Estabilización de suelos y reciclado de firmes

con cemento Sergi Carrascón Ortiz

IECA Área Nordeste y Canarias (www.ieca.es)

Jornada tècnica sobre

ESTABILITZACIÓ i RECICLATGE

de camins rurals, agrícoles i forestals Barcelona, 9 d’octubre de 2013

1. DEFINICION Y VENTAJAS 2. NORMATIVA Y REALIZACIONES 3. TIPOLOGIAS DE TRATAMIENTOS 4. CLASIFICACIÓN DEL SUELO 5. EFECTOS DE INCORPORACION DEL CEMENTO 6. CONCLUSIONES

IECA

LA ESTABILIZACION DE SUELOS

EL RECICLADO DE FIRMES IN SITU CON CEMENTO

índice

1. DEFINICION Y VENTAJAS 2. CONSTRUCCION 3. CONCLUSIONES

IECA

LA ESTABILIZACIÓN DE SUELOS

TÉCNICA CUYO FIN ES MODIFICAR LAS CARACTERÍSTICAS DE UN SUELO AL INCORPORAR UN CONGLOMERANTE

PARA SU APROVECHAMIENTO

IECA

DEFINICIÓN

MUY LIGADA AL CONCEPTO DE

SOSTENIBILIDAD

1

SUELOCEMENTO IN SITU:

Capa de base del nuevo firme

IECA

ES UNA TÉCNICA DE REHABILITACIÓN

QUE REUTILIZA EL FIRME DETERIORADO

COMO CANTERA MEZCLÁNDOLO CON

. CEMENTO Y AGUA (a veces corrector – aditivo)

QUE SE EXTIENDE Y COMPACTA

LOGRANDO CAPA RESISTENTE Y DURADERA

RECICLADO IN SITU DE FIRMES IECA

IECA

LA ESTABILIZACIÓN DE SUELOS

SUELOCEMENTO IN SITU

RECICLADO IN SITU DE FIRMES

• PERMITE EL USO DE SUELOS MARGINALES ó DE LA ZONA

• LOGRAR BUENA PLATAFORMA DE APOYO • REDUCE TENSIONES AL SUELO Y COLABORA

CON EL RESTO DEL FIRME (si existe) • SENSIBILIDAD AL AGUA, • RESISTENCIA A LA

EROSIÓN Y LA HELADA. • PERMITE CIRCULACIÓN • PERMITE COLOR TERROSO • DURABILIDAD

IECA

VENTAJAS TÉCNICAS

DICHO MASSAI

LA TIERRA NO LA HEREDAMOS DE NUESTROS PADRES

SINO QUE LA TOMAMOS PRESTADA PARA NUESTROS HIJOS

IECA

• USO DE LOS SUELOS EXISTENTES • NO REQUIERE VERTEDEROS • NO REQUIERE TRANSPORTE:

• NO HAY DAÑOS A OTROS CAMINOS • NO EMISIONES CO2, COMBUSTIBLES, ACEITES,

POLVOS, EROSIONES, … • NO HAY IMPACTOS COLATERALES (FLORA

PRÓXIMA)

• TÉCNICA QUE USA CEMENTOS CON ADICIONES (COMPROMISOS DESARROLLO SOSTENIBLE)

• TÉCNICA EN FRÍO (CONSUME POCA ENERGÍA)

IECA

VENTAJAS MEDIOAMBIENALES

• REDUCCIÓN DE COSTES AL USAR LOS SUELOS EXISTENTES

• ECONOMÍA AL SUPRIMIR TRANSPORTE • EMPLEO EQUIPOS ALTO RENDIMIENTO • COSTES DE CONSERVACIÓN REDUCIDOS • ECONOMÍA DERIVADA DE LA DURABIIDAD • LAS VENTAJAS TÉCNICAS Y ECOLÓGICAS

TAMBIÉN SON ECONÓMICAS

IECA

VENTAJAS ECONÓMICAS

LIMITACIONES

SUELOS CON SULFATOS (>1%) ó MATERIA ORGÁNICA (>2%)

IECA

NORMATIVA Y REALIZACIONES 2

ARTÍCULO 512

1962 = PRIMEROS CAMINOS ESTABILIZADOS

1975 = PUBLICACIÓN OFICEMEN

IECA

IECA

1962 INSTITUTO NACIONAL DE COLONIZACIÓN

• Soluciones granulares no soportaban bien solicitaciones tangenciales tractores y vehículos (ni soportan)

• Con las lluvias y heladas se formaban charcos, deformaciones, roderas, … (y se forman)

• Soluciones bituminosas resultaban muy caras (y resultan)

IECA ¿Por qué en 1962 pensaron en estabilizar?

0

5.000

10.000

15.000

20.000

25.000

30.000

35.000<1

995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

03/0

4

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

720

962 1.42

7 3.41

4

1.62

5

902 3.

275 4.93

6

28.289

33.302

26.2

55

25.79

4

16.76

6

18.3

81

23.5

19

40 915

18

689

4.63

9

3.00

3 5.72

6

25.0

82

21.3

11

27.8

31

15.5

14

21.7

22

19.1

53

16.4

55

miles m2SUPERF. (m2) ESTABILIZADA CON CEMENTO SUPERF. (m2) ESTABILIZADA CON CAL

Normas JCyL Normas

M FOM

año

IECA

Normas Andalucía

IECA

IECA

Explanada

Terraplén

Firme

Tipología de Tratamiento

Después del tratamiento

Antes del tratamiento

Estabilización (Medio a largo plazo)

Mejora (Corto plazo) )

IECA

3

TIPOS DE SUELOS TRATADOS CON CEMENTO

SUELOS MEJORADOS CON CEMENTO: • después del tratamiento siguen siendo un material suelto • cantidad de cemento relativamente baja • mejora de algunas de sus características (por ejemplo,

su susceptibilidad a los cambios de humedad) • no se exige resistencia, sino capacidad de soporte (CBR) • suelos estabilizados del PG3: S-EST 1 y S-EST 2

IECA

SUELOS ESTABILIZADOS CON CEMENTO: • producto final, después del fraguado del cemento: .

material no suelto, con una cierta resistencia mecánica • mayor dotación de cemento que en suelos mejorados • S-EST 3 : resistencia a compresión a 7 días = 1,5 MPa • Suelocemento : resistencia a compresión a 7 días = 2,5 MPa

Conglomerante CBR a 7 días % mínimo % Dmáx

S-EST 1 cemento o cal 6 2 97%

S-EST 2 cemento o cal 12 3 97%

S-EST 3 cemento R7d 1,5 MPa 3 98%

ART. 512 PG-3 MFOM (BOE 6 abril 2004)

IECA

TIPOLOGÍA

S

P

Marginales Tolerables Adecuados Seleccionados

Granulometría Dmáx= 10 cm

Pase 2 UNE<80%

Pase 0,080<35%

Dmáx= 10 cm

Pase 0,40<15% o

Pase 2/0,40/0,080<

<80%/75%/25%

Plasticidad Si LL>90

IP<0,73 (LL-20)

LL<65

Si LL>40

IP>0,73 (LL-20)

LL<40

Si LL>30 IP>4

LL < 30

IP < 10

M. Orgánica < 5% < 2% <1% (E) < 1% < 0,2%

Sales solubles Yeso < 5%

Otras < 1%

SO3 < 1% (E)

< 0,2 % < 0,2%

Hinchamiento < 5% <3% <1% (E)

CBR

coronación

3% 5 6(Ex) 10 12 (Ex)

IECA

CLASIFICACIÓN DE SUELOS 4

PERO NO VALEN TODOS LOS SUELOS PARA CUALQUIER FUNCIÓN Y CON CUALQUIER

CONGLOMERANTE

¿ VALEN TODOS LOS SUELOS PARA ESTABILIZAR ?

SI

IECA

SUELO

ART. 512 PG-3 (MFOM)

S-EST 1 S-EST 2 S-EST 3

TAMAÑO MÁXIMO 80 mm

CAL (Pase 63 m) 15 --

CEMENTO (Pase 63 m) < 50 < 35

(Pase 2 mm) > 20

CAL ( IP ) 12 12 y 40 --

CEMENTO ( LL ) -- 40

( IP ) 15

% MATERIA ORGÁNICA < 2 < 1

% SULFATOS SOLUBLES < 1

IECA

ESTABILIZACIÓN CON CEMENTO O CAL

12 15 20 4 0 CEMENTO

CAL

INDICE PLASTICIDAD

IP > 40 ESTABILIZAR CON CAL EN 2 ETAPAS F = FUERA DE PLIEGO

E2 E1

F

15 35 50 CEMENTO

CAL

GRANULOMETRÍA % pasa por 63 m

TMÁX = 80 mm

E3 F

IECA

Tiempo (días)

cemento

Pruebas delaboratorio

Ensayos decampo

Índi

ce d

e pl

astic

idad

Tiempo (días)

cemento

Pruebas delaboratorio

Ensayos decampo

Índi

ce d

e pl

astic

idad

EFECTOS INCORPORACIÓN DEL CEMENTO 1. EFECTOS INMEDIATOS

– Modificaciones del estado hídrico (secado): por adición de materia seca, agua consumida en la hidratación = 0’3-0’5% por punto cemento

– Modificación de las características de la fracción arcillosa del suelo

IECA 5

2. EFECTOS A LARGO PLAZO (son los que se buscan) - Desarrollo de resistencias (fraguado y endurecimiento)

• 1ª etapa: hasta el comienzo del fraguado. plazo de trabajabilidad (2h, hasta >24 h con retardador) fija un límite máximo a las operaciones de puesta en obra

• 2ª etapa: rigidización de la mezcla por el fraguado (de días a semanas)

• 3ª etapa: crecimiento de resistencias mecánicas (de semanas a varios meses)

- El fraguado se interrumpe por debajo de 0 ºC (en algunos casos hay que repetir tratamiento)

IECA

EFECTOS INCORPORACIÓN DEL CEMENTO

EFECTOS A LARGO PLAZO DEL CEMENTO • SUELOS GRANULARES: acción cementante similar al hormigón

– el conglomerante no rellena los huecos del esqueleto granular – arenas: cementación sólo en puntos de contacto entre granos – mejor cuanto más continua sea la granulometría – arenas monogranulares, como las de playa:

dotación elevada y problemas compactación

IECA

• SUELOS FINOS (arcillosos y limosos): - Matriz con estructura de panal de la cual depende la resistencia de la mezcla (aglomeraciones de partículas dentro de las “celdas” con resistencia muy reducida): reducción de plasticidad

- Efecto químico de la superficie del cemento que reduce la afinidad por el agua: menores hinchamientos provocados por la absorción de agua y disminución de efectos de congelación y deshielo

N II GERONA

IECA

- SECAR - TRATAR - SUELOS FINOS MUY PLASTICOS

- 1 - 2 % de Cal reduce plasticidad

% HOPT y DMAX - > 6 horas de reposo

- 3 - 4 % de Cemento RESISTENCIAS S-EST 2 / S-EST 3

ESTABILIZACIÓN MIXTA

Categoría resistente 32,5 N – 42,5 N

SR si SO3 > 0,5

IECA

EN PRINCIPIO TODOS LOS CEMENTOS SON UTILIZABLES

• MUY RECOMENDABLES (+ ADICIONES) – CEM III/B, CEM IV/B, CEM V/A, ESP VI

• RECOMENDABLES – CEM IV/A, CEM III/A, CEM II/B

• MENOS RECOMENDABLES – CEM II/A, CEM I

CEMENTOS PARA SUELOS TRATADOS

• el tipo de conglomerante tiene una importancia menor en comparación con la dosificación del mismo o la densidad alcanzada en la compactación

• es posible utilizar la gran mayoría de los cementos comercializados en España

• en muchos casos su elección dependerá de la disponibilidad y precio de los mismos

• en cualquier tipo de suelo, se obtiene el máximo partido del proceso cementante cuando la mezcla se compacta adecuadamente con la humedad que facilite tanto la densificación del material, como la hidratación del cemento.

IECA

• El tratamiento de los suelos con cemento permite obtener importantes mejoras a corto y largo plazo – Reducción de la sensibilidad al agua – Mayor capacidad de soporte – Disminución de tensiones en el terreno – Resistencia mecánica – Durabilidad

• Cualquier suelo puede ser estabilizado con cemento, aunque los más adecuados son los de pocos finos plásticos

• Puede emplearse cualquier tipo de cemento (+ adición)

ESTABILIZACIONES CON CEMENTO Conclusiones

IECA

6

RECICLADO DE FIRMES IN SITU CON CEMENTO

IECA

El reciclado de firmes in situ con cemento es una técnica de rehabilitación de carreteras o caminos con la que se consigue transformar un firme deteriorado en una capa nueva de base de notable capacidad estructural, aprovechando el mismo firme como cantera o fuente de suministro de áridos.

IECA

DEFINICIÓN

MUY LIGADA AL CONCEPTO DE

SOSTENIBILIDAD

1

• Ahorro de áridos estimado en 3.000 – 4.000 t/km : el reciclado evita extraer unas 800.000 t/año de áridos.

• Permite transformar un firme fatigado y deformado, en una capa estructural más homogénea con gran capacidad de soporte de trafico.

• Se disminuyen las tensiones que llegan a la explanada y las que se producen en las capas bituminosas superiores (si hay).

IECA VENTAJAS

(a sumar a las ya citadas)

• No es necesario instalar una central de fabricación.

• Permite alcanzar elevados rendimientos.

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

1,80

2,00

2,20

2,40

2,60

2,8019

91-9

2

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

0,094 0,106

0,387

0,100

0,979

1,218

1,548

1,3781,145

1,496

1,281

1,508

2,642 2,533

2,118

2,4352,583

0,959

millones m2

año

25,4 millones m2 hasta 2013

LA EXPERIENCIA ESPAÑOLA EN RECICLADO IECA

IECA

2 EJECUCIÓN

REPARACIONES DE TRAMOS

IECA

IECA

IECA

IECA

PASO DEL TRÁFICO

IECA

• 21 años

• > 25,4 mill. m2

• ≈ 3.500 km carreteras

LA EXPERIENCIA ESPAÑOLA

EN RECICLADO

TÉCNICA CONTRASTADA CON MUY BUENOS RESULTADOS

2013

IECA

3 Conclusiones

GUÍA DE SOLUCIONES PARA OBRAS

DE ESTABILIZACIÓN DE SUELOS,

EJECUCIÓN DE SUELOCEMENTO IN

SITU Y RECICLADO DE FIRMES

www . anter . es

GUÍAS TÉCNICAS:

ESTABILIZACIÓN DE SUELOS CON

CEMENTO

RECICLADO DE FIRMES CON

CEMENTO

www . ieca . es

IECA

GRACIAS POR SU ATENCIÓN

Sergio Carrascón Ortiz

IECA