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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
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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
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IECA
LA ESTABILIZACIÓN DE SUELOS
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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
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SUELOCEMENTO IN SITU:
Capa de base del nuevo firme
IECA
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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
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IECA
LA ESTABILIZACIÓN DE SUELOS
SUELOCEMENTO IN SITU
RECICLADO IN SITU DE FIRMES
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• 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
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DICHO MASSAI
LA TIERRA NO LA HEREDAMOS DE NUESTROS PADRES
SINO QUE LA TOMAMOS PRESTADA PARA NUESTROS HIJOS
IECA
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• 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
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• 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%)
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IECA
NORMATIVA Y REALIZACIONES 2
ARTÍCULO 512
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1962 = PRIMEROS CAMINOS ESTABILIZADOS
1975 = PUBLICACIÓN OFICEMEN
IECA
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IECA
1962 INSTITUTO NACIONAL DE COLONIZACIÓN
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• 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?
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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
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IECA
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IECA
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Explanada
Terraplén
Firme
Tipología de Tratamiento
Después del tratamiento
Antes del tratamiento
Estabilización (Medio a largo plazo)
Mejora (Corto plazo) )
IECA
3
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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
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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
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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
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PERO NO VALEN TODOS LOS SUELOS PARA CUALQUIER FUNCIÓN Y CON CUALQUIER
CONGLOMERANTE
¿ VALEN TODOS LOS SUELOS PARA ESTABILIZAR ?
SI
IECA
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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• 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
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RECICLADO DE FIRMES IN SITU CON CEMENTO
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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
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• 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.
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0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
1,40
1,60
1,80
2,00
2,20
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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
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IECA
2 EJECUCIÓN
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REPARACIONES DE TRAMOS
IECA
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IECA
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PASO DEL TRÁFICO
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• 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
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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
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RECICLADO DE FIRMES CON
CEMENTO
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GRACIAS POR SU ATENCIÓN
Sergio Carrascón Ortiz
IECA