Manual de Diseño Estabilización De Suelos 1 P a g e Geo Products, LLC 8615 Golden Spike Lane Houston, TX 77086 Phone: 281.820.5493 Fax: 281.820.5499 www.geoproducts.org
Guia De Diseño Para Estabilización 3 La Solución con EnviroGrid 4 Diseñando con EnviroGrid 5 2 P a g e Instalación 8
GUIA DE DISEÑO PARA ESTABILIZACIÓN DE SUELOS Cuando las cargas del tráfico se aplican a un subsuelo, el suelo no se deformará y se no se formará surcos si la capacidad portante del suelo excede las cargas aplicadas. La fuerza del suelo es una función de las características tales como su ángulo de fricción interna, su cohesión, y su grado de compactación. La mayoría de caminos y de sistemas de estacionamientos consisten en una o más capas de materiales de relleno de buena calidad, puestos y compactados en el sitio. Los materiales de relleno permiten que el sistema soporte las cargas de tráfico que el subsuelo, por sí mismo, no podría soportar. La función de capas del material de relleno es distribuir las cargas aplicadas sobre un área mayor, de tal modo que reduzca la presión (carga dividida por el área), que se transfiere al subsuelo. El material de relleno tiene la capacidad de distribuir las cargas porque las partículas de agregado individuales se traban entre si. Las cargas aplicadas se transmiten a través del material de relleno como fuerzas verticales y horizontales. Si las fuerzas horizontales (laterales) empujan el material de relleno lateralmente, causan su desplazamiento, dando por resultado una capa más fina, menos capaz de resistir cargas adicionales lo cual conduce a su falla. Incluso un material de relleno de buena calidad, con buena capacidad de soporte y cohesión interna particular, puede ser forzado para moverse lateralmente. Un subsuelo de mala calidad, en el contacto con el material de base, no proporciona la fricción requerida en la interfaz para detener el movimiento interarticular. 3 P a g e
LA SOLUCIÓN CON ENVIROGRID Para prevenir el movimiento lateral en el fondo o dentro de la capa de base, los geo textiles o las geo mallas de alto módulo (elongación baja) se han utilizado por muchos años. Debido a su fuerza, resistencia a elongación y la estructura los geo textiles y las geo mallas son más capaces de frenar el movimiento lateral de los materiales de base con las cuales esté en contacto. Aunque son muy usados en muchos procesos de estabilización, los geo textiles y las geo mallas pueden solamente tener un efecto en el límite donde entran en contacto con el material o suelo base. La prevención del movimiento lateral de los materiales sobre y debajo de este límite todavía depende totalmente de la calidad del material de base por sí mismo. EnviroGrid toma el concepto del confinamiento a partir de dos dimensiones (longitud y ancho) y lo amplía a una tercera dimensión (profundidad). Este confinamiento vertical y horizontal de toda la profundidad de la capa de base representa un avance en la tecnología de la estabilización, y tiene implicaciones importantes sobre rentabilidad y resultados a largo plazo del proyecto. Dado que las paredes de la celda resisten el movimiento lateral, materiales de relleno de una calidad más baja, y de menor costo, pueden ser utilizados. Además, el material de relleno puede ser clasificado mas ampliamente lo cual mejora dramáticamente el drenaje del sistema, dando por resultado una vida más larga para la carretera, vía o estacionamiento. Si una parcela del estacionamiento no se pavimenta, el agua de las lluvias se filtraría en el subsuelo, eliminando posiblemente la necesidad de un sistema de retención y recolección. Otra ventaja importante del relleno utilizando EnviroGrid es la eficacia de las geoceldas para distribuir cargas aplicadas sobre un área más grande. Puesto que cada celda dentro de una sección está conectada con las Celdas colindantes, cada sección de EnviroGrid actúa como un colchón o cojín grande. EnviroGrid reduce perceptiblemente la presión aplicada al subsuelo por una carga ejercida en la superficie superior del EnviroGrid. La ventaja es que con la estabilización se puede alcanzar una cantidad mínima de material de relleno usado en conjunto con el sistema EnviroGrid. 4 P a g e
DISEÑANDO CON ENVIROGRID EnviroGrid, relleno con el material de base actúa como una capa en un sistema varias capas de una vía o carretera. Un método ampliamente aceptado, usado para analizar y diseñar un sistema de carreteras de varias capas. Es un procedimiento de dos etapas desarrollado por AASHTO (Asociación Americana Oficial de Súper-carreteras y Transporte). PRIMER PASO El ingeniero determina la fuerza total necesaria del sistema de la vía, que se llama Número Estructural (SN) requerido. El SN es una función de tres (3) factores: 1. Valor de Soporte del Suelo (SSV) La fuerza del subsuelo es determinada por uno de la variedad de métodos estándares. Con el uso de tablas de equivalencia, la fuerza del subsuelo se utiliza para seleccionar el Valor de Soporte del Suelo (SSV) 2. Carga Equivalente por Eje (EAL) Las cargas previstas de tráfico sobre la vida del sistema se tabulan. Éstos incluyen el cargamento de H 2 O (camiones 20-ton con una configuración dada de las ruedas), paneles ligeros, los automóviles, etc. Usando una tabla desarrollada por AASHTO, cada tipo de cargamento se convierte a una medida común, sola, basada en el impacto que se espera que ese cargamento infrinja al sistema del camino. La medida mas común es 18.000 libras de carga por eje y se llama Carga Equivalente por Eje (EAL) 3. Factor Regional (RF) Este factor considera la susceptibilidad del subsuelo en la ejecución de la obra a las condiciones de la humedad y de la temperatura. El factor regional, que se extiende típicamente a partir de la 0.5 a 3.0 en los cuarenta y ocho estados contiguos, se puede seleccionar de un mapa desarrollado para este propósito. El ingeniero incorpora estos tres factores en una monografía desarrollada por AASHTO que determine el SN requerido. 5 P a g e
SEGUNDO PASO Seleccione los materiales de relleno y el espesor de las capas de esos materiales a los cuales, cuando está combinado, proporcione un SN igual o mayor que el SN requerido. A cada material de relleno se le asigna un coeficiente estructural (SC), que se relaciona con la capacidad del material de distribuir cargas aplicadas. Se consideró en determinar que el SC para EnviroGrid rellenado con material granular tal como suelo arenoso es 0.35. Un material de relleno con mejor capacidad de transferencia de carga aumentaría el coeficiente estructural de EnviroGrid. En la tabla siguiente están los coeficientes estructurales para una variedad de materiales de relleno y EnviroGrid rellenados con el suelo arenoso, y el espesor equivalente de la capa resultante: EQUIVALENT LAYER THICKNESS * ASPHALTIC CONCRETE CRUSHED STONE SANDY GRAVEL LIME STABILIZED SOIL SANDY SOIL 4 EnviroGrid (SC = 0.35) 6 EnviroGrid (SC = 0.35) 8 EnviroGrid (SC = 0.35) 3.4 inches 10 inches 12.7 inches 17.5 inches 20 inches 5.1 inches 15 inches 19.1 inches 26.3 inches 30 inches 6.8 inches 20 inches 25.5 inches 35 inches 40 inches * Relleno con Suelo arenoso Multiplicando el SC de un material dado por el grueso de la capa de ese material, en pulgadas, determina la contribución de esa capa hacia el SN requerido. Por ejemplo, si el SN requerido es 2.90 y el ingeniero quisiera que la capa superior del sistema del camino fuera 2"de concreto asfaltico, podría hacer cualquiera de las selecciones siguientes para el resto de la base 1. 15" de Piedra triturada (15 x.14) + (2 x.41) = 2.92 2. 15" de Piedra triturada (15 x.14) + (2 x.41) = 2.92 6 P a g e
Alternativamente, si el ingeniero sabe cuánto de un material de relleno se utiliza normalmente en un diseño dado, puede substituir con EnviroGrid para ese material en lo referente a sus coeficientes estructurales. Por ejemplo, EnviroGrid relleno de suelo arenoso tiene cinco veces (35/.07=5) el valor de soporte del suelo arenoso sin EnviroGrid (en su libro titulado el diseñar con Geo sintéticos, cuarta edición, el profesor Roberto Koerner proporciona un ejemplo que demuestra que el uso de EnviroGrid 8 "aumenta la fuerza de sustentación del suelo arenoso 13 veces). Así, el EnviroGrid 4" relleno de suelo arenoso tiene la misma capacidad portante que 20" de suelo arenoso sin EnviroGrid. Por lo tanto, si un diseño del camino, demuestra que se requiere 18" de un relleno con suelo arenoso, el ingeniero podría deducir que EnviroGrid 4" con el mismo tipo relleno, pese a reducir el volumen requerido de material de relleno, tiene una base equivalente y más fuerte. El diseñador puede agregar los materiales de relleno locales a la tabla antes mencionada con los coeficientes estructurales apropiados de AASHTO para calcular los ahorros usando EnviroGrid. Los ejemplos de tales materiales localmente disponibles son cáscara machacada en áreas costeras, grava del río en áreas montañosas, y piedra caliza de la alta calidad en otras áreas. Una descripción completa del procedimiento de diseño de AASHTO, así como su desarrollo y software completo para el uso en diseño, está disponible de AASHTO en el teléfono (202)624-5800 o en la página Web www.aashto.org 7 P a g e
INSTALACIÓN Un equipo de dos a cuatro hombres de mano de obra semicalificada sin ningún equipo especializado instala EnviroGrid rápido y fácil. Las secciones se envían al sitio de trabajo en la forma colapsada, midiendo 12' x 5"x altura de la célula. 1. Si se requiere, excave y nivele el subsuelo a las elevaciones, a los grados, y a las dimensiones según lo definido en los planos. 2. Si el material de relleno es diferente el material de sub-base, un geotextil se debe utilizar como separador. Una tela tejida o no tejida se selecciona dependiendo de si la fuerza o la permeabilidad es importante. Desenrolle simplemente el geotextil directamente en el subsuelo, traslapando las tiras adyacentes 18"(mínimo). 3. Determine donde va a poner la primera sección de EnviroGrid y coloque las estacas en las cuatro esquinas. 4. Extienda la sección más allá de su longitud prevista y después permita que regrese. Fije la sección las estacas instaladas. Estacas adicionales deben ser colocadas a lo largo del perímetro para conseguir la extensión completa de cada celda. En situaciones donde no sea práctico utilizar estacas (suelo rocoso, etc.) un marco de instalación puede ser necesario. Las secciones adyacentes deberán ser instaladas de manera similar y empalmadas o sujetadas con grapa para hacer una cobertura continua. 5. Llene las primeras filas de celdas con un cargador o una volqueta y empuje el material de relleno en las celdas usando palas o un bulldozer. Construya una rampa con material de relleno adyacente a los bordes del EnviroGrid para permitir que el equipo suba sobre el EnviroGrid. Continúe hasta que se llenan todas las celdas. Nunca permita que cualquier equipo ruede sobre las celdas sin llenar excedentes. Sobrellene siempre todas las celdas para tener material suficiente en el proceso de compactación. 6. Después, es necesario compactar el sistema de EnviroGrid. El método más común de compactación es a través de pasos múltiples del equipo pesado para el tendido del material de relleno. Un rodillo vibrador y/o agua pueden ser requeridos para alcanzar el nivel especificado de compactación. 7. Una vez que se llenen las celdas y se compacte el sistema, la base con EnviroGrid está lista para soportar cargas del tráfico pesado. 8 P a g e Geo Products, LLC provides this information only as an accommodation to our customers. No warranty or other representation regarding the suitability of the application procedures is made due to the fact that each installation has specific requirements that may not have been considered in this generalized procedure. Geo Products, LLC makes no warranties or representations regarding the suitability of its EnviroGrid for specific uses or applications. Our liability is limited to furnishing, without charge, a replacement for any EnviroGrid that is proven defective under normal use and service.