SUELOS ESTABILIZADOS
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SUELOS ESTABILIZADOSUNA BUENA ALTERNATIVA PARA LA CONSERCIN DE CAMINOS NO PAVIMENTADOSING. GONZALO BRAZZINI SILVA. [email protected]
INTRODUCCION El objetivo de esta presentacin es ofrecer una
alternativa de solucin para la conservacin de nuestra red vial, especficamente de los caminos a nivel de afirmado. Nuestra realidad vial es que por falta de un mantenimiento oportuno la vida de los caminos parece estar sometida a un ciclo inexorable de construccin- conservacin insuficiente o inexistente degradacin - destruccin reconstruccin y as sucesivamente.
Es sabido que el mantenimiento de caminos a nivel de afirmado son los que generan mayores costos, estos caminos generalmente se deterioran al poco tiempo despus de su mantenimiento, lo cual se traduce en una pesadilla para el usuario y una inversin constante para las entidades encargadas de su mantenimiento.
Dos causas dan origen a la situacin actual:
- Falta crnica de financiamiento - La escasa eficacia y eficiencia de los organismos encargados del mantenimiento de los caminos, especialmente aquellos a nivel de afirmado que tienen pocas posibilidades de ser pavimentados. Segn estudios del Banco Mundial, cada dlar que no se gasta oportunamente en una buena conservacin se traduce en tres dlares en obras de rehabilitacin y reconstruccin, y la misma cantidad en gastos de operacin vehicular.
La red nacional, en nuestro pas tiene una
longitud de 78,200 Km. de los cuales 68,720 Km. (87%) son caminos no pavimentados , los cuales histricamente se mantienen a travs de la ejecucin de carpetas de rodadura granular (nivel de afirmado).
Red Vial No PavimentadaCarreteras A Nivel de Afirmado Sin Afirmar Total km de Superficie descubierta Km 12,690 56,100 68,790
ESTABILIZACION QUIMICA La estabilizacin qumica de suelos es una
tecnologa de amplia data, que se basa en la aplicacin de un producto qumico, el cual se mezcla intima y homogneamente con el suelo a tratar de acuerdo especificaciones tcnicas propias del producto.
Estabilizar un suelo natural consiste en mejorar sus caractersticas fsicas y/o mecnicas, 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.
Estos productos actan exclusivamente sobre la fraccin fina de los suelos pasantes la malla N 4 y especialmente en los limos y arcillas El efecto mas importante de estos productos es la reduccin del agua contenida entre las partculas de suelo, aumentando as el % de vacos y facilitando una mejor compactacin.
Las propiedades electrodinmicas de estos productos, afectan a las partculas del suelo cargadas elctricamente bajo los siguientes efectos: 1. Reduccin o fragmentacin de la capa de agua absorbida. 2. Aglomeracin de las partculas del suelo. 3. Al aglomerarse las partculas del suelo se reduce la superficie de la misma, consecuentemente disminuye el agua absorbida y por lo tanto se reduce la capacidad de hinchamiento.
De los efectos de estabilizar los suelos destacan: a) Aumento de la capacidad portante b) Ligera disminucin de la plasticidad c) Reduccin de la capacidad de hinchamiento d) Reduccin de la ascensin capilar
Los productos estabilizadores mas estudiados son:A) Cemento, cal y asfaltos B) En base a sales (cloruros de Na, Ca, Mg ) C) En base a polmeros (derivados del petrleo) D) En base a enzimas
Experiencias en el PerEn nuestro pas, la inquietud de utilizar estabilizadores qumicos para mejorar las caractersticas fsico mecnicas de los suelos de fundacion de nuestras carreteras se inicia el ao 1995 con la aplicacin de algunos productos en tramos experimentales, los mismos que fueron monitoreados trimestralmente durante un ao.
Cuadro N 01
Present. PERMAZYME 22X Lquido
Caractersticas de Materiales A. Grueso (2 malla N 4) .................. 30 a 60% Fino pasa Malla N 200 ........................ 20 a 30% ndice Plstico (IP) ............................... 6 15% IP entre 10 y 15% implica el empleo de capa granular superficial antiderrapante. La dosis de Aditivo es a razn de un Litro por cada 33 m3 de material compactado. La dosis de Aditivo a aplicar es diseada especficamente para las condiciones propias del proyecto (suelos, canteras, condiciones 2. ambientales), variando entre 5 y 9 ml/m Bsicamente funciona en suelos granulares que contengan arcilla. A. Grueso (2 malla N 4) .................. 30 a 60% Fino pasa Malla N 200 ........................ 15 a 35% ndice Plstico (IP) ............................... 6 10% La dosis de Aditivo es a razn de un Litro por cada 33 m3 de material compactado.
Observacin El uso de mayor cantidad de arcilla IP mayor a 10% produce resbalamiento al contacto con el agua. Usar superficie antiderrape. El fabricante del estabilizador proporciona el diseo (%) del estabilizador
CON AID
Lquido
TERRAZYME 22X
Lquido
El uso de mayor cantidad de arcilla produce resbalamiento al contacto con el agua. Usar superficie antiderrape.
Cuadro N 01
Present. RBI GRADO 81 Polvo
Caractersticas de Materiales Tamao mximo del agregado 2. Se emplea entre 2 y 5% de aditivo (en peso respecto del suelo seco). A. Grueso (1 malla N 4) .................. 15 a 60% Fino pasa Malla N 200 ........................ 10 a 30% ndice Plstico (IP) ............................... 4 15% Sulfatos ............................................. Mx. 0.01% Se emplea entre 1 y 2% de aditivo (en peso respecto del suelo seco). Suelos A-1, A-2, A-3, A-4, A-5. A-6 y A-7 ndice Plstico (IP) ............................... NP 18% Sulfatos SO4 ....................................... Mx. 0.2% Dependiendo del suelo entre 3 y 10% de cemento (en peso respecto del suelo seco).
Observacin Puede aplicarse en casi toda la variedad de suelos. No puede colocarse directamente capas asflticas, por la accin qumica sobre el asfalto, que produce el estabilizador. -.-
CLORURO DE CALCIO KD 40
Lquido
CEMENTO PORTLAND
Polvo
Cuadro N 01
Present. CAL HIDRATADA Polvo
Caractersticas de Materiales Tamao mximo 2 Sulfatos SO4 ....................................... Mx. 0.2% Mayormente se emplea en suelos finos arcillosos. ndice Plstico (IP) ............................... 10 50% Se emplea entre 2 y 6% de cal (en peso respecto del suelo seco). De preferencia en suelos limpios de buena gradacin, cuyo equivalente de arena sea mayor a 35%. Exenta de sales y sulfatos. Requiere emulsin de tipo curado lento. Se emplea entre 3 y 6% de emulsin (en peso respecto del suelo seco).
Observacin -.-
EMULSIN ASFLTICA
Lquido
-.-
Cuadro N 02 Aplicacin ptima de Estabilizadores de SuelosPERMA ZYME 22X TERRA ZYME 22X CON AID (*) CLORURO DE CALCIO KD36 RBI GRADO 81 CAL CEMENTO EMULSIN GW GP GM CLASIFICACIN DE SUELOS SUCS GM-GC GW-GC GP-GC GC GW-GM TIPO DE SUELO NDICE DE PLASTICIDAD (%) GRAVAS20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
SW SP SM SM-SC SW-SC SP-SC SC SW-SM ARENAS LIM OS Y ARCILLAS8 7 6 5 4 3 2 1 N.P. 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3
ML CL-ML CL
N.P. 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9
2
1
N.P.
(*) los fabricantes del producto deben definir la afinidad y el porcentaje de Aditivo en los suelos a estabilizarRequiere la colocacin de superficies antiderrapes
Carretera: Huancayo Imperial Pampas Churcampa Sector: km 43+480 km 43+980
Ubicacin Trfico Medio ambiente Tipo de Superficie Caractersticas del suelo: Pasa malla N 200 Piedra Arena ndice plstico Estabilizador Presentacin Fecha de aplicacin Comportamiento
: : : :
Departamento de Huancavelica Mediano pesado Sierra con perodos de lluvia y heladas. Superficie de rodadura de tipo grava arcillosa GC/A-2-4(0) 17% 67% 16% 10% Cloruro de Calcio KD-40 Lquido de color amarillento Agosto 2001 Bueno
: : : : : : : :
Carretera: Pacasmayo - Cajamarca Sector: Acceso a la Mina Yanacocha Carretera: Conococha Antamina Sector: Acceso a la Mina Antamina / YanacanchaUbicacin Trfico Medio ambiente Tipo de Superficie Caractersticas del suelo: Pasa malla N 200 Piedra Arena ndice plstico Estabilizador Presentacin Fecha de aplicacin Comportamiento : : : : : : : : : : : : Departamento de Cajamarca-Ancash Pesado Sierra alta con lluvias y heladas Base del tipo GM / A-1-a(0); GP-GM / A-1a(0) 10% - 14% 55% - 63% 35% - 19% NP RBI Grado 81 Polvo Setiembre y Agosto 2001 Bueno
Carretera: Conococha Antamina Sector: Acceso a la Mina Antamina / Yanacancha
Afirmado No Estabilizado Afirmado Estabilizado
Carretera: Cuumbuque San Jos de Sisa Sector: km 20+000 Carretera: Tarapoto Juanjui Sector: Yacatina km 26+500Ubicacin Trfico Medio ambiente Tipo de Superficie Caractersticas del suelo: Pasa malla N 200 Piedra Arena ndice plstico Estabilizador Presentacin Fecha de aplicacin Comportamiento : : : : Departamento de San Martn Ligero - Mediano Selva media a baja con fuertes lluvias Base tipo grava arcillosa del tipo GC / A-24(0) 20% - 30% 30% - 40% 50% - 30% 6% - 12% PERMAZYME 22X Lquido color oscuro Noviembre 1995 Buen comportamiento
: : : : : : : :
Carretera: Cuumbuque San Jos de Sisa Sector: km 20+000 Carretera: Tarapoto Juanjui, Sector: Yacatina km 26+500
Carretera en la Hacienda Palma del Espino Uchiza San MartnUbicacin Trfico Medio ambiente Tipo de Superficie Caractersticas del suelo: Pasa malla N 200 Piedra Arena ndice plstico Estabilizador Presentacin Fecha de aplicacin Comportamiento : : : : Departamento de San Martn - Uchiza Ligero Selva media a baja con fuertes lluvias Suelo fino del tipo SC / A-2-6(0); GC / 4(0) 20% 45% 35% 9% - 12% CON AID Lquido Octubre 1998 Regular a bueno
A-2-
: : : : : : : :
Carretera en la Hacienda Palma del Espino Uchiza San Martn
Aplicacin y Terminado
Carretera: Lunahuana - Yauyos Sector: km 42+900 km 43+300Ubicacin Trfico Medio ambiente Tipo de Superficie Caractersticas del suelo: Pasa malla N 200 Piedra Arena ndice plstico Estabilizador Presentacin Fecha de aplicacin Comportamiento : : : : : : : : : : : : Departamento de Lima Mediano Sierra baja con lluvias escasas Base del tipo SM-SC / A-1-b(0) 22% 41% 35% 4% Lquido color oscuro Junio 1998
Carretera: Lunahuana - Yauyos Sector: km 42+900 km 43+300Afirmado No Estabilizado
Afirmado Estabilizado
Afirmado No Estabilizado
Afirmado Estabilizado
A finales del ao 2003 el MTC DGCyF, mediante resolucin ministeria
N 062-2003 MTC/02 conforma un grupo de trabajo denominado Comision Tecnica para tratar la problemtica sobre estabilizadores de suelos. En Junio del 2003 la Comisin emite la Directiva N 05-2003-MTC/14, la cual estipula las pautas para Evaluar la Aplicabilidad de Estabilizadores de Suelos, y que fue aprobada con Resolucin Directoral N 040-2003MTC/14. En marzo- 2004 mediante Resolucin Directoral N 007-2004-MTC/14, se aprueba La Norma MTC E 1109 sobre estabilizadores qumicos de suelos. Dentro de los alcances de la Directiva N 005-2003-MTC/14 esta la de evaluar el comportamiento de los estabilizadores en tramos de prueba mediante monitoreos peridicos durante un ao despus de aplicados, as como mediante ensayos de laboratorio, labor que esta a cargo de la OAT.
Tramos de Prueba La Oficina de Apoyo Tecnolgico estableci tramos de prueba en
las siguientes carreteras: Carretera Sajinos-Ayabaca Km.72+000 Km 77+000 Carretera Huari-Pomabamba-Sihuas Km. 240+000-Km 245+000 Carretera Imperial-Pampas-Churcampa Km. 38+000 Km 43+000 Carretera Oxapampa-Pozuzo Km 66+000 Km 71+000 Carretera Pachacamac Cieneguilla Km 00+000-Km 05+000 Carretera Albuferas de Medio Mundo 05 km estabilizados
Pachacamac - Cieneguilla
Ayabaca - Sajinos
Pomabamba - Piscobamba
Imperial - Pampas
Oxapampa - Pozuzo
Ensayos de LaboratorioEl programa de estabilizadores contemplo, antes de su aplicacin en los tramos de prueba, evaluar el comportamiento de estos productos en el laboratorio, realizando ensayos normalizados convencionales en suelos no estabilizados y suelos estabilizados con la finalidad de realizar una correcta dosificacin en funcin al tipo de suelo y comparando su desempeo.
Proceso de dosificacin
Ensayos de Laboratorio
Ensayos de Laboratorio
Ensayos de Laboratorio
Briquetas de prueba
Ensayos de Laboratorio
Ensayos de Laboratorio
Ensayo de Absorcin
Ensayos de Laboratorio
Ensayos de Laboratorio
Ensayos de Laboratorio
Ensayos de Laboratorio
Resultados de LaboratorioCLASIFICACIN SUCS CLASIFICACIN AASHTO PTIMO CONTENIDO DE HUM. DESCRIPCIN L A-7-6(15) 15.8 % LIMO ARCILLOSO DE MEDIANA PLASTICIDAD
PATRN
Densidad Seca (g/cm3) 1.763
CBR (%) (100% MDS) 7.6
ndi de Pl ti idad (%) 13.1
Ascenci n Capilar (mm/seg) 5.09E-06
1
(SIN ADITIVO)
ADITIVOS
Densidad Seca (g/cm3) 1.770 li r 1.803 1.793 1.735 1.744
CBR (%) (100% MDS) 12.4 26.3 12.4 13.2 15.1
ndice de Plasticidad (%) 12.4 13.2 12.0 12.4 12.3
Ascenci n Capilar (mm/seg) 2.91E-06 1.36E-06 2.26E-06 2.91E-06 2.54E-06
1 2 3 4 5
SUPERSOL CONSOLID 444/ PERMAZYME ENDURAZYME PACZYME
Resultados de LaboratorioCLASI ICACI SUCS CLASI ICACI AASHTO TIMO CONTENI O DE HUM. DESCRI CI N : : : : SM A- ( ) 9. % ARENA LIMOSA DE BAJA PLASTICIDAD
PATRN
Densidad Seca (g/cm3) 1.983
CBR (%) (100% MDS) 15.3
ndice de Plasticidad (%) 6.
Ascencin Capilar (mm/seg) 2. E- 5
1
(SIN ADITI O)
ADITI OS
Densidad Seca (g/cm3) 2. 23 2.041 1.993 1.964
CBR (%) (100% MDS) 49. 23.4 20.4 23.5
ndice de Plasticidad (%) 14. 10.1 11.2 12.5
Ascencin Capilar (mm/seg) 1.85E- 6 6. 8E-06 6. 8E-06 4.07E-06
1 2 3 4
CONSOLID 444/solidray QUIMPAC KD-40 PROBASE TX55 BITUSOIL
Resultados de Laboratorio
Resultados de Laboratorio
Resultados de Laboratorio
Resultados de Laboratorio
Resultados de Laboratorio
Evaluacin de tramos de prueba
Carretera Sajinos-Ayabaca Tramo Patrn
Carretera Sajinos-Ayabaca
Sajinos - Ayabaca
Carretera Huari - Pomabamba
Carretera Imperial - Pampas
Carretera Oxapampa - Pozuzo
Pachacamac - Cieneguilla
Carretera Pachacamac - Cieneguilla
Albuferas de Medio MundoHuacho
Capas de ProteccinLo ideal seria proteger los caminos estabilizados con recubrimientos asflticos granulares, constituidos por tratamientos superficiales simples. Corresponde a un riego de emulsin asfltica seguido de un riego de gravilla. Tienen como objetivo proteger la estructura granular de la disgregacin del material que la conforma. En algunos casos tambin se utilizan los micro pavimentos.
Protocolo de Aplicacin La aplicacin de productos estabilizadores
es factible en cualquier tipo de superficie de rodadura, de preferencia en aquellas que cuentan con material granular de cantera y espesor no menor de 15 cm. La aplicacin del producto es un proceso sencillo y solamente se necesita el equipo mnimo para una conservacin de rutina.
Escarificado
Riego y aplicacin del producto
Conformacin y perfilado
Compactacin
Control de campo
CONCLUSIONESVentajas Tiempo de ejecucin. La obra es ms corta respecto de los proyectos de afirmado. Obtencin de superficies de rodadura resistentes, sin deformaciones y de baja permeabilidad. Reduccin del polvo originado por la friccin entre los neumticos y la superficie de rodadura. Disminucin de costos comparado con la construccin de espesores mayores cuando el valor de acarreo es alto.
CONCLUSIONESDesventajas Algunos tipos de estabilizadores por su formulacin y reaccin con alta cantidad de material fino pasante la malla N 200, produce resbalamiento de los neumticos al contacto de la superficie de rodadura con el agua de las lluvias. Muchos estabilizadores estn formulados slo para actuar ante la presencia de material arcilloso.
CONCLUSIONES Los estabilizadores de suelos no son de aplicacin universal; es decir, la formulacin a emplear debe estar en conformidad con los suelos donde se obtienen ptimos resultados. Requiere absoluto control durante la aplicacin, ya que la variacin en la cantidad del estabilizador o el cambio del estrato puede alterar los resultados previstos. Una mayor inversin inicial respecto de lo invertido en Afirmados.
ConclusionesDesventajas Algunos tipos de estabilizadores por su formulacin y reaccin con alta cantidad de material fino pasante la malla N 200, produce resbalamiento de los neumticos al contacto de la superficie de rodadura con el agua de las lluvias. Muchos estabilizadores estn formulados slo para actuar ante la presencia de material arcilloso.
Recomendaciones Certificacin tcnica de propiedades del producto. Experiencias en carreteras. Requerimientos tcnicos (dosificacin, modo de empleo, control de calidad, etc). Impacto ambiental. Honradez en la aplicacin del producto en obra, en la dosificacin especificada para cada tipo de suelo. Realizar pruebas de laboratorio antes de su aplicacin en obra. Realizar un estricto control de campo durante la etapa constructiva.
MUCHAS GRACIAS