EXPERIENCIA EUROPEA EN EL USO DE CEMENTO PARAESTABILIZACIÓN DE SUELOS APLICACIONES EN OTROS PAÍSES EUROPEOS JESÚS DÍAZ MINGUELA Director IECA Vicepresidente ATC IECA 1. DEFINICION. TECNICAS SIMILARES 2. VENTAJAS 3. NORMATIVA. DISEÑO 4. ¿ QUÉ SUELOS ? 5. EFECTO DEL CEMENTO 6. ESTUDIO DE LA FORMULA DE TRABAJO 7. EJECUCIÓN (EQUIPOS) Preparación del suelo, distribución del cemento, mezclado compactación, reperfilado, terminación y curado 8. CAMPOS DE APLICACIÓN 9. CONTROLES 10. CONCLUSIONES 3 IECA 1. ESTABILIZADO DE SUELOS CON CEMENTO Técnica cuyo fin es modificar las características de un suelo, al incorporar un conglomerante, para su aprovechamiento. Muy ligada al concepto de sostenibilidad SUELOCEMENTO FABRICADO IN SITU Capa de base del nuevo firme Es un material obtenido de la mezcla homogénea de un suelo o material granular, cemento y agua, y en ocasiones algún aditivo, que bien compactado se utiliza como capa estructural en pavimentos. FULL DEPTH RECLAMATION (RECICLADO CON CEMENTO) Es una TECNICA DE REHABILITACION de carreteras que reutiliza el pavimento deteriorado logrando una capa nueva de base de notable capacidad estructural resistente y duradera, aprovechando el mismo firme como cantera o fuente de suministro de áridos. La red de carreteras es la mayor fuente de suministro de 6 agregados de un país Ninguna ciencia, en cuanto a ciencia, engaña; el engaño está en quien no sabe. Miguel de Cervantes Escritor español, 1547-1615 7 2. ELEVADA PROMOCION POR SUS VENTAJAS No es una idea nueva 1915. Calle de conchas, arena y cemento 1930. Cement-treated bases Carolina del Sur, California, 1941- 45. Aeropistas 2ª Guerra Mundial… en España 1962. Caminos estabilizados. 1964. SC y GC en carreteras 8 8 Leonardo da Vinci. (Italia, 1452- Francia,1519) Para lograr la impermeabilización de la solera de una canal de tierras: “Y si el suelo del fondo es permeable haz pasar un río lodoso que esté cerca y se arreglará. Y si esto no es suficiente hágase pasar sobre este sitio ganado menor como cerdos, ovejas, cabras, durante varios días y quedará, sin duda, arreglado”. 9 SUPERFICIE ESTABILIZADA EN ESPAÑA SUPERF. (m2) ESTABILIZADA CON CEMENTO SUPERF. (m2) ESTABILIZADA CON CAL miles m2 35.000 33.302 27.831 50 mill.m2 26.255 25.794 25.082 30.000 28.289 23.519 21.722 21.311 25.000 19.153 18.381 16.766 16.455 15.514 20.000 15.000 10.000 5.726 4.936 4.639 3.414 3.275 3.003 1.625 1.427 5.000 902 915 962 689 720 40 18 0 1999 1996 1997 1998 2000 2001 2002 2005 2006 2007 2008 2009 2010 <1995 2011 03/04 10 Normas JCyL Normas Normas M Andalucía FOM VENTAJAS TECNICAS (i) Permite el uso de los suelos existentes, incluso si son marginales o están contaminados. Logra una plataforma de apoyo homogénea y de buena calidad. Aumenta las tensiones que puede resistir el suelo (menor deformación explanada), y colabora estructuralmente con el resto del firme (menor espesor bituminoso) Resistencia a la erosión VENTAJAS TECNICAS (ii) Sensibilidad al agua y la resistencia a la helada (Mayor resistencia a los efectos negativos de los cambios de humedad). Al no haber transporte, reduce los daños a otra vías y las molestias del tráfico de la obra. Permite la circulación Durabilidad VENTAJAS MEDIOAMBIENTALES (i) Permite el empleo de los suelos existentes. No se necesitan vertederos, ni extracciones (canteras, graveras …) No requiere instalar central de fabricación (se evitan daños de eliminación de capa vegetal, modificación del drenaje, contaminación acústica, polvo …) Reduce el deterioro de la calidad del aire frente a otras soluciones (menor contaminación y emisión de vapores nocivos) VENTAJAS MEDIOAMBIENTALES (ii) No requiere transporte: No hay daños a otros caminos Reducción de emisiones de co2, vertido de combustibles, aceites, polvos, erosiones… Tampoco hay impactos colaterales en flora y fauna adyacente Técnica en frío, a temperatura ambiente (consume poca energía) IMPORTANCIA DE LA CONSERVACIÓN D. Óscar de Buen, Presidente de la AIPCR (Necesidad de conservar nuestro patrimonio para generaciones futuras) “No conservar los activos que tenemos implica menospreciar los esfuerzos de nuestros predecesores y desentendernos del futuro de nuestros hijos” Dicho MASAI LA TIERRA NO LA HEREDAMOS DE NUESTROS PADRES SINO QUE LA TOMAMOS PRESTADA PARA NUESTROS HIJOS VENTAJAS ECONÓMICAS Reducción de costes al usar los suelos existentes (evita vertederos) Economía al suprimir transporte Se reduce espesor de mezcla bituminosa Empleo de equipos de alto rendimiento Disminuye los costes de conservación Economía derivada de la durabilidad y de las ventajas técnicas y ecológicas Limitaciones (No prohibición) Suelos expansivos con sulfatos (>1%) o materia orgánica(>2%) 3. DISEÑO (Concepto europeo) MEJORA Tratamiento ESTABILIZACIÓN (Corto plazo) (Medio a largo plazo)) Antes del Después del De los suelos tratamiento tratamiento De una capa del pavimento prEN 14227-15 prEN 14227-15 prEN 14227-1 Pavimento Explanada Movimiento de tierras Terraplén NORMATIVA EN ESPAÑA - PG-3 (2015) Conglomerante Valor a 7 días (1) % mínimo % Dmáx Aplicación S-EST 1 cemento / cal CBR 6 2 (3) 97% Suelos y explanadas S-EST 2 cemento / cal CBR 12 3 97% (capas de S-EST 3 cemento R7d 1,5 Mpa(1,2) 3 98% apoyo) Suelo- Capa base del cemento R7d 2,5 Mpa (1) 3 98% cemento pavimento (1) Las probetas se compactan y conservan con la densidad especificada en la fórmula de trabajo. (2) Este valor puede aumentarse a 2 Mpa cuando deba tenerse en cuenta el efecto de las heladas (3) % mínimo =1,5% en terraplenes justificándolo y con tramo de prueba ó 1% si sólo se quiere secar el suelo CBR R7d NORMATIVA EN ESPAÑA (control in situ) A los 14 – 28 días S-EST 1 S-EST 2 S-EST 3 EV2 Placa Mpa 60 120 300 Deflexión Patrón (10-2 mm) (1) 250 200 125 (1) categoría tráfico pesado > 200 camiones/día 19 TABLA DE EXPLANADAS Se priorizan las estabilizaciones con cemento 35 70 25 25 70 40 50 55 75 TABLA DE PAVIMENTOS ESTABILIZAR CON CEMENTO PERMITE REDUCIR EL ESPESOR PAVIMENTO Tráfico <800 camiones/carril/día) MBC 28 MBC 18 MBC 15 MBC 20 SC 30 ZA 25 SC 20 ZA 40 Sección S-EST3 30 E1 2 45 Explanada E3 2 30 0 0 NORMATIVA ESPAÑOLA: MATERIALES TRATADOS CON CEMENTO Resistencias y contenidos de cemento 25 Resistencia a compresión a 7 días (N/mm2) hormigón compactado 20 15 gravacemento de altas hormigón magro compactado prestaciones 10 gravacemento 5 suelocemento 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Contenido de cemento (%) NORMATIVA EN EUROPA (2010 y 2014) Las normas son fruto del consenso de los diferentes países (filosofías diferentes) Norma Conglomerante Clasificación Granulometría, humedad, grado de cemento – cenizas – pulverización, capacidad de soporte escoria de alto horno – Hydraulically prEN 14227-15 inmediata (IPI ), CBR, Rc ó Rt + E, y, en su conglomerante caso, resistencia al agua, a la helada o stabilized soils hidráulico - cal tráfico de obra CBGM 1 (0/31,5, 0/20 y 0/14), CBGM 2 (0/20, 0/14, 0/10), CBGM 3 (Tmax≤6,3 + IPI), CBGM 4 (granulometría + IPI declarada Cement bound por el fabricante), prEN 14227-1 granular cemento CBGM 5 (0/45). mixtures Clasificación Rc ó Rt + E, y, en su caso, RA, RH, RTO H, D declaradas NORMATIVA FRANCESA DE SUELOCEMENTO Clasificación SC en función Rtd y E(360d) ETAPAS DE LA ESTABILIZACIÓN 4 CLASIFICACIÓN DEL SUELO 5 EFECTO DEL CEMENTO EJECUCIÓN • PREPARACIÓN DEL SUELO • DISTRIBUCIÓN DEL C. • MEZCLA SUELO • COMPACTACIÓN • REPERFILADO Y TERMINACIÓN • CURADO 4 SI ... PERO NO VALEN TODOS LOS SUELOS PARA CUALQUIER USO Y CON CUALQUIER CONGLOMERANTE cuidado con suelos con asiento e hinchamiento libre (sólo en cimiento/núcleo de terraplén) o con sulfatos (medir expansión volumétrica y resistencia a tracción) SP EFECTO DEL CEMENTO SOBRE EL SUELO Con el cemento se buscan mejoras a largo plazo resultantes del fraguado y endurecimiento del conglomerante A corto plazo: Modificación estado hídrico (secado): por añadir materia seca e hidratación del cemento (0,3-0,5% por punto de cemento) Modifica muy ligeramente la fracción arcillosa A largo plazo: Importante aumento capacidad de soporte y resistencia: en función del tipo de suelo y del tipo y dosificación de cemento Sólo con cemento se consiguen suelos estabilizados de una alta calidad para apoyo del pavimento ESTABILIZACIÓN MIXTA Secar - tratar Suelos finos muy plásticos • 1 - 2 % de Cal % HOPT y DMAX • > 6 horas de reposo • 3 - 4 % de Cemento para obtener resistencias N II Gerona (España) Autopista Viena – Brno (Austria) CEMENTOS PARA SUELOS TRATADOS El tipo de conglomerante tiene una importancia menor en comparación con Asegurar la dosificación del mismo y Asegurar la densidad alcanzada en la compactación con la humedad que facilite tanto la densificación del material, como la hidratación del cemento. Es posible utilizar la gran mayoría de los cementos comercializados. En muchos casos su elección dependerá de la disponibilidad y precio de los mismo. 6. ESTUDIO FÓRMULA DE TRABAJO Proctor modificado (Norma UNE- EN 103501 = AASHTO T-180 Procedimiento C = ¿INV E-611? Resistencia a compresión 7 días (ó tracción 365 días) PLAZO DE TRABAJABILIDAD NORMA EUROPEA UNE-EN 13286-45 CEMENTO: elevada eficacia hidráulica pero limitado tiempo de empleo Tª máx. esperada en obra 2.22 2.21 2.20 2.195 Densidad seca (g/cm3) 2.186 2.18 2.176 2.16 2.14 2.135 2.14 2.12 0 60 120 180 240 300 Edad de compactación (minutos) SI VA A CIRCULAR EL TÁFICO SE CALCULA EL IPI ó INDICE DE CAPACIDAD PORTANTE INMEDIATA APERTURA AL TRAFICO si IPI ≥ 50 (norma europea EN 13286-47) Depende del rozamiento interno del árido (caras de fractura). El cemento no aporta resistencia inmediata. P S 33 ETAPAS DE LA ESTABILIZACIÓN 4 CLASIFICACIÓN DEL SUELO 5 EFECTO DEL CEMENTO EJECUCIÓN • PREPARACIÓN DEL SUELO • DISTRIBUCIÓN DEL C. • MEZCLA SUELO • COMPACTACIÓN • REPERFILADO Y TERMINACIÓN • CURADO 7. ESCARIFICADO Y RETIRADA DE BOLOS PROCEDIMIENTOS Procedimiento de vía seca: Conglomerante en forma de polvo Procedimiento de vía húmeda: Conglomerante en forma de lechada DOSIFICADORA CONGLOMERANTE (vía seca) DOSIFICADORA DE LECHADA (vía húmeda) EQUIPOS: Estabilizadoras MEZCLADO CORRECTO Usar sólo equipos adecuados Asegurar un buen mezclado EQUIPOS: Estabilizadoras VÍA HÚMEDA DOBLE EQUIPO COMPACTACIÓN INICIAL REFINO DEL SUELO La rasante antes de estabilizar MOTONIVELADORA EQUIPADA CON SISTEMA 3D COMPACTACIÓN FINAL RESULTADO CURADO ESTABILIZADO EN CENTRAL - SC ESTABILIZADO EN CENTRAL – SUELOCEMENTO PREFISURAR Las bases de pavimentos para evitar reflexión Parámetros que definen la necesidad de prefisurar: Tráfico Zona climática E MB superior Características material tratado ZONA TRÁFICO Rc 7d < 4 MPa Rc 7d ≥ 4 MPa CLIMÁTICA (1) CONTINENTAL OBLIGATORIO IMDp ≥ 200 (1) LITORAL RECOMEND OBLIGATORIO CONTINENTAL IMDp < 200 NO NECESARIO (2) LITORAL RECOMEND IMDp = camiones/carril/día apertura (1) NO NECESARIO con MB ≥ 18 cm (2) NO NECESARIO PARA IMDp < 25 EQUIPOS PREFISURACIÓN Inyección Manual de Emulsión Inicios Alemania Francia QUADS Y OTROS EQUIPOS España JUNTAS ACTIVAS DESPUÉS COMPACTACIÓN FINAL Asegurar la adherencia entre capas. PEGAR Muy importante limpieza Curado con emulsión termoadherente Extendido concreto Bituminoso > 7 días MEZCLAS S 8. CAMPOS DE APLICACIÓN Aeropuertos FERROCARRIL Plataforma del AVE • 30 – 40 cm espesor • 3 - 5 % de cemento PLATAFORMAS EN PUERTOS • 25 – 30 cm espesor • 3 - 5 % de cemento CIMENTACIONES EN GRANDES ESTRUCTURAS • 35 cm espesor • 3 - 5 % de cemento URBANIZACIONES Reparación de urbanizaciones deterioradas Construcción de urbanizaciones nuevas AUTOVÍAS Y AUTOPISTAS Varios millones m2 25 – 30 cm de espesor 4 - 6 % de cemento CARRETERAS PRINCIPALES Y COMARCALES • 25 – 30 cm espesor • 3 - 5 % de cemento ENSANCHES > 2,5 + 0,5m CAMINOS Y VÍAS TERCIARIAS • 20 – 30 cm de espesor • 3 – 4 % de cemento • Con /sin tratamiento superficial CAMINOS Y VÍAS TERCIARIAS CAMINOS Y VÍAS TERCIARIAS CAMINOS Y VÍAS TERCIARIAS PARQUES SOLARES Y EÓLICOS Sin cemento Tratado con cemento PARQUE CANINO 9. CONTROLES Suelos Dosificación Proctor Modificado Profundidad y homogenidad CBR - Resistencia Regularidad superficial Importante - Conexión rápida LABORATORIO CONTROL DIRECCIÓN DE OBRA RESULTADOS DECISIÓN ESPESORES HUMEDAD DENSIDAD Operación monótona (compactometros) Sistema de control rápido (sonda nuclear) TOMA DE MUESTRAS PROBETAS IN SITU BUENA APARIENCIA HETEROGENEIDAD DEL SUELO DENSIDAD RESISTENCIA MODULO MATERIAL (KN/m3) (MPa) MEDIO(MPa) ARENA-CEMENTO 20,77 3,9 4.762 JABRE-CEMENTO 21,04 4,1 3.679 ZAHORRA-CEMENTO 21,94 6,1 10.331 SUELO SELECCIONADO 22,42 4,1 7.077 10. CONCLUSIONES: Documentación Guía de soluciones: Para obras de estabilización de suelos ejecución de suelocemento in situ y reciclado de firmes: www . anter . es www . ieca . es Guía técnica: Estabilización de suelos con cemento: www . ieca . es CONCLUSIONES “No nos atrevemos a muchas cosas porque nos parecen difíciles, pero en realidad son difíciles porque no nos atrevemos a hacerlas.” Séneca Filósofo y escritor andaluz. 4 a.C.-65d.C. CONCLUSIONES Técnica en gran crecimiento Apoyada por la normativa Combina ventajas técnicas económicas y ecológicas