UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTAESCUELA DE POST GRADOMAESTRA EN GESTIN AMBIENTAL

PROYECTO DE INVESTIGACION Influencia del tipo y cantidad de estabilizante sobre el ndice CBR de sedimentos provenientes del proyecto Chavimochic -2014

AUTOR: Bach. IRIS DE LA CRUZ VALIENTEASESOR:

NUEVO CHIMBOTE - PERU 2014

A V A LEl presente Proyecto de Investigacin: Influencia del tipo y cantidad de estabilizante sobre el ndice CBR de sedimentos provenientes del proyecto Chavimochic -2014, elaborado por BACH. IRIS DE LA CRUZ VALIENTE para obtener la Maestra en: Gestin Ambiental en la Escuela de Postgrado de la Universidad Nacional del Santa, ha sido evaluado y consideramos que est APTO para ser sustentado.Nuevo Chimbote, 28 de febrero de 2014.Firma_____________Nombre

I. DATOS GENERALES1.1. Titulo:Influencia del tipo y cantidad de estabilizante sobre el ndice CBR de sedimentos provenientes del proyecto Chavimochic -20141.2. Autor : Bach. Iris De la Cruz Valiente1.3. Tipo de investigacin 1.3.1. Segn el fin que se persigue Aplicada 1.3.2. Segn el diseo Experimental 1.4. Lugar de investigacin 1.4.1. Toma de DatosRegin: La LibertadProvincia: VirDistrito: Vir 1.4.2. Anlisis de Datos:Laboratorio de Suelos de la Ciudad Universitaria, UNS. 1.4.3. Redaccin de Informe:URBANIZACINLADERAS DEL NORTE MZ. "E"- LT. 5 - CHIMBOTEII PLAN DE INVESTIGACION2.1. Objeto de la Investigacin 2.1.1. Realidad genrica del problemaUna de las limitaciones ms importantes en el diseo y ejecucin en el diseo de estructuras para carreteras o vas de acceso industrial, es los parmetros de ingeniera, sin menospreciar el aspecto econmico y el medio ambiente. Las soluciones tienden, con cada vez ms frecuencia al uso de tecnologa y mtodos de probada eficiencia.Estas carreteras y vas de acceso industrial son los principales agentes en el desarrollo de una regin, tanto para muchos de los sectores industrialmente productivos de una regin y por ende del pas.La red departamental (14,260 Km.) agrupa a los caminos ms agrarios y tursticos, que unen los valles interandinos con la costa y con posibilidades de exportacin. En esta red se encuentra el mayor dficit: slo 1,500 Km. son pavimentados y cerca del 90% restante esta en mal estado. Es la red en peor estado de las 3 redes y sta es la causa que impide que los corredores econmicos en el Per cierren. [1]El estudio detallado de las caractersticas del suelo, tanto fsicas como mecnicas, a travs de los ensayos respectivos como ndice de compactacin, estabilidad volumtrica, capacidad de soporte, corte triaxial, entre otros, determinan los estndares para un buen diseo de una carretera, as como su mantenimiento.El hundimiento y resquebrajamiento que se presentan en las carreteras, muchas veces se debe a la falta de compactacin durante su ejecucin o a que el material no presenta la resistencia adecuada para desempearse como una buena base para los pavimentos, la correcta distribucin entre ridos finos y gruesos hace que el pavimento alcance un mayor desempeo y duracin, trayendo consigo una clara disminucin de los costos en mantenimiento. [2]Por otro lado el proyecto especial Chavimochic cuya unidad ejecutora es el Gobierno Regional La Libertad, que cuenta con autonoma tcnica, econmica, financiera y administrativa, es un proyecto de irrigacin; Chavimochic es una obra hidrulica de propsitos mltiples que utiliza las aguas del ro Santa para el riego de 144 mil hectreas de los valles de Chao, Vir, Moche y Chicama, procesa agua potable en su Planta de Tratamiento del Alto Moche para el consumo del 70% de la poblacin de la ciudad de Trujillo y distritos aledaos y genera energa hidroelctrica en sus centrales de Vir, Tanguche y El Desarenador, incorporando a cientos de miles de peruanos al desarrollo del pas. [3]La Junta de usuarios de riego presurizado ubicada en la provincia de Vir, tiene como funcin tratar el agua proveniente de Chavimochic, que es usada solamente para uso agrcola (cultivos como caa de azcar, esprragos, aj pprika, paltos y otros). Dicho tratamiento se realiza utilizando aditivos qumicos conocidos como floculantes (polmeros aninicos), los cuales tienen como funcin aglomerar las partculas en suspensin (limos, arcillas y coloides) formando as flocs o flculos, los cuales al ganar mayor peso decantan o sedimentan a mayor velocidad. El tratamiento del agua se realiza en estructuras conocidas como sedimentadores, las cuales tienen una dimensin aproximada de 120 x 30 x 3.5 mts.Despus de una temporada, especialmente los meses crticos de lluvia en la sierra de nuestro pas (diciembre-abril), las estructuras de sedimentacin almacenan una cantidad importantsima de sedimento o lodo (constituido principalmente por arenas finas, limos y arcillas), por tal motivo es que colapsan las estructuras, requiriendo un mantenimiento; la cantidad de sedimento acumulado (8 000 a 12 000 m3 aprox. de lodo por poza). Son estos sedimentos a los que debido a su gran volumen de acumulacin se les busca encontrar una alternativa de uso como material de afirmando de carreteras, motivo de este estudio.El proceso de obtencin de la tierra estabilizada, minimiza la produccin de residuos, ya que no requiere un proceso industrial de fabricacin. Para adobar la tierra (estabilizarla), se pueden emplear una gran variedad de productos orgnicos e inorgnicos de origen natural.Una estabilizacin adecuada permite obtener propiedades ptimas de impermeabilizacin, resistencia, etc., en ms o menos grado, segn las condiciones de cada caso particular (climatolgicas, medioambientales). [4]2.1.2. Caractersticas de la realidad especificaEl Valle de Vir est integrado a la franja costera septentrional, perteneciendo a la vertiente occidental de la cordillera de los Andes, situndose entre los valles de Moche al Norte, y de Chao hacia el Sur, formando parte de la cuenca del ro Vir, el que presenta una distancia media de 25 Km, en la regin Norte de Per

Fig. N 01: Vista satelital de Vir.Fuente: Google Earth

Es en esta provincia donde se encuentran las pozas de sedimentacin y clarificacin de aguas del proyecto CHAVIMOCHIC, aqu es donde se realiza los diversos tratamientos (qumicos y fsicos) para poder formar los flculos, los cuales sedimentan ms rpido y permiten una clarificacin de las aguas ms eficiente. 2.2. Formulacin del problemaEn que medida influye el tipo y cantidad de material estabilizante sobre el ndice de resistencia de suelos (CBR) de sedimentos provenientes de la clarificacin de aguas de riego del proyecto especial Chavimochic- 2014?

2.3. Antecedentes de la investigacin.La utilizacin de cal como aditivo para estabilizacin de suelos determin un incremento considerable de la capacidad de soporte en una amplia gama de suelos peruanos (Gravas, Arenas, Arcillas y Limos) brindndonos una solucin al problema de la subrasante que se presenta al momento de la construccin de una carretera, donde muchas veces se emplea una estabilizacin mecnica para aumentar el valor del CBR.El incremento del valor del CBR es grande, con 2% del aditivo el valor de CBR se incrementa de 2.3 a 6 veces y con 4% del aditivo los valores aumentan de 6 a 25 veces para el CBR al 100% de la mxima densidad del ensayo Proctor Modificado. [5]En un estudio realizado en la cuidad de Sonora se determin que mezclando la proporcin adecuada de cal, redujo la capacidad de variacin volumtrica del suelo y se obtuvo una capacidad de compresin que supera los 40 o 50 kgs/cm, similar a la capacidad de carga de ladrillos o bloques de concreto, siendo usado como base. [6]Daz, Abel determin la resistencia a la compresin sin confinar de un suelo, misma que se incremento ms de 345 kPa (50 psi = 3.5 kg-f/cm2), al ser estabilizado con cal. Se tiene registros que reportan incrementos en la resistencia a la compresin sin confinar de mezclas suelo-cal, superiores a 15 kg-f/cm2 [7]Minuto, A. (1997) En un estudio realizado experimentalmente sobre el comportamiento mecnico de un suelo caracterstico de la regin central de Argentina, correspondiente a un limo arenoso sobre el material compactado y mejorado mediante la incorporacin de material granular del tipo de arena o material de estabilizacin (cemento) se han realizado ensayos CBR y de compresin no confinada. Encontrndose las mayores resistencias mecnicas para una energa de compactacin especfica se obtienen cuando el material posee humedad ptima en el ensayo Proctor estndar.Las muestras presentaron un notable incremento de resistencia con la adicin de cemento 7% (relacin en peso) o el aumento del porcentaje de arena. [8]Osinubi, K. (2000) Dada la gran variedad de suelos utilizables, la dotacin de conglomerante vara en cada caso, con dosificaciones entre el 3 y el 6%, utilizndose normalmente un cemento con adiciones (cenizas volantes) de categora resistente 32,5 MPa (resistencia a compresin a 28 das). Superndose normalmente la resistencia exigida, pero sin alcanzar valores excesivos que pudieran dar lugar a problemas de fisuracin. [9]Gonzlez. F (1994), evalu la estabilizacin de suelos con escoria salinas, necesariamente utilizada en el horno de fundicin, consiste fundamentalmente en una mezcla de dichas sales y almina (Al2O3). Dicho escoria se obtiene con un contenido de cloruros (sal) del orden del 0,3-0,8%, valor suficientemente bajo para la mayora de las aplicaciones buscadas. Lo que encontr con la aplicacin de esta escoria para fines de estabilizacin de suelos es un aumento en el ndice CBR de 57% a 145%, una resistencia a la compresin de 3 MPa a un nivel de 6MPa, cabe resaltar que adems utiliz una combinacin de cemento en una proporcin de 2 a 3%. [10]A la luz de los resultados mostrados en el trabajo desarrollado en la Coordinacin de Infraestructura del Instituto Mexicano , se tiene que la estabilizacin de suelos con cloruro de sodio, produce diferentes resultados en los suelos as tratados, llegando incluso a producir propiedades ms desfavorables en suelos utilizados en la construccin de vas terrestres. Por lo anterior, es importante realizar anlisis previos de la influencia del producto estabilizante, sobre las propiedades de inters del suelo que se quiera mejorar. [11]2.4. Justificacin e importancia de la investigacinEl presente trabajo de investigacin se relaciona con la utilizacin del producto obtenido del tratamiento de clarificacin del agua proveniente del sistema de riego del proyecto especial Chavimochic; desechos que se vienen acumulando progresivamente; a su vez la creciente necesidad de empleo de los recursos para satisfacer la demanda de productos para la construccin de vas de acceso a diferentes zonas urbanas hace que estos lleguen a ser explotados de manera alarmante, pudiendo llegar a agotarse; es aqu donde el empleo de este recurso proveniente del proceso de clarificacin ofrece una solucin a este cada vez ms creciente problema al que nos enfrentamos. Presenta un gran impacto ambiental debido a que de una manera estamos aprovechando estos productos, los cuales vienen incrementndose y podra llegar a convertirse en un problema de carcter ecolgico, afectando la flora y fauna de las zonas en donde estas se depositan.Es de carcter innovador en cuanto al empleo de estos productos, que por su fcil manejo hace de estos una buena alternativa de solucin a la gran demanda de vas pavimentadas hoy en da, conforme al creciente aumento de las zonas urbanas.La pavimentacin con suelos estabilizados tiene gran proyeccin social, como creacin de nuevas vas e incluso el mejoramiento de las ya existentes en las diferentes zona urbanas en crecimiento del territorio y del pas, trabajando en conjunto con las municipalidades y/o gobiernos regionales ofrecindoles esta alternativa a la mejora del ornato as como a la creacin de nuevas vas de acceso al interior de las regiones, con el fin de que las actividades socio-econmicas se desarrollen an mucho ms; y con eso la calidad de vida de los personas se vea tambin beneficiada.2.5. Limitaciones Los factores que podran limitar esta investigacin serian la informacin que se pueda recabar, en base a estudios o anlisis muestrales que hasta la fecha el proyecto Especial Chavimochic no ha realizado.2.6. Hiptesis de investigacin A medida que aumenta la cantidad del estabilizante cemento, mayor ser el ndice de resistencia de suelos (CBR) de los sedimentos provenientes de la clarificacin de aguas de riego del proyecto especial Chavimochic.2.7. Variables 2.7.1. Definicin conceptual Estabilizante: Los estabilizadores son sustancias que, en solucin acuosa con otros materiales, aplicadas sobre el suelo, penetran en l y al desecarse adhieren la mezcla entre las partculas terrosas dndole consistencia y permeabilidad. Pueden ser naturales de origen vegetal y/o sintticos. CBR: El ensayo mide la resistencia al corte de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad controladas, permitiendo obtener un (%) de la relacin de soporte. El (%) CBR, est definido como la fuerza requerida para que un pistn normalizado penetre a una profundidad determinada, expresada en porcentaje de fuerza necesaria para que el pistn penetre a esa misma profundidad y con igual velocidad, en una probeta normalizada constituida por una muestra patrn de material chancado. 2.7.2. Definicin operacional En el caso de las variables independientes: tipo y cantidad de material estabilizante se tomar el 3, 5 y 7% en peso de la muestra de sedimento, usndose como materiales estabilizantes cal, cemento y cloruro de sodio En el caso de la variable dependiente (ndice CBR) se realizarn los ensayos de suelo necesarios para obtener los datos 2.7.3. IndicadoresEl indicador para medir la variable causa en este caso ser el kilogramoEl indicador para poder medir la variable efecto, que para efectos de este caso ser el ndice CBR, ser el grado de compactacin, medidos en psi.2.8. Objetivos de la investigacin 2.8.1. Objetivo general Determinar el tipo de material y la cantidad de estabilizante para mejorar el ndice de resistencia de suelos (CBR) de sedimentos provenientes de la clarificacin de aguas de riego del proyecto especial Chavimochic. 2.6.2. Objetivos especficos Determinar el tipo de material estabilizante que presente mejores propiedades mecnicas en los sedimentos Determinar la cantidad ptima de material estabilizante que presente mejores propiedades mecnicas en los sedimentos. Determinar los valores del ndice de resistencia de suelos (CBR) de sedimentos provenientes de la clarificacin de aguas de riego del proyecto especial Chavimochic variando el tipo y cantidad de material estabilizante.

III. FUNDAMENTACION TEORICA3.1. Marco TericoEl suelo es un sistema abierto, dinmico, constituido por tres fases. La parte slida esta formada por componentes orgnicos e inorgnicos, esta no conforma una fase continua ni homognea sino que dejan huecos. Las plantas se relacionan con una enorme variedad de tamaos y formas de partculas, generalmente asociadas formando agregados, conformando la estructura del suelo. Slo en algunos casos 1as plantas se hallan en contacto con partculas individuales o primarias, esto puede ocurrir en caso de suelos jvenes, o suelos muy pobres en materia orgnica, o en suelos extremadamente laboreados y dbilmente estructurados.Las partculas del suelo tienen tamaos muy variables que abarcan desde los 25cm a menores de 1 micra. La textura define la relacin porcentual de cada uno de los grupos de partculas primarias menores de 2 milmetros de dimetro. Estas se denominan arena, limo y arcilla. [9]La textura es una de las propiedades ms permanentes del suelo, no obstante puede sufrir cambios por laboreo (mezcla de horizontes), erosin elica (suelos ms gruesos por prdida de material), erosin hdrica (deposicin de materiales ms finos), etc. Es el elemento que mejor caracteriza al suelo desde el punto de vista fsico. La permeabilidad, la consistencia, la capacidad de intercambio de iones, de retencin hdrica, distribucin de poros, infiltracin y estructura, son algunas de las caractersticas del suelo que en gran medida dependen de ella. [10]Como aplicaciones directas de la textura se pueden citar:- En la descripcin y reconocimiento de suelos, como una de las caractersticas fundamentales en morfologa de perfil (diferenciacin de horizontes, discontinuidades litolgicas)- En la taxonoma de suelos, como uno de los criterios para diferenciar familias de suelos- En hidrologa para definir constantes hdricas, tasa de infiltracin o conductividad hidrulica- En manejo de suelos para definir riesgos de erosin, problemas de drenaje, tipo de labranzas, capacidad de admitir aguas residuales contaminadas, etc. [11]Fracciones granulomtricas Para separar las distintas fracciones granulomtricas, arcilla, limo y arena se hace necesario establecer los limites entre cada una de ellas. Los criterios para ello son un tanto arbitrarios y dependen del autor.En el cuadro 1 se indican los tamaos para las distintas fracciones, de acuerdo al criterio del Departamento de Agricultura de EE.UU. adoptado por la Argentina. Tambin se presenta el sistema de la Sociedad Internacional de la Ciencia del Suelo (ISSS). [12]

Tabla 3.1 Tamao de partculas para dos sistemas de clasificacin. USDA (micrmetro)ISSS(micrmetro)

Arenamuy gruesa2000-1000-

gruesa1000-5002000-200

media500-250-

fina250-10020-200

muy fina100-50-

Limo50-220-2

Arcilla< a 2< a 2

Fuente: Lambe T. y Whitman R. (1984) Mecnica de suelos. IV Reimpresin. Ed. Limusa. Mxico.

En el sentido de la reduccin de tamao se produce, en forma directamente proporcional, un aumento de la superficie por unidad de peso superficie especfica como se indica:

m2.g-1

Arena fina0.1

Limo .1

Arcilla (montmorillonita)800

Fuente: Lambe T. y Whitman R. (1984) Mecnica de suelos. IV Reimpresin. Ed. Limusa. Mxico

Asociado a lo cual aparecen fenmenos de superficie, aumento de la porosidad, disminucin de la densidad aparente, etc. en el suelo. En funcin de estas propiedades y de la accin de cementantes inorgnicos (slice coloidal, carbonatos de calcio) u orgnicos (humus), es muy comn que las partculas ms pequeas se agrupen muy establemente, formando microagregados del tamao del limo o de las arenas, denominados pseudo-limo o pseudo arena. Estas formaciones tambin pueden observarse por presencia de concreciones de hierro y manganeso o de carbonato de calcio. [12]LIMO: Es una fraccin derivada de la anterior por alteracin fsica. Su tamao de partcula es inferior, dejando poros tambin ms pequeos, donde almacena agua. En general de baja actividad superficial por lo que su papel en la fertilidad qumica es indirecto Por su menor tamao es capaz de rellenar los poros grandes dejados por la fraccin de arena, limitando a veces la permeabilidad, problema serio en zonas de riego. Por la alteracin fsica sufrida su tamao es pequeo, inferior al poder de resolucin sensorial; impresiona al tacto suavemente similar al talco. Su consistencia en mojado es plstico, al poder deformarse, pero no adhesivo o a lo sumo algo adhesivo, al no poseer actividad superficial. [13]Clasificacin de suelos con fines de estabilizacin Existen 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: Descripcin Smbolo Suelos con perfil de textura uniformeUSuelos con perfil de textura gradualG Suelos con perfil de textura dobleD Suelos orgnicosO Fuente: Lambe T. y Whitman R. (1984) Mecnica de suelos. IV Reimpresin. Ed. Limusa. Mxico

Entendindose 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. [11]El 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 la reactividad 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. [14]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 al menos diez de ellos. Algunas caractersticas principales de estos se muestran en la tabla 3.2.

Tabla 3.2 Principales tipos de minerales. GrupoMineralesTamao promedioCaractersticas fsicas principales

Arena muy finaCuarzo > 1 Abrasiva, sin cohesin.

MicaMuscovita, biotita > . Sin cohesin, se intemperiza fcilmente, compactable

CarbonatoCalcita, dolomita Variable Se pulveriza fcilmente.

Sulfato Yeso > 1 Ataca al cemento

AlfanoAluminosilicatos Amorfos, atapulgita, Almina y slica hidratadas. 1 Alta relacin de vacos, alta plasticidad.

Caoln Caolinita y haloysita. 1 No expansivo, baja plasticidad, baja cohesin.

Ilita Ilita y micas parcialmente degradadas. 0.1 Expansiva, plasticidad media, baja permeabilidad.

MontmorilonitaMontmorilonita y Bentonita. 0.01 Altamente expansiva, muy plstica, permeabilidad extremadamente baja.

Clorita

Clorita, vermiculita0.1

Expansin baja, resistencia al cortante baja.

Materia orgnicaPresencia de cidoVariableAlta permeabilidad, difcilmente compactable, se puede degradar Rpidamente por oxidacin.

Fuente: Lambe T. y Whitman R. (1984) Mecnica de suelos. IV Reimpresin. Ed. Limusa. MxicoLa finalidad de reconocer a los suelos tanto visual como manualmente es poder 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 3.3 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 3.3 Propiedades ingenieriles de los componentes de un suelo.

m = Moderado - = bajo + = Alto - - = Muy bajo + + = Muy alto Fuente: Lambe T. y Whitman R. (1984) Mecnica de suelos. IV Reimpresin. Ed. Limusa. Mxico

Productos empleados en la estabilizacin de los suelos En el diseo de la estabilizacin de un suelo se deben tener presentes las variaciones que se espera lograr en lo que se respecta a la estabilidad volumtrica, resistencia mecnica, permeabilidad, durabilidad y compresibilidad. El diseo de estabilizaciones con agentes estabilizantes, consiste en llevar a cabo una adecuada clasificacin del suelo con la cual se determina el tipo y cantidad de agente estabilizante as como el procedimiento para efectuar la estabilizacin. El mtodo de diseo obviamente depende del uso que se pretenda dar al suelo estabilizado. En la tabla 3.4 se presenta la respuesta de los principales tipos de suelos a la estabilizacin con diversos aditivos. [17]

Tabla 3.4 Respuesta a la estabilizacin de los principales tipos de suelos. Componente dominanteEstabilizante recomendadoObjetivos

ArenasArcilla de baja plasticidadPara estabilizacin mecnica

Cemento PrtlandIncrementar el peso volumtrico y la cohesin

AsfaltosIncrementar la cohesin

LimosDepender del tipo de minerales que contenga.

AlfanosCalAccin puzolnica e incremento en el peso volumtrico

CaolnArenaPara estabilizacin mecnica

CementoPara resistencias tempranas

IlitaCal CementoTrabajabilidad y resistencia tarda Igual que el caoln

CalIgual que el caoln

MontmorilonitaCalTrabajabilidad y resistencia reduccin de expansiones y contracciones

Fuente: Quintana E. (1988). Propiedades geotcnicas de los sedimentos lossicos y su relacin con el anlisis estratigrfico. X Congreso Argentino Mecnica de Suelos e Ing. de Fundaciones Tomo I. La Plata.

Estabilizacin con productos qumicos En la actualidad se ha aplicado un gran nmero de productos qumicos con este fin, la mayora de ellos con resultados satisfactorios. Aunque es poco comn, la estabilizacin con productos cidos est adquiriendo en la actualidad bastante difusin y experimentacin. De los cidos que han demostrado ser efectivos para modificar favorablemente algunos suelos, algunos son econmicamente competitivos contra otros productos ms comunes; sin embargo, como en el caso de los otros productos hasta aqu mencionados, se debe contar con la asesora de especialistas en la materia, tanto durante la etapa de diseo como de construccin de la estabilizacin, pues en este caso se involucran peligros tanto para las personas como para los equipos. [18]

Figura 3.1 Tringulo de graduacin para seleccionar el agente estabilizante. Fuente: Moreau E. (1964) La estabilizacin de suelos mediante cal. Memorias Quinto Congreso Argentino de Vialidad y Trnsito. Tomo V. Embalse. Crdoba.

El rea determinada por la Figura 3.1 y el suelo clasificado se encuentra en la segunda columna. El posible suelo por estabilizar en cada rea se encuentra en la tercera columna y las restricciones para el uso del agente estabilizante considerado no se aplican para el tipo de suelo en particular. Sin embargo se debe hacer notar que el suelo que solo se ha clasificado bajo este criterio probablemente la estabilizacin con bituminosos no sea la primera opcin. Las restricciones aplicadas al cemento Prtland indican que el ndice Plstico debe estar por debajo de la ecuacin indicada en la nota de pie. Desde el ndice Plstico, que es bajo para valores del Cemento Prtland podr ser un material probable a utilizar. Las restricciones aplicadas a la cal indican que el ndice Plstico no ser menor de 12.0 as la cal no es un buen material para ser empleado para estabilizacin. El diseo para seleccionar el material final est basado en otros factores como la disponibilidad de los materiales, economa, etc. Algunos de los agentes estabilizantes son empleados para determinar muestras y testigos en el laboratorio para desarrollar el diseo de la mezcla empleando un mnimo de criterios ingenieriles en el campo de la estabilizacin. El diseo de estabilizaciones, empleado por la Fuerza Area de los Estados Unidos menciona que no se deben ignorar la naturaleza de los tipos de minerales que contenga el suelo a estabilizar, ya que el no hacerlo trae como consecuencia serios fracasos. [21]Tabla 3.5 Seleccin del aditivo estabilizante. reaClase de sueloTipo de estabilizante aditivo recomendadoRestriccin en el lmite lquido e ndice plstico del sueloRestriccin para el porcentaje que pasa la malla No.200Observaciones

1ASW SP(1) Bituminosos(2) Cemento Prtland(3) Calcementoceniza voltil.ndice Plstico < 25

1BSW-SM SP-SM SW-SC SP-SC(1) Asflticos (2) Cemento Portland(3) Cal Cal-cemento- Ceniza voltil.ndice Plstico < 10 ndice Plstico < 30 ndice Plstico < 12 ndice Plstico < 25

1CSM SC SM-SC(1) Bituminosos (2) Cemento Prtland(3) Cal Cal-cementoceniza Voltilndice Plstico < 10 --b ndice Plstico < 12 ndice Plstico < 25No exceda en 30% en peso

2AGW GP(1) Bituminosos(2) Cemento Prtland(3) Cal-cemento-Ceniza voltilndice Plstico < 25Solamente Material bien graduado y material que contenga hasta 45% en peso de material que pasa la malla No.4.

2BGW-GM GP-GM GW-GC GP-GC(1) Bituminosos(2) Cemento Prtland (3) Cal(4) Cal-cemento- Ceniza-voltil.ndice Plstico < 10 ndice Plstico < 30 ndice Plstico < 12 ndice Plstico < 25Solamente material bien graduado y material que contenga hasta 45% en peso de material que pasa la malla No.4

2CGM GC GM-GC(1) Asflticos(2) Cemento Prtland (3) Cal(4) Cal-cemento-Ceniza voltilndice Plstico < 10 --b ndice Plstico < 12 ndice Plstico < 25No exceda en 30% En pesoSolamente material bien Graduado Material que contenga hasta 45% en peso de material que pasa la malla No.4

CH CL MH(1) PortlandLmite Lquido < 40 endice Plstico < 20

3ML OH

OL ML-CL(2) Calndice Plstico > 12

Fuente: Rodrguez A. y Del Castillo H. (1994). La ingeniera de suelos en las vas terrestres. Vol. 2. Mxico.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. Una vez que se ha decidido, con base en factores de orden prctico o econmico, el tipo de estabilizacin a realizar, habr que decidir cul es la capa ms conveniente a tratar de acuerdo con la disponibilidad de los materiales, su calidad y costo. Una 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. [22]

3.2. Marco Conceptual

CementoEn un sentido estricto, se considera cemento a toda sustancia o mezcla de sustancias que tienen propiedades adhesivas, entrando en esta definicin, por tanto, productos muy diversos incluso resinas. En un sentido ms preciso se denomina cemento a todo agente aglutinante hidrulico. La hidraulicidad es la capacidad de fraguado tanto al aire como en agua. En esencia el cemento consiste en un polvo fino que se obtiene moliendo la escoria de una mezcla de arcilla y piedra caliza. Al mezclar cemento y agua se obtiene una masa plstica que se endurece progresivamente, a medida que se forman cristales entrelazados de aluminosilicatos hidratados, hasta alcanzar una dureza similar a la piedra. Puede ser mezclado con arena y grava para formar mortero y hormign. En la actualidad se utiliza en la construccin de edificios, ingeniera civil y militar. [23]El cemento portland se fabrica en cuatro etapas bsicas: 1 Trituracin y molienda de la materia prima. 2 Mezcla de los materiales en las proporciones correctas, para obtener el polvo crudo. 3 Calcinacin del polvo crudo. 4 Molienda del producto calcinado, conocido como clnker, junto con una pequea cantidad de yeso. Aun cuando la hidratacin del cemento es un fenmeno sumamente complejo, existen simplificaciones que permiten interpretar sus efectos en el concreto. Con esto admitido, puede decirse que la composicin qumica de un clinker portland se define convenientemente mediante la identificacin de cuatro compuestos principales, cuyas variaciones relativas determinan los diferentes tipos de cemento portland: Compuesto frmula del xido notacin abreviadaSilicato triclcico 3CaO SiO2 C3SSilicato diclcico 2CaO SiO2 C2SAluminato triclcico 3CaO A1203 C3AAluminoferrito tetraclcico 4CaO A1203 Fe203 C4AFEn trminos prcticos se concede que los silicatos de calcio (C3S y C2S) son los compuestos ms deseables, porque al hidratarse forman los silicatos B hidratados de calcio (S-H-C) que son responsables de la resistencia mecnica y otras propiedades del concreto. Normalmente, el C3S aporta resistencia a corto y mediano plazo, y el C2S a mediano y largo plazo, es decir, se complementan bien para que la adquisicin de resistencia se realice en forma sostenida. [24] El aluminato triclcico (C3A) es tal vez el compuesto que se hidrata con mayor rapidez, y por ello propicia mayor velocidad en el fraguado y en el desarrollo de calor de hidratacin en el concreto. Asimismo, su presencia en el cemento hace al concreto ms susceptible de sufrir dao por efecto del ataque de sulfatos. Por todo ello, se tiende a limitarlo en la medida que es compatible con el uso del cemento. Finalmente, el aluminoferrito tetraclcico es un compuesto relativamente inactivo pues contribuye poco a la resistencia del concreto, y su presencia ms bien es til como fundente durante la calcinacin del clinker y porque favorece la hidratacin de los otros compuestos.[24]Conforme a esas tendencias de carcter general, durante la elaboracin del clinker portland en sus cinco tipos normalizados, se realizan ajustes para regular la presencia de dichos compuestos de la siguiente manera: Tipo Caracterstica ajuste principal I Sin caractersticas especiales sin ajustes especficos en este aspecto II Moderados calor de hidratacin y resistencia a los sulfatos Moderado C3A III Alta resistencia rpida Alto C3S IV Bajo calor de hidratacin Alto C2S, moderado C3A V Alta resistencia a los sulfatos Bajo C3A

CalProducto qumico verstil representa importantes ventajas. En suelos geolgicamente nuevos como las amplias zonas agrcolas y de litoral en nuestra regin, puede ser utilizado para estabilizar material con alto contenido de finos e ndice plstico, para proporcionar una buena base. La fabricacin de la cal es muy similar a la del cemento. La explotacin es 100% de calizas, que al calcinarlas producen el xido de calcio. Este producto es triturado y ofrecido en dos presentaciones, cal viva (sin hidratar) o cal hidratada. [25]Haciendo una analoga del proceso del cemento, si a un suelo arcilloso le agregamos el componente calizo estaremos haciendo un cemento de baja resistencia, pero suficiente para formar una base estabilizada. El componente calizo ms las arcillas del suelo existente, se consolidarn paulatina e irreversiblemente, a un bajo costo.Mezclando la proporcin adecuada de cal, reducimos la capacidad de variacin volumtrica del suelo y obtenemos una capacidad de compresin que supera los 40 o 50 kgs/cm, similar a la capacidad de carga de ladrillos o bloques de concreto, siendo usado como base. [26]Propiedades de la cal Densidad La densidad de conjunto de las cales, determinada en masa sin compactar, puede estimarse del orden de 0,4 Kg/dm3 para cales areas y del 0,5 a 0,9 Kg/dm3 para cales hidrulicas, lo cual se incrementa segn el grado de hidraulicidad. La densidad real de la cal area es de 2,25 Kg/dm3 y la de la cal hidrulica de entre los 2,5 y los 3 Kg/dm3. Endurecimiento El exceso de agua utilizada en el amasado de la pasta es sustitudo por el CO2 contenido en la atmsfera pasando de nuevo del estado hidrxido a carbonato clcico y cerrando el ciclo iniciado en su obtencin. Este proceso de carbonatacin por contacto con el aire se trata de un proceso lento, que an se incrementa ms en las cales dolomticas, o en elementos estructurales en masa. En las cales hidrulicas adems de la carbonatacin del hidrxido clcico se produce la hidratacin de los silicatos y aluminatos, entrecruzndose estos en sus cristalizaciones formando una estructura cada vez ms rgida. Este proceso de fraguado no puede empezar antes de dos horas de su amasado ni terminar despus de 48 horas, en las cales hidrulicas.

Plasticidad Las cales en general son productos muy plsticos, capaces de absorber grandes tensiones y deformaciones sin disminuir su capacidad resistente. Dan facilidad a ser extendidas con la llana y trabajabilidad en obra a los morteros de cemento. En general son ms plsticas las cales magnsicas que las de alto contenido en xido clcico. Estabilidad de volumen La cal presenta un fenmeno de expansin ms o menos grande despus del fraguado, generalmente al cabo de unos meses de su utilizacin por dos motivos: la posible existencia de cal libre sin hidratar que al apagarse incrementa el volumen y la presencia de xido de magnesio sin hidratar, fenmeno ms comn, ya que la hidratacin del MgO es muy lento. Por otro lado el fraguado y endurecimiento de la cal va acompaada de una retraccin debida a la prdida de agua de amasado que siendo parcialmente compensada por la absorcin de CO2 no puede evitar la retraccin. Este problema slo suele pasar en pastas puras, pues con la adicin de arena se atena mucho la retraccin. [27]Cloruro de sodio.El cloruro de sodio (NaCl) se obtiene por tres mtodos diferentes, el primero mediante la utilizacin de los rayos solares, que consiste en colocar agua salada (agua de mar) en lugares donde la energa del sol evapora el agua y el resultado son residuos de sal. El segundo mtodo consiste en la extraccin de minas de sal que existen en el pas y el tercero mediante la utilizacin de hornos industrializados que evaporan el agua del ocano y recopilan los residuos que son convertidos en sal. [28]El NaCl (Cloruro de Sodio) se ha utilizado en diferentes investigaciones para determinar su incidencia en las propiedades mecnicas de bases granulares, especialmente para evitar el efecto de la evaporacin del agua y reducir la temperatura de congelamiento, tenindose resultados satisfactorios debido a que controla los cambios de humedad en las capas granulares, generado incrementos en la resistencia o hacindolos constantes.[29]Algunos autores manifiestan que la adicin de sales al material granular y a las arcillas crea disminucin en su contraccin volumtrica, que sumado a la formacin de microcapas de sal y la reduccin de la variacin de la humedad, mantienen ms unidas las partculas, siendo ests menos susceptibles a la abrasin del trfico y al desgaste.[30]IV. METODOLOGIA DE LA INVESTIGACION4.1. Mtodo (s) de la investigacinPara el Presente Trabajo de Investigacin se utilizara el mtodo experimental, se variar el objeto de estudio de tal forma que podamos determinar la variacin de los propiedades de los sedimentos, utilizando diferentes materiales estabilizantes.4.2. Procedimiento de la investigacin Como todo proceso de investigacin de manera inicial se recabara informacin terica y bsqueda de estudios relacionados con la problemtica o que tengan similitud con el objeto de estudio. Luego se proceder a proseguir con la Investigacin de acuerdo al cronograma de actividades. Entre las Principales actividades tendremos: Toma de Muestras (para poder determinar su composicin quimica). Combinacin de los sedimentos con los diferentes materiales de estabilizacin. Recoleccin de Datos (recabar, informacin del P.E. Chavimochic. Ensayos en Laboratorio de Suelos (LL, LP, Proctor y CBR) Anlisis de Datos Trabajos de Gabinete (Redaccin del INFORME).4.3. DiseoSe aplic el diseo EXPERIMENTAL, tipo bifactorial, cada uno con sus respectivos niveles. Nmero de pruebas totales = (Ti) x (Pi) x (# de rplicas)Ti = Tipo de estabilizantePi = Porcentaje de estabilizantePor lo tanto:Nmero de pruebas = 3 x 3 x 3 = 27 pruebas para cada una de las variables respuesta y teniendo en cuenta la realizacin de 3 ensayos, concluimos que se realizaran en total: 27 x 3 = 81 pruebas o mediciones; ms 3 rplicas probetas estndar, lo cual hace un total de 84 pruebas para cada una de las variables respuesta. La matriz del diseo experimental se presenta en la Tabla N 4.1T

T1T2T3

PP1P1T1P1T2P1T3

P2P1T1P1T2P1T3

P3P1T1P1T2P1T3

Tabla 4.1: Diseo de Matriz experimental4.2. Poblacin y muestraLa Poblacin:Estar constituido por la totalidad del producto obtenido del proceso de clarificacin de agua de riego del proyecto especial Chavimochic.

La Muestra:Estar constituido por las muestras preparadas con diferentes tipos de estabilizantes y concentracin de los mismos, siguiendo las normas establecidas.4.3. Tcnicas e instrumentos de Recoleccin de datos.Entre las tcnicas a utilizar para la Investigacin se consideran:

Para la obtencin de las muestras:

Tcnica:Muestreo directo.Instrumento:Palanas SacosCmara FotogrficaVideo Filmadora Para el ndice CBR:

Tcnica:Tcnica de compactacinInstrumento:Equipo de compactacin CBR.Balanza digital`4.4. Procedimientos de la recoleccin de datos. Recoleccin de Informacin en el P.E. Chavimochic sobre estudios similares o que tengan algn tipo de relacin con el objeto de estudio. Panel Fotogrfico. Ensayos en Laboratorio de Suelos (Lmite Lquido, Lmite Plstico, Proctor, CBR)

1.5. Tcnicas de procedimiento y anlisis de los resultados. Para el anlisis de datos usaremos el Promedio Simple y representaremos los resultados en histogramas.

V. CRONOGRAMA

VI. RECURSOS 6.1. BIENES Papelera: Papel bond Lpiz Lapiceros CD Cmara fotogrfica Video filmadora Planos de Ubicacin GPS Calculadora Laptop o Computadora. Software: SPSS, Microsoft Office

6.2. SERVICIOS Fotocopias Movilidad

VII. PRESUPUESTO

De acuerdo al clasificador por objeto de gasto

7.1. Recursos no Disponibles:Clasificador de GastosNombre y Caracterstica TcnicaUnidades

Cantidad

Costo Unitario (s/.)Costo Total(s/.)

5.3.11.30Bienes de Consumo

Cemento tipo IBolsa1518.5277.5

CalBolsa1012.0120.0

GravaLata753.0225.0

Asfalto Bidn1100.0100.0

TOTAL722.50

5.3.11.51Material de EscritorioTOTAL150.0

Equipos y Bienes Duraderos

Martillo de compactacin modificadoUnidad1840.0840.0

Molde de compactacin modificadoUnidad1993.7994.0

Aparato limite liquido de suelosUnidad12,3322,332

Equipo par ensayo CBRUnidad1285.6285.6

Copa de Porcelana para ensayo limite elstico.Unidad1150.0150.0

TOTAL4601.6

7.2. Servicios.Clasificador de GastosNombre y Caracterstica Tcnica UnidadesCantidad

Costo Unitario (s/.)Costo Total (s/.)

5.3.11.20Viticos y Asignaciones

TOTAL150.0

5.3.11.39Otros Servicios de Terceros

Anlisis QumicoUnidad850.0400.0

Ensayo de Corte Directo o TriaxialUnidad

80

50.0

400.0

TOTAL950.0

7.3. Presupuesto ConsolidadoRecursosBienes (S/.)Servicios (S/.) Costo Total(S/.)

No Disponibles5474.11100.06574.1

El costo para el financiamiento del proyecto asciende a 6574.1 NUEVOS SOLES.

VIII. FINANCIAMIENTO El 100 % de los Recursos sern autofinanciados por el investigador

IX. BIBLIOGRAFIA[1]. La red departamental de desarrollo. Caminos. Recuperado el 15 de Enero de 2014, desde http://www.mtc.gob.pe/portal/transportes/caminos_ferro/manual/EG-2000/cap3/seccion307.htm[2]. Ministerio de Transportes y Comunicaciones. Criterios para la puesta en marcha de una carretera. Recuperado el 15 de Enero de 2014, desde http://www.mtc.gog.pe/transportes/caracteristicasdesuelos.htm[3]. Proyecto especial CHAVIMOCHIC. Institucional. Recuperado el 15 de enero de 2014, desde http://www.chavimochic.gob.pe/portal/wfrmInstitucional.aspx[4]. Ministerio de Transportes y Comunicaciones. Estabilizacin de Suelos recuperado el 16 de enero de 2014, desde http://www.mtc.gob.pe/portal/transportes/caminos_ferro/manual/EG-2000/cap3/seccion307.htm [5]. XIII Congreso Nacional De Ingeniera Civil Puno, 2001. Ensayos de estabilizacin de suelos. Recuperado el 16 de enero de 2014, desde http://www. /banners/interstitial.html?http://www.fortunecity.es/expertos/profesor/171/suelos.html [6]. Universidad de Crdoba. Proyecto de estabilizacin de suelos. Recuperado el 25 de enero de 2014, desde http://www.uco.es/organiza/centros/minas/InformacionCentro/bilbioteca/PG-3/Parte%202-%20Materiales%20basicos-Conglomerantes.pdf#search=%22estabilizacion%20de%20suelos%20filetype%3Apdf%22 [7]. VII Encuentro Iberoamenricano De Arquitectas, Ingenieras Y Agrimensoras, Guatemala. Caminos Estabilizados Con Cal a Bajo Costo. Recuperado el 26 de Enero de 2014, desde http://7moencuentro.deguate.com[8]. Minuto A. (1997) Un nuevo tratamiento para mejorar la consolidacin y estabilidad del suelo. En Mem. III Congreso Argentino de Vialidad. Tomo III: 1627 1654. Buenos Aires.[9]. Osinubi K. (2000) Stabilization of Tropical Black Clay with cement and pulverizad coal bottom ash admixture. En Advances in Unsaturated Geotechnics. Special Pub. N 99. ASCE.[10]. Gonzalez, F. (1994) Mineraloga de las fracciones arcilla y limo del pampeano en el rea de la ciudad de Buenos Aires y su Estabilizacion. Revista de la Asociacin Geolgica Argentina. Rev., XX (1): 67-150. [11]. Instituto Mexicano del Transporte. Estabilizacin de suelos con Cloruro de Sodio para su uso en las vas terrestres. Recuperado el 28 de diciembre de 2013 desde http://boletin.imt.mx/publicaciones/pubtec/pt201.pdf#search=%22estabilizacion%20de%20suelos%22 [[12]. Bidart S. (1992). Estudio sedimentolgico y mineralgico de los materiales parentales de los suelos no aluviales de la cuenca del ro Sauce Grande, provincia de Buenos Aires. Tesis Doctoral, Universidad Nacional del Sur. Baha Blanca, Argentina[13]. Lambe T. y Whitman R. (1984) Mecnica de suelos. (IV Reimpresin) Mxico: Limusa [14]. Hervot L. (1960) Conocimientos y estudios de suelos. Material de estudio Curso de Escuela de Graduados en Ing. de Caminos. Universidad de Buenos Aires. Argentina[15]. Fernndez C. (1982) Mejoramiento y estabilizacin de suelos. Mxico: Limusa[16]. Terzaghi K., Peck R. (1973) Mecnica de suelos en la ingeniera prctica.(2a ed.). Espaa: El Ateneo[17]. Quintana E. (1988). Propiedades geotcnicas de los sedimentos lossicos y su relacin con el anlisis estratigrfico. X Congreso Argentino Mecnica de Suelos e Ing. de Fundaciones Tomo I. La Plata.[18]. Neubauer C. and Thompson M. (1972) Stability properties of Uncured Lime- Treated Fine Grained Soils. Highway Research Record N 381: 20 26. Washington.[19]. Mc Donald E. (1969) Lime Research Study South Dakota Interstate Routes. South Dakota Department of Highways.[20]. Moreau E. (1964) La estabilizacin de suelos mediante cal. Memorias Quinto Congreso Argentino de Vialidad y Trnsito. Tomo V: 233 246. Embalse. Crdoba. [21]. Rodrguez A. y Del Castillo H. (1994). La ingeniera de suelos en las vas terrestres. Vol. 2. Mxico. [22]. Angelone S., Martinez F., Tosticarelli J. (1988) Modulo resiliente de suelos y materiales no tratados. Su aplicacin al diseo estructural de pavimentos en Argentina. Revista Carreteras N 126: 44.[23]. Dering A. (1891) Las toscas calcreas y su aplicacin para la fabricacin de cementos y cales hidrulicas. Boletn de la Academia Nacional de Ciencias. Tomo XII. 3 Entrega.: 203 319. Buenos Aires.[24]. Clari M. (1997) Cemento Prtland Puzolnico. Fichas Tcnicas Coleccionables. Juan Minetti. S.A.[25]. Lilli F. (1964) Criterio de calidad y bases para la adquisicin de cales destinadas a la correccin y estabilizacin de suelos. Mem. V Congreso Arg. de Vialidad y Trnsito. Tomo V: 175-194. Embalse. Provincia de Crdoba.[26]. Pelaez R. (1964) Estabilizacin de suelos con cal. Memorias V Congreso Arg. de Vialidad y Trnsito. Tomo V: 153. Embalse. Provincia de Crdoba[27]. Diamond S., Kinter E. (1971) Mecanismo de estabilizacin suelo cal. Publicacin del Instituto Argentino de Cales y Triturados.[28]. Industria Salinera de Yucatn S.A. Sal de uso industrial, anlisis qumico y granulomtrico. Recuperado el 15 de enero de 2014 desde http://www.isysa.com.mx/producto.htm

Hoja1

NETAPASMESESTOTAL1234567891011121Preparacin del Terreno para muestreo2 MESES2Recoleccion de Datos5 MESES3Analisis de Datos2 MESES4verificacion de datos en el SPSS1 MES5Redaccin del Informe2 MESESTOTAL12 MESES

Hoja2

Hoja3