El estudio del comportamiento dé las Arcillas y el de los diferentes sistemas para lograr una estabilización permanente que permita su utilización como material de fundación para construcción, es sin lugar a dudas el más importante capítulo de la mecánica de suelos.

Los diseños de las estructuras viales tienen tres alternativas para manejar el problema de la inestabilidad de las Arcillas:

- Diseñar en base a las características naturales del suelo y aceptar de antemano los problemas, costos y dificultades del mantenimiento.
- Remover y desechar el suelo natural y reemplazarlo por otro cada vez más escaso y que reúna las condiciones exigidas con las consecuentes dificultades, contaminación e incrementos en costos y transportes que esto acarrea.
- Mejorar el suelo natural utilizando materiales cementantes o agentes estabilizadores.

El GEO-STAB es un producto importante, de bajo costo, fácil aplicación y alta efectividad para la estabilización de arcillas.

Producto con tecnología Colombiana perteneciente al grupo de los derivados sulfonados de la facción naftalénica de hidrocarburos, para la solución del problema más frecuente en la construcción y mantenimiento de las vías.

El GEO-STAB es un estabilizador electroquímico cuya finalidad específica es la estabilización de arcillas, es un compuesto derivado de la fracción naftalénica de hidrocarburos. Es un líquido soluble en agua a la que ioniza rápidamente, aumentando su conductividad y facilidad de intercambio catiónico. Presenta un color Pardo-Rojizo, densidad específica de 1,15 y Ph. de 1,0.

Las Arcillas están conformadas por partículas de cristales minerales generalmente silicatos de formas laminares y de listones con exceso de cargas electrónicas que atraen las moléculas del agua. Esta avidez de agua es la causante de las variaciones volumétricas que en mayor o menor grado las afecta. Sus principales características físicas son: expansividad, plasticidad y resistencia.


Siempre que se monte una muestra de cualquier material de suelo tratado con este tipo de productos, debe montarse simultáneamente una muestra testigo sin tratar, en cuya elaboración deben seguirse, con excepción de la adición del Estabilizador, los mismos pasos y procedimientos que la muestra tratada y deben leerse simultáneamente la muestra tratada y la muestra testigo sin tratar para establecer las comparaciones. Igualmente todas las veces en que se hagan lecturas de campo de vías tratadas, deben hacerse simultáneamente lecturas en un tramo de vía no tratada de características similares (intensidad de tráfico, factores ambientales, mantenimiento, materiales etc).

No debemos olvidar que los efectos del GEO-STAB son de carácter permanente y se inician en el momento de la aplicación pero, únicamente comienzan a ser perceptibles después de un tiempo prudencial de 30 días aproximadamente y continúan incrementándose en forma acelerada siguiendo una curva asintótica por 60 días más.

Las dosis ideales se obtienen por medio del análisis ECCC que nos indica la capacidad de Intercambio de los cationes específicos en cada suelo determinado. Hemos encontrado que dichas dosis de GEO-STAB oscilan entre los 30 y los 70 cc/m3 con promedio de 50 cc/m3. Para poder aplicar esta dosis en laboratorio debemos determinar el peso específico en base seca del suelo a analizar y con esta información aplicaremos los siguientes volúmenes de solución de GEO-STAB al 0.5% por cada kilo de muestra.

 

Los equipos que se utilizan para la aplicación e incorporación del GEO-STAB son los mismos que se emplean habitualmente en la construcción y mantenimiento de vías. La mejor compactación de los suelos susceptibles de la acción del GEO-STAB se obtiene con rodillos Pata de Cabra.

El GEO-STAB no evita que la construcción deba cumplir con todas las exigencias normales a cualquier vía, tales como: Diseño que considere de acuerdo a los estudios hidrológico y de suelos, la altura de los Terraplenes, el número, capacidad y localización de los drenajes, los puentes y las alcantarillas; compactación por capas y control de humedad de los materiales que conforman la sub-pasante y de los diferentes materiales que se indiquen para la sub-base, la base y el pavimento, todo de acuerdo a las exigencias de cargas y frecuencias (ver cuadro siguiente); pendiente transversal (bombeo) de la rasante del orden del dos punto cinco por ciento (2,5%); control de calidad de los materiales y de su colocación y finalmente mantenimiento adecuado de la vía y sus obras anexas.


En lo posible debe evitarse la construcción de vías y la aplicación del GEO-STAB en época invernal, por las consecuentes dificultades operacionales.
En cualquiera de las labores de mantenimiento o cada vez, que por cualquier motivo, sea necesario remover los materiales, deberá adicionarse GEO-STAB al agua de compactación.

 

INCREMENTO DE LA CAPACIDAD PORTANTE EN SUELOS TRATADOS CON GEO-STAB

COMPACTACIÓN (TON) VS. PENETRABILIDAD (KG/CM2)
EFECTO DEL GEO-STAB SOBRE LA DENSIDAD SECA CON RESPECTO A LA HUMEDAD

ALCANCES DEL GEO-STAB

PERMANENCIA DE LOS EFECTOS EN EL SUELO

 

 

 

 

 
     
 

En el mantenimiento de vías sin pavimentar, al aplicar el GEO-STAB, se incrementa la densificación de la fracción fina (5 a 15%) que al actuar como aglomerante obliga a que los materiales granulares se fijen en la superficie, permitiendo así la reutilización o reciclaje de los afirmados contaminados

La estabilidad de un suelo está asociada con su capacidad portante CBR y es función inversa de la humedad. La aplicación de GEO-STAB, en suelos arcillosos controla permanentemente y en forma eficiente los problemas de variaciones volumétricas (expansividad y contracción), disminuye la humedad óptima (2% a 3,5%), la comprensibilidad y permeabilidad; aumenta a su vez la densificación y resistencia de los suelos. La consecuencia lógica de todos estos efectos, es obtener con los elementos naturales del lugar la capacidad portante necesaria y la reducción de los espesores de las capas de materiales granulares importados para base y sub-base y aun de capa asfáltica o pavimento, con lo cual también se logran economías en tiempo y transportes.

Además la aplicación del GEO-STAB logra también economías en tiempo y costos al mejorar las condiciones generales de los materiales de afirmado.

 
     


Cada suelo y cada condición son diferentes y exigen análisis cuidadoso de laboratorio que permita conocer a fondo los materiales y realizar un diseño acorde con las exigencias de la vía. Después de múltiples ensayos de CCCE (Capacidad de Cambio Catiónico Específico) en diferentes materiales, se determinó que la concentración requerida de GEO-STAB debe ser del orden de los Cincuenta Centímetros Cúbicos por Metro Cúbico (5Occ/m3) de material a tratar. Esta dosis debe incrementarse 50% cuando los suelos a tratar son de origen calcáreo y reducirse 40% en materiales mezclados con fracción fina. Las soluciones ideales de GEO-STAB son las que, suministrando la dosis indicada, llevan la humedad del suelo a las condiciones óptimas de compactación (<2%).

Existen básicamente dos sistemas de aplicar el GEO-STAB a la masa del suelo y su determinación depende del tipo de trabajo a realizar, de la decisión de los Ingenieros de Construcción e lnterventoría, previo el concepto del Ingeniero de suelos y teniendo en cuenta los equipos disponibles y las condiciones generales de los suelos.

A. - Incorporación -
SUPERFICIAL.- En la construcción de vías se emplea este sistema para estabilizar y mejorar las características generales y de soporte del suelo natural (sub-rasante) y de los materiales con fracción fina (sub-base) y en el mantenimiento de las vías sin pavimento, para reciclar el afirmado contaminado que constituye la capa de rodadura o protección.
PROFUNDO.- En la construcción de vías de alta intensidad de tráfico en las que se requiere mayor espesor en la capa tratada de sub-base y en los materiales para conformar los terraplenes.


Este sencillo sistema consiste en: A - luego de realizado el descapote o limpieza, hacer una caja de la profundidad indicada en el estudio de suelos (igual a la que haría cuando no se hace estabilización), acordonando el material extraído fuera de la zona de trabajo; B- se procede a hacer escarificación profunda en la base de la caja; se realiza irrigación con solución que suministre la dosis indicada de GEO-STAB y lleve el material a la humedad óptima de compactación y se compacta correctamente; C- tomando luego el material acordonado se reintegra y distribuye, conformándolo y compactándolo por capas de quince a veinte centímetros de espesor, haciendo luego de distribuir cada capa y antes de conformarla, riego con solución que suministre la dosis indicada de GEO-STAB y lleve el material a la humedad óptima de compactación y se compacta correctamente. En lo posible se debe colocar la capa de protección o rodadura.

B. - Inoculación -
Este sistema se emplea para hacer mantenimiento y reciclar materiales contaminados en vías ya construidas y para tratar estratos arcillosos profundos. Consiste en realizar una serie de perforaciones en el suelo a tratar, con el diámetro, la distancia y la profundidad recomendadas por el Ingeniero de suelos. Los más usuales son: Entre diez y treinta centímetros de diámetro, espaciados de tres a cuatro metros entre si con el sistema de Tres bolillo y de profundidad de un metro (1 M.) dentro del manto arcilloso. Estos orificios se llenan con la solución que suministre la dosis indicada de GEO-STAB, de acuerdo al área aferente. Se dejan transcurrir unas (24) horas y luego de rellenar las perforaciones con el material que se extrajo se compacta lo mejor posible. En los casos en que la capa del material a tratar sea superficial, se procede a realizar escarificación de unos treinta centímetros (0,30 M) de profundidad para aplicar a continuación un riego con solución de GEO-STAB que suministre la dosis aproximada de 15 cc por metro cuadrado (15 cc/M2). Para finalmente proceder a nivelar, conformar y compactar.


En lo posible y cuando se considere necesario (confinamiento) se deben construir, durante el proceso, sistemas adicionales provisionales que permitan el drenaje de las aguas que se desprenden, igualmente y después de ejecutado el proceso se deben colocar las capas de material granular, de protección o rodadura.

Existe también el sistema de inyecciones a baja presión, que se utiliza cuando no se desea o no se pueden hacer perforaciones, cuando el estrato a tratar es muy profundo (taludes o rellenos) o cuando el material a tratar está saturado.

En lo posible y cuando se considere necesario (confinamiento) se deben construir, durante el proceso, sistemas adicionales provisionales que permitan el drenaje de las aguas que se desprenden, igualmente y después de ejecutado el proceso se deben colocar las capas de material granular, de protección o rodadura.

Existe también el sistema de inyecciones a baja presión, que se utiliza cuando no se desea o no se pueden hacer perforaciones, cuando el estrato a tratar es muy profundo (taludes o rellenos) o cuando el material a tratar está saturado.

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