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ESTABILIZACIÓNN QUÍMICA DE

SUELOS

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•ESTABILIZADORES DE •SUELOS PARA CARRETERAS

• •OAT - DGCF

•Nuestra Realidad  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 – Explotación indiscriminada de canteras

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•PARTE ESENCIAL DEL PROYECTO •1. ESTUDIO DE SUELOS Para saber si un suelo determinado puede o no ser mejorado y estabilizado con el químico, solamente es necesario contar con u n e nsay o de Ide ntif i ca c ió n y Clasificación HRB (AASHTO), con detalle de Límites de Atterberg y granulometría correspondientes. En casos en donde se tenga alguna duda será necesario remitir una muestra representativa del suelo (no más de 1kg) en cuestión al agente más cercano para efectuar un ensayo de reactividad. Que un suelo tenga un Índice Plástico mayor a 0, está indicando que por sus características cohesivas es un suelo que podrá ser estabilizado iónicamente con el químico.

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Básicamente los ensayos mas utilizados para medir los mejoramientos son:

Límites de Atterberg Ensayo Proctor de compactación Valor Soporte Relativo (CBR) Resistencia a la Compresión Inconfinada.

Los resultados esperables son: Disminución del Indice Plástico (por disminución del Límite Líquido) Aumento de la Densidad Seca Máxima. Aumento del CBR. Aumento de la Resistencia a la Compresión Inconfinada, desde un 40% hasta un 120%.

•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 •l o s c a s o s u n b u e n c o m p o rt a mi ent o e s f u e r z o •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 fundación 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

•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 •

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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.

•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 Imperial – Pampas – Churcampa.

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

•Afirmado Estabilizado

•Afirmado No Estabilizado

•Afirmado Estabilizado

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

•Afirmado No Estabilizado

•Afirmado Estabilizado

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•Pachacamac - Cieneguilla Ayabaca - Sajinos

•Pomabamba - Piscobamba

•Imperial - Pampas

•Oxapampa - Pozuzo

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Finalmente una vez realizada la estabilización en campo, los ensayos mas comúnmente empleados para el control de calidad son:

Control de humedades (tanto durante la compactación como a posteriori) Toma de densidades (Método del Cono de Arena) Control de la pendiente transversal (Min. Aconsejable 3%) Ensayos de DCP (Penetrómetro de Cono Dinámico) o ensayos de CBR IN SITU en su defecto.

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ESTUDIOS DE SUELOS REQUERIDOS EN CAMPO.

Calicatas: Deben hacerse a un metro de profundidad y máximo cada 500 metros; de ellos sacar tres muestras: los primeros 15 cm, los segundos 15 cm y el resto. Evaluación de la Vía: Se requiere la información de las características generales del camino donde se va a realizar el trabajo con el químico. De esta manera cuando se tenga los estudios de suelos, se podrá enviar toda esta información al departamento técnico. Con esta información se tendrán un panorama global y se generará un informe detallando de los beneficios y mejoras esperables.

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Información requerida del contratante: 1. Uso principal de la vía. 2. Ancho y Longitud de la vía. 3. Descripción aproximada del tipo y cantidad de transito (frecuencia) 4. Descripción de las problemáticas actuales más destacadas del camino 5- Precipitaciones medias anuales en la zona (si se tienen). 6. Mantenimiento rutinario que se realiza actualmente 7. Fotografías generales del camino. Los ensayos de CBR son importantes antes y después de la estabilización, para poder comprobar la efectividad de la misma; aproximadamente un mes después de hecha, siempre y cuando la vía haya secado.

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LUGAR DE APLICACIÓN Vías que tengan al menos un 5% de arcilla. Siempre deben hacerse previamente los estudios de suelos. Solo con ellos se autorizara la aplicación del químico líquido. Cuando no hay suficiente arcilla, se puede agregar otro suelo rico en arcilla y mezclarlo al piso original.

Una vez concluida la estabilización y compactación de la capa de suelos, se procederá a la colocación de una carpeta de rodamiento de piedra partida granítica de granulometría 6-20mm en una dosificación de 22kg/m2. La misma deberá ser incorporada en un periodo no mayor a las 24 hs de finalizada la compactación del suelo con un apropiado contenido de humedad y el paso del rodillo liso •vibratorio para lograr su anclaje en la capa de suelo.

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ESTABILIZAC IÓN

QUÍMICA DE SUELOS

DESPUÉS

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•ANTES

DESPUÉS

•EL RETIRO ANTIOQUIA

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•EL RETIRO ANTIOQUIA •10 MESES DESPUÉS

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•¿Qué es la •Estabilización química •de suelos en campo? Es un proceso químico líquido en un intercambio iónico forzado, que reduce la capa de agua adsorbida de las partículas de arcilla, mejorando el comportamiento mecánico de las mismas, disminuyendo la plasticidad y la expansión. Consolida los suelos de las carreteras; se utiliza tanto en calles urbanas, caminos de gran carga, caminos rurales, caminos forestales, como en capas estructurales de un un pavimento.

RESULTADOS: CAMINOS TRANSITABLES TODO EL AÑO MEJORA LA CALIDAD DE VIDA DE LA POBLACIÓN A BAJO COSTO

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•2. MAQUINARIA REQUERIDA

1 Moto-niveladora provista de escarificadores. Potencia: 140 hp o mas. 1 Tractor con rastra de discos vial. 1 Cisterna o Equipo regador de agua (camión o acoplado) 1 Equipo de compactación adecuado al tipo de suelo que se trate. Algunos de los equipos aquí enumerados podrán ser reemplazados por otros que desempeñen tareas similares.

Existen equipos llamados de "single pass", los cuales realizan varias de las siguientes operaciones simultáneamente. Dichos equipos son muy aconsejables en obras de gran envergadura por su alto rendimiento y calidad de trabajo.

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•1 .

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•3. MÉTODO CONSTRUCTIVO

1. Se abren y se limpian las cunetas.

2. Se escarifica a 15 cm de profundidad. 3. Se retiran piedras de sobre tamaño. 4. Se aplicamos Con-Aid diluido en agua.

5. Se Homogeniza y se conforma la vía con 3% de pendiente lateral. 6. Se compacta.

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1. Se abren y se limpian las cunetas.

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2. Se escarifica a 15 cm de profundidad.

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•3. Se retiran piedras de sobre tamaño.

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4. Se aplica el producto diluido en agua.

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5. Se Homogeniza y se conforma la vía •con 3% de pendiente lateral.

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6. Se compacta.

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•ESCARIFICADO Y LIMPIEZA

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•DOSIFICACIÓN EN EL AGUA DE RIEGO

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•RIEGO DE ESTABILIZADOR

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•BATIDO Y MEZCLADO

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•COMPACTACIÓN

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•CONTROL DE COMPACTACIÓN

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•4. Beneficios ambientales Suprime o reduce la adición dematerial granular. Así evita el uso de matriales de cantera y cuencas fluviales. Suprime botar escombros o material de la vía. Estabiliza el suelo presente en ella. Reduce el desprendimiento de polvo hasta un 70%.

Disminuye el arrastre de sedimento después de las lluvias. No afecta la salud humana, ni el medio •ambiente.

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•5. Beneficios económicos

• Suprime por varios años los

mantenimientos frecuentes de la vía, aún con altas lluvias.

•R e d u c c i ó n d e c o s t o s d e e j e c u c i ó n y materiales. •Reducción drástica de costos de mantenimiento.

•P e r m i t e s u p o s t e r i o r p a v i m e n t a c i ó n , ahorrando hasta un 45% del costo de la base. •Utilización permanente del camino.

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6. Beneficios técnicos

• Reduce el índice plástico. • Aumenta la Densidad Seca Máxima. • Aumenta el Valor Soporte Relativo.

7. Otros Beneficios

• La lluvia no afecta el material en proceso de

construcción • Aumento notable en la rapidez de secado luego de las lluvias. • Mejora la calidad de de vida de la población. • No es peligroso para el manipuleo por parte del personal.

•Carretera Sajinos-Ayabaca •

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•Carretera SajinosAyabaca

•Carretera Sajinos-Ayabaca

•Carretera Sajinos-Ayabaca •

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•Carretera Sajinos-Ayabaca •

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•Carretera Sajinos-Ayabaca •

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•Carretera Huari - Pomabamba •

•Carretera Huari - Pomabamba •

•Carretera Imperial - Pampas •

•Carretera Imperial - Pampas •

•Carretera Oxapampa - Pozuzo •

•Carretera Oxapampa - Pozuzo •

•Carretera Pachacamac Cieneguilla

•Carretera Pachacamac - Cieneguilla

•Carretera Pachacamac - Cieneguilla

•Carretera Pachacamac - Cieneguilla

•Carretera Pachacamac - Cieneguilla

•Carretera Pachacamac - Cieneguilla

•Albuferas de Medio Mundo •

•Albuferas de Medio Mundo •

•Albuferas de Medio Mundo •

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•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 • • •

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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.