Utilización de residuos de la agroindustria en obras viales

*Por el Dr. Ing. Enrique Quintana Crespo, Dirección Provincial de Vialidad de Córdoba, Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales, Universidad Nacional de Córdoba, Córdoba, Argentina.

INTRODUCCIÓN

Las cenizas que se obtienen por la incineración de cáscaras de maní presentan propiedades puzolánicas que las hacen adecuadas para su uso como ligantes en mezclas con suelo y cal, y como aditivos puzolánicos del cemento portland (Quintana Crespo et al, 2016).
Los residuos agroindustriales que se generan por la producción de maní en la provincia de Córdoba (Cosecha 2014 – 2015: 1,27 millón de tn., según Informe de la Bolsa de Cereales, en La Voz, 2015), se vienen utilizando como combustible de calderas industriales. De este último uso, queda como desecho la ceniza que constituye entre el 2 y el 5% en peso de las cáscaras utilizadas como combustible. Una caldera cascarera que abastece vapor de agua y parte de la demanda eléctrica de una planta aceitera, utiliza 450 a 500 tn por día de cáscara, que producen de 10 a 25 tn por día de cenizas (Kreiker et al., 2012).

RESIDUOS DE LA AGROINDUSTRIA

Los resultados de ensayos de laboratorio llevados a cabo sobre cenizas de cáscaras de maní calcinadas en laboratorio y otras provenientes de procesos industriales han sido detallados en la referencia ya citada (Quintana Crespo et al, 2016), donde se concluye sobre las ventajas del uso de estos materiales para la construcción de capas estabilizadas para uso vial. Estas ventajas son de tipo ambiental y económicas.
En el presente trabajo se describen los resultados del tramo experimental llevado a cabo en “Playa de Camiones” de una firma aceitera del interior de la provincia de Córdoba.
En una primera etapa, la mesa de trabajo se construyó con 10,00 m. de ancho y 190 m. de largo, en cuatro canchas: Cancha 1 (190 m x 10 m), Cancha 2 (190 m x 10 m), Cancha 3 (190 m x 10 m), Cancha 4 (190 m x 10 m) y Cancha 4.5 (190 m x 5 m). La superficie total trabajada fue de 190 x 45 m = 8550 m² (Ver Figura 1).

El paquete estructural se conformó con dos capas de mezcla estabilizada, de 0,15 m de espesor cada una, compuestas por 75% de suelo seleccionada de la zona, 25% de ceniza y 5% de cal.
De acuerdo a las características del suelo de la subrasante, esta fue compactada sin agregado de cal, ya que la humedad y condiciones de plasticidad se consideraron adecuadas.
Sobre la subrasante compactada se ejecutó la primera capa estabilizada de 0,15 m de espesor. Una vez compactada se llevó a cabo una segunda capa de igual espesor. La segunda capa se mantuvo en curado mediante una capa de triturado basáltico 0-20.
Los tramos finalizados permanecieron sin tránsito pesado durante 7 días, efectuándose el riego para humedecer la capa de 0-20 con equipos livianos.

CONTROL DE COMPACTACIÓN Y CEMENTACIÓN DE LA MEZCLA

Las capas de suelo-ceniza-cal se analizaron en laboratorio mediante el ensayo de Proctor a fin de obtener los valores de Densidad Máxima = 1,373 gr/cm3 y Humedad Óptima = 26%.
Los controles de densidad en el tramo experimental se efectuaron mediante el método de la arena y de hinca dinámica de cono (DCP) y arrojaron los siguientes valores:
Para la subrasante, Tabla 1.

Debido al valor bajo de compactación de la cancha 4,5, se agregó 1% de cal y se efectuó la posterior recompactación de la capa.

Tabla 1: Control de compactación de subrasante.

Para la capa estabilizada inferior:
Densidad seca = 1,383 gr/cm3, Humedad Óptima: 25%.
Densidad Proctor de referencia de la capa: 1,389 gr/cm3.
Porcentaje de compactación respecto al Proctor: 99,5%.

Para la capa estabilizada superior:
Densidad seca: 1,38 gr/cm3; HO%: 25 %.
Densidad Proctor de referencia de la capa: 1,413 gr/cm3.
Porcentaje de compactación respecto al Proctor: 97,70%.

CONTROL DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN SIMPLE

Sobre la mezcla de 70% de suelo + 25% de cenizas + 5% de cal, se confeccionaron 4 probetas a fin de determinar su resistencia a la compresión simple a los 7 días, (s/Norma VN-E19-66). Los valores hallados se muestran a continuación (Tabla 2):

Ensayo de Proctor (VN E 19-66):
DM =1,449 g/cm3 – HO = 23%

Como referencia, se cita el Pliego de Especificaciones Técnicas de Vialidad Nacional – Sección C IV – Base o Sub base de Suelo Cemento – Ed. 1998, que establece que “la resistencia a la compresión de probetas de suelo cemento extraídas a los 3 días de la capa construida, alcanzará los siguientes valores (ensayadas a los 7 días): La resistencia media de los testigos (Rom) será mayor o igual que el 90% de la resistencia de referencia (Rfo). Rom ≥ 0.90 Rfo”.

Tabla 2: Resistencia a la compresión simple (Rfo).

Para el caso particular de las mezclas suelo – cenizas – cal, los valores de RCS de probetas confeccionadas en el momento de ejecución de la mezcla fueron los siguientes (Tabla 3):

Se obtuvo un valor de Rom = 0,84 * Rfo, valor considerado suficiente para mezclas con ligantes puzolánicos (ceniza + cal) cuya resistencia crece más lentamente que el suelo cemento.

CONTROL DE INCREMENTO DEL VALOR SOPORTE MEDIANTE ENSAYOS DE PENETRACIÓN DINÁMICA DE CONO (DCP)

El ensayo DCP se encuentra normalizado por la Norma ASTM D 6951 y consiste en la penetración de una punta cónica de 20 mm de diámetro y 60º de ángulo de abertura, mediante el golpe de una pesa de 8 kg, desde una altura de caída de 575 mm.
Para las mezclas estabilizadas con materiales finos, como son las mezclas de suelo, cenizas y cal, los valores del Número Dinámico (DN) medidos en mm/golpe permiten cuantificar los incrementos de la cementación alcanzada en cada capa y la posterior evolución de la misma con el tiempo.
La Norma ASTM D 6951 presenta una fórmula general para la correlación entre el DN y el CBR que es la siguiente: CBR = 292 DN-1.12
El análisis de la evolución del CBR con el tiempo se llevó a cabo en ambas capas, con los siguientes resultados:
La Capa 1, que es la capa inferior, muestra un incremento lineal del CBR a las edades ensayadas, que oscilaron entre los 7 y los 38 días. Puede observarse que la formula representativa de dicha relación es:
CBR = 1,7 * Edad (días) + 16,7; con un valor de R2 = 0,89, lo cual implica una muy buena correlación.
En cuanto a la Capa 2, se arriba a valores de resistencia similares a la Capa 1 a edades superiores a los 30 días, pero se parte de valores iniciales mucho más altos y con una gran dispersión de resultados.

Tabla 3: Resistencia a la compresión simple de probetas obtenidas de la mezcla in situ.

No obstante, la dispersión de los resultados que son propios de las circunstancias que rodearon la construcción de la playa: lluvia abundante, adaptación de los procesos constructivos, etc., se puede concluir que:
El CBR in situ de las capas cementadas de suelo-ceniza-cal en las proporciones estudiadas arriba a los 30 días a un valor superior a 60%.
Las mezclas de suelo, ceniza y cal alcanzan con el tiempo valores de resistencia similares al suelo-cemento, con una mejor trabajabilidad y tiempos abiertos de construcción y curado, lo cual permite que estos procedimientos de estabilización puedan ser llevados a cabo por consorcios camineros o municipios, con herramientas básicas para la construcción de caminos.
Finalmente, el uso de un residuo tal como las cenizas para la construcción de capas estabilizadas, significa un avance desde el punto de vista ambiental y económico de gran importancia para las economías regionales, que pueden ver transformados los residuos que generan en recursos.

REFERENCIAS
-ASTM International – “Standard Test Method for Use of the Dynamic Cone Penetrometer in Shallow Pavement Applications” – American Society for Testing and Materials – ASTM D 6951- 09 – 2015, Volume 04, 03 – (2009).
-BESSONE E., DELPRATO F., 2000. “Correlación entre los parámetros geotécnicos y el ensayo del Penetrómetro Dinámico de Cono (DCP). Su empleo en la Gestión de la Inspección de Obra. GeoBA, XV Congreso Argentino de Mecánica de Suelos e Ingeniería Geotécnica pp: 45-46. Buenos Aires.
-QUINTANA CRESPO E., KREIKER J., GATANI M., SABLE L., 2016. “Utilización de residuos agroindustriales para la conformación de ligantes puzolánicos para uso vial”. Revista de la Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Vol 3. Nº 2. Pp. 61 – 71. Córdoba.
-Kreiker J., Sablé L., Quintana E., Gatani M., 2012 “Caracterización química y morfológica de cenizas de cáscaras de maní para promover su uso como aditivo puzolánico para cemento” VII Congreso Nacional Ambiental. San Juan.