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ESTABILIZACION DE
MATERIALES PARA CAPAS DE
BASE
Tabasco
29 Marzo 2012
EXPOSITOR: ING. VICTOR CINCIRE
Problemática
Carreteras deterioradas por:
•Vida útil excedida, sobrecargas,
altas presiones de inflado
•Uso de materiales y procedi-
mientosinadecuados
•Técnicas de mantenimiento deficientes con
aplicaciones fuera de tiempo
SITUACION
•México necesidades:
•Actualizar Carreteras a estándares
requeridos
•Promover el uso adecuado de reciclados
•Análisis e implementación de nuevas
Tecnologías
PAVIMENTOS
•Un pavimento es un conjunto de capas de material
compactado, diseñado para resistir los esfuerzos
impuestos por el tránsito (calidad estructural) y
proporcionar una superficie de rodamiento cómoda,
segura y económica (calidad funcional).
Enunpavimentoflexibleeslacapasobrelaqueseconstruye
lacarpeta
asfálticaócapaderodadura.Debidoasuproximidadconlasuperficie,debe
poseeraltaresistenciaaladeformaciónpara
soportarlasaltaspresiones
querecibe.
Seconstruyeconmaterialesgranularesprocesadosoestabilizadosy,
eventualmente,conalgunosmaterialesmarginales.
CAPA DE BASE
Propiedades de los materiales granulares
para bases
Estabilidady densidad
•Los materiales granulares usados para base
deberán poseer una adecuada estabilidad por
trabazón mecánica, de manera que soporten los
esfuerzos de las cargas a los que serán
sometidos.
•Depende de la granulometría del material, forma
de la partícula, fricción interna y cohesión.
Requisitos de los
agregados para
bases granulares
(Normativa SCT)
Estabilización de bases (tratam
iento)
Esel procesode modificación de algunas de las
características físicas del material, mejorando su
comportamiento mecánico y/ó hidráulico,
mediante un tratamiento químico ó mecánico.
El tratamientoquímicoconsisteen combinary
mezclarmaterialesestabilizadores(aditivos) con
agregadosgranularesparamejorarpropiedades
comogranulometría, estabilidad, resistencia,
cohesión
y permeabilidad.
¿Porqué estabilizar?
•Mejorar la calidad y propiedades de la base
•Usar materiales locales disponibles
•Mejorar su durabilidad
•Reducir el espesor
•Facilitar la construcción
•Reciclado de pavimentos existentes para su uso
en bases (recuperación a profundidad)
¿Porqué estabilizar?
Base no estabilizada
Base estabilizada
Tipos de estabilización
Tipo de estabilización
Estabilizador:
Mecánica
Granulometría,trituración
Química
Agentesestabilizadores
Materiales usados
•Cemento portland
•Emulsión asfáltica
•Cal
•Cenizas volantes (residuo de la combustión de
carbón mineral generado en plantas
termoeléctricas)
•Combinación de las anteriores
•Espuma asfáltica
Uso de agentes estabilizadores
2%
5%
6%
11%
16%
20%
40%
0%
5%
10%
15%
20%
25%
30%
35%
40%
45%
Asfalto
espumado
Ceniza
volante
Otros (Kiln
dust /
CaCl2)
Cal
Emulsion
Cem
ento
Ninguno
(seco)
Source: Portland Cement Association Market Research Report, 2003
Estabilización química (Norma SCT)
LIGANTE
BENEFICIO
DOSIFICACION
1.- Materiales modificados
a) Con cal
Disminuir plasticidad y/o efecto de materia orgánica en
suelos
2 a 3%
b) Con cemento
Pórtland
Disminuir plasticidad y/o incrementar resistencia
3 a 4%
2. Materiales estabilizados
c) Con Emulsión ó
asfalto rebajado
Mejorar comportamiento y disminuir el efecto de la
plasticidad
3 a 4% de
contenido de
asfalto
d) Con cemento
Pórtland
Incrementar resistencia y rigidez reduciendo el efecto
de la fatiga sobre la carpeta asfáltica o mejorando el
apoyo de las losas de concreto hidráulico.
8 a 10%
3.- Bases asfálticas (negras)
Con cemento
asfáltico ó emulsión
asfáltica
Obtener una capa de concreto asfáltico magro
4 a 5% de
contenido de
asfalto
4.- Base de concreto hidráulico magro o de baja resistencia
Con cemento
Pórtland
Incrementar resistencia y rigidez, transformando un
pavimento flexible en uno rígido
> 10%
Parám
etros de diseño(Norma SCT)
TIPO DE MEZCLA
CARACTERISTICAS
Modificadas con cemento
pórtlandó cal
Material por modificar:Cumplirá los requerimientos de granulometría para base hidráulica y con el
contenido de materia orgánica solicitados.
Modificador:Cumplirá los requerimientos para cal ó cemento Pórtland
Material modificado:Cumplirá LL,IP, Equiv. De arena, CBR y desgaste de los Angeles, de los
materiales para bases hidráulicas
Estabilizadas con
cemento Pórtland
Material por estabilizar: Cumplirá los requerimientos de granulometría para base hidráulica y
contenido de materia orgánica.
Estabilizador:Cumplirá los requerimientos para cemento pórtland
Material estabilizado:Compresión simple a 28días>25 kg/cm2. Compactación al 100% de AASHTO
modificada.
En el caso anterior también se podrá utilizar cal cuando así lo indique el proyecto o la secretaría
Mezclas asfálticas
Material por mezclar:
Para estabilizaciones: Cumplirá los requerimientos de granulometría para base hidráulica y
contenido de materia orgánica. Desprendimiento por fricción < 25%, cubrimiento por el método
inglés>90%.
Para bases asfálticas: Cumplirá los requerimientos para bases asfálticas
Producto:Cumplirá los requerimientos para cemento asfáltico, emulsión asfáltica ó asfalto
rebajado.
Material mezclado:
Para Estabilizaciones: Materiales finos no plásticos: Estabilidad > 0.64 Knewton
Materiales finos plásticos: Estabilidad > 180 kg. Estos procedimientos de prueba no se incluyen en
la norma actual. Compactación al 100% de AASHTO modificada.
Para bases asfálticas: Requerimientos Marshall y pérdida de estabilidad por inmersión en agua, lo
que indique el proyecto o la Secretaría. El procedimiento de prueba Marshall no se incluye en la
norma actual.
Concreto hidráulico de
baja resistencia
Material por mezclar:Cumplirá los requerimientos de base de concreto magro
Producto:Cumplirá los requerimientos para cemento pórtland
Material mezclado:Compresión simple a 28días de 150 a 200 kg/cm2. Compactación al 100% de
AASHTO modificada.
GUIA PARA LA SELECCIÓN DEL
ESTABILIZADOR
SUCS
GW
GP
GM
GC
SW
SP
SM
SC
ML
CL
OL
MH
CH
AASHTO
A-1-a
A-1-a
A-1-b
A-1-b
ó A-2-6
A-1-b
A-3 ó
A-1-b
A-2-4 ó
A-2-5
A-2-6 ó
A-2-7
A-4 ó
A-5
A-6
A-4
A-5 ó
A-7-5
A-7-6
Emulsión funcionalizada
FDR/GBS mejor si
EA >30 y P200 < 20*
Asfalto Espum
ado
P200: 10 a 20% y graduación de
máxima densidad
Cem
ento Pórtland
Indice plástico<10
Cal
IP>10 y P200<25 ó IP 10-30 y
P200>25, SO4 en arcilla <3000
ppm
Aditivo
Tipos de agregados
generalmente factibles
Beneficios
Dosificacione
s típicas
Cemento
Portland
(generalmente
tipo III y algunas
veces tipo II)
Agregados bien
graduados consuficiente
cantidad de finos
Aumento en la resistencia
2-3% Agregado
grueso
6-15%
Agregado fino
Cal
Agregados de plasticidad
media a alta
Decrecela plasticidad,
incrementa la
trabajabilidad, disminuye
el daño por humedad
2%
Modificación
3-6%
Estabilización
Asfalto
Arenas limosas
Materialgranular
Impermebiliza,disminuye
el daño por humedad,
aumenta resistencia y
cohesión
2-4% Agregado
grueso
4-6% Agregado
fino
Ceniza volante
+cal
Agregados sin finos
Mejorade granulometría y
resistencia
10-20% ceniza
3-5% cal
Estabilización con emulsión
•Se forma un enlace químico entre el asfalto y el
agregado promovido por el emulsificante
•El agregado es cubierto con asfalto de tal forma
que disminuye la penetración del agua
•En materiales no cohesivos, provee adherencia
•Incrementa la resistencia y la cohesión
TENDENCIAS EN
ESTABILIZACIONES CON
EMULSIONES ASFALTICAS
Necesidad
Solución
Base, requieremayor
resistencia, adhesión
Carpeta
6-10 plgbase
estabilizadacon
emulsiónfuncionalizada
Subbase
Suelo
Base e
sta
bil
izad
aco
n
em
uls
ión
BE
E
Diseño de la mezcla
•Se requiere diseño de mezcla antes de empezar
cada proyecto
•Considerar los siguientes factores:
–Trabajabilidad
–Resistencia
–Cohesión
–Daños por humedad
–Durabilidad
Estimación de períodos de curado
Diseño
Propiedades físicas de los agregados
Contenido óptimo de humedad
Determinación contenido de asfalto óptimo
Pruebas de desempeño
Propiedades del
agregado
Material de aporte:
Los mismos requisitos de
base hidráulica
Granulometría:
La misma de bases hidráulicas
Contenido óptimo de humedad
•Método Proctor
126.0
126.5
127.0
127.5
128.0
128.5
129.0
129.5
130.0
130.5
131.0
4.0%
4.5%
5.0%
5.5%
6.0%
6.5%
7.0%
7.5%
8.0%
8.5%
9.0%
9.5%10.0%10.5%11.0%
Pesos Volumétricos Kg/m3
Contenido de Humedad
Pesos volumétricos Vs Contenidos de humedad
65% del contenido óptimo de humedad OMC
Tipos de emulsiones
•Rompimiento medio
•Rompimiento lento
•Funcionalizadas
Probar al menos 4 contenidos de emulsión
Emulsiones funcionalizadas
Formuladaspara:
•Rompimientoquímico/Sin solvente
–Fraguadoen menortiempo
–Mejoramientoen adherenciay cubrimiento
–Resistencia al dañoporhumedad
–Trabajabilidad
Emulsion funcionalizada
Formuladapara:
•Alto contenidode asfalto
–Buena dispersión con un
alto espesor de película
–Durable
–Flexible
•Especificacióndel liganteen
funcióndel clima
•Emulsióndiseñadapara
cadaproyectoparticular
Diseño de la mezcla
Resistencia al agrietam
iento
térmico
TensiónIndirecta(IDT)
AASHTO T 322
Indicadorrelativo
de la
resistenicaa la fatigao
deflexión/cargaaplicadapara
el diseñoestructural
Modulo resiliente
ASTM D4123
Confiabilidad
Construction & QA/QC
Requirem
ents
Resistencia la dañopor
humedad
Fuerzaretenida(TSR)
ASTM D4867
Determinarsise presentaun
curadorápido
Cohesióna cortoplazo
CohesiometerASTM D1560
Parametrode desempeño
Criterio
Valores requeridos de diseño
Propiedad
Criterio
Compactación en giratorio, 1.25°angle, 600 kPa, giros
30
Cohesión temprana
Cohesiometromodificado, ASTM D 1560-92), g 25mm de ancho
150 min.
Tensión indirecta acondicionada (TSR)
ASTM D 4867
40 min.
Modulo resiliente, ASTM D 4123, 25°C
1200MPa
P200 < 10%
Valores requeridos de diseño
Propiedad
Criterio
Compactación en giratorio, 1.25°angle, 600 kPa, giros
30
Cohesión temprana
Cohesiometromodificado, ASTM D 1560-92), g 25mm de ancho
150 min.
Tensión indirecta acondicionada (TSR)
ASTM D 4867
40 min.
Modulo resiliente, ASTM D 4123, 25°C
1000MPa, mín.
P200 > 10%
Prueba de tensión indirecta AASHTO T-283
Esfuerzo de Tensión de las pastillas no acondicionadas,
Kg/Cm2
3.2
Mín
Esfuerzo de Tensión de las pastillas acondicionadas,
Kg/Cm2
1.8
Mín
% de em
ulsión
utilizada
Esfuerzo de
Tensión de las
pastillas no
acondicionadas,
Kg/Cm2
Esfuerzo de
Tensión de las
pastillas
acondicionada
s, Kg/Cm2
% TSR
% Vacíos
Gravedad Específica
máxima de la mezcla
no compactada
319.7
11.6
59%
16.6
2.473
Con 1% pc
Con 1% pc
424.5
11.6
47%
14.5
2.430
Con 1% pc
534.6
13.4
39%
13.1
2.402
Con 1% pc
Cohesióntemprana, 1hr, kg
Raveling
Contenidode
cemento
Contenido de
cemento
Contenidode
emulsión
Estabilidad,
kgContenidode
emulsión
% de desgranam
iento
3% emulsión
1%1675
3% emulsión
1%Desgranada
4% emulsión
1%1650
4% emulsión
1%5.0
5% emulsión
1%1450
5% emulsión
1%5.6
4% emulsión
0%1225
4% emulsión
0%Desgranada
5% emulsión
0%1525
5% emulsión
0%Desgranada
Referencia
Procesode construcciónparabases
recuperadas
1.Si se requierePre-perfilary compactar
ligeramenteantes de la estabilizacióny
compatación
–Corregirel perfil(pendientetransversal y
corona)
–Ayudaa mantenerla profundidadconsistente
y mayor aproximaciónen lasdosificaciones
de la emulsión.
Procesoconstructivo
2.Ajustedel contenidode humedad,
estabilizacióncon la emulsiónde diseñode
15-20 cm de espesor
3.Compactación
•Compactadorpatade cabra
•Conformaciónparaborrarlasmarcasdel rodillopatade
cabray nivelarsuperificie
•Compactaciónfinal-rodilloy/o
4.Colocaciónde la carpetao capade rodadura
1. Preperfilado
2. Ajuste de la humedad
De acuerdo al diseño y resultados del laboratorio
de control de calidad
•Adición de agua ó
•Pérdida de humedad
2. Adición de la emulsión/mezclado
Recicladora (FDR)
Mezclado en el lugar
mezclador rotatorio
múltiple
3. Compactación
Compactación profunda
(rodillo pata de cabra)
•Lograunamejorcompactación
en la parte inferior de la capa
•Alta amplitud/ bajafrecuencia
•Ejemplos:
–CAT CP 563C or
563D (rounded pads)
–Hamm and Hypac
–SuperPac(34,000 lb)
–Hyster(28,000 lb)
3. Compactación
Conformación
•Eliminar las marcas
•Nivelar la superficie
3. Compactación
•Compactación y
apariencia final
•Compactadorneumático
–20-ton mínimo
–90 psi presión
•Compactacióncon
rodillovibratorio
–10-ton mínimo
–Baja amplitud/ alta
frecuencia
4. Despuésde la estabilización
Segúnlos requerimientos
•Capacidad Estructural
–Tráfico
–Niveles de carga
•Clima
•Riegode sello
al menos
Riego de sello
Carpetade HMA
Muestreo
en cam
po-Control de calidad
•Especificarlaspruebas& frecuencia&
requerimientos
–Contenidode humedad
–Profundidad
–Tamañomáximo
–Contenidode emulsión
–Compactación
–Densidadobjetivo(Proctor)
–Aperturaal tránsito
Proyectos: Estabilizaciónde bases
Proyectos
•Colorado
•Georgia
•Illinois
•Missouri
•Minnesota
•Nebraska
•Texas
•Oklahoma
Illinois
Minnesota
Georgia
Beneficios
PROPIEDADES DE LAS BASES ESTABILIZADAS
CON EMULSION FUNCIONALIZADA
•Mezcla flexible, resistente a las roderas y con mejores
propiedades al agrietam
iento.
•Adecuada resistencia a los esfuerzos de tensión
repetidos
•Menor susceptibilidad a daños por humedad.
•Increm
ento acelerado de su resistencia, pueden ser
abiertas más rápido al tránsito.
•Se increm
enta su capacidad estructural, requiriéndose
menores espesores de capa.
Beneficios
Mejoramiento temprano de la resistencia
–Compactacióninmediata
–Aperturaal tráficousualmenteel mismodía
•Mástiempo, dependiendodel tráficode los
camionesy la resistenciade la capasubyacente
–Aplicaciónde la siguientecapaen 1-2
semanas(o antes)
•Dependedel climay humedad
–AumentoResistencia en secoy húmedo
–Incrementode la capacidadestructural
•Puedereducirel espesorde la capa
Beneficios
Excelente cubrimiento
–Mejorcubrimiento
quelas
emulsiones
convencionales
Tra
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a
•Mismoagregado
•Mismo contenido de
asfalto
Beneficiosestructurales
•Incrementael coeficienteestructural
•El coeficienteestructuraldependede:
–Cantidadde finsoPasamalla#200
–Angularidaddel material existente
RESISTENCIA ESTRUCTURAL DE LA MEZCLA
RECUPERADA
Existing Road Material
Base Treatment
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High Quality Ag
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Material existente en la carretera
Tratamiento de la base
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Agr. Alta Calidad
Alto RAP
Agr. Med Calidadl
Med. %
Finos
Agr. Redond.
Alto % finos
Muy
sucio
Equivalencias
estructurales
Efectodel coeficientecomparadocontra otrasalternativas
•For SN of 1.0, Base tratadacon cemento
(CTB) coeficiente0.14 = 7 plgespesor
•For SN of 1.0, Base estabilizadacon
emulsiónfuncionalizada(GBS),
coeficiente0.18 = 5.5 plgespesor
•For SN of 1.0, recuperacióna
profundidad(FDR) con emulsion
funcionalizada, coeficiente0.25 = 4 plg
espesor
NS=1
CTB
NS=1
EngineeredFDR
NS=1
EngineeredGBS
*Portland Cement Association literature
NS: número estructural
Resistencia estructural
•La resistenciase
desarrollacon el tiempo
•Desarrollaunarápida
resistenciapara
soportarel traficoy un
rápidocurado
Generalized Modulus Curve for
Engineered FDR
0
50
100
150
200
250
050
100
150
200
Days since construction
In-place
FDR
modulus,
ksi
Note: Actual
values will vary by
project.
Ov
erl
ay
or
se
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to
14
da
ys
Estabilizador zeolíticode suelos
•Se usa en el estado de Tabasco para capas de base
•Se promueve como mejorador de características de
los agregados en capas de base (resistencia y
susceptibilidad a la humedad) combinado con
cemento portland
•No hay estudios que respalden estos beneficios
•Las dosificaciones de CP recomendadas son del
orden del 8 al 10%. Estos porcentajes provocan bases
rígidas que pueden provocar agrietamientos reflexivos
en la carpeta asfáltica.
Estabilizador zeolíticode suelos
•Se maneja que una de las ventajas más sobresalientes del
Aditivo Zeoliticoen la estabilización de suelos, es el uso de
materiales del mismo lugar de la obra, sin tener que importarlos
para disminuir costos por transporte durante la construcción, lo
cual para el caso de capas de base no aplica, ya que los
agregados se transportan de los bancos de materiales que
presentan buenas características para ser utilizados en dichas
capas.
•Con el uso del Aditivo Zeoliticoel procedimiento constructivo es
más complicado que con el uso de emulsiones asfálticas, ya
que primero se debe humedecer la arena, posteriormente
adicionar el cemento portland y tratar de homogenizarlo, lo cual
hasta la fecha no se realiza satisfactoriamente, posteriormente
incluir el Aditivo Zeoliticoy esperar a que disminuya la humedad
de la mezcla para realizar la compactación.
Estudio comparativo: estabilizador
zeolíticode suelos vs emulsión asfáltica
•Para el estudio se utilizó arena del banco el Desecho,
material que fue usado para la estabilización con Aditivo
Zeoliticoen una de la obras ejecutadas en Tabasco, en el
año 2011.
•Los costos de referencia utilizados corresponden a los costos
promedio que se tenían durante la ejecución de la obra.
Ba
nco
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IVO
Pastillas con aditivo
Zeolítico
Resultados del estudio
•Conelusode0.1%(1.55kg/m3)deAditivoZeolíticoy8%decemento
portland,la
mezclapresenta
unaaltarigidez.Elcosto
deutilizarestosporcentajesdeambos
materialesesalto:$664.95/m3deagregado.
•Alutilizar0.3%
(4.65kg/m3)deAditivoZeolíticoy8%
decemento
portland,se
observaquelamezclaseflexibiliza,pero
elcosto
esmuyalto:$1,994.85/m3de
agregado
•Utilizar3.0%
(46.5kg/m3)deemulsióntieneunefecto
similaral0.3%delAditivo
Zeolítico,sobre
larigidezprovocadaporel8%
decemento
portland,pero
conun
costosustancialmentemenor:$372.0/m3deagregado.
•Utilizar5.0%
(77.5
kg/m3)deemulsión,sin
cemento
portland,le
confiere
buenas
propiedadesalamezcla,conundesgranamientomuybajoprovocadoporelpasode
losvehículos,comparadoconlosotroscasosenquela
mezcla
sedesgrana
totalmente.Elcostoessimilaralindicadoenelprimerpunto($620/m3).Noobstante,
seobservaunincrementoenlapérdidadeestabilidadporinmersiónenagua,loque
sepuedesubsanarconunareformulacióndela
emulsiónasfálticay/óelusode
cementoportland.
Modulo resilenteMr
•El módulo resilentees un estimado del modulo
de elasticidad que se basa en determinaciones
de esfuerzos y deformaciones bajo cargas
rápidas (como las que ocurren en el pavimento)
•El módulo resilenteno es una medida de la
resistencia del material, por cuanto éste no se
lleva a rotura en el ensayo sino que recupera su
forma original
Relación de Poisson
•Es la relaciónentre lasdeformaciones
transversalesy longitudinalesde un especimen
sometidoa carga
•Los materialesmásrígidospresentanmenores
relacionesde Poisson
Relación de Poisson
Muestra en estado
original
Muestra sometida a
compresión
Módulos de elasticidad típicos
Tipo de material
Rango (Mpa)
Valortípico
Base tratadacon emulsión
500-3000
1000
Base tratadacon cemento
3500-7000
5000
Basegranular
100-350
200
Relación de Poisson(µ)
Tipo de material
Rango
Valortípico
Base tratadacon emulsión
0,15-0,45
0,35
Base tratadacon cemento
Suelo granular
Suelo fino
0,10-0,20
0,15-0,35
0,15
0,25
Basegranular
0,3-0,4
0,4
CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES
•Eluso
combinado
de
agentes
estabilizadores
puede
incrementarelbeneficio
en
eldesempeño
de
lacapa
estabilizada.
•Lasmezclasrecuperadasconaltosporcentajesdecemento
Pórtlandsonmuyrígidasysusceptiblesalagrietamiento.Porlo
quesedebeconsiderarelusodecapasintermediaspara
mitigarelagrietamientoporreflexiónycarpetasestructurales
conasfaltomodificadoygranulometríasgruesas.
•Lascondicionesexistentesdelpavimento,unadecuado
proceso
de
diseño,la
correcta
selección
delligante
ó
estabilizadoryun
buen
procedimiento
constructivo
son
fundamentalesparaeléxitodelaaplicación.
CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES
•Esconveniente
complementarla
normativaactualSCTde
acuerdo
ala
tendencias
internacionales
yexperiencias
locales.
•Laseleccióndelligante
óestabilizadordebehacersede
acuerdoalascaracterísticasdelmaterialporestabilizar,
disponibilidaddelosestabilizadores,costosasociadosy
características
deseadas
del
pavimento
recuperado
(capacidadestructural)
•Elrecicladoofrecesignificativosahorrosdeenergía,de
materiales
no
renovables
yde
los
fondos
económicos
destinadosalaconservacióndecarreteras,contribuyendoa
susustentabilidad.
Gracias. www.semgrouplp.com
