ESTABILIZACION SUELO ADITIVOS

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XIII CONGRESO NACIONAL DE INGENIERIA CIVIL Puno, del 05 al 09 de Noviembre del 2001

ENSAYOS DE ESTABILIZACIN DE SUELOS CON EL ADITIVO RBI-81

Roxana M. Ugaz Palomino Carlos Tupia Crdova Jorge E. Alva Hurtado

(1) (2) (1.2)

RESUMEN

En este artculo se presenta los resultados de los ensayos de laboratorio realizados con una amplia gama de suelos peruanos y un aditivo estabilizador de suelos, el RBI-grado 81 de Road Building International. El aditivo fue proporcionado por Corporacin Econmica S.A. distribuidor del producto en el Per Se han realizado ensayos estndar de clasificacin de suelos, contenido de humedad y ensayos especiales de compactacin Proctor Modificado, CBR y compresin no confinada para el material natural y con distintos porcentajes del estabilizador de suelos utilizado. Los ensayos se realizaron en los laboratorios de Hidroenerga Consultores en Ingeniera y de la Universidad Nacional de Ingeniera. La evaluacin de resultados indica que para una amplia gama de suelos ensayados puede lograrse sustantivos incrementos en la capacidad de soporte de los suelos con la adicin del aditivo. El incremento en los valores de CBR es variable, en funcin de la naturaleza de los suelos y el porcentaje del aditivo, por lo que se recomienda realizar ensayos de laboratorio previa a su utilizacin, para determinar el porcentaje ptimo del aditivo a ser usado en la estabilizacin.

(1) (2)

Facultad de Ingeniera Civil, Universidad Nacional de Ingeniera Hidroenerga Consultores en Ingeniera

INTRODUCCIN La estabilizacin de suelos para el diseo y construccin de pavimentos se define como un mejoramiento de los materiales de subrasante, subbase y base, incrementando de manera notoria su resistencia y capacidad de carga y disminuyendo su sensibilidad al agua y a los cambios volumtricos durante el ciclo de humedecimiento y secado. Existen diversas formas de estabilizacin de suelos, desde las mecnicas que utilizan la combinacin de diferentes materiales hasta las qumicas que utilizan diversos aditivos, tales como cemento, cal, asfalto y estabilizadores lquidos. En este estudio se presentan los resultados preliminares de ensayos de estabilizacin de suelos peruanos con el aditivo RBI81 desarrollado en Sudfrica. Este material esta compuesto por una mezcla de componentes inorgnicos y se presenta en forma de polvo. Se han ejecutado ensayos de laboratorio con diferentes tipos de suelos, que se pueden clasificar en gravas limosas y arcillosas, arenas, arenas limosas y arcillosas, arcilla arenosa y limo arenoso. Se realizaron ensayos de granulometra y lmites de consistencia, para la clasificacin de suelos compactacin con el ensayo Proctor Modificado y ensayos de Capacidad de Soporte de California (CBR). La adicin del aditivo al suelo se realiz inmediatamente antes de preparar los especimenes para los ensayos Proctor y CBR. Despus de preparados los especimenes para el ensayo CBR se le dej reposar por siete (7) das en recipiente hermtico antes de sumergirlos en agua de acuerdo a las normas. Esta recomendacin de curado por siete das previo a la inmersin en agua, est dada por el fabricante.

EVALUACIN DE RESULTADOS Se ensayaron muestras de gravas limosas, gravas arcillosas y gravas mal gradadas arcillosas, con porcentaje de aditivo de 0%, 2% y 4% en peso. Todas las gravas tuvieron un porcentaje de finos superior al 5% y hasta un valor mximo de 26%. Se not un ligero incremento del lmite lquido con el incremento del porcentaje del aditivo y una ligera disminucin del ndice plstico con el aumento del porcentaje de aditivo. En relacin a los valores de compactacin Proctor Modificado, se not una ligera disminucin en los valores de mxima densidad seca y un ligero aumento en el ptimo contenido de humedad. El incremento del valor del CBR es grande, con 2% del aditivo el valor de CBR se incrementa de 2.3 a 6 veces y con 4% del aditivo los valores aumentan de 6 a 25 veces para el CBR al 100% de la mxima densidad del ensayo Proctor Modificado.

Tambin se ensayaron muestras de arenas mal gradadas y arenas limosas y arcillosas, con porcentajes de aditivo de 0% a 4% en peso. Las arenas tenan distintos porcentajes de gravas. Se pudo apreciar ligeras variaciones en los limites liquido, limites plsticos y limites de contraccin de las partculas finas de las arenas. El ptimo contenido de humedad de las arenas arcillosas aumenta ligeramente y disminuye ligeramente para las arenas limosas; sin embargo, se nota una reduccin de 2% a 6% en la mxima densidad seca del ensayo Proctor Modificado. El aumento del CBR es bastante grande, con 2% de aditivo el CBR se incrementa de 2 a 5.9 veces y con 4% de aditivo el incremento es de 2.5 a 9.1 veces para el 100% de la mxima densidad del ensayo Proctor Modificado. Se ensay una muestra de arcilla limosa con 20% de arena. Los resultados de los lmites de consistencia arrojaron 27% del limite liquido y 12% de ndice plstico. Se utiliz aditivo en 2% y 4% en peso. Los valores de limite liquido e ndice plstico disminuyen ligeramente. Casi no existe variacin en los valores de mxima densidad seca y ptimo contenido de humedad. Los valores de CBR aumentan hasta 4.25 veces para el 100% de la mxima densidad del ensayo Proctor Modificado. El porcentaje de 2% produce valores ligeramente mayores que los de 4%, lo cual result sorprendente, pudindose haber sido producto de errores en los ensayos. Finalmente se ensay una muestra de limo con 26% de arena y 19% de grava. Se utiliz aditivo en 2% y 4% en peso. Los valores de CBR aumentan en 2 y 2.2 veces para el 100% de la mxima densidad del ensayo Proctor Modificado. La Tabla N1 presenta los resultados de los ensayos de clasificacin de suelos de las muestras ensayadas. Se presentan los porcentajes del suelo conformados por finos, arenas y gravas de cada muestra. Tambin se presentan los resultados de los limites de consistencia de los suelos analizados, el ndice plstico y el contenido de humedad natural. La Tabla N2 presenta los resultados de los ensayos de compactacin Proctor Modificado, indicando la mxima densidad seca y el ptimo contenido de humedad de las muestras en estado natural y con los porcentajes de aditivo aadidos. Tambin se presentan los valores de CBR para el 95%, 98% y 100% de la mxima densidad seca del ensayo Proctor Modificado. Las Figuras N1, 2, 3 y 4 presentan los valores de CBR al 100% de la MDS del ensayo Proctor Modificado versus el porcentaje de aditivo utilizado para las gravas, arenas, arcilla y limo que fueron ensayados en esta investigacin. Se presenta un diagrama de bloques y una comparacin de los incrementos para materiales similares.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES La utilizacin del aditivo ensayado determin un incremento considerable de la capacidad de soporte en una amplia gama de suelos (Gravas, Arenas, Arcillas y Limos) brindndonos una solucin al problema de la subrasante que se presenta al momento de la construccin de una carretera, donde muchas veces se emplea una estabilizacin mecnica para aumentar el valor del CBR. La determinacin del optimo contenido de aditivo deber de garantizar, adems de la capacidad de soporte (CBR) requerida, una adecuada resistencia a la durabilidad y desgaste (producidos por lluvias, congelamiento y el trafico). El agente estabilizador present un comportamiento favorable en materiales gravosos arcillosos, gravosos limosos, arenosos arcillosos, arenosos limosos, limosos arenosos as como arcillosos arenosos. Para el caso de material finos como arcillas y limos a ser utilizados con el aditivo, el porcentaje de aditivo a utilizar podra ser mayor. Se recomienda un mayor nmero de ensayos en materiales finos. Para determinar un ptimo contenido del aditivo se deben realizar ensayos de laboratorio con los suelos naturales y diferentes porcentajes de aditivo. Se recomienda continuar con las investigaciones sobre el uso del aditivo RBI-Grado 81 en diferentes suelos ya que presenta un gran potencial en el aumento de capacidad de soporte de subrasante, subbases y bases.

REFERENCIAS1. Crespo C. (2000), Vas de Comunicacin: Caminos, Ferrocarriles, Aeropuertos, Puentes y Puertos, Limusa, Mxico. Garagorri E. (1994) Estabilizacin de Suelos para Carreteras en la Selva. Tesis de Grado, Facultad de Ingeniera Civil, Universidad Nacional de Ingeniera. Kezdi A. (1979). Estabilized Earth Roads. Lambe T.W. y Whitman R. (1989). Mecnica de Suelos, Limusa, Mxico.

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3. 4.

5.

Road Building International (2001). Guide to the Construction of a Stabilized Material or Pavement Layer Using RBI-Grade 81. Puentes R. (1997), Estabilizacin de Suelos para Carreteras. Tesis de Titulacin Profesional, Facultad de Ingeniera Civil, Universidad Nacional de Ingeniera. Yturry A. (1999). Investigacin de Aditivos Estabilizadores de Suelos para La Construccin de Carreteras. Tesis de Titulacin Profesional, Facultad de Ingeniera Civil, Universidad Nacional de Ingeniera.

6.

7.

FIGURA N 1 CBR vs RBI-81 GRAVAS

NOTA: LOS VALORES DE CBR SON AL 100% MDS

FIGURA N 2 CBR vs RBI-81 ARENAS

NOTA: LOS VALORES DE CBR SON AL 100% MDS

FIGURA N 3 CBR vs RBI-81 ARCILLA

NOTA: LOS VALORES DE CBR SON AL 100% MDS

FIGURA N 4 CBR vs RBI-81 LIMO

CBR vs %RBI-81 LIMO

80 70 60

CBR

50 40 30 20 10 0

M-I (ML) 36.0 72.9 78.7

0% 2% 4%

RBI -81(%) vs CBR (%) LIMO100

80

CBR

60

M-I

40 20

0 0 1 2 3 4 5

RBI

NOTA: LOS VALORES DE CBR SON AL 100% MDS

TABLA N 1PROPIEDADES FISICAS DE GRAVAS ESTABILZADAS CON RBI-GRADO 81MuestraG-I

ADITIVO 0% 2% 4% 0% 2% 4% 0% 2% 4% 0% 2% 4%

G-II

G-III

G-IV

CLASIFICACION SUCS AASHTO GM A-1 B GM A-1 B GM A-1 B GC A-2-4 (0) GC A-2-4 (0) GC A-2-4 (0) GC A-2-4 (0) GM A-2-4 (0) GM A-2-4 (0) GW - GM A-1 A GP - GC A-2-4 GP - GC A-2-4 CLASIFICACION SUCS AASHTO SM-SC A-4 SM-SC A-4 SC A-4 SM A-4 SM A-5 SM A-6 SP A-1B SP A-1B SP-SM A-1B CLASIFICACION SUCS AASHTO CL A-6 CL A-6 CL A-6 CLASIFICACION SUCS AASHTO ML A-4 (4) ML A-4 (4) ML A-4 (4)

FRACCION DE MATERIAL (%) FINOS ARENA GRAVAS 17.04 29.11 53.85 18.91 28.17 52.92 20.77 27.24 51.99 20.67 24.12 55.21 22.48 23.29 54.23 23.13 22.83 51.85 23.61 30.93 45.46 25.30 30.08 44.62 26.77 29.65 43.58 5.06 29.03 65.91 7.09 28.41 64.50 9.03 27.82 63.15 FRACCION DE MATERIAL (%) FINOS ARENA GRAVAS 40.66 43.07 16.27 42.81 41.51 15.68 43.50 41.01 15..49 20.71 79.29 0.00 22.46 77.54 0.00 24.15 75.85 0.00 1.80 53.38 44.82 3.95 52.31 43.74 6.10 51.23 42.67 FRACCION DE MATERIAL (%) FINOS ARENA GRAVAS 78.96 21.04 0.00 79.65 20.35 0.00 80.30 19.70 0.00 FRACCION DE MATERIAL (%) FINOS ARENA GRAVAS 53.32 26.83 19.85 54.47 26.05 19.48 55.80 25.17 19.03

LL 18.85 32.19 34.33 35.52 16.34 21.05 25.77

LIMITES DE CONSISTENCIA (%) LP LC 11.69 22.17 24.45 25.62 NP NP 15.01 NP 19.29 NP

IP 7.16 10.02 9.89 9.90 NP 6.04 6.48

nat (%) 1.93

1.93

5.48

1.69

PROPIEDADES FISICAS DE ARENAS ESTABILIZADAS CON RBI-GRADO 81MuestraS-I

ADITIVO 0% 3% 4% 0% 2% 4% 0% 2% 4%

S-II

S-III

LL 23.99 28.20 27.39 NP NP NP NP NP NP

LIMITES DE CONSISTENCIA (%) LP LC IP 18.09 6.59 5.90 21.74 15.35 6.46 17.80 16.79 9.59 NP NP NP NP NP NP NP NP NP NP NP NP NP NP NP NP NP NP LIMITES DE CONSISTENCIA (%) LP LC IP 15.08 13.91 11.93 13.99 14.38 10.80 15.58 9.99 LIMITES DE CONSISTENCIA (%) LP LC -

nat (%) 0.13

8.36

1.82

PROPIEDADES FISICAS DE ARCILLA ESTABILIZADA CON RBI-GRADO 81MuestraC-I

ADITIVO 0% 2% 4%

LL 27.01 24.79 25.57

nat (%) 18.28

PROPIEDADES FISICAS DE LIMO ESTABILIZADO CON RBI-GRADO 81MuestraM-I

ADITIVO 0% 2% 4%

LL -

IP -

nat (%) 3.50

TABLA N 2 ENSAYOS DE PROCTOR Y CBR PARA GRAVAS ESTABILIZADAS CON RBI-GRADO-81Muestra ADITIVO 0% 2% 4% 0% 2% 4% 0% 2% 4% 0% 2% 4% CLASIFICACION SUCS GM GM GM GC GC GC GC GM GM GW - GM GP - GC GP - GC AASHTO A-1 B A-1 B A-1 B A-2-4 (0) A-2-4 (0) A-2-4 (0) A-2-4 (0) A-2-4 (0) A-2-4 (0) A-1 A A-2-4 A-2-4 PROCTOR MODIFICADO MDS (gr/cc) 2.26 2.14 2.15 2.10 2.10 2.09 2.03 2.01 1.95 2.25 2.08 2.04 OCH (%) 8.12 8.50 9.23 10.38 10.26 11.31 11.05 9.68 10.74 3.80 6.58 4.75 95% 20.7 104.6 116.6 7.6 33.5 200.0 18.0 96.1 164.1 63.6 148.0 387.0 CBR 98% 22.2 110.0 128.3 8.7 37.8 220.3 19.0 118.6 190.0 80.6 205.0 541.0 100% 23.3 124.1 140.6 9.4 40.4 235.2 22.2 132.3 209.0 91.4 208.0 630.0

G-I

G-II

G-III

G-IV

ENSAYOS DE PROCTOR Y CBR PARA ARENAS ESTABILIZADAS CON RBI-GRADO-81Muestra ADITIVO 0% 3% 4% 0% 2% 4% 0% 2% 4% CLASIFICACION SUCS SM-SC SM-SC SC SM SM SM SP SP SP-SM AASHTO A-4 A-4 A-4 A-4 A-5 A-6 A-1B A-1B A-1B PROCTOR MODIFICADO MDS (gr/cc) 1.98 1.97 1.94 2.07 2.08 2.04 2.06 2.09 2.07 OCH (%) 11.07 11.50 12.46 9.10 8.23 8.35 9.00 9.97 9.13 95% 49.4 87.9 96.0 23.7 150.8 229.0 42.9 90.9 144.4 CBR 98% 51.5 104.0 110.0 24.7 151.8 232.0 45.3 92.2 150.3 100% 53.1 114.2 130.0 25.5 151.6 232.0 46.3 93.1 154.0

S-I

S-II

S-III

ENSAYOS DE PROCTOR Y CBR PARA ARCILLAS ESTABILIZADAS CON RBI-GRADO-81Muestra ADITIVO 0% 2% 4% CLASIFICACION SUCS CL CL CL AASHTO A-6 A-6 A-6 PROCTOR MODIFICADO MDS (gr/cc) 2.01 2.05 1.94 OCH (%) 11.00 10.12 11.70 95% 18.2 90.0 83.8 CBR 98% 23.5 104.9 84.2 100% 26.9 114.3 84.4

C-I

ENSAYOS DE PROCTOR Y CBR PARA LIMOS ESTABILIZADOS CON RBI-GRADO-81Muestra ADITIVO 0% 2% 4% CLASIFICACION SUCS AASHTO ML A-4 (4) ML A-4 (4) ML A-4 (4) PROCTOR MODIFICADO MDS (gr/cc) OCH (%) 1.99 1.96 1.92 12.65 12.97 14.38 95% 24.7 58.7 69.0 CBR 98% 31.0 66.9 74.9 100% 36.0 72.9 78.7

M-I