ISSN 0188-7297SECRETARIA DE COMUNICACIONES Y
TRANSPORTESSCTtNSTITUTO MEXICANO DEL TRANSPORTEESTABILIZACIN DE
SUELOSCON CLORURO DE SODIO PARA SUUSO EN LAS VAS TERRESTRESPaul
Garnica AnguasAlfonso Prez SalazarJos Antonio Gmez LpezEdda
Yhaaraby Obil VeizaPublicacin Tcnica No.201 Sanfandila, Qro,
2002SECRETARA DE COMUNICACIONES Y TRANSPORTES INSTITUTO MEXICANO
DEL TRANSPORTEEstabilizacin de suelos con cloruro de sodio para su
uso en las vasterrestresPublicacin Tcnica No. 201 Sanfandila, Qro.
2002Este trabajo fue desarrollado en la Coordinacin de
Infraestructura del Instituto Mexicano del Transporte por los
investigadores Dr. Paul Garnica Anguas, Ing. Alfonso Prez Salazar,
M. en I. Jos Antonio Gmez Lpez e Ing. Edda Yhaaraby Obil Veiza
tesista de la Maestra en Vas Terrestres de la Universidad Autnoma
de Chihuahua.Se agradece a los tcnicos Miguel ngel Cervantes Nieto
y Mario Antonio Prez Gonzlez la realizacin de los ensayes en el
laboratorio, a la M. en C. Natalia Prez Garca por los ensayes
realizados en el equipo triaxial
cclico.ndiceResumenlllAbstractVResumen ejecutivoVII 1.Antecedentes1
2.Estabilizacin de suelos52.1Clasificacin de suelos con fines de
estabilizacin5Parmetros esenciales en el reconocimiento de
suelos,segn el sistema Northcote5Identificacin de los minerales de
un suelo,segn el sistema Northcote6 2.2Productos empleados en la
estabilizacin de suelos10 2.3Estabilizacin con productos qumicos11
2.4Estabilizacin con sales11 2.5Estabilizacin con cloruro de calcio
(CaCl2)11Estabilizacin de suelos con silicato de sodio
(Na2Sio3)12Estabilizacin con cloruro de sodio (NaCl)13 2.6algunos
criterios para la estabilizacin de suelos para pavimentos16
2.7Comportamiento de suelos estabilizados con cloruro de
sodio223.Diseo del experimento25 3.1Caractersticas de los
materiales estudiados25Caractersticas de los suelos25Caractersticas
de la sal26Anlisis granulomtrico de la sal en grano27 3.2Ensayes de
laboratorio28Equipo utilizado en la determinacin del mdulo de
resilienciay resistencia a la compresin simple28Expansin
libre303.3Elaboracin de especimenes31Tiempo de curado31Preparacin
de probetas para los ensayes32Estabilizacin de suelos con cloruro
de sodio para su uso en las vas terrestres4. Anlisis de
resultados33 4.1Lmites de Atterberg y pH33Influencia de la sal en
los lmites de Atterberg33 4.2Resultados de los valores de pH35
4.3Caractersticas de compactacin36 4.4Caractersticas de expansin36
4.5Mdulo de resiliencia y resistencia a la compresin445.
Recomendaciones y conclusiones53Bibliografa55ResumenSe presentan y
discuten los principales resultados obtenidos en un estudio
experimental, destinado a evaluar la estabilizacin con cloruro de
sodio (NaCl) en suelos arcillosos, encaminados a la aplicacin en
terraceras de las vas terrestres. Se trabajaron dos suelos
particularmente, El Salitre y Jurica, de la Ciudad de Quertaro,
ambos con alto potencial de expansin. Se determin la influencia de
la sal en las propiedades fsicas y mecnicas, variando los
porcentajes de la sal adicionada al suelo.Estabilizacin de suelos
con cloruro de sodio para su uso en las vas
terrestresIVAbstractThis work presents and discusses the results
obtained from an experimental study that was realized to asses the
stabilization with NaCl. The Soils were obtained from El Salitre
and Jurica neighborhood. Both soils were high compressibility. It
was determinate the effect of the salt on the physical and
mechanical properties of the soils analyzed, with different salt
contents in the soil.VEstabilizacin de suelos con cloruro de sodio
para su uso en las vas terrestresVIResumen ejecutivoLa
estabilizacin de los suelos en la ingeniera prctica,
particularmente en las vas terrestres, ha sido una tcnica
ampliamente utilizada para mejorar el comportamiento esfuerzo
deformacin de los suelos.El mejoramiento de los suelos ha atendido
a diversos requerimientos, tales como la resistencia al esfuerzo
cortante, la deformabilidad o compresibilidad, la estabilidad
volumtrica ante la presencia de agua, entre otros, buscando en
todos los casos, un buen comportamiento esfuerzo deformacin de los
suelos y de la estructura que se coloque sobre ellos, a lo largo de
su vida til.En los terrenos arcillosos, particularmente en climas
ridos o semiridos, es altamente probable encontrar problemas
relacionados con inestabilidades volumtricas ante la ganancia o
prdida de agua. Existen en la prctica diversos mtodos para
estabilizar a tales suelos; cada mtodo, utiliza diferentes agentes
estabilizadores, entre los que se pueden encontrar:La calEl cemento
Prtland Productos asflticos cidos orgnicos Resinas y polmeros
Sales, entre otrosIncluso se ha utilizado la combinacin de
diferentes productos estabilizadores, as como la mezcla de suelos
con el fin de dar soluciones ptimas a problemas particulares.En el
presente trabajo se analiza el comportamiento de suelos arcillosos,
potencialmente expansivos, mezclados con cloruro de sodio. Es
importante destacar que las sales han sido estudiadas, con fines de
estabilizacin, desde hace varias dcadas, entre las que se pueden
citar el cloruro de potasio, el cloruro de magnesio, cloruro de
bario, nitrato de sodio, carbonato de sodio, cloruro de calcio,
cloruro de sodio, entre otros, sin embargo, solo algunas de ellas,
por razones econmicas, han podido ser aplicadas a la estabilizacin
de terraceras. Particularmente, el cloruro de sodio por su bajo
costo, es de los que ms se han empleado en carreteras, en algunos
casos con mayor o menor xito dependiendo de las condiciones
particulares del caso que se trate.VIIEstabilizacin de suelos con
cloruro de sodio para su uso en las vas terrestresLos suelos
estudiados corresponden a los sitios de El Salitre y Jurica. Se
analiza la variacin de las propiedades fsicas y mecnicas de dichos
suelos con la adicin de sal, para en diferentes porcentajes. Se
aplic la sal con dos mtodos diferentes, uno con la sal diluida en
salmuera y otro en grano.La salmuera es una solucin compuesta por
una cierta cantidad de sal, en peso, por cantidad de agua
destilada; y la sal en grano se dosifica, en peso, por unidad de
peso seco del material por estabilizar.El mtodo tradicional de
adicin de sal al estabilizar terraceras, es en peso de sal por peso
seco de suelo, en este trabajo se analiza la adicin con salmuera
con la finalidad de aplicarla por medio de pipas directamente al
suelo en el agua de compactacin.Las propiedades fsicas aqu
analizadas son los lmites de consistencia y por ende su
clasificacin dentro del Sistema Unificado de Clasificacin de Suelos
(SUCS) y el Potencial de Hidrgeno (pH), as como las caractersticas
de compactacin de dichos suelos analizados con el ensaye Prctor.
Las propiedades mecnicas evaluadas son la resistencia a la
compresin y el mdulo de resiliencia.Lo anterior con el fin de tener
un panorama general del comportamiento mecnico del suelo tratado
con sal en cuanto a su comportamiento mecnico en capas de terracera
en estructuras de pavimento.VIII1 AntecedentesSe presenta un breve
tratado del origen, formacin y los minerales constitutivos de los
suelos, asimismo, se incluye una descripcin de los principales
tipos de arcillas as como la fsico-qumica de stas. Lo anterior con
la finalidad de comprender el comportamiento de los suelos finos
estabilizados, motivo del presente estudio.Un mineral es una
sustancia inorgnica y natural, que tiene una estructura interna
caracterstica determinada por un cierto arreglo especfico de sus
tomos e iones. Su composicin qumica y sus propiedades fsicas o son
fijas o varan dentro de lmites definidos. Sus propiedades fsicas ms
interesantes, desde el punto de vista de identificacin son: el
color, el lustre, la tonalidad de sus raspaduras, la forma de
cristalizacin, la dureza, la forma de su fractura y disposicin de
sus planos crucero, la tenacidad, la capacidad para permitir el
paso de ondas y radiaciones (luz) y la densidad relativa.Para los
fines del presente estudio, suelo representa todo tipo de material
terroso, desde un relleno de desperdicio, hasta areniscas
parcialmente cementadas o lutitas suaves. Quedan excluidas de la
definicin las rocas sanas, gneas o metamrficas y los depsitos
sedimentarios altamente cementados, que no se ablanden o
desintegren rpidamente por accin de la intemperie.Es bien conocido
que la corteza terrestre se compone principalmente por silicatos,
en los suelos formados por partculas gruesas, los predominantes son
principalmente feldespatos (de potasio, sodio o calcio), micas,
olivino, serpentina, etc.; xidos, cuyos principales exponentes son
el cuarzo, la limonita, la magnesita y el corindn; carbonatos,
entre los que destacan la calcita y la dolomita y sulfatos, cuyos
principales representantes son la anhidrita y el yeso.En los suelos
gruesos el comportamiento mecnico e hidrulico est principalmente
condicionado por su compacidad y por la orientacin de sus
partculas, por lo que la constitucin mineralgica es, hasta cierto
punto, secundaria.Por su parte las arcillas estn constituidas
bsicamente por silicatos de aluminio hidratados, presentando adems,
en algunas ocasiones, silicatos de magnesio, hierro u otros
metales, tambin hidratados. Estos minerales tienen casi siempre,
una estructura cristalina definida, cuyos tomos se disponen en
lminas. Existen dos variedades de tales lminas: la silcica y la
alumnica.La primera, de tales lminas, est formada por un tomo de
silicio, rodeado de cuatro de oxgeno, disponindose el conjunto en
forma de tetraedro, tal como se muestra en la Figura 1.1. Estos
tetraedros se agrupan en unidades hexagonales, sirviendo un tomo de
oxgeno de nexo entre cada dos tetraedros.T"Estabilizacin de suelos
con cloruro de sodio para su uso en las vas terrestresFigura 1.1
Esquema de la estructura de la lmina silcicaUn esquema de una
unidad hexagonal aparece en la Figura 1.2. Las unidades hexagonales
repitindose indefinidamente, constituyen una retcula laminar.Figura
1.2 Esquema de una unidad hexagonal de una lmina silcicaLas lminas
alumnicas estn formadas por retculas de octaedros dispuestos con un
tomo de aluminio al centro y seis de oxgeno alrededor, tal como
aparece en la Figura 1.3. Tambin ahora es el oxgeno el nexo entre
cada dos octaedros vecinos, para constituir la retcula.De acuerdo
con su estructura, los minerales de arcilla se clasifican en tres
grupos: caolinitas, montmorilonitas e ilitas. Las caolinitas
(Al2O3.2SiO2.2H2O) estn formadas por una lmina silcica y otra
alumnica, que se superponen indefinidamente. La unin entre todas
las retculas es lo suficientemente firme para no permitir la
penetracin de molculas de agua entre ellas (adsorcin). En
consecuencia, las arcillas caolinticas son relativamente estables
en presencia de agua.1 AntecedentesFigura 1.3 Esquema de la
estructura de la lmina alumnicaLas montmorilonitas ((OH)
4Si8Al4O20.nH2O) estn formadas por una lmina alumnica entre dos
silcicas, superponindose indefinidamente. En este caso la unin
entre las retculas del mineral es dbil, por lo que las molculas de
agua pueden introducirse en la estructura con relativa facilidad a
causa de las fuerzas elctricas generadas por su naturaleza dipolar.
Lo anterior, produce un incremento en el volumen de los cristales,
lo que se traduce en expansin. Las arcillas montmorilonticas,
especialmente en presencia de agua, presentarn fuerte tendencia a
la inestabilidad. Las bentonitas son arcillas del grupo
montmorilontico, originadas por la descomposicin qumica de las
cenizas volcnicas y presentan la expansividad tpica del grupo en
forma particularmente aguda, lo que las hace sumamente crticas en
su comportamiento mecnico. Estas arcillas aparecen, con frecuencia
en los trabajos de campo.Las ilitas ((OH)4.Ky(Si8-y.Aly)
(Al4.Fe4.Mg4.Mg6) O20, con y, por lo general, igual a 1.5) estn
estructuradas anlogamente que las montmorilonitas, pero su
constitucin interna manifiesta tendencia a formar grumos de
materia, que reducen el rea expuesta al agua por unidad de volumen;
por ello, su potencial de expansin es menor que el de las
montmorilonitas y su comportamiento mecnico es ms favorable para el
ingeniero.Para entender mejor la respuesta de los suelos finos a la
estabilizacin es importante conocer los aspectos fsico-qumicos de
estos. En general, se considera, que las partculas arcillosas
tienen un tamao del orden de 2 micras o menores y presentan una
actividad elctrica importante, que rige su comportamiento dada su
gran superficie especfica en relacin con su volumen y an su
masa.Una de las teoras ms aceptadas, hasta ahora desarrolladas,
para explicar la estructura interna de las arcillas es la que
menciona que la superficie de cada partcula de suelo posee carga
elctrica negativa. La intensidad de la cargaEstabilizacin de suelos
con cloruro de sodio para su uso en las vas terrestresdepende de la
estructuracin y composicin de la arcilla. La partcula atrae a los
iones positivos del agua (H + ) y a cationes de diferentes
elementos qumicos, tales como Na+, K+, Ca++, Mg++,Al+++,Fe+++, etc,
se tiene entonces, en primer lugar, al hecho de que cada partcula
individual de arcilla se ve rodeada en forma definida y ligadas a
su estructura (agua adsorbida).Las molculas de agua son
polarizadas, es decir, en ellas no coinciden los centros de
gravedad de sus cargas negativas y positivas, sino que funcionan
como pequeos dipolos permanentes; al ligarse a la partcula por su
carga ( + ), el polo de carga (-) queda en posibilidad de actuar
como origen de atraccin para otros cationes positivos. Los propios
cationes atraen molculas de agua gracias a la naturaleza polarizada
de stas, de modo que cada catin est en posibilidad de poseer un
volumen de agua en torno a l. El agua adsorbida por cada catin
aumenta con la carga elctrica de ste y con su radio inico (Peck,
R.B.,Hanson, W.E. y Thornburn, T.H. 1957).Por lo anterior, cuando
las partculas del suelo atraen a los cationes, se ve reforzada la
pelcula de agua ligada a la partcula. El espesor de la pelcula de
agua adsorbida por el cristal de suelo es as funcin, no solo de la
naturaleza del mismo, sino tambin del tipo de los cationes
atrados.Los cristales de arcilla pueden cambiar los cationes
absorbidos en su pelcula superficial; por ejemplo, una arcilla
hidrgena (con cationes H+) puede transformarse en sdica, si se hace
que circule a travs de su masa, agua con sales de sodio en
disolucin. En realidad lo que ocurre es un intercambio de cationes
entre el agua y las pelculas adsorbidas por las partculas
minerales, algunas veces en reaccin rpida. Los cationes
intercambiables ms usuales son Na+, K+, Ca++, Mg++,H+ y (NH4)+.Las
caolinitas son menos susceptibles de intercambiar sus cationes que
las montmorilonitas y las ilitas poseen la propiedad en grado
intermedio. La capacidad de intercambio crece con el grado de
acidez de los cristales, es decir es mayor si el pH del suelo es
menor; la actividad catinica se hace notable, en general, para
valores del pH menores que 7. La capacidad de intercambio tambin
crece con la velocidad y concentracin de la solucin que circule por
la masa de suelo.Las propiedades mecnicas de una arcilla pueden
cambiar al variar los cationes contenidos en sus complejos de
adsorcin, pues a diferentes cationes ligados corresponden distintos
espesores de la pelcula adsorbida, lo que se refleja sobre todo en
las propiedades de plasticidad y resistencia del suelo.2
Estabilizacin de suelos2.1 Clasificacin de suelos con fines de
estabilizacinExisten varios sistemas para clasificar a los suelos
con fines de estabilizacin, uno de los ms conocidos es el que se
basa en el tamao, forma y arreglo de las partculas y conocido como
sistema Northcote, en donde se divide al suelo en los grupos
fundamentales siguientes:DescripcinSmboloSuelos con perfil de
textura uniformeUSuelos con perfil de textura gradualGSuelos con
perfil de textura dobleDSuelos orgnicosOEntendindose el concepto de
textura desde el punto de vista cientfico geotcnico, a la forma en
que estn agregadas las partculas de arena, limo y arcilla. Adems la
descripcin de textura se compone de tres partes: forma, tamao y
grado de desarrollo.Asimismo se subdivide a estos suelos en
subgrupos de acuerdo con algunas caractersticas visibles tales como
el color, presencia de concreciones, rellenos en las grietas o
fisuras, etc., as como algunas caractersticas no detectables a
simple vista como lo es la alcalinidad o acidez. Cabe mencionar que
esta clasificacin no ha sido aceptada en forma universal, aunque
actualmente se estn haciendo algunos esfuerzos para que sea
aceptada.Resulta razonable pensar que mientras mejor se conozcan
las caractersticas fsicas y qumicas de un suelo mejor se puede
emprender el estudio de la estabilizacin.Parmetros esenciales en el
reconocimiento de suelos, segn el sistema NorthcoteEl primer paso
para la determinacin de la composicin y propiedades esperadas en un
suelo, es el reconocimiento visual y manual, el segundo paso
importante es la determinacin del tipo de minerales que contiene el
suelo, pues de ellos depende en forma directa la estabilidad
volumtrica, la cohesin y, en especial laEstabilizacin de suelos con
cloruro de sodio para su uso en las vas terrestresreactividad a la
estabilizacin. La determinacin del tipo de mineral, cuando de
estabilizaciones se trata, es una herramienta de gran utilidad. Los
tipos de minerales se pueden determinar con microscopios
electrnicos, difraccin de rayos x, espectrometra con rayos
infrarrojos y anlisis qumicos. Sin embargo, en la gran mayora de
los casos y para fines prcticos puede inferirse el tipo de
minerales mediante observaciones de campo sencillas.De los cientos
de minerales que se han encontrado en los limos y arcillas
contenidos en un suelo, basta para fines prcticos e ingenieriles,
el reconocimiento de la existencia de menos de diez de ellos.
Algunas caractersticas principales de estos se muestran en la Tabla
2.1. (Ingles O. G., Metcalf. 1972).Tabla 2.1 Principales tipos de
mineralesGrupoMinerales TamaopromedioArena muy finaCuarzo>1
nMicaMuscovita, biotita> H-CarbonatoCalcita,
dolomitaVariableSulfatoYeso>1 nAlfano CaolnAluminosilicatos
Amorfos, atapulgita, Almina y slica hidratadas. Caolinita y
haloysita.- 1 - 1Ilitalita y micas parcialmente degradadas.= 0.1
nMontmorilonitaMontmorilonita y Bentonita.< 0.01
nCloritaClorita, vermiculita= 0.1 nMateria orgnicaPresencia de
cidoVariable Caractersticas fsicas principalesAbrasiva, sin
cohesin.Sin cohesin, se intemperiza fcilmente, compactable.Se
pulveriza fcilmente.Ataca al cementoAlta relacin de vacos, alta
plasticidad.No expansivo, baja plasticidad, bajacohesin.Expansiva,
plasticidad media, bajapermeabilidad.Altamente expansiva, muy
plstica, permeabilidad extremadamente baja.Expansin baja,
resistencia al cortantebaja.Alta permeabilidad,
difcilmentecompactable, se puede degradarRpidamente por
oxidacin.Identificacin de los minerales de un suelo, segn el
sistema NorthcoteSe puede reconocer con cierto grado de aproximacin
a la mayora de los grupos minerales con base en observaciones y
pruebas sencillas de campo. El mtodo Norcothe se basa en tres
premisas que son las siguientes:2 Estabilizacin de suelos
a)Observaciones generales del lugar y del perfil de suelos.
Esnecesario efectuar pozos a cielo abierto o extraer
muestrasinalteradas. Es de utilidad el anlisis de cortes existentes
en la regino extraer muestras alteradas, en donde se toma nota de
los coloresdel suelo y del agua en los encharcamientos cercanos.
b)Apreciacin de la textura del suelo. La textura del suelo
puedeestimarse con la ayuda de agua de lluvia o destilada.
c)Inmersin del espcimen del suelo, completamente en agua de lluviao
destilada. El procedimiento que se recomienda se le ha
designadocomo "prueba del grumo". No se deben agregar
agentesdispersantes, ni humedecedores. El procedimiento consiste
encolocar un pequeo grumo de suelo secado al aire(aproximadamente
del tamao de un frijol) dentro de un vaso devidrio claro lleno de
agua destilada o de lluvia. Es muy importanteque no se altere el
grumo en ninguna forma, salvo el secado, antesde su inmersin en
agua. Se observa el comportamiento del grumo,despus de la inmersin,
durante un lapso de hasta 10 minutos,tomando en cuenta el esquema
de la Figura 2.1.Deben anotarse todas las observaciones de campo en
forma apropiada as como su local izacin precisa; los datos que
tradicional mente se registran son los siguientes:Profundidad a
partir de la superficie.Color. Cuando se presenten motas, anotar
sus coloraciones.Inclusiones. Indicar si se trata de carbonatos,
hierro, races, materiaorgnica.Textura y consistencia.Dispersin en
agua.Tipo de perfil.Geologa. Tipo de rocas o formaciones en la
regin.Aguas superficiales. Coloracin, turbidez, etc.Erosin. Tipo de
erosin.Presencia de deslizamientos.Micro relieve en los
suelos.Mineral Inferido.Estabilizacin de suelos con cloruro de
sodio para su uso en las vas terrestresInmersin en agua destilada
del grumo secado al aireEl grumo se afloja y se disgrega
parcialmente El grumo no se aflojaT T T I 1Dispersin total (Halos)
* montmorilonitas salinas, frecuentemente tambin carbonatos
Dispersin parcial(Halos) * litas salinas No se presenta Dispersin
Se presenta expansin, suelos orgnicos No se presenta expansin,
arcilla laterticaSe toman grumosInalterados hmedos, seremoldean
ligeramente yse sumergen en agua.Se presenta dispersin Ilitas No se
presenta dispersin1 1Ausencia de carbonatos y yeso, se agita
vigorosamente Presencia de carbonato y yeso* lita
ca/Mg,Montmorilonita ca/Mg.1 1Se presenta dispersin itas No se
presenta dispersin Caolinitas, Clorita* La dispersin se detecta
mediante la formacin de halos, alrededor de cada grumo, fcilmente
visibles contra un fondo oscuro, mientras ms pronunciados sean los
halos, ms alta ser la dispersin. El asentamiento del suelo en el
lquido que permanece claro durante menos de 10 minutos ser un signo
de la ausencia de dispersin.** Si no se reconoce fcilmente la
presencia de carbonatos, esta se puede verificar mediante la
efervescencia del suelo al colocar una gota de cido en ste. El cido
de una batera puede ser suficiente.Figura 2.1 Esquema de la prueba
de inmersin del grumo en agua. Principales tipos de minerales82
Estabilizacin de suelosLa finalidad de reconocer a los suelos tanto
visual como manualmente es permitir tomar decisiones lgicas
respecto al tipo de estabilizacin ms adecuado as como las pruebas a
efectuar. De esta manera se pueden lograr economas considerables
sin riesgos para el proyectista de la estabilizacin. Para lograr
que el reconocimiento de los suelos sea ms efectivo debe
complementarse con el conocimiento de las propiedades del suelo y
de sus componentes. Con este fin, en la Tabla 2.2 se indican las
propiedades ingenieriles de los diferentes componentes de un suelo,
tomando en cuenta que estas tablas son generales y que pueden
presentarse excepciones.Tabla 2.2 Propiedades ingenieriles de los
componentes de un suelo (Ingles O. G.,Metcalf. 1972)ORITERIA
GANICANTM ITAComponentePropiedades I 2 O ooPermeabilidadSeco
HmedoEstabilidad Volumtrica m m m m m mmPlasticidad Cohesin m M
mResistenciaSeco HmedoCompactacinCon lahumedadptima. m m m m mm mm
mEstabilidad al intemperismo m mAbrasividad m mTOMAR CUENT SALINIH
a. 1219Estabilizacin de suelos con cloruro de sodio para su uso en
las vas terrestresEn el procedimiento referido en este inciso no se
toma muy en cuenta a la reactividad de los aditivos con los
agregados, por lo que dicho procedimiento deber tomarse con las
debidas precauciones y limitaciones.Conviene tener presente, que
por sus propias funciones, la Fuerza Area de los Estados Unidos ha
construido tanto pavimentos de funcionamiento temporal (por ejemplo
en zonas de combates) bien de funcionamiento permanente (por
ejemplo las pistas de despegue de sus aeropuertos en Estados
Unidos), por lo que han considerado a estos dos casos en su sistema
de diseo.La Figura 2.3 muestra en forma esquemtica el enfoque
global sistemtico del diseo y se puede notar que no solamente se
contempla el caso de la estabilizacin qumica, aunque si reviste
inters primario, sino que tambin se admite como alternativa a la
estabilizacin mecnica, entre otras, la compactacin y la
preconsolidacin.Una vez que se ha decidido, con base en factores de
orden prctico o econmico, el tipo de estabilizacin a realizar, habr
que decidir cual es la capa ms conveniente a tratar de acuerdo con
la disponibilidad de los materiales, su calidad y costo.La
siguiente etapa sera la eleccin del mtodo de estabilizacin ms
adecuado. El tipo de pavimento regir como un primer punto a esta
eleccin pues en unos casos la resistencia puede ser la que revista
mayor importancia (base de pavimentos flexibles, por ejemplo),
mientras que en otros lo puede ser la adherencia o unin de las
partculas (caso de subbases de pavimentos rgidos para evitar el
bombeo), o inclusive la permeabilidad.Los factores ambientales
pueden influenciar a la resistencia ltima del suelo estabilizado,
tanto como la calidad de los materiales a emplear en la
estabilizacin; una cantidad excesiva de lluvia puede alterar la
efectividad de una estabilizacin pues podra por ejemplo lavar y
percolar la sal adicionada a un suelo, o bien la existencia de
aguas cidas puede anular los efectos estabilizantes de un aditivo
alcalino al quedar ambos en contacto.Por otro lado, la temperatura
ejerce tambin influencia en la velocidad de las reacciones qumicas,
razn por la cual debe tomarse en cuenta al elegir los mtodos de
estabilizacin en ciertas pocas del ao. El perfecto conocimiento del
funcionamiento y limitaciones del equipo disponibles es de suma
importancia, pues esto permitir que el ingeniero pueda, a priori,
eliminar ciertos productos que no resulten de aplicacin prctica;
pues, por ejemplo, no sera de esperar un buen trabajo de
estabilizacin si se requiere mezclar una arcilla plstica muy hmeda
con cemento Prtland si para ello se cuenta solamente con arados de
disco y motoconformadoras, ya que en este caso sera indispensable
contar con sistemas de secado y pulverizacin.202 Estabilizacin de
suelosEstabilizacindela subrasanteConstruccin temporalEstabilizacin
qumica Estabilizacinde la base osubbaseEstabilizacin de suelos
Construccin permanente Estabilizacindela subrasanteEstabilizacinde
la base osubbaseEstabilizacindela subrasante Seleccineseel mtodo
deestabilizacinms deseablecon base enel tipo
depavimento,posibilidad deefectuar la
estabilizacin,medioambiente,economa ytiempoEstabilizacin Mecnica
Construccin temporal Estabilizacinde la base osubbase
Establzcanselos requisitos decomportamientopara
suelosestabilizadosEstabilizacindela subrasanteConstruccin
permanente Estabilizacinde la base osubbase Evaluacin de
campoFigura 2.3 Sistema ndice de clasificacin para estabilizacin de
suelos propuestopor la Fuerza AreaUna vez seleccionado el mtodo de
estabilizacin debern establecerse las premisas de comportamiento
con las que el suelo deber cumplir, dependiendo de las propiedades
que se desee obtener en el suelo estabilizado, pues se pueden tener
casos en los que se requiera evitar la aparicin de canalizaciones
por fallas plsticas, o bien evitar el desarrollo de cambios
volumtricos por cambios de humedad o el aumento en la resistencia
al desgaste, etc.21Estabilizacin de suelos con cloruro de sodio
para su uso en las vas terrestresFinalmente debern efectuarse
evaluaciones peridicas para verificar el funcionamiento de la
estabilizacin y lo que es ms, la aplicabilidad del mtodo de diseo
que se est exponiendo.2.7 Comportamiento de suelos estabilizados
con cloruro de sodioPocos son los trabajos publicados que presentan
en detalle el comportamiento esfuerzo-deformacin de suelos
estabilizados con cloruro de sodio.Existen varios autores que han
estudiado el efecto del cloruro de sodio en las propiedades de los
suelos, principalmente en las propiedades fsicas y entre las
principales observaciones podemos citar las siguientes:a.El peso
volumtrico seco y la resistencia a la compresin seincrementan al
adicionar cloruro de sodio hasta en un 3%.El lmite lquido y el
ndice plstico se reducen al adicionar cloruro de sodio (Ogawa et
al, 1963).b.La cohesin y el ngulo de friccin interna parecen
disminuir aladicionar cloruro de sodio y en especmenes en los que
no sepermita la prdida de humedad. Parece que si se permite el
secadoantes de ensayar los especmenes tanto la cohesin como el
ngulode friccin aumentan de manera importante (Ogura & Uto,
1963).c.Las partculas de roca caliza parecen ser solubles a
soluciones decloruro de sodio (Wood,1969).d.La capacidad de
retencin de humedad aumenta en los suelostratados con cloruro de
sodio (Marks et al 1970).A partir de la revisin en la literatura se
parece evidenciar, en todo caso, que existen suelos que al parecer
no responden a la estabilizacin con cloruro de sodio.En su trabajo
doctoral El-Sekelly, 1987, estudio tres mezclas de suelo. En todos
ellos observ mejoras de los valores de resistencia a la compresin,
a la tensin, de valor relativo de soporte e incluso en los valores
de mdulo de resiliencia. Cabe mencionar, sin embargo, que en varios
casos agreg un 2% de cal adems del cloruro de sodio.222
Estabilizacin de suelosAdicionalmente, es de llamar la atencin en
el trabajo de El-Sekelly, el hecho de que dos de las mezclas de
suelo que estudio eran suelos gruesos, con clasificaciones SC y GC
segn el SUCS.El otro suelo estudiado por El-Sekelly se clasifica
como MH, con un lmite lquido de 54% y un ndice plstico del 38%. y
el porcentaje de arcilla es del 28%, con una gran proporcin de limo
y arena.Tambin en el trabajo de G. Singh y B. Das, 1999, se
presentan mejoras en las propiedades de resistencia y mdulo de
resiliencia en los suelos estudiados que son los mismos que
investig El-Sekelly.Llama la atencin el hecho de que en esos
trabajos, las mejoras de comportamiento que se presentan se
lograron cuando los especmenes de suelo tuvieron un secado previo a
la ejecucin de los ensayes correspondientes.Lo anterior es muy
importante ya que no hay manera de diferenciar si esa aparente
mejora de propiedades se logr porque disminuy el contenido de agua
del espcimen o por una real contribucin del cloruro de
sodio.23Estabilizacin de suelos con cloruro de sodio para su uso en
las vas terrestres243 Diseo del experimentoEn este captulo se
describen los materiales en estudio, as como las propiedades ndice
de stos. Tambin se mencionan los ensayes realizados a los
materiales, y el proceso que se sigui en la realizacin de los
especimenes.3.1 Caractersticas de los materiales estudiadosA
continuacin se describirn las caractersticas de los materiales
objeto de nuestro estudio.Caractersticas de los SuelosLos
materiales que se analizaron se obtuvieron de muestreos alterados,
los cuales se realizaron uno en el Salitre y el otro en Jurica,
ambos en el Estado de Quertaro. La razn por la que se escogieron
estos suelos, es bsicamente el antecedente de expansividad que han
presentado.El primer suelo presenta las siguientes
caractersticas:Localizacin:El Salitre, Qro.Profundidad de la
muestra:1.80 mDescripcin de la muestra:Arcilla color rojaTipo de
muestreo:AlteradoEl segundo suelo presenta las siguientes
caractersticas:Localizacin:Jurica, Qro.Profundidad de la
muestra:1.50 mDescripcin de la muestra:Arcilla color negraTipo de
muestreo:AlteradoLa clasificacin del suelo de acuerdo al SUCS
(Sistema Unificado de Clasificacin de Suelos) que se determinaron
para los suelos en estudio, se muestran en la Tabla
3.1.25Estabilizacin de suelos con cloruro de sodio para su uso en
las vas terrestresTabla 3.1 Propiedades ndice de los materiales en
estudioNombreClasificacin SUCSIP(%)LL(%)CL(%)SsLP(%)ColorArcilla
(%)pHEl
SalitreCH34.059.417.22.725.4Rojo81.27.5JuricaCH36.059.014.52.623.0Negro86.37.3Las
propiedades ndice indicadas en la Tabla 3.1, se determinaron con el
material secado al aire.Caractersticas de la salLas propiedades
tpicas de la sal utilizada en el experimento son las
siguientes:Propiedades tpicasCloruro de sodio,% Humedad,% Materia
insoluble,% Ion calcio,% Ion magnesio,% Ion sulfato, % Malla US: 4
Malla US 16 pasa US 16 Lmites99.300 - 99.720 2.011-3.600
0.007-0.177 0.035-0.910 0.002 - 0.074 0.125-0.355 20 - 55% 50 - 70%
13% maxPorcentajes de sal empleadosLos porcentajes de sal que se
fijaron para este estudio fueron los siguientes: 0, 2, 5, 10 y 20%.
Estos porcentajes se adicionaron en dos formas: en salmuera (sal
diluida en agua destilada) y en grano.Los porcentajes de sal 0, 2,
5, 10 y 20%, se adicionaron primero en salmuera, para ambos suelos,
de la siguiente manera:263 Diseo del experimentoEl porcentaje de
sal se agreg en peso del agua, es decir, en un litro de agua
destilada se adicionaron 20, 50, 100 y 200 g de sal para 2, 5, 10 y
20% respectivamente, para el caso de la sal en salmuera.Para el
caso de la sal en grano, sta se adicion en los porcentajes 2, 5 y
10 en peso seco del suelo en cuestin.Para el caso de los Lmites de
Atterberg se trabaj con 0, 5 y 10% de sal en salmuera (sal diluida
en agua destilada) y para el pH, se trabaj con 0, 1, 2, 5, 10 y 20%
de sal.Anlisis granulomtrico de la sal en granoEn la Tabla 3.2 se
muestran los resultados obtenidos al realizar el anlisis
granulomtrico de la sal.Tabla 3.2 Granulometra de la sal utilizada
en el estudioMalla No.Peso retenido gRetenido parcial %Material que
pasa %1/2"363.000.8099.203/8"1 738.003.9095.30414
707.0032.4062.901020407.0045.0017.90206782.0415.002.90401
150.542.500.4070182.040.400.001006.540.00SUMA45 336.16100.00Con la
granulometra obtenida se decidi trabajar con los porcentajes
retenidos a partir de la malla No. 10 hasta los porcentajes
retenidos en la malla No.70.Para cada probeta se pesaron 1,500 g.
de material, a las cuales se les adicion la sal en peso del
material, es decir, para 2% de sal, se calcula el 2% de 1500g, lo
que da como resultado 30, estos 30 son los gramos de sal que se
adicionan a la muestra de suelo. El clculo anterior se realiza de
manera similar para los otros porcentajes. En la Tabla 3.3 se
muestran las dosificaciones utilizadas en los porcentajes de
sal.27Estabilizacin de suelos con cloruro de sodio para su uso en
las vas terrestresTabla 3.3 Dosificaciones utilizadas en los
porcentajes de salRetenido en mallasPara 2%Para 5%Para 10%1021.5
g53.7 g107.3 g207.1 g17.8 g35.7 g401.2 g3.0 g6.0 g700.2 g0.5
g1.0gSuma30.0 g75.0 g150.0 g3.2 Ensayes de laboratorioA continuacin
se describen los ensayes de laboratorio realizados a los materiales
en estudio.Equipo utilizado en la determinacin del mdulo de
resiliencia y resistencia a la compresin simpleSe utiliza un equipo
triaxial dinmico fabricado por Geotechnical Consulting &
Testing Systems (GCTS), para las pruebas de mdulo de resiliencia y
compresin simple. Este equipo fue diseado entre otras funciones
para aplicar carga repetida a la muestra de suelo, lo que intenta
simular el estado de esfuerzos producido por muchos vehculos en
movimiento. Gergan (1972) demostr que los datos obtenidos de este
tipo de pruebas dan resultados ms cercanos al comportamiento en
campoLas unidades bsicas del equipo triaxial cclico son: la de
regulacin de aire comprimido con una capacidad de 1000 kPa, y bomba
de vaco. La unidad de aplicacin de carga que consta de un marco de
carga (con capacidad de 13 kN), una celda triaxial, transductores o
sensores que se utilizan para la medicin de los parmetros de
inters; entre ellos se cuenta con: 1.Celda de carga de 200 kg.
2.Sensor de deformacin (LVDT) con rango 25 mm. 3.Sensor de
deformacin (LVDT) con rango 1.27 mm. 4.Transductores diferenciales
de presin con rango de 1000 kPa.Se cuenta adems con la unidad de
registro que tiene un programa integrado, que permite al usuario
ejecutar pruebas automticamente, incluye el control automtico283
Diseo del experimentode los esfuerzos axiales y de la presin de
confinamiento as como la generacin automtica de reportes y
resultados, etc. En la Figura 3.1 se ilustra el equipo triaxial
cclico utilizado en el presente estudio.Figura 3.1 Equipo
TriaxialLa determinacin del mdulo resiliente se realiz con base en
el Protocol P46, el cual es una modificacin de la AASHTO T274-82.
La prueba actual propuesta por SHRP, consiste de 15 etapas de
carga. La carga se aplica durante 100 ciclos y en los ltimos cinco
ciclos se calcula el mdulo de resiliencia. Este procedimiento
requiere de tres presiones de confinamiento y esfuerzos desviadores
del rango de 13.8kPaa69kPa.Contrario a lo que recomienda la AASHTO,
el procedimiento SHRP slo requiere de dos etapas de
acondicionamiento. Adems en las ltimas cinco etapas del
procedimiento AASHTO se aplican presiones de confinamiento de cero,
mientras que en el procedimiento SHRP, las presiones de
confinamiento son de 13.8 kPa como mnimas.29Estabilizacin de suelos
con cloruro de sodio para su uso en las vas terrestresTabla 3.4
Procedimiento para mdulo de resiliencia en suelos tipo II (Suelos
Finos) propuesto por SHRPSecuenciaPresin de confinamientoEsfuerzo
desviadorNmero de Repeticiones3 (kPa)d
(kPa)0*41.127.61000*41.427.6100141.413.8100241.427.6100341.441.4100441.455.2100541.469.0100627.613.8100727.627.6100827.641.4100927.655.21001027.669.01001113.813.81001213.827.61001313.841.41001413.855.21001513.869.0100*Etapas
de acondicionamiento (minimizar efectos de irregularidades en el
contacto cabezal-muestra, adems remover la deformacin
permanente)Expansin librePara las pruebas de presin y porcentaje de
expansin se utiliz el consolidmetro de expansin libre con anillo
fijo.Para la determinacin de la magnitud de presin y porcentaje de
expansin, se utiliz el procedimiento ASTM. A continuacin se hace
mencin de algunos aspectos significativos de este procedimiento.En
cuanto al consolidmetro, seala que el dimetro del anillo no debe
ser menor de 2 pulgadas y la altura no mayor de tres dcimos del
dimetro ni menor de 3/4 de pulgada, para especimenes de dimetro
pequeo menores alturas introducen errores causados por la magnitud
del remoldeo en la superficie, mientras que303 Diseo del
experimentoalturas grandes causan friccin excesiva. El dimetro de
los anillos utilizados en el experimento es de 63.5 mm y con una
altura de 19.7 mm aproximadamente, con lo cual se observa que
cumplen con las especificaciones de la norma.El aparato debe
permitir el movimiento vertical en la parte superior e inferior de
la pastilla, a medida que la expansin se desarrolla. Una vez
colocada la pastilla en el anillo y ste en el consolidmetro, se
aplica una sobrecarga de sitio especificada, en estado de humedad
natural, se registra la altura inicial del espcimen, se llena la
cazuela con agua destilada (para evitar la influencia de cloro o
sales del agua del lugar) y se permite la saturacin de la pastilla
por capilaridad.El espcimen debe expandirse libremente, el tiempo
que sea necesario, hasta que no exista cambio volumtrico apreciable
en la pastilla. Una vez que la expansin ha cesado, se empieza el
proceso de carga para llegar al volumen inicial como se mencion
anteriormente. La carga se realiza con incrementos convenientes, de
tal manera que se defina la curva de compresibilidad de manera
adecuada. En este caso, los incrementos se realizaron duplicando el
esfuerzo inmediato anterior; cada carga es mantenida al menos 24 h,
y segn evolucione la deformacin en el espcimen, pueden requerirse
periodos mayores. Lo anterior se realiza hasta recuperar la
expansin sufrida, con el fin de determinar la presin de
expansin.3.3 Elaboracin de especimenesA continuacin se explica el
procedimiento que se sigui en la elaboracin de las probetas.Tiempo
de curadoUna de las variables en el procedimiento de preparacin de
probetas, es el tiempo de curado del material, el cual es el lapso
comprendido entre el momento en que se aade el agua a la muestra y
el momento de compactacin del mismo, lo que permite una distribucin
uniforme del agua. Se recomienda para la mayora de los suelos fijar
como tiempo de curado 24 horas.En los suelos estudiados se sigui lo
anteriormente recomendado. Posteriormente se dejaron secar al aire
los materiales en estudio, se les determin la humedad y se les aadi
agua a punto de neblina, hasta alcanzar la humedad deseada,
agregando un cierto porcentaje en exceso de agua, para compensar
las prdidas por evaporacin.31Estabilizacin de suelos con cloruro de
sodio para su uso en las vas terrestresPreparacin de probetas para
los ensayesConviene sealar que para determinar el valor del mdulo
de resiliencia de un suelo compactado es necesario desarrollar
pruebas en muestras que tengan las propiedades ms parecidas a las
condiciones que estar sujeto el material en el campo. Cuidando en
la preparacin de las muestras de que se tengan los mismos pesos
especficos, contenidos de agua y los mismos porcentajes de sal para
el caso del presente estudio.Para determinar los valores de presin
y porcentaje de expansin de un suelo compactado se tiene que en
estos valores influyen el contenido de agua inicial y el peso
volumtrico seco.El mtodo de compactacin empleado para la elaboracin
de las probetas fue el de impactos, variando en ellas el contenido
de agua, los tiempos de curado y los contenidos de sal; todas las
probetas se trabajaron dentro de un espacio de compactacin Prctor
estndar.La cantidad de suelo que se prepar para cada muestra fue de
1500 g, el cual se homogeneiz para los diferentes contenidos de sal
y humedades correspondientes. Las muestras se dejaron curar 24
horas, y posteriormente se compactaron.Procedimiento de
compactacinSe compacta el espcimen de prueba en un molde metlico de
7.1 cm de dimetro y 14.4 cm de altura se compacta el espcimen con
un pisn con altura de cada de 13.6 cm, con 51 y 102 golpes,
tratando de reproducir las energas Prctor y Prctor Modificada,
respectivamente.Tiempo de reposoAl lapso transcurrido entre el
momento de la compactacin y el inicio de la prueba, se le denomina
tiempo de reposo. Los tiempos de reposo fijados para los ensayes de
mdulo de resiliencia, resistencia a la compresin, presin y
porcentaje de expansin, fueron 0 y 7 das. Las probetas se dejaron
reposar para su ensaye, envolvindolas en un plstico adherible, y
almacenadas en un cuarto de temperatura constante para evitar la
prdida de humedad.324 Anlisis de resultadosEn este captulo se
presentan y discuten las principales propiedades fsicas y mecnicas
de los suelos en estudio, as como la influencia en stas por la
adicin de cloruro de sodio, para diferentes porcentajes.4.1 Lmites
de Atterberg y pHInfluencia de la sal en los Lmites de AtterbergLos
resultados obtenidos de los Lmites de Atterberg para el material
Jurica se presentan en la Tabla 4.1.Tabla 4.1 Caractersticas de
plasticidad para el material JuricaClasificacin
SUCSIP(%)LL(%)CL(%)Das de
reposoLP(%)ColorSal(%)CH36.059.014.5023.0negra0CH27.655.216.0027.6negra5CL20.346.415.0026.2negra10CH36.255.616.1719.4negra5CL25.649.614.7724.0negra10Los
resultados de los Lmites de Atterberg para el material El Salitre
se presentan en la Tabla 4.2.Tabla 4.2 Caractersticas de
plasticidad para el material El SalitreClasificacin
SUCSIP(%)LL(%)CL(%)Reposo
(das)LP(%)ColorSal(%)CH34.059.417.2025.4roja0CH28.454.416.7025.9roja5CL26.448.814.0022.4roja10CH34.155.6721.5roja5CL19.038.716.0719.7roja1033Estabilizacin
de suelos con cloruro de sodio para su uso en las vas terrestresLos
resultados de los lmites de plasticidad se muestran, en las Figuras
4.1 y 4.2. Se observa como a medida que se incrementa el contenido
de sal, los materiales (Jurica y El Salitre) disminuyen su
plasticidad. Cuando ambos suelos tienen 10% de sal, pasan de
arcillas de alta compresibilidad (CH), a arcillas de baja
compresibilidad (CL), es decir, pasan al lado izquierdo de la lnea
B en la carta de plasticidad. Si se observa y se comparan los
valores registrados en ambos suelos se tiene que resultaron ms
bajos los valores del material Jurica.8Q.8'5 80 70 60 50 40 30 20
10 0 Carta dePlasticidad(Evolucin de la plasticidad en los
materiales de Jurica y B Salitre, debida al contenido de sal en
salmuera, con 0 das de reposo)Sal 0%- JuricaSal 5%- JuricaSal 10%-
JuricaSal 0%- El SalitreSal 5%- El SalitreH-K0 10 20 30 40 50 60 70
80 90 100 " Sal 10%-el Salitre Lmite Lquido (%)Figura 4.1
Comparacin de los Lmites de Atterberg, con 0 das de reposo para
losmateriales El Salitre y JuricaEn la Figura 4.1 se observa que a
medida que se incrementa el contenido de sal, ambos suelos pasan de
ser una arcilla de alta compresibilidad (CH), a una arcilla de baja
compresibilidad (CL), cuando tienen 10% de sal. En la Figura 4.2 se
observan los resultados obtenidos en los lmites de plasticidad con
7 das de reposo para ambos materiales.Se observa que el reposo no
influye de manera considerable en los resultados obtenidos. Pues si
se comparan los valores registrados para 0 das de reposo se tiene
que stos, son parecidos a los valores obtenidos con 7 das de
reposo.344 Anlisis de resultadosCarta de Plasticidad(Evolucin de la
plasticidad en los materiales de Jurica y B Salitre debida al
contenido de sal en salmuera, con 7 das de reposo)80 -i7060 Lnea A
Sal5%-Jurica8 50i22 40 D.8 30-2010 Ho1HoHH11110 10 20 30 40 50 60
70 80 90 100 Lmite Lquido (%) Sal 10%- JuricaSal 5%- El SalitreSal
10%- El SalitreFigura 4.2 Comparacin de los Lmites de Atterberg,
con 7 das de reposo para losmateriales El Salitre y Jurica4.2
Resultados de los valores de pHEn la Tabla 4.3 se presentan los
resultados de la prueba de potencial de hidrgeno (pH), con
distintos porcentajes de sal, realizada para los materiales en
estudio.Tabla 4.3 Potencial de hidrgeno (pH) para los materiales en
estudioSuelopH (0% Sal)pH (1% Sal)pH (2% sal)pH (5% sal)pH (10%
sal)pH (20%
sal)Salitre7.347.136.796.606.526.09Jurica7.486.936.866.766.456.0535Estabilizacin
de suelos con cloruro de sodio para su uso en las vas terrestresSe
observa que el valor del pH disminuye al aumentar el porcentaje de
sal adicionado, pasando de un valor de 7.4 a valores del orden de
6. Cabe mencionar que las determinaciones de pH se realizaron a
18.5 C.4.3. Caractersticas de compactacinEn la Figura 4.3 se
muestran las curvas de compactacin Prctor estndar, obtenidas con
material secado al aire, y con 0 y 20% de sal en salmuera para el
material El Salitre.Curvas de compactacin Prctor estndar material"
El Salitre"1.481.461.44IO"1.42o1.4
