MATERIALES PARA BASE Y SUBBASE

Transcripción

1 MATERIALES PARA BASE Y SUBBASE

2 CONTENIDO Bases y subbases granulares Bases y subbases estabilizadas con aditivos Estabilización de suelos con cal Estabilización de suelos con cal y ceniza volante Estabilización de suelos con cemento Bases estabilizadas con asfalto Bases estabilizadas con emulsión asfáltica Bases estabilizadas con asfalto espumado Combinación de estabilizantes Otros tipos de bases Base permeable Base de concreto pobre

3 BASES Y SUBBASES DEFINICIONES Base es la capa que se encuentra bajo la capa de rodadura de un pavimento asfáltico. Debido a su proximidad con la superficie, debe poseer alta resistencia a la deformación, para soportar las altas presiones que recibe. Se construye con materiales granulares procesados o estabilizados y, eventualmente, con algunos materiales marginales.

4 DEFINICIONES BASES Y SUBBASES Subbase es la capa que se encuentra entre la base y la subrasante en un pavimento asfáltico. Debido a que está sometida a menores esfuerzos que la base, su calidad puede ser inferior y generalmente está constituida por materiales locales granulares o marginales. El material que se coloca entre la subrasante y las losas de un pavimento rígido también se denomina subbase. En este caso, debe permitir el drenaje libre o ser altamente resistente a la erosión, con el fin de prevenir el bombeo. En algunas partes, a esta capa la llaman base.

5 CLASIFICACIÓN DE MATERIALES PARA BASES Y SUBBASES No ligados Granulares (mezclas de suelo-agregado) - Compuestos principalmente por agregados pétreos y finos naturales. - Su resistencia a la deformación está determinada casi exclusivamente por el rozamiento interno de los agregados, aunque a veces existe una Ligados Estabilizaciones con aditivos componente cohesional brindada por los finos plásticos del material - Modificación de un suelo o un agregado procesado, mediante la incorporación y mezcla de productos que generan cambios físicos y/o químicos del suelo aumentando su capacidad portante, haciéndolo menos Marginales Naturales, subproductos industriales y materiales de desecho sensible a la acción del agua y, eventualmente, elevando su rigidez - Materiales que no cumplen las especificaciones corrientes para uso vial, pero que pueden ser usados con éxito, principalmente como resultado de una experiencia local satisfactoria y un costo reducido

6 BASES Y SUBBASES BASES Y SUBBASES GRANULARES

7 CARACTERIZACIÓN DE LOS AGREGADOS Finalidad de la caracterización Los agregados para construcción de bases y subbases granulares y, en general, para cualquier capa de un pavimento deben ser caracterizados para: Establecer su idoneidad Obtener información útil para el diseño estructural del pavimento

8 CARACTERIZACIÓN DE LOS AGREGADOS 1. Caracterización para establecer su idoneidad de uso La composición mineralógica de los agregados determina en buena medida sus características físicas y la manera de comportarse como materiales para una capa de pavimento Por lo tanto, al seleccionar una fuente de materiales, el conocimiento del tipo de roca y, por lo tanto, de minerales que la componen brinda una excelente pista sobre la conveniencia de los agregados provenientes de ella

9 CARACTERIZACIÓN DE LOS AGREGADOS RESUMEN DE PROPIEDADES INGENIERILES DE LAS ROCAS (SEGÚN CORDON Y BESTE)

10 CARACTERIZACIÓN DE LOS AGREGADOS 1. Caracterización para establecer su idoneidad de uso El examen petrográfico de las rocas en el microscopio, mediante secciones delgadas, es un método excelente para determinar el tamaño del grano, su textura y su estado de descomposición El examen, realizado por un experto, permite calcular las proporciones de las especies mineralógicas de la roca y, en muchos casos, permite también dilucidar e inclusive resolver el problema planteado

11 CARACTERIZACIÓN DE LOS AGREGADOS 1. Caracterización para establecer su idoneidad de uso Grano de cuarzo no reactivo con un brillo uniforme Cuarzo reactivo exhibiendo bandas oscuras (A) y claras (B) en el mismo grano

12 CARACTERIZACIÓN DE LOS AGREGADOS 1. Caracterización para establecer su idoneidad de uso Las propiedades químicas de los agregados son importantes cuando se van a emplear en pavimentos En pavimentos asfálticos, la química de los agregados puede determinar la adherencia entre ellos y el asfalto En pavimentos rígidos, los agregados que contienen formas reactivas de sílice pueden presentar reacciones expansivas con los álcalis contenidos en la pasta del cemento

13 CARACTERIZACIÓN DE LOS AGREGADOS 1. Caracterización para establecer su idoneidad de uso Falla por deficiente adherencia entre los agregados y el asfalto Reacción expansiva entre la sílice del agregado y los álcalis del cemento

14 CARACTERIZACIÓN DE LOS AGREGADOS 1. Caracterización para establecer su idoneidad de uso Se han desarrollado muchos ensayos para medir las características físicas de los materiales para construir pavimentos. Estos ensayos, en su mayoría arbitrarios en el sentido de que su utilidad reposa en la correlación de sus resultados con el comportamiento en el campo, han sido normalizados con el fin de obtener resultados reproducibles Las especificaciones de construcción fijan, de acuerdo con la experiencia local, los límites admisibles de los resultados de estos ensayos, según el uso previsto para el material

15 CARACTERIZACIÓN DE LOS AGREGADOS 2. Caracterización para efectos de diseño estructural del pavimento Se trata de ensayos para establecer la respuesta de los materiales al esfuerzo y a la deformación Se emplean para cuantificar módulos y relaciones de Poisson y, para determinados componentes de la estructura del pavimento, medir su resistencia a la fatiga

16 FUENTES DE MATERIALES GRANULARES PARA BASES Y SUBBASES CANTERA DEPÓSITO ALUVIAL

17 PROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES GRANULARES PARA BASES Y SUBBASES Estabilidad y densidad La masa de los materiales granulares para capas de subbase y base deberá poseer una adecuada estabilidad por trabazón mecánica, de manera que soporte adecuadamente los esfuerzos impuestos por las cargas de la construcción y del tránsito automotor La estabilidad de un material granular depende de la distribución de los tamaños de las partículas (granulometría), de las formas de las partículas, de la densidad relativa, de la fricción interna y de la cohesión

18 PROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES GRANULARES PARA BASES Y SUBBASES Estabilidad y densidad (continuación) Un material granular diseñado para máxima estabilidad debe poseer alta fricción interna para resistir la deformación bajo carga La fricción interna y la subsecuente resistencia al corte dependen, en gran medida, de la granulometría, de la forma de las partículas y de la densidad, De estos factores, la distribución de tamaños, en especial la proporción de finos respecto a los gruesos, es el más importante

19 PROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES GRANULARES PARA BASES Y SUBBASES Estabilidad y densidad (continuación) La máxima densidad se suele obtener cuando la distribución de tamaños se adapta a la fórmula de Fuller: p = 100(d/D) 0.5 Generalmente, la proporción de finos que permite alcanzar la máxima estabilidad es inferior a la requerida para lograr máxima estabilidad La granulometría por escoger debe establecer un balance entre la facilidad constructiva y la mayor estabilidad posible

20 PROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES GRANULARES PARA BASES Y SUBBASES ESTADOS FÍSICOS DE LAS MEZCLAS DE SUELO - AGREGADO

21 PROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES GRANULARES PARA BASES Y SUBBASES VARIACIÓN DE LA DENSIDAD Y DEL CBR CON LA CANTIDAD DE FINOS DE UN MATERIAL GRANULAR

22 PROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES GRANULARES PARA BASES Y SUBBASES Angularidad del agregado grueso (INV E-227) A igualdad de distribución de tamaños, un agregado con partículas fragmentadas mecánicamente presenta mayor estabilidad que uno con partículas redondeadas, debido a la mayor trabazón entre las partículas Para iguales granulometrías, el material con partículas trituradas da lugar a un mayor coeficiente de permeabilidad, lo que hace que sea más fácil de drenar

23 PROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES GRANULARES PARA BASES Y SUBBASES Angularidad del agregado fino (AASHTO T 304 INV E-239) Porcentaje de vacíos con aire de las partículas menores de 2.36 mm, levemente compactadas V= volumen del molde W=peso de arena en el molde G A = peso específico arena

24 PROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES GRANULARES PARA BASES Y SUBBASES Partículas aplanadas y alargadas (INV E-240) La presencia de partículas aplanadas y alargadas es indeseable, por cuanto ellas tienden a quebrarse durante la construcción y bajo tránsito, modificando la granulometría original del agregado DETERMINACIÓN DE PARTÍCULAS ALARGADAS Y PLANAS (ASTM D 4791)

25 PROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES GRANULARES PARA BASES Y SUBBASES Limpieza Índice plástico (AASHTO T 89 y T 90 INV E-125 y E-126) Representa el rango de humedad en el cual una fracción fina se encuentra en estado plástico Límite líquido (LL) Límite plástico (LP) Índice Plástico (IP) = LL - LP

26 PROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES GRANULARES PARA BASES Y SUBBASES Limpieza Equivalente de arena (AASHTO T 176 INV E-133) El efecto de la plasticidad depende de la proporción de material fino presente en la mezcla La determinación del índice plástico se suele complementar con la del equivalente de arena, el cual permite valorar la cantidad y actividad de la fracción coloidal de las partículas finas El agregado se mezcla con una solución de cloruro de calcio-glicerina-formaldehído y se agita dentro de un cilindro graduado, forzando a las partículas más finas a quedar en suspensión

27 PROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES GRANULARES PARA BASES Y SUBBASES Limpieza Equivalente de arena (AASHTO T 176 INV E-233) Luego de un término de reposo, se miden las alturas de arena (H A ) y finos (H F ) y la relación entre ellas, en porcentaje, es el equivalente de arena

28 PROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES GRANULARES PARA BASES Y SUBBASES Limpieza Valor de azul (EN INV E-235) Se usa como complemento del equivalente de arena, cuando el valor de éste no satisface el límite especificado Caracteriza la actividad de la fracción arcillosa del agregado fino y su sensibilidad al agua El valor de azul es la cantidad de azul de metileno que adsorben 1,000 gramos del material pasante del tamiz de 2 mm, colocados en una solución acuosa

29 PROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES GRANULARES PARA BASES Y SUBBASES Limpieza Valor de azul (EN INV E-235) negativo positivo

30 PROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES GRANULARES PARA BASES Y SUBBASES Resistencia a la fragmentación Las partículas del agregado grueso deben ser resistentes a la abrasión y a la degradación mecánica, para prevenir la formación de finos que alteren la granulometría original durante la compactación y, posteriormente, bajo la acción del tránsito automotor La resistencia a la fragmentación se suele medir mediante cuatro (4) ensayos: Desgaste Los Ángeles Trituración por impacto Trituración por aplastamiento 10% de finos

31 PROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES GRANULARES PARA BASES Y SUBBASES Resistencia a la fragmentación Desgaste Los Ángeles (AASHTO T 96 INV E-218 y 219) Una muestra del agregado grueso es sometida a atrición e impacto por unas esferas de acero mientras gira en un cilindro metálico a rpm por 15 minutos, determinándose la fracción del material ensayado que pasa el tamiz de 1.70 mm (# 12)

32 PROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES GRANULARES PARA BASES Y SUBBASES Resistencia a la fragmentación Valor de trituración por impacto (VTI) (BS 812) Una muestra del agregado grueso se somete a 15 golpes con una masa de 13.6 kg que cae libremente desde una altura de 380 mm, determinándose luego el porcentaje de partículas que pasa el tamiz de 2.36 mm (# 8), respecto del peso inicial de la muestra

33 PROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES GRANULARES PARA BASES Y SUBBASES Resistencia a la fragmentación Valor de trituración por aplastamiento (VTA) (BS 812) Una muestra del agregado grueso (12.5 mm 9.5 mm) se somete a una carga de 400 kn y se determina el porcentaje de partículas que pasa el tamiz de 2.36 mm, respecto del peso inicial de la muestra

34 PROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES GRANULARES PARA BASES Y SUBBASES Resistencia a la fragmentación 10 % de finos (BS 812 INV E-224) Utiliza el mismo equipo que el ensayo VTA Una muestra del agregado grueso se somete a diferentes cargas, determinándose en cada caso el porcentaje de partículas que pasan el tamiz de 2.36 mm (# 8) respecto del peso inicial de la muestra La carga necesaria para producir 10% de partículas menores de 2.36 mm constituye el resultado de la prueba

35 PROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES GRANULARES PARA BASES Y SUBBASES Durabilidad Las partículas de los agregados deben ser resistentes a cambios mineralógicos y desintegración física a causa de los ciclos de humedecimiento y secado impuestos durante la construcción y el período de diseño del pavimento La durabilidad debe ser considerada en el momento de escoger los agregados pétreos. Materiales susceptibles de degradación por la acción de agentes climáticos durante la vida útil del pavimento, deben ser evitados

36 PROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES GRANULARES PARA BASES Y SUBBASES Durabilidad La durabilidad de los agregados para construcción de capas de pavimentos se acostumbra evaluar mediante dos ensayos: Solidez bajo la acción de sulfatos de sodio o magnesio Micro - Deval

37 PROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES GRANULARES PARA BASES Y SUBBASES Durabilidad Solidez bajo la acción de sulfatos (ASTM C 88 INV E-220) Fracciones del agregado, de diversos tamaños, se someten a cinco ciclos de expansión y contracción, consistente cada uno de ellos en: Inmersión durante un lapso de 16 a 18 horas en una solución de sulfato de sodio o de magnesio Secado hasta peso constante a 110º C Terminado el último ciclo se lavan las fracciones para eliminar el sulfato que contengan; se secan y se tamizan sobre los tamices en los cuales se retenían antes del ensayo, determinado las pérdidas en peso sufridas por cada fracción

38 PROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES GRANULARES PARA BASES Y SUBBASES Durabilidad Solidez bajo la acción de sulfatos (ASTM C 88 INV E-220) Inmersión del agregado en la solución Secado en el horno

39 PROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES GRANULARES PARA BASES Y SUBBASES Durabilidad Solidez bajo la acción de sulfatos (ASTM C 88 INV E-220) Fracción de agregado antes del ensayo Fracción de agregado luego de 5 ciclos

40 PROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES GRANULARES PARA BASES Y SUBBASES Durabilidad Ensayo Micro-Deval (AASHTO TP 58 INV E-238) Una muestra de 1,500 gramos del agregado seco es sumergida en 2 litros de agua durante 1 hora dentro de un cilindro de 194 mm de diámetro Se introducen 5,000 gramos de esferas de acero de 9.5 mm de diámetro dentro del cilindro y se somete éste a rotación a 100 ± 5 rpm durante 2 horas Se seca la muestra y se determina la proporción de material que pasa el tamiz de 1.18 mm (# 16) respecto del peso seco inicial de la muestra, la cual constituye el resultado del ensayo

41 PROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES GRANULARES PARA BASES Y SUBBASES Durabilidad Ensayo Micro-Deval (AASHTO TP 58 9NV E-238)

42 PROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES GRANULARES PARA BASES Y SUBBASES Durabilidad Ensayo Micro-Deval (AASHTO TP 58 INV E-238) Muestra, esferas y agua dentro del cilindro Máquina de ensayo

43 PROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES GRANULARES PARA BASES Y SUBBASES Permeabilidad Las características de permeabilidad de un material granular dependen de la granulometría, del tipo de agregado, del tipo de ligante y de la densidad La permeabilidad disminuye a medida que se incrementa la fracción fina del material A medida que la granulometría se acerca a la ecuación de Fuller, el material tiende a la impermeabilidad Coeficientes de permeabilidad inferiores a 10-3 cm/s dan lugar a materiales de pavimento que, desde el punto de vista práctico, se consideran impermeables

44 ESCORIA DE ALTO HORNO Producto no metálico, compuesto principalmente por silicatos y alumino-silicatos de calcio y otras bases, que se obtiene en un alto horno, simultáneamente con la producción del hierro

45 PROPIEDADES QUÍMICAS ESCORIA DE ALTO HORNO

46 ESCORIA DE ALTO HORNO PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS TÍPICAS

47 ESCORIA DE ALTO HORNO Características Muchos Departamentos de Carreteras consideran la escoria de alto horno como un agregado pétreo convencional La escoria puede ser triturada y clasificada para producir un material que satisfaga los requisitos granulométricos de una subbase o base granular La escoria tiene propiedades cementantes, pero es frágil y de baja resistencia al impacto y a la abrasión, por lo cual no se suele exigir la ejecución de ensayos de este tipo para valorar su aptitud de uso como material de pavimento

48 PROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES GRANULARES PARA BASES Y SUBBASES ESPECIFICACIONES DEL INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS PARA LOS MATERIALES GRANULARES DE SUBBASE Y BASE PARA VÍAS DE TRÁNSITO PESADO

49 PROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES GRANULARES PARA BASES Y SUBBASES ESPECIFICACIONES DEL INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS PARA LOS MATERIALES GRANULARES DE SUBBASE Y BASE PARA VÍAS DE TRÁNSITO PESADO

50 CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES DE BASE Y SUBBASE GRANULAR CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS Módulo resiliente El módulo resiliente es un estimativo del módulo de elasticidad que se basa en determinaciones de esfuerzos y deformaciones bajo cargas rápidas, como las que reciben los materiales del pavimento a través de las ruedas de los vehículos El módulo resiliente no es una medida de la resistencia del material, por cuanto éste no se lleva a rotura en el ensayo, sino que recupera su forma original

51 CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES DE BASE Y SUBBASE GRANULAR CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS Módulo resiliente (determinación en el laboratorio)

52 CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES DE BASE Y SUBBASE GRANULAR CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS Módulo resiliente El módulo resiliente de los materiales granulares es altamente dependiente del estado de esfuerzos al cual se encuentran sometidos Diferente a lo que sucede en los suelos finos, los materiales granulares exhiben endurecimiento por esfuerzos, lo que hace que el módulo se incremente con los esfuerzos totales, debido a que se incrementa la trabazón entre las partículas individuales del agregado El módulo resiliente de un material granular se ve afectado adversamente por la presencia de partículas finas

53 CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES DE BASE Y SUBBASE GRANULAR CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS MÓDULO RESILIENTE Valores típicos de K1 y K2 para materiales granulares de base y subbase (M R psi) Condición húmeda K1 K2 Seco BASE ,5-0,7 Húmedo ,5-0,7 Saturado ,5-0,7 SUBBASE Seco ,4-0,6 Húmedo ,4-0,6 Saturado ,4-0,6

54 CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES DE BASE Y SUBBASE GRANULAR CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS MÓDULO RESILIENTE Primer invariante de tensiones (q) para la base granular Espesor de MR de subrasante (psi) concreto asfáltico (pg) q (psi) < > Primer invariante de tensiones (q) para la subbase granular Espesor de concreto asfáltico (pg) q (psi) < > 4 5.0

55 CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES DE BASE Y SUBBASE GRANULAR CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS MÓDULO RESILIENTE El módulo resiliente de las capas granulares (MR g ) depende del soporte brindado por la subrasante (MR SR ) MR SR (psi) MR g = K*MR SR K ,5-4, ,4-2, ,8-1, ,6-1, ,5-1,7 SHELL recomienda la siguiente expresión para determinar el módulo de una capa granular (MR i ), a partir del espesor de dicha capa (h i ) en mm y del módulo de la subyacente (MR i+1 ) MR i = 0.2*h i 0.45 * MR (i+1)

56 CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES DE BASE Y SUBBASE GRANULAR CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS RELACIONES ENTRE LOS MÓDULOS DE LAS CAPAS N Y N+1, PARA DIFERENTES ESPESORES DE SUBBASE Y BASE GRANULAR módulo de la capa n+1 (psi*1000)

57 CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES DE BASE Y SUBBASE GRANULAR CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS CORRELACIÓN ENTRE EL CBR Y EL MÓDULO RESILIENTE No todas las agencias están familiarizadas con las pruebas para caracterizar el módulo resiliente. Por ello, es útil considerar correlaciones entre los diferentes indicadores de resistencia Estas correlaciones deben tener un manejo muy cuidadoso, pues son aproximadas y basadas en un número limitado de datos Para el caso de materiales granulares de base y subbase, una de las correlaciones más conocidas es la desarrollada por Rada y Witczak Estado de esfuerzos (q MR (psi) CBR CBR CBR CBR

58 CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES DE BASE Y SUBBASE GRANULAR CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS VALORES TÍPICOS DE MÓDULOS DE ELASTICIDAD DE MATERIALES PARA PAVIMENTOS Material Rango (Kg/cm 2 ) Típico (Kg/cm 2 ) Concreto hidráulico Concreto asfáltico Base tratada con asfalto Base tratada con cemento Concreto pobre Base granular Subbase granular Suelo granular Suelo fino Kg/cm 2 = 0,1 MPa = 14,3 psi

59 CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES DE BASE Y SUBBASE GRANULAR CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS Relación de Poisson Es la relación entre las deformaciones transversales y longitudinales de un especimen sometido a carga Los materiales más rígidos presentan menores relaciones de Poisson

60 CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES DE BASE Y SUBBASE GRANULAR CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS ILUSTRACIÓN DE LA RELACIÓN DE POISSON

61 CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES DE BASE Y SUBBASE GRANULAR CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS VALORES TÍPICOS DE LA RELACIÓN DE POISSON (m) Material Rango Típico Concreto hidráulico 0,10-0, Concreto asfáltico 0,15-0, Base tratada con asfalto 0,15-0, Base tratada con cemento Suelo granular 0,10-0, Suelo fino 0,15-0, Concreto pobre 0,10-0, Base y subbase granular 0,30-0, Suelo de subrasante 0,30-0,

62 CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES DE BASE Y SUBBASE GRANULAR CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS Resistencia a la fatiga La falla por fatiga de una capa granular de un pavimento se produce por acumulación de deformaciones verticales irrecuperables El criterio que se adopta consiste en limitar, en función del número N de aplicaciones de carga, la deformación vertical de compresión (ε v ) en superficie, mediante leyes de fatiga del tipo ε v = A*N -B Ejemplos de leyes de fatiga: ε v = 2.16*10-2 *N ε v = 1.11*10-2 *N (Universidad de Nottingham) (CRR - Bélgica)

63 BASES Y SUBBASES BASES Y SUBBASES ESTABILIZADAS CON ADITIVOS

64 BASES ESTABILIZADAS CON ADITIVOS DEFINICIONES Aditivos Productos comerciales manufacturados que, cuando se adicionan a un suelo o a una mezcla de suelo agregado en cantidades apropiadas, alteran favorablemente desde el punto de vista del comportamiento ingenieril, algunas propiedades como la textura, la trabajabilidad, la plasticidad y la resistencia

65 BASES ESTABILIZADAS CON ADITIVOS Estabilización con aditivos DEFINICIONES Incorporación de uno o más aditivos a un suelo o un sueloagregado en la cantidad requerida para que una vez elaborada, extendida y compactada la mezcla, ésta presente las características apropiadas para servir como capa de base de un pavimento Modificación con aditivos Proceso similar a la estabilización, mediante el cual se busca mejorar alguna propiedad del suelo, pero el diseño de la mezcla no se traduce en aumentos significativos de resistencia y durabilidad. Debido a que se emplean menores cantidades de aditivos, su aplicación se restringe al mejoramiento de subbases y subrasantes

66 BASES ESTABILIZADAS CON ADITIVOS TIPOS DE SUELOS ESTABILIZABLES Y TIPOS DE ADITIVOS Prácticamente todos los suelos, con excepción de los orgánicos, son susceptibles de estabilizar con aditivos cementantes Los principales materiales cementantes para uso vial son el cemento, el asfalto, la cal y las cenizas volantes Otros productos con registro comercial pueden resultar aptos para la estabilización de suelos (aceite sulfonado, enzimas orgánicas, polímeros, etc.)

67 BASES ESTABILIZADAS CON ADITIVOS TIPOS DE SUELOS ESTABILIZABLES Y TIPOS DE ADITIVOS (CONT.) Siempre existe más de un estabilizante aplicable a un suelo Con los aditivos factibles para estabilizar un determinado suelo, se realizan ensayos de laboratorio para obtener mezclas que cumplan los requisitos ingenieriles mínimos para la construcción de capas de base o subbase Con los resultados de los diseños y considerando las limitaciones climáticas, las restricciones de seguridad y ambientales y el diseño estructural de las alternativas, se realiza un análisis económico para llegar a la decisión final

68 BASES ESTABILIZADAS CON ADITIVOS GUÍA GENERAL PARA LA SELECCIÓN DEL ADITIVO

69 BASES ESTABILIZADAS CON ADITIVOS TRIÁNGULO DE GRADACIÓN PARA AYUDA EN LA SELECCIÓN DE UN AGENTE ESTABILIZANTE COMERCIAL (US AIR FORCE)

70 BASES ESTABILIZADAS CON ADITIVOS GUÍA PARA LA SELECCIÓN DEL ADITIVO (US AIR FORCE) Area Suelo Aditivo recomendado Restricciones en LL ó IP Restricciones del % Observaciones del suelo pasa tamiz 200 1A SW, SP asfalto cemento cal-cemento-ceniza IP <= 25 1B SW-SM ó Asfalto IP<=10 SP-SM ó Cemento IP<=30 SW-SC ó Cal IP>=12 La cal sola no suele conducir a estabilizaciones aptas para capas de base (1) SP-SC cal-cemento-ceniza IP<=25 1C SM, SC, Asfalto IP<=10 <= 30% SM SC Cemento IP<=20+(50-PASA200)/4 Cal IP>=12 Ver (1) cal-cemento-ceniza IP<=25 2A GW, GP Asfalto Solo material bien gradado (2) Cemento El material debe tener 45% o más pasa No. 4 (3) cal-cemento-ceniza IP<=25 2B GW-GM ó Asfalto IP<=10 Ver (2) GP-GM ó Cemento Ver (3) GW-GC ó Cal IP>=12 Ver (1) GP - GC cal-cemento-ceniza IP<=25 2C GM, GC Asfalto IP<=10 <= 30% Ver (2) GM - GC Cemento IP<=20+(50-PASA200)/4 Ver (3) Cal IP>=12 Ver (1) cal-cemento-ceniza IP<=25 Suelos orgánicos y muy ácidos no son estabilizables por 3 CH, CL, Cemento LL<40, IP<20 medios convencionales MH, ML CL - ML CH - MH OL - OH Cal IP >=12 Ver (1)

71 BASES ESTABILIZADAS CON ADITIVOS ESTABILIZACIÓN DE SUELOS CON CAL

72 ESTABILIZACIÓN CON CAL Tipos de cal El término cal se refiere al óxido y al hidróxido de calcio solos o con pequeñas proporciones óxido o hidróxido de magnesio, obtenidos por la calcinación de rocas calcáreas adecuadas sin y con posterior hidratación

73 ESTABILIZACIÓN CON CAL Tipos de cal Debido al carácter cáustico de las cales en forma de óxido, se prefiere apagarlas añadiéndoles cantidades controladas de agua, que dan lugar a 3 tipos de cales hidratadas: Altamente cálcica Ca(OH) 2 Dolomítica monohidratada Ca(OH) 2 + MgO Dolomítica dihidratada Ca(OH) 2 + Mg(OH) 2

74 ESTABILIZACIÓN CON CAL Tipos de cal Las cales altamente cálcicas producen menores resistencias que las que contienen cantidades apreciables de magnesio, pero presentan menores variaciones entre sí Las cales dolomíticas, si bien dan mayores resistencias, disminuyen menos la plasticidad de los suelos Las cales dolomíticas monohidratadas (donde el magnesio permanece cono MgO) producen mejores resultados al estabilizar que las dihidratadas

75 ESTABILIZACIÓN CON CAL PROPIEDADES DE CALES COMERCIALES VIVAS E HIDRATADAS

76 ESTABILIZACIÓN CON CAL REACCIONES ENTRE LA CAL Y UN SUELO FINO Intercambio catiónico (reacción rápida) Floculación y aglomeración (reacción rápida) Reacción puzolánica (reacción lenta) Carbonatación

77 REACCIONES ENTRE LA CAL Y UN SUELO FINO Intercambio catiónico ESTABILIZACIÓN CON CAL Las partículas de arcilla tienen una elevada cantidad de superficies con carga negativa que atraen cationes libres y dipolos de agua Como resultado, se forma una capa de agua altamente difusa alrededor de las partículas, separándolas y haciendo que la arcilla se vuelva débil e inestable La adición de cal al suelo en cantidad suficiente suministra un exceso de iones Ca ++ que reemplaza los cationes metálicos más débiles reduciendo el tamaño de la capa de agua difusa y permitiendo que las partículas de arcilla se aproximen unas a otras o floculen

78 ESTABILIZACIÓN CON CAL REACCIONES ENTRE LA CAL Y UN SUELO FINO

79 ESTABILIZACIÓN CON CAL REACCIONES ENTRE LA CAL Y UN SUELO FINO Floculación y aglomeración Se produce un cambio aparente de la textura del suelo, por cuanto las partículas de arcilla se aglomeran formando otras de mayor tamaño Como resultado de ello, se producen mejoras in meditadas en: Plasticidad, debido a la reducción de la capa de agua adsorbida Trabajabilidad, debido al cambio de textura de una arcilla plástica a un material friables del tipo limoso o arenoso Aumento de fricción interna entre las partículas aglomeradas y mayor resistencia al corte

80 ESTABILIZACIÓN CON CAL REACCIONES ENTRE LA CAL Y UN SUELO FINO

81 ESTABILIZACIÓN CON CAL REACCIONES ENTRE LA CAL Y UN SUELO FINO Reacción puzolánica Si el suelo se compacta, se produce una reacción a largo plazo entre la cal, el agua y los minerales sílico aluminosos del suelo fino, formándose complejos compuestos de silicatos y aluminatos de calcio hidratados que son agentes cementantes que incrementan la resistencia de la mezcla y su durabilidad Esta reacción es de carácter lento y varía con el suelo por tratar y con la temperatura Se considera que un suelo es reactivo con la cal, si se logran aumentos de resistencia de cuando menos 50 psi a los 28 días, a una temperatura de 23º C

82 ESTABILIZACIÓN CON CAL REACCIONES ENTRE LA CAL Y UN SUELO FINO

83 ESTABILIZACIÓN CON CAL REACCIONES ENTRE LA CAL Y UN SUELO FINO Carbonatación Consiste en la reacción de la cal con el dióxido de carbono del aire para formar carbonatos de calcio relativamente insolubles, en lugar de productos cementantes (silicatos y aluminatos de calcio hidratados) CaO + CO 2 CaCO 3

84 ESTABILIZACIÓN CON CAL REACCIONES ENTRE LA CAL Y UN SUELO FINO Carbonatación La carbonatación es una reacción indeseable y debe ser evitada, por cuanto el carbonato no reacciona con el suelo para incrementar resistencias o para disminuir plasticidades Por lo tanto, se debe impedir que el proceso de mezcla sea muy largo y que la mezcla elaborada quede expuesta al aire durante largo tiempo antes de ser compactada

85 ESTABILIZACIÓN CON CAL PROPIEDADES TÍPICAS DE LOS SUELOS ESTABILIZADOS CON CAL Los efectos del tratamiento de un suelo con cal pueden ser clasificados como inmediatos y a largo plazo La modificación inmediata se logra sin necesidad del curado de la mezcla, es de gran interés durante la etapa constructiva y se atribuye a las reacciones inmediatas La estabilización a largo plazo ocurre durante y después del curado y es importante desde el punto de vista de la resistencia y la durabilidad de la mezcla compactada

86 ESTABILIZACIÓN CON CAL EFECTOS INMEDIATOS DEL TRATAMIENTO DE SUELOS FINOS CON CAL El tratamiento con cal tiene efecto inmediato sobre algunas propiedades del suelo fino: Disminuye la plasticidad Aumenta el límite de contracción Disminuye la proporción de partículas del tamaño de arcilla Mejora la trabajabilidad Disminuye la densidad máxima para una determinada energía de compactación Reduce el potencial expansivo del suelo Mejora de manera inmediata las propiedades de esfuerzo - deformación

87 ESTABILIZACIÓN CON CAL SUELO FINO ANTES Y DESPUÉS DEL TRATAMIENTO CON CAL

88 ESTABILIZACIÓN CON CAL Tendencia de la influencia de la cal sobre las propiedades plásticas de los suelos finos

89 ESTABILIZACIÓN CON CAL Influencia de la cal sobre el potencial expansivo de los suelos finos (caso típico)

90 ESTABILIZACIÓN CON CAL EFECTOS A LARGO PLAZO DEL TRATAMIENTO DE SUELOS FINOS CON CAL El tratamiento con cal tiene efectos a largo plazo sobre las siguientes propiedades de un suelo fino: Resistencia Módulo resiliente Resistencia a la fatiga Durabilidad

91 ESTABILIZACIÓN CON CAL EFECTOS A LARGO PLAZO DEL TRATAMIENTO DE SUELOS FINOS CON CAL Resistencia El efecto más obvio de la cal sobre un suelo fino o sobre la fracción fina de un agregado es la ganancia de resistencia con el tiempo. La situación se favorece al aumentar la temperatura Las propiedades de una mezcla reactiva de suelo- cal van variando con el curado, debido al desarrollo de productos cementantes adicionales No es justificable el uso de ensayos muy elaborados para evaluar con exactitud propiedades que varían continuamente

92 EFECTOS A LARGO PLAZO DEL TRATAMIENTO DE SUELOS FINOS CON CAL Resistencia ESTABILIZACIÓN CON CAL El ensayo de compresión inconfinada (norma ASTM D5102) es el más empleado para determinar la resistencia de las mezclas suelo cal La resistencia a compresión (RCI) puede ser empleada para establecer, de manera aproximada, parámetros tales como las resistencias a tensión y a flexión o el módulo resiliente La resistencia a tensión se puede estimar de manera conservativa como el 10% de RCI y la resistencia a flexión, como el doble de la resistencia a tensión o 20 % de la RCI

93 ESTABILIZACIÓN CON CAL Variación típica de la resistencia de mezclas de suelo cal en función del período de curado y del contenido de cal

94 EFECTOS A LARGO PLAZO DEL TRATAMIENTO DE SUELOS FINOS CON CAL Módulo resiliente ESTABILIZACIÓN CON CAL A la par con los incrementos de resistencia provocados por la reacción puzolánica, se producen cambios en la relación esfuerzo - deformación del material, los cuales se traducen en aumentos del módulo resiliente Los suelos estabilizados con cal fallan a mayores esfuerzos desviadores que los no estabilizados y a menores niveles de deformación Existen relaciones directas entre la resistencia de las mezclas de suelo - cal y los módulos resilientes por flexión

95 ESTABILIZACIÓN CON CAL Relaciones esfuerzo de compresión - deformación en mezclas compactadas de suelo cal ensayadas a diferente edad

96 ESTABILIZACIÓN CON CAL Relación entre resistencia a compresión y módulo resiliente para suelos estabilizados con cal (Liddle, 1995)

97 ESTABILIZACIÓN CON CAL EFECTOS A LARGO PLAZO DEL TRATAMIENTO DE SUELOS FINOS CON CAL Resistencia a la fatiga Los efectos de ganancia de resistencia a fatiga por flexión producidos por la reacción puzolánica suelen ser sustanciales en los suelos reactivos La relación de esfuerzos (esfuerzo aplicado/resistencia a flexión) se correlaciona con el número de aplicaciones de carga hasta la fatiga, por medios experimentales

98 ESTABILIZACIÓN CON CAL Curva típica de fatiga de una mezcla de suelo cal (Thompson y Figueroa 1989)

99 EFECTOS A LARGO PLAZO DEL TRATAMIENTO DE SUELOS FINOS CON CAL Durabilidad ESTABILIZACIÓN CON CAL La humedad afecta adversamente los niveles de resistencia y rigidez producidos en el suelo por la adición de cal El efecto que produce la saturación de la mezcla depende del nivel de resistencia o reacción puzolánica alcanzada antes de que aquella se produzca Si la saturación se produce cuando ya ha ocurrido un nivel significativo de la reacción puzolánica, la pérdida de resistencia por humedad no suele exceder de 10 %, pero si ocurre antes, la pérdida puede llegar hasta 40% o más

100 ESTABILIZACIÓN CON CAL DISEÑO DE LA MEZCLA SUELO CAL Los criterios de diseño varían, dependiendo de los objetivos de la estabilización y de las condiciones deseadas de servicio Si sólo se pretende una modificación del suelo, basta con determinar la cantidad de cal necesaria para producir la modificación deseada (disminución de plasticidad, reducción del potencial expansivo, etc.) Si se pretende que la mezcla sea utilizada en aplicaciones estructurales en el pavimento, se deben satisfacer unos requisitos mínimos de resistencia de probetas de mezcla elaboradas y curadas en condiciones establecidas

101 ESTABILIZACIÓN CON CAL DISEÑO DE LA MEZCLA SUELO CAL Aunque la mayoría de las Agencias han adoptado la resistencia a compresión inconfinada (RCI) como parámetro para diseño de las mezclas de suelo cal, no existe un procedimiento universal para la elaboración, curado y ensayo de las probetas

102 ESTABILIZACIÓN CON CAL DISEÑO DE LA MEZCLA SUELO CAL El procedimiento general de diseño comprende los siguientes pasos: 1. Determinar la humedad óptima del suelo en el ensayo Proctor normal (AASHTO T 99 INV E-141)

103 ESTABILIZACIÓN CON CAL DISEÑO DE LA MEZCLA SUELO CAL 2. Estimar el porcentaje probable de cal para estabilizar el suelo, mediante el método de Eades y Grim (norma ASTM D 6276)

104 ESTABILIZACIÓN CON CAL DISEÑO DE LA MEZCLA SUELO CAL 3. Elaborar mezclas con diferentes porcentajes de cal (por encima y por debajo del establecido en el paso anterior) y compactarlas con la humedad óptima, con la energía del ensayo AASHTO T 99 (INV E-141)

105 ESTABILIZACIÓN CON CAL DISEÑO DE LA MEZCLA SUELO CAL 4. Curar las probetas compactadas bajo las condiciones que tenga establecida la Agencia

106 ESTABILIZACIÓN CON CAL DISEÑO DE LA MEZCLA SUELO CAL 5. Romper las probetas por compresión simple a la velocidad especificada por la Agencia y elegir como porcentaje adecuado para la construcción de una subbase o base, el que asegure la resistencia mínima establecida por la Agencia

107 ESTABILIZACIÓN CON CAL CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES ESTABILIZADOS CON CAL, CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS Propiedades de esfuerzo deformación Son esenciales para analizar adecuadamente el comportamiento estructural de una capa de suelo cal en un pavimento Módulo elástico en compresión E (ksi) = *f c (psi)

108 ESTABILIZACIÓN CON CAL CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES ESTABILIZADOS CON CAL, CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS Propiedades de esfuerzo deformación Resistencia a tensión Es importante en el diseño de pavimento. Se usan 2 procedimientos para evaluar esta resistencia en las mezclas suelo cal Tracción indirecta Rti = 0.10*f c Resistencia a flexión (módulo de rotura) MR = 0.20*f c

109 ESTABILIZACIÓN CON CAL CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES ESTABILIZADOS CON CAL, CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS Resistencia a fatiga Las curvas de respuesta de fatiga por flexión de mezclas curadas de suelo cal son análogas a las obtenidas con otros productos cementantes

110 ESTABILIZACIÓN CON CAL CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES ESTABILIZADOS CON CAL, CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS Resistencia a fatiga Se debe tener en cuenta que las mezclas suelo cal ganan resistencia de manera continua con la edad (reacción puzolánica) y como la resistencia última de la mezcla es función del período de curado, la relación de esfuerzos para un determinado esfuerzo aplicado va disminuyendo, lo que se traduce en un incremento de la resistencia a la fatiga

111 BASES ESTABILIZADAS CON ADITIVOS ESTABILIZACIÓN DE SUELOS CON CAL Y CENIZA VOLANTE

112 BASES ESTABILIZADAS CON CAL CENIZA VOLANTE La cal sola reacciona con suelos cuyo índice plástico sea cuando menos de 10. Si el suelo no es suficientemente reactivo, la cal sólo es efectiva si se combina con una fuente adicional de sílice y alúmina (puzolana), en presencia de agua La puzolana más utilizada es la ceniza volante (fly - ash), que es el residuo finamente dividido que resulta de la combustión del carbón mineral en las plantas termoeléctricas

113 BASES ESTABILIZADAS CON CAL CENIZA VOLANTE

114 BASES ESTABILIZADAS CON CAL CENIZA VOLANTE SUELOS ADECUADOS PARA LA ESTABILIZACIÓN CON CAL Y CENIZA Las estabilizaciones con cal y ceniza han demostrado ser eficientes y económicas en el mejoramiento de suelos que no presenten propiedades puzólanicas (materiales granulares) Dado que dichos suelos tienen una estructura mineral importante, las resistencias de las mezclas suelo granular - cal - ceniza son mucho mayores que las de las mezclas de suelo fino con cal, lo que permite una aplicación estructural más importante en la construcción vial (bases en vías de tránsito liviano, subbases, subrasantes mejoradas, rellenos livianos)

115 BASES ESTABILIZADAS CON CAL CENIZA VOLANTE GRADACIONES TÍPICAS DE AGREGADOS PARA LA ESTABILIZACIÓN CON CAL Y CENIZA

116 BASES ESTABILIZADAS CON CAL CENIZA VOLANTE OTROS REQUISITOS TÍPICOS PARA LOS AGREGADOS EN ESTABILIZACIONES CON CAL Y CENIZA

117 BASES ESTABILIZADAS CON CAL CENIZA VOLANTE EFECTOS DEL TRATAMIENTO DE UN AGREGADO PÉTREO CON CAL Y CENIZA Efecto de la temperatura y tiempo de curado sobre la resistencia a compresión

118 BASES ESTABILIZADAS CON CAL CENIZA VOLANTE EFECTOS DEL TRATAMIENTO DE UN AGREGADO PÉTREO CON CAL Y CENIZA Resistencia a compresión y flexión Mezclas adecuadamente diseñadas pueden presentar resistencias entre 500 y 1,000 psi luego de 7 días de curado a 38º C y valores superiores a 1,500 luego de un año de servicio La relación entre las resistencias flexión y compresión sigue las leyes típicas de las mezclas con estabilizantes hidráulicos. En general se encuentran entre 0.15 y 0.25, considerándose 0.20 como un promedio aceptable

119 BASES ESTABILIZADAS CON CAL CENIZA VOLANTE Relación entre las resistencia a compresión y flexión en la estabilización de un agregado con cal y ceniza

120 BASES ESTABILIZADAS CON CAL CENIZA VOLANTE Efecto de la cal y la cal + ceniza sobre la resistencia a compresión inconfinada de un suelo cohesivo

121 BASES ESTABILIZADAS CON CAL CENIZA VOLANTE EFECTOS DEL TRATAMIENTO DE UN AGREGADO PÉTREO CON CAL Y CENIZA Cicatrización autógena Un beneficio característico de las mezclas suelo cal ceniza es su capacidad de re-cementarse a través de las grietas, por un mecanismo auto regenerativo Debido a ello, estas mezclas son menos susceptibles al deterioro bajo carga repetida y más resistentes a los efectos ambientales, que las mezclas que no poseen esta propiedad

122 BASES ESTABILIZADAS CON CAL CENIZA VOLANTE Efecto de la fractura y el remoldeo sobre la resistencia de mezclas de agregado - cal - ceniza

123 BASES ESTABILIZADAS CON CAL CENIZA VOLANTE DISEÑO DE MEZCLAS SUELO - CAL - CENIZA La FHWA recomienda el siguiente procedimiento de laboratorio para determinar las proporciones de la mezcla: 1. Mezclar los agregados con 5 proporciones diferentes de ceniza, entre 10 % y 20 %, añadir una cantidad estimada de humedad óptima y determinar la densidad de las cinco muestras luego de compactarlas con la energía del ensayo AASHTO T 180 (INV E-142) 2. Dibujar una curva contenido de ceniza vs densidad e identificar el valor pico de densidad

124 BASES ESTABILIZADAS CON CAL CENIZA VOLANTE DISEÑO DE MEZCLAS SUELO - CAL - CENIZA 3. Elegir un contenido de matriz cuando menos 2% por encima del que dio lugar a la máxima densidad y realizar un ensayo de compactación AASHTO T180 (INV E-142) para esa mezcla, determinando la humedad óptima y la densidad máxima 4. Realizar 5 combinaciones suelo - ceniza - cal que den lugar al contenido de matriz elegido en el punto anterior. Las cantidades de cal se deben elegir de manera que la relación cal : ceniza esté entre 1:3 y 1:4 (se han encontrado mezclas satisfactorias con relaciones entre 1:2 y 1:7)

125 BASES ESTABILIZADAS CON CAL CENIZA VOLANTE DISEÑO DE MEZCLAS SUELO - CAL CENIZA 5. Para cada una de las combinaciones, compactar 6 probetas con la energía antes citada y la humedad óptima y curarlas en ambiente húmedo a 38 ºC durante 7 días. Tres de las probetas se destinarán al ensayo de compresión inconfinada y 3 al de durabilidad 6. Romper las probetas destinadas al ensayo de compresión y dibujar una curva que relacione la resistencia con el porcentaje de cal añadido. Se consideran aceptables para la construcción de capas de base, valores de resistencia de cuando menos 2,760 kpa (400 psi)

126 BASES ESTABILIZADAS CON CAL CENIZA VOLANTE DISEÑO DE MEZCLAS SUELO - CAL - CENIZA 7. En relación con el ensayo de durabilidad, se realizan 12 ciclos de congelamiento y deshielo (ASTM D560), considerándose apropiado un contenido de cal que genere pérdidas no mayores de 10 %. Para zonas no expuestas a un ambiente muy severo, la FHWA recomienda aplicar la práctica local 8. Se elige la mezcla más económica que cumpla los dos requisitos y, para compensar pérdidas, se recomienda incorporar 0.5% adicional de cal en la obra

127 BASES ESTABILIZADAS CON CAL CENIZA VOLANTE DISEÑO DE MEZCLAS SUELO - CAL - CENIZA

128 BASES ESTABILIZADAS CON CAL CENIZA VOLANTE CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES ESTABILIZADOS CON CAL Y CENIZA, CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS Módulo elástico El módulo elástico de las mezclas agregado cal ceniza depende de factores tales como la dureza y la gradación del agregado, el grado de compactación y las características del curado de la mezcla. Los valores típicos para diseño se encuentran entre 0.5*10 6 y 2.5*10 6 psi (3,400 17,200 MPa)

129 BASES ESTABILIZADAS CON CAL CENIZA VOLANTE CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES ESTABILIZADOS CON CAL Y CENIZA, CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS Relación de Poisson Su valor es el orden de 0.08 para niveles de esfuerzo inferiores al 60 % del esfuerzo último, aumentando hasta 0.3 para la carga de falla Para la mayoría de los cálculos de diseño y evaluación se pueden tomar valores de 0.10 a 0.15, sin que se cometan errores apreciables

130 Fatiga BASES ESTABILIZADAS CON CAL CENIZA VOLANTE CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES ESTABILIZADOS CON CAL Y CENIZA, CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS Como en todos los materiales de pavimentos, las mezclas agregado cal ceniza fallan bajo carga repetida con niveles de esfuerzo inferiores al requerido para fallar con una sola aplicación Sin embargo, debido a la cicatrización autógena, estas mezclas resultan menos susceptibles a la fatiga que otros materiales A menos que la fatiga ocurra durante los primeros días de carga, la fatiga no suele ser un factor determinante en el comportamiento de la mezcla

131 BASES ESTABILIZADAS CON CAL CENIZA VOLANTE Relación entre los niveles de esfuerzo y el número ciclos hasta la fractura para una mezcla típica de agregado cal - ceniza

132 BASES ESTABILIZADAS CON ADITIVOS ESTABILIZACIÓN DE SUELOS CON CEMENTO

133 BASES ESTABILIZADAS CON CEMENTO Suelo modificado con cemento DEFINICIONES Suelo o agregado tratado con una cantidad relativamente baja de cemento, para corregirle alguna propiedad indeseable como la plasticidad o la susceptibilidad a cambios volumétricos. Se usan contenidos de cemento significativamente menores que en las mezclas de suelo cemento Suelo cemento Material endurecido obtenido por el curado de una mezcla íntima de suelo pulverizado, cemento Portland y agua. Su contenido de cemento es suficiente para superar las pruebas de durabilidad

134 BASES ESTABILIZADAS CON CEMENTO DISEÑO DE LAS MEZCLAS Las estabilizaciones con ligantes hidráulicos (cemento, cal y mezclas de ellos con cenizas volantes) se diseñan con criterios de resistencia a la compresión y de durabilidad ENSAYOS USADOS EN COLOMBIA PARA EL DISEÑO DE MEZCLAS DE SUELO CEMENTO

135 DISEÑO DE MEZCLAS DE SUELO CEMENTO CONTENIDOS PROBABLES DE CEMENTO PARA CAPAS DE BASE ESTABILIZADAS

136 DISEÑO DE MEZCLAS DE SUELO CEMENTO ENSAYO DE DENSIDAD PROCTOR NORMAL PARA DETERMINAR LA HUMEDAD ÓPTIMA

137 DISEÑO DE MEZCLAS DE SUELO CEMENTO PREPARACIÓN DE PROBETAS CON DIFERENTES PORCENTAJES DE CEMENTO PARA ENSAYOS DE COMPRESIÓN Y DURABILIDAD Compactación de probetas con la humedad óptima Curado de las probetas en cámara húmeda

138 DISEÑO DE MEZCLAS DE SUELO CEMENTO ENSAYO DE COMPRESIÓN SIMPLE A LOS SIETE DÍAS DE CURADO Inmersión en agua 5 horas Rotura por compresión

139 DISEÑO DE MEZCLAS DE SUELO CEMENTO DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE CEMENTO PARA OBTENER LA RESISTENCIA ESPECIFICADA

140 DISEÑO DE MEZCLAS DE SUELO CEMENTO ENSAYO DE HUMEDECIMIENTO Y SECADO Se realizan doce ciclos de durabilidad, consistente cada uno de ellos en: 1. Inmersión en agua 5 horas 2. Secado en horno a 72º C por 42 horas 3. Reposo 1 hora y cepillado general

141 DISEÑO DE MEZCLAS DE SUELO CEMENTO ENSAYO DE HUMEDECIMIENTO Y SECADO Se secan las probetas, se pesan y se calculan las pérdidas de peso de cada una

142 DISEÑO DE MEZCLAS DE SUELO CEMENTO DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE CEMENTO PARA LAS MÁXIMAS PÉRDIDAS DE PESO ESPECIFICADAS

143 DISEÑO DE MEZCLAS DE SUELO CEMENTO CRITERIOS DE DISEÑO DE MEZCLAS PARA BASES ESTABILIZADAS CON LIGANTES HIDRÁULICOS RESISTENCIA MÍNIMA A 7 DÍAS PARA ESTABILIZACIÓN CON CEMENTO Y A 28 DÍAS PARA ESTABILIZACIONES CON CAL, CAL- CENIZA Y CEMENTO - CAL - CENIZA Capa INVIAS US AIR FORCE Base 450 psi 750 psi Subbase psi REQUERIMIENTOS DE DURABILIDAD (PÉRDIDAS MÁXIMAS ADMISIBLES LUEGO DE 12 CICLOS DE HUMEDECIMIENTO Y SECADO) Tipo de suelo INVIAS US AIR FORCE Granular IP<=10 14% 11% Granular IP>10 10% 8% Limos 10% 8% Arcillas 7% 6%

144 EVOLUCION DE LA RESISTENCIA A COMPRESIÓN DE LAS MEZCLAS DE SUELO CEMENTO CON EL TIEMPO

145 DISEÑO DE MEZCLAS DE SUELO CEMENTO EVOLUCION DE LA RESISTENCIA A COMPRESIÓN DE LAS MEZCLAS DE SUELO CEMENTO CON EL TIEMPO f ' c ( t) f ' c (28) a t b * t t = tiempo en días a, b = coeficientes experimentales

146 BASES ESTABILIZADAS CON CEMENTO CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES ESTABILIZADOS CON CEMENTO, CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS 1. Módulo elástico de las mezclas de suelo cemento En general, el comportamiento esfuerzo - deformación de los suelos estabilizados con cemento es no lineal y dependiente del esfuerzo Sin embargo, para muchos suelos y niveles de estabilización, y dentro de rangos limitados, se puede asumir que el material es linealmente elástico bajo carga repetida

147 BASES ESTABILIZADAS CON CEMENTO CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES ESTABILIZADOS CON CEMENTO, CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS 1. Módulo elástico de las mezclas de suelo cemento El módulo suele variar entre 35,000 kg/cm 2 y 70,000 kg/cm 2, dependiendo del tipo de suelo, del nivel del tratamiento, del tiempo de curado, del contenido de agua y de las condiciones de ensayo. Los suelos finos estabilizados presentan valores más próximos al límite inferior del rango, en tanto que los granulares estabilizados exhiben los valores más altos

148 BASES ESTABILIZADAS CON CEMENTO CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES ESTABILIZADOS CON CEMENTO, CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS 1. Módulo elástico de las mezclas de suelo cemento Fórmula de Lim & Zollinger (válida para resistencias a compresión entre 200 y 2,000 libras/pg 2 ) 1.5 E( t) 4.38* w * f ( t) 0.75 E(t) = módulo de elasticidad en psi, en el tiempo t w = densidad de la mezcla compactada en libras/pie 3 f c (t) = resistencia a compresión en psi, en el tiempo t ' c

149 BASES ESTABILIZADAS CON CEMENTO CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES ESTABILIZADOS CON CEMENTO, CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS 1. Módulo elástico de las mezclas de suelo cemento Fórmula de Illinois DOT E (ksi) = f c f c = resistencia a compresión (libras/pg 2 )

150 BASES ESTABILIZADAS CON CEMENTO CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES ESTABILIZADOS CON CEMENTO, CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS 2. Comportamiento a la fatiga Las curvas de fatiga de las mezclas de suelo cemento se describen generalmente mediante ecuaciones de relación de esfuerzos (relación entre el esfuerzo aplicado y la resistencia última a la flexión de la mezcla) RE = a + b*log N RE = relación de esfuerzos N = número de ciclos de carga hasta la fatiga a,b = coeficientes experimentales

151 BASES ESTABILIZADAS CON CEMENTO CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES ESTABILIZADOS CON CEMENTO, CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS 2. Comportamiento a la fatiga (cont.)

152 BASES ESTABILIZADAS CON CEMENTO CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES ESTABILIZADOS CON CEMENTO, CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS 2. Comportamiento a la fatiga (cont.)

153 BASES ESTABILIZADAS CON ADITIVOS BASES ESTABILIZADAS CON ASFALTO

154 BASES ESTABILIZADAS CON ASFALTO Productos asfálticos adecuados para la estabilización La estabilización de suelos es un proceso que se realiza a temperatura ambiente, lo que exige el uso de un asfalto que, bajo tal condición, presente una consistencia apropiada para la mezcla con el suelo Esta característica se logra con 2 productos asfálticos: Emulsión asfáltica Asfalto espumado

155 BASES ESTABILIZADAS CON ASFALTO EMULSIÓN ASFÁLTICA Dispersión homogénea de pequeños glóbulos de cemento asfáltico cubiertos por un emulsificante, dentro de una fase continua acuosa El emulsificante es un producto que disminuye la tensión entre el asfalto y el agua, permitiendo que el asfalto se mantenga disperso en el agua en forma de pequeños glóbulos Las moléculas del emulsificante tienen un extremo de naturaleza orgánica que es afín con el asfalto y otro cargado eléctricamente que manifiesta afinidad por el agua. Si esta carga es negativa, la emulsión es aniónica, mientras que si es positiva, la emulsión se denomina catiónica

156 BASES ESTABILIZADAS CON ASFALTO EMULSIÓN ASFÁLTICA Las emulsiones catiónicas exhiben un comportamiento satisfactorio frente a la mayoría de los agregados pétreos, motivo por el cual son las más utilizadas El tipo y cantidad del agente emulsificante determinan en gran medida la velocidad con la cual se produce la rotura de la emulsión (separación de las dos fases) Existen emulsiones de rotura rápida (RR), de rotura media (RM) y de rotura lenta (RL) Las emulsiones apropiadas para la estabilización de suelos son las de rotura lenta

157 BASES ESTABILIZADAS CON ASFALTO ASFALTO ESPUMADO El asfalto espumado se forma por la inyección de una pequeña cantidad de agua fría ( del orden de 2% del peso del asfalto) y aire comprimido a una masa de cemento asfáltico caliente Al entrar el agua en contacto con el asfalto caliente se convierte en vapor, el cual queda atrapado dentro de diminutas burbujas de asfalto, formándose una espuma de gran volumen Después de algunos segundos, la espuma se enfría y el vapor en las burbujas se condensa causando el colapso y la desintegración de la espuma. Entonces, el cemento asfáltico recupera tanto su volumen inicial como sus propiedades reológicas originales

158 BASES ESTABILIZADAS CON ASFALTO CARACTERIZACIÓN DEL ASFALTO ESPUMADO El asfalto espumado se caracteriza mediante 2 parámetros empíricos: Relación de expansión: Relación entre el volumen máximo del asfalto en su estado espumado y el volumen del asfalto una vez que la espuma ha colapsado completamente Vida media: Es el tiempo requerido (en segundos) para que la espuma baje hasta la mitad del volumen máximo alcanzado

159 BASES ESTABILIZADAS CON ASFALTO CARACTERIZACIÓN DEL ASFALTO ESPUMADO Una Relación de Expansión alta permite esperar una menor viscosidad del cemento asfáltico y, por lo tanto, una mejor dispersión en el suelo o material pétreo con el cual se mezcla Una Vida Media prolongada, implica un mayor tiempo disponible para la realización de la mezcla con el suelo o agregado, mientras el cemento asfáltico aun permanece en forma de espuma. Se considera que el mejor espumado es aquel que optimiza tanto la Relación de Expansión como la Vida Media

160 BASES ESTABILIZADAS CON ASFALTO Optimización de la Relación de Expansión y de la Vida Media de un asfalto espumado

161 BASES ESTABILIZADAS CON ASFALTO CARACTERIZACIÓN DEL ASFALTO ESPUMADO La Relación de Expansión y la Vida Media se encuentran muy influenciadas tanto por la cantidad de agua inyectada, como por la temperatura del asfalto durante el proceso de espumado A mayores temperaturas de espumado y mayor cantidad de agua se incrementa la Relación de Expansión pero se reduce la Vida Media Las Especificaciones del INVÍAS exigen: Relación de Expansión 10 Vida Media 10 segundos

162 BASES ESTABILIZADAS CON ASFALTO Influencia de la temperatura y del contenido de agua sobre la Relación de Expansión y sobre la Vida Media de un asfalto espumado

163 BASES ESTABILIZADAS CON ASFALTO MECANISMOS DE LA ESTABILIZACIÓN CON ASFALTO Suelos de grano fino El mecanismo básico envuelto en la estabilización de estos suelos con asfalto es el de impermeabilización Como el suelo posee cohesión, la función del asfalto es formar una membrana que impide la penetración del agua, previniendo cambios de volumen del suelo y reducciones en su resistencia y su módulo de elasticidad

164 BASES ESTABILIZADAS CON ASFALTO MECANISMOS DE LA ESTABILIZACIÓN CON ASFALTO Materiales granulares En la estabilización de materiales granulares donde ya existe aporte friccional, el asfalto involucra dos mecanismos: Impermeabilización: Crea una membrana que previene o dificulta la entrada del agua, reduciendo la tendencia del material a perder resistencia y módulo en presencia de agua Adhesión: Brinda al agregado la cohesión de la cual carece, aumentando la resistencia al corte y a la flexión, así como el módulo elástico

165 BASES ESTABILIZADAS CON ASFALTO FACTORES QUE AFECTAN EL RESULTADO DE UNA ESTABILIZACIÓN CON ASFALTO Algunos de estos factores coinciden con aquellos que afectan otros tipos de estabilizaciones: (1) tipo de estabilizante, (2) tipo y gradación del suelo, (3) densidad de la mezcla compactada y (4) curado y/o condiciones de envejecimiento de la mezcla Otros factores, por el contrario, son típicos de este tipo de estabilizaciones, debido al carácter termo-viscoelástico del asfalto: Temperatura de ejecución de los ensayos Velocidad de aplicación de las cargas en los ensayos

166 BASES ESTABILIZADAS CON ASFALTO BASES ESTABILIZADAS CON EMULSIÓN ASFÁLTICA

167 SUELOS ADECUADOS PARA ESTABILIZAR CON EMULSIÓN ASFÁLTICA Suelos de grano fino BASES ESTABILIZADAS CON EMULSIÓN ASFÁLTICA La posibilidad de estabilizar suelos de grano fino con asfalto depende de su plasticidad y de la cantidad de material que pasa el tamiz # 200 Un exceso de partículas finas se traduce en una superficie específica muy grande, que exigiría una proporción considerable de asfalto para cubrir la superficie de todas las partículas

168 SUELOS ADECUADOS PARA ESTABILIZAR CON EMULSIÓN ASFÁLTICA Suelos de grano fino BASES ESTABILIZADAS CON EMULSIÓN ASFÁLTICA

169 BASES ESTABILIZADAS CON EMULSIÓN ASFÁLTICA SUELOS ADECUADOS PARA ESTABILIZAR CON EMULSIÓN ASFÁLTICA Materiales granulares

170 BASES ESTABILIZADAS CON EMULSIÓN ASFÁLTICA REQUISITOS DE LAS EMULSIONES ASFÁLTICAS PARA ESTABILIZACIÓN DE SUELOS

171 BASES ESTABILIZADAS CON EMULSIÓN ASFÁLTICA DISEÑO DE LAS MEZCLAS Los métodos de diseño de mezclas con emulsiones asfálticas utilizan la durabilidad como criterio de comportamiento de la mezcla después de compactada y curada La mayoría de los métodos incluyen la determinación de la pérdida de capacidad resistente de la mezcla después de un período de inmersión en agua, comparando la resistencia luego de inmersión con la resistencia inicial Existen muchos métodos para el diseño de mezclas con emulsiones asfálticas

172 BASES ESTABILIZADAS CON EMULSIÓN ASFÁLTICA DISEÑO DE LAS MEZCLAS

173 BASES ESTABILIZADAS CON EMULSIÓN ASFÁLTICA Esquema del ensayo de extrusión sobre probetas de suelo emulsión (norma INV E-812)

174 BASES ESTABILIZADAS CON EMULSIÓN ASFÁLTICA DISEÑO DE LA MEZCLA POR EL MÉTODO DE INMERSIÓN COMPRESIÓN 1. Determinación de la humedad óptima de compactación

175 BASES ESTABILIZADAS CON EMULSIÓN ASFÁLTICA DISEÑO DE LA MEZCLA POR EL MÉTODO DE INMERSIÓN - COMPRESIÓN 2. Determinación del contenido óptimo teórico de ligante Fórmula Duriez L K 5 % L % de asfalto residual K módulo de riqueza ( ) Superficie específica (0.17G 0.33g 2.30S 12s 135 f ) /100 G % partículas mayores de 10 mm g % partículas entre 5mm y 10 mm S % partículas entre mm y 5 mm s % partículas entre 0.08 mm y mm f % partículas menores de 0.08 mm

176 BASES ESTABILIZADAS CON EMULSIÓN ASFÁLTICA DISEÑO DE LA MEZCLA POR EL MÉTODO DE INMERSIÓN COMPRESIÓN 3. Elaboración de mezclas Se elaboran mezclas con diferentes cantidades de emulsión, correspondientes a porcentajes de ligante por encima y debajo del óptimo teórico, manteniendo el contenido óptimo de fluidos de compactación 4. Compactación de probetas Se compactan probetas de 10 cm por 10 cm de altura mediante compresión creciente hasta alcanzar 210 kg/cm 2, manteniendo esta presión durante 2 minutos (compactar seis probetas para cada contenido de ligante)

177 BASES ESTABILIZADAS CON EMULSIÓN ASFÁLTICA DISEÑO DE LA MEZCLA POR EL MÉTODO DE INMERSIÓN COMPRESIÓN 5. Curado de las probetas Desmoldado de las probetas y curado al aire durante 7 días a 25º C Separar cada juego de 6 probetas en 2 grupos para el resto del curado: Uno de los grupos se mantiene otros 7 días al aire a 25º C El otro grupo se sumerge en agua a 25º C por 7 días

178 BASES ESTABILIZADAS CON EMULSIÓN ASFÁLTICA DISEÑO DE LA MEZCLA POR EL MÉTODO DE INMERSIÓN COMPRESIÓN 6. Ensayo de compresión Al término del período de curado, se determina la densidad de las probetas y se rompen por compresión simple, promediando las resistencias para cada porcentaje de ligante (por aparte las curadas en seco y las curadas en húmedo) 7. Determinación del contenido óptimo de emulsión Se dibujan gráficas de resistencia seca, resistencia húmeda y resistencia conservada y elegir el porcentaje óptimo de emulsión, de acuerdo con el criterio de diseño

179 BASES ESTABILIZADAS CON EMULSIÓN ASFÁLTICA Representación gráfica de los resultados de un ensayo de inmersión - compresión

180 CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES ESTABILIZADOS CON EMUSIÓN ASFÁLTICA, CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS Módulo dinámico BASES ESTABILIZADAS CON EMULSIÓN ASFÁLTICA Se trata de materiales muy variables y difíciles de modelar, debido a que su rigidez varía con el período de curado, la temperatura y el tiempo de aplicación de la carga Fórmula de Finn para determinar el módulo dinámico de mezclas tratadas con emulsión asfáltica, a 25 C ln( MR 10 3 ) 0.40 m 2.46( SF) 0.015( P) 1.13 m = densidad de la mezcla, lb/pie 3 SF = proporción de arena, en peso (retenido entre tamices # 4 y # 200) P = penetración del asfalto base, 0.1 mm

181 CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES ESTABILIZADOS CON EMUSIÓN ASFÁLTICA, CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS Módulo dinámico CHEVRON desarrolló 3 tipos de mezclas con emulsión asfáltica: Tipo I: elaborada en planta con agregados procesados y con propiedades similares a las de un concreto asfáltico Tipo II: elaborada con agregados clasificados Tipo III: elaborada con arenas o limos arenosos BASES ESTABILIZADAS CON EMULSIÓN ASFÁLTICA Se determinaron los valores de sus módulos en el rango de 23º C a 38º C (73 a 100º F), luego de curado total y se compararon con los de mezclas de base de concreto asfáltico elaboradas con cementos asfálticos AC 40 y AC 5, encontrándose alta coincidencia

182 BASES ESTABILIZADAS CON EMULSIÓN ASFÁLTICA Variación del stiffness con la temperatura, para 3 tipos de mezclas con asfalto emulsificado en condición curada

183 BASES ESTABILIZADAS CON EMULSIÓN ASFÁLTICA CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES ESTABILIZADOS CON EMUSIÓN ASFÁLTICA, CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS Módulo dinámico En las mezclas con emulsión asfáltica es muy importante tener en cuenta los efectos del curado en el módulo dinámico E t = E f - (E f - E i )*RF t E t = módulo a la temperatura T y tiempo de curado t E f = módulo a la temperatura T para la mezcla totalmente curada E i = módulo a la temperatura T para la mezcla en estado no curado (inicial)

184 BASES ESTABILIZADAS CON EMULSIÓN ASFÁLTICA CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES ESTABILIZADOS CON EMUSIÓN ASFÁLTICA, CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS Módulo dinámico RF t = factor de reducción que tiene en cuenta la cantidad de curado alcanzada en el tiempo t

185 BASES ESTABILIZADAS CON EMULSIÓN ASFÁLTICA CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES ESTABILIZADOS CON EMUSIÓN ASFÁLTICA, CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS Módulo dinámico Para superar las reducidas velocidades de curado de las estabilizaciones con emulsión, se acostumbra añadir bajas proporciones de cemento (1% - 3%) que incrementan el módulo de la mezcla hasta en 200%, según la emulsión utilizada El módulo dinámico de las capas estabilizadas con emulsión asfáltica tiende a reducirse con el tiempo, a causa de la fatiga por la aplicación de las cargas del tránsito

186 BASES ESTABILIZADAS CON EMULSIÓN ASFÁLTICA VALORES TÍPICOS DE MÓDULOS DINÁMICOS PARA CAPAS ESTABILIZADAS CON EMULSIÓN ASFÁLTICA

187 BASES ESTABILIZADAS CON EMULSIÓN ASFÁLTICA CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES ESTABILIZADOS CON EMUSIÓN ASFÁLTICA, CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS Comportamiento a la fatiga El comportamiento a fatiga de las estabilizaciones con emulsión asfáltica es similar al de las mezclas bituminosas en caliente N f = Ke t -c N f = número de aplicaciones de carga hasta la falla para una deformación inicial de tensión, e t K, c = nonstantes de regresión obtenidas del análisis de los datos de la prueba de fatiga

188 BASES ESTABILIZADAS CON EMULSIÓN ASFÁLTICA CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES ESTABILIZADOS CON EMUSIÓN ASFÁLTICA, CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS Comportamiento a la fatiga El stiffness de la mezcla tiene una considerable incidencia en el resultado de la prueba de fatiga Para una determinada mezcla e iguales condiciones de temperatura y frecuencia de aplicación de carga, la curva de fatiga varía según el criterio que se elija para considerar la falla (reducción de módulo, cantidad de agrietamiento) Los resultados de fatiga en el laboratorio conducen a una estimación muy conservativa de una mezcla bituminosa, por lo cual se deben aplicar factores de desplazamiento

189 BASES ESTABILIZADAS CON EMULSIÓN ASFÁLTICA Criterio de fatiga para mezclas elaboradas con emulsiones asfálticas (CHEVRON)

190 BASES ESTABILIZADAS CON ASFALTO BASES ESTABILIZADAS CON ASFALTO ESPUMADO

191 BASES ESTABILIZADAS CON ASFALTO ESPUMADO SUELOS ADECUADOS PARA ESTABILIZAR CON ASFALTO ESPUMADO Granulometría Ackeroyd & Hicks establecieron 3 zonas en la gráfica de granulometría, fijando la conveniencia de los suelos para ser estabilizados con asfalto espumado: Zona A: el material es adecuado para estabilización en vías de tránsito pesado Zona B: el material es apropiado para estabilización en vías de tránsito liviano, pero su comportamiento puede ser mejorado con la adición de fracciones gruesas Zona C: el material es deficiente en finos y no responde bien al tratamiento, por lo que no es adecuado para estabilizar

192 BASES ESTABILIZADAS CON ASFALTO ESPUMADO Envolventes de gradación sugeridas para mezclas con asfalto espumado (Ackeroyd & Hicks)

193 SUELOS ADECUADOS PARA ESTABILIZAR CON ASFALTO ESPUMADO Plasticidad BASES ESTABILIZADAS CON ASFALTO ESPUMADO Las mezclas con asfalto espumado admiten una cantidad limitada de finos plásticos, aconsejándose que su IP no sea mayor de 6 Si se excede este valor, resulta recomendable un tratamiento previo con cal o cemento

194 DISEÑO DE LA MEZCLA BASES ESTABILIZADAS CON ASFALTO ESPUMADO

195 BASES ESTABILIZADAS CON ASFALTO ESPUMADO DISEÑO DE LA MEZCLA 1. Optimización de las propiedades del asfalto espumado Consiste en determinar, en una planta portátil de laboratorio, el porcentaje de agua que optimiza las propiedades de espumado del asfalto, de manera de asegurar los valores de Expansión y Vida Media exigidos por las especificaciones

196 BASES ESTABILIZADAS CON ASFALTO ESPUMADO Planta de laboratorio WLB 10 para espumar asfalto

197 BASES ESTABILIZADAS CON ASFALTO ESPUMADO Determinación del contenido de agua para optimizar el espumado

198 BASES ESTABILIZADAS CON ASFALTO ESPUMADO DISEÑO DE LA MEZCLA 2. Determinación del contenido óptimo de humedad Se requiere agua para espumar el asfalto, para ablandar el material, romper los grumos que puedan existir y para permitir una mejor dispersión del asfalto durante las operaciones de mezclado y de compactación en el laboratorio y en el campo Insuficiente agua reduce la trabajabilidad de la mezcla dando como resultado una mala dispersión del ligante, en tanto que su exceso alarga el tiempo de curado, reduce el cubrimiento de los agregados así como la densidad y resistencia de la mezcla compactada

199 BASES ESTABILIZADAS CON ASFALTO ESPUMADO DISEÑO DE LA MEZCLA 2. Determinación del contenido óptimo de humedad (cont.) De acuerdo con investigaciones de Mobil Oil, el contenido óptimo de humedad para la mezcla y compactación tiene lugar en un rango entre el 70 % y el 80% de la humedad óptima del Proctor Modificado de los agregados

200 BASES ESTABILIZADAS CON ASFALTO ESPUMADO DISEÑO DE LA MEZCLA 3. Elaboración de mezclas de ensayo Se elaboran mezclas con 5 porcentajes diferentes de asfalto y la cantidad óptima de fluidos de compactación Los porcentajes de asfalto se escogen en función de tipo de suelo que se va a estabilizar Si el material contiene partículas arcillosas, se le debe adicionar cal o cemento (las normas INVÍAS lo exigen cuando el producto IP*pasa tamiz # 200 > 72)

201 BASES ESTABILIZADAS CON ASFALTO ESPUMADO Rangos típicos de contenido de asfalto en mezclas con asfalto espumado (adaptado de Bowering & Martin 1976)

202 BASES ESTABILIZADAS CON ASFALTO ESPUMADO Elaboración de una mezcla de ensayo

203 DISEÑO DE LA MEZCLA 4. Compactación de probetas de ensayo BASES ESTABILIZADAS CON ASFALTO ESPUMADO Con cada una de las mezclas se elaboran seis probetas Marshall, compactándolas con 75 golpes por cara

204 5. Curado de las probetas DISEÑO DE LA MEZCLA BASES ESTABILIZADAS CON ASFALTO ESPUMADO Debido a la presencia de agua que es necesario eliminar, las mezclas con asfalto espumado desarrollan su resistencia total con el tiempo, pero requieren períodos de curado menores que en el caso de las estabilizaciones con emulsión asfáltica Las condiciones de curado de las probetas compactadas afectan severamente la resistencia final de las mezclas con asfalto espumado, por lo que conviene simular en el laboratorio un procedimiento reproducible en la obra

205 5. Curado de las probetas DISEÑO DE LA MEZCLA BASES ESTABILIZADAS CON ASFALTO ESPUMADO Probetas curadas Sección transversal de una probeta curada El asfalto se adhiere a la fracción fina creando un mortero que liga las partículas de mayor tamaño, pero no las cubre