INTRODUCCIÓN En los últimos años mucho se ha dicho y escrito sobre la “Mecánica de Suelos” y notable ha sido el progreso que se ha alcanzado desde la época del Dr !arl "erzaghi y de otros renombrados hombres de ciencia sobre los conceptos #undamentales$ la e%perimentaci&n y las obser'aciones en la práctica (uestras )nstituciones *cadémicas han contribuido considerablemente al progreso alcanzado$ habiendo logrado en las aulas los siguientes ob+eti'os en materia,
Primero: Modelar el pensamiento y la disposici&n de los #uturos )ngenieros de Suelos Segundo: -resentar correctamente los principios$ ideas y conceptos #undamentales y )ndicarr el camino camino a seguir seguir para para alcanz alcanzar ar ni'ele ni'eless cient. cient.#ic #icame amente nte mas Terce ercero ro:: )ndica ele'adas y normas más completas y adecuadas en la práctica /rac /racia iass al apoy apoyo o de la Mecá Mecáni nica ca de Suel Suelos os$$ la Esta Estabi bililiza zaci ci&n &n de Suel Suelos os ha 'eni 'enido do e'olucionando la construcci&n y conser'aci&n en sus di#erentes etapas como son, cimentaci&n de las estructuras$ terracer.as y pa'imentaci&n E%isten E%isten #actores$ como el aumento aumento en el 'olumen de la construcci&n$ construcci&n$ las cargas más se'eras permitidas permitidas actualmente$ actualmente$ y la escacez escacez cada 'ez mayor de terrenos terrenos adecuados y de áreas para constr construir uir$$ que han contri contribui buido do a intens intensi#i i#icar car la necesi necesidad dad de la estabi estabiliz lizaci aci&n &n de suelos suelos y consiguientemente el interés en esa rama de la )ngenier.a El tema que a continuaci&n me permitiré e%poner en sus aspectos substanciales tratará acerca de los procedimientos de estabilizaci&n de suelos en la construcci&n y conser'aci&n de la carreteras
MEJORAMIENTO Y ESTABILIZACION ESTABILIZACION DE SUELOS Se de#ine la estabilizaci&n de suelos como cualquier tratamiento que se aplique a un suelo natural$ algunas o todas las propiedades requeridas para el uso que se le pretende dar$ a #in de que cumpla con las (ormas de 0onstrucci&n 1a estabilizaci&n de suelos comprende dos procedimientos básicos, ! "!
Estabilizaci&n mecánica de suelos granulares y #inos Estabiliza Estabilizaci&n ci&n qu.mica que incluye incluye todos los procedimie procedimientos ntos que tienden tienden a me+orar me+orar las propiedades #.sicas de los suelos mediante la adici&n de substancias qu.micas
! E#$"i E#$"i%i& %i&ci ci'n 'n Mec(n Mec(nic ic de %o# %o# Sue%o Sue%o#! #! Este Este proced procedimi imient ento o emplea empleado do en distin distintas tas obras obras camine camineras ras desde desde hace hace 'arios 'arios años$ años$ cons consis istiti& & en la cons constr truc ucci ci&n &n de re'e re'est stim imie ient ntos os pro' pro'is isio ional nales es$$ los los que que a su 'ez 'ez se estabilizaban antes de pa'imentarse$ mezclando dos o tres materiales naturales a #in de obtener una determinada granulometr.a de part.culas gruesas a #inas$ entre l.mites de plasticidad especi#icadas y una cementaci&n adecuada para lograr la má%ima estabilidad
0omo caso concreto de esa época puede citarse la construcci&n del tramo Sombrerete2 Durango de la 0arretera Mé%ico 3 0d 4uárez$ as. como 'arios tramos de la 0arretera Mé%ico 3 /uadala+ara en los que$ a los materiales granulares se les incorporaba arcilla como aglutinante y se compactaban estas mezclas de materiales$ como dec.a lo primeros técnicos, “a toda agua hasta que broten los #inos” Estos caminos duraban mucho tiempo sin pa'imentar por lo que peri&dicamente se les recargaba materiales gruesos o #inos según la plasticidad del material de re'estimiento$ para e'itar roderas originadas por el tránsito$ la estabilizaci&n de suelos por consiguiente$ es un procedimiento que ha e'olucionado substancialmente la construcci&n de caminos principalmente los de ba+o costo pues se ha comprobado que es el método más con'eniente para la realizaci&n de este tipo de obras y en aquéllas regiones en las que se requiere$ estabilizar los terraplenes a #in de dar una mayor adherencia a los materiales sueltos$ como acontece en los terraplenes arenosos En la estabilizaci&n mecánica de los suelos granulares$ con #recuencia se acarrean de 5ancos muy ale+ados de la obra$ todo el material empleado y no se usa el suelo natural En nuestro -a.s tenemos muchos suelos naturales constituidos por gra'a y arena de buena graduaci&n con su#iciente aglutinante de arcilla$ que s&lo necesitan con#ormarse y compactarse para con'ertirse en buenos caminos En el norte de la república Me%icana e%isten 'arios 6il&metros de caminos de arena suelta que han sido estabilizadas añadiéndoles arcilla$ mientras que otros suelos naturales de arcilla$ s&lo necesitan la adici&n de arena y gra'a para con'ertirse en caminos per#ectamente estables En otras regiones e%isten dep&sitos de gra'a y arena cerca del camino que resulta práctico y econ&mico apro'echar estos materiales para estabilizarlos mecánicamente 1a estabilidad del material super#icial de un camino depende primordialmente de su #ricci&n interna y cohesi&n$ ya que$ como es sabido la #ricci&n e'ita que las part.culas se deslicen unas sobre las otras cuando se aplican las cargas$ y la cohesi&n mantiene las part.culas unidas y ayuda a conser'ar la #ricci&n Sabemos que los suelos de part.culas gruesas$ como las arenas y gra'as poseen #ricci&n interna relati'amente buena$ mientras que los suelos de part.culas #inas$ como los limos y arcillas$ tienen escasa #ricci&n interna$ e%cepto cuando están secas7 pero es imposible mantener estos materiales secos en la super#icie de los caminos *demás mientras más gruesas son las arenas y gra'as$ más #ricci&n interna desarrollan y por lo tanto$ más capacidad de sustentaci&n presentan En nuestros re'estimientos pro'isionales se acepta por especi#icaci&n hasta un 89 en 'olumen$ de part.culas de tamaño mayor de :”$ en el material transportado a la carretera$ en donde deberán eliminarse De contracci&n lineal$ 'alor cementante y 'alor relati'o de soporte se ha #i+ado los siguientes 'alores, a; 0ontracci&n 1.neal
=ona > =ona ? =ona : b; Calor 0ementante para =ona > materiales angulosos =ona ? ? redondeados =ona ? =ona : c; Calor Felati'o de Soporte
@A Má% B8 Má% :A Má% 88 M.n B8 M.n :8 M.n m.n @8 m.n 8A M.n :A M.nimo
El problema básica de la estabilizaci&n mecánica de los suelos granulares consiste en combinar los materiales adecuados en las proporciones correctas y consolidarlos para darle la estabilidad requerida$ as. como la resistencia a la penetraci&n del agua y de otros agentes$ de manera que puedan conser'ar la citada estabilidad$ ya que estas mezclas s&lo se conser'an estables cuando su contenido de humedad se halla dentro de ciertos l.mites$ por lo que es muy importante controlar este #actor 0uando se reseca demasiado la arcilla$ el tránsito la desprende de+ando las part.culas gruesas de la super#icie sin aglutinante su#iciente para ligarlos *l mismo tiempo e%pulsa las part.culas de arena y gra'a arro+ándolas #uera del camino o haciéndolas rodar sobre super#icie$ lo que aumenta su acci&n abrasi'a En la Estabilizaci&n Gu.mica se mencionará el empleo del 0loruro de 0alcio como estabilizante en algunos caminos de norte de la Fepública Me%icana$ re'estidos con suelos naturales Se ha aplicado otros procedimientos de estabilizaci&n econ&mica como son las mezclas de arena2arcilla y mezclas de gra'a2areana2arcilla que se han lle'ado a cabo en la construcci&n de 0aminos Furales$ sin de+ar de reconocer que la mezcla arena2arcilla tiene ba+a resistencia al desgaste que causa al tránsito$ debido a la ausencia de part.culas de gran tamaño y que por lo tanto es necesario protegerlas con algún tipo de tratamiento super#icial con as#alto$ a no ser que el 'olumen de tránsito sea muy reducido En las mezclas gra'a2arena2arcilla es muy importante que inter'enga el laboratorio de campo$ pues debe planearse cuidadosamente la proporci&n de los materiales que se 'an a emplear y la manera como 'a a operar el equipo para la que mezcla no contenga demasiada arena Debe e%perimentarse con 'arias mezclas de prueba y cilindros de ensaye$ antes de empezar el traba+o$ para determinar en #orma e#ecti'a la cantidad de arcilla que debe emplearse 1a gra'a ha sido usada en super#icie de rodamiento de caminos desde hace muchos años$ utilizando s&lo material grueso$ sin aglutinante$ con la idea de que el tránsito consolidara la gra'a incrustándola en el material de la subrasante que har.a las 'eces de aglutinante E%isten muchos caminos que están constituidas por una capa de gra'a sin arena$ colocada sobre la cantidad de material super#icial$ haciéndose ásperos rápidamente Hn camino de gra'a$ que haya sido construido en #orma inadecuada$ siempre será me+or que un camino de tierra Iltimamente se ha logrado desarrollar caminos estabilizados con gra'a$ que se dosi#ican$ se mezclan y se consolidan a #in de crear una super#icie estable y sin material suelto (o hay duda que este tipo de construcci&n cuesta más$ por lo menos al principio$ que el procedimiento de tirar y tender sobre la subrasante cualquier material que se pueda obtener #ácilmente En algunos caminos el tránsito es muy ligero y que tienen asignados recursos muy reducidos$ lo único que puede hacerse es colocar la gra'a simplemente7 pero en los caminos por los que transita un número regular de 'eh.culos$ los usuarios no se
con#ormarán por mucho tiempo con un camino de gra'a suelta y recargues continuos de este material para sustituir la gra'a que se pierde pués esto contará más al cabo de pocos años$ que lo que hubiere costado estabilizar el camino desde un principio 0omo resumen de los procedimientos antes descritos en cuanto a granulometr.as de los materiales que se pretenden utilizar cercanos a la obra$ podr.amos llegar a la conclusi&n de que realmente el problema principal estriba en saber cuánto podemos apartarnos de la granulometr.a de proyecto y obtener buenos resultados que +usti#iquen el empleo de un suelo más econ&mico 1as super#icies estabilizadas que deben resistir el desgaste del tránsito necesitarán mas aglutinante que las que están protegidas por un tratamiento super#icial7 por lo tanto es muy importante determinar la cantidad correcta del estabilizante *demás debe dárseles un bombeo del B9 para que el agua pueda drenar rápidamente cuando llue'a
"! E#$"i%i&ci'n )u*mic!
+! E%emen$o# e#enci%e# en e% reconocimien$o de #ue%o#! El reconocimiento 'isual y manual o bien mediante clasi#icaciones sencillas es el primer paso para la determinaci&n de la composici&n y propiedades esperadas en un suelo$ el segundo paso importante es la determinaci&n del tipo de minerales que contiene el suelo$ pues de ellos depende la #orma directa la estabilizaci&n 'olumétrica$ la cohesi&n y$ en especial la reacti'idad a la estabilizaci&n 1a determinaci&n del tipo de mineral$ cuando de estabilizaciones se trata$ es una herramienta de mayor utilidad que por e+emplo la plasticidad estimada a tra'és de l.mites de consistencia 1os tipos de minerales se pueden determinar mediante el empleo de microscopios electr&nicos$ di#racci&n de rayos %$ espectrometr.a de los casos y para #ines prácticos puede in#erirse el tipo de minerales mediante obser'aciones de campo sencillas$ como más adelante se indica De los cientos de minerales que se han encontrado en los limos #inos y arcillas contenidos en un suelo$ basta para #ines prácticos con #ines ingenieriles$ el reconocimiento de la e%istencia de menos de diez de ellos Estos y sus caracter.sticas principales se muestran en la "abla ))>
,! M-$odo# .r(c$ico# .r % iden$i/icci'n de %o# miner%e# de un #ue%o! Se puede reconocer con cierto grado de apro%imaci&n a la mayor.a de los grupos minerales con base en obser'aciones y pruebas sencillas de campo Hno de los métodos más importantes es el método empleado por los ingenieros *ustralianos el cual será descrito posteriormente y se base en obser'aciones directas para más adelante obtener una in#ormaci&n preliminar 'aliosa de los suelos en el campo$ sin necesidad de e#ectuar pruebas de laboratorio Este método sir'e también como una ayuda para programar un muestreo racional as. como la elecci&n de las pruebas más adecuadas con #ines ingenieriles El método re#erido se basa en las tres premisas siguientes a; Jbser'aciones generales del lugar y del per#il de suelos -ara lle'ar acabo esto es necesario e#ectuar$ de pre#erencia$ pozos a cielo abierto o bien e%traer muestras inalteradas Se podr.a también apro'echar la e%istencia de cortes en la regi&n o bien realizar la e%tracci&n de muestras alteradas estructuralmente Deberá tomarse nota de los colores del suelo y del agua en los encharcamientos cercanos De acuerdo con las obser'aciones hechas podr.a in#erirse lo indicado en las "ablas números ))? y )):$ respecto a los minerales en las arcillas b; *preciaci&n de la te%tura del suelo 1a te%tura del suelo se deberá estimar con la ayuda de agua de llu'ia o destilada 0on un poco de e%periencia se pueden estimar las relati'as proporciones de arenas$ limos o arcillas e%istentes en una muestra Hna te%tura arenosa en el suelo amasado con agua$ indicar.a la presencia de arena$ una te%tura pastosa la presencia de arcilla y la ausencia de ambas indicar.a limos Si se permite que el suelo se seque en los dedos$ el suelo arenoso no se adherirá a ellos$ el limo se desprenderá #ácilmente y la arcilla se adherirá a ellos c; )nmersi&n del espécimen del suelo$ completamente en agua de llu'ia o destilada El procedimiento recomendable se ha designado como “-rueba del /rumo” Es necesario que en esta prueba se utilice agua destilada o de llu'ia de buena calidad (o deber.an agregarse agentes dispersantes$ ni humedecedores El procedimiento consiste en colocar un pequeño grumo secado al aire
altere el grumo en ninguna #orma$ sal'o el secado$ antes de su inmersi&n$ durante un lapso de hasta >A minutos$ tomando en cuenta el esquema de la #igura ))> "odas las obser'aciones de campo deben anotarse de #orma apropiada anotando además de los datos de localizaci&n$ datos como los siguientes, -ro#undidad a partir de la super#icie 0olor 0uando se presenten motas$ anotar sus coloraciones )nclusiones )ndicar si se tratan de carbonatos$ hierro$ ra.ces$ materia orgánica$ etc "e%tura y consistencia Dispersi&n en agua "ipo de per#il /eolog.a "ipo de rocas o #ormaciones en la regi&n *gua super#iciales 0oloraci&n$ turbidez$ etc Erosi&n "ipo de erosi&n -resencia de deslizamientos Microrelie'e en los suelos M)(EF*1 )(KEF)DJ "abla ))> -rincipales tipos de minerales
*rena muy #ina
Minerales
Tamaño promedio
0uarzo
L>
Mica
Musco'ita$ biotita
0arbonato Sul#ato
0alcita$ dolomita eso *luminosilicatos amor#os$ atapulgita$ alúmina y s.lica hidratadas
*lano
L> Cariable L> Cariable
0aol.n
0aolinita y haloysita
)lita
)lita y micas parcialmente degradadas
≃ 0.>
Montmorilonita
Montmorilonita y bentonita
AA>
0lorita
0lorita$ Cermiculita
Materia orgánica
-resencia de ácido húmico y humatos
≃
≃
>
>
Cariable
Características físicas principales.
*brasi'a$ sin cohesi&n Sin cohesi&n$ se intemperiza #ácilmente$ compactable Se pul'eriza #ácilmente *taca al cemento *lta relaci&n de 'acios$ alta plasticidad (o e%pansi'o$ ba+a plasticidad$ ba+a cohesi&n E%pansi'a$ plasticidad media$ ba+a permeabilidad *ltamente e%pansi'a$ muy plástica$ permeabilidad e%tremadamente ba+a E%pansi&n ba+a$ resistencia al corte ba+a *lta permeabilidad$ di#.cilmente compactable$ se puede degradar rápidamente por o%idaci&n
"abla ))? )n#erencias de la obser'aci&n 'isual
*guas turbias de coloraciones amarillos2ca#é a ro+o2ca#é *guas claras *guas claras con tonos azules =an+as de erosi&n o tubi#icaciones en el suelo natural 1igeras erosiones o tubi#icaciones en el suelo natural Desprendimientos de suelos Microrelie'es super#iciales Kormaciones rocosas gran.ticas Kromaciones rocosas basálticas topogra#.a con drena+e pobre Kormaciones rocosas basálticas$ topogra#.a con buen drena+e Kormaciones rocosas de areniscas Kormaciones rocosas de lutitas y pizarras Kormaciones rocosas calizas Kormaciones recientes de piroclásticos
Componente arcilloso dominante
Montmorilonitas$ )litas y salinidad de suelos 0alcio$ manesio o suelo rico en hierro$ suelos altamente ácidos$ arenas 0aolines no salinos *rcillas salinas$ usualmente montmorilonitas 0aolinitas 0aolinitas y cloritas Montmorilonitas 0aolinitas$ micas Montmorilonitas 0aolinitas 0aolinitas Montmorilonitas o ilitas$ usualmente con salinidad de suelos Motmorilonitas alcalinas$ y cloritas con propiedades muy 'ariables *lo#anos
"abla )): )nter#erencias de la obser'aci&n de per#il de suelos
Montmorilonitas )litas con algo de Montmorilonita 0aolinitas y bau%itas Suelos micáceos Suelos ricos en yeso o zeolitas 0arbonatos Nierro$ lateristas
Suelos disgregables de te%tura abierta con cantidades apreciables de arcillas
Suelos usualmente asociados con carbonatos$ alanos$ o caol.n$ pero nunca montmorilonita y rara 'ez ilita
0aolinitas Montmorilonitas
)litas ricas en calcio y montmorilonitas )litas
Suelos disgregables de te%tura abierta con Suelos orgánicos$ turba cantidades apreciables de arcilla$ de color negro Suelos disgregables de te%tura abierta con ba+o 0arbonatos$ limos y arenas contenido de arcila Suelos que presentan una apariencia rugosa en Montmorilonitas con salinidad de la super#icie e%puesta al intemperismo suelos Norizontes de suelos blancuzco$ de espesores *rriba del horizonte blancuzco se relati'amente pequeños y cerca de la super#icie tienen limos #inos$ y aba+o arcilla
Es de todos conocida la 'ariabilidad y comple+idad de los suelos Sin embargo$ debido a sus di'ersas utilizaciones$ el ingeniero tiene grandes oportunidades para desarrollar sus habilidades$ al utilizar a los suelos como un marial )ngenieril Desa#ortunadamente$ en la Fepública Me%icana e%isten muchos suelos que en su estado natural no son adecuados para la construcci&n por no reunir los requisitos especi#icados En estos casos el ingeniero deberá tomar una de las tres decisiones siguientes,
*ceptar el material tal y como está y e#ectuar el diseño de acuerdo con las restricciones impuestas por la calidad del material Femo'er y desechar el suelo del lugar y sustituirlo por el suelo de caracter.sticas adecuadas *lterar o cambiar las propiedades del material e%istente de tal manera que se obtenga un material que reúna en me+or #orma los requisitos impuestos$ o cuando menos la calidad obtenida sea adecuada
El ob+eto del presente traba+o es considerar solamente lo que respecta a la tercera decisi&n$ es decir$ que nos re#eriremos solamente a lo que se conoce como Estabilizaci&n de Suelos 1as propiedad de un suelo se puede alterar de muchas #ormas como puede ser, por medios mecánicos$ drena+e$ medios eléctricos$ cambios de temperatura o adici&n de agentes estabilizantes Debe tenerse siempre muy presente que debido a la grana 'ariabilidad de suelos$ cada método resulta aplicable solamente a un número limitado de ellos Desa#ortunadamente$ en unos cuantos metros podemos tener 'ariabilidad en los suelos$ de tal manera que aplicando un cierto sistema de estabilizaci&n$ éste puede no ser e#ecti'o para todos los suelos encontrados y la elecci&n del tipo de estabilizaci&n estará gobernada por el número y tipo$ as. como la e%tensi&n de los suelos en los que el tipo de estabilizaci&n sea e#ecti'o "ambién es indispensable reconocer que la estabilizaci&n no es una herramienta mágica$ que nos ayude a me+orar todas las propiedades de un suelo -or consiguiente$ se debe tener una clara apreciaci&n de las propiedades que se desee me+orar$ pues este requisito espec.#ico es un elemento muy importante para tomar la decisi&n correcta$ acerca de la con'eniencia de la estabilizaci&n Entre las principales propiedades de un suelo que pueden interesar a un ingeniero podemos contar a las siguientes, > ? : B 8
Estabilidad 'olumétrica Fesistencia mecánica -ermeabilidad Durabilidad 0ompresibilidad
0omo posteriormente 'eremos$ e%isten tratamientos mediante los cuales se pueden me+orar 'arias de estas propiedades en #orma simultánea -or otro lado$ no debe pensarse en el uso de la estabilizaci&n solamente como una medida correcti'a sino también como una medida pre'enti'a o de seguridad contra condiciones ad'ersas que se desarrollen durante la construcci&n o durante la 'ida de la estructura
E#$"i%idd 1o%um-$ric Muchos suelos se e%panden y se contraen con los cambios de humedad los cuales se pueden presentar en #orma rápida o acompañando a las 'ariaciones estaci&nales *hora bien$ si las presiones de e%pansi&n que se desarrollen debido a un incremento en la humedad no se controlan en alguna #orma$ estas presiones pueden le'antar pa'imentos$ inclinar postes$ #racturar muros$ romper tubos de drena+e$ etc$ por lo cual es de 'ital importancia detectar a los suelos e%pansi'os$ su composici&n y el tratamiento más adecuado para e'itar lo anterior 0!
*ctualmente$ las soluciones para e'itar cambios 'olumétricos en suelos e%pansi'os consisten en introducir humedad al suelo en #orma peri&dica$ aplicar cargas que equilibren la presi&n de e%pansi&n$ utilizar membranas impermeables y apoyar la estructura a pro#undidades tales que no se registre 'ariaci&n estacional en la humedad Jtro medio podr.a consistir en modi#icar a la arcilla e%pansi'a trans#ormándola en una masa r.gida o granular cuyas part.culas estén lo su#icientemente ligadas para resistir la presi&n e%pansi'a interna de la arcilla lo cual puede lograrse por medios qu.micos o térmicos En estos casos cuando la capa a estabilizar sea pequeña deberá tenerse en cuanta que el suelo subyacente es aún susceptible de e%pandirse$ pero tales mo'imientos podr.an tolerarse siempre y cuando la capa estabilizada se mue'a en #orma uni#orme Hn medio más podr.a consistir en hacer que el agua se mue'a más lentamente dentro de la masa e%pansi'a mediante el sellado de sus poros o grietas Iltimamente se ha estado tratando de trans#ormar a capas potentes de arcilla en una masa r.gida mediante la inyecci&n de productos qu.micos$ pero se ha tenido el problema de que dichos productos penetran poco a la masa arcillosa *lgunas 'eces se puede aumentar la impermeabilidad de un suelo y por ende reducir la 'elocidad de los cambios 'olumétricos en suelos e%pansi'os$ compactándolos a pesos 'olumétricos altos$ pero debe tenerse presente que la humedad de compactaci&n +uega también un papel muy importante en el #en&meno de los cambios 'olumétricos$ pues si bien es cierto que una arcilla altamente densi#icada o#rece una alta impermeabilizaci&n$ e%iste también la contingencia de que una 'ez que dicha arcilla se sature alcanzará presiones de e%pansi&n más altas a medida que se haya compactado con menor humedad$ por tanto es con'eniente también que cuando se adopte este tipo de soluciones se tenga en cuenta también a las 'ariaciones estaci&nales para comprobar as.$ si la impermeabilidad lograda hará que el material no se sature durante el tiempo de llu'ias *lgunas 'eces se ha adoptado la soluci&n de cubrir al suelo con membranas para reducir la posibilidad de cambios de humedad
Re#i#$enci Es del dominio común$ que la resistencia de los suelos$ sal'o algunas e%cepciones$ es en general más ba+a cuando éstos se encuentran húmedos 1os suelos arcillosos al secarse alcanzan grandes resistencias teniéndose inclusi'e la condici&n más lata de resistencia cuando se calientan a temperaturas muy ele'adas como sucede en la #abricaci&n de tabiques y ladrillos *lgunas 'eces sin embargo$ la resistencia de un suelo es menos importante que su de#ormabilidad ba+o carga como lo es en el caso de suelos resilientes En otras ocasiones se han presentado disminuciones muy considerables en la resistencia de un suelo arcilloso debido$ por e+emplo$ a la disoluci&n de cristales que con#er.an a la arcilla su resistencia$ como sucede con algunas arcillas sensiti'as de (oruega en donde el agua de llu'ia alterna el equilibrio #.sico 3 qu.mico en ellas 0omo se mencion& anteriormente$ e%isten casos en donde la disminuci&n de la humedad puede signi#icar reducci&n en la resistencia$ pues se han presentado casos de deslizamientos de tierra pro'ocados por arcillas que se secaron y se agrietaron$ pro'ocando con ello que el comportamiento del +!
material sea el de un suelo #riccionante que puede tener menor resistencia que si se considera como cohesi'o a humedades mayores 1a acci&n abrasi'a del tránsito por e+emplo$ puede hacer que un material cohesi'o se pul'erice y pierda su cohesi&n De lo anterior se concluye que al estudiar los e#ectos de una estabilizaci&n$ debe tenerse presente el #in que se busca$ ya que si el suelo estabilizado permanecerá húmedo en las condiciones de traba+o entonces al determinaci&n de la resistencia ba+o estas circunstancias ser.a la adecuada$ sin embargo$ si el suelo permanecerá seco y agrietado$ probablemente sea más e#ecti'o e#ectuar pruebas$ con cargas repetidas para estudiar e#ectos de disgregaci&n y pul'erizaci&n -ara suelos de te%tura abierta y mal graduado ser.a más importante determinar su susceptibilidad a recompactarse pro'ocando con ello de#ormaciones en las estructuras que sobre ellos se apoyen -or otro lado debe también tenerse en mente la #orma como se 'a a utilizar al suelo$ ya que si se 'a a emplear tal como se encuentra in situ puede ser más con'eniente utilizar pruebas de resistencia in situ que en el caso de suelos remoldeados en donde las pruebas e#ectuadas en laboratorio s. pueden ser'ir para estimar los parámetros de resistencia$ siempre y cuando e%ista similitud entre lo que se hará en el campo y lo hecho en el laboratorio *lgunas 'eces$ sin embargo$ resulta sumamente di#.cil tratar de incrementar la resistencia de un suelo mediante la adici&n de agentes estabilizantes7 tal es el caso de los suelos con alto contenido de materia orgánica$ del orden del >A9$ ya que ésta inhibe la acci&n de tales agentes El incremento en el peso 'olumétrico$ un suelo orgánico mediante la compactaci&n$ se ha considerado$ en general$ como un incremento en la resistencia$ pero cabe indicar que e%isten algunas e%cepciones como por e+emplo cuando se crean presiones de poro en e%ceso de la hidrostática -or otro lado$ dependiendo de la humedad y energ.a de compactaci&n se pueden lograr di#erentes caracter.sticas de resistencia en un suelo arcilloso$ ya que un suelo de estos compactado del lado seco en la cur'a de compactaci&n presenta$ con la humedad de compactaci&n$ un comportamiento relati'amente elástico y con una resistencia relati'amente alta7 mientras que éste mismo suelo compactado con una alta humedad$ no obstante que su peso 'olumétrico seco sea alto$ presentar.a resistencias ba+as y comportamiento plástico o 'iscoso7 este e#ecto se debe en general a que una alta humedad produce en una arcilla e#ectos de repulsi&n entre sus part.culas$ propiciando con ello que la cohesi&n sea menor que en el caso de emplear humedades de compactaci&n ba+as -or otro lado$ se ha 'isto que en suelos #inos$ tiene una importancia decisi'a la #orma de aplicaci&n de la energ.a de compactaci&n$ sobre todo cuando se emplean humedades más altas que la &ptima$ pues por e+emplo$ la energ.a aplicada por impactos puede ocasionar que un suelo compactado del lado húmedo presente resistencias del orden de hasta cuatro 'eces menor que la resistencia que$ a igualdad de circunstancias$ presenta el mismo suelo compactado en #orma estática 1a e%plicaci&n a lo anterior reside en la di#erente estructuraci&n que adoptan las arcillas al ser compactadas mediante procedimientos de compactaci&n di#erentes *lgunos de los principales procedimientos para incrementar el peso 'olumétrico de un suelo son , 0ompactaci&n mediante amasado$ 'ibraci&n o impactos
Cibro#lotaci&n -recarga Drena+e *dici&n de agentes que reduzcan la #ricci&n y cohesi&n entre las part.culas
Fesulta un tanto e'idente que los procedimientos que sir'an para mantener aun suelo sin que se produzcan cambios 'olumétricos$ son también adecuados para mantener la resistencia en el suelo$ como lo es la adici&n de agentes que trans#ormen aun suelo #ino en una masa r.gida o granular Estos agentes pueden ser qu.micos & térmicos teniendo entre los primeros al cemento -ortland y la cal como los más comunes Debe sin embargo$ tenerse muy presente que en general el agua ablanda a los suelos cohesi'os$ raz&n que obliga a que cuando se quiera tener una resistencia que permanezca con el tiempo$ en suelos arcillosos$ se propicie el adecuado drena+e *lgunas 'eces se requiere incrementar la resistencia a la de#ormaci&n de un suelo o bien incrementar su capacidad de carga en #orma temporal y se acude a procedimientos de electr&smosis El procedimiento de 'ibro#lotaci&n es especialmente aplicable en la compactaci&n de arenas o suelos con alta permeabilidad y consiste en la inserci&n$ en el suelo arenoso suelto$ de un dispositi'o 'ibratorio$ capaz de aplicar un chi#l&n de agua simultáneamente con el 'ibrado$ de tal manera que al encontrarse dicho dispositi'o dentro del suelo inyectando agua y 'ibrando se produce la licuaci&n de la arena lográndose con ello su compactaci&n El incremento del peso 'olumétrico de un suelo arcilloso mediante precarga consiste en la colocaci&n de una carga super#icial sobre el suelo en cuesti&n con el ob+eto de preconsolidarlo Después de la precarga el suelo tiene todas las caracter.sticas deseables de un terreno preconsolidado$ si se compara con uno normalmente consolidado$ es decir que es menos compresible y más resistente$ aumentándose con ello la capacidad de carga y disminuyéndose los asentamientos Es muy importante$ sin embargo$ tener presente que este método de estabilizaci&n puede requerir de per.odos largos$ dependiendo éstos de condiciones tales como las trayectorias de drena+e$ permeabilidad del suelo$ espesor de las capas$ coe#icientes de consolidaci&n y grado de saturaci&n El drena+e de un suelo hace que se reduzca la cantidad yo presi&n en el agua intersticial$ lo que suele permitir el aumento del peso 'olumétrico de un suelo y de esta manera me+orar su resistencia Se suelen utilizar drenes de arena 'erticales con+untamente con la precarga para pro'ocar una rápida consolidaci&n Sin embargo$ para tener una adecuada e#iciencia en los drenes 'erticales es necesario que la capa de suelo blando sea gruesa$ ya que de ésta manera la trayectoria 'ertical de #lu+o ser.a muy larga7 es también necesario que la permeabilidad horizontal del suelo sea 'arias 'eces mayor que la permeabilidad 'ertical El drena+e de un suelo arcilloso se me+ora notablemente mediante la electr&smosis$ la cual consiste en la aplicaci&n de una corriente eléctrica directa a tra'és de un suelo saturado$ de tal manera que se pro'oca el mo'imiento del agua hacia el cátodo de donde es posteriormente remo'ida Si el agua remo'ida no es reemplazada en el suelo éste se consolida y aumenta su resistencia$ si dicha agua es reemplazada$ simplemente se mantiene un #lu+o de agua a tra'és del suelo con una 'elocidad relati'amente alta$ en comparaci&n con la 'elocidad que
se tendr.a drenando al suelo por gra'edad *dicionalmente$ la corriente eléctrica dentro del suelo puede pro'ocar intercambios i&nicos$ deposici&n de s&lidos procedentes de la descomposici&n electroqu.mica de los electrodos y alteraci&n en el arreglo estructural de las part.culas * la combinaci&n de estos : #actores se le conoce como estabilizaci&n electro2 osm&tica o simplemente estabilizaci&n eléctrica ,!
Perme"i%idd
En los suelos la permeabilidad se plantea$ en términos generales$ en dos problemas básicos$ como lo es el relacionado con la disipaci&n de las presiones de poro y el relacionado con el #lu+o del agua a tra'és del suelo El tener presiones de poro e%cesi'as puede originar deslizamientos en terracer.as y el #lu+o de agua puede originar tubi#icaciones y arrastres Si se compacta un suelo arcilloso con humedades muy ba+as o prácticamente en seco$ se obtendrá #inalmente una alta permeabilidad en el suelo debido a los grumos que no se disgregan$ resistiendo al es#uerzo de compactaci&n y permitiendo con ello que se #orme una gran cantidad de 'ac.os intersticiales Mientras más alta sea la humedad de compactaci&n se producirán menores permeabilidades en el suelo compactado ya que éste tiene mayores oportunidades de de#ormarse$ eliminándose as. grandes 'ac.os En la Kigura I2> se ilustra la 'ariaci&n de la permeabilidad para di#erentes humedades de compactaci&n7 en la parte superior de la #igura$ se muestra dicha 'ariaci&n En la parte in#erior$ se ilustra la 'ariaci&n del peso 'olumétrico contra la humedad$ correspondiendo los puntos blancos a los datos obtenidos después de la compactaci&n de los espec.menes y los puntos negros a los datos obtenidos después de la saturaci&n conser'ando a los espec.menes en tal #orma que se restringi& su e%pansi&n 'olumétrica Hna 'ez saturados los espec.menes y establecido un #lu+o constante de agua$ se midi& su permeabilidad$ obteniendo los mencionados resultados (&tese que a medida que la humedad de compactaci&n aumenta la permeabilidad disminuye cuando nos encontramos en el Olado secoO de la cur'a O d - w “ 7 se tiene una permeabilidad m.nima cerca de la humedad &ptima "w optO$ mientras que a la derecha de dicha humedad$ Olado húmedoO de la cur'a$ se presenta un ligero incremento en la permeabilidad Esto último se debe a que al compactar al suelo del Olado húmedoO el agua de compactaci&n llena espacios que ocupan las part.culas cuando nos encontramos en el lado seco y esto hace que el suelo aunque se encuentre orientado presente una mayor permeabilidad que cuando se le compact& con una humedad cercana a la &ptima *l incrementar la energ.a de compactaci&n se obtendrá una permeabilidad toda'.a menor debido a que se tiene una me+or orientaci&n de las part.culas a la 'ez que se cerrará más la estructura Se puede reducir la permeabilidad de un suelo mediante la inyecci&n de lechadas7 sin embargo$ debido a que estos productos no sellan per#ectamente a los poros #inos$ solamente se logra disminuir el gasto y la 'elocidad del #lu+o sin lograr una impermeabilidad adecuada *lgunos de#loculantes como el poli#os#ato pueden sellar per#ectamente a un suelo En la actualidad se cuenta también con algunos aditi'os l.quidos y emulsiones que al penetrar en el suelo se adhieren a las paredes de los conductos capilares haciendo que el suelo sea parcialmente hidro#&bico$ pero hay que tener en cuenta que los productos OhidrobosO generalmente hacen que la cohesi&n del suelo se reduzca parcial o totalmente
El control práctico del mo'imiento de la humedad en un suelo establece una interesante parado+a$ la cual consiste en que$ en ciertas circunstancias una zona arenosa altamente permeable puede #uncionar como una zona completamente impermeable si subyace a una arcilla ya que destruye los e#ectos de succi&n en ésta 1a succi&n o potencial capilar$ es otro aspecto muy importante ligado con la permeabilidad de un suelo$ pues las 'ariaciones de la succi&n en un suelo originan el mo'imiento de la humedad de zonas de ba+a succi&n a zonas de alta succi&n por lo cual la humedad su#re redistribuciones$ hasta que se alcanza un nue'o estado de equilibrio que in'olucra una distribuci&n no uni#orme de la humedad Dos suelos di#erentes que se encuentran en contacto pueden estar en un estado de humedad en equilibrio$ aunque sus contenidos de agua sean di#erentes 1os métodos de estabilizaci&n para modi#icar la permeabilidad de un suelo$ no necesariamente me+oran su estabilidad 'olumétrica o resistencia mecánica y en algunos casos pueden inclusi'e resultar contraproducentes en estos aspectos
2!
Dur"i%idd
*l igual que con todos los materiales de construcci&n$ una condici&n muy deseable en los suelos estabilizados es la durabilidad$ de#inida como la resistencia a los procesos de intemperizaci&n$ erosi&n y abrasi&n 1a durabilidad en caminos está relacionada con las capas super#iciales de los pa'imentos en la #ormaci&n de baches o disgregaciones$ erosiones en los taludes y cortes y cambios en la te%tura de los agregados de las carpetas Jcasionalmente$ sin embargo$ se presentan erosiones pro#undas internas en los terraplenes o cortes debido no s&lo a una ba+a durabilidad sino también a una alta permeabilidad Desde luego que una ba+a durabilidad tiene una alta repercusi&n en el costo de mantenimiento$ más que en #allas estructurales de consideraci&n En los suelos estabilizados la durabilidad ba+a se debe en general aun diseño de#iciente que puede tener su origen en la elecci&n de un estabilizante inadecuado$ por e+emplo cuando se aplica cal hidratada con algún tipo de arcilla con la cual no reacciona #a'orablemente7 también puede deberse a una cantidad insu#iciente de estabilizante$ o a una resistencia inadecuada contra los ataques del agua o agentes qu.micos$ por e+emplos suelos arcillosos estabilizados con cemento en zonas salinas *ctualmente$ una de#iciencia importante en los estudios de las estabilizaciones es la carencia de pruebas adecuadas para estudiar la durabilidad 1as pruebas de intemperismo a 'eces no son adecuadas para el estudio de agregados para pa'imentos por no reproducirse en #orma e#iciente el ataque a que estarán su+etos En las pruebas con aplicaci&n de e#ectos c.clicos$ no se tiene aún una correlaci&n precisa entre el tránsito y las pruebas en que se somete a los espec.menes a e#ectos de secado y humedecimiento que son más bien de orden cualitati'o que cuantitati'o 1a durabilidad es pues uno de los aspectos más di#.ciles de cuanti#icar y la reacci&n común ha sido la de sobrediseñar$ lo cual a 'eces puede no ser correcto 1a resistencia a los e#ectos del tránsito puede me+orarse mucho mediante la estabilizaci&n$ pero e%isten problemas$ como por e+emplo la #ormaci&n de pol'o suelto en caminos re'estidos$ en donde es di#.cil tener una soluci&n econ&mica En zonas en donde se quiere e'itar la #ormaci&n de pol'o que #ácilmente se le'ante con la acci&n del 'iento$ como lo es el caso del área que circunda a las aeropistas se aplican soluciones temporales mediante riegos as#álticos o de hules$ sales o cloruro de calcio *lgunas otras 'eces se pueden lograr estabilizaciones más permanentes como podr.a ser la aplicaci&n de riegos de sello o bien el crecimiento de 'egetaci&n 3!
Com.re#i"i%idd
1os cambios en 'olumen o compresibilidad$ tienen una importante in#luencia en las propiedades ingenieriles de los suelos$ pues se modi#ica la permeabilidad$ se alteran las #uerzas e%istentes entre las part.culas tanto en magnitud como en sentido$ lo que tiene una importancia decisi'a en la modi#icaci&n de la resistencia del suelo al es#uerzo cortante y se pro'ocan desplazamientos En el caso de arcillas saturadas$ si no se permite el drena+e$ y se aplican es#uerzos$ éstos serán tomados por el agua En el momento en que se permita el drena+e$ los es#uerzos son transmitidos gradualmente al esqueleto o estructura del suelo7 este proceso produce una compresi&n gradual de dicha estructura$ #en&meno conocido como consolidaci&n *hora bien$ la compresibilidad de un suelo puede presentar 'ariaciones importantes dependiendo de algunos #actores tales como la relaci&n de la carga aplicada respecto a la
que el suelo soportaba anteriormente$ tiempo de aplicaci&n de la carga una 'ez que se ha disipado la presi&n de poro en e%ceso de la hidrostática$ naturaleza qu.mica del l.quido intersticial$ aunados estos #actores a los originados por el muestreo$ sensiti'idad del suelo y aún la #orma de e+ecutar las pruebas que se utilizan para estudiar la consolidaci&n Es un tanto ob'io que al remoldear un suelo se modi#ica su compresibilidad$ por lo que esta caracter.stica se puede modi#icar mediante procedimientos de compactaci&n Se ha encontrado que la humedad de compactaci&n tiene una gran importancia en la compresibilidad de suelos compactados$ pues si se compactan dos espec.menes al mismo peso 'olumétrico pero uno del Olado secoO de la cur'a de peso 'olumétrico contra humedad y el otro del Olado húmedoO$ se tendrá que para presiones de consolidaci&n ba+as el especimen compactado del lado húmedo será más compresible debido a que su estructura se encuentra más dispersa$ pero para grandes presiones se tienen colapsos y reorientaciones en la estructura del especimen que se encuentra en el Olado secoO lo cual pro'oca que éste sea ahora más compresible 5a+o presiones muy altas ambas muestras llegan a la misma relaci&n de 'ac.os ya que se llega a una orientaci&n similar 0oncluyendo, se tiene que en el diseño de la estabilizaci&n de un suelo se deben tener muy presentes las 'ariaciones que se espera lograr en lo que respecta a la estabilidad 'olumétrica$ resistencia mecánica$ permeabilidad$ durabilidad y compresibilidad$ ya que se puede presentar el caso de que el me+oramiento de alguna o algunas caracter.sticas en un suelo mediante la estabilizaci&n$ pro'oca que otras caracter.sticas resulten en condiciones des#a'orables$ esto es especialmente cierto en el caso de la estabilizaci&n mediante la compactaci&n El diseño de estabilizaciones con agentes estabilizantes$ consiste en primer término en lle'ar a cabo una adecuada clasi#icaci&n del suelo con base en lo cual se determina el tipo y cantidad de agente estabilizante$ as. como el procedimiento para e#ectuar la estabilizaci&n El método de diseño ob'iamente depende del uso que se pretenda dar al suelo estabilizado En la práctica se tiene sin embargo$ una gran con#usi&n en lo que respecta al diseño de las estabilizaciones$ pues es di#.cil establecer patrones de estabilizaci&n de materiales de base$ por e+emplo$ cuando se tiene una gran di'ersidad de métodos de diseño de pa'imientos El diseño de la estabilizaci&n de los suelos resulta aún más complicado debido a la gran di#icultad que e%iste al tratar de +uzgar adecuadamente los e#ectos inmediatos y permanentes que producirán en el suelo di#erentes tipos de agentes7 por e+emplo$ un cemento -ortland puede rigidizar aun suelo mientras que un as#alto lo hace #le%ible -or otro lado la mayor.a de la in'estigaci&n y desarrollo de los productos estabilizantes está a cargo de los propios productores por lo que podr.a esperarse que éstos no presentaran estudios de productos que no representan y menos aún indicar comparati'amente las des'enta+as de sus propios productos$ sino que las ocultan amparadas ba+o las 'enta+as más sobresalientes que descubran En el presente traba+o se muestran algunos de los procedimientos más comunes de estabilizaci&n e indicados por )nstituciones o Empresas que representan a los productos utilizados 1a elecci&n del método de estabilizaci&n deberá quedar a cargo del )ngeniero de suelos$ pues él será el único que podrá estimar la 'iabilidad de la estabilizaci&n con base en sus conocimientos te&ricos y prácticos y no se deberá basar únicamente en la publicidad$ dada a tal o cual producto sin antes haber lle'ado acabo un estudio racional y detallado de la 'ariaci&n en las caracter.sticas del suelo con la aplicaci&n de la estabilizaci&n propuesta
Debe desde luego tomarse en cuenta a la #acilidad y econom.a con la que la estabilizaci&n pueda lle'arse a cabo en el campo El en#oque del presente traba+o estará dirigido$ en general$ a la estabilizaci&n de los suelos mediante la modi#icaci&n de su granulometr.a o bien la adici&n de agentes estabilizantes$ ya que los procedimientos de estabilizaci&n eléctricos$ térmicos$ de 'ibro#lotaci&n$ de precarga y drena+e tienen su mayor aplicaci&n en el campo de la ingenier.a de cimentaciones$ y en los te%tos e%istentes de Mecánica de suelos se aborda con amplitud a estos temas
CLASI4ICACIÓN DE SUELOS CON 4INES DE ESTABILIZACIÓN! 0!5 6ener%idde#! Debido a su gran heterogenidad y 'ariabilidad intr.nseca$ el suelo presenta problemas muy serios que ordinariamente no se encuentran en otros materiales de construcci&n 0on el ob+eto de minimizar estos problemas y obtener una econom.a adecuada en el diseño y utilizaci&n de los suelos estabilizados es necesario tener un conocimiento te&rico práctico de los principales tipos de suelos naturales y sus propiedades /eneralmente se ha enmarcado a los suelos como gra'as$ arenas y arcillas & limos 1os primeros intentos de clasi#icaci&n se basaban precisamente en dicha enmarcaci&n7 pero en la actualidad no resultan adecuados en traba+os muy especializados como lo es la estabilizaci&n de suelos$ ya que es de suma importancia el pre'er la #orma en que el suelo responderá a la estabilizaci&n 1os suelos pro'ienen de la intemperizaci&n de las rocas in situ, o bien por su dep&sito una 'ez que han sido transportados por el agua o 'iento Desde hace mucho tiempo los agricultores han reconocido una gran 'ariedad de suelos Se han asimismo desarrollado clasi#icaciones “genéticas” de los suelos$ es decir$ clasi#icaciones en donde se toma en cuenta a la roca que dio origen al suelo Sin embargo$ los prop&sitos ingenieriles de carreteras tienen un uso muy marginado de este tipo de clasi#icaciones Hno de los sistemas de clasi#icaci&n más ampliamente utilizado es el propuesto por 0asagrande$ posteriormente modi#icado y designado como Sistema Hni#icado de 0lasi#icaci&n de Suelos Esta clasi#icaci&n se basa$ en primer término$ en la identi#icaci&n de un suelo como gra'a$ arena$ limo$ arcilla o suelo orgánico y en segundo término$ en la determinaci&n del porcenta+e de #inos y su plasticidad Este sistema ha resultado muy útil pero debe tenerse en cuenta que en este método no se toma en consideraci&n a los e#ectos de algunos #actores que pueden a#ectar tanto a la respuesta del suelo a la estabilizaci&n como a la permanencia de dicha estabilizaci&n Entre estos #actores se puede mencionar a la presencia en la zona en estudio$ de aguas cargadas de sales$ ácidos orgánicos$ álcalis$ etcPque puede tratar al suelo tratado "ambién se puede citar a la estructura