influencia de estabilizantes para subrasantes, en la

INFLUENCIA DE ESTABILIZANTES PARA SUBRASANTES, EN LA MIGRACIÓN

DE AGUA EN SUELOS NO SATURADOS

JULY BARRIGA CASTILLO

EDWIN ISAIAS AMAYA MENDOZA

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES

FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL

MAESTRIA EN INGENIERIA CIVIL

2010

INFLUENCIA DE ESTABILIZANTES PARA SUBRASANTES, EN LA MIGRACIÓN

DE AGUA EN SUELOS NO SATURADOS

JULY BARRIGA CASTILLO

EDWIN ISAIAS AMAYA MENDOZA

TRABAJO DE TESIS PRESENTADO PARA OPTAR AL TÍTULO DE MAESTRÍA EN

INGENIERÍA CIVIL

DIRECTOR

ING. PhD. BERNARDO CAICEDO HORMAZA

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES

FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL

MAESTRIA EN INGENIERIA CIVIL

2010

AGRADECIMIENTOS

Agradecemos a las empresas Del Rio y a Secsa S.A. en especial a los Ingenieros Ricardo Dussan y a

John Orduz por su asesoría y colaboración, al grupo de trabajo del Laboratorio de Suelos y

Pavimentos de la Universidad de los Andes, y al Ingeniero Bernardo Caicedo, director de este

trabajo.

iv

TABLA DE CONTENIDO

1 INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................ 1-1

2 OBJETIVOS ................................................................................................................................ 2-1

2.1 OBJETIVO GENERAL .......................................................................................................... 2-1

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................................................... 2-1

3 MARCO TEÓRICO ...................................................................................................................... 3-1

3.1 MÉTODO GTR ................................................................................................................... 3-1

3.1.1 Características Granulométricas .............................................................................. 3-1

3.1.2 Características Plásticas ........................................................................................... 3-2

3.1.3 Características de Estado ......................................................................................... 3-2

3.2 SUCCION ........................................................................................................................... 3-7

3.2.1 Antecedentes y Definiciones .................................................................................... 3-7

3.2.2 Medición de la Succión ............................................................................................. 3-9

3.2.3 Métodos para medir la succión .............................................................................. 3-10

3.3 ESTABILIZACIÓN Y PRODUCTOS ESTABILIZANTES .......................................................... 3-11

3.3.1 Estabilización con cemento .................................................................................... 3-11

3.3.2 Estabilización con cal .............................................................................................. 3-12

3.3.3 Estabilización con productos asfálticos (emulsión) ................................................ 3-12

3.3.4 Estabilización con cemento aditivado .................................................................... 3-13

3.3.5 Materiales asfálticos no convencionales ................................................................ 3-13

3.3.6 Estabilizantes electroquímicos ............................................................................... 3-14

3.3.7 Productos hidrofobantes ........................................................................................ 3-15

4 PROGRAMA DE ENSAYOS ......................................................................................................... 4-1

4.1 EQUIPO ............................................................................................................................. 4-1

4.2 REFERENCIA DE ENSAYOS ................................................................................................ 4-2

4.3 PLAN DE ENSAYOS ............................................................................................................ 4-3

4.4 ENSAYO DE SUCCIÓN ....................................................................................................... 4-6

5 RESULTADOS ............................................................................................................................ 5-1

5.1 MUESTREO REALIZADO .................................................................................................... 5-1

v

5.2 RESUMEN DE RESULTADOS .............................................................................................. 5-2

5.2.1 Suelo Altiplano Cundiboyacense .............................................................................. 5-2

5.2.2 Suelo Eje Cafetero .................................................................................................. 5-11

5.2.3 Suelo Llanos Orientales .......................................................................................... 5-19

6 ANÁLISIS DE RESULTADOS ........................................................................................................ 6-1

7 CONCLUSIONES ........................................................................................................................ 7-1

8 BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................................... 8-1

LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Clases de la capacidad portante de la subrasante.............................................................. 3-5

Tabla 2. Valores de la succión ........................................................................................................ 3-10

Tabla 3. Plan de ensayos de laboratorio .......................................................................................... 4-3

Tabla 4. Ensayos previos y clasificación ........................................................................................... 5-1

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Clasificación Granulométrica ............................................................................................. 3-1

Figura 2. Clasificación de materiales por su naturaleza ................................................................... 3-2

Figura 3. Clasificación por estado..................................................................................................... 3-3

Figura 4. Clasificación por estado para suelos finos (A) .................................................................. 3-4

Figura 5. Psicrómetro de punto de rocío WP4-T .............................................................................. 4-1

Figura 6. Esquema del WP4 – T ........................................................................................................ 4-2

Figura 7. Tamizado de material ........................................................................................................ 4-3

Figura 8. Material tamizado ............................................................................................................. 4-3

Figura 9. Colocación del material en la prensa ................................................................................ 4-5

Figura 10. Obtención de la probeta ................................................................................................. 4-5

vi

Figura 11. Probeta final .................................................................................................................... 4-5

Figura 12. Probeta final .................................................................................................................... 4-5

Figura 13. Probetas A2 m .................................................................................................................. 4-6

Figura 14. Probetas A4 s ................................................................................................................... 4-6

Figura 15. Probetas A4 h ................................................................................................................... 4-6

Figura 16. División de probetas ........................................................................................................ 4-6

Figura 17. Obtención de muestras ................................................................................................... 4-6

Figura 18. Muestras finales para el WP4-T ...................................................................................... 4-7

Figura 19. Muestras en el WP4-T .................................................................................................... 4-7

Figura 20. Variación de la Humedad Vs. Succión a 4 horas ............................................................. 5-2

Figura 21. Variación de la Humedad Vs. Succión a 8 horas ............................................................. 5-3

Figura 22. Variación de la Humedad Vs. Succión a 24 horas ........................................................... 5-3

Figura 23. Variación del Tiempo Vs. Succión en el suelo natural por capas .................................... 5-4

Figura 24. Variación del Tiempo Vs. Succión en el suelo con Permazyme por capas ...................... 5-4

Figura 25. Variación del Tiempo Vs. Succión en el suelo con Terrazyme por capas ........................ 5-5

Figura 26. Variación del Tiempo Vs. Succión en el suelo con Cemento por capas .......................... 5-5

Figura 27. Variación de la Succión Vs. N° Capas en el suelo natural ................................................ 5-6

Figura 28. Variación de la Succión Vs. N° Capas en el suelo con Permazyme ................................. 5-6

Figura 29. Variación de la Succión Vs. N° Capas en el suelo con Terrazyme ................................... 5-7

Figura 30. Variación de la Succión Vs. N° Capas en el suelo con Cemento ...................................... 5-7

Figura 31. Variación de la Humedad Vs. N° Capas en el suelo natural ............................................ 5-8

Figura 32. Variación de la Humedad Vs. N° Capas en el suelo con Permazyme .............................. 5-8

Figura 33. Variación de la Humedad Vs. N° Capas en el suelo con Terrazyme ................................ 5-9

Figura 34. Variación de la Humedad Vs. N° Capas en el suelo con Cemento .................................. 5-9

Figura 35. Variación en el tiempo del peso de las probetas con cada estabilizante...................... 5-10

Figura 36. Variación de la raíz tiempo y el peso de las probetas con cada estabilizante .............. 5-10



Figura 39. Variación de la Humedad Vs. Succión a 24 horas ......................................................... 5-12

Figura 40. Variación del Tiempo Vs. Succión en el suelo natural por capas .................................. 5-12

Figura 41. Variación del Tiempo Vs. Succión en el suelo con Permazyme por capas .................... 5-13

Figura 42. Variación del Tiempo Vs. Succión en el suelo con Terrazyme por capas ...................... 5-13

vii

Figura 43. Variación del Tiempo Vs. Succión en el suelo con Cemento por capas ........................ 5-14

Figura 44. Variación de la Succión Vs. N° Capas en el suelo natural .............................................. 5-14

Figura 45. Variación de la Succión Vs. N° Capas en el suelo con Permazyme ............................... 5-15

Figura 46. Variación de la Succión Vs. N° Capas en el suelo con Terrazyme ................................. 5-15

Figura 47. Variación de la Succión Vs. N° Capas en el suelo con Cemento .................................... 5-16

Figura 48. Variación de la Humedad Vs. N° Capas en el suelo natural .......................................... 5-16

Figura 49. Variación de la Humedad Vs. N° Capas en el suelo con Permazyme ............................ 5-17

Figura 50. Variación de la Humedad Vs. N° Capas en el suelo con Terrazyme .............................. 5-17

Figura 51. Variación de la Humedad Vs. N° Capas en el suelo con Cemento ................................ 5-18





Figura 56. Variación de la Humedad Vs. Succión a 24 horas ......................................................... 5-21

Figura 57. Variación del Tiempo Vs. Succión en el suelo natural por capas .................................. 5-21

Figura 58. Variación del Tiempo Vs. Succión en el suelo con Permazyme por capas .................... 5-22

Figura 59. Variación del Tiempo Vs. Succión en el suelo con Terrazyme por capas ...................... 5-22

Figura 60. Variación del Tiempo Vs. Succión en el suelo con Cemento por capas ........................ 5-23

Figura 61. Variación de la Succión Vs. N° Capas en el suelo natural .............................................. 5-23

Figura 62. Variación de la Succión Vs. N° Capas en el suelo con Permazyme ............................... 5-24

Figura 63. Variación de la Succión Vs. N° Capas en el suelo con Terrazyme ................................. 5-24

Figura 64. Variación de la Succión Vs. N° Capas en el suelo con Cemento .................................... 5-25

Figura 65. Variación de la Humedad Vs. N° Capas en el suelo natural .......................................... 5-25

Figura 66. Variación de la Humedad Vs. N° Capas en el suelo con Permazyme ............................ 5-26

Figura 67. Variación de la Humedad Vs. N° Capas en el suelo con Terrazyme .............................. 5-26

Figura 68. Variación de la Humedad Vs. N° Capas en el suelo con Cemento ................................ 5-27



Figura 71. Variación de la succión con la humedad ....................................................................... 5-28

MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

1-1

1 INTRODUCCIÓN

En la actualidad, los sistemas tradicionales de mantenimiento y construcción de vías por su alto

costo y escasez de materiales competentes, han generado motivación para desarrollar nuevas

tecnologías que hacen posible la utilización de materiales in situ con el mejoramiento de los

mismos.

No es un hecho moderno la implementación de procesos de estabilización de suelos, que por

cierto son métodos que vienen de la antigüedad y con el tiempo se han ido actualizando; las de

mayor tiempo son combinadas con el uso del cemento y otros productos químicos; las recientes

han llegado al punto que solo necesitan agua para ser aplicadas y por sus características

multienzimáticas de su fabricación son ecológicas y no contaminan.

Teniendo en cuenta que en nuestro país se tienen como objetivos articular y viabilizar las

actividades productivas de las regiones y mejorar la calidad de vida de la población, en las zonas

de mayor conflicto y más alta presencia de cultivos ilícitos, los proyectos de carreteras en estas

zonas, están orientados al mejoramiento de vías secundarias y terciarias, a través de la

construcción de obras que garanticen la transitabilidad permanente, pero sin altos costos de

inversión.

En estos nuevos proyectos se busca optimizar los escasos recursos presupuestales y por medio del

desarrollo de las nuevas tecnologías en la construcción de carreteras con técnicas alternas a las

tradicionales, se busca colaborar con el mejoramiento de las vías de bajo tráfico que son los

medios que llevan a regiones de gran impacto socioeconómico.

Concientes de la limitación y disponibilidad de materiales óptimos para la construcción y

mantenimiento de vías y los altos costos que esto implica, se ha considerado la aplicación de

tecnologías para buscar el ahorro en el costo de operación y mantenimiento de las vías en nuestro

país. Es por esto que se requiere de manera apremiante desarrollar el conocimiento que se

MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

1-2

necesita para implementar nuevas tecnologías en las que se hayan demostrado sus ventajas

técnicas y económicas.

En nuestro país, el Ministerio de Transporte y el Instituto Nacional de Vías han venido trabajando

en el proyecto de elaboración de las especificaciones de construcción y normas de ensayos de

materiales para carreteras de las redes secundaria y terciaria de Colombia, y así apoyar a la

Ingeniería Colombiana en este proceso de tecnificación.

En el 2003 se desarrolló por el Centro de Investigaciones en Materiales y Obras Civiles – CIMOC -

de la Universidad de Los Andes, para el Ministerio de Transporte y el Instituto Nacional de Vías, un

estudio en el que se desarrolla las especificaciones de construcción de las vías secundarias y

terciarias, así como las normas de ensayo de laboratorio de materiales para este tipo de obras con

el fin de conformar una reglamentación de aplicabilidad nacional basada en criterios técnicos,

tecnológicos y científicos que permitirán optimizar los recursos con que se cuenta tanto a nivel

nacional como regional. El estudio de las diferentes alternativas se desarrolló con base en un

programa experimental que comprende tanto ensayos de laboratorio como pruebas sobre

estructuras de pavimento completas sometidas a cargas mediante carrusel de fatiga, utilizando

materiales y condiciones locales para diferentes zonas del país.

Tomando como base este estudio, se analizó una característica que anteriormente no había sido

tenido en cuenta en los ensayos de laboratorio, y es la succión. Se tomaron materiales de tres

zonas del país, Eje Cafetero (Manizales), Altiplano Cundiboyacense (Bogotá) y Piedemonte y Llanos

Orientales (Villavicencio) y con el uso de Estabilizantes con Cemento, Estabilizantes

Electroquímicos (Permazyme) y Productos Hidrofobantes (Terrazyme), se llevó a cabo una

comparación del comportamiento en la succión de materiales en su estado natural y estabilizado.

MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

2-1

2 OBJETIVOS

2.1 OBJETIVO GENERAL

• Verificar la variación de la capacidad de absorción de agua en materiales de subrasante al

aplicar tratamientos estabilizantes mediante la medición de la succión.

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Investigar las nuevas tecnologías que están siendo aplicadas en proyectos viales tanto a

nivel nacional como internacional, especialmente en la estabilización de subrasantes y

materiales granulares.

• Comprobar mediante ensayos de laboratorio las especificaciones y características de

dichos productos empleados como tecnologías alternativas.

• Complementar el trabajo realizado por varias instituciones relacionado con la evaluación

de propiedades físicas, químicas y mecánicas de los productos disponibles en el país para

estabilización de vías.

• Complementar la información existente con nueva tecnología de laboratorio y el empleo

de estabilizantes en materiales característicos de las zonas seleccionadas; que permitan en

la posterioridad a otros investigadores, desarrollar especificaciones de construcción de

vías secundarias y terciarias.

• Investigar teóricamente el fenómeno de la succión y la influencia con estabilizantes.

• Emplear el “Manual Práctico para el empleo de materiales en la construcción de

terraplenes”, publicado en Francia por el LCPC y el SETRA en septiembre de 2003; tanto

para la clasificación de suelos como para determinar si se pueden usar o no en

terraplén.

MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

3-1

3 MARCO TEÓRICO

3.1 MÉTODO GTR

En el “Manual práctico para el empleo de materiales naturales en la construcción de terraplenes”

publicado en Francia por el LCPC y el SETRA en septiembre de 2003, se desarrolló el Método GTR

que permite la clasificación de suelos de acuerdo a criterios que permiten definir posibilidades y

modalidades de utilización en la construcción de terraplenes según los parámetros presentados

desde la Figura 1 a la Figura 3.

3.1.1 Características Granulométricas

Son características deducidas del análisis granulométrico de cada suelo

Figura 1. Clasificación Granulométrica

MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

3-2

3.1.2 Características Plásticas

Estas características se evalúan basadas en base a los ensayos de límites de Atterberg, valor de

azul de metileno y equivalente de arena.

Figura 2. Clasificación de materiales por su naturaleza

3.1.3 Características de Estado

El estado de humedad de un suelo se valora por la sensibilidad del agua, se basa en el valor del

índice portante inmediato (IPI, %) o en el valor de humedad (w, %) en un instante determinado

con respecto al contenido en agua óptimo (wopn, %) determinado por el ensayo próctor normal.

Según esto se distinguen cinco estados de humedad: ts: muy seco, s: seco, m: medio, h: húmedo, y

th: muy húmedo.

MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

3-3

Figura 3. Clasificación por estado

MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

3-4

Parámetros de naturaleza

Primer nivel de clasificación

Clase

Parámetros de naturaleza

Segundo nivel de clasificación

Sub-Clase función de la

naturalezaCaracterísticas Principales

Parámetrosy

valores límites permitidosSub-Clase

A1 IPI≤3 ó wn≥1,25wopt A1th

3<IPI≤8 ó 1,10wopt≤wn<1,25wopt A1h

8<IPI≤25 ó 0,9wopt≤wn<1,10wopt A1m

0,7wopt≤ wn <1,10wopt A1s

wn < 0,7wopt A1ts

A2 IPI≤2 ó Ic≤0,9 ó wn≥1,3wopt A2th

2<IPI≤5 ó 0,9<Ic≤1,05 ó 1,1wopt≤wn<1,3wopt A2h

5<IPI≤15 ó 1,05<Ic≤1,2 ó 0,9wopt≤wn<1,1wopt A2m

1,2<Ic≤1,4 ó 0,7wopt≤wn<0,9wopt A2s

Ic>1,3 ó wn<0,7wopt A2ts

A3 IPI≤1 ó Ic≤0,8 ó wn≥1,4wopt A3th

1<IPI≤3 ó 0,8<Ic≤1 ó 1,2wopt≤wn<1,4wopt A3h

3<IPI≤10 ó 1<Ic≤1,15 ó 0,9wopt≤wn<1,2wopt A3m

1,15<Ic≤1,3 ó 0,7wopt≤wn<0,9wopt A3s

Ic>1,3 ó wn<0,7wopt A3ts

A4 A4th

A4h

A4m

A4s

A4ts

El carácter medio de los suelos de esta subclase hace que sean útiles

para el empleo de una gran gama de herramientas para la explanación

o nivelación (para una humedad no muy elevada).

Cuando el IP alcanza valores >12, constituye el mejor criterio de

identificación.

Valores límites de los parámetros de estado

por definir con base en estudios específicos.Arcillas y arcillas

margosas muy

plásticas....

Arcillas y arcillas

margosas, limos muy

plásticos....

Estos suelos tienen gran cohesión a humedades medias y bajas,

mientras que en estado húmedo son pegajosos o resbaladizos, razón

por la cual se hace difícil su manipulación en el laboratorio o su uso en

la construcción. Al ser la permeabilidad de estos suelos muy reducida,

las variaciones de humedad son muy lentas in situ. Se requiere un

aumento importante en el contenido de agua para cambiar

considerablemente su consistencia.

Estos suelos cambian de consistencia por variaciones leves de

humedad, en particular cuando wn está cerca de wopt . El tiempo de

reacción a las variaciones del ambiente hídrico y climático es

relativamente corto, pero la permeabilidad puede variar en grandes

límites según la granulometría, la plasticidad y la compacidad, el

tiempo de reacción puede de todas maneras tener variaciones

considerables.

En el caso de estos suelos finos poco plásticos, a menudo se prefiere

identificarlos por el valor de azul de metileno AM , teniendo en cuenta la

imprecisión asociada a la medida del IP .

Dmax≤ 50 mm

y porcentaje que

pasa por un tamiz

de 80µm>35%

ASuelo Fino

AM ≤ 2,5

o

IP ≤ 12

Estos suelos son muy cohesivos y casi impermeables. La variación de

humedad para estos suelos es muy lenta y se presenta mediante

contracciones o expansiones importantes.

Su empleo en terraplenes o en estratos de conformación no se

recomienda pero puede eventualmente emplearse sólo si se realizan

estudios específicos basados en ensayos de campo (a escala real).

12<IP≤25

ó

2,5<AM≤6

Clasificación según la naturaleza Clasificación según el estado hídrico.

25<IP≤40

ó

6<AM≤8

Limos poco plásticos,

loess, arenas finas

poco contaminadas,

arenas poco plásticas

Arenas finas arcillosas,

limos, arcillas y marga

poco plástica,

arenas...

IP>40ó

AM>8

Figura 4. Clasificación por estado para suelos finos (A)

MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

3-5

Teniendo en cuenta que la subrasante es una capa que protege el suelo soporte de la intemperie,

que soporta el tráfico mientras se ejecuta la obra de construcción de una vía, y que

posteriormente soportará las capas de pavimento cumpliendo funciones estructurales, las

exigencias con las que se diseñe, deben cumplir criterios a corto plazo para la construcción y a

largo plazo para el diseño y verificación del comportamiento del pavimento mientras se encuentre

en servicio.

Según lo anterior, se pueden establecer categorías para calificar la parte superior de las

explanaciones (PSE) que ayudan a determinar la capacidad portante a largo plazo de la subrasante

(S) y las soluciones que se pueden llevar a cabo para mejorar las futuras estructuras soporte de

pavimento, presentadas en la siguiente Tabla.

Tabla 1. Clases de la capacidad portante de la subrasante

(PSE) Esquema Descripción Sn Comentarios

PSE 0

Suelos: A, B2, B4, B5, B6, C1 que se encuentren en un estado muy húmedo. Contexto: Zonas turbosas, pantanosas o inundables. Capacidad portante de la PSE casi nula en el momento de la construcción de la obra o en su vida útil.

S0

En este tipo de casos consiste en la búsqueda de una solución como: purga, sustitución, refuerzo con geosintéticos tratamiento con estabilizantes, etc. Esto con el fin de que se pueda mejorar la situación hasta llevar el caso a una situación S1.

PSE 1

Suelos: Materiales de clases A, B2, B4, B5, B6, C1 y ciertas rocas blandas en estado húmedo. Contexto: Subrasante en materiales sensibles al agua con mala capacidad portante en el momento de la construcción y de la colocación de la capa de conformación (A) y sin posibilidad de mejora a largo plazo (B).

S1

En este caso de PSE es conveniente lo siguiente: a) Proceder a una mejora del material hasta 0.5 m de espesor con un tratamiento principalmente con cal viva. Según el tipo de tratamiento, este caso puede convertirse en S2 o en S3 o en S4 .

b) Es posible también construir una capa de conformación en materiales insensibles al agua.

MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

3-6


PSE 2

Suelos: A, B2, B4, B5, B6, C1 y ciertas rocas blandas en estado de humedad media. Contexto: Zonas turbosas, pantanosas o inundables. Capacidad portante de la PSE casi nula en el momento de la obra o durante su vida útil.

S1

En este caso es posible realizar un trabajo de drenaje o abatimiento del nivel freático. Si este tratamiento es eficaz se puede llegar a la situación S2. Aunque si la situación climática es favorable se puede tener una buena capacidad portante de la subrasante a corto plazo, es prácticamente indispensable la construcción de la capa de conformación.

PSE 3

Suelos: Los mismos suelos que en el caso PSE 2. Contexto: PSE en materiales sensibles al agua, con buena capacidad portante en el momento de la colocación de la capa de conformación (A) pero que puede disminuir a largo plazo debido al efecto de la infiltración de las aguas lluvias.

S1

Los mismos comentarios que para la PSE 2 referentes a la construcción de un adecuado drenaje. Se clasifica como S1 en caso de no construir drenajes adecuados.

S2

Clasificación como S2 en caso de que se construya un drenaje adecuado que permita evacuar el agua de infiltración

PSE 4

Suelos: Los mismos suelos que en el caso de la PSE 1 siempre y cuando su granulometría permita el tratamiento. Contexto: PSE en materiales sensibles al agua tratados con cal o ligantes hidráulicos en un espesor de 0.3 o 0.5 m. Esta situación puede encontrarse en terraplén o en corte siempre y cuando no exista influencia desfavorable del nivel freático.

S2

En este caso es posible realizar un trabajo de drenaje o abatimiento del nivel freático. Si este tratamiento es eficaz se puede llegar a la situación S2. Aunque si la situación climática es favorable se puede tener una buena capacidad portante de la subrasante a corto plazo, es prácticamente indispensable la construcción de la capa de conformación.

PSE 5

Suelos: B1, D1 y ciertos materiales rocosos. Contexto: PSE en materiales arenosos (arena fina) insensibles al agua, sin influencia de nivel

S2

La capacidad portante de la subrasante depende fundamentalmente de la naturaleza de los materiales. Es posible clasificarla como S3

si el módulo E es superior a 120 MPa.

MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

3-7


freático pero que presenta problemas de traficabilidad.

S3

Los valores de capacidad portante a largo plazo (módulo) pueden hacerse iguales a los de corto plazo. La capa de conformación solamente es necesaria para mejorar la traficabilidad.

PSE 6

Suelos: Materiales rocosos. Contexto: PSE en gravas o rocas insensibles al agua pero que presentan problemas de nivelación y de traficabilidad.

S2 Clasificación como S3 si es mayor a 120 MPa, como S4 si E es mayor a 200 MPa.

S3 Los valores de capacidad portante a largo plazo pueden ser iguales a los de corto plazo.

S4

La capa de conformación solamente es necesaria para efectos de mejorar la traficabilidad y puede reducirse a una pequeña capa de nivelación.

Al obtener las clasificaciones de suelos, en este caso con el Método GTR y las posibles soluciones

según la capacidad portante de la subrasante, se debe pensar en el estado hídrico al momento de

construir, el cual cambia en el tiempo según las condiciones hidrológicas y las disposiciones

constructivas del proyecto. Si bien ya existen especificaciones y criterios de diseño para resolver

problemas de drenaje en vías, es necesario profundizar en el desarrollo de conceptos de variación

del contenido de humedad en la aplicación de tecnologías mejoradas a través de la investigación

de parámetros como la succión.

3.2 SUCCION

3.2.1 Antecedentes y Definiciones

En la actualidad, al realizar proyectos lineales con la limitación de la disponibilidad de materiales

óptimos para la construcción y mantenimiento de vías y los altos costos que esto implica, se ha

buscado desarrollar tecnologías para buscar el ahorro en el costo de operación y mantenimiento

MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

3-8

de las vías, que no lleven a daños ambientales que generen una explotación exagerada de

recursos. Es así como en el desarrollo de estas tecnologías de manejo de materiales para

subrasantes, se analiza el efecto que causan las variaciones de humedad sobre el comportamiento

de las capas que harán parte de la estructura vial.

El problema teórico de la succión se desarrolló por primera vez hacia 1900´s, algunos de los

investigadores que se preocuparon inicialmente por este fenómeno fueron Buckingham, Gardner y

Widtsoe, Richards, Aitchison, Schofield, Fredlund y Rahardjo, y otros, entre el año 1907 y 1988. Las

últimas investigaciones en granulares se han concentrado en los materiales granulares que hacen

parte de la estructura del pavimento. La succión se refiere comúnmente al estado de energía libre

del agua en el suelo. 1

Según Schofield, (1935), la succión vista desde el punto suelo-agua es la deficiencia de presión en

el agua de poros de algunos suelos (saturados o no saturados) que tienen la capacidad de

absorber agua si se le adiciona agua a la presión atmosférica. El término succión o potencial de

agua designa a la integrante del estado de tensiones que tiene en cuenta aquellos efectos de

superficie capaces de retener agua dentro de la estructura de un suelo. Sin su participación resulta

imposible definir el estado tensional y entender la respuesta deformacional de un suelo

parcialmente saturado. Para Blight (1965), el efecto de la succión en un suelo no saturado es

equivalente al de una presión exterior aplicada.2

Por otra parte, según Croney, (1961), existe una diferencia entre presión de poros negativa y

succión, la cual consiste en que la primera es la medida para cualquier deficiencia de la presión de

poros tomada “in situ” o en el laboratorio, con el suelo sujeto a regímenes de esfuerzos asociados

con las condiciones de carga bajo consideración, y la segunda se utiliza para denominar la

1 Figueroa Infante, Ana Sofía (2008). Complementación, ajuste y calibración para la puesta en marcha del

equipo triaxial cíclico con succión controlada para granulares en la Universidad de Los Andes. Universidad de

Los Andes.

2 Barrera Bucio, Mauricio (2002). Estudio experimental del comportamiento hidro-mecánico de suelos

colapsables. Universitat Politécnica de Catalunya.

MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

3-9

deficiencia de presión (bajo la atmosférica), medida en pequeñas muestras de suelos libres de

esfuerzos externos.3

Dentro de las definiciones sobre succión tomadas de las especificaciones generales de

construcción, INVIAS, 1996, se encuentra:

La succión matriz (hm): corresponde a la presión negativa que debe aplicarse al agua que tiene

una composición idéntica a la del suelo, para que alcance el equilibrio con ésta a través de de una

membrana semipermeable. Depende de la fuerza de atracción entre el agua y los cationes del

suelo, de las fuerzas de tensión superficial y de las cargas externas.

Succión osmótica (hs): es la presión negativa a la cual se somete el agua químicamente pura, para

que esté en equilibrio, a través de una membrana semipermeable, con el agua del suelo. Es

función de las sales disueltas en el suelo y no depende de la sobrecarga, en términos generales

este componente no se tiene en cuenta.

Succión total del suelo (h): es la presión negativa con respecto a la presión atmosférica que debe

aplicarse al agua químicamente pura que se encuentra en un depósito, para que alcance el

equilibrio con el agua del suelo a través de una membrana semipermeable (permite sólo el paso

de moléculas de agua). La succión total es igual a la suma de la succión matriz más la osmótica.

3.2.2 Medición de la Succión

Para medir la succión se emplea la unidad pF, que corresponde al logaritmo decimal de la presión

expresada en centímetros de agua. A partir de datos experimentales, se ha encontrado que el

incremento en la succión con el decrecimiento o disminución de la humedad es continuo sobre un

rango de humedad. Debido a que su valor asciende desde cero en los suelos que no absorbe más

agua, hasta miles de MPa en suelos secos, se toma una escala logarítmica conveniente para la

relación entre el contenido de agua y la succión.

3 Paternina Espitia, Bibiana (1997). Estudio de la succión en los suelos expansivos de la urbanización campo

Alegre de la ciudad de Barranquilla. Universidad de Los Andes.

MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

3-10

Según las especificaciones del INVIAS (1996), los valores típicos de la succión que se presentan en

la Tabla 2.

Tabla 2. Valores de la succión

pF Cm de agua p.s.i. Kg/cm2 KPa

0 1 0.014 1X 10-3

0-098

1 10 0.14 1X 10-2

0-98

2 102 1.42 1X 10-1

9.81

3 103 14-22 1 9.81X101

4 104 142-23 10 9.81X102

5 105 1422.32 1X 102 9.81X10

3

6 106 14223.29 1X 103 9.81X10

4

7 107 142232.94 1X 104 9.81X10

5

3.2.3 Métodos para medir la succión

Estos métodos se pueden clasificar en dos categorías, los métodos directos e indirectos y en

ambos casos se puede medir la succión matriz o la succión total.

Métodos directos: Son métodos que miden el potencial existente a determinado contenido de

humedad. Con un tiempo de respuesta menor que los métodos indirectos, ya que miden una

condición existente. Los métodos conocidos para medir la succión matriz son los métodos de

bloque de yeso, el papel filtro y punto de depresión de congelamiento. El método para medir la

succión total es el psicrómetro, el cual es presentado en el siguiente capítulo.

Métodos indirectos: Son métodos empleados para obtener la curva de retención o relación

succión vs. humedad, y son llamados así pues para determinar la succión presentan cambios en la

humedad de la muestra estudiada. Para medir la succión matriz, se usan los métodos de olla de

presión, el plato de presión, el plato de succión, la celda osmótica, el tensiómetro, el flujo

continuo, el método rápido, la centrífuga y el edómetro. Para medir la succión total se emplean los

métodos de balance de absorción y el desecador de vacío.

MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

3-11

3.3 ESTABILIZACIÓN Y PRODUCTOS ESTABILIZANTES

Se conoce la estabilización de suelos como el conjunto de procesos físicos, químicos, y físico-

químicos tendientes a modificar las propiedades de los suelos que interesan para un determinado

uso en ingeniería, haciendo que el material “suelo” sea adecuado para la utilización prevista

reemplazando a otros materiales no disponibles o más costosos.4

Según el Estudio realizado por el Centro de Investigaciones en Materiales y Obras Civiles – CIMOC

- de la Universidad de Los Andes(2003), en la estabilización se pueden encontrar técnicas variadas

y pueden ir desde la adición de otro suelo hasta la incorporación de agentes estabilizantes, siendo

estas alternativas convencionales (cemento hidráulico, cal, emulsión asfáltica) o no

convencionales (cemento hidráulico aditivado, materiales asfálticos no convencionales,

estabilizantes electroquímicos y productos hidrofobantes).

3.3.1 Estabilización con cemento

Las técnicas de estabilización con cemento se pueden clasificar en dos:

• Mejoramiento con cemento: en este tipo de tratamiento el porcentaje de cemento

aplicado es de aproximadamente el 3% en peso. El cemento se le adiciona al suelo con el

fin de mejorar sus características mecánicas pero su comportamiento es el de un material

no ligado.

• Estabilización con cemento: esta tecnología consiste en adicionar mayores cantidades de

cemento de tal forma que el material se comporte como un material ligado (posee

resistencia a la tensión) cuando se lo compacta y se deja curar adecuadamente.

Tanto en el mejoramiento como en la estabilización con cemento se aplican procedimientos

constructivos similares. Sin embargo, el funcionamiento del material como capa de pavimento es

fundamentalmente diferente y por lo tanto las metodologías de estudio en laboratorio también lo

son.

4 Alvarez Pabón, Jorge A. Estabilización de subrasantes. Instituto Colombiano de Productores de Cemento.

MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

3-12

3.3.2 Estabilización con cal

La cal modifica las propiedades fisicoquímicas de los suelos arcillosos. Desde el punto de vista del

comportamiento mecánico este efecto fisicoquímico modifica características del suelo tales como:

• El índice de plasticidad disminuye. Esto se debe principalmente a que el límite plástico se

incrementa y el límite líquido disminuye.

• La cal y el agua facilitan la disgregación de los suelos arcillosos saturados.

• La retracción por secado del suelo disminuye.

• La resistencia a la compresión inconfinada aumenta.

• La capacidad de soporte medida en el ensayo CBR aumenta.

• Los materiales estabilizados con cal forman una capa que dificulta la migración del agua

tanto por gravedad como por capilaridad.

Al igual que en el caso del cemento, los tratamientos con cal se pueden dividir en dos categorías:

• Mejoramiento con cal: este tipo de tratamiento tiene como objetivo mejorar las

características de los suelos utilizando bajas dosificaciones de cal. Desde el punto de vista

geomecánico este tratamiento tiene como objetivos disminuir el índice de plasticidad y

eventualmente disminuir el porcentaje de material que pasa el tamiz No 200.

• Estabilización con cal: Este tipo de tratamiento se aplica a los suelos finos (subrasante

generalmente). El porcentaje de cal varía en este caso entre el 3 y el 6%.

3.3.3 Estabilización con productos asfálticos (emulsión)

La estabilización con materiales asfálticos tiene como objetivo introducir algún grado de cohesión

en los suelos no plásticos o impermeabilizar suelos cohesivos con el fin de disminuir su sensibilidad

a los cambios de humedad. Sin embargo, el proceso tiene mayor éxito cuando se estabilizan suelos

granulares que cuando se aplica en suelos finos.

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3-13

3.3.4 Estabilización con cemento aditivado

Existen en el mercado una gran cantidad de productos químicos que actúan acompañados de

cemento. En estos productos la acción cementante se concentra en el cemento portland y los

productos químicos tienen un efecto complementario. Este efecto complementario puede ser una

mejor distribución del cemento debido a una acción coloidal, una hidrofobación o una

combinación de estos efectos.

El mecanismo de funcionamiento de estos productos es doble:

• En primer lugar la acción cementante actúa de la misma manera que la estabilización con

cemento, eventualmente con menores dosificaciones debido a la acción del producto

químico complementario. La metodología de estudio para este primer mecanismo de

funcionamiento deberá ser similar a la de los materiales tratados con cemento.

• En segundo lugar la acción hidrofobante dificulta la migración del agua por capilaridad.

Debido a esta acción, la humedad de equilibrio del material a largo plazo puede disminuir.

3.3.5 Materiales asfálticos no convencionales

Entre los materiales asfálticos no convencionales se clasifican los crudos pesados, los cuales tienen

un poder aglutinante y cuya composición química es similar a la de un asfalto de refinación de

crudos livianos (J. Peña 2001). Según sus características y su aplicación, estos productos se pueden

clasificar en 4 categorías:

• Los conglomerados asfálticos que se utilizan para: afirmados estabilizados, capas de sub-

base de pavimentos rígidos, articulados, o flexibles, capas de base de pavimentos flexibles,

capas intermedias o antirreflectivas, capas de rodadura.

• Las arenas asfálticas que se pueden utilizar en capas de sello, capas de subbase de

pavimentos rígidos, articulados o flexibles o capas de base de pavimentos flexibles.

• Los crudos pesados que se pueden utilizar en riegos asfálticos de imprimación, riegos

asfálticos antipolvo, riegos para sellos con arena, mezclas en frio para las diferentes capas.

• Los asfaltos naturales que se pueden utilizar en riegos asfálticos antipolvo, riegos para

sellos con arena o mezclas en frío.

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3-14

3.3.6 Estabilizantes electroquímicos

El mecanismo de funcionamiento de los estabilizantes electroquímicos es fundamentalmente el

intercambio catiónico aunque también pueden tener un efecto hidrofobante. El intercambio

catiónico hace que las propiedades índice del material cambien, así como también su

compresibilidad. De esta forma la densidad puede incrementarse y en consecuencia las

propiedades mecánicas mejoran.

El efecto hidrofobante combinado con el intercambio catiónico produce una disminución de la

migración de agua por capilaridad.

Dentro de este tipo de estabilizante se clasifica el producto Permazyme, que es una formulación

multienzimática recomendada en suelos de arcilla y finos orgánicos y no requiere cemento.

Es un producto de origen orgánico, no contaminante ya que es completamente ecológico. Es un

producto concentrado que al ser aplicado sobre el suelo, actúa sobre las partículas finas presentes

en él, produciendo un proceso de cementación catalítica, creando un suelo denso permanente,

impermeable y de mayor capacidad de carga.

El Permazyme actúa sobre las partículas finas del suelo, orgánicas o no, reduciendo vacíos de agua

y aire mediante un proceso catalítico, y produciendo un efecto de cementación y compactación

duradero. El multienzimático rompe la tensión del agua dentro del suelo, permitiendo una

reorganización de partículas, cuyo resultado es una superficie con mayor capacidad de soporte de

carga y resistente al agua.

Para la estabilización con el multienzimático se requiere la maquinaria tradicional con la que se

trabaja en vías, es decir una motoniveladora, un vibrocompactador y un carrotanque. Una

fresadora o recicladora puede ser usada para acelerar el trabajo y obtener aun mejores resultados.

Los siguientes son los pasos que se sugieren para realizar la estabilización con la maquinaria

básica:

• Escarificar con la motoniveladora el suelo que se desea intervenir.

MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

3-15

• Dentro del carrotanque diluir el Permazyme en la cantidad de agua que se adicionará,

teniendo en cuenta la cantidad de suelo.

• Sobre el material escarificado, con el carrotanque se adiciona la mezcla de agua +

Permazyme.

• Con la motoniveladora se homogeniza la mezcla de suelo + agua + Permazyme.

Posteriormente se extiende y se nivela.

• Luego con el vibrocompactador se compacta, procurando dejar los desniveles o bombeos

adecuados.

• Es importante realizar las obras de manejo y recolección de aguas necesarias a fin de darle

una mayor durabilidad a la vía estabilizada, máxime si no se va a colocar ninguna carpeta

de rodadura.

• El espesor mínimo para ser estabilizado es de 17 cm. Si se requiere estabilizar espesores

mayores a 30 cm, se recomienda dividir el espesor en varias capas iguales, pero siempre

mayores a 15 cm.

Las ventajas de Permazyme se enumeran a continuación:

• En la mayoría de los casos Permazyme se aplica sobre los materiales existentes en la vía tal

como se encuentran, ahorrando en transporte e importación de materiales. En algunos

casos es necesario hacer ajustes granulométricos, para cumplir con las recomendaciones

técnicas del fabricante.

• Se reducen significativamente los costos en la construcción y mantenimiento.

• Como Permazyme se diluye en agua y se aplica antes de la compactación en el sitio de la

obra no se requiere tratamiento especial de almacenamiento del multienzimático.

3.3.7 Productos hidrofobantes

Los productos hidrofobantes son fundamentalmente moléculas orgánicas polares. Estos

compuestos se absorben sobre la superficie de las partículas disminuyendo el ángulo de contacto

del agua y por consiguiente reduciendo las fuerzas de tensión superficial. La reducción de las

fuerzas de tensión superficial hace que la migración del agua por capilaridad se reduzca

notablemente. De esta forma la humedad de equilibrio del suelo tratado con productos

MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

3-16

hidrofobantes puede reducirse y además la susceptibilidad al agua de las diferentes capas del

pavimento también se reduce.

El Terrazyme se encuentra en esta clasificación como un aditivo enzimático cementante,

recomendado para suelos gravo arcillosos y no requiere acompañamiento de cemento.

Es un aditivo para suelos elaborado a partir de extractos de plantas naturales mediante el uso de

la tecnología de fermentación. La formulación final contiene productos de un proceso metabólico

microbial, incluyendo enzimas. Las moléculas de Terrazyme interactúan con las partículas

cohesivas del suelo para mejorar los límites de solidez en el tiempo. El proceso reduce la

permeabilidad y plasticidad en suelos arcillosos, elimina el agua e incrementa los límites de solidez

entre las partículas cohesivas. Este incremento de límites ayuda a estabilizar los suelos y reducir el

daño y deformación que generalmente se produce como resultado de determinadas condiciones

húmedas de los suelos. El incremento de la densidad y solidez de los suelos tiene un importante

impacto en las carreteras.

Terrazyme es también un catalizador eficaz que permite acelerar y fortalecer la unión del material

de la base del camino, crea una base más densa, cohesiva y estable, cuya resistencia a la

compresión aumenta con el tiempo.

Los equipos requeridos para la construcción y rehabilitación de carreteras con Terrazyme son los

mismos que se usan para el recubrimiento de la superficie de carreteras.

• Motoniveladora o escarificadora que sirva para romper la superficie de la vía.

• Carrotanque con toberas de riego.

• Rodillo de tambor liso, de 1,5 a 2 metros de ancho, con un peso de 8 a 12 ton. , para una

efectiva compactación. Usar rodillo vibratorio para las dos primeras pasadas. Si el suelo

presenta un alto contenido de arcilla, el uso de un compactador de "pata de cabra"

mejorará los resultados. Un rodillo neumático, de 10 a 15 toneladas puede reducir la

adhesión del suelo a las superficies de la llanta en suelos muy cohesivos.

Las ventajas conocidas de Terrazyme son:

MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

3-17

• Alto Rendimiento y bajo costo, con Terrazyme puede obtenerse subrasantes con bajo

costo de mantenimiento, de extensa vida útil y en las más variadas y condiciones

climatológicas.

• Aumenta la estabilidad disminuyendo la penetración de agua en las subrasantes. De esta

manera se reduce los efectos de ondulaciones y baches, dando como resultado mayor

tiempo de vida útil y menor costo de mantenimiento, incluyendo el de los vehículos.

• La tecnología de Terrazyme usa más material del propio suelo, así mismo puede usar finos

cohesivos no granulares, de menor calidad que, a menudo, se encuentran en las vías

entre 10 cm a 15 cm de profundidad. Si se necesitara material nuevo puede usarse

materiales menos costosos, con más contenido de finos (20- 30 % pasando por malla

200). Con un rango más amplio de finos no granulares y lastre capaz de soportar carga,

Terrazyme produce una excelente subrasante resistente y de larga duración.

• Es fácil de aplicar. Se utiliza equipo convencional de construcción y se requiere menor

esfuerzo que se realiza para operaciones normales de recubrimiento de superficies. El

único paso diferente en la operación normal de escarificado y nivelación es agregar el

producto Terrazyme, con suficiente agua para mojar todas las partículas del suelo y

obtener la humedad óptima para la compactación.

• Terrazyme crea una base más densa, cohesiva y estable. La resistencia de la compresión

aumenta con el tiempo.

• Mejora la integridad estructural de la base y con el tiempo aumenta la capacidad para

soportar carga (CBR). Esto extiende la vida útil del camino.

• Incrementa la lubricación de las partículas del suelo. Hace el suelo más fácil de nivelar y

permite que se logre la densidad deseada con menos pasadas del compactador (rodillo).

• Cambiando la atracción electro-química en las partículas del suelo y liberando agua

retenida, Terrazyme ayuda disminuir los vacíos entre las partículas del suelo. Se produce

así una fundación del camino más firme, seca, densa y con menos polvo.

• Configuraciones de suelo más cohesivas inhiben el escurrimiento y migración del agua que

generalmente se produce a través de los vacíos que existen entre las partículas. Caminos

y bases de suelo construidos con Terrazyme oponen mayor resistencia a la penetración de

agua y al deterioro.

MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

3-18

• El Estabilizador de suelos reacciona efectivamente a cambios bruscos de temperatura y en

zonas lluviosas en las alturas y a la acción de las heladas.

MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

4-1

4 PROGRAMA DE ENSAYOS

4.1 EQUIPO

Para desarrollar el programa de ensayos se ha empleado el equipo WP4 psicrómetro de punto de

rocío presentado en la Figura 5, que también se conoce como psicrómetro de espejo. Su

funcionamiento se basa en la técnica del punto de rocío (con espejo frío) para medir el potencial

del agua, que es una forma de medir el estado de la energía del agua que existe dentro de un

sistema. Así, el potencial del agua de una muestra líquida o sólida puede ser hallado al relacionar

el potencial del agua medido en una muestra con la presión de vapor del aire en equilibrio con la

muestra, es decir, que en equilibrio, el potencial del agua del aire en un ambiente controlado

(cerrado) es el mismo que el potencial del agua presente en la muestra.

Figura 5. Psicrómetro de punto de rocío WP4-T

El WP4 realiza la medida de la succión en una pequeña cámara hermética, donde se controlan la

temperatura de la muestra con un termómetro de infrarrojos y la temperatura del aire de la

cámara con un sensor de temperatura de punto de rocío (dispositivo termoeléctrico Peltier)

puesto sobre un espejo. Para detectar la primera condensación ocurrida sobre el espejo se utiliza

una célula fotoeléctrica que está constantemente enviando un haz de luz el cual se refleja sobre el

espejo; cuando el sensor fotoeléctrico detecta un cambio en la reflexión del haz de luz es que ha

ocurrido la condensación. La cámara hermética también cuenta con un pequeño ventilador cuya

función es acelerar el equilibrado dentro de la misma y controlar la conductancia en la capa de

MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

4-2

borde del sensor de temperatura de punto de rocío (Peltier). Del conjunto de medidas, se calcula

la presión de vapor del aire presente en la cámara como la presión de vapor del aire saturado a la

temperatura de punto de rocío. Cuando el potencial del agua de la muestra y el del aire de la

cámara se encuentran en equilibrio, previa medición de la presión de vapor de la cámara y de la

temperatura de la muestra para la cual se calculó la presión de vapor saturado, se obtiene el

potencial del agua de la muestra. Más detalles del equipo y de la técnica de medida son descritos

en Decagon Devives Inc (2003). En la Figura 6 se observa el detalle esquemático del psicrómetro

de rocío.

Figura 6. Esquema del WP4 – T

4.2 REFERENCIA DE ENSAYOS

Para decidir el programa de ensayos se tomó como referencia el Estudio realizado por el Centro de

Investigaciones en Materiales y Obras Civiles – CIMOC - de la Universidad de Los Andes, para el

Ministerio de Transporte y el Instituto Nacional de Vías (2003), que comprendió ensayos de

laboratorio como pruebas sobre estructuras de pavimento completas sometidas a cargas

mediante carrusel de fatiga, utilizando materiales y condiciones locales para diferentes zonas del

país. De este estudio se tomó información de las zonas del Eje Cafetero, el altiplano

Cundiboyacense y los Llanos Orientales, sobre la clasificación de los suelos, los límites de Atterberg

y los valores de Próctor estándar, y sobre esto se realizó un plan de ensayos.

MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

4-3

4.3 PLAN DE ENSAYOS

A los tres materiales se les realizaron ensayos de Azul de metileno, Límites de Atterberg con previo

tamizado como se observa en la Figura 7 y Figura 8.

Figura 7. Tamizado de material Figura 8. Material tamizado

En la Tabla 3 se presenta la clasificación de los suelos en estudio, las dosificaciones para el diseño

de las probetas y el número de ensayos según las estabilizaciones empleadas.

Tabla 3. Plan de ensayos de laboratorio

CLASIFICACION ENSAYO SUCCION

ESTADO NATURAL

ESTABILIZADO CON

CEMENTO

ESTABILIZANTES ELECTRO

QUIMICOS PERMAZYME

PRODUCTOS HIDROFOBANTES

TERRRAZYME USCS LCPC

ML

(A2) Limo de

Baja plasticidad

m W = Wop 22% 3 3 3 3

CH

(A4) Arcilla de

Alta plasticidad

h W = Wop 38% 3 3 3 3

s W = Wop 26% 3 3 3 3

Basados en estos datos se elaboró el Anexo 1 que incluye toda la información básica necesaria

para el diseño de cada mezcla incluyendo los datos correspondientes a la humedad natural a la

que se encuentra el material (wn), la humedad seleccionada para la compactación (wopt), el

número total de probetas a fabricar (No. de prob) y los resultados del ensayo próctor estándar

MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

4-4

específicos para el tipo de mezcla (γγγγd y wopt) tomados del estudio del CIMOC de la Universidad de

Los Andes. Adicionalmente en la tabla se incluyen las siguientes variables las cuales se calculan con

base en las fórmulas indicadas:

- Volumen total : probetaVolxobetas�oVol 1.Pr.=

- Densidad a wn: )1·(ndnw

ωγγ +=

- Peso de suelo húmedo a wn: )1(nsw

WW ω+=

- Peso de suelo seco:

100/)%%1

.·

AditivoCemento

VolW ds

++=

γ

- Densidad húmeda a compactar: )1·(cdwc

ωγγ +=

- Agua a adicionar: )·(ncompsw

WD ωω −=

- Peso de cemento:

100

·% WsCementoWc

=

- Peso de mezcla húmeda: swcwn

WWWW ++=

Al realizar el diseño de las 12 mezclas por cada tipo de material, 36 probetas en total, se procedió

a fabricar las probetas en la prensa de compresión estática como se observa desde la Figura 9 a la

Figura 12 y luego adelantar los ensayos de laboratorio propuestos. La preparación de probetas se

adelanta con la idea de alcanzar los mismos valores de densidad seca óptima (según el ensayo

próctor estándar).

Para las mezclas que contenían Cemento, Terrazyme y Permazyme, se combinó el agua total con la

cantidad total de estabilizante que se iba a emplear, para así lograr una mezcla homogénea al

momento de hacer las probetas, teniendo presente que debe utilizarse un 20% menos de agua de

la normalmente utilizada para la humectación.

MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

4-5

Figura 9. Colocación del material en la prensa Figura 10. Obtención de la probeta

Figura 11. Probeta final Figura 12. Probeta final

Al obtener las probetas que se observan en la Figura 13, Figura 14 y Figura 15, se realizaron

ensayos a tres probetas en estado natural de la muestra, es decir a tres probetas a las que solo se

les había agregado agua. Las otras 33 probetas que habían sido mejoradas se dejaron fraguar por

un mes.

MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

4-6

Figura 13. Probetas A2 m

( Llanos orientales)

Figura 14. Probetas A4 s

(Altiplano Cundiboyacense)

Figura 15. Probetas A4 h

(Eje Cafetero)

4.4 ENSAYO DE SUCCIÓN

Al obtener las probetas, se efectúa el ensayo en el psicrómetro de rocío. Para realizar este ensayo

se divide cada probeta en 5 partes, de las que se obtienen muestras circulares de 1 ¼ pulgada de

diámetro y 5 mm de altura, que se coloca en una cápsula de plástico que se introduce en el equipo

como se observa desde la Figura 16 a la Figura 19.

Figura 16. División de probetas Figura 17. Obtención de muestras

MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

4-7

Figura 18. Muestras finales para el WP4-T Figura 19. Muestras en el WP4-T

Para realizar la medida de la succión de la muestra, se debe colocar la muestra dentro del equipo,

cerrar la cámara de medida y esperar a que realice el equilibrio de la temperatura entre la cámara

y la muestra (posición open/load), en la pantalla la lectura, el valor Ts-Tb debe encontrarse entre -

1 y 0 para poder comenzar, lo cual puede tardar unos pocos minutos (<5). Posteriormente se gira

el botón a la posición de inicio de lecturas (read) y se espera a que el equipo realice la medida de

la succión. Una luz verde parpadeante (LED) nos indica que la medida ha terminado. El equipo es

bastante práctico ya que es rápido, en cinco minutos se consigue la lectura.

MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

5-1

5 RESULTADOS

5.1 MUESTREO REALIZADO

La profundidad de muestreo aproximada para obtener los suelos del Altiplano Cundiboyacense,

Eje cafetero y Llanos Orientales, fue aproximadamente de 1 m aunque éste variaba según las

condiciones propias de cada sitio, pues dependía de la capa de suelo orgánico y de la posición del

nivel freático.

Se realizó la clasificación de los suelos por el Método GTR, con ayuda de los datos obtenidos con

los ensayos de Azul de Metileno, y Límites de Atterberg. Los resultados se presentan en la Tabla 4.

Tabla 4. Ensayos previos y clasificación

ENSAYOS ALTIPLANO

CUNDIBOYACENSE

EJE CAFETERO

LLANOS ORIENTALES

PASA TAMIZ 200 % 98.62 148.04 43.83

INDICE DE AZUL DE METILENO INV 8.20 8.10 2.50

MANCHA 12.50 7.20 6.89

PESO UNITARIO (gr/cm3) 1.49 1.61 1.69

PROCTOR ESTANDAR

Densidad seca máxima (ton/ m

3)

1.40 1.26 1.61

Contenido Humedad Optimo %

25.70 38.00 22.00

LIMITES DE ATTERBERG

Humedad Natural % 54.40 48.80 23.64

LL % 116.46 148.04 25.59

LP % 34.68 41.02 12.24

IP% 81.79 57.29 18.23

CLASIFICACIÓN USCS CH CH ML

MÉTODO GTR A4s A4h A2m

MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

5-2

5.2 RESUMEN DE RESULTADOS

Los resultados de ensayos de laboratorio se resumen en las siguientes Figuras. En cada una se

observa en forma comparativa las variaciones en el tiempo y altura de las probetas, con la succión

el peso y la humedad, para cada uno de los sitios y para los productos empleados.

Las probetas fueron divididas en 5 capas, siendo la capa 1, la base que está en contacto directo

con el agua y la capa 5 la capa superior.

5.2.1 Suelo Altiplano Cundiboyacense

Se observa de la Figura 20 a la Figura 22, para diferentes horas en que se colocó la muestra en

agua, la variación de la succión cuando aumenta el porcentaje de humedad.

3

3.2

3.4

3.6

3.8

4

4.2

4.4

4.6

20.00% 25.00% 30.00% 35.00% 40.00% 45.00%

Su

cció

n (p

F)

Humedad (%)

Humedad Vs. Succión A4s (Altiplano Cundiboyacense) 4 Horas

NATURAL TERRAZYME PERMAZYME CEMENTO

Figura 20. Variación de la Humedad Vs. Succión a 4 horas

MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

5-3

3

3.2

3.4

3.6

3.8

4

4.2

4.4

20.00% 25.00% 30.00% 35.00% 40.00% 45.00%

Su

ccio

n (

pF)

Humedad (%)




3

3.2

3.4

3.6

3.8

4

4.2

20.00% 25.00% 30.00% 35.00% 40.00% 45.00% 50.00%

Succ

ión

(p

F)

Humedad (%)




Se observa de la Figura 23 a la Figura 26, con el suelo natural y los estabilizantes, la variación de la

succión con la humedad en cada capa de las probetas.

MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

5-4

3

3,2

3,4

3,6

3,8

4

4,2

0,2 5,2 10,2 15,2 20,2 25,2

Su

cció

n (

pF)

Tiempo (Horas)

Humedad Vs. Succión A4s (Altiplano Cundiboyacense) Natural

CAPA 1 CAPA 2 CAPA 3 CAPA 4 CAPA 5

Figura 23. Variación del Tiempo Vs. Succión en el suelo natural por capas

3

3,2

3,4

3,6

3,8

4

4,2

0 5 10 15 20 25 30

Su

cció

n (

pF)

Tiempo (Horas)

Humedad Vs. Succión A4s (Altiplano Cundiboyacense + Permazyme


Figura 24. Variación del Tiempo Vs. Succión en el suelo con Permazyme por capas

MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

5-5

3,00

3,20

3,40

3,60

3,80

4,00

4,20

4,40

0 5 10 15 20 25 30

Su

cció

n (

pF)

Tiempo (Horas)

Humedad Vs. Succión A4s (Altiplano Cundiboyacense + Terrazyme


Figura 25. Variación del Tiempo Vs. Succión en el suelo con Terrazyme por capas

3,00

3,20

3,40

3,60

3,80

4,00

4,20

4,40

4,60

0 5 10 15 20 25 30

Su

cció

n (

pF)

Tiempo (Horas)

Humedad Vs. Succión A4s (Altiplano Cundiboyacense + Cemento


Figura 26. Variación del Tiempo Vs. Succión en el suelo con Cemento por capas

Se observa de la Figura 27 a la Figura 30, el suelo natural y los estabilizantes, la variación de la

succión con la altura de la humedad en cada capa de las probetas en el tiempo.

MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

5-6

0

1

2

3

4

5

6

3 3.2 3.4 3.6 3.8 4 4.2

N°

Ca

pa

Succión (pF)

Succión Vs. Altura Succión A4s (Altiplano Cundiboyacense) Natural

4 HORAS 8 HORAS 24 HORAS

Figura 27. Variación de la Succión Vs. N° Capas en el suelo natural

0

1

2

3

4

5

6

3 3.2 3.4 3.6 3.8 4 4.2

N°

Ca

pa

Succión (pF)

Succión Vs. Altura Succión A4s (Altiplano Cundiboyacense) + Permazyme


Figura 28. Variación de la Succión Vs. N° Capas en el suelo con Permazyme

MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

5-7

0

1

2

3

4

5

6

3.00 3.20 3.40 3.60 3.80 4.00 4.20 4.40

N°

Cap

a

Succión (pF)

Succión Vs. Altura Succión A4s (Altiplano Cundiboyacense) + Terrazyme


Figura 29. Variación de la Succión Vs. N° Capas en el suelo con Terrazyme

0

1

2

3

4

5

6

3.00 3.20 3.40 3.60 3.80 4.00 4.20 4.40 4.60

N°

Cap

a

Succión (pF)

Succión Vs. Altura Succión A4s (Altiplano Cundiboyacense) + Cemento


Figura 30. Variación de la Succión Vs. N° Capas en el suelo con Cemento


humedad en cada capa de las probetas.

MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

5-8

0

1

2

3

4

5

6

15.00% 20.00% 25.00% 30.00% 35.00% 40.00% 45.00% 50.00%

N°

Cap

a

Humedad (%)

Humedad Vs Altura A4s (Altiplano Cundiboyacense) Natural


Figura 31. Variación de la Humedad Vs. N° Capas en el suelo natural

0

1

2

3

4

5

6

15.00% 20.00% 25.00% 30.00% 35.00% 40.00% 45.00%

N°

Cap

a

Humedad (%)

Humedad Vs Altura A4s (Altiplano Cundiboyacense) + Permazyme


Figura 32. Variación de la Humedad Vs. N° Capas en el suelo con Permazyme

MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

5-9

0

1

2

3

4

5

6

15.00% 20.00% 25.00% 30.00% 35.00% 40.00% 45.00%

N°

Cap

a

Humedad (%)

Humedad Vs Altura A4s (Altiplano Cundiboyacense) + Terrazyme


Figura 33. Variación de la Humedad Vs. N° Capas en el suelo con Terrazyme

0

1

2

3

4

5

6

15.00% 20.00% 25.00% 30.00% 35.00% 40.00%

N°

Cap

a

Humedad (%)

Humedad Vs Altura A4s (Altiplano Cundiboyacense) + Cemento


Figura 34. Variación de la Humedad Vs. N° Capas en el suelo con Cemento

La comparación del cambio del peso de las probetas en el tiempo para cada material, se observa

en las siguientes figuras:

MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

5-10

340

350

360

370

380

390

400

0 5 10 15 20 25 30

Pe

so d

e la

s p

rob

etas

Tiempo

Tiempo Vs. Peso probeta A4s (Altiplano Cundiboyacense)


Figura 35. Variación en el tiempo del peso de las probetas con cada estabilizante

340

350

360

370

380

390

400

0 1 2 3 4 5 6

Pes

o d

e la

s p

rob

eta

s

Raiz del tiempo

Raíz Tiempo Vs. Peso probeta A4s (Altiplano Cundiboyacense)


Figura 36. Variación de la raíz tiempo y el peso de las probetas con cada estabilizante

MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

5-11

5.2.2 Suelo Eje Cafetero


agua, la variación de la succión cuando aumenta el porcentaje de humedad.

2.00

2.20

2.40

2.60

2.80

3.00

3.20

3.40

35.00% 40.00% 45.00% 50.00% 55.00% 60.00%

Su

cció

n (

pF)

Humedad (%)

Humedad vs Succión A4h (Eje cafetero) 4 Horas



1.90

2.10

2.30

2.50

2.70

2.90

3.10

40.00% 45.00% 50.00% 55.00% 60.00% 65.00%

Su

cció

n (

pF)

Humedad (%)




MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

5-12

1.50

1.70

1.90

2.10

2.30

2.50

2.70

2.90

3.10

43.00% 48.00% 53.00% 58.00% 63.00%

Succ

ión

(pF)

Humedad (%)






2

2,2

2,4

2,6

2,8

3

3,2

0,2 5,2 10,2 15,2 20,2 25,2

Succ

ión

(pF)

Tiempo (Horas)

Humedad Vs. Succión A4h (Eje Cafetero) Natural



MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

5-13

1,8

2

2,2

2,4

2,6

2,8

3

3,2

0,2 5,2 10,2 15,2 20,2 25,2

Succ

ión

(pF)

Tiempo (Horas)

Humedad Vs. Succión A4h (Eje Cafetero) + Permazyme



1,60

1,80

2,00

2,20

2,40

2,60

2,80

0,2 5,2 10,2 15,2 20,2 25,2

Succ

ión

(pF)

Tiempo (Horas)

Humedad Vs. Succión A4h (Eje Cafetero) + Terrazyme



MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

5-14

1,60

1,80

2,00

2,20

2,40

2,60

2,80

0,5 5,5 10,5 15,5 20,5 25,5

Succ

ión

(pF)

Tiempo (Horas)

Humedad Vs. Succión A4h (Eje Cafetero) + Cemento





0

1

2

3

4

5

6

2.20 2.40 2.60 2.80 3.00 3.20

N°

Ca

pa

Succión (pF)

Succión Vs. Altura Succión A4h (Eje Cafetero) Natural



MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

5-15

0

1

2

3

4

5

6

1.80 2.00 2.20 2.40 2.60 2.80 3.00

N°

Ca

pa

Succión (pF)

Succión Vs. Altura Succión A4h (Eje Cafetero) + Permazyme



0

1

2

3

4

5

6

1.60 1.80 2.00 2.20 2.40 2.60 2.80

N°

Cap

a

Succión (pF)

Succión Vs. Altura Succión A4h (Eje Cafetero) + Terrazyme



MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

5-16

0

1

2

3

4

5

6

2.10 2.20 2.30 2.40 2.50 2.60 2.70 2.80 2.90

N°

Cap

a

Succión (pF)

Succión Vs. Altura Succión A4h (Eje Cafetero) + Cemento





0

1

2

3

4

5

6

51.00% 53.00% 55.00% 57.00% 59.00% 61.00%

N°

Cap

a

Humedad (%)

Humedad Vs Altura A4h (Eje Cafetero) Natural



MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

5-17

0

1

2

3

4

5

6

40.00% 45.00% 50.00% 55.00% 60.00%

N°

Ca

pa

Humedad (%)

Humedad Vs Altura A4h (Eje Cafetero) + Permazyme



0

1

2

3

4

5

6

38.00% 43.00% 48.00% 53.00% 58.00% 63.00%

N°

Cap

a

Humedad (%)

Humedad Vs Altura A4h (Eje Cafetero) + Terrazyme



MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

5-18

0

1

2

3

4

5

6

52.00% 53.00% 54.00% 55.00% 56.00% 57.00% 58.00% 59.00% 60.00%

N°

Cap

a

Humedad (%)

Humedad Vs Altura A4h (Eje Cafetero) + Cemento





370

380

390

400

410

420

430

0 5 10 15 20 25 30

Pe

so d

e la

s p

rob

eta

s

Tiempo

Tiempo Vs. Peso probeta A4h (Eje Cafetero)



MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

5-19

370

380

390

400

410

420

430

0 1 2 3 4 5 6

Pe

so d

e la

s p

rob

eta

s

Raiz del tiempo

Raíz Tiempo Vs. Peso probeta A4h (Eje Cafetero)



5.2.3 Suelo Llanos Orientales


agua, la variación de la succión cuando se aumenta el porcentaje de humedad.

MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

5-20

3

3.2

3.4

3.6

3.8

4

17.00% 19.00% 21.00% 23.00% 25.00% 27.00% 29.00% 31.00% 33.00% 35.00%

Su

cció

n (p

F)

Humedad (%)

Humedad vs Succión A2m (Llanos Orientales) 4 Horas



2.6

2.8

3

3.2

3.4

3.6

3.8

4

4.2

15.00% 20.00% 25.00% 30.00% 35.00%

Su

cció

n (

pF)

Humedad (%)




MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

5-21

2.5

2.7

2.9

3.1

3.3

3.5

3.7

3.9

4.1

4.3

15.00% 20.00% 25.00% 30.00% 35.00% 40.00%

Succ

ión

(pF)

Humedad (%)






3,3

3,4

3,5

3,6

3,7

3,8

3,9

4

4,1

4,2

0,2 5,2 10,2 15,2 20,2 25,2

Su

cció

n (

pF)

Tiempo (Horas)

Humedad Vs. Succión A2m (Llanos Orientales) Natural



MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

5-22

2,9

3

3,1

3,2

3,3

3,4

3,5

3,6

3,7

3,8

0,2 5,2 10,2 15,2 20,2 25,2

Su

cció

n (

pF)

Tiempo (Horas)

Humedad Vs. Succión A2m (Llanos Orientales) + Permazyme



2,70

2,90

3,10

3,30

3,50

3,70

0,2 5,2 10,2 15,2 20,2 25,2

Su

cció

n (

pF)

Tiempo (Horas)

Humedad Vs. Succión A2m (Llanos Orientales) + Terrazyme



MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

5-23

2,50

2,70

2,90

3,10

3,30

3,50

3,70

3,90

4,10

4,30

4,50

0,2 5,2 10,2 15,2 20,2 25,2

Su

cció

n (

pF)

Tiempo (Horas)

Humedad Vs. Succión A2m (Llanos Orientales) + Cemento





0

1

2

3

4

5

6

3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 4 4.1 4.2

N°

Cap

a

Succión (pF)

Succión Vs. Altura Succión A2m (Llanos Orientales) Natural



MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

5-24

0

1

2

3

4

5

6

2.9 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8

N°

Cap

a

Succión (pF)

Succión Vs. Altura Succión A2m (Llanos Orientales) + Permazyme



0

1

2

3

4

5

6

2.90 3.00 3.10 3.20 3.30 3.40 3.50 3.60 3.70 3.80

N°

Ca

pa

Succión (pF)

Succión Vs. Altura Succión A2m (Llanos Orientales) + Terrazyme



MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

5-25

0

1

2

3

4

5

6

2.60 2.80 3.00 3.20 3.40 3.60 3.80 4.00 4.20

N°

Ca

pa

Succión (pF)

Succión Vs. Altura Succión A2m (Llanos Orientales) + Cemento





0

1

2

3

4

5

6

22.00% 24.00% 26.00% 28.00% 30.00% 32.00% 34.00% 36.00% 38.00%

N°

Ca

pa

Humedad (%)

Humedad Vs Altura A2m (Llanos Orientales) Natural



MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

5-26

0

1

2

3

4

5

6

29.00% 30.00% 31.00% 32.00% 33.00% 34.00% 35.00% 36.00% 37.00% 38.00%

N°

Cap

a

Humedad (%)

Humedad Vs Altura A2m (Llanos Orientales) + Permazyme



0

1

2

3

4

5

6

26.00% 28.00% 30.00% 32.00% 34.00% 36.00%

N°

Ca

pa

Humedad (%)

Humedad Vs Altura A2m (Llanos Orientales) + Terrazyme



MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

5-27

0

1

2

3

4

5

6

15.00% 20.00% 25.00% 30.00% 35.00%

N°

Ca

pa

Humedad (%)

Humedad Vs Altura A2m (Llanos Orientales) + Cemento





300

310

320

330

340

350

360

370

380

390

0 5 10 15 20 25 30

Pe

so d

e la

s p

rob

eta

s

Tiempo

Tiempo Vs. Peso probeta A2m (Llanos Orientales)



MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

5-28

300

310

320

330

340

350

360

370

380

390

0 1 2 3 4 5 6

Pe

so d

e la

s p

rob

eta

s

Raiz del tiempo

Raíz Tiempo Vs. Peso probeta A2m (Llanos Orientales)



En la Figura 71 se muestra un resumen de los resultados obtenidos para succión, para todos los

suelos analizados.

Figura 71. Variación de la succión con la humedad

10,00%

20,00%

30,00%

40,00%

50,00%

60,00%

70,00%

1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5

Hu

me

dad

(%

)

Succion (pF)

Humedad (%) Vs. Succion (pF)

ALTIPLANO EJE CAFETERO LLANOS ORIENTALES

MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

6-1

6 ANÁLISIS DE RESULTADOS

Las gráficas presentadas en el capítulo anterior permiten corroborar la teoría de la succión, que

dice que a mayor humedad, menor succión. Para los tres materiales trabajados en este proyecto,

se observa que las probetas que permanecieron mayor tiempo, inmersas en agua (24 horas), se

obtienen datos de menor succión comparadas con las que estuvieron menor tiempo dentro del

agua (8 y 4 horas). Teniendo en cuenta que las probetas fueron cortadas en 5 capas, siendo la capa

N°1 la base de la probeta y que está en contacto directo con el agua, y la capa N°5 la capa superior

que recibe menor humedad comparada con las otras rodajas, la succión es menor en la parte

inferior de la probeta (Capa N°1) y mayor en la parte superior (Capa N°5).

Al comparar los pesos de las probetas para los diferentes estabilizantes y materiales, se observa su

aumento en el tiempo, debido a la migración del agua. Para todos los tipos de suelo, se nota que la

probeta que tiene mayor peso es la que se encuentra en estado natural, seguida de las enzimas

(Terrazyme y Permazyme) y finalmente el cemento. Al generar gráficas con la raíz del tiempo, se

encuentra el comportamiento lineal de la cantidad de agua que entra a las probetas y el aumento

de humedad que esto conlleva.

Para el material del Altiplano Cundiboyacense, se observó que el cemento, fue el estabilizante que

obtuvo mayores valores de succión, siendo baja la migración del agua en la probeta. La humedad

presentó altos valores en la probeta natural, notándose que con la adición de los estabilizantes se

observa mejora en el comportamiento del material.

El material del Eje cafetero presentó un buen desempeño con el cemento y las enzimas, que al ser

comparadas entre ellas, presenta mejor desempeño el Permazyme con valores más altos de

succión. Este material confrontado al del Altiplano Cundiboyacense, presenta valores menores en

succión, con contenidos mayores de humedad, y esto es confirmado con la clasificación del

Método GTR, ya que a pesar que son suelos finos clasificados como A4, poseen características

diferentes de humedad y no tienen similar reacción ante los mismos estabilizantes.

MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

6-2

El material de los Llanos Orientales, presenta resultados altos de succión con cemento, ya que

presenta una baja absorción de agua, comparado con las probetas que contienen productos con

enzimas. Posee valores no muy altos de humedad comparado con el material del Eje Cafetero,

confirmando la clasificación de humedad media A2m, teniendo valores mayores de succión

respecto al Eje Cafetero y menores frente al material del Altiplano Cundiboyacense.

La acción hidrofobante del cemento dificulta la migración del agua por capilaridad, y se ve

reflejado en los resultados de los suelos del Altiplano Cundiboyacense (A4s) y Llanos orientales

(A2m). Las enzimas ayudan a estabilizar las subrasantes, pero se observa que se obtienen mejores

resultados con el cemento por sus propiedades.

MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

7-1

7 CONCLUSIONES

Las respuestas estructurales de un pavimento como lo son los esfuerzos, desplazamientos y

agrietamientos, son influidas significativamente por la subrasante. La mayor parte de las

deflexiones en la superficie de un pavimento se puede atribuir a la subrasante; si existen

deficiencias en la subrasante al momento de construir, y no se detectan por encontrarse ocultas

en el pavimento final, pueden aparecer en el pavimento cuando este en operación la vía.

Es por esto que cuando no se cuenta con materiales óptimos es necesario emplear procesos de

estabilización de suelos, con la adición de un agente estabilizante mezclado con el agua suficiente

para alcanzar un contenido óptimo de humedad, compactación de la muestra y curado final para

asegurar que se desarrolle la resistencia potencial del suelo que se va a emplear.

Para conocer el proceso de estabilización más adecuado es necesario mejorar el suelo que será

empleado como subrasante, se debe tener en cuenta parámetros de ensayo que den los criterios

técnicos, como lo es la succión, que da una visión del comportamiento que tendrá el suelo frente a

la condición hídrica del entorno, además de los ensayos de resistencia que comúnmente se toman

como los mas importantes.

Por medio de los resultados obtenidos en los suelos empleados en este proyecto, se comprobó la

teoría que la succión decrece al aumentar la humedad y que los valores mayores de succión se

presentan en el material del Altiplano Cundiboyacense (Bogotá) seguidos del material del Eje

Cafetero (Manizales) y Piedemonte y Llanos Orientales (Villavicencio). Esto debido a la diferencia

de humedades iniciales de cada tipo de suelo.

Las enzimas son opciones buenas para estabilizar materiales in situ, por ser productos de origen

orgánico, que no son contaminantes y las hace completamente ecológicas. El rendimiento de las

enzimas es bastante óptimo, ya que se necesitan en bajas proporciones y hacen que los costos de

construcción y mantenimiento, disminuyan. Sin embargo, la estabilización con cemento genera

mejores resultados.

MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

7-2

En materiales arcillosos (A4) las enzimas disminuyen la absorción de agua en el suelo, lo que

genera menores cambios volumétricos en la subrasante y minimizan los daños en capas

superiores. En materiales limosos (A2) las enzimas aumentan la absorción de agua por encima del

estado natural. El cemento se comporta mejor para este tipo de suelos.

Es necesario hacer este tipo de estudios en etapas previas de construcción para determinar la

viabilidad del uso de un producto y evaluar el desempeño de la subrasante mejorada cuando se

tiene presencia de agua.

Otro punto importante a evaluar para determinar el tipo de mejoramiento de la subrasante es el

pH del suelo, así como un análisis mineralógico.

MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

8-1

8 BIBLIOGRAFÍA

• LCPC, SETRA. Manual práctico para el empleo de materiales naturales en la construcción de

terraplenes. Francia , 2003.

• CARDOSO, Rafaela. A comparative study of soil suction measurement using two different high-

range Psychrometers. Instituto Superior Técnico de Portugal.

• FREDLUND, D.G. On total, matric and osmotic suction. ArtÍculo Soil Science. 1972.

• DECAGON DEVICES INC. WP4 Water Dewpoint Potentiometer. Operator’s Maua, Version 2.2. 2003.

• FIGUEROA INFANTE, Ana Sofía. Complementación, ajuste y calibración para la puesta en marcha del

equipo triaxial cíclico con succión controlada para granulares en la Universidad de Los Andes.

Universidad de Los Andes. Bogotá, 2008.

• BARRERA BUCIO, Mauricio. Estudio experimental del comportamiento hidro-mecánico de

suelos colapsables. Universitat Politécnica de Catalunya, 2002.

• PATERNINA ESPITIA, Bibiana. Estudio de la succión en los suelos expansivos de la urbanización

campo Alegre de la ciudad de Barranquilla. Universidad de Los Andes. Bogotá, 1997.

• ALVAREZ PABÓN, Jorge A. Estabilización de subrasantes. Instituto Colombiano de Productores de

Cemento. Bogotá

MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

1

ANEXO 1. Diseño de mezclas para fabricación de probetas

wnat 4 %

wopt 26 %

Diámetro 5 cm γopt 1.4 ton /m3

Altura 10 cm

Area 20 cm2

Volumen Neto 196 cm3

196 cm3

USCS LCPC

Cem

ento

Cal

Ad

itivo

Otr

o

wco

mp

wco

mp

# P

rob

etas

Tes

tigo

s

TO

TA

L

Den

sid

ad

γγ γγ s

eca

Hu

med

ad

wo

pt Por

probeta (gr)

Por capa (gr)

(cm3) (%) (%) (ton/m3) (%) (cm3) (ton/m3) (ton/m3) (gr) (ton/m3) (cm3) (gr) (gr) (gr) (gr) (gr) (gr)

Natural 0 0 0 0 0 N ( w = wop) 26 30

3 1.4 26 589 1.5 857.7 824.7 1.76 181 0.0 0.0 0 1039.1 346.4 86.6

Cemento 4 0 0 0 0 N ( w = wop) 25 30

3 1.4 25 589 1.5 824.7 793.0 1.75 174.45 31.7 0.0 0 1030.8 343.6 85.9

Productos electro químicos

(Permazyme)0 0 0 0 0 N ( w = wop) 26 3 0

3 1.4 26 589 1.5 857.7 824.7 1.76 181 0.0 0.0 0 1039.1 346.4 86.6

Hidrofobantes

(Terrazyme)0 0 0 0 0 N ( w = wop) 26 3 0

3 1.4 26 589 1.5 857.7 824.7 1.76 181 0.0 0.0 0 1039.1 346.4 86.6

PROBETAS A FABRICAR

PROCTOR ESTANDAR

VO

LU

ME

N T

OT

AL

Den

sid

ad h

um

eda

a co

mp

acta

r

Ag

ua

a ad

icio

nar Peso aditivo (gr)

TAMAÑO PROBETAS PROPIEDADES BASICAS

Volumen Total

SUELO

TIP

O E

ST

AB

ILIZ

AN

TE

ADICIONESHUMEDAD DE

COMPACTACION

Aditivo en volumen

PESO MEZCLA HUMEDA

(gr)

PESO SUELO HUMEDO + ADITIVO

% PESO SECO

% V

OL

UM

EN

(cm

3 )

Cem

ento

Ad

itivo

Den

sid

ad c

om

pac

tad

a a

la h

um

edad

nat

ura

l

Pes

o s

uel

o h

um

edo

a w

n

atu

ral

Pes

o s

ue

lo s

eco

CH

A4s

wnat 7 %

wopt 22 %


Altura 10 cm

Area 20 cm2


196 cm3

USCS LCPC

Cem

ento

Cal

Ad

itivo

Otr

o

wco

mp

wco

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# P

rob

etas

Tes

tigo

s

TO

TA

L

Den

sid

ad

γγ γγ s

eca

Hu

med

ad

wo

pt Por

probeta (gr)

Por capa (gr)

(cm3) (%) (%) (ton/m3) (%) (cm3) (ton/m3) (ton/m3) (gr) (ton/m3) (cm3) (gr) (gr) (gr) (gr) (gr) (gr)

Natural 0 0 0 0 0 N ( w = wop) 26 30

3 1.61 22 589 1.7 1014.8 948.4 2.03 215 0.0 0.0 0 1229.4 398.3 99.6

Cemento 4 0 0 0 0 N ( w = wop) 22 30

3 1.61 22 589 1.7 948.4 911.9 1.96 172.17 36.5 0.0 0 1157.0 385.7 96.4


(Permazyme)0 0 0 0 0 N ( w = wop) 22 3 0

3 1.61 22 589 1.7 1014.8 948.4 1.96 176 0.0 0.0 0 1190.4 385.7 96.4

Hidrofobantes

(Terrazyme)0 0 0 0 0 N ( w = wop) 22 3 0

3 1.61 22 589 1.7 1014.8 948.4 1.96 176 0.0 0.0 0 1190.4 385.7 96.4

PROPIEDADES BASICAS

Volumen Total

SUELO

TIP

O E

ST

AB

ILIZ

AN

TE

ADICIONESHUMEDAD DE

COMPACTACIONPROBETAS A

FABRICAR

VO

LU

ME

N T

OT

AL

Den

sid

ad c

om

pac

tad

a a

la h

um

edad

nat

ura

l

Pes

o s

uel

o h

um

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a w

n

atu

ral

Pes

o s

ue

lo s

eco

Den

sid

ad h

um

eda

a co

mp

acta

r

TAMAÑO PROBETAS

Ag

ua

a ad

icio

nar Peso aditivo (gr)

Aditivo en volumen

PESO MEZCLA HUMEDA

(gr)


% PESO SECO

% V

OL

UM

EN

(cm

3 )

Cem

ento

Ad

itivo

PROCTOR ESTANDAR

CH

A4h

MIC 2010 - I- 25 MIC 2010 - I- 26

2

wnat 19 %

wopt 38 %


Altura 10 cm

Area 20 cm2


196 cm3

USCS LCPC

Cem

ento

Cal

Ad

itivo

Otr

o

wco

mp

wco

mp

# P

rob

etas

Tes

tigo

s

TO

TA

L

Den

sid

ad

γ

γ

γ

γ

sec

a

Hu

med

ad w

op

t

Por probeta

Por capa

(cm3) (%) (%) (ton/m3) (%) (cm3) (ton/m3) (gr) (gr) (ton/m3) (cm3) (gr) (gr) (gr) (gr) (gr) (gr)

Natural 0 0 0 0 0 N ( w = wop) 26 3 0 3 1.26 38 589 1.3 771.9 742.2 1.59 163 0.0 0.0 0 935.2 311.7 77.9

Cemento 4 0 0 0 0 N ( w = wop) 21.5 3 0 3 1.59 21.5 589 1.7 936.6 900.6 1.93 165.34 36.0 0.0 0 1138.0 379.3 94.8


(Permazyme)0 0 0 0 0 N ( w = wop) 26 3 0 3 1.26 38 589 1.3 771.9 742.2 1.59 163 0.0 0.0 0 935.2 311.7 77.9

Hidrofobantes

(Terrazyme)0 0 0 0 0 N ( w = wop) 26 3 0 3 1.26 38 589 1.3 771.9 742.2 1.59 163 0.0 0.0 0 935.2 311.7 77.9

ML

A2

Ag

ua

a a

dic

ion

ar

Peso aditivo (gr)

Aditivo en volumen

PESO MEZCLA HUMEDA

Den

sid

ad h

um

eda

a c

om

pac

tar


% PESO SECO

% V

OL

UM

EN

(cm

3 )

Cem

ento

Ad

itivo

PROCTOR ESTANDAR

VO

LU

ME

N T

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De

nsi

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co

mp

acta

da

a la

h

um

edad

nat

ura

l

Pes

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o h

um

edo

a w

n

atu

ral

Pes

o s

uel

o s

eco

TAMAÑO PROBETAS PROPIEDADES BASICAS

Volumen Total

SUELO

TIP

O E

ST

AB

ILIZ

AN

TE ADICIONES

HUMEDAD DE COMPACTACION

PROBETAS A FABRICAR

influencia de estabilizantes para subrasantes, en la

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