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Trabajo 1 CURSO INGENIERÍA DE TRÁNSITO

DOCENTE ING. FERNANDO FELIPE MATÍAS

ALUMNOS CAMPOS ALVARADO Yelsin Noel FLORES CARBAJAL Hugo Brayan MEDINA VARA Franklyn PORTOCARRERO DEL ÁGUILA Tobías Martín

Huánuco – Perú 2020

ciberinfoALVARADO VALENTIN Dehivy Edhuard Toshiba [Fecha]

UNIVERSIDAD NACIONAL HERMILIO VALDIZÁN C.P. INGENIERÍA CIVIL

El presente trabajo universitario está dedicado a Dios, por su infinito amor, a nuestros padres por su apoyo constante y sacrificado y a nuestro docente del curso por impulsar el estudio y la perseverancia en cada uno de nosotros. LOS AUTORES

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INTRODUCCIÓN La estabilización de suelos consiste en mejorar un suelo existente adicionando un material. Los métodos que mejoran la resistencia del suelo son principalmente:

Ilustración 1. Tipos de estabilización de suelos (Fuente: Pacasmayo)

El uso de un material estabilizador consiste en aplicar un agente químico (estabilizador), su objetivo es mezclarse con el suelo a tratar y transferir ciertas características para mejorar su comportamiento en proyectos viales, aplicándose principalmente en bases, sub-bases y terraplenes. Se refiere a la utilización de ciertas sustancias químicas patentizadas y especiales cuyo uso es para estabilizar suelos en los cuales los otros sistemas de estabilización suelen ser menos eficaces. Las sustancias químicas aplicadas al estar en contacto con el suelo se solidifican y forman geles que actúan como ligantes a la fracción gruesa. Los estabilizadores de suelos se utilizan para mejorar las propiedades de suelos no deseables. En caminos no pavimentados el control del polvo y la estabilización de la superficie de la carretera suelen ir de la mano; donde la superficie de la carretera es estabilizada para evitar pérdida de finos con la finalidad de tener mejor confort y mayor seguridad evitando el deterioro de la superficie de rodadura.

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OBJETIVO  El objetivo de este trabajo es estudiar la estabilización de suelos con sal y ver su comportamiento de estabilizadores como cloruro de sodio, cloruro de calcio y cloruro de magnesio.

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1. HISTORIA

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No siempre se encuentra el suelo adecuado que garantice la estabilidad y durabilidad para ser usados en los diferentes proyectos de ingeniería es por ello hay una necesidad de mejorar la capacidad de soporte de los suelos es una práctica que viene desde la antigüedad uno de los precedentes más importantes data del imperio romano la construcción de la vía Apia en el año 312 a.c, en este proyecto que pretendía unir varias ciudades de Roma con fines militares y sociales, fue necesario el uso de agregado grueso y cal para lograr una buena superficie de rodadura el verdadero auge de esta técnica y su consecuente desarrollo comenzó a ser realmente significativo a partir de la Segunda Guerra Mundial, a raíz de la imperiosa necesidad de construir carreteras y aeropuertos en zonas con carencia de agregados de buena calidad, se desarrollaron numerosos estabilizadores, entere ello los estabilizadores químicos como las sales de tipo ácido y alcalino atacan químicamente a los componentes del suelo, especialmente a las arcillas, produciéndose en la reacción nuevos compuestos de naturaleza cementante mejorando la estabilidad de una masa de suelo a los esfuerzos, las sales producen en los firmes un aumento en la densidad seca, reducción del efecto de las heladas, reducción de polvo, los estabilizadores más comunes con sal son el cloruro de sodio cuya propiedad fundamental, al ser higroscópico es absorber la humedad del aire y delos materiales que lo rodean, reduciendo el punto de evaporación y mejorando la cohesión del suelo. Su poder coagulante conlleva un menor esfuerzo mecánico para lograr la densificación deseada, debido al intercambio iónico entre el sodio y los minerales componentes de la matriz fina del suelo produce una acción cementante. Cloruro de calcio este producto trabaja similar a la sal común pero es preferible debido al efecto oxidante que tiene el cloruro de sodio, ayuda al proceso de compactación y contribuye en la resistencia del suelo, previene el desmoronamiento de la superficie y es un paliativo del polvo las características higroscópicas de este material ayudan a mantener la humedad en la superficie del camino. El cloruro de magnesio es un cloruro en forma de cristales de color blanco, más efectivo que el cloruro de calcio para incrementar la tensión superficial produciendo una superficie de rodado más dura, grasoso al tacto por su gran contenido de humedad para el uso vial presenta las siguientes propiedades útiles higroscópica capacidad de absorber humedad incluso en zonas sumamente áridas, ligante cohesiona las partículas finas permitiendo buena consolidación de la carpeta de rodado, resistente a la evaporación lo que permite que la humedad absorbida no se pierda, baja temperatura de congelamiento -32.8c° impide la formación de hielo en la superficie.

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2. TIPOLOGÍA

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ESTABILIZADORES

TRADICIONALES

NO TRADICIONALES

Sales - Cloruro de magnesio (Bischofita). - Cloruro de sodio. - Cloruro de calcio.

2.1. Cloruro de magnesio El cloruro de magnesio hexahidratado es una sal cuya fórmula química es MgCl2·6H2O, y tiene la forma de cristales de color blanco. También recibe el nombre químico de Bischofita. Es una sal de magnesio obtenida de salares cuya composición es Cloruro de Magnesio Hexahidratado, es utilizada como estabilizador químico de suelos ya que reduce el deterioro superficial de las carpetas granulares de rodado, como también controla la emisión de polvo.

Ilustración 2. Cloruro de magnesio Hexahidratado o bischofita

La Bischofita o Sal de Magnesio, es un compuesto químico natural que facilita la captación y retención de agua en zonas semidesérticas, cuya composición química es la presentada en la siguiente tabla.

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Ilustración 3. Composición química de la bischofita (Fuente: Aplicación de la Bischofita a Caminos Costeros,

2006)

2.1.1. Propiedades Los componentes de la Bischofita hacen que este producto presente propiedades y cualidades únicas a diferencia de otros estabilizadores químicos, además es 100% natural. A continuación, se describen sus propiedades más importantes: 1. Higroscopicidad (capacidad de absorber agua del medio ambiente): es una sustancia

2.

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5.

higroscópica, es decir tiene la capacidad de absorber y retener la humedad de la atmósfera o suelo circundante (Capta humedad del medio ambiente a partir de humedad relativas superiores al 32%). Delicuescencia: además, es delicuescente, esto quiere decir que al absorber la humedad del medio ambiente se disuelve en esta humedad formando una solución liquida. Es un compuesto altamente higroscópico obtenido como subproducto de la elaboración de litio. La dosis de aplicación para estabilizados va entre 3% a 5% (aproximadamente 60 a 100 ton/km) dependiendo del IP del material granular, pudiendo ser aplicado en carpetas sin plasticidad. Soluble en agua: el producto es altamente soluble en agua pudiendo disolver hasta 1,5 kilos por litro de agua, por lo que es recomendada su aplicación como riego. Para controles de polvo superficiales se emplea una dosis de 3 kg/m2. Presión de vapor menor a la del agua (reduce la tasa de evaporación): la presión de vapor de soluciones saturadas con Bischofita es considerablemente menor a la del agua. Esto significa que la tasa de evaporación del agua de soluciones con Bischofita es menor que para el agua pura. Siendo aproximadamente 3.1 veces menor. Tensión superficial mayor a la del agua (menores esfuerzos de compactación): esto es importante en los suelos, porque la película de agua que rodea los granos es como un puente elástico que unen las partículas adyacentes, por lo tanto, las sales incrementan la resistencia de esta unión, haciendo que sea más difícil la separación de los granos y, por tanto, requiera menor esfuerzo de compactación.

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Ilustración 4. Gráfico: incremento de tensión superficial vs Porcentaje de cloruro de magnesio

6. Temperatura de congelamiento inferior a la del agua: el punto de congelamiento de la

Bischofita es -32°c, esta propiedad permite que se utilice en calles y carreteras como anticongelante y para derretir el hielo.

Ilustración 5. Gráfico: temperatura vs Porcentaje de cloruro de magnesio

7. Cristaliza: produce una superficie resistente y pareja.

2.1.2. Aplicaciones Estabilizador de suelos La principal aplicación de la Bischofita es el uso que se le da como estabilizador de caminos no pavimentados; razón por la cual y basado en la experiencia acumulada a la fecha, la Bischofita INGENIERÍA DE TRÁNSITO 7

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permite estabilizar casi cualquier tipo de suelo. Sin embargo, se obtiene un mejor desempeño del producto con suelos que poseen estabilidad mecánica (CBR > 50–60% saturado o no sumergido según requerimientos de proyecto), además de cumplir ciertos requerimientos de granulometría y plasticidad.

Ilustración 6. Camino estabilizado con Bischofita

Supresor de polvo Otro uso que se le da a la Bischofita es la de supresor de polvo en caminos no pavimentados (principalmente en las carreteras a nivel de afirmado), aunque también puede ser aplicada en grandes extensiones de tierra, tales como estacionamientos, canchas de acopio y otros. La Bischofita suprime el polvo manteniendo húmeda la superficie del camino, esto se debe a que es una sustancia muy higroscópica, es decir, tiene la habilidad de absorber la humedad del ambiente. En zonas con suficiente humedad, la Bischofita absorbe y retiene el agua de la atmósfera y suelo circundante para controlar efectivamente el polvo liberado de la superficie de rodado. En climas muy áridos donde la humedad es demasiado baja, probablemente será necesario aplicar riegos ocasionales de agua sobre el área tratada con la finalidad de rehidratar a la Bischofita. Cada superficie tratada reacciona un poco diferente, dependiendo de las condiciones climáticas locales y de las características del tránsito.

Ilustración 7. Camino sin polvo gracias a las ventajas de la bischofita

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2.1.3. Dosificación La dosis de Bischofita depende de las propiedades plásticas y contenido de finos del suelo. De acuerdo a los ensayos de laboratorio de resistencia a la CNC, la dosis óptima de Bischofita para la mayoría de los suelos estudiados debería ser 3 a 5%. Por otro lado, los resultados de terreno muestran una tendencia a que suelos no plásticos se comportan bien con dosis de bischofita cercanas al 5%, independiente del porcentaje de finos del suelo. Los suelos más plásticos se mantienen mejor con dosis de bischofita cercanas al 3%. En éstos se aprecia una tendencia a que con mayor contenido de finos se requieren dosis más bajas de bischofita. Este hecho es debido a que suelos más plásticos poseen la cohesión necesaria para mantener la capa de rodado estable en climas áridos. En este caso, el uso de la bischofita permite mantener la superficie húmeda, de tal manera que se reduce la tasa de deterioro del camino. No se encontró una relación clara entre porcentaje de finos y dosis de bischofita para suelos plásticos, por ello, en la siguiente tabla se muestra las dosis de bischofita recomendadas solamente de acuerdo al índice de plasticidad del suelo.

Ilustración 8. Dosis de la bischofita

2.1.4. Proceso constructivo El proceso de construcción de una capa de rodadura utilizando Bischofita es muy similar al proceso tradicional de construcción de caminos de grava, difiere principalmente en que es necesario preparar la salmuera de Bischofita, y aplicar ésta en reemplazo del agua de compactación. Además, experimentalmente se observó que la aplicación de un riego de salmuera de Bischofita sobre la superficie de la capa compactada, seguido de un ciclo de compactación con un rodillo estático, mejora la textura superficial del camino (más cerrada y homogénea).

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Ilustración 9. Diagrama del proceso constructivo para capas de rodadura estabilizada con bischofita

2.1.5. Mecanismo de estabilización De acuerdo a lo indicado por Kézdi, el mecanismo de estabilización de la bischofita consiste en: 1. Absorción y retención de humedad en la superficie de rodadura: la superficie de rodadura

de un camino estabilizado con Bischofita absorbe el agua del aire durante las horas de mayor humedad relativa (principalmente durante la noche y en la mañana). Esta humedad es retenida durante un período de tiempo que depende de las condiciones climáticas. Así, se evita la pérdida de partículas finas en forma de polvo y la posterior pérdida de partículas más gruesas.

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2. Cristalización de la bischofita en la superficie de rodado: bajo condiciones de baja

humedad relativa, generalmente en la tarde en climas áridos, se produce la cristalización del cloruro de magnesio en la fracción superior de la superficie de rodado, cementando las partículas finas. Esto forma una costra dura que resiste la acción abrasiva del tránsito, y, como consecuencia, se reduce la tasa de deterioro y mejora la calidad de rodadura. 3. Aglomeración de partículas finas: la adición de Bischofita al suelo permite la aglomeración de las partículas finas, mecanismo que difiere si se trata de suelos no plásticos o de alta plasticidad. En suelos no plásticos y de baja plasticidad, tales como limos y arenas finas, el mecanismo de aglomeración es consecuencia de la mayor tensión superficial de la solución salina que rodea las partículas. La película de agua que rodea las partículas finas de suelo es como un "puente elástico" que une partículas adyacentes, al agregar Bischofita al suelo mejora la resistencia de este puente elástico, ayudando a mantener unidas las partículas e incrementando la resistencia al corte. En suelos de alta plasticidad con un alto contenido de arcillas, la adición de Bischofita produce la aglomeración de los minerales de arcilla debido al intercambio de iones. El intercambio de iones reduce la carga negativa del mineral de arcilla, y, por ende, el espesor de la película de agua adsorbida y la repulsión entre las partículas. La menor repulsión, junto a una mayor tensión superficial de la solución salina, tiene como consecuencia que las fuerzas de atracción (del tipo Van der Waals) entre las partículas se incremente relativamente, causando su aglomeración. 4. Estabilidad frente a ciclos de hielo/deshielo: debido a que el cloruro de magnesio reduce el punto de congelamiento del agua del suelo, permite minimizar el daño de la capa de rodadura granular causado por los ciclos de hielo / deshielo.

2.1.6. Propiedades de los suelos tratados La bischofita cumple un papel muy importante, en la estabilización de suelos, debido a que cuando se mezcla con suelos se producen mejoras en: Estabilidad Volumétrica Controla la expansión y contracción de muchos suelos, evitando originar presiones las cuales pueden ocasionar graves deformaciones. Resistencia El incremento de la resistencia se da a medida que transcurre el tiempo. Permeabilidad Mejora las características permeables, debido a que une las partículas y evita el flujo de agua. Compresibilidad Modifica la permeabilidad, altera las fuerzas existentes entre las partículas tanto en magnitud como en sentido, lo que tiene una importancia decisiva en la modificación de la resistencia del suelo al esfuerzo cortante. Durabilidad Brinda resistencia al intemperismo, a la erosión o a la abrasión del tráfico, de esta manera los problemas de durabilidad en las vías terrestres son menores.

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2.1.7. Casos de estabilización en el Perú Entre algunos casos de estabilización de carreteras usando cloruro de magnesio o bischofita tenemos:  Estabilización de carpetas granulares y supresor de polvo en caminos vecinales en Carapongo, Lima.

Ilustración 10. Acabado de la superficie de rodadura en Carapongo (Fuente: LIPLATA SA, 2008)

 Estabilización de carpetas granular en caminos de operación de la Sociedad Minera Cerro Verde en Arequipa.

Ilustración 11. Tramo después de la aplicación de Roadmag (Fuente: LIPLATA SA, 2007)

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 Estabilización de caminos rurales de la Municipalidad de Virú en el departamento de La Libertad, Trujillo.

Ilustración 12. Condición final de la vía (Fuente: LIPLATA SA, 2007)

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2.2. Cloruro de sodio La sal es un estabilizante natural, compuesto aproximadamente por 98% de NaCl y un 2% de arcillas y limos, cuya propiedad fundamental al ser higroscópico, es absorber la humedad del aire y de los materiales que la rodean, para reducir el punto de evaporación y mejorar la cohesión del suelo. Su poder coagulante conlleva a un menor esfuerzo mecánico para lograr la densificación deseada. Con la adición de cloruro de sodio al agua puede abatir la temperatura de congelamiento de esta última. Las soluciones que contienen NaCl disuelto presentan una mayor tensión superficial que en el caso del agua destilada. Al agregar sal a los suelos se considera que se reduce el punto de evaporación del agua, debido al incremento en la tensión superficial. Sin embargo, cuando la superficie expuesta es menor que la evaporación, ésta se empieza a secar y el cloruro de sodio se cristaliza en la superficie y en los vacíos, lo que puede ayudar a formar una barrera que impedirá posteriores evaporaciones. Es de suma importancia tener conocimiento de la reacción íntima entre la sal y el suelo, es por ellos que la adición del cloruro de sodio en una arcilla produce decremento en la contracción volumétrica, la formación de costra superficial y la reducción de la variación en la humedad; además, mantienen unidas las partículas no arcillosas y que se encuentran en la superficie, se desprenden con menor facilidad cuando sufren los ataques abrasivos del tránsito. Por lo tanto, definiremos al cloruro de sodio. Cloruro de sodio

Es un compuesto químico de fórmula NaCl. Las sales se caracterizan por sus enlaces iónicos, lo cual da lugar a puntos de fusión relativamente altos, conductividad eléctrica en disolución o fundidas y estructura cristalina en estado sólido. El cloruro de sodio es un sólido incoloro, soluble en agua fría o caliente, ligeramente soluble en alcohol e insoluble en ácido clorhídrico concentrado. La sal se halla ampliamente distribuida en la naturaleza. Se encuentra diluida en el agua de los océanos en concentraciones que alcanzan los 30 g/L de agua y constituye un 3% de la masa del agua de los océanos. También se encuentra distribuida por ríos, lagos y mares interiores en concentraciones que varían entre el 0.002% a 30%. El método más simple de obtener sal en las zonas cercanas a los mares es por evaporación del agua salada, pero este método es costoso. En la mayoría de los casos se obtiene de depósitos subterráneos mediante técnicas de minería o a través de pozos excavados en dichos depósitos.

2.2.1. Propiedades de los suelos estabilizados Efecto del cloruro de sodio en las propiedades de los suelos: a. El peso volumétrico seco y la resistencia a la compresión se incrementan al adicionar cloruro de sodio hasta un 3%. b. El límite líquido y el índice plástico se reducen al adicionar cloruro de sodio. c. La capacidad de retención de humedad aumenta en los suelos tratados con cloruro de sodio. d. Se aumenta significativamente la tensión superficial del agua que puede, después del endurecimiento, ser responsable del aumento de la densidad del suelo hasta un 15% sobre aquella de un suelo sin tratar.

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e. La cristalización durante el tiempo seco cementa las partículas de suelo en la superficie de los suelos. La expansión de estos cristales, a medida que se forman, llena los espacios vacíos del suelo y reduce el secado posterior.

2.2.2. Formas de aplicación Las formas de aplicación del cloruro de sodio son: 1. En grano: esta forma de emplear consiste en aplicar un porcentaje de cloruro de sodio

directamente al suelo, que homogenice de forma uniforme. Este método de aplicación no es 100% eficaz, ya que al homogenizar el suelo con el cloruro de sodio quedan porciones de suelo, en las cuales tiene un menor porcentaje de NaCl con respecto a otros.

Ilustración 13. Aplicación del cloruro de sodio en grano

2. En salmuera: una de las principales propiedades del cloruro de sodio es que puede disolverse

en agua fácilmente, es una ventaja para aplicar satisfactoriamente el porcentaje adecuado al suelo. Al diluir el cloruro de sodio en agua es más fácil aplicarlo al suelo y homogeneizarlo. La salmuera llena los espacios entre las partículas de suelo y establece un método eficiente al mismo tiempo que se agrega la humedad óptima al suelo. Sin embargo, al crear salmuera se corre el riesgo de afectar la maquinaria empleada para su realización, ya que la sal es un agente oxidante.

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Ilustración 14. Aplicación del cloruro de sodio en salmuera

2.2.3. Dosificación  Este tipo de estabilizaciones son recomendables en carreteras donde existan bajas precipitaciones pluviales (hasta 150 mm/año) y altitudes hasta 500 m.s.n.m.  El espesor de la capa de suelo estabilizado con cloruro de sodio será como mínimo de 15 cm o lo especificado en el Proyecto.  Se puede utilizar en forma de salmuera o triturada. La dosificación es de 150 grs/m2 por cada centímetro de espesor de la capa estabilizada contando con un máximo de 8cms.

2.2.4. Requisitos en campo de la mezcla de suelo-sal  La mezcla de suelo-sal debe satisfacer los siguientes requisitos mínimos:  La humedad de la mezcla debe ser la óptima de compactación con una tolerancia de ±1,5%.  El contenido de sal de la mezcla no debe variar en más de ± 0.5%, establecida en el Proyecto.  En caso que la mezcla sin compactar sea afectada por la lluvia, el Contratista sólo podrá emplear el material previa verificación en laboratorio de la no pérdida de sus propiedades y con presencia del supervisor.

2.2.5. Limitaciones No se podrá llevar a cabo la ejecución con estabilización de cloruro de sodio en los siguientes casos:    

Cuando la temperatura ambiental, sea menor o igual a 6°C. Durante precipitaciones pluviales. Cuando el medio ambiente tenga una humedad relativa mayor 30%. Cuando el nivel freático se encuentre a distancias que no faciliten la migración del cloruro de sodio.  Cuando los minerales contenidos en el pasante de la malla N° 200 reaccionen desfavorablemente con el cloruro de sodio.

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2.2.6. Caso de estabilización en Chile 1. Lugar: ruta B-385 en el desierto de Atacama

 En el desierto de atacama en chile, la estabilización de suelos se realiza con sal cloruro de sodio, básicamente la actividad en la zona se debe a la minería y estas operaciones no se pueden detener por el impacto económico que supondría paralizar el proceso industrial (transporte de mineral, personal, logística, servicios, etc).  El tipo de suelo es arcilloso y limoso, lo cual genera mucho polvo por la zona, es por esta razón que se usó cloruro de sodio para estabilizar el suelo y así poder continuar con la extracción de minerales en el desierto de atacama.

Ilustración 15. Más de 170 km de longitud de suelo estabilizado en Atacama

2. Productos estabilizantes utilizados en algunos caminos de minería en chile

Ilustración 16. Producto utilizado: cloruro de sodio (NaCl)

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2.3. Cloruro de calcio El calcio es la base del cloruro cálcico que se elabora mezclando la caliza (carbonato de calcio) y ácido clorhídrico, el resultado de este sencillo proceso es un compuesto a su concentración de 40% - estado líquido, que por su versatilidad es esencialmente útil para fenómenos tan distintos como son la estabilización de carreteras. Según Manuel Mateos de Vicente ‘’el cloruro cálcico es uno de los agentes estabilizadores de suelos más económicos, siendo usado por los beneficios que reporta, tanto en la construcción de capas de sub-base y base en carreteras y autopistas, como en capas de rodadura de caminos ordinarios de tierra’’. Se tiene que el cloruro de calcio ayuda a mantener constante la humedad en un suelo, pero desafortunadamente esta sal es muy fácilmente lavable. Se reduce la evaporación y es capaz de absorber hasta 10 veces su propio peso cuando las condiciones de humedad son altas en el medio ambiente, pudiéndose mantener dicha humedad en sus dos terceras partes durante un día de calor seco, lo que hace de esta sal un producto muy eficaz cuando se trata de evitar la formación de polvo en terracerías, lo que acepta el Cuerpo de Ingenieros para el caso de caminos con tránsito muy ligero. Las recomendaciones ambientales son:  Este tipo de estabilizadores no debe contaminar los cultivos aledaños al camino.  Debe encontrarse a más de 10m de cualquier canalización de agua.  Se debe retirar el material sobrante.

2.3.1. Propiedades físicas y/o mecánicas  La propiedad del cloruro cálcico de retener el agua de la solución es beneficiosa durante el proceso de compactación; al evaporarse el agua con más dificultad, se requieren menos pasadas con la cisterna para mantener la humedad cercana a la óptima para el esfuerzo de compactación usado, debido a estas propiedades es por lo que se usa el cloruro como paliativo del polvo.  La humedad que imparte la adición de cloruro a la superficie de un camino de tierra mantiene los áridos más estables que en uno sin tratar.  El cloruro de calcio ayuda a mantener constante la humedad en un suelo, pero desafortunadamente esta sal es fácilmente lavable y es capaz de absorber hasta 10 veces su propio peso cuando las condiciones de humedad son altas en el medio ambiente, pudiéndose mantener dicha humedad en sus dos terceras partes durante un día de calor seco.  Para tratar una o más capas:  Deben ser limpia, máximo 3% en peso de materia orgánica.  Índice de plasticidad no mayor de 15%.  Tamaño máximo del agregado no será mayor de 1/3 delo espesor de la capa tratada y no mayor de 2”, además la capa tratada será mínima de 15cm.  Abrasión de los ángeles no mayor de 50% en los agregados gruesos.  El PH mínimo será de 5%.

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 El cloruro de Calcio, es higroscópico, delicuescente y no inflamable.

2.3.2. Características del cloruro de calcio  Como una de las características de una solución con cloruro de calcio, tiene que la presión de vapor es más baja que el agua pura, por lo que las moléculas de agua en la solución se evaporan más lentamente que las moléculas del agua pura.  En la estabilización de la base, La capa de base se encuentra situada entre la capa subbase y el pavimento, la principal función que se le atribuye a esta capa es la resistente, para lo cual debe presentar un alto grado de compacidad relativa. También debe ser durable, por lo que debe presentar insensibilidad al agua y los cambios volumétricos que ocasiona su presencia, así como una estabilidad a las cargas prolongadas en el tiempo.  Su apariencia es la de un sólido de color blanquecina o en algunos casos incoloros. Se elabora mezclando caliza y ácido clorhídrico, siendo resultado de esto un compuesto versátil usado para diferentes fenómenos como es la estabilización de carreteras, su beneficio es que retiene agua en el proceso de compactación.

Ilustración 17. Casos de apariencia blanquecina o a veces incoloras

 Las características de los materiales de afirmado son tan variables que la dosis de cloruro de calcio pedido para estabilizar puede variar dependiendo de los agregados. El porcentaje óptimo se puede determinar mediante ensayos de CBR.  Producto industrializado desarrollado a partir de una reacción química de carbonato de calcio (caliza) con ácido clorhídrico.  Aspecto líquido transparente.  Color ligeramente amarillo.

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Ilustración 18. Caso de un color ligeramente amarillento

 Concentración CaCl2 38 – 40%.  El cloruro cálcico se puede también añadir a los suelos de alta plasticidad cuando se quiere sustituir iones de calcio por iones de sodio en un intercambio de cationes, ya que los iones de calcio son adsorbidos con preferencia en la superficie de las partículas de arcilla. Los iones de calcio están rodeados de una corteza de agua más pequeña que la de iones de sodio, con lo que al existir el intercambio de iones hay una reducción en la plasticidad de los suelos arcillosos. El límite líquido disminuye y el límite el plástico aumenta, por lo tanto, el índice de plasticidad disminuye, con esto la plasticidad del suelo se ve alterada.

2.3.3. Dosificación La estabilización de suelos con cloruro de calcio depende de una dosificación, esto ayudará a que las propiedades del cloruro de calcio se aprovechen de una manera óptima y precisa. El cloruro de calcio se dosifica en diferentes porcentajes de 10 %, 30% y 50% para ver si el porcentaje llega hacer el adecuado, en el cual la estabilización sea apropiada y el aditivo no afecte las condiciones del suelo. En agua el cloruro de Calcio varia de 1-3% en peso. Para el mezclado deben efectuarse:     

Ensayo granulométrico. Límites de Atterberg. Densidad máxima y contenido de humedad óptimo. PH del suelo y agua. Contenido de materia orgánica.

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2.3.4. Usos y ventajas El cloruro de calcio se ha usado para el control de polvos desde inicios del siglo XX década de 1930 se empezaron a realizar investigaciones sobre sus efectos en el suelo con lo que se logró observar que además de controlar el polvo también aumento la densidad al compactar y la estabilidad de la carretera en general. El cloruro de calcio puede disolverse absorbiendo la humedad de la atmosfera cuando la humedad relativa de aire está por encima de ciertos valores. Los suelos que mejor respondían al tratamiento eran las compuestas de materiales de diversos tamaños, incluyendo un pequeño porcentaje de finos ligeramente plásticos, formando una granulometría bien graduada. Con el uso de cloruro de calcio se alarga el periodo de tiempo durante el cual se puede compactar a la humedad optima, reduciéndose la cantidad de agua aplicar durante la compactación, Esta capacidad del cloruro de calcio de mantener la humedad es sumamente importante en la compactación de suelos granulares, en donde el control de humedad es el factor más crítico. Con el cloruro de calcio se puede llegar a una densidad determinada con un número menor de pasadas con el compactador. Este aumento en la densidad es causado por la modificación en el estado de dispersión de las partículas arcillosas que se unen más fácilmente a las partículas gruesas para que cambien de posición durante la compactación. Una solución con cloruro de calcio ser congela a menor temperatura y de la concentración de esta sal depende la temperatura de congelación, esto es favorable puesto que los suelos tratados con este tipo de solución son más resistentes a la congelación y descongelación, debido a que estos se encuentran helados por menor tiempo. Ventajas    

Bajo costo y facilidad de aplicación. El cloruro cálcico es uno de los agentes estabilizadores de suelos más económicos Mejora la resistencia y la cohesión de los suelos. Ausencia de ahuellamiento del camino.

Ilustración 19. Vía antes (izquierda) y después (derecha) de usar el compuesto

 Superficie de rodadura más suave.  Reparaciones económicas y mantención mínima.

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2.3.5. Aplicaciones y limitaciones Una de las propiedades que tiene el cloruro de calcio es la de absorber el agua de la atmósfera y retenerla; al aplicarse sobre el camino, lo mantiene húmedo, aprovechando la humedad y el tránsito de vehículos, se mejoran las condiciones para la compactación, obteniéndose una mayor estabilidad del camino. Actividades

          

Adición del compuesto Adición de agua Mezclado Extendido, compactado y acabado de la superficie de la capa Curado Control de calidad Hallamos el porcentaje de cloruro de calcio a usar. El contenido de humedad optimo puede variar de +-1.5% en la mezcla. La compactación no será menor del 100% del valor teórico Bombeo de 2.5- 4% para facilitar el escurrimiento. Curado de 7-15 días

Ensayos frecuentes

Material

Propiedades Granulometría Índice de plasticidad Relación de vacíos

Suelo estabilizado de cloruro de calcio

CBR Compactación Abrasión de los ángeles PH

Medición y pago: en m3.

Limitaciones  Cuando la temperatura ambiental sea menor o igual de 6%  Durante precipitaciones pluviales  Que en el medio ambiente se tenga una humedad relativa superior al 30%.

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2.3.6. Casos de estabilización en el Perú Para trabajos de estabilización de suelos es necesario utilizar maquinaria de diferentes tipos. Sin embargo, en esta necesidad radica la economía de los métodos de estabilización de suelos, pues el realizar las dosificaciones, mezclado, distribución, compactación, etc. a mano, sin maquinaria, sería una tarea muy costosa aun en los países en los que la mano de obra es barata. Además, el producto final trabajado a mano sería de una calidad tan inferior que no se podría construir pavimentos duraderos con él. Se pueden usar varios tipos de maquinarias en cada una de las etapas de la estabilización de suelos, aunque se debe saber que algunos tipos de maquinarias producen material de mejor calidad, más uniforme o son más económicos de manejar que otros. Cuando se usan plantas estacionarias la dosificación y mezcla de los materiales, es más perfecta, pero estas plantas estacionarias solo pueden utilizarse en canteras que producen áridos con la granulometría deseada mezclando otros áridos de tamaños diferentes. La incorporación del cloruro en plantas estacionarias se puede realizar de un modo automático utilizando dosificadores y cintas transportadoras existentes en la planta o adaptando dosificadores especiales para aditivos. Las plantas que producen suelo tratado con productos estabilizadores deben estar dotadas de un mezclador de paletas para producir una mezcla uniforme. La distribución del cloruro en el campo para mezclas in-situ varía según como se emplee el cloruro en estado sólido o en una solución acuosa. Existen equipos especiales para la distribución en estado sólido que se montan en la parte posterior de camiones con caja volquete. Se puede distribuir también a pala desde un camión rodando a poca velocidad. La distribución del cloruro en solución acuosa puede hacerse utilizando los camiones cisterna. El mezclado del cloruro con los agregados se puede efectuar in situ con rotomezcladores de varias pasadas o con los que requieren solamente una pasada, estos rotomezcladores producen una mezcla muy uniforme y son los que se recomienda usar. Si no se tiene rotomezcladores, se puede realizar un mezclado bastante uniforme con el uso de motoniveladoras. La compactación no presenta dificultades ya que todo constructor dispone de máquinas compactadoras. Si el cloruro de calcio se utiliza para estabilizar suelos que se desmenuzan fácilmente, suelto, los rodillos de pata de cabra no podrán compactar este material. La combinación de compactadores de neumático, de ruedas planas de acero, vibradores, etc, y el número de pases con cada compactador depende de las condiciones de trabajo, tipo de suelo y compactadores disponibles. La experiencia del ingeniero es la que debe dictar el orden de empleo de cada compactador y el número de pasadas para obtener la densidad deseada de la manera más económica. Entre algunos casos de estabilización de carreteras usando cloruro de calcio tenemos:  Estabilización de carpetas granulares y supresor de polvo en caminos vecinales en la localidad Rural de Arequipa.

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Ilustración 20. Acabado de la superficie de rodadura en la localidad de Arequipa

 Estabilización de carpetas granular en caminos de operación de la Sociedad Minera Cerro Verde en Arequipa.

Ilustración 21. Tramo después de la aplicación del cloruro de calcio, trabajos de compactación

 Estabilización de caminos Rurales de la ciudad blanca en Arequipa.

Ilustración 22. Estabilización con cloruro de calcio en la localidad de la ciudad blanca

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CONCLUSIONES  La estabilización con sal es excelente contra el polvo su aplicación en zonas áridas o temporadas de verano con un suelo granular tendría un excelente resultado según los resultados de laboratorio, pero con el comienzo de las primeras lluvias tendríamos problemas. Por lo cual las mantenciones del camino serian periódicas, aumentando con esto el costo de construcción, volviéndose más económica la alternativa de estabilizar con otro material simple en vez de estabilizar con sal.  La principal aplicación de la Bischofita es el uso que se le da como estabilizador de caminos no pavimentados, pudiendo ser utilizado en casi cualquier tipo de suelo. Además, es la de supresor de polvo por excelencia.  La adición de cloruro de sodio es un método para reducir la evaporación en los suelos, ya que atrapa la humedad que la rodea, y crea una capa en la parte superior de las capas compactadas con sal, lo cual impide que la humedad se evapore con facilidad y ayuda a obtener un mejoramiento en la densificación.  El cloruro de calcio es uno de los métodos más económicos de estabilización. Este absorbe el agua de la atmósfera y retenerla; al aplicarse sobre el camino, lo mantiene húmedo, aprovechando la humedad y el tránsito de vehículos, se mejoran las condiciones para la compactación.

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RECOMENDACIONES  Usar la normativa peruana de Especificaciones Técnicas Generales para la Construcción (EG2013), Sección 301.D Suelos estabilizados con sales.  Al agregar los porcentajes de cloruro de sodio al suelo, se recomienda hacerlo en grano cuando el porcentaje sea muy alto, sin embargo, si el porcentaje de sal es inferior al 2% respecto al peso del suelo, es preferible disolverlo en agua.  El suelo con NaCl después de perder la humedad incrementa su resistencia a la compresión, por lo que es recomendable realizar pruebas de resistencia en campo a la base o sub base estabilizada.  Debido a que con la lluvia el cloruro de calcio al regarlo sobre el suelo se disuelve y se pierde, es recomendable utilizarlo siempre y cuando la época de construcción no sea invernal, y este funciona mejor en lugares secos con bastante viento ya que impide que se levante como polvo el suelo.

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BIBLIOGRAFÍA Gutiérrez Montes, C. A. (s.f.). Estabilización química de carreteras no pavimentadas en el Perú y ventajas comparativas del cloruro de magnesio (bischofita) frente al cloruro de calcio. Jiménez Lagos, M. E. (s.f.). Diagnostico estructural de afirmado estabilizado con cloruro de calcio. Universidad de Ciencias Aplicadas. Miranda Jarrín, J. E., & Negrete Olives, D. F. (s.f.). Estabilización de suelos cohesivos con el uso de cloruro de calcio. PUCP Ecuador. Pacheco Sonapo, Y. S. (s.f.). Aplicación del cloruro de calcio con material afirmado para mejorar la estabilización de la base en carreteras no pavimentadas. Diseño de infraestructura vial. Roldán de Paz, J. (s.f.). Estabilización de cloruro de sodio (NaCl) para bases y sub bases. Thenoux Z., G., & Vera A., S. (s.f.). Evaluación de la efectividad del cloruro de magnesio hexahidratado (bischofíta) como estabilizador químico de capas de rodadura granulares.

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