, Compresibilidad, Durabilidad. (Menéndez Acurio, 2009, pág. 19) Los tipos de estabilización son: I.1.2.2.1.. Estabilización Mecánica.. La estabilización mecánica consiste en mejorar las propiedades del suelo por densificación o por mejora de sus características granulométricas mediante la mezcla con otro material. En el Perú es el método de estabilización más difundido por qué se puede aplicar con el equipo mecánico convencional que suele estar disponible como motoniveladora, rodillo compactador y tractor. (Menéndez Acurio, 2009, pág. 91) La adecuada construcción de una capa de pavimento con un material obtenido por estabilización granular depende fundamentalmente en la adecuada colocación de los diversos materiales sobre la vía para que al mezclarlos en la vía para que al mezclarlos en la vía, la mezcla se haga en la proporciones previamente calculadas y el producto.

(25) 9 obtenido tenga la gradación exigida. Una vez se haga la mezcla en seco, se hace la mezcla húmeda y se compacta y termina como cualquier base o subbase granular. (Menéndez Acurio, 2009, pág. 19) I.1.2.2.2.. Estabilización por medios eléctricos.. Estabilización por medio eléctricos, de los que la electroósmosis y la utilización de pilotes electro metálicos son probablemente los mejor conocidos. Que es la aplicación de una diferencia de potencial eléctrico a una muestra de suelo fino con exceso de humedad, esto produce que el agua se traslade desde el ánodo (electrodo positivo) hasta el cátodo (electrodo negativo); es caudal que fluye a través de la muestra de suelo en las condiciones anteriormente expuestas es proporcional al potencial exterior que haya sido aplicado. Con este método se ha observado un aumento de resistencia al corte y a la compresión simple de los suelos finos arcillosos). (Ravines Merino, 2010, pág. 14) I.1.2.2.3.. Estabilización por calcinación o tratamiento térmico.. (Ravines Merino, 2010) Afirma: Es de tipo térmico, se realiza a temperaturas elevadas, superiores a los 400°C que calcinan el suelo. Esta técnica consiste en pasar gases a temperaturas cercanas a 1000°C por ductos o huecos dentro del suelo, la distribución de la temperatura depende de la porosidad del suelo y la temperatura de los gases inyectados. A temperaturas tal altas ocurren cambios irreversibles en la estructura cristalina de los minerales de arcilla. Estas alteraciones se ven reflejadas en las propiedades físicas que obviamente sufrirán modificaciones sustanciales como el índice plástico. El cual tiende a disminuir de manera notoria; la capacidad de absorción del agua también varía al igual que la expansibilidad y la comprensibilidad las cuales disminuirán. (P.14).

(26) 10 I.1.2.2.4.. Estabilización por Drenaje.. (Montejo Fonseca, 2002) Afirma: Todos los ingenieros viales saben o el menos siente, la influencia del agua en sus problemas cotidianos, en especial porque ellos se presentan con mucha mayor frecuencia en épocas lluviosas. Son muchos los mecanismos a través de los cuales el agua actúa sobre la estabilidad de una masa de suelo, pero A. Rico señala lo siguiente como los más importantes: . Al saturarse el suelo que antes estaba parcialmente saturado, se pierde la tensión superficial existente en el interior de la masa, la cual le proporcionaba una cohesión aparente.. . El peso de la masa de suelo aumenta al crecer su humedad. . El flujo de agua puede disolver algunos cementantes que pudieran existir dentro del suelo. Esta, por ejemplo, es la causa de la poca durabilidad de una estabilización con sal.. . El flujo de agua en la masa de suelo produce elevación del nivel piezométrico, lo que trae como resultado aumento de las presiones neutras y la consecuente disminución de la resistencia al corte (P.122). I.1.2.2.5.. Estabilización de Suelos con Asfalto.. Es la estabilización con productos bituminosos tales como asfaltos líquidos, emulsiones asfálticas y alquitrán, la estabilización con estos productos persigue uno o ambos de los siguientes fines: . En suelos no plásticos o arenosos, se trata de que ejerza una acción ligante que unida a la fricción propia del suelo, evite deformaciones de la capa mejorada bajo la acción del tránsito..

(27) 11 . En suelos cohesivos, se busca que le estabilizante aglomere las partículas de arcilla y obture los vacíos, impermeabilizando al suelo y protegiéndolo contra la acción del fluido. Se aprecia que al aumentar el porcentaje de asfalto disminuye la densidad máxima,. quizás a causa de la mayor viscosidad de la partícula de fluido que rodea las partículas. Al mismo tiempo, se observa un incremento en el porcentaje óptimo del fluido. Se ha podido demostrar también, que la estabilidad de las mezclas suelo-agua asfalto líquido depende del tiempo que dure la mezcla de los ingredientes. En efecto, la estabilidad aumenta con el tiempo de mezclado hasta alcanzar un máximo a partir del cual comienza a decrecer. En este aspecto, los materiales bituminosos se diferencian de los demás estabilizantes en cuanto al hecho de que puede no ser aconsejable obtener una mezcla lo más íntima. (Menéndez Acurio, 2009, pág. 15) I.1.2.2.6.. Estabilización de Suelos – Cemento.. La estabilización de suelos con cemento se inicia desde 1917, cuando Amies patentó un primer procedimiento de mejoramiento de suelos a base de mezclarles proporciones variables de cemento tipo Portland; desde entonces se ha popularizado la utilización del suelo- cemento, que es el nombre que se ha popularizado para referirse a la mezcla en mención. La acción estabilizadora del cemento consta de varias etapas, la prima de las cuales es la acción de la naturaleza fibrosa del silicato de calcio que se forma cuando los gramos del cemento entran en contacto con el agua. Debido a esta reacción se forman masas de fibras minúsculas que se traban fuertemente unas con otras y con otros cuerpos. La solución formada por la mezcla cemento y agua reacciona con las partículas del suelo, reacción en la que los iones de calcio tienden a agrumar las partículas de.

(28) 12 suelo cargado negativamente produciéndose su floculación por acción de la gravedad. (Menéndez Acurio, 2009, pág. 20) La reacción favorable suelo cemento se ve muy impedida o nulificada cuando el primero contiene materia orgánica, pues los ácidos orgánicos poseen gran avidez por los iones de calcio que libera la reacción original del cemento y los captan, dificultando la acción de aglutinante del propio cemento en los suelos gruesos o la estabilización de las partículas laminares en las arcillas. (Menéndez Acurio, 2009, pág. 20) I.1.2.2.7.. Estabilización con Cal.. El uso de la cal en la estabilización de suelos es para mejorar las características naturales del suelo de modo que aumente su capacidad para resistir los efectos inducidos por el tránsito (esfuerzo al corte) y los cambios volumétricos en diferentes condiciones de clima. La incorporación de cal mejora en muchos casos las características plásticas de los suelos, haciéndolas más friables y por sobre todo, aumentando considerablemente el valor soporte, acción que se ha demostrado continua en función del tiempo. La incorporación previa de cal puede ser ventajosa en el tratamiento de suelos plásticos (arcillas pesadas) con cemento. La cal reduce la plasticidad, facilita la posterior pulverización del suelo y por consiguiente el mezclado con el cemento portland, así como reduce las cantidades de este material. (Menéndez Acurio, 2009) La cal generalmente produce una disminución en la densidad de los suelos, modifica la plasticidad, aumenta la capacidad soporte y resistencia al corte del material y reduce su hinchamiento. La acción de la cal suele explicarse como efectuada por tres reacciones básicas:.

(29) 13 . La primera es la alteración de la película de agua que rodea los minerales de arcilla.. . El segundo proceso es el de coagulación o floculación de las partículas del suelo, dado que la cantidad de cal ordinariamente empleada en las construcciones viales (del 4 al 10% en peso) resulta en una concentración de ion de calcio mayor que la realmente necesaria.. . El tercer proceso a través del cual la cal afecta el suelo, es su reacción con los componentes del mismo para formar nuevos productos químicos. Los dos principales componentes que reaccionan con la cal son la alúmina y la sílice. Esta reacción es prolongada en la acción del tiempo y se manifiesta en una mayor resistencia si las mezclas de suelo – cal son curadas durante determinados lapsos de tiempo. Este hecho es conocido como “acción puzolánica”. (Menéndez Acurio, 2009, pág. 19) I.1.2.2.8.. Estabilización con Ácido Fosfórico.. La estabilización con este producto, aunque se ha demostrado afectiva, parece lejos de llegar a imponerse, por cuanto las cantidades requeridas para mejorar los suelos son similares a las de cemento y cal, siendo su costo muchas veces mayor. La ventaja más importante del ácido fosfórico en la contención de que se obtienen densidades mayores a las correspondientes al suelo sin tratar, aspecto éste en el cual se distingue de los otros estabilizantes químicos. Se ha determinado que la cantidad necesaria de ácido para estabilizar un suelo, es función de la fracción arcillosa de éste. Suelos de tipo A-7-6 (14) con índice plástico de 22, requirieron 2% MIENTRAS QUE OTROS A -7-5 (20) con índice plástico de 46 necesitaron más del 4%. Se ha observado, además, que este método de estabilización no es efectivo en suelos con grandes cantidades de carbonatado de calcio, por cuanto éste consume buena parte.

(30) 14 del ácido, disminuyendo la acción correctora del estabilizante. (Montejo Fonseca, 2002, pág. 120) I.1.2.2.9.. Estabilización con Cloruro de Sodio.. La sal como estabilizante es apropiada en todos los suelos, salvo aquellos que contienen materia orgánica. La sal puede agregarse al suelo seco, en cristales o en forma de salmuera y produce una capa con superficie lisa y uniforme. Aunque no se conoce completamente el mecanismo por medio del cual se produce la estabilización, se cree que se producen reacciones coloidales a través de las cuales el ion sodio del aditivo desplaza los iones naturales de los minerales arcillosos del suelo. La principal desventaja que se presenta es la solución de la sal, lo que hace que pueda ser fácilmente lavada por el agua de percolación, lo que se traduce en una escasa durabilidad de la capa estabilizada. (Menéndez Acurio, 2009, pág. 21) I.1.2.2.10. Estabilización con Soda Cáustica. (Montejo Fonseca, 2002) Afirma: Experiencias realizadas en la india, indicaron que el hidróxido de calcio estabilizada adecuadamente los suelos de tipo laterío a los cuales hacía fácilmente compactables. Sin embargo, su costo, sus efectos cáusticos y la carbonatación rápida que sufre al contacto con el aire, son desventajas que hacen que su uso sea demasiado limitado. (P.121) I.1.2.2.11. Estabilización Iónica. Es un estabilizador iónico que produce una reacción electroquímica en los materiales, IN-SITU o de banco, lo que crea un enlace iónico que permite a las partículas de suelo unirse, compactarse y reducir el contenido de agua sobrante, así como posteriormente evitar su saturación y entrada de agua..

(31) 15 Al no ser un aglutinante, no genera cambios químicos en los materiales tratados, es decir que no provoca alteración de las propiedades naturales del terreno. Normalmente las partículas de arcillas almacenan una cantidad excesiva de agua en su interior y en los espacios vacíos que queden entre ellas. Al agregar el estabilizante iónico es nuestro tramo de afirmado del mejoramiento del camino vecinal tramo Miraflores San Gabán – Infiernillo Chaquimayo del distrito de San Gabán – provincia carabaya – Puno se alteran las propiedades electroquímicas de las partículas de arcilla. Las partículas ionizadas se atraen entre si permanentemente; y así se compactan y expulsan el exceso de agua, solidificándose y mejorando notablemente el VRS del suelo tratado Ventajas: a) Controla la plasticidad b) Controla los problemas con arcillas expansivas c) Elimina la formación de baches y calaminas d) Incrementa el valor relativo de soporte hasta en un 420 % e) Impermeabiliza la superficie estabilizada f) Controla polvos g) Proporciona control de mantos freáticos h) Minimiza los requerimientos del mantenimiento relacionado con deformaciones causadas por saturación; reduciéndolo a aplicación de agua paródicamente Usos Recomendados i) Bases para firmes en patios de maniobra j) Terracerías y caminos vecinales.

(32) 16 k) Infraestructura carretera por diseño l) Mantenimiento y conservación de terracerías m) Vías alimentadoras y secundarias n) Conservación de caminos en minas abiertas o) Urbanización caminos campestres p) Conformación de terraplenes q) Estabilización de suelos para tuberías Desventajas r) Velocidad lenta de aplicación s) Costos más altos debido al equipo extra requerido t) Puede no ser práctico en suelos muy mojados I.1.2.2.12. Estabilización con Polímeros y Resinas. Las resinas sintéticas empleadas para la fabricación de plásticos y las naturales como el vinsol pueden utilizarse como impermeabilizantes de suelos en cantidades relativamente pequeñas (1 a 2%) porque, para contenidos mayores, la absorción de agua, medida por cualquier ensayo, aumenta. Las resinas no producen en los suelos aumentos de resistencia de ninguna consideración y actúan solamente sobre suelos ácidos. Tienen además, como desventajas, el elevado costo, su degradación. por parte del micro. organismos del suelo y la dificultad práctica que presenta su mezcla con el suelo en tan pequeñas cantidades. (Montejo Fonseca, 2002, pág. 121) I.1.2.2.13. Estabilización con Enzimas Orgánicas (Ravines Merino, 2010) Afirma: Las enzimas son moléculas de naturaleza proteica que catalizan reacciones químicas hasta hacerlas instantáneas o casi instantáneas, son.

(33) 17 catalizadores altamente específicos. La especialidad de las enzimas es tan marcada que en general actúan exclusivamente sobre sustancias que tienen una configuración precisa. Como son moléculas estrictamente proteicas, estas también sufren desnaturalización, no dializan y también pueden sufrir saturación. la desnaturalización de las enzimas es un cambio estructural en las proteínas donde pierden a su estructura tridimensional o conformación química, de esta forma pierden a su vez su óptimo funcionamiento y a veces cambian sus propiedades físico- químicas; por ejemplo cuando las enzimas están desnaturalizadas pierden su actividad catalítica. Acción enzimática o catalizadora: en las reacciones químicas las moléculas sobre las que actúa la enzima en el comienzo del proceso se les denomina sustratos; lo que hacen las enzimas es convertirlos en moléculas diferentes que serán los productos de las reacciones químicas enzimáticas a llevarse a cabo. (p.19) I.1.2.3. Fundamentos para la Estabilización de Suelos para Carreteras. (Menéndez Acurio, 2009) Afirma: Con frecuencia, el ingeniero debe enfrentarse con suelos que tienen que utilizar para una obra determinada y cuyas características le obligan a tomar alguna de las siguientes posibles decisiones. Aceptar el material tal como se encuentra, pero teniendo en cuenta el diseño las restricciones impuestas por su calidad. . Eliminar el material insatisfecho o abstenerse de usarlo, sustituyéndolo por otro de características adecuadas.. . Modificar las propiedades del material existente para hacerlo capaz de cumplir en mejor forma los requisitos deseados o, cuando menos, que la calidad obtenida sea adecuada..

(34) 18 La última posibilidad es la que da origen a la estabilización de suelos, que es el tema al cual se refiere este capítulo. (Pag.76) Propiedades de los suelos que más se estudian en estabilización Las propiedades de los suelos deben ser tenidas en cuenta por el ingeniero, son las siguientes . Estabilidad Volumétrica. . Resistencia. . Permeabilidad. . Compresibilidad. . Durabilidad I.1.2.3.1.. Estabilidad Volumétrica.. (Menéndez Acurio, 2009) Afirma: La expansión y contracción de muchos suelos, originadas por los cambios de humedad, se pueden presentar en forma rápida o acompañado a las variaciones estacionales o con la actividad del ingeniero. Por tanto, si las expansiones que se desarrollan debido a un incremento de humedad no se controlan en alguna forma, estas presiones pueden ocasionar graves deformaciones y rupturas en el pavimento y, en general, en cualquier obra. Es por ello que resulta necesario detectar los suelos expansivos, su composición y el tratamiento más adecuado. (p.76) Actualmente, las soluciones para evitar cambios volumétricos en suelos expansivos consisten en introducir humedad al suelo en forma periódica, aplicar cargas que equilibren la presión de expansión, utilizar membranas impermeables y apoyar la estructura a profundidades tales, que no se registre variación estacional en la humedad. (Menéndez Acurio, 2009, pág. 76).

(35) 19 I.1.2.3.2.. Resistencia.. (Montejo Fonseca, 2002) Afirma: La resistencia de los suelos, con algunas excepciones, es en general más baja cuanto mayor sea su contenido de humedad (…). Los suelos arcillosos al secarse, alcanzan grandes resistencia teniéndose inclusive la condición más alta de resistencia cuando se calientan a temperaturas muy elevadas como sucede en la fabricación de tabiques y ladrillos. Existen casos en donde la disminución de la humedad puede significar reducción de la resistencia, pues se han presentado casos de deslizamientos de tierra provocando por arcilla que se secaron y se agrietaron, provocando que el comportamiento del material sea el de un suelo friccionante que puede tener menor resistencia que si se considera como cohesivo a humedades mayores. Por otro lado, dependiendo de la humedad y energía de compactación, se pueden lograr diferentes características de resistencia en un suelo arcilloso, ya que un suelo de estos compactado del lado seco en la curva de compactación presenta, con la humedad de compactación, un comportamiento relativamente elástico y con una resistencia relativamente alta, mientras que este mismo suelo compactado con una alta humedad, no obstante que su peso volumétrico seco sea alto, presentaría resistencias bajas y comportamiento plástico o viscoso: este efecto se debe, en general, a que una alta humedad produce en una arcilla efectos de repulsión entre sus partículas, propiciando con ello que la cohesión sea menor que el caso de emplear humedades de compactación bajas.(P.77) I.1.2.3.3.. Permeabilidad.. (Montejo Fonseca, 2002) Afirma: No es difícil modificar substancialmente la permeabilidad de deformaciones de suelo por método tales como la compactación, la.

(36) 20 inyección, etc. En materiales arcillosos, el uso de defloculantes (por ejemplo, polifosfatos) pueden reducir la permeabilidad también significativamente; el uso de floculantes (muchas veces hidróxido de cal o yeso) aumenta correspondientemente el valor de la permeabilidad. En los suelos de permeabilidad se plantea, en términos generales, en dos problemas básicos, como lo son el relacionado con la disipación de las presiones de poro y el relacionado con el flujo de agua a través del suelo. El tener presiones de poro excesivas puede originar deslizamientos en explanaciones y el flujo de agua puede originar tubificaciones y arrastres. Si se compacta un suelo arcilloso con humedades muy bajas o prácticamente en seco, se obtendrá finalmente una alta permeabilidad en el suelo debido a los grumos que no se disgregan, resistiendo al esfuerzo de compactación y permitiendo con ello que se forme una gran cantidad de vacíos intersticiales. Mientras más alta sea la humedad de compactación se producirán menores permeabilidades en el suelo compactado, ya que éste tiene mayores oportunidades de deformarse, eliminándose así grandes vacíos. (P.79) I.1.2.3.4.. Compresibilidad.. (Montejo Fonseca, 2002) Afirma: Los cambios en volumen o compresibilidad, tienen una importante influencia en las propiedades de los suelos, pues se modifica la permeabilidad, se alteran las fuerzas existentes entre las partículas tanto en magnitud como en sentido, lo que tiene una importancia decisiva en la modificación de la resistencia del suelo al esfuerzo cortante y se provocan desplazamientos..

(37) 21 En el caso de arcillas saturadas, si no se permite el drenaje y se aplican esfuerzos, éstos serán tomados por el agua. En el momento en que se permita el drenaje, los esfuerzos son transmitidos gradualmente al esqueleto o estructura del suelo; este proceso produce una compresión gradual de dicha estructura, fenómeno conocido consolidación. (P.79) I.1.2.3.5.. Durabilidad.. (Montejo Fonseca, 2002) Afirma: Se involucran en este concepto aquellos factores que se refieren a la resistencia al intemperismo, a la erosión o a la abrasión del tráfico; de esta manera, los problemas de durabilidad en las vías terrestres suelen estar muy asociados a suelos situados relativamente cerca de la superficie de rodamiento. En rigor estos problemas pueden afectar tanto a los suelos naturales como a los estabilizados, si bien en estos últimos los peores comportamientos suelen ser consecuencia de diseños inadecuados, tales como una mala elección del agente estabilizador o un serio error en su uso, tal como podría ser el caso cuando se ignora la bien conocida susceptibilidad de los suelos arcillosos estabilizados con cemento a la presencia de sulfatos. Actualmente, una deficiencia importante en los estudios de las estabilizaciones es la carencia de pruebas adecuadas para estudiar la durabilidad. Las pruebas de intemperismo a veces no son adecuadas para el estudio de agregados para pavimentos por no reproducir en forma eficiente el ataque a que estarán sujetos. En las pruebas con aplicación de efectos cíclicos, no se tiene aún una correlación precisa entre el tránsito y las pruebas en que se somete a los especímenes a efectos de secado y humedecimiento que son más bien de orden cualitativo que cuantitativo. La durabilidad es, pues, uno de los aspectos más difíciles de cuantificar y la reacción común ha sido la de sobre diseñar, lo cual a veces puede no ser lo más adecuado. (P.80).

(38) 22 I.1.2.4. Pruebas de Laboratorio. I.1.2.4.1.. Características del Suelo.. Los suelos son el producto del desgaste o desintegración de las rocas de la corteza terrestre, debido a los agentes atmosféricos y a los diferentes procesos físicos – químicos en la naturaleza. Por suelo se entiende todo depósito de partículas minerales y orgánicas disgregadas pero íntimamente asociadas entre sí, pertenecientes al manto rocoso de la litosfera, Las cuales presentan diferentes grados de cohesión y fuerzas intermoleculares que las mantienen vinculadas. (Graciela Fratinelli, 1993) I.1.2.4.2. . Características Físicas del Suelo.. Tamaño de las partículas El tamaño de una partícula que no tenga forma esférica o cúbica, no puede definirse. unívocamente por una simple dimensión lineal, El significado de tamaño depende, por lo tanto, de la dimensión medida y de la forma de medición. Métodos habituales para la determinación de los tamaños de las partículas de un suelo son el análisis granulométrico por tamizado para partículas de tamaño superior a aproximadamente 0.006 mm y el análisis hidrométrico o por sedimentación para partículas más pequeñas. El tamaño de las partículas de suelo varía desde 1x 10−6 mm, es decir 10 𝐴̇, hasta los bloques de roca de varios metros de espesor, en una escala desde 1 hasta más de 1 billón. (LAMBE & V. WHITMAN, 1974, pág. 53) Los más comunes identificado por los ingenieros civiles son los siguientes..

(39) 23 . Gravas Las gravas son acumulaciones sueltas de fragmentos de roca y que tienen más de dos. milímetros de diámetro. Dado el origen, cuando son acarreadas por las aguas las gravas sufren desgaste en sus aristas y son, por lo tanto, redondeadas. Como material suelto suele encontrársele en lecho, márgenes y en los conos de deyección de los ríos (Crespo Villalaz, 2004, pág. 21) . Arenas La arena es el nombre que se le da a los materiales de granos finos procedentes de la. denudación de las rocas o de su trituración artificial, y cuyas partículas varían entre 2 mm y 0.05 mm de diámetro. El origen y la existencia de las arenas es análoga a la de las gravas: las dos suelen encontrarse juntas en el mismo depósito. La arena de rio contiene muy a menudo proporciones relativamente grandes de grava y arcilla. Las arenas estando limpias no se contraen al secarse, no son plásticas, son mucho menos compresibles que la arcilla y si se aplica una carga en su superficie, se comprimen casi de manera instantánea (Crespo Villalaz, 2004, pág. 22) . Limos: Los limos son suelos finos con poca o ninguna plasticidad, pudiendo ser limo. inorgánico como el producido en canteras, o limo orgánico como el que suele encontrarse en los ríos, siendo en este último caso de características plásticas. El diámetro de las partículas de los limos está comprendido entre 0.05 mm y 0.005 mm. Los limos sueltos y saturados son completamente inadecuados para soportar cargas por medio de zapatas. Su color varía desde gris claro a muy oscuro. La permeabilidad de.

(40) 24 limos orgánicos es muy baja y su compresibilidad muy alta. Los limos, de no encontrarse en estado denso, a menudo son considerados como suelos pobres para cimentar. (Crespo Villalaz, 2004) . Arcillas: Las arcillas son principalmente partículas submicroscópicas en forma de escamas de. mica, minerales arcillosas y otros minerales. Las arcillas se definen como partículas menores a 0.002 mm. En algunos casos, Las partículas de tamaño entre 0.002 y 0.005 mm también se denominan arcillas. Las partículas se clasifican como arcilla con base en su tamaño y no contienen necesariamente minerales arcillosos. Las arcillas de definen como aquellas partículas “que desarrollan plasticidad cuando se mezclan con una cantidad limitada de agua” (Braja M, 2014) I.1.2.4.3.. Análisis Granulométrico.. La granulometría se define como la distribución de los diferentes tamaños de las partículas de un suelo, expresados como un porcentaje en relación con el peso total de la muestra. El tamaño de los granos de un suelo se refiere a los diámetros de las partículas que lo forman, cuando es indivisible bajo la acción de una fuerza moderada. Las partículas mayores son las que se pueden mover con las manos, mientras que las más finas por ser tan pequeñas no pueden ser observadas con un microscopio (Cedeño Plaza, 2013) Teniendo en cuenta el tamaño de las partículas de suelo, se tienen los siguientes tipos de materiales:.

(41) 25 Tabla 2 Tipo de material de acuerdo al tamaño de las partículas. Tabla 2 Tipo de material de acuerdo al tamaño de las partículas Tipo de Material. Tamaño de las partículas. Grava. 75mm – 4.75 mm Arena gruesa: 4.75 mm – 2.00 mm. Arena. Arena media: 2.00 mm – 0.425 mm Arena fina: 0.425mm – 0.075 mm. Material fino. Limo: 0.075mm – 0.005 mm Arcilla: menor a 0.005 mm. Fuente: (Cedeño Plaza, 2013). I.1.2.4.4.. Límites de Consistencia o Límites de Atterberg.. Los límites de Atterberg nos permiten conocer o identificar de forma sencilla algunas de las propiedades de los suelos, además podemos encontrar en diferentes estados; liquido plástico, semi-solido (…). En este caso y en la mecánica de suelos nos interesa saber que humedad soporta para que resista deformaciones hasta un límite donde no falle. (Díaz Roa & Maldonado Leal, 2012, pág. 2) . Índice plástico Se denomina índice de plasticidad o índice plástico (I.P.) a la diferencia numérica. entre los límites líquido y plástico, e indica el margen de humedades dentro del cual se encuentra en estado plástico tal como lo definen los ensayos. Tanto el Límite líquido como el límite plástico dependen de la cantidad y tipo de arcilla del suelo; sin embargo, el índice plástico depende generalmente de la cantidad de arcilla del suelo. (Crespo Villalaz, 2004) pag.78 𝐼𝑃 = 𝐿𝐿 − 𝐿𝑃.

(42) 26 Donde: IP es el índice de plasticidad LL es el límite líquido LP es el límite plástico Tabla 3Rangos de índice de plasticidad. Tabla 3 Rangos de índice de plasticidad Índice de Plasticidad IP>20 IP≤20 , IP>7 IP <7. IP = 0. Plasticidad. Característica. Alta. Suelos muy arcillosos. Media. Suelos arcillosos. Baja No Plástico. Suelos poco arcillosos plasticidad Suelos exentos de. (NP). arcillas. Nota. Fuente: Manual de carreteras (MTC,2014). . Límite Líquido (LL) El limite líquido se define como el contenido de humedad expresado en por ciento. con respecto al peso seco de la muestra, con el cual el suelo cambia el estado líquido al plástico. De acuerdo con esta definición, los suelos plásticos tienen el límite líquido una resistencia muy pequeña al esfuerzo de corte, pero definida, y según Atterberg es de 25 g/cm2. La cohesión de un suelo en el límite Líquido es prácticamente nula. (Crespo Villalaz, 2004). 𝐿. 𝐿. = 𝑊𝑁 ∗ (. 𝑁 tan 𝛽 ) 25.

(43) 27 Donde: L.L. = límite Líquido WN = Contenido de humedad natural N = Número de golpes Tanβ = Pendiente de la línea de flujo . Límite Plástico El límite plástico (L.P.) se define como el contenido de humedad, expresado en por. ciento con respecto al peso seco de la muestra secada la horno, para el cual los suelos cohesivos pasan de un estado semisólido a un estado plástico. Para determinar el Límite plástico, generalmente se hace uso del material que, mezclado con agua, ha sobrado de la prueba del Límite líquido y al cual se le evapora humedad por mezclado hasta tener una mezcla plástica que sea fácilmente moldeable. Se forma luego una pequeña bola que deberá rodillarse en seguida en la palma de la mano o en una placa de vidrio aplicando la suficiente presión a efecto de formar filamentos (Crespo Villalaz, 2004). 𝐿. 𝑃. =. 𝑃ℎ − 𝑃𝑠 𝑃𝑤 𝑥100 = 𝑥100 𝑃𝑠 𝑃𝑠. Donde: L.P. = Humedad correspondiente al límite plástico en % Ph = Peso de los trocitos de filamentos húmedos en gramos Ps = Peso de los trocitos de filamentos secos en gramos. Pw = peso del agua contenida en los filamentos pesados en gramos..

(44) 28 . Gravedad especifica El peso específico del suelo (Ys) está definido como la relación entre el peso de las. partículas sólidas del suelo y el peso del agua, considerando el mismo volumen y temperatura. La gravedad especifica de un suelo (Gs) está definido como la relación entre el peso unitario del material, en este caso del suelo, y el peso unitario de agua destilada y libre de gas a 4°C. (Castillo Briceño, 2018). 𝐺𝑠 =. 𝛾𝑠 𝛾𝑚. Donde: 𝛾𝑠 Es el peso específico de los sólidos (g/cm3) 𝛾𝑚 Es el peso específico del agua destilada a 4°C (g/cm3) . Densidad Seca máxima – Humedad óptima El ensayo tiene como objetivo determinar la relación entre la humedad y densidad de. un suelo compactado. Esto se realizará en un molde mediante un pisón en caída libre bajo una energía específica de compactación. Las dimensiones del molde, la masa del pisón, así como la energía de compactación están estandarizada de acuerdo a norma. La compactación es el proceso mecánico con el que se busca disminuir la cantidad de vacíos de una masa de suelo, lo que facilitará el contacto más íntimo entre las partículas del mismo, generando un aumento de la densidad del suelo. Las variables que influyen en el nivel de compacidad de un suelo la humedad del mismo y el nivel de energía de compactación. (Castillo Briceño, 2018).

(45) 29 I.1.2.5. Clasificación de los Suelos. I.1.2.5.1.. Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS).. La forma original de este sistema fue propuesto por Casagrande en 1994 para usarse en la construcción de aeropuertos emprendidas por el cuerpo de ingenieros del ejército durante la segunda guerra mundial. Hoy en día, es ampliamente usado por los ingenieros (Prueba D-2487 de la ASTM). SUCS clasifica los suelos en dos amplias categorías. (Braja M, 2014) . Suelos de grano grueso Suelos de grano grueso que son de naturaleza tipo grava y arenosa con menos del. 50% pasando por la malla No 200. Los símbolos de grupo comienzan con un prefijo G o S. G significa grava o suelo gravoso y S significa arena o suelo arenoso. (Braja M, 2014) . Suelos de grano fino Los suelos de grano fino con 50% o más pasando por la malla No 200. Los símbolos. de grupo comienzan con un prefijo M, que significa limo inorgánico, C para arcillas inorgánica u O para limos y arcillas orgánicos. El símbolo Pt se usa para turbas, lodos y otros suelos altamente orgánicos. (Braja M, 2014) El sistema de clasificación SUCS se encuentra detallado en el ANEXO n° 12 Otros Símbolos son también usados para la clasificación:.

(46) 30 Tabla 4 Prefijos y sufijos para cada tipo de suelo. Tabla 4 Prefijos y sufijos para cada tipo de suelo Tipo de suelo. Prefijo. Subgrupo. Sufijo. Grava. G. Bien gradada. W. Arena. S. Mal gradada. P. Limo. M. Limoso. M. Arcilla. C. Arcilloso. C. Orgánico. O. Turba. Pt. Límite líquido alto (<50) Límite líquido bajo (>50). L H. Nota. Fuente: (Cedeño Plaza, 2013).. Tabla 5Combinaciones en función de los prefijos y sufijos del suelo. Tabla 5 Combinaciones en función de los prefijos y sufijos del suelo Símbolo. Características Generales. GW. Bien grada. Gravas GP (>50% en tamiz de GM N°4 ASTM) GC. Limpias (Finos <5%) Mal gradada Componente limoso Con finos (Finos>12%) Componente arcilloso. SW SP SM. Bien gradada Arenas (<50% en tamiz N°4 ASTM). Limpias (Finos<5%) Mal gradada Componente limoso Con Finos (Finos>12%). SC. Componente arcilloso. ML Limos MH. Baja (LL<50) Alta (LL>50). Plasticidad. Baja plasticidad(LL<50) plasticidad Alta plasticidad(LL>50).

(47) 31. CL Arcillas CH. Baja (LL<50) Alta (LL>50). OL. Suelos. OH. Orgánicos. Pt. Turba. plasticidad. Baja plasticidad (LL<50) plasticidad Alta plasticidad(LL>50) Baja plasticidad (LL<50) Alta plasticidad (LL>50) Suelos altamente orgánicos. Nota. Fuente: (Cedeño Plaza, 2013).. I.1.2.5.2.. Sistema AASHTO (American Association of state Highway officials).. El sistema de clasificación AASHTO actualmente en uso, se muestra en la tabla de clasificación de materiales para subrasante de carreteras, de acuerdo con éste, el suelo se clasifica en siete grupos mayores: A-1 al A-7. Los suelos clasificados en los grupos A1, A-2 y A-3 son materiales granulares, donde 35% o menos de las partículas pasan por la criba N° 200. Los suelos de los que más del 35% pasan por la criba N°200 son clasificados en los grupos A-4, A-5, A-6 y A-7. La mayoría están formados por materiales tipo limo y arcilla. Este sistema divide a los suelos en siete grupos, determinados a partir de ensayos de laboratorio de granulometría, Límite Líquido e índice de plasticidad. (Braja M, 2014) pag.36 A la vez, son evaluados a través de un índice de grupo, el cual se calcula a partir de una ecuación empírica: 𝐼𝐺 = (𝐹 − 35)[0.2 + 0.005(𝐿𝐿 − 40)] + 0.01(𝐹 − 15)(𝐼𝑃 − 10).

(48) 32 Donde: F: porcentaje que pasa por el tamiz N° 200 LL: Límite Líquido IP: índice de plasticidad El índice de grupo se expresa en números enteros positivos, y cuando este salga negativo, se expresa como IG=0 El sistema de clasificación AASHTO se encuentra detallado en el ANEXO N° 13 I.1.2.6. Propiedades de Desempeño. I.1.2.6.1.. Ensayo Proctor.. Con el desarrollo de rodillos pesados y su uso en la compactación de campo, la prueba proctor estándar fue modificada para representar mejor las condiciones de campo. A ésta se le llama prueba proctor modificada (Prueba D-1557 de la ASTM y Prueba T-180 de la AASHTO). Para llevar a cabo la prueba proctor modificada se usa el mismo molde, con un volumen de 943.3 cm3, como en el caso de la prueba proctor estándar. Sin embargo, el suelo es compactado en cinco capas por un pisón que pesa 44.5 N. La caída del martillo es de 457.2 mm. El número de golpes de martillo por capa es de 25 como en el caso de la prueba proctor estándar. La energía de compactación por volumen unitario de suelo en la prueba modificada se calcula como:. 𝐸=. (25. 𝑔𝑜𝑙𝑝𝑒𝑠 )(5 𝑐𝑎𝑝𝑎𝑠)(44.5 𝑥10−3 𝑐𝑎𝑝𝑎 943.3 𝑥 10−6𝑚 3. 𝑘𝑁)(0.4572 𝑚). = 2696 𝑘𝑁 − 𝑚/𝑚3. Debido a que se incrementa el esfuerzo de compactación, la prueba proctor modificada resulta en un incremento del peso específico seco máximo del suelo. El.