tipos de mejoramientos de suelo

1. Fortaleza. Desempeño. Pasión.
© 2016 Holcim Ecuador S. A.
Soluciones para estabilización
de suelos con cemento
Mayor durabilidad en vías, Vías y Transporte, 2016-10-19

2. © 2016 Holcim Ecuador S. A.
Lograr un desempeño eficiente en las vías
Objetivo
Pavimento
Base
Sub Base
Sub rasante
Estructura del pavimento
Absorber las cargas verticales transmitidas por el
tráfico
Aportar al pavimento un cimiento uniforme y estable
Sub rasante
Absorber las cargas que transmite la estructura del
pavimento
Mayor durabilidad en vías, Vías y Transporte, Ing. Xavier Arce, 2016-10-19 2

3. © 2016 Holcim Ecuador S. A.
Fallas en pavimentos flexibles convencionales
Ahuellamiento de
subrasante.
ɛzsubrasante > ɛzadmisible
Mayor durabilidad en vías, Vías y Transporte, Ing. Xavier Arce, 2016-10-19 3

4. © 2016 Holcim Ecuador S. A.
Carpeta asfáltica: 10 cm
Base Granular
espesor: 20 cm
Sub Base
espesor: 25 cm
Mejoramiento
espesor: 30 cm
Subrasante CBR 4%
Mr (41 MPa)
Deformación característica del pavimento flexible: Alta
Base granular
Mayor durabilidad en vías, Vías y Transporte, Ing. Xavier Arce, 2016-10-19 4

5. © 2016 Holcim Ecuador S. A.
Carpeta asfáltica: 7.5 cm
Mejoramiento
espesor: 30 cm
Subrasante CBR 4%
Mr (41 MPa)
BEC f´c 4 MPa
espesor: 30 cm
• Ahorro $9 000 / km (10 m ancho)
• Esfuerzo del asfalto se reduce de 2 MPa a 0,5 MPa
La estabilización con cemento aumenta la durabilidad del
pavimento flexible
Base estabilizada
(BEC)
Mayor durabilidad en vías, Vías y Transporte, Ing. Xavier Arce, 2016-10-19 5

6. © 2016 Holcim Ecuador S. A.
A menos deformación
tendremos menores
esfuerzos de tracción de la
fibra inferior extrema del
del pavimento
Menor deformación - menor esfuerzo
Esfuerzo
Mayor durabilidad en vías, Vías y Transporte, Ing. Xavier Arce, 2016-10-19 6

7. © 2016 Holcim Ecuador S. A.
Reduce la fatiga en pavimentos rígido
Hormigón MR 4.5 MPa
(20 cm)
Mejoramiento
(30 cm)
Base granular
(20 cm)
Suelo CBR 4%
Mr (41 MPa)
Hormigón MR 4.5 MPa
(18 cm)
Mejoramiento
(30 cm)
BEC (15 cm)
Suelo CBR 4%
Mr (41 MPa)
σ = 2,3 MPa
σ = 1,9 MPa
Mayor durabilidad en vías, Vías y Transporte, Ing. Xavier Arce, 2016-10-19 7

8. © 2016 Holcim Ecuador S. A.
Reduce problemas de bombeo
Mayor durabilidad en vías, Vías y Transporte, Ing. Xavier Arce, 2016-10-19 8

9. © 2016 Holcim Ecuador S. A.
Reciclaje de rehabilitación de vías
Pavimento
deteriorado
150 mm
Existente
Mejoramiento
Pavimento
Mr 4.5 MPa
350 mm
Mejoramiento
Pavimento
Mr 4.5 MPa
320 mm
Mejoramiento
Mejoramiento
estabilizado con
cemento 200 mm
Sub base
200 mm
Propuesta
tradicional.
Propuesta
optimizada.
Mayor durabilidad en vías, Vías y Transporte, Ing. Xavier Arce, 2016-10-19 9
10 años
IP 6 %
Nivel freático

10. © 2016 Holcim Ecuador S. A.
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.
Ventajas del reciclaje profundo de pavimento existente vs.
nueva base convencional
Número de
viajes
79
4
Nuevo
material (t)
2.380
119
Distancia
recorrida (km)
3.173
1.190
Diesel (Gal) 159
59
Nueva Base
Reciclaje
Mayor durabilidad en vías, Vías y Transporte, Ing. Xavier Arce, 2016-10-19
10

11. © 2016 Holcim Ecuador S. A.
• 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%.
Ejemplo : camino lastrado, se puede ahorrar hasta 20% del
costo total usando Holcim Base Vial
Costos de Mantenimiento anuales
Sin costos de Mantenimiento
Método
Tradicional
Estabilizado
con Cemento
Lastre de río sin estabilizar
Costo de mantenimiento por 4 años
Lastre de río estabilizado con Base Vial
Costo de mantenimiento por 4 años
100%
80%
100%
Ahorro
Mayor durabilidad en vías, Vías y Transporte, Ing. Xavier Arce, 2016-10-19
11

12. © 2016 Holcim Ecuador S. A.
• 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%
Reduce el costo de mantenimiento de vías lastradas
Mayor durabilidad en vías, Vías y Transporte, Ing. Xavier Arce, 2016-10-19 12

13. © 2016 Holcim Ecuador S. A.
Ejemplos de Aplicación Mayo 2015
Guayas - Milagro - Lorenzo de Garaicoa - La playita
Mayor durabilidad en vías, Vías y Transporte, Ing. Xavier Arce, 2016-10-19 13

14. © 2016 Holcim Ecuador S. A.
Un año después estabilización con cemento con doble riego
Vía estabilizada con cemento Mayo 2016
Vía sin estabilizar
Mayor durabilidad en vías, Vías y Transporte, Ing. Xavier Arce, 2016-10-19 14

15. © 2016 Holcim Ecuador S. A.
• 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
Materiales para suelo estabilizado con cemento
Mayor durabilidad en vías, Vías y Transporte, Ing. Xavier Arce, 2016-10-19 15

16. © 2016 Holcim Ecuador S. A.
• Cilindros curados en laboratorios ensayados a 7 días
• Tiempo de trabajo requerido: aprox. 4 horas
Mayor tiempo trabajabilidad
Cemento
Cemento Base
Vial Tipo MH
Mayor durabilidad en vías, Vías y Transporte, Ing. Xavier Arce, 2016-10-19 16

17. © 2016 Holcim Ecuador S. A.
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 suelo-
cemento secado al horno.
Mayor durabilidad en vías, Vías y Transporte, Ing. Xavier Arce, 2016-10-19 17

18. © 2016 Holcim Ecuador S. A.
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
558.
Propiedades del suelo estabilizado con cemento
Mayor durabilidad en vías, Vías y Transporte, Ing. Xavier Arce, 2016-10-19 18

19. © 2016 Holcim Ecuador S. A.
Gradación para Agregados (PCA)
Mayor durabilidad en vías, Vías y Transporte, Ing. Xavier Arce, 2016-10-19 19

20. © 2016 Holcim Ecuador S. A.
• 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.
Propiedades del suelo estabilizado cemento
Mayor durabilidad en vías, Vías y Transporte, Ing. Xavier Arce, 2016-10-19 20

21. © 2016 Holcim Ecuador S. A.
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.
Propiedades del suelo estabilizado con cemento
Tipo de Suelo
Resistencia a la compresión especímenes saturados, *
(kg/cm2)
7 días 28 días
Suelos de arena y grava:
AASHTO grupos A-1,A-2,A-3
Grupos unificados GW, GC,
GP, GM, SW, SC, SP, SM
21 – 42 28 - 70
Suelos limosos
AASHTO grupos A-4 y A-5
Grupos unificados ML y CL
18 – 35
21 - 63
Suelos arcillosos
AASHTO grupos A-6 y A-7
Grupos unificados MH y CH
14 – 28 18 - 42
Mayor durabilidad en vías, Vías y Transporte, Ing. Xavier Arce, 2016-10-19 21

22. © 2016 Holcim Ecuador S. A.
Reducción del índice de plasticidad
0
2
4
6
8
10
12
0 24 48 72
Indice
de
Plasticidad
(%)
Tiempo (Horas)
Indice de Plasticidad
Suelo con 1 % Cemento Base Vial
Tipo MH
Suelo Sin Cemento
Al segundo día el suelo se hace No Plástico, debido a las propiedades hidráulicas del
cemento Base Vial Tipo MH.
N/P N/P
Mayor durabilidad en vías, Vías y Transporte, Ing. Xavier Arce, 2016-10-19 22

23. © 2016 Holcim Ecuador S. A.
Reducción de la permeabilidad
0
50
100
150
0 2 4 6 8
Permeabilidad
cm/s
*
10
-6
Edad (Días)
Permeabilidad en el tiempo
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
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.
Suelo sin cemento
Suelo sin cemento
Suelo sin cemento
Mayor durabilidad en vías, Vías y Transporte, Ing. Xavier Arce, 2016-10-19 23

24. © 2016 Holcim Ecuador S. A.
Falta de curado
Mayor durabilidad en vías, Vías y Transporte, Ing. Xavier Arce, 2016-10-19 24

25. © 2016 Holcim Ecuador S. A.
Falta de curado
Peladuras superficiales promedio de 1 cm de espesor
Mayor durabilidad en vías, Vías y Transporte, Ing. Xavier Arce, 2016-10-19
25

26. © 2016 Holcim Ecuador S. A.
Adecuado curado y sellado
Peladuras superficiales promedio de 1 cm de espesor
Mayor durabilidad en vías, Vías y Transporte, Ing. Xavier Arce, 2016-10-19
26

27. © 2016 Holcim Ecuador S. A.
Curado = mantener la humedad de la mezcla
Peladuras superficiales promedio de 1 cm de espesor
Mayor durabilidad en vías, Vías y Transporte, Ing. Xavier Arce, 2016-10-19
27

28. © 2016 Holcim Ecuador S. A.
Procedimiento 1: material a estabilizar importado
Mayor durabilidad en vías, Vías y Transporte, Ing. Xavier Arce, 2016-10-19
28

29. © 2016 Holcim Ecuador S. A.
Procedimiento 2: material a estabilizar del sitio
Daule Boca de Piñas 2015
Mayor durabilidad en vías, Vías y Transporte, Ing. Xavier Arce, 2016-10-19
29

30. © 2016 Holcim Ecuador S. A.
Aplicación del cemento Tipo MH
Mezclado
Mayor durabilidad en vías, Vías y Transporte, Ing. Xavier Arce, 2016-10-19
30

31. © 2016 Holcim Ecuador S. A.
Mezcla con recuperadora de asfalto
Cervecería Nacional 2014
Rendimiento 500 m x 7.5 m x 0.20 m en 8 horas
Mayor durabilidad en vías, Vías y Transporte, Ing. Xavier Arce, 2016-10-19
31

32. © 2016 Holcim Ecuador S. A.
Habilitación emergente del ingreso Centro de Acopio Pifo
Daule Boca de Piñas 2015
Mayor durabilidad en vías, Vías y Transporte, Ing. Xavier Arce, 2016-10-19
32

33. © 2016 Holcim Ecuador S. A.
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
Procedimiento de la mezcla en sitio
20/10/2016
Mayor durabilidad en vías, Vías y Transporte, Ing. Xavier Arce, 2016-10-19 33

34. © 2016 Holcim Ecuador S. A.
El reciclaje ahorró 20 % respecto al costo del cambio de
suelo
Judicatura 2015
Cimentación Quito 2015
Mayor durabilidad en vías, Vías y Transporte, Ing. Xavier Arce, 2016-10-19
34

35. © 2016 Holcim Ecuador S. A.
Rendimientos en 7,5 m de ancho de vía
https://www.youtube.com/watch?v=vGyIcR1GP3g
Tipo de
equipos
Motoniveladora Voguele Recuperadora Pulvimixer Rodillo Tanquero Rendimiento
m / 8 horas
1 X X X 200
2 X X X 300
3 X X X 500
4 X X X 1000
Mayor durabilidad en vías, Vías y Transporte, Ing. Xavier Arce, 2016-10-19
35

36. © 2016 Holcim Ecuador S. A.
Aplicaciones de estabilización con cemento
Vía al PAN 2002
Las Iguanas 2012
Holcim Pascuales 2012
Metro de Quito 2013 Lateral Milagro 2014 Planta cemento Holcim 2014
Picoazá 2012
Jipijapa-La Cadena 2009
Cuenca 1995
20 años
13 años
Mayor durabilidad en vías, Vías y Transporte, Ing. Xavier Arce, 2016-10-19 36

37. © 2016 Holcim Ecuador S. A.
Aplicaciones de estabilización con cemento
El Salado 2015
Judicatura 2015
Machala 2015
Villas del Bosque 2015
San Placido 2015
Parquero UDLA 2014
Av. El Ciclista 2015
Posorja 2014
La Playita 2015
Mayor durabilidad en vías, Vías y Transporte, Ing. Xavier Arce, 2016-10-19
37

38. © 2016 Holcim Ecuador S. A.
Durán Ampliación a 10 carriles
10 años
Mayor durabilidad en vías, Vías y Transporte, Ing. Xavier Arce, 2016-10-19
38

39. © 2016 Holcim Ecuador S. A.
Machala - Ciudadela Velasco Ibarra
16 años
Mayor durabilidad en vías, Vías y Transporte, Ing. Xavier Arce, 2016-10-19
39

40. © 2016 Holcim Ecuador S. A.
Pavimento de hormigón con base estabilizada
Peladuras superficiales promedio de 1 cm de espesor
Guayaquil Ciudadela Santa Leonor
Mayor durabilidad en vías, Vías y Transporte, Ing. Xavier Arce, 2016-10-19
40

41. © 2016 Holcim Ecuador S. A.
Ruta Sigchos Chugchilan
Peladuras superficiales promedio de 1 cm de espesor
Mayor durabilidad en vías, Vías y Transporte, Ing. Xavier Arce, 2016-10-19
41

42. © 2016 Holcim Ecuador S. A.
Contraste entre estabilizado y no estabilizado
Base
estabilizada
con cemento.
Campamento Choazaló
con vía de ingreso no
estabilizada.
Sigchos - Chugchilan Vía estabilizada con cemento
Mayor durabilidad en vías, Vías y Transporte, Ing. Xavier Arce, 2016-10-19
42

43. © 2016 Holcim Ecuador S. A.
Bodegas del Puerto Marítimo de Guayaquil
Mayor durabilidad en vías, Vías y Transporte, Ing. Xavier Arce, 2016-10-19
43

44. © 2016 Holcim Ecuador S. A.
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.
Mayor durabilidad en vías, Vías y Transporte, Ing. Xavier Arce, 2016-10-19
44