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ESTABILIZACION DE SUELOS CON CEMENTO PORTLAND Y CAL HIDRATADA EN PAVIMENTOS
DE LA REGION AMAZONICA DEL PERU
Autores:
Ing. Eder Melendres Chuquillanque. Ing. Maria Campos Vasquez. Bach. Raul Fernandez Condeña.
INTRODUCCION
La estabilización de Bases y Subrasantes con Cemento portland y Cal respectivamente, son una excelente alternativa VIABLE para su aplicación en zonas de Selva.
ANALISIS Y SELECCION DE SUELOS A ESTABILIZAR CON
CEMENTO
ANALISIS Y SELECCION DE SUELOS A ESTABILIZAR CON CEMENTO
1" 3/4" 1/2" 3/8" N 4 30 40 100 200801011/2"21/2" 2"
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Abertura (mm)
Po
rcen
taje
qu
e p
asa
(%)
NC-01 NC-02 NC-03 NC-04 NC-05 NC-06 NC-07
Distribución Granulométrica de canteras de suelo Analizadas
ANALISIS Y SELECCION DE SUELOS A ESTABILIZAR CON CEMENTO
Propiedades Físicas y mineralógicas - Grupo de Suelos Analizado
Clasificación Material
% pasa tamiz Nº 40
% pasa tamiz Nº 200 L.L. IP
AASHTO SUCS NC - 01 99.8 31.4 22.2 2.2 A-2-4 (0) SM NC - 02 95.2 26.3 22.3 2.3 A-2-4 (0) SM NC - 03 75.9 17.1 22.8 2.8 A-2-4 (0) SM NC - 04 80.6 12.4 16.8 NP A-2-4 (0) SM NC - 05 91.6 29.1 23.3 6.0 A-2-4 (0) SC - SM NC - 06 78.9 28.3 22.7 5.7 A-2-4 (0) SC - SM NC - 07 57.5 16.7 21.4 2.8 A-2-4 (0) SM
Según las pruebas de difracción de Rayos X efectuada los materiales tienen un promedio de 95% de Sílice (SiO2)
ANALISIS Y SELECCION DE SUELOS A ESTABILIZAR CON CEMENTO
Respuesta ante pruebas de Resistencia a la Compresión, para porcentajes de Cemento de 2% a 10%.
0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
Res
iste
nci
a a
la C
om
pre
sio
n (
Mp
a)ss
2% 1.03 0.72 0.31 0.36 0.83
4% 1.52 2.14 1.54 0.73 2.62 3.47 1.82
6% 2.11 2.99 2.59 0.82 3.35 4.75 2.62
8% 2.79 3.57 3.28 2.41 4.80 5.94 4.30
10% 3.40 4.28 4.12 4.40 5.17 8.07 7.61
NC-01 NC-02 NC-03 NC-04 NC-05 NC-06 NC-07
ANALISIS Y SELECCION DE SUELOS A ESTABILIZAR CON CEMENTO
Se plantea la elaboración de Mapas de Resistencia con la finalidad de representar la tendencia del comportamiento de suelos disponibles en proyectos Viales específicos.
Estos Mapas de Resistencia identifican las variables significativas que influyen en la resistencia del Suelo cemento, en este caso se analizo los siguientes parametros:
• Densidad Maxima Suelo cemento.
• Porcentaje de particulas que pasa el tamiz #200 (0.075mm).
ANALISIS Y SELECCION DE SUELOS A ESTABILIZAR CON CEMENTO
El parámetro de densidad Máxima esta ligado directamente a la respuesta del material estabilizado debido a que representa la compacidad y tamaño de partículas del suelo.
Mapa de Resistencia a la Compresión - Influencia de la Máxima Densidad
ANALISIS Y SELECCION DE SUELOS A ESTABILIZAR CON CEMENTO
Existe un rango de porcentajes de partículas menores a 0.075mm, para los cuales se puede optimizar las cantidades de cemento para alcanzar la resistencia de compresión especificada.
Mapa de Resistencia a la Compresión - Influencia del porcentaje de partículas que pasa el Tamiz #200 (0.07mm)
ANALISIS Y SELECCION DE SUELOS A ESTABILIZAR CON CEMENTO
Se recomienda optimizar y calibrar esta metodología, considerando la respuesta en campo del material frente a
fenómenos de retracción hidráulica.
Relación entre resistencia a la compresión Simple y Resistencia a la Tracción Indirecta
Adicionalmente, se ha evaluado la correlación de la resistencia a la compresion con la resistencia a la tracción Indirecta.
Influencia del contenido de Cemento en los Límites de Atemberg
La adición de cemento en el suelo propicia un mejoramiento del limite de contracción disminuyendo, a su vez, la plasticidad del suelo, como efecto del fenómeno de floculación de partículas. Por tanto la limitación del contenido de cemento esta gobernada principalmente por la rigidez requerida.
Influencia del contenido de Cemento en los Límites de Atemberg
Se puede apreciar el limite liquido se mantiene prácticamente constante por consiguiente la caída de valores de Índice Plástico (IP) se debe al aumento del limite plástico.
PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO APLICADO
PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO APLICADO
El desempeño de un pavimento estabilizado esta estrechamente relacionado al proceso constructivo aplicado, a continuación se describe algunos de estos procedimientos aplicados con la finalidad de minimizar los efectos de la Retracción hidráulica y Gradiente de temperatura.
PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO APLICADO
Humedad de Compactación
Esta es una variable muy importante dentro del comportamiento del material. En obra se consiguió mejores resultados compactando con valores de humedad uno por ciento (1%) menor a la optima requerida, sin que esto afecte significativamente la resistencia a la compresión.
PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO APLICADO
Pre-fisuramiento y Tratamiento de estas fisuras inducidas
Basado en el método CRAFT (CReation Automatique de Fissures Transversales), publicado por EUROVIA S.A. se generan juntas o planos de debilidad, cada 3m, con la finalidad de generar grados de libertad al material tratado con cemento lo cual disminuye las tensiones debido a la contracción por pérdida de humedad.
PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO APLICADO
Mecanismos de Curado y disipación de Temperatura de entornoEn este caso el curado se efectuó con un riego de emulsión asfáltica de rotura lenta tipo CSS-1h, luego de generada la membrana asfáltica, se procede a la colocación de una capa de material limo arenoso, la cual se mantiene en estado saturado mediante riego continuo (07 dias).
PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO APLICADO
Tratamientos de suelos de fundación Evitar la consolidación por cambios de humedad y relación de vacíos en el suelo de fundación, es uno de los aspectos que se debe tener en cuenta, mas aún si la Vía se encuentra ubicada en zona de Selva, debido a que las capas semi-rígidas del pavimento estabilizado son muy sensibles al acomodamiento de estratos inferiores, para el caso se efectuó aplicación de Mejoramiento Suelo Cal a este nivel.
ANALISIS DEL SUELO ESTABILIZADO CON CAL
HIDRATADA
ANALISIS DEL SUELO ESTABILIZADO CON CAL HIDRATADA
Este tratamiento fue ejecutado en menores extensiones, para el tipo de suelo que se muestra, se presenta las tendencias de su comportamiento.
CLASIFICACION % CAL
PASA Nº 200
L.L. IP AASHTO SUCS
MAX. DENS.
HUM. OPT.
CBR AL 95% MDS 0.1"
COMPRESION NO CONFINADA (28d)
(MPa)
0.0 36.7 29.4 10.2 A-4 (0) SC 1.945 13.3 23.0% - 2.0 38.6 30.6 7.4 A-4 (1) SM 1.920 13.7 54.0% 1.55 3.0 39.2 31.2 5.0 A-4(1) SM 1.902 14.2 75.0% 1.97 4.0 39.2 31.2 5.0 A-4(1) SM 1.902 14.2 82.5% 2.22 5.0 40.4 32.2 2.0 A-4(1) SM 1.890 14.5 90.0% 2.24 6.0 41.0 30.1 3.9 A-4(1) SM 1.870 14.7 69.0% 2.10
ANALISIS DEL SUELO ESTABILIZADO CON CAL HIDRATADA
Mecanismos de interacción Suelo - Cal
Intercambio iónico, esta reacción produce floculación de partículas, por consiguiente una reducción inmediata del índice plástico (IP), así mismo también produce un aumento del CBR hasta un limite
ANALISIS DEL SUELO ESTABILIZADO CON CAL HIDRATADA
Reacción puzolánica de cementación, las arcillas contienen en su estructura importantes cantidades de sílice (SiO2) y alúmina (Al2O3). Por lo tanto son productos naturales con propiedades puzolánicas. Las reacciones puzolánicas entre la mezcla suelo-cal-agua originan productos cementantes parecidos a los del cemento Pórtland (silicatos y aluminatos de calcio hidratados), este proceso depende de la disponibilidad de sílice y alumina en la arcilla, también es necesario un entorno de pH alto, para lo cual la Norma ASTM D-6276 establece un valor de 12.4 de pH en el cual se genera la solubilidad de los minerales contenidos en la arcilla
ANALISIS DEL SUELO ESTABILIZADO CON CAL HIDRATADA
Prueba de Eades y Grim - ASTM D6276
ANALISIS DEL SUELO ESTABILIZADO CON CAL HIDRATADA
Prueba de Eades y Grim - ASTM D6276
VI) CONCLUSIONES Las variables del suelo, tales como, densidad máxima y porcentaje de material que pasa el tamiz Nº 200, están estrechamente relacionadas a la Resistencia a la compresión del material estabilizado, lo cual es demostrado en los Mapas de resistencia elaborados en base a una matriz de ensayos de laboratorio. La elaboración de Mapas de resistencia permite definir la tendencia del comportamiento de suelos disponibles en proyectos Viales específicos. Teniendo en cuenta la experiencia de aplicación de estos suelos en la estabilización de bases, se recomienda limitar en lo posible el Índice de plasticidad (IP) a 8.0% y el porcentaje de material que pasa el tamiz Nº 200 a 32%, con la finalidad de minimizar los efectos de retracción hidráulica propio de Suelo cemento, La correlación lineal efectuada indica que la resistencia a la Tracción indirecta puede ser conservadoramente estimada como un 15% de la resistencia a la compresión. La adición de Cemento en los suelos causa una disminución de su Plasticidad y consecuentemente una mejora en el Límite de contracción, por tanto, la limitación del contenido de cemento esta gobernada principalmente por la rigidez requerida. El origen del mejoramiento de las propiedades físicas y mecánicas del material estabilizado con Cal radica principalmente en el Intercambio cationico y reacción puzolánica. El requerimiento de pH de 12.4 indicado en la norma ASTM- D6276, esta relacionada a la solubilidad de la Sílice (SiO2) y alumina (Al2O3), aspecto del cual depende la reacción puzolánica que garantiza la efectividad de la estabilización. Los procedimientos constructivos aplicados en obra, relacionados al curado y prefisuración, están estrechamente relacionados al desempeño del pavimento.
