Estabilización de Suelos Con Aditivo Con-Aid

INDICE: INTRODUCCIÓN: ............................................. ................................................................................................. .................................................... ...................... 3 CAPITULO I: MARCO TEÓRICO ................................................................................................ ... 4 1.1

DEFINICIÓN DE AGENTE ESTABILIZADOR ESTABILI ZADOR CON-AID ................................... ................. .................................... ........................ ...... 4

1.1.1

PRINCIPALES PRINCIPAL ES EFECTOS DE CON-AID .................................. ................. ................................... ................................... .............................. ............. 4

1.2

VENTAJAS Y BENEFICIOS CON-AID: ................................. ............... ................................... .................................. ................................. ................ 5

1.3

PROCEDIMIENTO PROCEDIMI ENTO PARA USAR EL CON-AID ................................. ................ ................................... ................................... ..................... .... 6

1.3.1

DOSIFICACIÓN DOSIFICACIÓ N CON-AID: .................................. ................. .................................. ................................... .................................... .............................. ............ 6

1.3.2

CRITERIOS CRITERIO S PARA LA DOSIFICACIÓN EN CAMPO: ................................. ............... .................................... .............................. ............ 6

1.3.3

METODOLOGÍA METODOLO GÍA DE TRABAJO DE CON-AID ................................. ................ ................................... ................................... ..................... .... 8

1.3.4

PROCESO CONSTRUCTIVO CONSTRUCTIV O Y FASES DEL CON-AID .................................. ................ .................................... ......................... ....... 10

CAPITULO II: ANTECEDENTES EN EL PERÚ ................................................................................ 12 2.1

ESTABILIZADOR IÓNICO DE SUELOS CON-AID EN VÍAS DEL PROYECTO PERÚ. ............... ............... 12

2.1.1

CONTRATO DE SERVICIO DE CONSERVACIÓN VIAL POR NIVELES DE SERVICIO SERVICIO CAJAMARCA - CELENDÍN - BALSAS - DV. CHACHAPOYAS - CHACHAPOYAS - PEDRO RUIZ. CAJAMARCA. ................................................................................................................... 12

2.1.2

EL PROBLEMA PROBLEM A .................................. ................ ................................... .................................. ................................... ................................... ............................ ........... 12

2.1.3

LA SOLUCIÓN ................................... ................. ................................... .................................. ................................... ................................... ............................ ........... 12

2.1.4

BENEFICIO DEL SISTEMA .................................. ................. .................................. ................................... .................................... ............................ .......... 13

CAPITULO III: PROPUESTA. ...................................................................................................... 14 3.1

DIAGNOSTICO DE LA SITUACIÓN ACTUAL DE LAS CARRETERAS DEL CUSCO .................. .................. 14

3.2

PLANTEAMIENTO PLANTEAM IENTO E IDENTIFICACION DEL PROBLEMA PROBLEM A ................................ ............... ................................... ...................... 14

3.3

POSIBLES ALTERNATIVAS ALTERNAT IVAS TECNOLÓGICAS TECNOLÓGIC AS DE SOLUCIÓN ................................. ................ ............................... .............. 14

3.4

OBJETIVOS OBJETIVO S ................................. ................ .................................. ................................... ................................... .................................. .................................. ................. 14

3.4.1

OBJETIVO GENERAL ................................. ................ ................................... ................................... ................................... ................................... ..................... 14

3.4.2

OBJETIVOS OBJETIVO S ESPECÍFICOS ................................... .................. .................................. ................................... .................................... ............................ .......... 15

3.5

ANÁLISIS DE LA PROPUESTA Y APORTE TÉCNICO........... TÉCNICO..................... ................... .................. .................. .................. ............ ... 15

3.5.1

DESCRIPCIÓN DESCRIPCIÓ N DEL PROYECTO ................................... ................. ................................... ................................... .................................... .................... 15

3.5.2

MARCO REFERENCIAL ................................... .................. ................................... ................................... ................................... ............................... ............. 15

3.6

INGENIERIA DEL PROYECTO ................................... ................. ................................... ................................... .................................... ...................... .... 16

3.6.1

LIMITES DE ATTERBERG ATTERBER G (RESULTADOS) (RESULTA DOS) .................................. ................. ................................... ................................... ...................... ..... 16

3.6.2

COMPACTACIÓN COMPACTAC IÓN (RESULTADOS) (RESULTAD OS) .................................. ................ ................................... .................................. .................................. ................. 17

3.6.3

VALOR SOPORTE (RESULTADOS) (RESULTAD OS) .................................. ................ ................................... .................................. .................................. ................. 17

3.6.4

COMPRESIÓN COMPRESIÓ N INCONFINADA (RESULTADOS) (RESULTA DOS) .................................. ................. ................................... ............................... ............. 17

3.7

CARACTERISTICAS CARACTER ISTICAS EL COMPORTAMIENTO COMPORTAM IENTO QUÍMICO ................................ ............... ................................... ...................... 17

3.8

ESPECIFICACIONES ESPECIFICACIONES TECNICAS DEL PRODUCTO A SER UTILIZADO .................. ........................... ................. ........ 18

3.8.1

NOMBRE Y DEFINICIÓN DEL PRODUCTO ................................... .................. ................................... ................................... ..................... 18

3.8.2

IDENTIFICACION IDENTIFICAC ION DE RIESGOS ................................. ............... ................................... ................................... .................................... ...................... .... 18

3.8.3

COMPOSICIÓN COMPOSICIÓ N................................... .................. ................................... ................................... ................................... ................................... ......................... ........ 18

3.8.4

MEDIDAS PARA CONTROLAR DERRAMES DERRAMES O FUGAS FUGAS .................. ........................... .................. .................. .................. ........... .. 19

3.8.5

MANIPULACIÓN MANIPULA CIÓN Y ALMACENAMIENTO ALMACENAMIE NTO................................... .................. ................................... ................................... ...................... ..... 19

3.8.6

PROPIEDADES PROPIEDA DES FÍSICAS Y QUÍMICAS: ................................. ................ ................................... ................................... ............................ ........... 19

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES: RECOMENDACIONES: ................................................................................. . 20 CONCLUSIONES ............................................................................................................................ 20 RECOMENDACIONES .................................................................................................................... 20 REFERENCIAS:................................................. ....................................................................................................... ...................................................... .................. 22 ANEXOS: ................................................................................................................................ 23

pág. 2

INTRODUCCIÓN: Pongo en consideración el presente trabajo de investigación titulado “Mejoramiento de las superficies de rodadura utilizando el aditivo CON-AID”. Para el cumplimiento de tal estudio, se ha tenido en cuenta los pasos esenciales que menciona la investigación científica. En primer lugar, he acudido a fuentes virtuales obtenidas del internet con la finalidad de encontrar similares investigaciones en relación con el objeto de estudio; luego de las indagaciones necesarias he conseguido un trabajo que me oriento conceptualmente para la realización de mi investigación y esta es: Jordan Write (s/f). Mejoramiento De Caminos Departamentales Método CON-AID Estabilización de Suelos Ionica.  Este trabajo explica la utilización práctica del aditivo CON-AID, que permite reducir costos y mejorar la calidad de las carreteras tratadas, por ende el desarrollo de las poblaciones beneficiadas. El alcance de la investigación se caracterizó por ser un estudio exploratorio y descriptivo. Durante la tarea investigativa encontré una limitación, como es característico de toda investigación y esta fue: a) Fuentes bibliográficas escritas, ya que no encontré libros en la biblioteca de la Universidad por tratarse de un tema nuevo. Finalmente, esta pequeña limitación no me afectó, ya que busqué la forma de superarla para concluir el trabajo y sustentarlo en un tiempo perentorio. El objetivo de este trabajo de investigación es informar acerca de soluciones económicas para la estabilización de suelos. Los métodos que se han empleado fueron analíticos y explicativos; y utilicé como recurso cuadros comparativos de resultados de laboratorio. Para un estudio sistematizado del tema, hemos estructurado de la siguiente manera: CAPITULO I: Marco Teórico: Este capítulo contiene los conocimientos previos que se utilizarán a lo largo de la monografía. CAPITULO II: Antecedentes en el Perú: El Capítulo Describe un proyecto de estabilización de Suelos con aditivo CON-AID realizado en Cajamarca. CAPITULO III: Propuesta: En este capítulo se describe mi propuesta de trabajo para el mejoramiento de nuestros caminos y el progreso de nuestra Región.

pág. 3

CAPITULO I: MARCO TEÓRICO 1.1

DEFINICIÓN DE AGENTE ESTABILIZADOR CON-AID La siguiente cita fue obtenida de un trabajo de investigación realizado por el Ingeniero Javier Silva Burga para el Departamento Técnico de Tecnología de Materiales S.A. (T.D.M.) y define el aditivo: CON-AID es un compuesto químico complejo, especialmente diseñado para el uso vial, donde uno de sus componentes principales es un reactivo catiónico de alta valencia, que reemplaza de forma permanente los cationes débiles presentes en la capa de agua absorbida a la partícula del suelo y que son los responsables de la inestabilidad de dicha capa. (Burga, 2014) Este compuesto Cambia la propiedad de ABSORCIÓN de agua de los suelos, de hidrofílica (ávidos de agua) a hidrófuga (repelente de agua). (Ver Anexo N°01) La estabilización iónica o electroquímica con CON-AID consiste en un intercambio iónico forzado capaz de reducir la capa de "agua adsorbida” de las partículas de arcilla,

mejorando su comportamiento mecánico al disminuir la plasticidad y su expansión. Poderosas moléculas proporcionadas por el estabilizador pueden disociar fácilmente cationes débiles (como los del agua y otros metales) y reemplazarlos permanentemente. Además, los sitios iónicos vacantes sobre las superficies de las arcillas pueden ser ahora ocupados por moléculas de CON-AID. Por otra parte las colas hidrofóbicas de dichas moléculas quedan orientadas hacia afuera de las superficies del mineral de arcilla recubriendo los poros y capilares de la matriz del suelo. Esto último significa que el agua ingresada al sistema se comportara ahora como agua libre, pudiendo ser eliminada rápidamente por evaporación, compactación o efecto gravitatorio. El tratamiento del suelo con CON-AID provee la acción electroquímica requerida para repeler el agua de los minerales de arcilla.

1.1.1 PRINCIPALES EFECTOS DE CON-AID a. Mejora la TRABAJABILIDAD DEL SUELO, facilitando el proceso de compactación. b. ESTABILIZACION PERMANENTE DE LAS PARTICULAS DE ARCILLA. La pérdida de agua de las partículas (y por ende del suelo), ocurre debido a la realización de procesos iónicos y evaporación. El proceso de intercambio iónico sólo ocurre después de la compactación. Solamente después que el proceso químico ha concluido, las partículas de mineral de arcilla se acomodan íntimamente unas con otras, INCREMENTANDO LA CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO, a medida que pasa el tiempo y con la acción del tránsito. (Ver Anexo N°02) pág. 4

c. El agua que satura al material arcilloso se desprende poco a poco por efecto de capilaridad y presiones producidas por los vehículos, para quedarse en la superficie y luego evaporarse por efecto del calor. (Ver Anexo N°03) La duración del proceso químico depende del tipo de material que se trate y de las condiciones climáticas imperantes. De acuerdo a la experiencia, este período puede variar entre los siete y los 60 días. La aplicación de CON-AID permitirá el uso de una amplia gama de materiales que, previamente, no podían considerarse aptos. Esto da al ingeniero, mayor espectro para la utilización de materiales in-situ, en una o varias capas de un pavimento, reduciendo la necesidad de importación de suelos desde las canteras (tremendamente perjudiciales para el medio ambiente).

1.2

VENTAJAS Y BENEFICIOS CON-AID:  

    

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  

Caminos transitables durante todo el año Aumenta la vida útil del camino hasta 6 veces respecto del mismo material sin tratamiento. Reducción de costes de construcción y mejora de caminos en más de un 80%. Reducción de costes de reparación de vehículos. Reduce la emisión del polvo por desprendimiento al estar el terreno más compactado. Aumenta la densidad, resistencia del suelo y capacidad de carga. CON-AID crea una capa impermeable en la superficie, impidiendo la acumulación de agua y aumentando la rapidez de secado evitando que se formen irregularidades en el camino. Estabilización y compactación permanente del camino. CON-AID no actúa solamente en la superficie del terreno, si no que estabiliza y compacta una capa entre 15 y 40 cm, permitiendo el tránsito de vehículos y maquinaria pesada durante más tiempo, sin tener que hacer ningún tipo de mantenimiento (Reducción de mantenimiento) No hay costes de aportación de material, CON-AID se aplica sobre el propio t erreno sin necesidad de aportar ningún tipo de material adicional, salvo que el terreno sea nulo en arcilla, en ese caso se tendría que añadir arcilla al terreno. Siendo está aportación de menor coste que las zahorras artificiales tradicionales. La lluvia no afecta al material en proceso de construcción. Facilita el trabajo del suelo aumentando la eficiencia y reduciendo el tiempo de construcción. No requiere de equipo especial para la aplicación. CON-AID se puede aplicar utilizando varios métodos que dependen de las características del terreno y de la maquinaria disponible. Mínimo acarreo y manipulado Importante ahorro en movimientos de suelo y fletes Permite su posterior pavimentación pág. 5

  

1.3

1 tambor de 100 Lts. rinde entre 10000 y 20000 m2 No tóxico-No afecta las personas ni el medio ambiente Es fácilmente re-trabajable

PROCEDIMIENTO PARA USAR EL CON-AID

1.3.1 DOSIFICACIÓN CON-AID: 



Suelos limo-arcillosos, o arenosos y/o gravosos que contengan al menos un 5-10% de arcilla Ensayo Mineralógico - Tipo y cantidad de minerales de arcilla. o o Existe una única posibilidad de mejoramiento para un tipo de suelo dado. Se expresa: Lts./m2 (para 0.15m de espesor) o o Luego de muchos años - Tabla f (Clasificación AASTHO, Límites de Atterberg) Cantidad de agua necesaria. La necesaria para llevar el suelo a la humedad óptima de compactación (Proctor). o o En la práctica: Entre 250 a 500 Lts. agua cada 600 m2. Una vez conformada la solución agua-estabilizador, aplicarla toda a la superficie o calculada. o Si hiciera falta más humedad adicionar agua sola.

Para establecer la cantidad de producto a utilizar, se realizan ensayos de reactividad sobre muestras representativas del suelo a tratar. Estas determinaciones corren por cuenta y orden del proveedor. Solo deberán hacerse llegar las muestras a la misma, junto con los datos de los ensayos de identificación y clasificación de suelos.

1.3.2 CRITERIOS PARA LA DOSIFICACIÓN EN CAMPO: La siguiente cita se obtuvo de una monografía realizada por Jordan Write para el País de Bolivia, y describe la manera en cómo se dosifica este aditivo dependiendo de las propiedades del Terreno. “La cantidad de estabilizador es función básicamente del tipo

y cantidad de

minerales arcillosos presentes en el suelo e estabilizar. De ahí que a medida indirecta de concluir si un determinado suelo podrá ser mejorado con CON-AID es de ver si denota “plasticidad”. El procedimiento rutinario más exacto es la relación de un “ensayo de reactividad” con una muestra representativa de no más de 1kg

de suelo. El reactivo del estabilizador llam ado “Reagent” es necesario para poder hacer este ensayo, juntos con algunos pocos instrumentos de laboratorio. Con el ensayo de reactividad se obtiene “agua ionizada” de la muestra de suelo y partir

de esta se va introduciendo pequeñas cantidades del reactivo hasta que el mismo equilibre las cargas y la solución quede completamente traslucida. Luego otra manera de dosificar el estabilizador es basarnos en muchas comparaciones entre ensayos de reactividad y clasificación de los suelos ensayados. De ahí que se pide que siempre hacer el ensayo de granulometría y los Limites de Atterberg. Entre pág. 6

ambos datos, se pueden obtener algunos valores orientativos del tipo de mineral arcilloso presente. Por ejemplo: LL/IP>=2.6 (caolinita); LL/IP>=1.9 (illita) y LL/IP>=1.2 (montmorillonita). A medida que nos acercamos más a las montmorillonitas, el intercambio y desequilibrio electrónico es mayor y es necesario más estabilizador. Lo que ocurre que no es posible hacer una tabla de acceso directo, ya que además del tipo principal o predominante de arcilla es muy importante también la cantidad de la misma. Además no siempre un suelo con más IP que otro requerirá más estabilizador. Sabemos que si IP es mayor a 0 es casi seguro existirá algo de material arcilloso presente, pero este valor de por sí solo nos brinda la información necesaria.” (Write, 2014) Existen además de lo mencionado determinado materiales, a pesar de no contar una gran cantidad de material arcillosos, presentan una buena reactividad con CON  –  AID y por ende una buena posibilidad de mejorarlos también. Tales son los casos por ejemplos de los suelos calcáreos con Co3Ca, con presencia de óxido de hierro o suelos late riticos y suelos limo-arenosos de tipo “Silcretes”. A veces se puede generar ciertas dudas analizando únicamente las características analizando el ensayo de identificación y clasificación. En estos casos se sigue ciertos criterios más relacionados con cuestiones particulares de cada obra. A continuación se presenta un resumen una dosificación orientativa o estimación general para la aplicación del estabilizador CON-AID en suelos: 

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

Suelos A-1 y A-2 con presencia de finos cohesivos (IP>0): reactividad escasas a baja, rango usual de dosificación: 0.005 a 0.0065 Its/m2 (15 cm espesor). Suelos A-4 con presencia de plasticidad (IP<0): reactividad baja a media, rango usual de dosificación: 0.006 a.007 Its/m2 (15 cm espesor) Suelos A-6: reactividad media a media alta, rango usual de dosificación: 0.0065 a 0.007 lts/m2 (15 cm de espesor) Suelos A-7: reactividad media alta a alta, rango usual de dosificación: 0.0065 a 0.0075 lts/m2 (15 cm de espesor)

OBSERVACIÓN: Mientras el tipo de suelo presente mayor componente de arcilla/limos fino mayor será la reducción de polvo. Los suelos con exceso de plasticidad o algún tipo de arcilla podrían requerir la aplicación de una capa de grava #1, o material pétreo de 20mm. En una proporción de 20 a 25 kilos por mt2. Dicha capa debe ser compactada inmediatamente después de la estabilización, quedando esta como carpeta de rodamiento para crear fricción en las llantas de los vehículos. Es muy importante tener en cuenta el costo de este material extra si fuera el caso.

pág. 7

1.3.3 METODOLOGÍA DE TRABAJO DE CON-AID Todo proyecto se realizara, en general, siguiendo las siguientes etapas: A. Conocimiento del proyecto y del suelo a estabilizar: 



 

Se realizaran ensayos de Identificación y Clasificación de Suelos bajo las normas AASHTO/HRB para el suelo natural. A través de ellos se conocerán los Límites de Atterberg (LL, LP e IP), Granulometría (Pasante Tamices 10,40 y 200) y el Índice de Grupo (IG). Se recabaran datos de diseño, disponibilidad de materiales, distancias de transporte, suelos de subrasante, napas freáticas, etc. Esta etapa quedara en general a cargo del cliente, aunque CON-AID/TECNOCOVER está en condiciones de realizarla si fuera necesario.

B. Determinación de la reactividad de los suelos a estabilizar: 

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

Se determina con ensayos químicos la interacción entre el suelo y el agente estabilizador CON/AID Súper. Se define la dosificación de agente estabilizador a utilizar para ese suelo en particular (lts/m3). Se investiga la presencia en el suelo de sustancias que favorezcan las reacciones químicas y los tiempos de curado del agente estabilizador.

C. Evaluación de los resultados esperables: 

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Se realizan ensayos de suelo en laboratorio, con incorporación de agente estabilizador, de acuerdo a requerimientos del proyecto. En general pueden realizarse ensayos de Identificación y Clasificación de Suelos AASHTO/HRB, Ensayos de compactación Proctor, Ensayos de Valor Soporte (CBR) e Hinchamiento, etc. (con suelo natural y con suelo estabilizado). Estos ensayos siempre serán llevados a cabo con indicaciones del departamento técnico de CON-AID/TECNOCOVER o Reducción del Limite Liquido (15-30% en promedio), Aumento de Densidad Seca Máxima ( 5-15% en promedio), o o Aumento Valor Soporte Relativo, en un mínimo del 100% y hasta un 400%.

D. Controles en campo: 

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



Se supervisa todo el procedimiento constructivo, equipos, aplicación de las dosificaciones y diluciones predeterminadas, correcto mezclado y compactación. Se controla el trabajo en su período de curado, se supervisan las tareas a realizar durante el mismo y se dan las indicaciones correspondientes. Se controla la evolución posterior de la capa tratada, se indican las tareas de mantenimiento si fueran necesarias y se indica el momento en que la capa podrá ser pavimentada, si el proyecto lo requiriera. Se realizan seguimientos periódicos del trabajo mediante visitas al lugar y estudios en sitio si fueran necesarios. pág. 8

pág. 9

1.3.4 PROCESO CONSTRUCTIVO Y FASES DEL CON-AID

PROCESO DE APLICACIÓN (FASES CONSTRUCTIVAS)

FASES DEL TRATAMIENTO CON-AID

1. Escarificación del terreno:  Fase de preparación del terreno para el inicio del resto de las tareas. Se escarifica el terreno a una profundidad de 20 cm para mejorar la penetración del producto y su absorción en el terreno. La Tecnología CON-AID no actúa únicamente sobre la superficie si no que estabiliza entre 30 y 40 cm de profundidad. (Ver Anexo N°04) 2. Mezcla de CON-AID con agua:  Mezclar la Tecnología CON-AID con agua directamente en la cisterna o cuba desde donde se vaya a realizar la aplicación. La proporción de la mezcla vendrá determinada por el tipo de terreno y el trabajo que se ejecute, pero el valor medio A. Aplicación de CON-AID (Ver Anexo N°05) de la mezcla es de 1 litro de CON-AID por 250 litros de agua. La Tecnología CON-AID es un aditivo para el agua de compactación. (Ver Anexo N°04) 3. Aplicación:  Irrigar el terreno a tratar de forma que la mezcla quede perfectamente distribuida. La tecnología CON-AID actúa sobre el terreno a través de una reacción física y química, que cambia las propiedades de la arcilla convirtiéndola en impermeable. (Ver Anexo N°04) 4. Nivelación: Nivelar el terreno para perfilar las caídas, concretar el diseño y evitar la acumulación de agua en la superficie, principal responsable de la inestabilidad del camino. (Ver Anexo N°04)

pág. 10

5. Compactación:  Para la correcta ejecución de la Tecnología CON-AID es necesario después de la aplicación dar carga al terreno para que mejore la estabilización y compactación del suelo. (Ver Anexo N°04) B. Desprendimiento de agua absorbida y 6. Control de calidad:  Finalizados los evaporación (Ver Anexo N°06) trabajos, se analiza y comprueba la ejecución de la obra y la respuesta de C. Acción del tránsito y secado (Ver Anexo CON-AID sobre el terreno. (Ver Anexo N°07) N°04)

D. Reacomodamiento de partículas (capa estabilizada y densificada) (Ver Anexo N°08)

pág. 11

CAPITULO II: ANTECEDENTES EN EL PERÚ 2.1

ESTABILIZADOR IÓNICO DE SUELOS CON-AID EN VÍAS DEL PROYECTO PERÚ.

2.1.1 CONTRATO DE SERVICIO DE CONSERVACIÓN VIAL POR NIVELES DE SERVICIO CAJAMARCA - CELENDÍN - BALSAS - DV. CHACHAPOYAS CHACHAPOYAS - PEDRO RUIZ. CAJAMARCA. La siguiente cita, describe el “Proyecto Perú” para la conservación de las vías. “Proyecto Perú” es un programa de infraestructura vial diseñado para mejorar la s

vías de integración de corredores económicos. Se basa en un sistema de contratación de actividades de conservación de la infraestructura vial controladas por niveles de servicio. Una de las vías que forman parte de este proyecto es la carretera Cajamarca - Celendín - Balsas - Dv. Chachapoyas - Chachapoyas  – Pedro Ruiz a cargo de ICCGSA. Este programa permite la implementación y desarrollo de nuevas tecnologías, prevaleciendo de esta manera las acciones preventivas frente a las acciones correctivas, lo cual significará ahorros a largo plazo. (Tecnología de Materiales, 2014) Es evidente que este tipo de caminos no pavimentados de bajo tránsito, no justifica la construcción de pavimentos asfálticos en su primera etapa, debido al costo elevado, pero si demanda características aceptables de transitabilidad y confort. Se debe controlar su condición resbaladiza en estado húmedo, en los tramos donde predominan los suelos arcillosos, las huellas profundas y baches por acumulación de humedad y la erosión de la superficie y el desprendimiento excesivo de polvo en épocas secas.

2.1.2 EL PROBLEMA Entre los kilómetros 336+000 y 396+000 del tramo Balsas - Dv. Chachapoyas, la alternativa era colocar 15 cm. De afirmado para mantener los niveles de servicio exigidos por la entidad. La carencia de canteras cercanas con material apropiado para dicho mejoramiento, la difícil geometría de la vía (poco ancho de plataforma que impedía la maniobra de los equipos) y la reducción de ancho producto de la elevación de la rasante, hicieron buscar otra solución.

2.1.3 LA SOLUCIÓN Se planteó la opción de estabilizar el material propio para conformar la superficie de rodadura. Se eligió aplicar el estabilizador iónico de suelos CON-AID para mejorar las propiedades hidráulicas y mecánicas del suelo arcilloso existente y que se m antengan en el tiempo con bajo costo de mantenimiento y en los requerimientos de resistencia y durabilidad adecuados. pág. 12

2.1.4 BENEFICIO DEL SISTEMA Aparte de solucionar los problemas descritos líneas arriba, la estabilización iónica de suelos permite: reducir el IP en un 30% (mediante la reducción del LL), se reduce el hinchamiento entre 50 y 100%, aumenta la densidad máxima entre 3 a 5% y aumenta el CBR de acuerdo al tipo de suelo plástico que se estabilice. Este tramo de carretera ha soportado adecuadamente el periodo de lluvias de la región.

pág. 13

CAPITULO III: PROPUESTA. 3.1

DIAGNOSTICO DE LA SITUACIÓN ACTUAL DE LAS CARRETERAS DEL CUSCO El proyecto consiste en el mejoramiento de caminos Departamentales en las 13 Provincias del Departamento de Cusco. Por la falta de una conservación adecuada y oportuna, hace que la carretera se dañe antes de lo esperado, generando aumento de los costos de operación vehicular, accidentes de tráfico y pobre desarrollo productivo, turístico y económico a la región. La implementación del mejoramiento de caminos permite la mejor vinculación de las comunidades del área del proyecto.

3.2

PLANTEAMIENTO E IDENTIFICACION DEL PROBLEMA 

 

3.3

Mal estado de los caminos tanto en Época de Lluvia (barro) así como en Época de Sequía (polvo). Alto Porcentaje de pérdidas de las Cosechas, debido al mal estado de los Caminos. La sobre explotación de áridos para el mantenimiento de caminos está provocando una degradación de ríos y cuencas los cuales están provocando un daño Ambiental irreversible.

POSIBLES ALTERNATIVAS TECNOLÓGICAS DE SOLUCIÓN Con respecto a las alternativas de solución para las carreteras en general tratándose de suelos muy similares en su gran mayoría y con un contenido de arcilla mayor al 5%, se presenta dos posibles alternativas de solución:  

Alternativa A: con Capa de Ripio de 15 a 20cm Alternativa B: con Estabilización Iónica

En cuanto al ancho de vía se tiene definido una plataforma de 6.00 m, con pendientes mayores al 3%, las pendientes transversales deben tener como mínimo 2,50 % y con un ancho de curvatura no menor a 25m. El beneficio más importante, es el acceso a todas las comunidades, que puedan usar vías completamente expeditas durante todo el año, situación que mejora las condiciones de vida de todos los beneficiarios del proyecto, en el entendido que actualmente las rutas departamentales no tiene condiciones mínimas ni siquiera de ripiado de plataforma.

3.4

OBJETIVOS

3.4.1 OBJETIVO GENERAL “Mejoramiento de Caminos mediante la estabilización Iónica de Suelos (MÉTODO CONAID) con la finalidad de atender la Red Vial del Departamento de Cusco en las 13 pág. 14

Provincias y evitar costos excesivos por el transporte y extracción de áridos, por lo que se ha visto conveniente hacer uso de productos para la estabilización de suelos, logrando así mejorar las condiciones físico-mecánicas de caminos aptos para todo tipo de tráfico y así evitar la degradación de cuencas y ríos los cuales están provocando un daño Ambiental irreversible”.

3.4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS  

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3.5

Disminuir los costos de transporte y por ende los costos de producción. Disminuir los tiempos que se ocupan en el Mantenimiento de Caminos y dar una rapidez en la ejecución de las obras. Lograr accesibilidad a las zonas, facilitando con ello la implementación de servicios básicos carentes actualmente en algunas comunidades. Lograr una mejor integración entre comunidades, municipios y el departamento. Subir el nivel de los ingresos de las familias beneficiarias Disminuir la migración rural urbana, dotando de una infraestructura adecuada para el aprovechamiento de su territorio. Ampliar la frontera agrícola, incentivada por las facilidades que brindará la infraestructura vial. Incentivo al Turismo.

ANÁLISIS DE LA PROPUESTA Y APORTE TÉCNICO

3.5.1 DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO Se trata del mejoramiento de caminos vecinales mediante la estabilización de suelos con la aplicación de CON-AID, el cual consiste en un intercambio iónico forzado, tal de reducir la capa de agua absorbida de las partículas de arcilla, mejorando su comportamiento mecánico al reducir la plasticidad y expansión de suelo. Poderosas moléculas proporcionadas por el estabilizador, se pueden dosificar fácilmente cationes débiles (como los del agua y otros metales) y remplazarlos permanentemente. Además los sitios iónicos vacantes sobre la superficie pueden ser ocupados definitivamente por moléculas (enlaces de hidrocarburos similares a un aceite) quedan orientadas hacia fuera de las superficies del mineral de arcilla recubriendo los poros y capilares de la matriz de suelo. Esto último significa que el agua ingresada al sistema se comportara ahora como agua libre, pudiendo ser eliminada del mismo rápidamente por evaporación, compactación o efecto gravitatorio.

3.5.2 MARCO REFERENCIAL El tratamiento de suelo con CON-AID, prevé la acción química requerida para repeler el agua de los minerales de arcilla. Después que las reacciones han tenido lugar, la compactación requerida puede ser lograda con un mínimo de esfuerzo mecánico y las partículas tratadas quedan ahora unidas en una asociación muy cerrada. Esto debido a la eliminación de la capa de agua absorbida antes mencionada que permite un acercamiento pág. 15

mayor de las partículas de arcilla, dando por resultado un contacto a mas intimo entre unas y otras adquiriendo el suelo una densidad mayor, el que no había podido ocurrir con la presencia de agua. La densidad adquirida (sumada al carácter hidrofóbico que ahora presenta el material), evita que el agua en cantidades importantes pueda entrar en el sistema produciendo un aumento de la capacidad de soportar cargas de la capa tratada por mayor fricción de las partículas. Las relaciones químicas se desarrollan a través de las siguientes fases: 







3.6

Fase1. Aplicación de CON-AID:  en un primer momento, las partículas de CON-AID comienza a desarrollar las reacciones y enlaces químicos explicados. La película de agua absorbida se comienza a desprender de la superficie de las películas del suelo. Fase 2. Desprendimiento de agua absorbida y evaporación, dejando el espacio ocupado por dicha agua como espacio libre entre partículas:  Ahora, sin la capa de agua que las neutraliza, las fuerzas de atracción gravitatoria entre partículas muy pequeñas (arcilla) y que se encuentran cercanas se puede manifestar. Fase 3. Acción del Tránsito: Simultáneo al efecto de evaporación, la acción del tránsito provee el esfuerzo mecánico necesario para reacomodar las partículas de suelo estabilizadas. Durante esta fase se realizan riesgos de curado con agua sola, con el fin de evitar el secado violento de la superficie. Fase 4. Capa estabilizada y densificada:  Finalmente, los efectos químicos y físicos descritos generan en la capa estabilizadora un aumento de densidad que le proporciona una mayor “trabazón” entre partícu las, incrementando su resistencia a las cargas. Además las partículas se encuentran hidrófobas por las moléculas del estabilizador, con lo cual, el agua que ingresa al sistema se elimina rápidamente.

INGENIERIA DEL PROYECTO Es preciso evaluar en qué medida mejorarán las características técnicas del suelo, una vez estabilizado. El programa de ensayos de laboratorio a desarrollar será determinado según el proyecto en particular. En general será acordado entre el Contratista o la inspección de obra y el departamento técnico del proveedor, basados en los requerimientos del proyecto. Los parámetros del suelo que en general registran variación, respecto del mismo suelo en estado natural, son:

3.6.1 LIMITES DE ATTERBERG (RESULTADOS) La mayoría de los suelos experimentan disminución en su ÍNDICE DE PLASTICIDAD, sustentada mayormente en una caída apreciable del LIMITE LIQUIDO. En suelos que poseen LL altos (50 % o más), éste parámetro disminuye aproximadamente entre 15 y 30%. Los suelos menos activos, con LL menor a los anteriores, registran disminuciones de menor magnitud, alrededor del 10 % o menos.

pág. 16

3.6.2 COMPACTACIÓN (RESULTADOS) El suelo estabilizado alcanza valores superiores de DENSIDAD SECA MÁXIMA, con la misma energía de compactación. El aumento porcentual de éste parámetro puede llegar a 15 %, pero lo normal estará comprendido entre el 3 y 8 %. Al mismo tiempo, en general, se registra leve disminución en el CONTENIDO OPTIMO DE HUMEDAD.

3.6.3 VALOR SOPORTE (RESULTADOS) Los suelos más activos, que son en general los que poseen mayor cantidad de partículas finas, registran aumentos porcentuales de valor soporte mayor. De manera tal que se esperan, en los suelos A-7-5 y A-7-6, valores de CBR de 300 a 400 % más que en el suelo natural. Los suelos de mejor calidad, como los A-6 y A-4, registrarán aumentos del 100 % aproximadamente. En correspondencia con el aumento de valor soporte, se registrará disminución en el HINCHAMIENTO de los suelos estabilizados respecto del suelo natural. Se aclara que nos estamos refiriendo a ensayos de laboratorio, sometiendo las probetas a 4 días de inmersión en agua.

3.6.4 COMPRESIÓN INCONFINADA (RESULTADOS) Se han registrado aumentos en la resistencia a la compresión simple del orden del 70 al 90%, respecto al mismo suelo sin estabilizar con CON-AID Súper, a niveles de compactación correspondientes al ensayo comúnmente denominado Proctor.

3.7

CARACTERISTICAS EL COMPORTAMIENTO QUÍMICO CON-AID fue desarrollado para asistir al ingeniero en: 



El retiro del agua absorbida para alcanzar una densidad máxima con menor esfuerzo mecánico. Para prevenir la re-absorción del agua, con lo que se obtiene un material de construcción permanentemente estabilizado.

La compactación se puede lograr fácilmente y de una forma económica con el uso de una variedad de componentes compactantes relativamente baratos, tales como el ácido sulfúrico diluido o soda cáustica. El problema es que el material tratado así no será estabilizado permanentemente, y re-absorberá el agua (después de las primeras lluvias), de tal modo que causará fallas en el camino. CON-AID sin embargo, es una compleja formulación química de la cual uno de los ingredientes activos es el aditivo surfactado. La acción permanente de este aditivo surfactado dependerá de la presencia de otros compuestos activos que fortalecen el efecto de la dispersión del agua en materiales arcillosos, produciendo una asociación permanente entre CON-AID y las partículas de arcilla. Esta formulación de componentes activos hace que CON-AID sea único en su constitución química, en su comportamiento y en los resultados finales, cuando es pág. 17

aplicada como un repelente al agua y una gran ayuda en la compactación de los caminos. El aditivo es un surfactante (agente activo superficial) y tiene esta característica debido a la dualidad de su constitución y comportamiento químico. La cabeza hidrofílica es totalmente soluble en agua e insoluble en la mayoría de los solventes orgánicos no polares. Esta parte de la molécula se disocia cuando el aditivo se dispersa en el agua y produce un SO3 iónico - que se enlaza a través del átomo de sulfuro a la llamada " cola " de la molécula. (Write, 2014)

3.8

ESPECIFICACIONES TECNICAS DEL PRODUCTO A SER UTILIZADO

3.8.1 NOMBRE Y DEFINICIÓN DEL PRODUCTO CON-AID SÚPER/ CBR Plus: Es un compuesto único, estabilizador de suelos para uso vial, reactivo al catión y agente surfactante que reduce la movilidad e intercambio iónico de las partículas arcillosas, tornándolas hidrofóbicas por eliminación del agua adsorbida. El suelo estabilizado será mucho menos sensible al agua, mas trabajable, con aumento en su Densidad Seca Máxima y Capacidad Portante.

3.8.2 IDENTIFICACION DE RIESGOS Exposición Aguda: Puede causar irritación de piel bajo largas exposiciones. El contacto del líquido con los ojos causa irritación.

3.8.3 COMPOSICIÓN     

     

Grupo de Producto: Surfactante. Nombre químico: Derivado de ácido sulfónico. Orgánico. Familia Química: ácido Orgánico mezclado como solución en agua. Fórmula química: R-SO3H donde R es un Hidrocarbón Dobano Uso del Producto: Como estabilizador de suelos y supresor de polvo en alta dilución en agua. Componente Material: El principal ingrediente activo es un sulfonado orgánico. Componente peligroso: Ninguno NFPA Valoración de Riesgo: Fuego: NC Toxicidad: NC Reactividad: NC Especiales NC Aniónico Activo: 16 % mínimo (Método Hyamine) Sólidos: 23 % (max 110 Cº) Otros Ingredientes: o Ácido Sulfónico de Petróleo:15 w/w Magnesio: Min 0.1 o Aluminio: Min 0.02 o o Fosfato: Min 0.02 Sulfato: Min 0.8 o o Borato: Min 0.09 Colorante: Min 0.001 o pág. 18



Nº Cas: El producto es considerado NO TOXICO , es considerado NO PELIGROSO

3.8.4 MEDIDAS PARA CONTROLAR DERRAMES O FUGAS     

Medidas de emergencia ante derrame: Evite el contacto con la piel y los ojos. Precauciones a tomar para evitar daños al ambiente: El producto es Biodegradable. Métodos de limpieza: Abundante agua. Método de eliminación de desechos: Lavado con abundante agua. Equipo de protección personal para atacar la emergencia: no es necesario.

3.8.5 MANIPULACIÓN Y ALMACENAMIENTO  



Precauciones a tomar: Evitar contacto con comestibles. Evitar contacto con la piel Recomendaciones sobre manipulación segura, específicas: Utilizar guantes y anteojos protectores. Condiciones de almacenamiento: Evitar lugares con elevadas temperaturas. Mantener el tambor cerrado mientras no está en uso. No almacenar con temperaturas inferiores a los 0°C.

3.8.6 PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS: Deben ser definidas específicamente con cada lote de producto en particular/ solo se brindan como modelo de presentación. Estado físico

Liquido

Apariencia y Color

Según producto utilizado

Olor

Moderado

P.h.

0.45 +- 0.15

Punto de Ebullición

100°C

Punto de Inflamación

No es aplicable

Punto de Congelamiento

-10°C

Punto de Evaporación

Igual al Agua

T° Auto inflamación

No es aplicable

Presión de Vapor

20mm HG

Densidad de Vapor

+1 (Aire=1)

Porcentaje de Volatilidad

73% por Vol.

Peso Específico a 25°C

0.98 +- 0.02

Solubilidad

100% soluble en Agua

Viscosidad a 25°C

600 +- 100

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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES: CONCLUSIONES Después de realizar mis investigaciones sobre las experiencias y los ensayos realizados en otros lugares del Perú, y con fines de aplicación en el Cusco, pude comparar los resultados obtenidos y en consecuencia concluyo que: 

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

Las nuevas propiedades adquiridas por el suelo tratado, reducen en forma importante las pérdidas de material debidas a la acción del tránsito, incrementando la vida útil del camino hasta 6 veces, respecto del mismo material sin tratamiento. Se reduce significativamente más del 85% de costos en mantenimiento del camino (no se producen baches ni rupturas en su estructura). Se reduce entre un 15% a un 40% el Índice de Plasticidad (IP), mediante la reducción del Límite Líquido (LL). Se reduce el hinchamiento por acción de la manipulación y el agua de un 50% a 100%. Según los ensayos realizados, el CBR se mejora significativamente dependiendo del tipo de material: (Ver Anexo N° 09, 10 y 11) o A2: 70% a 100% A4: 100% o o A6: 200 a 300% A7: 300 a 500% o CON-AID estabiliza el suelo con una consistencia que asegura una vida útil superior a la de los sistemas tradicionales. Analizando la situación ambiental actual, el proyecto ambientalmente es viable en razón que los impactos ambientales negativos de construcción son bajos, NO es tóxico ni contaminante, NO daña al medio ambiente ni a las personas. La capacidad portante del suelo tratado aumenta con el tiempo por la utilización constante, no le afecta incrementos en la capacidad de carga.

RECOMENDACIONES 

Se recomienda aplicar este método en los suelos apropiados para estabilizar, y estos son todos aquellos que contengan partículas finas (arcillas y/o limos), aun los que a priori se desechan normalmente para la construcción de caminos por su inaceptable calidad. Es inútil tratar aquellos suelos que no presentan plasticidad como las arenas limpias (A-3 AASHTO/HRB). En estos casos se deberá agregar material arcilloso, en proporciones que se definirán por ensayos específicos, y luego tratarlos. Los suelos de alto contenido orgánico pág. 20

(A-8), no son adecuados por su alta proporción de materiales degradables. La determinación de aptitud del suelo a tratar la realizará el proveedor, luego del análisis de las muestras de suelo, representativas de cada zona a tratar. 

Debido a la necesidad de vincular las carreteras en el Perú se recomienda utilización de este aditivo, ya que sus propiedades harán que nuestros caminos se encuentren en muy buen estado por mucho más tiempo, invirtiendo poco presupuesto y para un desarrollo progresivo del País.

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REFERENCIAS: Burga, J. S. (08 de Diciembre de 2014). epivial . Obtenido de http://epivial.com/descargas/tdm/estabilizaciondevias.pdf  CBR Plus. (04 de Diciembre de 2014). cbrplus.co.za. Obtenido de http://www.cbrplus.co.za/page.asp?pageid=33&pic1=no_image.jpg&pic2=left.jpg&headin g=Design CON-AID Argentina S.A. (05 de Diciembre de 2014). conaid.com.ar . Obtenido de http://www.conaid.com.ar/tecnico/ Plexus. (04 de Diciembre de 2014).  plexus.com.co. Obtenido de http://www.plexus.com.co/cms/index.php/con-aid Tecnología de Materiales. (05 de Diciembre de 2014). TDM. Obtenido de http://www.tdm.com.pe/wp-content/uploads/2012/04/Estabilizador-ionico.pdf Universidad Tecnológica Nacional - Facultad Regional La Plata. (05 de Diciembre de 2014). lemac.frlp.utn.edu.ar . Obtenido de http://lemac.frlp.utn.edu.ar/wpcontent/uploads/2012/09/2012_EstabilizantesQu%C3%ADmicos_Ingenieria66_Uruguay.pdf Write, J. (10 de Diciembre de 2014).  jordanwrite.blogspot . Obtenido de http://jordanwrite.blogspot.com/2013/12/mejoramiento-de-caminosdepartamentales.html

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 ANEXOS:

ANEXO N° 01: ESQUEMA DE LA MOLECULA DE CON-AID

ANEXO N° 02: LA MOLECULA DE CON-AID REEMPLAZA LAS DE AGUA EN LA ESTRUCTURA DEL MINERAL DE ARCILLA

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ANEXO N° 03: EL AGUA DESPRENDIDA QUEDA EN EL SUELO EN POROS Y CAPILARES, LUEGO SE EVAPORA LIBREMENTE.

ANEXO N°04: PROCESO CONSTRUCTIVO DE LA APLICACIÓN DEL CON-AID pág. 24

ANEXO N°05: APLICACIÓN DE CON-AID

ANEXO N° 06: DESPRENDIMIENTO DE AGUA ABSORVIDA Y EVAPORACIÓN pág. 25

ANEXO N° 07: ACCIÓN DEL TRANSITO Y SECADO

ANEXO N° 08: REACOMODAMIENTO DE PARTÍCULAS

pág. 26

ANEXO N° 09: CONTENIDO DE HUMEDAD Y COMPACTACIÓN DEL SUELO INMEDIATAMENTE DESPUES DE COMPACTAR

ANEXO N° 10: CONTENIDO DE HUMEDAD Y COMPACTACIÓN DEL SUELO LUEGO DE RECIBIR TRANSITO Y CURAR

pág. 27

ANEXO N° 11: CLASIFICACIÓN DE SUELOS SEGÚN AASHTO

pág. 28