CAPITULO VII
ESTABILIZACIÓN DE SUELOS
Por: Manuel F. Correa Morocho
7.1Definición Se llama estabilización de suelos a la mezcla de dos o más de éstos para que adquieran
las características deseadas. Se distinguen dos tipos de estabilizaciones: las mecánicas
y las químicas; en éstas se presentan reacciones de esta índole, mientras en las
primeras no.
7.2Estabilización mecánica Las estabilizaciones de tipo mecánico se presentan en tres casos:
a) Para mejorar la granulometría.
b) Para reducir la plasticidad.
c) Para aumentar el valor cementante.
7.3 Estabilización para mejorar la granulometría Cuando un material tiene una granulometría discontinua porque escasean algunos
tamaños en sus partículas y ello hace inadecuado su uso, se puede agregar otro
elemento (SUELO - CANTERA) que disminuya ese defecto o cuando no cumplen las
especificaciones de gradación. Siendo necesario conocer las proporciones en que se
deben mezclar ambos materiales. En pavimentos uno de los métodos que se usa, es el
Método del Cuadrado específicamente para mezclar dos materiales de cantera para ser
usados en la capa base, subrasante de baja estabilidad por ejemplo una arena mal
gradada. Como también en mezclas asfálticas para determinar el porcentaje de
participación del árido grueso y fino para la realización del Ensayo Mershall, etc.
El procedimiento de éste Método es el siguiente:
En el eje horizontal superior de derecha a izquierda se divide de 0 a 100 y en el eje
horizontal inferior de izquierda a derecha se divide de 0 a 100 .
En el eje vertical izquierdo se divide de 0 a 100 desde la parte inferior a la parte
superior se marcan los porcentajes acumulados del primer material ( cantera A) que
pasan por cada una de las mallas. En el eje vertical derecho se divide de 0 a 100 desde
la parte inferior a la parte superior y se marcan los porcentajes acumulados del
segundo material (cantera B) que pasan por cada una de las mallas.
Se unen los porcentajes acumulados que pasa de igual tamaño o malla de la cantera A
y contera B.
Se plotea las Especificaciones Técnicas de granulometría en el cuadrado con las mallas
de interés, generando intervalos con un mínimo y máximo porcentaje acumulado que
pasa en cada malla de especificación..
Se traza el huso granulométrico que se genera al trazar dos verticales con segmentos
opuestos más cercanos que no necesariamente coinciden con una malla común.
Se determinan los porcentajes de participación en la mezcla resultante. El porcentaje
de participación de la cantera A corresponde al eje horizontal superior y el porcentaje
de participación de la cantera B corresponde al eje horizontal inferior. Ambos
porcentajes se encuentran dentro del huso granulométrico y la sumatoria de éstos es
100%.
Algunos criterios que se tiene para elegir los porcentajes de la mezcla es la distancia
de cada cantera a la obra, volumen útil de cada cantera.
En la Tabla N° 2.5 y Figuras 2.1 y 2.2, se presenta la aplicación del método.
7.4Estabilización mecánica para disminuir la plasticidad En la naturaleza a menudo se encuentran materiales con una plasticidad ligeramente
mayor a la que marcan las normas o Especificaciones Técnicas. Entonces, si es
necesario utilizarlos en alguna capa de pavimento, se reduce esta característica para
que sean aceptables. Es una práctica común mezclarlos con arenas, cuya efectividad es
mayor cuanto más finas sean, aunque es posible utilizar también materiales con menor
plasticidad.
El Límite Líquido de la mezcla de dos canteras o más se determina de la siguiente
manera:
BA
BBAA
FBFA
LLFBLLFALL
%%%%
%%%%
El Índice Plástico de la mezcla de dos cantera o más se determina de la siguiente
manera:
%A, %B = Porcentaje de participación en la mezcla resultante de las canteras A y B
%FA, %FB = Porcentaje de finos que pasan por la malla N° 40 de cada cantera.
IPA, IPB = Índice plástico de cada cantera.
Al estabilizar los materiales para reducir su plasticidad, es posible reducir también el
costo de construcción, pues se evitan probables acarreos, largos de elementos que
cumplan por naturaleza las normas respectivas.
Dichos materiales conformantes que provienen de canteras, para ser utilizados en la
conformación de la estructura de un pavimento deberán de cumplir las siguientes
especificaciones técnicas de granulometría y plasticidad, dado por el Ministerio de
Transportes Vivienda y Construcción.
BA
BBAA
FBFA
IPFBIPFAIP
%%%%
%%%%
Tabla N° 7.1
Requerimientos Granulométricos para Base Granular
Tamiz Porcentaje que Pasa en Peso
Gradación A Gradación B Gradación C Gradación D
50 mm (2”) 100 100 --- ---
25 mm (1”) --- 75 – 95 100 1000
9.5 mm (3/8”) 30 – 65 40 – 75 50 – 85 60 – 100
4.75 mm (N° 4) 25 – 65 30 – 60 35 – 65 50 – 85
2.0 mm (N° 10) 15 – 40 20 – 45 25 – 50 40 – 70
4.25 um (N° 40) 8 – 20 15 – 30 15 – 30 25 – 45
75 um (N° 200) 2 – 8 5 – 15 5 – 15 8 – 15
Limite Liquido (%)
ASTM D4318
Menor 25
Indice Plástico (%)
ASTM D4318
N.P. o menor a 4 Dirección General de Caminos – Oficina de Control de Calidad, MTC. Primera Reunión de Capacitación y Coordinación Técnica de la DGC
AF-2000
Tabla N° 7.2: REQUISITO DE GRADACIÓN PARA TIPOS DE MEZCLAS ASFALTICAS N° I-A II-A II-B II-C II-D II-E III-A III-B III-C III-D III-E
Usos Base Sello Sello o capa
superficial
Capa Superficial
o capa ligante
Capa ligante o
Base
Capa ligante o
Base
Capa
Superficial
C. Sup. De
Nivelación o C.
Ligante
Capa
ligante
Capa ligante o
Base
Capa ligante o
Base
Espesor compactado
para capas individuales
3” – 4”
3/8”–3/4"
3/4”-1/2”
1” – 2”
1 1/2"-3”
3”-4”
3/4”-1 1/2"
1”-2”
1”-2”
1 1/2"-3”
3” – 4”
Mallas Tipo Macadam Graduación abierta Graduación gruesa
Porcentaje que pasa en peso
2 ½” 100
1 ½” 35 – 70 100 100
1” 100 70-100 100 75-100
3/4" 0-15 100 70-100 50-80 100 100 75-100 60-85
1/2" 100 70-100 100 75-100 75-100
3/8” 100 70-100 45-75 35-60 25-50 75-100 60-85 60-85 45-70 40-65
N° 4 40-85 20-40 20-40 15-35 10-30 35-55 35-55 30-50 30-50 30-50
N° 8 0-5 5-20 5-20 5-20 5-20 5-20 20-35 20-35 20-35 20-35 20-35
N° 30 10-22 10-22 5-20 5-20 5-20
N° 50 6-16 6-16 3-12 3-12 3-12
N° 100 4-12 4-12 2-8 2-8 2-8
N° 200 0-3 2-8 2-8 0-4 0-4 0-4
Cont. Normal de
asfalto
3.0 a 4,5% p.t de
mez. El lim. Sup.
Se aumenta si
agrer. Absorb
3,0 a 6,0% por peso del total de la mezcla. El límite superior
podrá aumentarse si se usa agregado absorbente
3,0 a 6,0% por peso del total de la mezcla. El límite superior
podrá aumentarse si se usa agregado absorbente
Limitaciones de
tránsito
Ninguna Ninguna Ninguna
Textura
superficial
Muy abierta y
porosa (nec.
Capa superf.)
Abierta Abierta, mediana a gruesa
Agregadorequerido La piedra, grava o
Escoria, debe ser
dura, sana y
fracturada
La piedra, grava o escoria que se emplee, debe ser dura, sana
y fracturada
La piedra, grava o escoria que se emplee, debe ser dura, sana
y fracturada
Carreteras, calles y Aeropuertos. Raúl Valler Rodas, 1976. Pag. 203 a 210 continuará....
Tabla N° 7.3: REQUISITO DE GRADACIÓN PARA TIPOS DE MEZCLAS ASFÁLTICAS
N° IV-A IV-B IV-C IV-D V-A V-B
Usos Capa
superficial
Capa
Superficial
Capa superficial
o capa ligante
Capa ligante o
base
Capa
Superficial
Capa Superficial o de
nivelación
Espesor compactado
Para capas individuales
3/4" – 1 1/2"
1” – 2”
1 1/2" – 2 1/2"
2” – 3”
3/4" – 1 1/2"
1”- 2”
Mallas Graduación cerrada Gradación fina
Porcentaje que pasa en peso
2 1/2"
1 1/2" 100
1” 100 80 – 100
3/4" 100 80 – 100 70 – 90 100
1/2" 100 80 – 100 100 85 – 100
3/8” 80 – 100 70 – 90 60 – 80 55 – 75 85 – 100
N° 4 55 – 75 50 – 70 48 – 65 45 – 62 65 – 80 65 – 80
N° 8 35 – 50 35 – 50 35 – 50 35 – 50 50 – 65 50 – 65
N° 30 18 – 29 18 – 29 19 – 30 19 – 30 25 – 40 25 – 40
N° 50 13 – 23 13 – 23 13 – 23 13 – 23
N° 100 8 – 10 8 – 10 7 – 15 7 – 15 10 – 20 10 – 20
N° 200 4 – 10* 4 – 10* 0 - 8 0 - 8 3 – 10 3 – 10
Cont. Normal
De asfalto
3,5 a 7,0% por peso del total de la mezcla. El limite superior podrá
aumentarse si se usa agregado absorbente
4,0 a 7,55 por peso del total de la mezcla. El
límite superior podrá aumentarse si se usa
agregado absorbente
Limitaciones
De tránsito
Ninguna
Para tránsito muy pasado las variaciones en los
porcentajes de os materiales tienden a efectuar
sensiblemente las mezclas. Por tanto, controlar
bien el diseño en laboratorio antes de indicar la
mezcla.
Textura superficial Mediana a fina Densa y arenosa
Agregado requerido La piedra, grava o escoria de altos hornos que se emplee, debe ser dura,
sana y fracturada.
La piedra, grava o escoria de altos hornos que se
emplee, debe ser dura, sana y
fracturada.
Carreteras, Calles y aeropuertos. Raúl Valle Rodas, 1976 Pág. 203 a 210 Continua.....
Tabla N° 7.4: REQUISITO DE GRADACIÓN PARA TIPOS DE MEZCLAS ASFÁLTICAS
N° VI – A VI – B VI – A VII - A
Usos Capa superficial Capa superficial o de nivelación, puede
usarse como base cuando el agregado
grueso es muy costoso
Capa superficial puede usarse como
base cuando el agregado grueso es
muy costoso
Capa superficial puede
usarse como base
Espesor compactado
Para capas individuales
1" – 2"
1” – 2”
1 1/2" – 1"
1/2” – 1”
Mallas Lámina de piedra Lámina de arena Lámina fina
Porcentaje que pasa en peso
1/2" 100 100
3/8" 85-100 85-100 100
N° 4 85-100 100
N° 8 65-80 65-80 80-95 95-100
N° 16 50-70 47-68 70-89 85-98
N° 30 35-60 30-55 55-80 70-95
N° 50 25-48 20-40 30-60 40-75
N° 100 15-30 10-25 10-35 20-40
N° 200 6-12 3-8 4-14 8-16
Cont. Normal
De asfalto
4,5 A 8,5% por peso del total de al mezcla. El límite superior
podrá aumentarse si se usa agregado absorbente
7,0 a 11,0 por peso del total de la
mezcla. El límite superior podrá
aumentarse si se usa agregado
absorbente.
7,5 a 12,0 por peso del total
de la mezcla. El límite
superior podrá aumentarse si
se usa agregado absorbente
Limitaciones de tránsito Ninguna
Textura superficial Densas y arenosas Densa y arenosa Densa y arenosa
Agregado requerido Bien gradado, se prefiere arenas moderadamente angulosas Bien gradado, se refiere que sea
ligeramente anguloso
Bien gradado, arena angulosa
con estabilidad natural
Aplicaciones
sugeridas
Capa superficial: para calles, campos deportivos, canchas de
tenis y pisos de fábricas. Es empleado en carreteras cuando el
agregado grueso escasea o es muy costos
Además se emplea como capa niveladora
Como capa superficial en calles. En
carreteras se usa cuando los
agregados son muy costosos
Para calles
Carreteras, Calles y Aeropuertos. Raúl Valle Rodas, 1976 Pág. 203 a 210
%B ( A + B )M = 35
%A ( A + B )M = 65
%( A + B ) ( A + B + C ) = 80%C ( A + B + C )
= 20
% A
100
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10
90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
% B
% A
% B
1”
3/4”
1/2”
3/8”
1/4”
N°4
N°10
N°20
N°40
N°60
N°100
N°200
100
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10
90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
%(A+B)
%(A+B)
% C
% C
1”
3/8”
N°4
N°10
N°40
N°200
METODO DEL CUADRADO . Tabla N° 6.5
METODO DEL CUADRADO ING. CORREA
%A ( A + B + C ) = %A ( A + B ) x %( A + B ) ( A + B + C )
100
%AM + %BM + %CM = 100
VERIFICACION
%B ( A + B + C ) = %B ( A + B ) x %( A + B ) ( A + B + C )
100
Figura 2.1 Figura 2.2
MALL
A
A B C ESPECIF. 0.65 x A 0.35 x B (A+B) 0.80 (A+B) %CM
0.20CM
%AM
0.65x0.8(A+B)
%BM
0.35x0.8(A+B)
%AM+
%BM+%CM OBS.
2¨" 100 100 100 65.00 35.00 100.00 80.00 20.00 52 28 100 OK
1" 90 40 75-95 58.50 35.00 93.50 74.80 8.00 48.65 26.18 82.8 OK
3/4" 80 100 38 52.00 35.00 87.00 69.60 7.60 45.24 24.36 77.2
1/2" 70 90 35 45.50 31.50 77.00 61.60 7.00 40.04 21.56 68.6
3/8" 60 80 30 40-75 39.00 28.00 67.00 53.60 6.00 34.84 18.76 59.6 OK
1/4" 50 75 27 32.50 26.25 58.75 47.00 5.40 30.55 16.45 52.4
N° 4 40 60 25 30-60 26.00 21.00 47.00 37.60 5.00 24.44 13.16 42.6 OK
N° 10 30 50 10 20-45 19.50 17.50 37.00 29.60 2.00 19.24 10.36 31.6 OK
N° 20 25 45 9 16.25 15.75 32.00 25.60 1.80 16.64 8.96 27.4
N°40 20 35 8 15-30 13.00 12.25 25.25 20.20 1.60 13.13 7.07 21.8 OK
N° 60 15 30 7 9.75 10.50 20.25 16.20 1.40 10.53 5.67 17.6
N° 100 10 25 5 6.50 8.75 15.25 12.20 1.00 7.93 4.27 13.2
N° 200 3 10 4 5 a 15 1.95 3.50 5.45 4.36 0.80 2.83 1.53 5.16 OK
515
15 S
F
D
D
CAPITULO VIII
SUBDRENAJE
8.1Generalidades Considerando la presencia del nivel freático superficial y el escurrimiento de aguas
superficiales en obras de Ingeniería Civil que perjudican la estabilidad de las estructuras
especialmente en épocas de invierno y/o filtraciones de agua, se debe de tener en
consideración realizar un sistema de subdrenaje con la finalidad de deprimir la napa
freática y la recuperación de las aguas superficiales por un sistema de filtros.
8.2Diseño de filtros Los filtros en general deben tener los requerimientos de granulometría compactación y
colocación par cumplir lo siguiente:
a) Los espacios entre sus partículas deben ser lo suficientemente grandes para que circule
el agua sin producir presiones de consideración.
b) Los espaciamientos entre sus partículas deben ser lo suficientemente pequeñas para
que los materiales finos que contengan los suelos en contacto con el filtro no penetren
en éste, evitando así la obstrucción del filtro y la descompactación del suelo por
arrastre de partículas.
c) Con el objeto de asegurar la eficiencia y permanencia del filtro es necesario que entre
el material natural y el material filtro y el fondo de la cimentación, se cumplan
condiciones como son prevención de erosión interna y tubificación, permeabilidad de
los materiales de filtro, minimización de fuerzas de filtración y no migración del suelo
por proteger. Para el efecto se establecen reglas dadas pro Terzaghi y Casa grande, con
la adecuación del tipo de suelo según investigación últimas.
- Para relacionar el material del suelo con el material filtrante y evitar el arrastre de
partículas:
- Para evitar que se desarrollen las fuerzas de infiltración:
- Para evitar la segregación de los materiales del filtro:
- Para garantizar la circulación en el medio poroso del filtro:
kF > 25 kS
2550
50 S
F
D
D5
85
15 S
F
D
D
2010
60 F
F
D
D
800 arenas de granos redondeados
c0 460 arenas de granos angulares
< 400 arena con limos
- Para el tubo dren:
- El porcentaje de material que pasa la malla N°200 deberá ser menor o igual al
5%.
La permeabilidad del material filtrante se determina aplicando las siguiente
expresión:
Donde:
F : Filtro
S : Suelo
K : Permeabilidad del suelo o filtro en cm/seg
D10 : Diámetro de la partícula que pasa la malla Nº10 en cm.
T : Temperatura de ambiente en ºC
n : Porosidad
8.3Filtro Granular Con las granulometrías de las muestras de suelos y las restricciones de granulometría y
permeabilidad, se debe de determinar el Huso Granulométrico del filtro granular y la
granulometría del filtro, que generalmente está conformado por un material de cantera
de origen fluvial o aluvional de partículas durables, bajo porcentaje de finos y como
tamaño máximo restringido .
Generalmente los filtros granulares se deberán colocar en capas compactadas de 0.15 m.
de espesor, con una densidad relativa de 60% a 80% y compacidad de semidensa a
densa para una densidad seca natural de 1.90 a 2.20 Tn/m3 y una relación de vacíos
promedio de 0.4 a 0.6. En caso de medir su compacidad en términos, de compactación,
éstas capas compactadas deben tener un porcentaje de compactación de 90% como
mínimo de la máxima densidad seca corregida del Próctor Modificado o Estandar.
2.185 Dagujero
D F
2
101 3.07.0 DTck
2
3011
13.0
n
ncc
PROBLEMAS PROPUESTOS
P1 Se va ha construir una carretera de 15 km, de 12.00 de ancho, el material de base es de 0.20m de espesor
compactado y estará conformado por la mezcla de dos materiales provenientes de dos Canteras. Se pide realizar
una mezcla utilizando el material de las dos canteras y la Especificación Granulométrica. La cantera A está a 10
km del punto medio del tramo a construir. La cantera B está a 40km de la obra. Se pide la granulometría y huso
de la mezcla resultante. Clasificar por SUCS y AAHSTO los materiales de cantera y la mezcla resultante indicando
su descripción.
Malla 2” 1” 3/4” 3/8” N
4
N
10
N 40 N 100 N 200 LL
%
LP
% A 100 95 85 55 50 30 15 8 6 17 15
B 100 75 70 50 20 15 10 22 19
Esp 100 30-
65
25-
65
15-
40
8-
20
2-
8
23
20
P2 Durante las exploraciones geotécnicas para la ejecución de un estudio de suelos con fines de
pavimentación para la elaboración del expediente técnico de la Calle Av. Perú – A.H. Villa María -
Chimbote, se detectó el nivel freático a 0.60 m. El pavimento será flexible y de tráfico mediano con un CBR
de la sub-razante de 12%. El suelo encontrado tiene la siguiente granulometría y plasticidad.
Malla
Nª 4 10 20 30 40 60 100 200
LL LP
%que
pasa 100 95
90 86 82 75 55 25 35 23
Se desea deprimir la napa freática con filtro granular proveniente de la cantera Guadalupito, en la cual el
material filtrante será compactado en capas de 0.15 m. de espesor. El filtro compactado tendrá una relación
de vacíos de 0.5 y expuesto a una temperatura de 20 °C. El tamaño máximo del material filtrante será de 2”,
con un C0=400, la permeabilidad del suelo es de 2*10-4 cm/seg.
Determinar el uso granulométrico del filtro granular y su granulometría, de tal manera que cumpla con los
requerimientos expuestos.
Procedimiento constructivo.
Otra alternativa de subdrenaje.