Soluciones para estabilización de suelos con cemento

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Raúl Piñeiro Farías
hace 6 años
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1 Fortaleza. Desempeño. Pasión. Soluciones para estabilización de suelos con cemento Mayor durabilidad en vías, Vías y Transporte,

2 Objetivo Lograr un desempeño eficiente en las vías Pavimento Base Sub Base Estructura del pavimento Absorber las cargas verticales transmitidas por el tráfico Aportar al pavimento un cimiento uniforme y estable Sub rasante Sub rasante Absorber las cargas que transmite la estructura del pavimento 2

3 Fallas en pavimentos flexibles convencionales Ahuellamiento de subrasante. ɛzsubrasante > ɛzadmisible 3

espesor: 20 cm Sub Base espesor: 25 cm Mejoramiento

4 Deformación característica del pavimento flexible: Alta Carpeta asfáltica: 10 cm Base Granular espesor: 20 cm Sub Base espesor: 25 cm Mejoramiento espesor: 30 cm Base granular Subrasante CBR 4% Mr (41 MPa) 4

de 2 MPa a 0,5 MPa Carpeta asfáltica: 7.

5 La estabilización con cemento aumenta la durabilidad del pavimento flexible Ahorro $9 000 / km (10 m ancho) Esfuerzo del asfalto se reduce de 2 MPa a 0,5 MPa Carpeta asfáltica: 7.5 cm BEC f c4 MPa espesor: 30 cm Mejoramiento espesor: 30 cm Subrasante CBR 4% Mr (41 MPa) Base estabilizada (BEC) 5

6 Menor deformación - menor esfuerzo A menos deformación tendremos menores esfuerzos de tracción de la fibra inferior extrema del del pavimento Esfuerzo 6

7 Reduce la fatiga en pavimentos rígido Hormigón MR 4.5 MPa (20 cm) Base granular (20 cm) σ = 2,3 MPa σ = 1,9 MPa Hormigón MR 4.5 MPa (18 cm) BEC (15 cm) Mejoramiento (30 cm) Mejoramiento (30 cm) Suelo CBR 4% Mr (41 MPa) Suelo CBR 4% Mr (41 MPa) 7

8 Reduce problemas de bombeo 8

9 Reciclaje de rehabilitación de vías Existente Pavimento deteriorado 150 mm > 10 años IP > 6 % Propuesta tradicional. Pavimento Mr 4.5 MPa 350 mm Sub base 200 mm Propuesta optimizada. Pavimento Mr 4.5 MPa 320 mm Mejoramiento estabilizado con cemento 200 mm Mejoramiento Mejoramiento Mejoramiento Nivel freático 9

380 Distancia recorrida (km) Diesel (Gal) 159 59 1.190 3.

10 Ventajas del reciclaje profundo de pavimento existente vs. nueva base convencional Número de viajes 4 79 Nuevo material (t) Distancia recorrida (km) Diesel (Gal) Nueva Base Reciclaje Se consideró reciclaje de 0,20 m de espesor incluyendo asfalto de 2 pulg. mezclado con 5% de cemento. Camiones de capacidad 30 t. Transporte de base: 40 km; y cemento: 300 km. Colocación de nueva base de 0,20 m. y 7,0 m de ancho. 10

11 Ejemplo : camino lastrado, se puede ahorrar hasta 20% del costo total usando Holcim Base Vial Lastre de río sin estabilizar Costo de mantenimiento por 4 años 100% Lastre de río estabilizado con Base Vial Costo de mantenimiento por 4 años 100% 80% Método Tradicional Costos de Mantenimiento anuales Estabilizado con Cemento Sin costos de Mantenimiento Ahorro Premisas: El camino lastrado estabilizado con cemento tiene una durabilidad de 4 años, sin costo de mantenimiento. Se considera constante el valor del dinero en el tiempo. En la opción lastre de río sin estabilizar se consideró mantenimiento con 4 recapeos de e= 5 cm, anuales por 4 veces. Costos incluyen equipos y operadores de Motoniveladora, Rodillo Vibratorio Liso, Camión Cisterna, Cargadora sobre Ruedas y transporte de equipos al sitio c/año. Con doble riego bituminoso asfáltico el ahorro en 4 años puede alcanzar hasta un 60%. 11

12 Reduce el costo de mantenimiento de vías lastradas Ahorro 20% del costo de mantenimiento con material granular en 4 años = $8 000 / km con 7 m de ancho. Con doble riego el ahorro se incrementa a 60% 12

13 Ejemplos de Aplicación Mayo 2015 Guayas - Milagro - Lorenzo de Garaicoa - La playita 13

14 Un año después estabilización con cemento con doble riego Vía sin estabilizar Vía estabilizada con cemento Mayo

15 Materiales para suelo estabilizado con cemento Cemento: Inicio y fin de fraguado prolongados Moderado calor de Hidratación Bajo nivel de retracción. Desarrollo inicial de resistencias lentas. Desarrollo de resistencias normales a 28 días. El contenido de cemento 5 % del peso seco del suelo 15

16 Mayor tiempo trabajabilidad Cemento Cemento Base Vial Tipo MH Cilindros curados en laboratorios ensayados a 7 días Tiempo de trabajo requerido: aprox. 4 horas 16

17 Materiales para suelo estabilizado con cemento Agua: Puede usarse agua potable o aguas relativamente limpias, libres de cantidades perjudiciales de álcalis, ácidos o materias orgánicas. Los contenidos de agua en los suelos-cemento varían usualmente dentro de un rango del 8 al 13 por ciento del peso del suelocemento secado al horno. 17

18 Propiedades del suelo estabilizado con cemento Densidad: La densidad del suelo cemento se mide usualmente en términos de Densidad seca. Para determinar el contenido de humedad óptimo y la densidad seca máxima a la cual la mezcla de suelo cemento es compactada, se debe usar la prueba ASTM D

19 Gradación para Agregados (PCA) 19

20 Propiedades del suelo estabilizado cemento Resistencia a la compresión (ASTM D 1633): Está directamente relacionada con la densidad y se ve afectada por el grado de compactación y por el contenido de agua de la mezcla. Sirve como un criterio para determinar el requerimiento mínimo de cemento al diseñar las mezclas para suelo cemento. 20

21 Propiedades del suelo estabilizado con cemento Rangos de las resistencias a la compresión sin confinamiento a los 7 y los 28 días, agrupados según los materiales más comúnmente usados para las bases de suelo-cemento. Tipo de Suelo Suelos de arena y grava: AASHTO grupos A-1,A-2,A-3 Grupos unificados GW, GC, GP, GM, SW, SC, SP, SM Suelos limosos AASHTO grupos A-4 y A-5 Grupos unificados ML y CL Suelos arcillosos AASHTO grupos A-6 y A-7 Grupos unificados MH y CH Resistencia a la compresión especímenes saturados, * (kg/cm 2 ) 7 días 28 días

22 Reducción del índice de plasticidad Indice de Plasticidad Indice de Plasticidad (%) Suelo con 1 % Cemento Base Vial Tipo MH Suelo Sin Cemento N/P N/P Tiempo (Horas) Al segundo día el suelo se hace No Plástico, debido a las propiedades hidráulicas del cemento Base Vial Tipo MH. 22

23 Reducción de la permeabilidad Permeabilidad en el tiempo Permeabilidad cm/s * Suelo sin cemento Suelo sin cemento Suelo sin cemento Suelo: Lastre de río con 6 % de cemento Base Vial Tipo MH Base de Lutita Guayaquil con 3,5 % de cemento Base Vial Tipo MH Base Clase 4. Manta con 10% de cemento Base Vial Tipo MH Edad (Días) Luego de 1 día la permeabilidad se reduce más del 90 %, debido a las propiedades hidráulicas del cemento Base Vial Tipo MH. La permeabilidad se reduce aun más si el proceso de curado continua. 23

24 Falta de curado 24

25 Falta de curado Peladuras superficiales promedio de 1 cm de espesor 25

26 Adecuado curado y sellado Peladuras superficiales promedio de 1 cm de espesor 26

27 Curado = mantener la humedad de la mezcla Peladuras superficiales promedio de 1 cm de espesor 27

28 Procedimiento 1: material a estabilizar importado 28

29 Procedimiento 2: material a estabilizar del sitio Daule Boca de Piñas

30 Aplicación del cemento Tipo MH Mezclado 30

31 Mezcla con recuperadora de asfalto Rendimiento 500 m x 7.5 m x 0.20 m en 8 horas Cervecería Nacional

32 Habilitación emergente del ingreso Centro de Acopio Pifo Daule Boca de Piñas

33 Procedimiento de la mezcla en sitio 1. Colocación del cemento Base Vial 2. Mezcla en sitio con el cemento Base Vial 3. Nivelación del suelo tratado e hidratación 4. Compactación de la capa 5. Sellado 20/10/

34 El reciclaje ahorró 20 % respecto al costo del cambio de suelo Cimentación Judicatura Quito

Tanquero Rendimiento m / 8 horas 1 X X X 200 2 X X X 300 3

35 Rendimientos en 7,5 m de ancho de vía Tipo de equipos Motoniveladora Voguele Recuperadora Pulvimixer Rodillo Tanquero Rendimiento m / 8 horas 1 X X X X X X X X X X X X

36 Aplicaciones de estabilización con cemento 20 años 13 años Cuenca 1995 Vía al PAN 2002 Jipijapa-La Cadena 2009 Picoazá 2012 Holcim Pascuales 2012 Las Iguanas 2012 Metro de Quito 2013 Lateral Milagro 2014 Planta cemento Holcim

37 Aplicaciones de estabilización con cemento Parquero UDLA 2014 Posorja 2014 Machala 2015 La Playita 2015 San Placido 2015 El Salado 2015 Av. El Ciclista 2015 Judicatura 2015 Villas del Bosque

38 Durán Ampliación a 10 carriles 10 años 38

39 Machala - Ciudadela Velasco Ibarra 16 años 39

40 Pavimento de hormigón con base estabilizada Peladuras superficiales Guayaquil promedio Ciudadela de 1 cm Santa de espesor Leonor 40

41 Ruta Sigchos Chugchilan Peladuras superficiales promedio de 1 cm de espesor 41

42 Contraste entre estabilizado y no estabilizado Base estabilizada con cemento. Campamento Choazaló con vía de ingreso no estabilizada. Sigchos - Chugchilan Vía estabilizada con cemento 42

43 Bodegas del Puerto Marítimo de Guayaquil 43

44 Conclusiones Para aportar eficiencia a los pavimentos flexibles hay que emplear bases estabilizadas con cemento. El incremento de la capacidad de carga de la plataforma ayuda a reducir la estructura de la vía. Se puede reciclar suelo local como parte del diseño del pavimento. Conservación del recurso canteras y escombreras. Generación de ahorros globales en la estructura de costos de la vía. Reducción de daños en las vías aledañas. A mejor estructura de vía, mayor la vida útil de la inversión. 44

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