3. Estabilizacion de Suelos- MTC

ESTABILIZADORES ESTABILIZ ADORES DE SUELOS PARA CARRETERAS Ing. Gonzalo Brazzini Silva OAT - DGCF

Introducción • La red nacional, en nuestro país tiene

una longitud de 78,200 Km. de los cuales 68,720 Km. (87%) son caminos no pavimentados , caminos que históricamente se mantienen a través de la ejecución de carpetas de rodadura granular (nivel de afirmado)

Red Vial No Pavimentada Carreteras A Nivel de Afirmado

Km 12,690

Sin Afirmar

56,100

Total km de Superficie Superfic ie descubierta descubierta

68,790

Uno de los objetivos primordiales de los organismos encargados de planificar y/o ejecutar ejecutar obras, concernientes al mejoramiento y conservación de la red vial con superficies de rodadura a nivel afirmado, debería ser básicamente mejorar la superficie de rodadura de estos caminos a través de la ejecución de soluciones innovadoras, que beneficien a zonas de alto impacto social y productivo, siendo además estas soluciones de bajo costo si se compara con las de pavimentaciones tradicionales. Así por ejemplo: CHILE: 2003 Ejecuto Ejecuto 925 KM $ 28,000 28,000 X KM (66% a base de sales) 2004 Ejecuta 2600 KM $ 25,000 X KM (69% a base de sales) Meta programada al 2004 – 5,000 km

Cloruro de Magnesio El Cloruro de magnesio es un compuesto químico natural que facilita la captación y retención de agua en zonas semidesérticas (propiedad higroscópica), logrando un mejoramiento sustantivo de las capas de rodadura, eliminando las calaminas, el polvo y las deformaciones, y en consecuencia reduciendo la conservación rutinaria.

Cloruro de Sodio - Sal El cloruro de sodio tiene un comportamiento análogo al cloruro de magnesio, al ser un compuesto higroscópico. La sal se puede agregar a la carpeta granular en estado sólido y/o disuelta en agua. De esta manera se mejora ostensiblemente la cohesión del material de la carpeta de rodadura. En las fotografías siguientes se aprecia el proceso de aplicación y una carpeta estabilizada con sal.

Capas de Protección Son recubrimientos asfálticos de caminos granulares, constituidos por tratamientos superficiales simples. Corresponde a un riego de emulsión asfáltica seguido de un riego de gravilla. Tienen como objetivo proteger la estructura granular de la disgregación del material que la conforma. En algunos casos también se utiliza un doble tratamiento superficial.

Nuestra Realidad Como ya se menciono el 87% de nuestros caminos cuentan con una superficie de rodadura granular (afirmado), los cuales por situaciones presupuéstales o bajo volumen de transito actual no tienen asegurada su pavimentación a corto o a mediano plazo. • Generalmente estos caminos son atendidos mediante la ejecución de mantenimiento periódico anual, con la reposición y/o mantenimiento de la superficie de rodadura, las que en corto tiempo se disgregan. • La disgregación prematura de estas superficies de rodadura, además de la inversión mal aplicada trae como consecuencia : – Deterioro de las condiciones de tránsito de los vehículos – Emisión de polvo – Existencia de barro en épocas de lluvias •

Estabilizadores Estabilizador de suelos.- Producto químico, natural o sintético, que por su acción y/o combinación con el suelo, mejora una o mas de sus propiedades de desempeño desde el punto de vista de la ingeniería. Estabilizar un suelo natural consiste en mejorar sus características físicas y/o mecánicas, tales como la resistencia al esfuerzo cortante, la deformabilidad o compresibilidad, la estabilidad volumétrica ante la presencia de agua, entre otros, buscando en todos los casos un buen comportamiento esfuerzo deformación de los suelos y de la estructura que se coloque sobre ellos, a lo largo de su vida útil.

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 polímeros (derivados del petróleo) D) En base a enzimas

Estos productos actúan exclusivamente sobre la fracción fina de los suelos (limos y arcillas)

El efecto mas importante de estos productos es la reducción del agua contenida entre las partículas de suelo, aumentando así el % de vacíos y facilitando una mejor compactación.

Las propiedades de estos productos, afectan a las partículas del suelo cargadas eléctricamente bajo los siguientes efectos: 1. Aglomeración de las partículas del suelo. 2. Al aglomerarse las partículas del suelo se reduce la superficie de la misma, consecuentemente disminuye el agua absorbida y por lo tanto se reduce la capacidad de hinchamiento.

Estos factores facilitan la mejor compactación del suelo. De los efectos de estabilizar los suelos destacan: a) Aumento de la capacidad portante b) Ligera disminución de la plasticidad c) Reducción de la capacidad de hinchamiento d) Reducción de la absorción capilar

Nuestra Realidad Nuestras carreteras de superficie de rodadura descubierta (nivel de base/afirmado) en la actualidad sufren un rápido y prematuro deterioro; por pérdida y contaminación de las capas del material de base; trayendo consigo la disminución de la vida útil de las vías y la obligación de un permanente y costoso trabajo de conservación vial. Además de nuestra topografía accidentada, climas rígidos y presencia de fenómenos de geodinámica externa, un problema común es que los bancos de materiales que cumplen especificaciones están ubicados a grandes distancias de la obra; lo que obliga muchas veces a usar bancos de materiales no apropiados.

Experiencias en el Perú En nuestro país, la inquietud de utilizar estabilizadores químicos para mejorar las características físico –mecánicas de los suelos de fundacion de nuestras carreteras se inicia el año 1995 con la aplicación de algunos productos en tramos experimentales y evaluaciones en el laboratorio, los mismos que fueron monitoreados por la llamada en ese entonces Oficina de Control de Calidad, hoy Oficina de Apoyo Tecnologico de la DGCyF

Cuadro Nº 01 Present. PERMAZYME 22X

Líquido

Características de Materiales • • • •

•

CON AID

Líquido

•

•

TERRAZYME 22X

Líquido

• • • •

A. Grueso (2” – malla Nº 4) .................. 30 a 60%

Fino pasa Malla Nº 200 ........................ 20 a 30% Índice Plástico (IP) ............................... 6 – 15% IP entre 10 y 15% implica el empleo de capa granular superficial antiderrapante. La dosis de Aditivo es a razón de un Litro por cada 33 m3 de material compactado.

Observación El uso de mayor cantidad de arcilla ó IP mayor a 10% produce resbalamiento al contacto con el agua. Usar superficie antiderrape.

La dosis de Aditivo a aplicar es diseñada específicamente para las condiciones propias del proyecto (suelos, canteras, condiciones ambientales), variando entre 5 y 9 ml/m2. Básicamente funciona en suelos granulares que contengan arcilla.

El fabricante del estabilizador proporciona el diseño (%) del estabilizador

A. Grueso (2” – malla Nº 4) .................. 30 a 60%

El uso de mayor cantidad de arcilla produce resbalamiento al contacto con el agua. Usar superficie antiderrape.

Fino pasa Malla Nº 200 ........................ 15 a 35% Índice Plástico (IP) ............................... 6 – 10% La dosis de Aditivo es a razón de un Litro por cada 33 m3 de material compactado.

Cuadro Nº 01 Present. RBI GRADO 81

Polvo

Características de Materiales • •

CLORURO DE CALCIO KD 36

Líquido

• • • • •

CEMENTO PORTLAND

Polvo

• • • •

Tamaño máximo del agregado 2”.

Se emplea entre 2 y 5% de aditivo (en peso respecto del suelo seco).

Observación Puede aplicarse en casi toda la variedad de suelos.

A. Grueso (1” – malla Nº 4) .................. 15 a 60% Fino pasa Malla Nº 200 ........................ 10 a 30% Índice Plástico (IP) ............................... 4 – 15% Sulfatos ............................................. Máx. 0.01% Se emplea entre 1 y 2% de aditivo (en peso respecto del suelo seco).

No puede colocarse directamente capas asfálticas, por la acción química sobre el asfalto, que produce el estabilizador.

Suelos A-1, A-2, A-3, A-4, A-5. A-6 y A-7 Índice Plástico (IP) ............................... NP – 18% Sulfatos SO4 ....................................... Máx. 0.2% Dependiendo del suelo entre 3 y 10% de cemento (en peso respecto del suelo seco).

-.-

Cuadro Nº 02 Aplicación Óptima de Estabilizadores de Suelos PERMA ZYME 22X TERRA ZYME 22X CON AID (*) CLORURO DE CALCIO KD36 RBI GRADO 81 CAL CEMENTO EMULSIÓN GW

SW

GP

SP

GM

CLASIFICACIÓN DE SUELOS SUCS

SM

GM-GC GW-GC

SW-SC

GP-GC

SP-SC

CL

SC GW-GM

TIPO DE SUELO

CL-ML

SM-SC

GC

íNDICE DE PLASTICIDAD (%)

ML

SW-SM

G R A VA S

20 1 9 1 8 1 7 1 6 1 5 1 4 1 3 1 2 1 1 1 0 9

A R EN A S

8

7

6

5

4

3

2

1

N.P. 2 0 1 9 1 8 1 7 1 6 1 5 1 4 1 3 1 2 1 1 1 0 9

L IM O S Y A RC IL L A S

8

7

6

(*) los fabricantes del producto deben definir la afinidad y el porcentaje de Aditivo en los suelos a estabilizar Requiere la colocación de superficies antiderrapes

5

4

3

2

1

N.P. 20 1 9 1 8 1 7 1 6 1 5 1 4 1 3 1 2 1 1 1 0 9

8

7

6

5

4

3

2

1

N.P.

Carretera: Huancayo – Imperial – Pampas – Churcampa Sector: km 43+480 – km 43+980 Ubicación Tráfico Medio ambiente Tipo de Superficie

: : : :

Departamento de Huancavelica Mediano – pesado Sierra con períodos de lluvia y heladas. Superficie de rodadura de tipo grava arcillosa GC/A-2-4(0)

Características del suelo: Pasa malla Nº 200 Piedra Arena Índice plástico 

: : : :

17% 67% 16% 10%

Estabilizador Presentación Fecha de aplicación

: Cloruro de Calcio KD-36 : Líquido de color amarillento : Agosto 2001







Carretera: Huancayo – Imperial – Pampas – Churcampa Sector: km 43+480 – km 43+980

Abril 2002

Julio 2002 Subtramo I (afirmado sin estabilizar). Tomas donde se aprecian el antes y el después de los trabajos de mantenimiento efectuado por la Residencia de la

Carretera: Huancayo – Imperial – Pampas – Churcampa Sector: km 43+480 – km 43+980

Abril 2002 Subtramo II (afirmado estabilizado). En la foto del mes de abril se puede apreciar el estado de un sector de la vía, con presencia de baches incipientes. La foto del mes de julio se muestra el estado actual del mismo sector, los baches han sido totalmente cubiertos.

Julio 2002

Carretera: Lunahuana Lu nahuana - Yauyos Yauyos Sector: km 42+900 – km 43+300 Ubicación Tráfico Medio ambiente Tipo de Superficie

: : : :

Departamento de Lima Mediano Sierra baja con lluvias escasas Base del tipo SM-SC / A-1-b(0)


: : : :

22% 41% 35% 4% - 6%

Estabilizador Presentación Fecha de aplicación Comportamiento

: : : :

TERRAZYME 22X Líquido color oscuro Junio 1998 Bueno







Carretera: Lunahuana - Yauyos Sector: km 42+900 – km 43+300 Afirmado No Estabilizado

Afirmado Estabilizado

Afirmado No Estabilizado


Carretera: Pacasmayo - Cajamarca Sector: Acceso a la Mina Yanacocha Carretera: Conococha – Antamina Sector: Acceso a la Mina Antamina / Yanacancha Ubicación Tráfico Medio ambiente Tipo de Superficie

: : : :

Características del suelo: Pasa malla Nº 200 Piedra Arena Índice plástico

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







Carretera: Conococha – Antamina Sector: Acceso a la Mina Antamina / Yanacancha



Carretera: Conococha – Antamina Sector: Acceso a la Mina Antamina / Yanacancha



Carretera: Cuñumbuque – San José de Sisa Sector: km 20+000 Carretera: Tarapoto – Juanjui Sector: Yacatina km 26+500 Ubicación Tráfico Medio ambiente Tipo de Superficie

: : : :

Departamento de San Martín Ligero - Mediano Selva media a baja con fuertes lluvias Base tipo grava arcillosa del tipo GC / A2-4(0)


: : : :

20% - 30% 30% - 40% 50% - 30% 6% - 12%


: PERMAZYME 22X : Líquido color oscuro : Noviembre 1995







Carretera: Cuñumbuque – San José de Sisa Sector: km 20+000 Carretera: Tarapoto – Juanjui, Sector: Yacatina km 26+500

AÑO 2000

• A finales del año 2003 el MTC – DGCyF,

•

•

•

mediante resolución ministerial N° 062-2003 MTC/02 conforma un grupo de trabajo denominado “Comision Tecnica para tratar la problemática sobre estabilizadores de suelos”. En Junio del 2003 la Comisión 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 Resolución Directoral N° 040-2003-MTC/14. En marzo- 2004 mediante Resolución Directoral N° 007-2004-MTC/14, se aprueba La Norma MTC E 1109 sobre estabilizadores químicos 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 periódicos durante un año después de aplicados, así como mediante ensayos de laboratorio, labor que esta a cargo de la OAT.

Pachacamac - Cieneguilla

Ayabaca - Sajinos

Pomabamba - Piscobamba

Imperial - Pampas

Oxapampa - Pozuzo

Carretera Sajinos-Ayabaca






Carretera Huari - Pomabamba

Carretera Huari - Pomabamba

Carretera Imperial - Pampas

Carretera Imperial - Pampas

Carretera Oxapampa - Pozuzo

Carretera Oxapampa - Pozuzo

Carretera Pachacamac - Cieneguilla






Albuferas de Medio Mundo



Ensayos de Laboratorio El programa de estabilizadores contempla también evaluar el comportamiento de estos productos en el laboratorio, realizando ensayos convencionales en suelos naturales y suelos estabilizados.

Ensayos de Laboratorio











Resultados de Laboratorio CLASIFICACIÓN SUCS CLASIFICACIÓN AASHTO PTIMO CONTENIDO DE HUM. DESCRIPCI N

PATRÓN 1

(SIN ADITIVO)

ADITIVOS

: : : :

ML A-7-6(15) 15.8 % LIMO ARCILLOSO DE MEDIANA PLASTICIDAD

Densidad Seca (g/cm3) 1.763

Densidad Seca (g/cm3)

CBR (%) (100% MDS) 7.6

CBR (%) (100% MDS)

Índice de Plasticidad (%) 13.1

Índice de Plasticidad (%)

Ascención Capilar (mm/seg) 3.05E-07

Ascención Capilar (mm/seg)

1

QUÍMICO 1

1.770

12.4

12.4

1.74E-07

2

QUÍMICO 2

1.803

26.3

13.2

8.14E-08

3

ENZIMÁTICO 1

1.793

12.4

12.0

1.36E-07

4

ENZIMÁTICO 2

1.735

13.2

12.4

1.74E-07

5

ENZIMÁTICO 3

1.744

15.1

12.3

1.53E-07

Resultados de Laboratorio




Resultados de Laboratorio CLASIFICACIÓN SUCS

: SM

CLASIFICACIÓN AASHTO

: A-4(0)

ÓPTIMO CONTENIDO DE HUM. : 9.7% DESCRIPCIÓN

PATRÓN 1

(SIN ADITIVO)

ADITIVOS

: ARENA LIMOSA DE MEDIA A BAJA PLASTICIDAD Densidad Seca (g/cm3) 1.983

Densidad Seca (g/cm3)

CBR (%) (100% MDS) 15.3

CBR (%) (100% MDS)

Índice de Plasticidad (%) 6.0

Índice de Plasticidad (%)

Ascención Capilar (mm/seg) 2.04E-05

Ascención Capilar (mm/seg)

1

QUÍMICO 2

2.023

49.7

14.0

1.85E-06

2

QUÍMICO 3

2.041

23.4

10.1

6.78E-06

3

POLÍMERO

1.993

20.4

11.2

6.78E-06

4

EMULSIÓN

1.964

23.5

12.5

4.07E-06





Ventajas – Tiempo de ejecución de la obra es más corta

respecto de los proyectos de afirmado. – Obtención de superficies de rodadura resistentes, sin deformaciones y de baja permeabilidad. – Reducción del polvo originado por la fricción entre los neumáticos y la superficie de rodadura. – Disminución de costos comparado con la construcción de espesores mayores cuando el valor de acarreo es alto.

Desventajas – Algunos tipos de estabilizadores por su

formulación y reacción con alta cantidad de material fino pasante la malla Nº 200, produce resbalamiento de los neumáticos al contacto de la superficie de rodadura con el agua de las lluvias. – Muchos estabilizadores están formulados sólo para actuar ante la presencia de material arcilloso.

Conclusiones – Los estabilizadores de suelos no son de aplicación

universal; es decir, la formulación a emplear debe estar en conformidad con los suelos donde se obtienen óptimos resultados. – Requiere absoluto control durante la aplicación, ya que la variación en la cantidad del estabilizador o el cambio del estrato puede alterar los resultados previstos. – Una mayor inversión inicial respecto de lo invertido en Afirmados.

Recomendaciones – Certificación técnica de propiedades del producto. – Experiencias en carreteras. – Requerimientos técnicos (dosificación, modo de – – – –

empleo, control de calidad, etc). Impacto ambiental. Honradez en la aplicación del producto en obra, en la dosificación especificada para cada tipo de suelo. Realizar pruebas de laboratorio antes de su aplicación en obra. Realizar un estricto control de campo durante la etapa constructiva.

3. Estabilizacion de Suelos- MTC

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