SUELOS ESTABILIZADO ESTABILIZADOS S UNA BUENA ALTERNATIVA PARA LA CONSERCIÓN DE CAMINOS NO PAVIMENTADOS ING. GONZALO BRAZZINI SILVA.
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INTRODUCCION El objetivo de esta presentación es ofrecer una alternativa de solución para la conservación de nuestra red vial, específicamente de los caminos a nivel de afirmado. Nuestra realidad vial es que por falta de un mantenimiento oportuno la vida de d e los caminos parece estar sometida a un ciclo inexorable ine xorable de construcció constru cciónn- conserva conservación ción insufici insuficiente ente o inexist ine xistent entee ± degr degrada adaci ción ón - dest destrucc rucción ión ± reconstrucción y así sucesivamente. sucesiv amente.
Es sabido que el mantenimiento de caminos a nivel de afirmado son los que generan mayoress costos, mayore c ostos, estos caminos generalmente se deterioran al poco tiempo después de su mantenimiento, lo cual se traduce en una pesadilla para el usuario y una inversión constante para las entidades encargadas de su mantenimiento.
Dos causas dan origen a la situación actual: - Falt Faltaa crónica crónica de financiam financiamient ientoo - La escasa efic eficacia acia y eficienc eficiencia ia de los los organism organismos os encargados del mantenimiento de los caminos, especialmente aquellos a nivel de afirmado que tienen pocas posibilidades de ser pavimentados. Según estudios del Banco Mundial, cada dólar que no se gasta oportunamente en una buena conservación se traduce en tres dólares en obras de rehabilitación y reconstrucción, y la misma cantidad en gastos de operación ope ración vehicular.
La red nacional, en nuestro país tiene una longitud de 78,200 Km. de los cuales 68,720 Km. (87%) son caminos no pavimentados pavimentad os , los cuales históricamente se mantienen a través de la ejecución de carpetas de rodadura granular (nivel de afirmado).
Red Vial No Pavimentada Carreteras Carreteras
K Km m
A Nivel de Afirmado
12,690
Sin Afirmar
56,100
Total km de Superficie descubierta
68,790
ESTABILIZACION QUIMICA La estabilización química de suelos es una tecnología de amplia data, que se basa en la aplicación de un producto químico, el cual se mezcla intima y homogéneamente con el suelo a tratar de acuerdo especificaciones técnicas pro p ropi pias as de dell pr prod oduc ucto to..
Estabilizar un suelo natural consiste en mejorar sus car araacteríst stiicas físi siccas y/ y/oo mecáni niccas, tales como la resistencia al esf sfuuerzo cor orttant ntee, la deformabilidad o compr preesi sibi billidad, la est staabilidad vol olum uméétrica ant ntee 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.
Estos productos actúan exclusivamente sobre la fracción fina de los suelos pasantes la malla Nº 4 y especialmente en los 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 faci fa cili lita tand ndoo un unaa me mejo jorr co comp mpac acta taci ción ón..
Las propiedades electrodinámicas de estos productos, afectan a las partículas del suelo cargadas eléct ctrrica cam ment ntee baj b ajoo lo loss si sigu guie ient ntes es ef efec ecto tos: s: 1. Reducción o fragmentación de la capa de agua absorbida. 2. Aglomeración de las partículas del suelo. 3. Al aglomerarse las partículas del suelo se reduce la superficie de la misma, consecuentemente disminuye el agua absorbida y por lo tanto se redu re duce ce la ca capa paci cida dadd de hi hinc ncha ham mie ient nto. o.
De los ef efec ecttos de estabi billizar los suel elos os des esttac acaan: a) Aum umeento de la ca cappac aciidad po porrtan antte b)) Lig b iger eraa di dism smin inuc ució iónn de la pl plas asti tici cida dadd c) Redu ducc cciión de la capa paccidad de hi hinc nchham amiient ntoo d) Red educ uccción de la ascen enssión ca cappilar
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
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 pr prooductos en tramos experiment ntal alees, los mismos quee fu qu fuer eron on mon onit itor orea eado doss tr trim imes estr tral alme ment ntee du dura rant ntee un añ año. o.
Cuadro Nº 01 P
MAZYME 22X MAZYM
PER
rresent. esent.
Líquido
Características de Materiales
C ON A I D
Líquido
TERR AZYM AZYME 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 granu lar superf superficial icial antiderrap antiderrapante. ante. La dosi siss de Ad Adiiti tivo vo es a raz azóón de un Li Litr troo por cad adaa 3 33 m de materi aterial al com compact pactado ado..
Observación Observación l uso de mayor can ca nti tid dad de ar arci cill llaa ó IP mayor a 10% produce resbalamiento al contacto con el agua. Usar superficie antiderrape. E
La dosis de Aditivo a aplicar es diseñada El fabricante del esp es pec ecíífi fica cam men ente te pa parra las co con ndi dici cioones prop opia iass de dell estabilizador proyecto (suelos, canteras, condiciones proporciona el diseño ambi am bien ental tales) es),, var varian iando do en entr tree 5 y 9 ml/m2. (%) del estabilizador Bási siccam amen ente te funci cion onaa en su suel eloos gr gran anu ular ares es que contengan conten gan arcilla. A. Grueso (2´ ± malla Nº 4) .................. .................. 30 a 60% Fino pasa Malla Nº 200 ........................ 15 a 35% Índice Plástico (IP) .......................... ............................... ..... 6 ± 10% La dosi siss de Ad Adiiti tivo vo es a raz azóón de un Li Litr troo por cad adaa 3 33 m de materi aterial al com compact pactado ado..
l uso de mayor cantidad de arcilla produ pro duce ce res resbal balami amient entoo al co con nta taccto co con n el ag agu ua. Usar superficie antiderrape. E
Cuadro Nº 01
P
BI BI GR ADO ADO 81
R
rresent. esent.
P
olvo
Características de Materiales
CLOR UR O DE CALCIO KD 40
Líquido
CEMENTO POR TLAND TLAND
P
olvo
Observación Observación
Tamaño máximo del agregado a gregado 2´. Se emplea entre 2 y 5% de aditivo (en peso respec to del suelo seco).
uede apli aplica cars rsee en casi casi Puede toda la variedad de suelos.
A. Grueso Grueso (1´ ± malla malla Nº 4) ........... ................ ......... 15 a 60% Fino pasa Malla Nº 200 ........................ ........................ 10 a 30% Índice Plástico (IP) ........ ............. .......... .......... .......... ........ ... 4 ± 15% Sulfatos Sulfatos .......... ............... .......... .......... .......... .......... ........... .......... .... Máx. 0.01% Se empl emplea ea entr entree 1 y 2% de adit aditiv ivoo (en (en peso peso resp especto ecto del del suelo suelo seco) 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% 18% Sulfat Sulfatos os SO4 .......... ............... .......... .......... .......... ........... ......... ... Máx. 0.2% Depen epend diend endo del suel sueloo ent entre 3 y 10% de cement ento (en peso peso respe respecto cto del del suelo suelo seco) seco)..
-.-
Cuadro Nº 01
P
CAL HIDR ATADA ATADA
resent. resent.
P
olvo
Características de Materiales
MULSIÓN ASFÁLTICA E
Líquido
Observación Observación
Tamaño máximo 2´ Sulfatos SO4 ....................................... ....................................... Máx. 0.2% Mayormente se emplea en suelos finos arcillosos. Índice Plástico (IP) ........ ............. .......... .......... .......... ........ ... 10 ± 50% Se emplea entre 2 y 6% de cal (en (e n peso respecto del suelo seco).
-.-
De preferencia en suelos limpios de buena grad gradac ació ión n, cuyo cuyo equ equival ivalen ente te de aren rena sea sea mayor yor a 35%. xentaa de sales sales y sulfa sulfato tos. s. Exent e quieree emul emulsió sión n de tipo tipo curad curadoo lento lento.. R equier Se emplea entre 3 y 6% de emulsión (en peso respecto respecto del suelo suelo seco). 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 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 RAVAS 20 1 9 1 8 1 7 1 6 1 5 1 4 1 3 1 2 1 1 1 0 9
ARENAS 8
7
6
5
4
3
2
1
N .P. 20 20 1 9 1 8 1 7 1 6 1 5 1 4 1 3 1 2 1 1 1 0 9
LIM O S Y ARCILLAS 8
7
6
(*) los fabricantes del producto deben definir la afinidad y el porcentaje de Aditivo Aditivo en los suelos a estabilizar Requiere la colocación de
superficies antiderrapes
5
4
3
2
1
N .P. 20 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 am a mbiente Tipo de de Su Superficie
Departamento de de Hu Huancavelica Mediano ± pesado Sierra con períodos de lluvia y heladas. Superficie de rodadura de tipo grava arcillosa arcil losa GC/ GC/A-2 A-2-4(0) -4(0)
: : : :
17% 67% 16% 10%
Características
del suelo: Pasa malla Nº 200 Piedra Arena Índice plástico
: : : :
Estabilizador Presentación Fecha de aplicación Comportamiento
: Cloruro de Calcio KD-40 : Líquido de color amarillento : Agosto 2001 : Bueno
Carretera: Pacasm Carretera: Pacasmayo ayo - Cajam Cajamarca arca Sector: Acceso a la Mina Yanacocha Yanacocha Carretera: Carret era: Conococha Conococha ± Antam Antamina ina Sector: Acceso a la Mina Antamina / Yanacancha Yanacancha Ubicación Tráfico Medio am ambiente Tipo de d e Superficie
Departamento de de Ca Cajamarca-Ancash Pesado Sierra al alta co c on lluvias y heladas Base del tipo GM / A-1-a(0); GP-GM / A-1a(0)
: : : :
10% - 14% 55% - 63% 35% - 19% NP
Características
del suelo: Pasa malla Nº 200 Piedra Arena Índice plástico
: : : :
Estabilizador Presentación Fecha de aplicación Comportamiento
: RBI Grado 81 : Polvo : Setiemb mbrre y Agost sto o 2001 : Bueno
Carretera: Carreter a: Conococha Conococha ± Antam ntamina ina Sector: Acceso Acceso a la Mina Antamina / Yanacancha
Afirmado No Estabilizado Afirmado Estabilizado
Carretera: Carre tera: Cuñumbu Cuñumbuque que ± San José José de Sisa Sector: km 20+000 Carretera: Carret era: Tarapoto ± Juanjui Sector:: Yacati Sector acatina na km 26+500 2 6+500 Ubicación Tráfico Medio am ambiente Tipo de d e Superficie
Departamento de San Martín Ligero - Mediano Selva media a baja co con fuertes lluvias Base tipo grava arcillosa del tipo GC / A-24(0)
: : : :
20% - 30% 30% - 40% 50% - 30% 6% - 12% 6%
Características
del suelo: Pasa malla Nº 200 Piedra Arena Índice plástico
: : : :
Estabilizador Presentación Fecha de aplicación Comportamiento
: PERMAZYM ERMAZYME E 22X : Líquido color oscuro : Noviemb mbrre 1995 : Buen comportamiento
Carretera: Carret era: Cuñumb Cuñumbuque uque ± San José de Sisa Sisa Sector: km 20+000 Carretera: Tarapoto Tarapoto ± Juanjui, Sector: Yacatina Yacatina km 26+500
Carretera en la Hacienda Palma del Espino Uchiz Uch izaa ± Sa Sann Martí Martínn Ubicación Tráfico Medio am ambiente Tipo de d e Superficie
Departamento de de Sa San Ma Martín - Uc Uchiza Ligero Selva media a baja co con fuertes lluvias Suelo fino del tipo SC / A-2-6(0); GC / A-24(0)
: : : :
20% 45% 35% 9% - 12% 9%
Características
del suelo: Pasa malla Nº 200 Piedra Arena Índice plástico
: : : :
Estabilizador Presentación Fecha de aplicación Comportamiento
: CONAID : Líquido : Octubre 1998 : Regular a bueno
Carretera en la Hacienda Palma del Espino Uchiz Uch izaa ± Sa Sann Martí Martínn
Aplicación y Terminado
Carretera: Lunahuana Carretera: Lunahuana - Yauyos Sector: Sec tor: km 42+900 42+900 ± km 43+300 43+300 Ubicación Tráfico Medio am ambiente Tipo de d e Superficie
Departamento de Lima Mediano Sierra ba b aja co con ll l luvias escasas Base del tipo SM-SC / AA-1-b(0)
: : : :
22% 41% 35% 4%
: : : :
««««««««« Líquido color oscuro Junio 1998 «««««««««
Características
del suelo: Pasa malla Nº 200 Piedra Arena Índice plástico
: : : :
Estabilizador Presentación Fecha de aplicación Comportamiento
Carretera: Lunahuana Carretera: Lunahuana - Yauyos Sector: Sec tor: km 42+900 42+900 ± km 43+300 43+300 Afirmado No Estabilizado
Afirmado Estabilizado
Afirmado No Estabilizado
Afirmado Estabilizado
A fi finnales del año 2003 el MTC ± DGCyF, mediant ntee resolución ministe terria N° 062-2003 MTC/02 conforma un grupo de trabajo denominado ³Comision Tecnica para tratar la probl bleemática sob obrre estabilizado dorres de suelos´. En Jun unio io de dell 20 2003 03 la Com omiisi sióón em emit itee la Dir ireect ctiv ivaa N° 05 05--20 2003 03-M -MT TC/ C/14 14,, la cua uall est stiipu pulla las pautas pa parra Evalua uarr la Apli liccabi billida dadd de Estabi billizado dorres de Suelos, y que fue aprobada con Resolución Directoral N° 040-2003MTC/14. En mar arzo zo-- 200 0044 medi diaant ntee Res esol oluc ució iónn Dir ireect ctor oraal N° 007 07--20 200044-M MTC/1 /14, 4, 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 med edia iant ntee mon onit itor oreeos pe peri rióódi diccos du dura rant ntee un añ añoo de desspu puéés de ap apli lica cado dos, s, así com co mo med edia iant ntee ens nsay ayos os de la labo bora rato tori rio, o, la labo borr qu quee est staa a ca carrgo de la OAT.
Tramos de Prueba
La Of Ofiicina de Apo poyyo Te Tecn cnol ológ ógiico es esttabl bleeció tra ram mos de pr prue ueba ba en lass si la sigui guient entes es ca carre rrete teras ras:: Carr Ca rret eter eraa Sa Saji jino noss-Ay Ayab abac acaa ± Km.7 .72+ 2+00 0000 ± Km 77 77+0 +000 00 Carretera Huari-Pomabamba-Sihuas ± Km. 240+000-Km 245+000 Carretera Imperial-Pampas-Churcampa ± Km. 38+000 ± Km 43+000 Carrre Ca retter eraa Ox Oxap apaampa pa--Po Pozzuz uzoo ± Km 66 66+0 +000 00 ± Km 71 71+0 +000 00 Carr Ca rret eter eraa Pa Pach chac acam amac ac ± Ci Cien eneg egui uillla ± Km 00 00+0 +000 00--Km 05 05+0 +000 00 Carr Ca rret eter eraa Al Albu bufe fera rass de Me Medi dioo Mu Mund ndoo ± 05 km es esta tabi bili liza zado doss
Pachacamac
- Cieneguilla
Ayabaca - Sajinos
Pomabamba
Imperial - Pampas
- Piscobamba
Oxapampa
- Pozuzo
Ensayos de Laboratorio El programa de estabilizadores contemplo, antes de su aplicación en los tramos de prueba, pru eba, 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 dosificación en función al tipo de suelo y comparando su desempeño.
Proceso de dosificación
Ensayos de Laboratorio
Ensayos de Laboratorio
Ensayos de Laboratorio
Briquetas de prueba
Ensayos de Laboratorio
Ensayos de Laboratorio
Ensayo de Absorción
Ensayos de Laboratorio
Ensayos de Laboratorio
Ensayos de Laboratorio
Ensayos de Laboratorio
Resultados de Laboratorio CLASIFICACIÓN SUCS CLASIFICACIÓN AASHTO ÓPTIMO CONTENIDO DE HUM. DESCRIPCIÓN
Densidad Seca (g /cm3)
PATRÓN 1
(SIN ADITIVO)
1.763
Densidad Seca (g /cm3)
ADITIVOS 1
SUPERSOL
2
CONSOLID 444/
3
L A-7-6(15) 15.8 % LIMO ARCILLOSO DE MEDIANA PLASTICIDAD
CBR (%) (100% MDS) 7.6
CBR (%) (100% MDS)
Índi de Pl ti idad (%) 13.1
Índice de Plasticidad (%)
Ascenci n Capilar (mm /seg) 5.09E-06
Ascenci n Capilar (mm /seg)
1.770
12.4
12.4
2.91E-06
1.803
26.3
13.2
1.36E-06
PERM AZYM E
1.793
12.4
12.0
2.26E-06
4
ENDURAZYM E
1.735
13.2
12.4
2.91E-06
5
PACZYME
1.744
15.1
12.3
2.54E-06
li r
Resultados de Laboratorio CLASI ICACI SUCS CLASI ICACI AASHTO TIMO CONTENI O DE HUM . DESCRI CI N
PATRÓN 1
(SIN ADITI O)
ADITI OS
: : : :
SM A- ( ) 9. % ARENA L IMOSA DE BAJA PLAST ICIDAD
Densidad Seca (g/cm3) 1.983
Densidad Seca (g/cm3)
CBR (%) (100% MDS) 15.3
CBR (%) (100% MDS)
Índice de Plasticidad (%) 6.
Índice de Plasticidad (%)
Ascención Capilar (mm/seg ) 2. E- 5
Ascención Capilar (mm/seg )
1
CONSOLID 444/solidray
2. 23
49.
14.
1.85E- 6
2
QUIMPAC KD-40
2.041
23.4
10.1
6. 8E-06
3
PROBASE TX55
1 .993
20.4
11.2
6. 8E-06
4
BITUSOIL
1.964
23.5
12.5
4.07E-06
Resultados de Laboratorio
Resultados de Laboratorio
Resultados de Laboratorio
Resultados de Laboratorio
Resultados de Laboratorio
Evaluación de tramos de prueba
Carretera Sajinos-Ayabaca Tramo Patrón
Carretera Sajinos-Ayabaca
Saj ajin inos os - Aya yaba baca ca
Carret Car retera era Hua Huari ri - Pom Pomabam abamba ba
Carret Car retera era Im Imperi perial al - Pam Pampas pas
Carre Car reter teraa Oxapa Oxapam mpa - Po Pozuz zuzoo
Pacha Pa chaca cam mac - Cie Cieneg negui uill llaa
Carret Car retera era Pacha Pachacam camac ac - Cie Cieneg neguill uillaa
Albuferas de Medio MundoHuacho
Capas de Protección Lo ideal seria proteger los caminos estabilizados con recubrimientos asfálticos granulares, constituidos por tratamientos superficiales simples. simple s. Corresponde a un riego de emulsión asfáltica seguido de un riego de gravilla gravilla.. Tienen como objetivo proteger la estructura granular de la disgregación del material que la conforma. En algunos casos también se utilizan los micro pavimentos.
Protocolo de Aplicación La aplicación 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 aplicación del producto es un proceso sencillo y solamente solamente se necesita el equipo mínimoo para una conservación de rutina. mínim
Escarificado
Riego y aplicación del producto
Conformación y perfilado
Compactación
Control de campo
CONCLUSIONES V
entajas ± Tiempo de ejecución. La obra es más corta respecto de loss pr lo proy oyec ecto toss de af afir irm mad ado. o. ± Obtención de superficies de rodadura resistentes, sin defo de form rmac acio ione ness y de ba baja ja pe perm rmea eabi bili lida dad. d. ± Reducción del polvo originado por la fricción entre los neum ne umát átiico coss y la su supe perf rfic icie ie de ro roda dadu dura ra.. ± Disminución de costos comparado con la construcción de espesores mayores cuando el valor de acarreo es alto.
CONCLUSIONES 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 lass ll la lluvi uvias as.. ± Muchos estabilizadores están formulados sólo para acttua ac uarr an ante te la pr pres esen enci ciaa de mat ater eriial ar arci cilllo loso so..
CONCLUSIONES ± Los estabil estabiliza izadore doress de suelos suelos no son de aplicac aplicación ión universal; es decir, la formulación a emplear debe estar en conformidad con los suelos donde se obtienen óptimos resultados. ± Requier Requieree absoluto absoluto control durante la aplicación, aplicación, ya que la variación en la cantidad del estabilizador o el cambio del estrato puede alterar los resultados previstos. ± Una mayor mayor inversión inversión inicia iniciall respecto respecto de de lo invertido invertido en Afirmados.
Conclusiones Desventajas ± Algunos tipos de estabiliz estabilizadore adoress 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 estabi estabiliza lizadores dores están formu formulados lados sólo para actuar ante la presencia de material arcilloso.
Recomendaciones ± Cert Certiifi fica caci ción técn cniica de pr prop opie ieda dade dess de dell pr prod oduc uctto. ± Ex Expe peri rien enci ciaas en ca carrre retter eras as.. ± Requerimientos técn cniicos (do dossificación, modo de empl em pleo eo,, co cont ntro roll de ca cali lida dad, d, et etc) c).. ± Im Impa pact ctoo am ambi bien enta tal. l. ± Honradez en la aplicación del producto en obra, en la dos dosif ific icac aciión espec eciificad adaa para ca cadda tipo de suel elo. o. ± Realizar pruebas de laboratorio antes de su aplicación en obra. ± Realizar un estricto control de campo durante la etap et apaa co cons nstr truc ucti tiva va..
MUCHAS GRACIAS