CAPITULO VII

ESTABILIZACIÓN DE SUELOS

Por: Manuel F. Correa Morocho

7.1Definición Se llama estabilización de suelos a la mezcla de dos o más de éstos para que adquieran

las características deseadas. Se distinguen dos tipos de estabilizaciones: las mecánicas

y las químicas; en éstas se presentan reacciones de esta índole, mientras en las

primeras no.

7.2Estabilización mecánica Las estabilizaciones de tipo mecánico se presentan en tres casos:

a) Para mejorar la granulometría.

b) Para reducir la plasticidad.

c) Para aumentar el valor cementante.

7.3 Estabilización para mejorar la granulometría Cuando un material tiene una granulometría discontinua porque escasean algunos

tamaños en sus partículas y ello hace inadecuado su uso, se puede agregar otro

elemento (SUELO - CANTERA) que disminuya ese defecto o cuando no cumplen las

especificaciones de gradación. Siendo necesario conocer las proporciones en que se

deben mezclar ambos materiales. En pavimentos uno de los métodos que se usa, es el

Método del Cuadrado específicamente para mezclar dos materiales de cantera para ser

usados en la capa base, subrasante de baja estabilidad por ejemplo una arena mal

gradada. Como también en mezclas asfálticas para determinar el porcentaje de

participación del árido grueso y fino para la realización del Ensayo Mershall, etc.

El procedimiento de éste Método es el siguiente:

En el eje horizontal superior de derecha a izquierda se divide de 0 a 100 y en el eje

horizontal inferior de izquierda a derecha se divide de 0 a 100 .

En el eje vertical izquierdo se divide de 0 a 100 desde la parte inferior a la parte

superior se marcan los porcentajes acumulados del primer material ( cantera A) que

pasan por cada una de las mallas. En el eje vertical derecho se divide de 0 a 100 desde

la parte inferior a la parte superior y se marcan los porcentajes acumulados del

segundo material (cantera B) que pasan por cada una de las mallas.

Se unen los porcentajes acumulados que pasa de igual tamaño o malla de la cantera A

y contera B.

Se plotea las Especificaciones Técnicas de granulometría en el cuadrado con las mallas

de interés, generando intervalos con un mínimo y máximo porcentaje acumulado que

pasa en cada malla de especificación..

Se traza el huso granulométrico que se genera al trazar dos verticales con segmentos

opuestos más cercanos que no necesariamente coinciden con una malla común.

Se determinan los porcentajes de participación en la mezcla resultante. El porcentaje

de participación de la cantera A corresponde al eje horizontal superior y el porcentaje

de participación de la cantera B corresponde al eje horizontal inferior. Ambos

porcentajes se encuentran dentro del huso granulométrico y la sumatoria de éstos es

100%.

Algunos criterios que se tiene para elegir los porcentajes de la mezcla es la distancia

de cada cantera a la obra, volumen útil de cada cantera.

En la Tabla N° 2.5 y Figuras 2.1 y 2.2, se presenta la aplicación del método.

7.4Estabilización mecánica para disminuir la plasticidad En la naturaleza a menudo se encuentran materiales con una plasticidad ligeramente

mayor a la que marcan las normas o Especificaciones Técnicas. Entonces, si es

necesario utilizarlos en alguna capa de pavimento, se reduce esta característica para

que sean aceptables. Es una práctica común mezclarlos con arenas, cuya efectividad es

mayor cuanto más finas sean, aunque es posible utilizar también materiales con menor

plasticidad.

El Límite Líquido de la mezcla de dos canteras o más se determina de la siguiente

manera:

BA

BBAA

FBFA

LLFBLLFALL

%%%%

%%%%

El Índice Plástico de la mezcla de dos cantera o más se determina de la siguiente

manera:

%A, %B = Porcentaje de participación en la mezcla resultante de las canteras A y B

%FA, %FB = Porcentaje de finos que pasan por la malla N° 40 de cada cantera.

IPA, IPB = Índice plástico de cada cantera.

Al estabilizar los materiales para reducir su plasticidad, es posible reducir también el

costo de construcción, pues se evitan probables acarreos, largos de elementos que

cumplan por naturaleza las normas respectivas.

Dichos materiales conformantes que provienen de canteras, para ser utilizados en la

conformación de la estructura de un pavimento deberán de cumplir las siguientes

especificaciones técnicas de granulometría y plasticidad, dado por el Ministerio de

Transportes Vivienda y Construcción.

BA

BBAA

FBFA

IPFBIPFAIP

%%%%

%%%%

Tabla N° 7.1

Requerimientos Granulométricos para Base Granular

Tamiz Porcentaje que Pasa en Peso

Gradación A Gradación B Gradación C Gradación D

50 mm (2”) 100 100 --- ---

25 mm (1”) --- 75 – 95 100 1000

9.5 mm (3/8”) 30 – 65 40 – 75 50 – 85 60 – 100

4.75 mm (N° 4) 25 – 65 30 – 60 35 – 65 50 – 85

2.0 mm (N° 10) 15 – 40 20 – 45 25 – 50 40 – 70

4.25 um (N° 40) 8 – 20 15 – 30 15 – 30 25 – 45

75 um (N° 200) 2 – 8 5 – 15 5 – 15 8 – 15

Limite Liquido (%)

ASTM D4318

Menor 25

Indice Plástico (%)

ASTM D4318

N.P. o menor a 4 Dirección General de Caminos – Oficina de Control de Calidad, MTC. Primera Reunión de Capacitación y Coordinación Técnica de la DGC

AF-2000

Tabla N° 7.2: REQUISITO DE GRADACIÓN PARA TIPOS DE MEZCLAS ASFALTICAS N° I-A II-A II-B II-C II-D II-E III-A III-B III-C III-D III-E

Usos Base Sello Sello o capa

superficial

Capa Superficial

o capa ligante

Capa ligante o

Base

Capa ligante o

Base

Capa

Superficial

C. Sup. De

Nivelación o C.

Ligante

Capa

ligante

Capa ligante o

Base

Capa ligante o

Base

Espesor compactado

para capas individuales

3” – 4”

3/8”–3/4"

3/4”-1/2”

1” – 2”

1 1/2"-3”

3”-4”

3/4”-1 1/2"

1”-2”

1”-2”

1 1/2"-3”

3” – 4”

Mallas Tipo Macadam Graduación abierta Graduación gruesa

Porcentaje que pasa en peso

2 ½” 100

1 ½” 35 – 70 100 100

1” 100 70-100 100 75-100

3/4" 0-15 100 70-100 50-80 100 100 75-100 60-85

1/2" 100 70-100 100 75-100 75-100

3/8” 100 70-100 45-75 35-60 25-50 75-100 60-85 60-85 45-70 40-65

N° 4 40-85 20-40 20-40 15-35 10-30 35-55 35-55 30-50 30-50 30-50

N° 8 0-5 5-20 5-20 5-20 5-20 5-20 20-35 20-35 20-35 20-35 20-35

N° 30 10-22 10-22 5-20 5-20 5-20

N° 50 6-16 6-16 3-12 3-12 3-12

N° 100 4-12 4-12 2-8 2-8 2-8

N° 200 0-3 2-8 2-8 0-4 0-4 0-4

Cont. Normal de

asfalto

3.0 a 4,5% p.t de

mez. El lim. Sup.

Se aumenta si

agrer. Absorb

3,0 a 6,0% por peso del total de la mezcla. El límite superior

podrá aumentarse si se usa agregado absorbente

3,0 a 6,0% por peso del total de la mezcla. El límite superior

podrá aumentarse si se usa agregado absorbente

Limitaciones de

tránsito

Ninguna Ninguna Ninguna

Textura

superficial

Muy abierta y

porosa (nec.

Capa superf.)

Abierta Abierta, mediana a gruesa

Agregadorequerido La piedra, grava o

Escoria, debe ser

dura, sana y

fracturada

La piedra, grava o escoria que se emplee, debe ser dura, sana

y fracturada

La piedra, grava o escoria que se emplee, debe ser dura, sana

y fracturada

Carreteras, calles y Aeropuertos. Raúl Valler Rodas, 1976. Pag. 203 a 210 continuará....

Tabla N° 7.3: REQUISITO DE GRADACIÓN PARA TIPOS DE MEZCLAS ASFÁLTICAS

N° IV-A IV-B IV-C IV-D V-A V-B

Usos Capa

superficial

Capa

Superficial

Capa superficial

o capa ligante

Capa ligante o

base

Capa

Superficial

Capa Superficial o de

nivelación

Espesor compactado

Para capas individuales

3/4" – 1 1/2"

1” – 2”

1 1/2" – 2 1/2"

2” – 3”

3/4" – 1 1/2"

1”- 2”

Mallas Graduación cerrada Gradación fina

Porcentaje que pasa en peso

2 1/2"

1 1/2" 100

1” 100 80 – 100

3/4" 100 80 – 100 70 – 90 100

1/2" 100 80 – 100 100 85 – 100

3/8” 80 – 100 70 – 90 60 – 80 55 – 75 85 – 100

N° 4 55 – 75 50 – 70 48 – 65 45 – 62 65 – 80 65 – 80

N° 8 35 – 50 35 – 50 35 – 50 35 – 50 50 – 65 50 – 65

N° 30 18 – 29 18 – 29 19 – 30 19 – 30 25 – 40 25 – 40

N° 50 13 – 23 13 – 23 13 – 23 13 – 23

N° 100 8 – 10 8 – 10 7 – 15 7 – 15 10 – 20 10 – 20

N° 200 4 – 10* 4 – 10* 0 - 8 0 - 8 3 – 10 3 – 10

Cont. Normal

De asfalto

3,5 a 7,0% por peso del total de la mezcla. El limite superior podrá

aumentarse si se usa agregado absorbente

4,0 a 7,55 por peso del total de la mezcla. El

límite superior podrá aumentarse si se usa

agregado absorbente

Limitaciones

De tránsito

Ninguna

Para tránsito muy pasado las variaciones en los

porcentajes de os materiales tienden a efectuar

sensiblemente las mezclas. Por tanto, controlar

bien el diseño en laboratorio antes de indicar la

mezcla.

Textura superficial Mediana a fina Densa y arenosa

Agregado requerido La piedra, grava o escoria de altos hornos que se emplee, debe ser dura,

sana y fracturada.

La piedra, grava o escoria de altos hornos que se

emplee, debe ser dura, sana y

fracturada.

Carreteras, Calles y aeropuertos. Raúl Valle Rodas, 1976 Pág. 203 a 210 Continua.....

Tabla N° 7.4: REQUISITO DE GRADACIÓN PARA TIPOS DE MEZCLAS ASFÁLTICAS

N° VI – A VI – B VI – A VII - A

Usos Capa superficial Capa superficial o de nivelación, puede

usarse como base cuando el agregado

grueso es muy costoso

Capa superficial puede usarse como

base cuando el agregado grueso es

muy costoso

Capa superficial puede

usarse como base

Espesor compactado

Para capas individuales

1" – 2"

1” – 2”

1 1/2" – 1"

1/2” – 1”

Mallas Lámina de piedra Lámina de arena Lámina fina

Porcentaje que pasa en peso

1/2" 100 100

3/8" 85-100 85-100 100

N° 4 85-100 100

N° 8 65-80 65-80 80-95 95-100

N° 16 50-70 47-68 70-89 85-98

N° 30 35-60 30-55 55-80 70-95

N° 50 25-48 20-40 30-60 40-75

N° 100 15-30 10-25 10-35 20-40

N° 200 6-12 3-8 4-14 8-16

Cont. Normal

De asfalto

4,5 A 8,5% por peso del total de al mezcla. El límite superior

podrá aumentarse si se usa agregado absorbente

7,0 a 11,0 por peso del total de la

mezcla. El límite superior podrá

aumentarse si se usa agregado

absorbente.

7,5 a 12,0 por peso del total

de la mezcla. El límite

superior podrá aumentarse si

se usa agregado absorbente

Limitaciones de tránsito Ninguna

Textura superficial Densas y arenosas Densa y arenosa Densa y arenosa

Agregado requerido Bien gradado, se prefiere arenas moderadamente angulosas Bien gradado, se refiere que sea

ligeramente anguloso

Bien gradado, arena angulosa

con estabilidad natural

Aplicaciones

sugeridas

Capa superficial: para calles, campos deportivos, canchas de

tenis y pisos de fábricas. Es empleado en carreteras cuando el

agregado grueso escasea o es muy costos

Además se emplea como capa niveladora

Como capa superficial en calles. En

carreteras se usa cuando los

agregados son muy costosos

Para calles

Carreteras, Calles y Aeropuertos. Raúl Valle Rodas, 1976 Pág. 203 a 210

%B ( A + B )M = 35

%A ( A + B )M = 65

%( A + B ) ( A + B + C ) = 80%C ( A + B + C )

= 20

% A

100

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

0

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10

90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

% B

% A

% B

1”

3/4”

1/2”

3/8”

1/4”

N°4

N°10

N°20

N°40

N°60

N°100

N°200

100

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

0

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10

90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

%(A+B)

%(A+B)

% C

% C

1”

3/8”

N°4

N°10

N°40

N°200

METODO DEL CUADRADO . Tabla N° 6.5

METODO DEL CUADRADO ING. CORREA

%A ( A + B + C ) = %A ( A + B ) x %( A + B ) ( A + B + C )

100

%AM + %BM + %CM = 100

VERIFICACION

%B ( A + B + C ) = %B ( A + B ) x %( A + B ) ( A + B + C )

100

Figura 2.1 Figura 2.2

MALL

A

A B C ESPECIF. 0.65 x A 0.35 x B (A+B) 0.80 (A+B) %CM

0.20CM

%AM

0.65x0.8(A+B)

%BM

0.35x0.8(A+B)

%AM+

%BM+%CM OBS.

2¨" 100 100 100 65.00 35.00 100.00 80.00 20.00 52 28 100 OK

1" 90 40 75-95 58.50 35.00 93.50 74.80 8.00 48.65 26.18 82.8 OK

3/4" 80 100 38 52.00 35.00 87.00 69.60 7.60 45.24 24.36 77.2

1/2" 70 90 35 45.50 31.50 77.00 61.60 7.00 40.04 21.56 68.6

3/8" 60 80 30 40-75 39.00 28.00 67.00 53.60 6.00 34.84 18.76 59.6 OK

1/4" 50 75 27 32.50 26.25 58.75 47.00 5.40 30.55 16.45 52.4

N° 4 40 60 25 30-60 26.00 21.00 47.00 37.60 5.00 24.44 13.16 42.6 OK

N° 10 30 50 10 20-45 19.50 17.50 37.00 29.60 2.00 19.24 10.36 31.6 OK

N° 20 25 45 9 16.25 15.75 32.00 25.60 1.80 16.64 8.96 27.4

N°40 20 35 8 15-30 13.00 12.25 25.25 20.20 1.60 13.13 7.07 21.8 OK

N° 60 15 30 7 9.75 10.50 20.25 16.20 1.40 10.53 5.67 17.6

N° 100 10 25 5 6.50 8.75 15.25 12.20 1.00 7.93 4.27 13.2

N° 200 3 10 4 5 a 15 1.95 3.50 5.45 4.36 0.80 2.83 1.53 5.16 OK

515

15 S

F

D

D

CAPITULO VIII

SUBDRENAJE

8.1Generalidades Considerando la presencia del nivel freático superficial y el escurrimiento de aguas

superficiales en obras de Ingeniería Civil que perjudican la estabilidad de las estructuras

especialmente en épocas de invierno y/o filtraciones de agua, se debe de tener en

consideración realizar un sistema de subdrenaje con la finalidad de deprimir la napa

freática y la recuperación de las aguas superficiales por un sistema de filtros.

8.2Diseño de filtros Los filtros en general deben tener los requerimientos de granulometría compactación y

colocación par cumplir lo siguiente:

a) Los espacios entre sus partículas deben ser lo suficientemente grandes para que circule

el agua sin producir presiones de consideración.

b) Los espaciamientos entre sus partículas deben ser lo suficientemente pequeñas para

que los materiales finos que contengan los suelos en contacto con el filtro no penetren

en éste, evitando así la obstrucción del filtro y la descompactación del suelo por

arrastre de partículas.

c) Con el objeto de asegurar la eficiencia y permanencia del filtro es necesario que entre

el material natural y el material filtro y el fondo de la cimentación, se cumplan

condiciones como son prevención de erosión interna y tubificación, permeabilidad de

los materiales de filtro, minimización de fuerzas de filtración y no migración del suelo

por proteger. Para el efecto se establecen reglas dadas pro Terzaghi y Casa grande, con

la adecuación del tipo de suelo según investigación últimas.

- Para relacionar el material del suelo con el material filtrante y evitar el arrastre de

partículas:

- Para evitar que se desarrollen las fuerzas de infiltración:

- Para evitar la segregación de los materiales del filtro:

- Para garantizar la circulación en el medio poroso del filtro:

kF > 25 kS

2550

50 S

F

D

D5

85

15 S

F

D

D

2010

60 F

F

D

D

800 arenas de granos redondeados

c0 460 arenas de granos angulares

< 400 arena con limos

- Para el tubo dren:

- El porcentaje de material que pasa la malla N°200 deberá ser menor o igual al

5%.

La permeabilidad del material filtrante se determina aplicando las siguiente

expresión:

Donde:

F : Filtro

S : Suelo

K : Permeabilidad del suelo o filtro en cm/seg

D10 : Diámetro de la partícula que pasa la malla Nº10 en cm.

T : Temperatura de ambiente en ºC

n : Porosidad

8.3Filtro Granular Con las granulometrías de las muestras de suelos y las restricciones de granulometría y

permeabilidad, se debe de determinar el Huso Granulométrico del filtro granular y la

granulometría del filtro, que generalmente está conformado por un material de cantera

de origen fluvial o aluvional de partículas durables, bajo porcentaje de finos y como

tamaño máximo restringido .

Generalmente los filtros granulares se deberán colocar en capas compactadas de 0.15 m.

de espesor, con una densidad relativa de 60% a 80% y compacidad de semidensa a

densa para una densidad seca natural de 1.90 a 2.20 Tn/m3 y una relación de vacíos

promedio de 0.4 a 0.6. En caso de medir su compacidad en términos, de compactación,

éstas capas compactadas deben tener un porcentaje de compactación de 90% como

mínimo de la máxima densidad seca corregida del Próctor Modificado o Estandar.

2.185 Dagujero

D F

2

101 3.07.0 DTck

2

3011

13.0

n

ncc

PROBLEMAS PROPUESTOS

P1 Se va ha construir una carretera de 15 km, de 12.00 de ancho, el material de base es de 0.20m de espesor

compactado y estará conformado por la mezcla de dos materiales provenientes de dos Canteras. Se pide realizar

una mezcla utilizando el material de las dos canteras y la Especificación Granulométrica. La cantera A está a 10

km del punto medio del tramo a construir. La cantera B está a 40km de la obra. Se pide la granulometría y huso

de la mezcla resultante. Clasificar por SUCS y AAHSTO los materiales de cantera y la mezcla resultante indicando

su descripción.

Malla 2” 1” 3/4” 3/8” N

4

N

10

N 40 N 100 N 200 LL

%

LP

% A 100 95 85 55 50 30 15 8 6 17 15

B 100 75 70 50 20 15 10 22 19

Esp 100 30-

65

25-

65

15-

40

8-

20

2-

8

23

20

P2 Durante las exploraciones geotécnicas para la ejecución de un estudio de suelos con fines de

pavimentación para la elaboración del expediente técnico de la Calle Av. Perú – A.H. Villa María -

Chimbote, se detectó el nivel freático a 0.60 m. El pavimento será flexible y de tráfico mediano con un CBR

de la sub-razante de 12%. El suelo encontrado tiene la siguiente granulometría y plasticidad.

Malla

Nª 4 10 20 30 40 60 100 200

LL LP

%que

pasa 100 95

90 86 82 75 55 25 35 23

Se desea deprimir la napa freática con filtro granular proveniente de la cantera Guadalupito, en la cual el

material filtrante será compactado en capas de 0.15 m. de espesor. El filtro compactado tendrá una relación

de vacíos de 0.5 y expuesto a una temperatura de 20 °C. El tamaño máximo del material filtrante será de 2”,

con un C0=400, la permeabilidad del suelo es de 2*10-4 cm/seg.

Determinar el uso granulométrico del filtro granular y su granulometría, de tal manera que cumpla con los

requerimientos expuestos.

Procedimiento constructivo.

Otra alternativa de subdrenaje.