Manual EstabSuelos ANTER

8/13/2019 Manual EstabSuelos ANTER

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MANUAL DEMANUAL DE

ESTABILIZACIN DE SUELOSESTABILIZACIN DE SUELOSCON CEMENTO O CALCON CEMENTO O CAL

IECAINSTITUTOESPAOLDEL CEMENTO

Y SUS APLICACIONES


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MANUAL DEESTABILIZACIN DE SUELOS

CON CEMENTO O CAL

IECAINSTITUTOESPAOLDEL CEMENTO

Y SUS APLICACIONES


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DIRECCIN TCNICA Y SUPERVISIN

SECRETARA

COMIT DE REDACCIN

COLABORADORES

ACRNIMOS DE EMPRESAS E INSTITUCIONES

IECAANCADE

ANTER

U.P.V.GIASACEMOSAAyesa

Carlos Jofr (IECA)Carlos Kraemer (U.P.V.)

Carlos Jofr (IECA)ngel Sampedro (consultor)Miguel Lpez-Bachiller (ANTER)

Manuel Atienza (GIASA)Jess Daz Minguela (IECA)Jos Antonio Fernndez Cuenca (consultor)Luis Garrido (Ayesa)Carlos Jofr (IECA)Carlos Kraemer (U.P.V.)Miguel Lpez-Bachiller (ANTER)

Jos Mara Navarro (consultor)Rafael Rueda (IECA)Manuel Salas (CEMOSA)ngel Sampedro (consultor)Pilar Segura (Dragados S.A.)Mara Jos Sierra (GIASA)Manuel Vera (IECA)

Rafael Fernndez Aller (ANCADE)Jos Gascn y Marn (FCC)Eduardo Herrero (ANCADE)Ramn Villamil (Dragados S.A.)

Instituto Espaol del Cemento y sus AplicacionesAsociacin Nacional de Fabricantes de Cales yDerivados de EspaaAsociacin Nacional Tcnica de Estabilizados de Suelos yReciclado de FirmesUniversidad Politcnica de ValenciaGestin de Infraestructuras de Andaluca, S.A.Centro de Estudios de Materiales y Control de Obra, S.A.Agua y Estructuras, S.A.

Editado por:Instituto Espaol del Cemento y sus Aplicaciones (IECA)

Jos Abascal, 53 - 228003 Madrid

Diseo y maquetacin:Vaquero Servicios de Publicaciones, S.L.

I.S.B.N.: 978-84-89702-23-3


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PRESENTACIN

Aunque hace ya ms de 50 aos que en Espaa empezaron a estabilizarse en al-gunos caminos agrcolas los suelos de los mismos, su aplicacin masiva en carre-teras y aeropuertos de nuestro pas slo data de mediados de la dcada final delsiglo XX, gracias al empleo de las modernas estabilizadoras. Estos potentes equiposson muy eficaces en la mezcla in situ del suelo con cemento o cal, consiguiendo ob-tener, con un rendimiento muy elevado, capas de gran espesor con un materialuniforme. Tambin han contribuido a este acelerado desarrollo las restriccionesambientales respecto al empleo de suelos de fuera de la traza de las obras y la ne-cesidad de cimientos de firme ms resistentes para un trfico pesado.

La experiencia ha confirmado el inters de disponer de unas explanadas poco sen-sibles a la humedad y con una resistencia suficiente para soportar el trfico de obra

sin erosiones o deformaciones. Sin embargo, muchos suelos naturales son de cali-dad mediocre, por lo que su aprovechamiento slo es posible mediante su mejora oestabilizacin con cemento o cal para conseguir una elevada capacidad de soporte.

Esta tcnica, aplicada desde hace aos en autopistas y autovas, se ha generalizadohoy a todo tipo de obras.

El Manual tiene por objetivo ayudar a proyectistas y constructores que tengan queutilizar suelos estabilizados. A los primeros se les informa con detalle de las carac-tersticas de estos materiales, de las prescripciones tcnicas que hay que cumplir,de las posibilidades de su empleo y de cmo proyectarlos. A los segundos se lesgua a travs de la maquinaria a utilizar, y de los mtodos de ejecucin. Se contem-

pla asimismo la eleccin del conglomerante ms adecuado en funcin de la natu-raleza del suelo y de la capacidad de soporte buscada. Se examinan en detalle losprocedimientos de gestin de la calidad, que cobran un especial inters en este tipode obras, caracterizadas en general por unos rendimientos muy elevados. Se hanincluido tambin captulos referentes a la seguridad y a la proteccin medioam-biental, as como a consideraciones econmicas, todos ellos de gran importanciaprctica.

Hay que destacar que no slo se ha intentado una sntesis de los conocimientos tc-nicos actuales en la materia, sino la incorporacin en lo posible de la prctica deobra, generalmente no recogida por la bibliografa.

El Manual se ha redactado de acuerdo con las siguientes premisas:

- sencillez y concisin, para facilitar la lectura y la adopcin clara de decisiones,explicando en lo posible las justificaciones pertinentes

- inclusin nicamente de los procedimientos avalados por la prctica- planteamiento general, vlido para todas las Administraciones y obras de di-

versa ndole.

El Manual es el resultado de una fructfera colaboracin entre el Instituto Espaoldel Cemento y sus Aplicaciones (IECA), la Asociacin Nacional de Fabricantes deCales y Derivados de Espaa (ANCADE) y la Asociacin Nacional Tcnica de Esta-bilizados de Suelos y Reciclados de Firmes (ANTER). Tanto IECA como ANCADEcuentan con una larga tradicin en la elaboracin de documentos tcnicos y tienen

como uno de sus objetivos bsicos la transferencia de tecnologa, herramienta im-


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prescindible para la modernizacin de la ingeniera y la mejora de la calidad. Porsu parte, ANTER es una Asociacin de creacin ms reciente que las dos anteriores,pero en la que muchos de sus miembros poseen una gran experiencia en la ejecu-cin de estabilizaciones, la cual se ha tratado de incorporar a esta obra. Junto conlos tcnicos de IECA, de ANCADE y de ANTER ha participado un grupo de profe-sionales relevantes de universidades, Administraciones, empresas constructoras ylaboratorios de control de calidad, que han aportado sus profundos conocimientossobre el tema.

Las tres Asociaciones quieren agradecer a la Direccin General de Carreteras delMinisterio de Fomento el apoyo que siempre han recibido de la misma para la re-daccin de este manual.

IECA, ANCADE y ANTER confan en realizar con el presente documento una con-tribucin significativa al desarrollo de la tcnica de carreteras en Espaa.

Rafael Fernndez Aller

Director General

ANCADE

Miguel Lpez-Bachiller

Presidente

ANTER

Juan Carlos Lpez Ag

Director General

IECA


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NDICE

1 TRATAMIENTOS: MODIFICACIN Y ESTABILIZACIN DE SUELOS . . . . . 1

1.1 Modificacin y estabilizacin de suelos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1.2 Tipos de tratamiento y campos de aplicacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.2.1 Aspectos generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.2.2 Secado de suelos para su uso en terraplenes y

desmontes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.2.3 Suelos mejorados para su empleo en ncleos de

terrapln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.2.4 Suelos mejorados o estabilizados para capas de asiento de

firmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.2.5 Otros ejemplos de utilizacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.3 Ventajas de los suelos estabilizados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1.3.1 Ventajas tcnicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1.3.2 Ventajas econmicas y ambientales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1.3.3 Limitaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1.4 Desarrollo de la tcnica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1.4.1 Inicio de la tcnica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1.4.2 Desarrollo de la tcnica en Espaa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.4.3 Normativa espaola . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2 MATERIALES BSICOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.1 Suelos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.1.1 Caractersticas generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.1.2 Clasificacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

2.1.3 Suelos en terraplenes y explanadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2.1.4 Suelos en capas estabilizadas de explanadas . . . . . . . . . . . . 18

2.2 Cales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

2.3 Cemento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222.3.1 Designacin de los cementos espaoles . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

2.3.2 Cementos ms adecuados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

2.4 Agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

2.5 Aditivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

2.6 Emulsiones para riegos de curado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3 ACCIONES SOBRE LOS SUELOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

3.1 Efectos de la cal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

3.1.1 Mejora por modificacin inmediata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

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3.1.2 Efectos a largo plazo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

3.2 Efectos de la incorporacin del cemento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

3.2.1 Mejora por modificacin inmediata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

3.2.2 Efectos a medio y largo plazo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

3.3 Efectos de la adicin conjunta de cal y cemento en dos etapas . . . . . . 36

3.4 Propiedades de los suelos estabilizados con cal . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

3.4.1 Granulometra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

3.4.2 Plasticidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

3.4.3 Capacidad de soporte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

3.4.4 Estabilidad volumtrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

3.4.5 Resistencia a compresin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

3.4.6 Resistencia frente a la accin del agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

3.4.7 Permeabilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

3.4.8 Resistencia a los ciclos de hielo-deshielo . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

3.5 Propiedades de los suelos estabilizados con cemento . . . . . . . . . . . . . . 44

3.5.1 Naturaleza de los suelos estabilizados con cemento . . . . . . . . 44

3.5.2 Propiedades en estado fresco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

3.5.3 Propiedades fsicas y mecnicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

3.5.4 Durabilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

4 MTODOS DE DOSIFICACIN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

4.1 Tratamientos con cal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

4.1.1 Preparacin de las probetas y ensayos . . . . . . . . . . . . . . . . . . 614.1.2 Porcentaje mnimo de cal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

4.1.3 Porcentaje ptimo de cal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

4.2 Tratamientos con cemento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

4.2.1 Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

4.2.2 Determinaciones previas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

4.2.3 Dosificacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

4.2.4 Dosificacin basada en la durabilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

4.2.5 Otros ensayos de caracterizacin mecnica . . . . . . . . . . . . . . 76

5 MAQUINARIA Y EQUIPOS PARA EL TRATAMIENTO DE SUELOS . . . . . .

795.1 Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

5.2 Almacenamiento del conglomerante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

5.2.1 Silos fijos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

5.2.2 Silos remolcables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

5.3 Preparacin del suelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

5.3.1 Cribas y mquinas despedregadoras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

5.3.2 Maquinaria para la disgregacin, escarificacin o aireacin

del suelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

5.4 Humectacin y distribucin del conglomerante . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

II


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5.4.1 Equipos para la distribucin del conglomerante por va seca . 85

5.4.2 Equipos para la distribucin del conglomerante por va

hmeda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

5.5 Mezcla in situ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

5.5.1 Maquinaria de origen agrcola . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

5.5.2 Equipos especficos de obra civil - Estabilizadores de suelos . 97

5.6 Compactacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

5.6.1 Rodillo esttico tipo pata de cabra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

5.6.2 Rodillo vibratorio liso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

5.6.3 Rodillo vibratorio pata de cabra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

5.6.4 Compactador de neumticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

5.7 Refino de la superficie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

5.8 Curado y proteccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

5.9 Tratamiento en central . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

5.9.1 Centrales de fabricacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112

5.9.2 Transporte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

5.9.3 Extendido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

6 EJECUCIN DE LAS OBRAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

6.1 Planteamiento general . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

6.1.1 Tratamiento de suelos en terraplenes y fondos de desmonte . 1156.1.2 Estabilizacin de las capas de apoyo del firme . . . . . . . . . . . . 115

6.1.3 Etapas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117

6.1.4 Consideraciones prcticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

6.2 Secado de suelos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

6.2.1 Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

6.2.2 Tcnicas de ejecucin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

6.3 Tratamiento y estabilizacin de los suelos en la construccin de

terraplenes y fondos de desmonte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122

6.3.1 Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122


6.4 Estabilizacin de capas del cimiento del firme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130


6.4.2 Limitaciones a la ejecucin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143

6.5 Gua prctica de identificacin de problemas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144

7 GESTIN DE LA CALIDAD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147

7.1 Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147

7.2 Especificaciones a considerar en el PAC para los tratamientos en

formacin de terraplenes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149

7.2.1 Establecimiento de las especificaciones de los materiales . . . . 149

III


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7.2.2 Establecimiento de las especificaciones del proceso de

ejecucin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151

7.3 Especificaciones de los tratamientos en formacin de explanadas . . . 152

7.3.1 Establecimiento de las especificaciones de los materiales . . . . 152

7.3.2 Suelos aptos para estabilizar para la formacin de las

explanadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

7.3.3 Caractersticas de los suelos una vez estabilizados

para formacin de explanadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156

7.3.4 Establecimiento de las especificaciones del proceso de . . . . . .

ejecucin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157

7.4 Elaboracin del Plan de Aseguramiento de la Calidad . . . . . . . . . . . . . 158

7.4.1 Estructuracin y divisin en lotes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159

7.4.2 Especificaciones Tcnicas de Compra y Fichas de Recepcin . 160

7.4.3 Procedimiento tcnico de ejecucin de la estabilizacin . . . . . . 1617.4.4 Plan de Puntos de Inspeccin y Fichas de Inspeccin . . . . . . . 161

7.5 Control y verificacin de equipos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170

7.6 Deteccin y tratamiento de las no conformidades y medidas

correctivas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170

7.7 Anlisis de resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171

8 PREVENCIN DE RIESGOS LABORALES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173

8.1 Identificacin de riesgos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1738.1.1 Del proceso de ejecucin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173

8.1.2 Exposicin a agentes fsicos o qumicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173

8.2 Equipos y medios auxiliares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174

8.2.1 Maquinaria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174

8.2.2 Elementos de proteccin colectiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174

8.2.3 Equipos de proteccin individual (EPI) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174

8.3 Procedimiento de trabajo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175

8.3.1 Actuaciones previas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175

8.3.2 Ejecucin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175

8.4 Estabilizacin con cal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176

8.4.1 Indicaciones generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176

8.4.2 Proteccin personal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177

8.4.3 Manipulacin y almacenamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178

8.4.4 Informacin toxicolgica. Sntomas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179

8.5 Estabilizacin con cemento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179

8.5.1 Indicaciones generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179

8.5.2 Proteccin personal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180

8.5.3 Manipulacin y almacenamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181

8.5.4 Informacin toxicolgica. Sntomas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181

8.6 Normativa aplicable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182

IV


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9 PROYECTO DE EXPLANADAS ESTABILIZADAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183

9.1 Planteamiento general . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183

9.2 Normativa del Ministerio de Fomento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183

9.3 Normativas autonmicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187

9.3.1 Recomendaciones de proyecto y construccin de firmes y

pavimentos de la Junta de Castilla y Len . . . . . . . . . . . . . . . 187

9.3.2 Instruccin para el Diseo de Firmes de la Red de Carreteras

de Andaluca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189

9.3.3 Otras normativas autonmicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190

9.4 Estudio global del diseo del firme y la explanada conjuntamente . . . 190

10 ESTUDIO ECONMICO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193

10.1 Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193

10.2 Costes de los distintos elementos que influyen en la estabilizacin

(valoraciones en euros, 2007) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193

10.3 Ejemplo (precios en euros, 2007). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196

10.4 Algunas consideraciones prcticas para mejorar los rendimientos . . . 199

10.4.1 Organizacin de la obra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199

10.4.2 Suministro del conglomerante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19910.4.3 Suministro de agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200

10.4.4 Solapes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200

10.4.5 Desgastes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201

10.4.6 Maquinaria auxiliar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201

V


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TRATAMIENTOS:MODIFICACIN YESTABILIZACINDE SUELOS

TRATAMIENTOS:MODIFICACIN YESTABILIZACINDE SUELOS 111.1 Modificacin y estabilizacin de suelos

Por razones medioambientales y econmicas, en las obras de infraestructura deltransporte (carreteras, ferrocarriles, puertos, aeropuertos) es recomendable haceruso de la mayor cantidad posible de suelos presentes en la propia obra tanto en losrellenos de terraplenes como en su coronacin y fondos de desmonte, donde lasexigencias de calidad son superiores por estar ms cerca de las cargas de trfico.Con frecuencia sin embargo, los suelos no tienen las caractersticas adecuadas.

Para estos casos se dispone actualmente de diferentes productos para el trata-miento de los suelos con objeto de facilitar e incluso permitir su puesta en obra, re-ducir su sensibilidad al agua y aumentar en mayor o menor grado su resistencia ala deformacin bajo cargas. Los ms empleados son los siguientes conglomerantes:cementos, en general con adiciones, y cales areas. Ambos pueden usarse tantoen polvo como en forma de lechada. Se mezclan con el suelo, generalmente in situ,se compactan enrgicamente y se curan. Tambin pueden emplearse algunos ligan-tes bituminosos y ciertos productos qumicos, pero su uso actual es mucho ms re-ducido, entre otras razones por su coste.

Los cementos, al fraguar e hidratarse los silicatos y aluminatos clcicos anhidros,

producen uniones entre las partculas del suelo, disminuyendo su sensibilidad alagua y, en funcin del contenido de conglomerante, pueden aumentar considera-blemente la resistencia a la deformacin del suelo estabilizado y ofrecer una ciertaresistencia a la traccin. Son adecuados para tratar tanto los suelos granularescomo los de grano fino, salvo que sean muy plsticos o se encuentren muy hme-dos. En este caso puede ser conveniente un tratamiento previo con cal o su esta-bilizacin con cal.

Las cales areas producen al mezclarse con un suelo fino arcilloso una reaccin r-pida de floculacin e intercambio inico, con formacin de grumos friables. Conuna pequea adicin de cal, el aspecto del suelo pasa a ser granular, ms fcil demanejar. Las reacciones qumicas reducen rpidamente la plasticidad del suelo y

su hinchamiento, mejoran su compactabilidad y aumentan su capacidad de so-


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2 MANUAL DE ESTABILIZACIONES

porte. Despus se inicia una reaccin puzolnica lenta, que se acelera con la tem-peratura, con formacin de silicatos y aluminatos clcicos hidratados. La resisten-

cia mecnica va aumentando con el tiempo y la temperatura, conforme estoscompuestos qumicos, al igual que en el caso de los cementos, van creando puentesde unin entre las partculas del suelo.

Con suelos arcillosos plsticos, lo idneo es el tratamiento con cal. La resistenciamecnica a largo plazo es funcin del tipo de suelo y puede ser insuficiente. Eneste caso, una posible solucin es un tratamiento doble, primero con cal y luego concemento.

Hay que sealar algunas limitaciones que afectan a la estabilizacin de los suelos concontenidos elevados de materia orgnica o de ciertas sales, como los sulfatos. En elprimer caso puede llegar a detenerse la formacin de los compuestos cementantes

o inhibir la reaccin de la cal y la superficie de los minerales de la arcilla, y en el se-gundo pueden producirse las conocidas reacciones expansivas debidas a la forma-cin de ettringita. Por el contrario, otras sales, como los carbonatos, puedenfavorecer la actuacin de los cementos.

En resumen, el tipo de suelo y su estado hdrico, las condiciones climticas preva-lentes y las prestaciones deseadas son los factores principales para seleccionar elconglomerante ms apropiado. En los casos dudosos, el estudio de laboratorio mar-car las diferencias.

1.2 Tipos de tratamiento y campos de aplicacin

1.2.1 Aspectos generales

Segn los objetivos del tratamiento, se suele distinguir entre suelos mejorados ysuelos estabilizados.

1. Los suelos mejorados se refieren generalmente a suelos de grano fino, plsticosy a veces con humedades naturales excesivas, que presentan dificultades decompactacin, expansividad, sensibilidad al agua o a la helada, baja capacidadde soporte, etc. y que son tratados con cal.

Con este tipo de tratamiento se persigue fundamentalmente modificar sus ca-ractersticas a corto plazo, pasando a ser suelos utilizables.

El objetivo de la modificacin puede ser uno o varios de los siguientes:

secar zonas hmedas para facilitar su compactacin

proporcionar una plataforma de trabajo estable

preparar el suelo para un tratamiento posterior (por ejemplo con cemento)


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Figura 1.1 Estabilizacin con cal Figura 1.2 Estabilizacin con cemento

3CAPTULO 1. TRATAMIENTOS: MODIFICACIN Y ESTABILIZACIN DE SUELOS

La cantidad necesaria de cal, generalmente baja, es funcin de la naturaleza yhumedad del suelo.

La limitada resistencia mecnica que se consigue limita su empleo a las capas decoronacin de terrapln o de fondos de desmonte en la formacin de explanadasde firmes para trficos medios o ligeros, o bien bajo una capa de coronacin deexplanada de mayor capacidad de soporte con trfico pesado. Tienen tambinaplicacin en rellenos con suelos cohesivos muy hmedos, que de otro modo nopodran utilizarse, as como en emplazamientos especiales como trasdoses deobras de fbrica y rellenos de zanjas.

2. Con los suelos estabilizados se persigue fundamentalmente un aumento desu capacidad de soporte y una disminucin de su sensibilidad frente al aguay otras condiciones medioambientales desfavorables, as como en muchos

casos un incremento de su resistencia mecnica. Si la fraccin granular delsuelo es importante, un porcentaje moderado de conglomerante es suficientepara obtener un material insensible al agua, estable y capaz de resistir a largoplazo las deformaciones producidas por el trfico.

Para estabilizar un suelo, el conglomerante empleado debe ser cemento si elsuelo es poco plstico, mientras que si es fino y cohesivo debe utilizarse cal

area, aunque en ocasiones puede convenir un tratamiento mixto, primero concal para restar plasticidad y despus con cemento, para aumentar la capaci-

dad de soporte o alcanzar resistencias.

En este caso, la contribucin estructural de una capa estabilizada como apoyodel firme es notable, y a ello se debe su mayor empleo en explanadas de infraes-tructuras bajo trfico pesado.

Por otra parte, los suelos granulares con finos y plasticidad limitados son excelen-tes materiales para la ejecucin de capas de suelocemento en firmes semirrgidos.


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Esta categora superior de los suelos estabilizados re-quiere ya una mayor homogeneidad de la mezcla (en

general, fabricada en central) y tiene una resistencia ala traccin ms elevada. Para estos materiales, puedeconsultarse el Manual de firmes con capas tratadascon cemento (IECA-CEDEX,2003).

1.2.2 Secado de suelos para su uso en terraplenesy desmontes

Cuando los suelos tienen una humedad natural exce-siva, es decir, con un contenido muy superior a la hu-medad ptima en el ensayo Proctor, resulta muy difcil

su compactacin, obligando a interrumpir la ejecu-cin, o a complejas operaciones de secado. Ello dalugar a una ralentizacin de los movimientos de tie-rras, con una disminucin de los rendimientos y,en muchos casos, a una imposibilidad de alcanzarel grado de compactacin deseado. Los suelos finosy plsticos son los que con ms frecuencia presen-tan este problema, particularmente en pocas delluvia, por ser muy sensibles al agua y no tener ca-pacidad de drenaje.

Para resolver este problema puede emplearse unapequea dotacin de cal viva en polvo, la cual, altiempo que seca el suelo por hidratacin, mejorasu trabajabilidad por las reacciones inmediatas defloculacin de la cal con el suelo. De esta forma, elaporte de un 1% de cal viva puede disminuir el con-

tenido de humedad del suelo en un 4-5%. Si a ello se suma el efecto de aireaciny volteo de un material procedente de un desmonte o prstamo, el valor de la dis-minucin puede llegar a alcanzar hasta un 7%.

Este tratamiento se puede aplicar tambin para poner en obra suelos superficial-mente helados en invierno, pues la reaccin exotrmica de la cal al apagarse generaun calor suficiente para derretir muchas partculas de hielo y reducir inmediata-mente el exceso de humedad, permitiendo su compactacin. Esto es vlido paracualquier tipo de suelo.

1.2.3 Suelos mejorados para su empleo en ncleos de terrapln

El tratamiento en ncleos de terrapln se aplica principalmente para la utilizacinde suelos cohesivos con humedades naturales elevadas o bien de suelos margi-nales, cuyo transporte a vertedero se evita. De otro modo su empleo no sera po-sible con las tcnicas habituales de ejecucin. Por otra parte podran presentarse

riesgos de inestabilidad por asientos diferenciales o por roturas por esfuerzo cor-

MANUAL DE ESTABILIZACIONES4

Figura 1.3 Equipo atascado en suelo con exceso de

humedad

Figura 1.4 Extensin de cal para secado de suelo

hmedo


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tante debidas a las presiones intersticiales creadas durante la ejecucin o a la in-clinacin excesiva de taludes. Tan importantes son estas consideraciones tcnicas

como las econmicas ligadas a las demoras y bajos rendimientos de la maquinariade ejecucin.

Para conseguir la trabajabilidad deseada se emplea cal, con la dotacin mnima ne-cesaria (prxima al 1%), de modo que los vehculos de transporte de las tierras no for-men surcos de profundidad superior a unos 10 cm. Este tratamiento sirve tambinpara reducir los eventuales cambios de volumen y aumentar la estabilidad de los re-llenos.

Otras aplicaciones particulares son las siguientes:

para reducir la heterogeneidad de materiales procedentes de vertederos

para la estabilizacin de lodos producidos por tuneladoras

para el relleno de zonas de difcil acceso, como trasdoses de obras de fbricao zanjas, con el objeto de suplir las probables deficiencias de compactacin

para ensanches de calzada

en la cimentacin de ncleos sujetos a inundacin

para permitir una mayor inclinacin de los taludes

1.2.4 Suelos mejorados o estabilizados para capas de asiento de firmes

Tanto durante la ejecucin, como en el comportamiento ulterior del firme en servi-cio, el cimiento juega un papel relevante, que en ciertos casos puede llevar inclusoa la ruina del firme, al menos de forma local y especialmente en combinacin conel agua. Por ello, parece oportuno conocer su constitucin, funciones y las carac-tersticas de los suelos como materiales de construccin.

Puede definirse como cimiento del firme al conjunto de suelos y otros materiales quese encuentran bajo el mismo. La explanada es la superficie del cimiento, sobre lacual se apoya el firme. Las cargas del trfico, fundamentalmente verticales, producenun estado tensodeformacional de intensidad decreciente con la profundidad, llegandomuy aminoradas a la explanada gracias a la distribucin proporcionada por las capasdel firme. A partir de ah, las tensiones y deformaciones siguen disminuyendo, deforma que a una profundidad de 1,5 - 2 m son ya prcticamente inapreciables.

Las capas superiores del cimiento o capas de asiento del firme tienen por ello lamayor responsabilidad en el trabajo conjunto de la estructura firme cimiento, porlo que con frecuencia estn formadas por suelos de aportacin o por la estabiliza-cin de los existentes. Estas capas constituyen la coronacin sobre el ncleo delos terraplenes y el fondo de los desmontes. Debajo est el terreno natural subya-

cente.

CAPTULO 1. TRATAMIENTOS: MODIFICACIN Y ESTABILIZACIN DE SUELOS 5


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Las capas de asiento constituyen as una transicin entre el terreno natural y elfirme, con un doble objetivo:

A corto plazo, es decir de forma inmediata, durante la construccin de un firmenuevo, tienen las siguientes funciones:

proteger el terreno natural de los efectos de las cargas del trfico

permitir la circulacin del trfico de obra y de la maquinaria de construccinde las capas del firme

establecer una calidad de nivelacin suficiente para asegurar la adecuada re-gularidad superficial de las capas del firme, en particular de la capa de ro-dadura, as como los espesores de las capas

aportar la capacidad de soporte necesaria para la compactacin de las capassuperiores.

A largo plazo,es decir con el firme en servicio, tienen una importante funcin estruc-tural:

homogeneizar el apoyo y aumentar la capacidad de soporte del cimiento, ytambin

insensibilizarlo respecto a la humedad, bien por la aportacin de suelos gra-

nulares o por la estabilizacin con cal o cemento de los suelos existentes.

En suma, se desea conseguir una estabilidad satisfactoria de la obra en servicio,con unas deformaciones tolerables. En particular hay que evitar los cambios devolumen, as como los fenmenos de erosin.

Sin embargo, con frecuencia no se dispone en la traza de suelos naturales que ten-gan las caractersticas requeridas, por lo que si la explanada ha de tener una ca-pacidad de soporte suficiente, es necesario al menos mejorarlos del modo antesindicado. En vas para trfico pesado suele ser conveniente disponer de una expla-nada de elevada capacidad de soporte, la cual requiere ya de al menos una ltimacapa de suelo estabilizado con cemento, que mejora significativamente el compor-tamiento del firme, y en particular su resistencia a la fatiga, permitiendo al mismotiempo reducir los espesores de las capas del mismo.

En estas capas de asiento de firmes se emplean suelos mejorados o estabilizados concal o cemento y donde sea necesario estabilizaciones mixtas con cal y cemento. Suejecucin debe realizarse siguiendo las recomendaciones expuestas en este Manual.

1.2.5 Otros ejemplos de utilizacin

Entre las aplicaciones distintas de las explanadas o terraplenes, pueden mencio-

narse las siguientes:


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Figura 1. 5 Estabilizacin de la cimentacin de una estructura

7CAPTULO 1. TRATAMIENTOS: MODIFICACIN Y ESTABILIZACIN DE SUELOS

Cuas de transicin en trasdoses de estructuras

Una aplicacin ya muy conocida de la estabilizacin con cemento en rellenos loca-lizados es el bloque tcnico o cua de transicin en los trasdoses de las estruc-turas de las lneas ferroviarias de alta velocidad. Se trata de un relleno con materialgranular limpio y bien graduado tratado con cemento.

Las cuas se componen de una primera parte, adyacente al trasds, de materialgranular tratado, y una segunda parte de material granular sin tratar.

En bastantes obras la mezcla se ejecuta in situ, adoptando ciertas medidas paragarantizar que el material adyacente al estribo quede bien mezclado con el cemento.

En varias estructuras y pasos bajo pistas de aeropuerto construidas en los ltimosaos, el relleno de los trasdoses se ha ejecutado alternando capas de suelo estabi-lizado con cemento con otras de suelo seleccionado.

Rellenos en zonas inundables

Tambin es posible emplear suelos estabilizados para rellenar los espacios dejadospor la eliminacin de los fangos existentes.


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Suelos contaminados

La estabilizacin permite evitar la formacin de lixiviados en suelos contaminadoscon un gran nmero de elementos qumicos. El material tratado se puede dejar enel mismo lugar o trasladarse a vertedero, aunque en ningn caso se deben producirmigraciones de los compuestos indeseables. El conglomerante inmoviliza los conta-minantes mediante el incremento del pH del suelo, con lo que los hace inertes, in-solubiliza y encapsula, y adems puede producir cambios qumicos en los mismos.

Hay una serie de contaminantes inorgnicos con los que se ha demostrado la efecti-vidad del mtodo, como son metales pesados, amianto, materiales radioactivos, cidosinorgnicos, oxidantes y reductores. Con materiales orgnicos no se poseen datos su-ficientes, aunque se cree que puede ser una buena solucin en bastantes situaciones.

Las tcnicas de tratamiento son variadas: se puede realizar el mezclado in situ ydejar el material en el lugar, cuando el espesor contaminado es pequeo, o una vezestabilizada una capa, proceder a su carga, transporte y colocacin en el punto deacopio. Tambin se puede montar una planta en el lugar contaminado y transportarel material una vez tratado. Lo que no es recomendable es transportar el materialcontaminado sin haber sido tratado previamente.

Dependiendo del tipo y cantidad de contaminante y de las caractersticas del suelo, losporcentajes de conglomerante pueden variar desde el 3% hasta valores ms elevados.

1.3 Ventajas de los suelos estabilizados

1.3.1 Ventajas tcnicas

Entre las ventajas tcnicas pueden citarse:

permiten el empleo de los suelos de la traza, mejorando sus caractersticashasta el grado deseado

proporcionan una elevada capacidad de soporte a la explanada, con lo queaumenta la vida de servicio del firme

aseguran la estabilidad de la explanada, tanto por su insensibilidad al aguay a la helada, evitando as cambios de volumen por hinchamiento o retrac-cin, como por su resistencia a la erosin

disminuyen las tracciones en las capas del firme, aumentando con ello su vi-da til

pueden permitir el paso inmediato del trfico de obra.

1.3.2 Ventajas econmicas y ambientales

Entre ellas pueden destacarse las siguientes:



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un mayor empleo de suelos y otros materiales de la traza, a veces de caracte-rsticas iniciales inadecuadas. Esto es particularmente interesante por las res-

tricciones actuales para el uso de prstamos y vertederos. En ocasiones inclusono existen suelos aprovechables a una distancia aceptable

un ahorro en el transporte de materiales

un acortamiento de los plazos de ejecucin, dado que el proceso de incorpora-cin del conglomerante y de mezcla del suelo con el mismo se realiza con equi-pos especficos de alto rendimiento

la obtencin de cimientos de firme de mayor capacidad de soporte permite unahorro en las capas de firme, tanto en su constitucin como en su ejecucin.

Aunque las ventajas ambientales estn ligadas a las econmicas, las primeras vancobrando preponderancia y tienen que ser atendidas con prioridad.

1.3.3 Limitaciones

Las ms significativas estn relacionadas con elevados contenidos en los suelos desulfatos solubles y en materia orgnica.

En el primer caso, la formacin de ettringita, muy expansiva, puede llegar a romperlas capas ya extendidas y compactadas cuando el contenido de sulfatos solubles es

superior al 1%.

La materia orgnica puede inhibir el fraguado y endurecimiento de la mezcla, aun-que con una mayor dotacin de conglomerante se puede llegar a eliminar esteefecto. Otros compuestos del suelo, poco frecuentes, como son los fosfatos, nitratosy cloruros pueden afectar al fraguado del cemento.

La estabilizacin de suelos requiere unos estudios previos ms detallados delas caractersticas principales y de la homogeneidad de los suelos a tratar, ascomo de ensayos de laboratorio para su dosificacin. En general, la dotacinde conglomerante suele ser reducida y el sobrecoste queda compensado por lasventajas que aporta el tratamiento. Entre las limitaciones ms significativas

hay que sealar los elevados contenidos de los suelos en sulfatos solubles yen materia orgnica, as como la presencia de elementos de tamao superiora 10 cm.

1.4 Desarrollo de la tcnica

1.4.1 Inicio de la tcnica

Desde los albores de la Historia, se han utilizado la cal y sus mezclas con puzolanasnaturales para la estabilizacin de suelos cohesivos en diferentes obras pblicas,primero en China (pirmides de Shaanxi hace unos 5000 aos) e India, y despus

durante el Imperio Romano en vas de comunicacin y obras hidrulicas. En el



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siglo XIX se realizaron grandesavances en la produccin de otros

conglomerantes distintos de lascales, como los cementos prtlandartificiales, y en los procedimien-tos constructivos. El desarrollo denuevas redes viarias para vehcu-los automviles tanto en EstadosUnidos como en Europa duranteel periodo 1900- 1930 propiciuna serie de experimentos quemostraron claramente las posibi-lidades de aprovechamiento de lossuelos existentes, modificados en

mayor o menor grado por la adi-cin de alguno de estos productos,y la subsiguiente mezcla y com-pactacin.

El desarrollo tecnolgico actualtuvo sin embargo una decisiva primera fase en el periodo 1930-1950. Para ellofueron necesarios muchos estudios de laboratorio para definir unos mtodos deensayo y observar la incidencia de las diferentes variables que intervienen en losresultados. La gran variabilidad de los suelos naturales constitua un reto adicio-nal. Hubo que construir y seguir el comportamiento de varios tramos de ensayo,

hasta llegar a sistematizar el diseo, definir la ejecucin ms adecuada, con unamaquinaria en constante desarrollo, y finalmente establecer unas primeras espe-cificaciones tcnicas.

Fueron pioneros en este periodo Estados Unidos (hay que destacar la labor de laPrtland Cement Association y de la National Lime Association) y algunos paseseuropeos. Las necesidades militares de la 2 Guerra Mundial, particularmente enla construccin rpida de aeropuertos, propiciaron ms avances tcnicos y una ex-tensin del uso de los suelos estabilizados en muchos pases involucrados en elconflicto.

En los aos 50, con la reconstruccin e iniciacin de importantes infraestructuras

de transporte, comenz una segunda fase en la que la estabilizacin de suelos eraya una tcnica moderna establecida. Tambin se extendi su uso a vas secunda-rias y de baja intensidad de trfico.

Desde mediados de los aos 70 las circunstancias han cambiado considerable-mente, tanto por la acuciante proteccin del medio ambiente como por el encare-cimiento de la energa y la agresividad creciente del trfico pesado, lo que haobligado al empleo de explanadas de mayor capacidad de soporte y de mayor fiabi-lidad.

El uso de las estabilizaciones de suelos se ha ido generalizando debido a la dispo-

nibilidad de modernas mquinas estabilizadoras-recicladoras de gran potencia,


Figura 1.6 Equipo antiguo para estabilizaciones


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rendimiento, profundidad de tratamiento y mezcla en una pasada, junto a nuevasdistribuidoras del conglomerante y a los compactadores pesados vibrantes, que

han revolucionado la construccin. As, en Francia, se dispona ya en 1988 de unos150 equipos de estabilizacin.

En esta tercera fase se han puesto al da los diseos del cimiento de los firmes porsu incidencia en el comportamiento a largo plazo y en los costes globales. Los sue-los estabilizados ofrecen unas posibilidades de ejecucin menos dependientes de lameteorologa, facilitan la puesta en obra de las capas del firme y, en suma, reducenlos riesgos que pueden mermar la calidad deseada.

1.4.2 Desarrollo de la tcnica en Espaa

Aparte de algunas aplicaciones tempranas de carcter puntual, se puede destacarla labor del Instituto Nacional de Colonizacin (posteriormente IRYDA), que inicien 1963 un programa de construccin de caminos en las zonas regables de variasprovincias, de los que se estabilizaron ms de 250 km. Se deseaba conseguir ex-planadas de buena capacidad de soporte mediante mejora o estabilizacin de suelosin situ con cemento en un espesor de 15 cm, que era la mxima profundidad eficazde los equipos entonces disponibles, formados por rotoarados agrcolas de variasfresas verticales o bien mezcladoras autopropulsadas rotativas.

En esa poca, tanto el Instituto Eduardo Torroja como el Laboratorio del Transportey Mecnica del Suelo (hoy Centro de Estudios del Transporte del CEDEX), estudia-

ron en laboratorio estos materiales, poniendo a punto los ensayos para la dosifica-cin y control de las mezclas.

Hasta mediados de los aos 90, las estabilizaciones de explanadas fueron espor-dicas: Tramo de Ensayo de la CN-II (1963), la variante de Torrejn (1968) tambinen la CN-II, 20 km de la Autopista de Navarra (1974), 15 km de la CN-I en Boce-guillas (1985), etc.

No obstante, fue a partir de entonces,cuando la estabilizacin de los suelosexistentes en la traza comenz a seruna alternativa seriamente consideradafrente a la opcin de sustituir dichossuelos por otros de mayor calidad, dif-ciles de encontrar en muchas zonas deEspaa.

As, en el ao 1996 se realiz la esta-bilizacin de la explanada de variostramos de la Autova Len-BurgosAutova del Camino de Santiago), conuna superficie total prxima al milln demetros cuadrados, a los que hay que

sumar otros 800.000 m2 en tramos

Figura 1.7 Camino agrcola de suelocemento ejecutado in situ por el

Instituto Nacional de Colonizacin


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Figura 1.9 Superficie (106m2) de explanadas estabilizadas con cal en Espaa en el periodo 2006 a 2007

Figura 1.8 Superficie (106m2) de explanadas estabilizadas con cemento en Espaa en el periodo 2006 a 2007


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construidos posteriormente. En los aos siguientes se estabilizaron los terrenos deapoyo de varios tramos de autova, como la del Noroeste (Madrid La Corua) en la

provincia de Len, 1.510.000 m2

; la Autova de las Ras Bajas (Madrid Vigo),1.400.000 m2, tambin a su paso por la provincia de Len; la Autova de CastillaN-620, 1.880.000 m2 en la provincia de Salamanca; o la Autova de la Plata, ms deun milln de m2 en Badajoz.

A estas vas principales incluidas en el Plan de Autovas hay que sumar otro grannmero de actuaciones en carreteras autonmicas o provinciales, con una super-ficie total de ms de 26 millones de metros cuadrados estabilizados (2001).

En 2006 se dispona de ms de 80 equipos de estabilizacin con los que se tratarondel orden de 10 millones de m3 de suelo, lo que en capas de 25 30 cm supone unasuperficie superior a 35 millones de m2.

1.4.3 Normativa espaola

Aunque en 1965 se dispona ya de unas especificaciones para los suelos estabili-zados, su aplicacin a obras fue muy escasa.

Realmente fue en las Normas 6.1 IC de firmes flexibles y 6.2 IC de firmes rgidosde 1975 (Direccin General de Carreteras del entonces Ministerio de Obras Pblicas)cuando se hizo una primera clasificacin de explanadas en tres categoras: E1, E2y E3 con ndices CBR superiores a 5, 10 y 20 respectivamente.

Las estabilizaciones de suelos se normalizaron dentro del Pliego de PrescripcionesTcnicas Generales para Obras de Carreteras y Puentes PG-3 de 1975 en los art-culos 510 Suelos estabilizados in situ con cal y 511 Suelos estabilizados con ce-mento, en los cuales el primero contemplaba unos suelos mejorados o estabili-zados por adicin y mezcla con cal para su empleo en explanadas, en tanto que elsegundo se refera a suelos mezclados con cemento en central o in situ a fin de ob-tener un suelo estabilizado con una resistencia mecnica mnima a los 7 das, exi-gida desde entonces a las capas superiores de los cimientos del firme que han deaportar una elevada capacidad de soporte a la explanada. Los espesores del trata-miento de los suelos en aquella poca eran de slo 15 cm, manifiestamente insu-ficientes, pero la maquinaria entonces disponible para la escarificacin y mezcla insitu no permita una mayor profundidad.

Esta normativa del Ministerio se mantuvo tambin en la revisin de 1989, peropronto se evidenciaron sus limitaciones en las importantes obras emprendidas enla siguiente dcada.

Es por ello que en las Recomendaciones de Proyecto y Construccin de Firmes yPavimentos de la Junta de Castilla y Len de 1996, ante el uso generalizado deesta tcnica se normalizaron unos espesores mayores de estabilizacin, variandodesde 25 hasta 40 cm. Posteriormente la Junta de Andaluca tambin normalizsu uso en la Instruccin de Firmes de 1999, y en el caso concreto de la cal, con las



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Recomendaciones para la Redaccin de Pliegos de Prescripciones Tcnicas Gene-rales para el Tratamiento de los Suelos con Cal de 2003.

En el ao 2000 y por la Orden Circular 326/00 se modificaron muchos artculosdel PG-3/75 en materia de geotecnia vial, y entre ellos el Art. 330 Terraplenes, enel que se dio entrada al empleo de suelos marginales, eventualmente mejorados.

Con posterioridad, en la Norma 6.1 IC Secciones de firme (2003) se revis la tablade formacin de explanadas, fijando para los diferentes tipos de suelos naturaleso estabilizados el espesor mnimo de las capas que pueden constituir el cimientode los firmes. Los suelos estabilizados in situ con cemento o con cal han de satis-facer las especificaciones del Art.512 Suelos estabilizados in situ del PG-3/04.Las capas estabilizadas tienen ya un espesor mnimo de 25 cm, con un espesortotal en varias capas que puede llegar a los 80 cm. Para cada una de las tres cate-

goras de explanada, se establece un valor mnimo del mdulo de compresibilidaden el segundo ciclo de carga EV2. Hay que destacar que la estabilizacin con ce-mento de la capa superior es obligatoria cuando la explanada es de categora E3.

A partir de 2003, la normativa de las Autonomas tambin se ha ido actualizando(Castilla y Len, en 2004; Andaluca, en 2007), mientras que en otros casos se hapublicado por primera vez (Pas Vasco, en 2006 y Comunidad Valenciana, en 2009).



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MATERIALESBSICOSMATERIALESBSICOS

222.1 Suelos

2.1.1 Caractersticas generales

Los materiales a estabilizar con cal o con cemento no deben contener materia or-gnica, sulfatos, sulfuros, fosfatos, nitratos, cloruros u otros compuestos qumicosen cantidades perjudiciales. En caso de que se utilice cemento, no deben afectar alfraguado de ste, ni presentar reactividad potencial con los lcalis del cemento.

En las especificaciones se suelen establecer algunas limitaciones a las carac-tersticas de los suelos para que al estabilizarlos resulte un material con unascaractersticas tcnicas adecuadas y econmicamente admisibles.

Granulometra

Suele limitarse el tamao mximo (80 mm) para evitar segregacio-nes y dificultades de compactacin y nivelacin, as como paraevitar las complicaciones que para la maquinaria supone la pre-sencia de piedras de mayor tamao. Tambin se limita el porcen-taje de finos (partculas inferiores a 0,063 mm) para posibilitar lamezcla y, en el caso del cemento, evitar la necesidad de aportar unalto contenido de conglomerante:

< 35% (S-EST3) y 50 % (S-EST1 y S-EST2) en el caso de estabi-lizacin con cemento

> 15 % si es con cal.

En general, conviene disponer de un porcentaje mnimo de finospara facilitar la compactacin.

Composicin qumica

Se limita el contenido de materia orgnica, de sulfatos y de salessolubles; en el primer caso, para evitar el retraso o falta de fra-Figura 2.1 Ensayo de azul de

metileno


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guado y endurecimiento del material, y en los otros, para que no se produzcan re-acciones expansivas que puedan comprometer la estabilidad volumtrica del ma-

terial estabilizado o bien prdidas de resistencia del mismo.

No obstante, hay que advertir que los lmites fijados en las especificaciones son enocasiones demasiado conservadores. En el caso de ser superados de una manerano excesiva, se deberan realizar ensayos para determinar de forma precisa la ap-titud del suelo para ser estabilizado. En ocasiones es suficiente aumentar ligera-mente la dotacin de conglomerante.

Plasticidad

Para las estabilizaciones con cemento, el ndice de plasticidad debera ser inferiora 15. Con cal, no debera ser inferior a 12. Se desea evitar con ello problemas en el

mezclado y extendido del material, al tiempo que se indica el conglomerante msidneo, en funcin de la plasticidad del suelo.

En las estabilizaciones con cemento, cuando el ndice de plasticidad sea superioral indicado, se puede ejecutar un tratamiento previo con cal (mnimo 1 %).

2.1.2 Clasificacin

Segn el artculo 330 del PG-3 (2004), los suelos para terraplenes se clasificansegn lo indicado en la Tabla 2.1. Tambin se admiten materiales procedentes de

procesos industriales, siempre que sean estables.

Tabla 2.1 Clasificacin de suelos para terraplenes y explanadas (Pliego PG-3)

< 0,2 % < 1 % < 2 % apdo. 330.4.4.5 Materia orgnica

< 0,2 % < 0,2 % Yeso < 5 %

Otras < 1 %

apdo. 330.4.4.3

apdo. 330.4.4.4 Sales solubles

----- ----- < 3 % < 5 %

apdo. 330.4.4.2

Hinchamiento libre

----- ----- < 1 % apdo. 330.4.4.1 Asiento en ensayo

de colapso

100 100 ----- ----- Tamao mximo (mm)

Otras condiciones

granulomtricas

Finos (# 0,08)

Plasticidad

# 2 < 80 %

< 35 %

-----

-----

-----

-----

Segn grfico adjunto

# 2 < 80 %

# 0,4 < 75 %

< 25 %

IP < 10 LL < 30(*)#0,4

15%

SELECCIONADOS ADECUADOS TOLERABLES MARGINALES

(*) En caso de cumplir la condicin indicada se est exento del resto de las comprobaciones de granulometra y plasti-cidad


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17CAPTULO 2. MATERIALES BSICOS

Por otra parte, todos los suelos para terraplenes debern cumplir alguna de las doscondiciones granulomtricas siguientes:

cernido o material que pasa por el tamiz 20 UNE mayor que el 70 %cernido o material que pasa por el tamiz 0,080 UNE mayor o igual que el 35 %.

Son suelos inadecuados los que no se pueden incluir en las categoras anterioresy adems:

las turbas y otros suelos que contengan materiales perecederos u orgnicos,tales como tocones, ramas, etc.

los que pueden ser insalubres para las actividades que sobre los mismos sedesarrollen.

Esta misma clasificacin se emplea para los suelos sin tratar a utilizar en fondosde desmonte.

En principio, todos los suelos que cumplan las condiciones indicadas en el apar-tado 2.1.1 pueden ser estabilizados con cemento o con cal.

2.1.3 Suelos en terraplenes y explanadas

El mencionado artculo 330 del PG-3 (2004) indica tambin qu tipos de suelos sintratar pueden emplearse en las distintas zonas de los terraplenes (Tabla 2.2).

Figura 2.2 Criterios de clasificacin de suelos segn su plasticidad

0 20 40 60 80 100 120

60

40

20

0NDICEDEPLASTICIDADIP

(%)

LMITE LQUIDO LL ( %)

SUELOS

POCO

FREC

UENT

ES

LINEA

AIP

=0,73

(LL-

20)

SUELOS

POCO

FREC

UENTE

SMARGINALES

TOLERABLES

ADECUADOS

SELECCIONADOS

INADECUADOS

60

40

20


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Tabla 2.2 Posibilidades de empleo de suelos en las distintas zonas de losterraplenes

La mejora y/o estabilizacin tienen como fundamento conseguir que determinadossuelos, tras el tratamiento, sean aceptables para un uso en la obra para el que deforma natural no lo seran, por sus caractersticas.

Las normativas de firmes no slo prescriben las calidades necesarias de los mate-riales, sino que adems, para determinados casos, exigen que sean estabilizados,para la conformacin de las explanadas.

2.1.4 Suelos en capas estabilizadas de explanadas

En el artculo 512 Suelos estabilizados in situ del PG-3" se exponen las caracte-rsticas exigidas a los suelos para poder ser estabilizados con cemento o cal. stasse resumen en la Tabla 2.3.

Tabla 2.3 Prescripciones de los suelos a utilizar en estabilizaciones

Tamao mximo 80 mm

S-EST1 S-EST2 S-EST3

Pase 63 m < 50 < 35

Suelo con cal Pase 63 m 15 ------

Suelo con cal IP 12 12 y 40 ------

Pase 2 mm > 20

IP 15

% Materia orgnica < 2


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19CAPTULO 2. MATERIALES BSICOS

De acuerdo con dichas prescripciones, en la Tabla 2.4 se relacionan las determi-naciones previas que hay que realizar y las normas de ensayo que se deben utilizar

para ello.

Tabla 2.4 - Determinaciones previas a realizar sobre los suelos

DETERMINACIN NORMA

Granulometra UNE-EN 933-1

Lmite lquido UNE 103103

Lmite plstico UNE 103104

Contenido de materia orgnica UNE 103204

Contenido de sulfatos solubles UNE-EN 1744-1

Lixiviacin NLT-326

Reactividad potencial con los lcalis del cemento UNE 146507-1

Efecto del agua sobre la resistencia a la cohesin (1) NLT-312

Asiento en el ensayo de colapso UNE 103406

Hinchamiento en edmetro UNE 103601

(1) Cuando se quiera estimar cmo afecta el contenido de sulfatos del mate-rial granular a las caractersticas mecnicas de la mezcla con cemento.Esta comprobacin no est especificada en el PG-3.

Las prescripciones anteriores pueden resultar excesivamente restrictivas enalgunos casos, por lo que antes de descartar la posibilidad de estabilizacin deun determinado suelo se recomienda realizar los ensayos oportunos al pro-ducto terminado.

Figura 2.3 Determinacin del lmite lquido


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2.2 Cales

Las cales a emplear en la construccin (edifi-cacin y obra civil) vienen definidas en laNorma UNE-EN 459-1 Cales para la construc-cin. Parte 1: Definiciones, especificaciones ycriterios de conformidad.

Se trata de una norma europea armonizada,por lo que las cales empleadas en la construc-cin (y como caso particular la estabilizacinde suelos) deben poseer el marcado CE, Dichanorma se complementa con las dos siguientes:

UNE-EN 459-2 Cales para la construccin.Parte 2: Mtodos de ensayo.

UNE-EN 459-3 Cales para la construccin.Parte 3: Evaluacin de la conformidad.

La citada Norma UNE-EN 459-1 contempla dis-tintos tipos de cales, entre los que los ms im-portantes son los siguientes:

cales areas: cales que se componen princi-

palmente de xido e hidrxido de calcio y mag-nesio, los cuales endurecen lentamente alaire por la accin del CO2de la atmsfera. Nopresentan propiedades hidrulicas, es decir,

no endurecen con el agua y se obtienen a partirde rocas calizas con contenidos en carbonatos superiores al 95%.

cales hidrulicas: a diferencia de las cales areas, endurecen en contacto conel agua. Se obtienen a partir de calizas que contienen arcillas (slice y almina).Durante la calcinacin y la posterior hidratacin se forman silicatos y alumi-natos clcicos que son los que confieren las propiedades hidrulicas.

Segn el contenido de xido de magnesio, las cales areas se dividen en clcicas(CL), cuando su contenido de MgO es inferior al 5%, y dolomticas (DL), cuandodicho contenido es superior al 5%. La denominacin se completa mediante unacifra (90, 80 ...) que indica el contenido mnimo de la suma de CaO y MgO. A lasabreviaturas anteriores se les aade la letra Q o S segn se trate de cales vivas ohidratadas (apagadas), respectivamente.

Con ello, por ejemplo, la cal clcica 90, en forma de cal viva, se identifica por:

EN 459-1 CL 90-Q


Figura 2.4 Horno de cal


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Las cales para tratamiento de suelos, adems de la norma UNE-EN 459-1, debencumplir las prescripciones complementarias de la norma UNE 80502:2003 Cales

vivas o hidratadas utilizadas en la mejora y/o estabilizacin de suelos. De acuerdocon esta ltima, solamente se admiten para estas aplicaciones cales areas vivasCL 90-Q o CL 80-Q o bien cales areas apagadas CL 90-S o CL 80-S, pues son lasque actan ms eficazmente sobre los elementos arcillosos, por liberar rpidamentems iones Ca++, responsables de la floculacin de las partculas de arcilla y por ele-var el pH del suelo a valores en torno al 12,5 para producir la reaccin puzolnicacausante del incremento de la resistencia mecnica a largo plazo.

Por otra parte, deben cumplir lo establecido en el artculo 200 Cales para estabi-lizacin de suelos del PG-3.

La cal area se obtiene a partir de rocas calizas, compuestas mayoritariamente por

carbonato clcico (CaCO3). Mediante la calcinacin de la caliza, previamente ma-chacada y clasificada, a unos 950 1.000 C en un horno industrial especial, selogra la descomposicin del carbonato clcico segn la siguiente reaccin qumica:

Carbonato clcico (CaCO3) + Calor (770 kcal/kg de CaCO3) xido de calcio (CaO) + Dixido de carbono (CO2)

Posteriormente, el xido de calcio o cal viva (CaO) se puede combinar con agua enun proceso industrial controlado de hidratacin, para dar lugar al dihidrxido decalcio o cal apagada o hidratada [Ca(OH)2]:

xido de calcio (CaO) + Agua (H2O) Dihidrxido de calcio [Ca(OH)2] + Calor (279 kcal/kg de CaO)

La cal puede utilizarse en polvo o bien en forma de lechada, que es una suspensinde cal apagada en agua. Su empleo en tratamiento de suelos permite, por un lado,evitar el polvo producido durante el extendido de la cal y, por otro, controlar mejorla humedad de los suelos secos.

Esta suspensin no debe contener una proporcin de cal mayor del 35 % en masa,pues en caso contrario, pueden obturarse los conductos y vlvulas de la maquina-ria empleada.

Para la estabilizacin de suelos se deben emplear cales areas, que son las queactan sobre los suelos arcillosos.

Adems del contenido en xidos de calcio y de magnesio (este ltimo debe ser in-ferior al 5 % en las cales CL), para asegurar la calidad de la cal utilizada en el tra-tamiento deben analizarse los siguientes parmetros:

Contenido de dixido de carbono (CO2

)

Permite evaluar la presencia de otros componentes minoritarios de las cales,como son los carbonatos clcico y magnsico. Dicho contenido, en el punto defabricacin, debe ser inferior al 5% en masa.

CAPTULO 2. MATERIALES BSICOS 21


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Finura de molido

Es una caracterstica importante en la medida que interviene en las condicionesde almacenamiento, transporte y mezcla con el suelo. El apagado o hidratacinde la cal viva con agua da lugar, adems, a una autopulverizacin muy fina, in-cluso micronizada, del producto. Por otra parte, la finura puede intervenir enla reactividad de la cal.

La finura de la cal se evala mediante un anlisis granulomtrico. Ms del 98%de las partculas deben ser inferiores a 0,2 mm.

Reactividad de la cal

Esta caracterstica es muy importante debido a un doble motivo. Por un lado,

refleja la calidad de la cal en cuanto a su capacidad de reaccin, indicando quelas reacciones buscadas se producirn de forma rpida. Y por otro, cuando seemplee para el secado de suelos hmedos, permite estimar su eficacia para estetratamiento.

El ensayo se realiza sobre la cal viva (Q), y permite medir la rapidez de reaccinde sta con el agua. Se evala midiendo el tiempo que se tarda en alcanzar unatemperatura de 60 C al agitar una muestra de cal viva en agua.

Dicho tiempo debe ser inferior a 15 minutos, siendo tanto ms reactiva la calcuanto menor sea el mismo.

2.3 Cemento

El cemento, mezclado ntimamente con el suelo, proporciona a la mezcla la resis-tencia mecnica o la capacidad de soporte exigida y mejora tanto su durabilidad,entendiendo por tal la resistencia a los agentes fsicos y qumicos agresivos, comola estabilidad dimensional.


Figura 2.5 Fbrica de cemento


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Los cementos prtland se obtienen por molturacin conjunta de su clinker, de adi-ciones activas, en su caso, y de la cantidad adecuada de un regulador de fraguado,

normalmente piedra de yeso natural. El clinker es el producto resultante de calci-nar mezclas de calizas y arcillas preparadas adecuadamente, hasta conseguir lacombinacin prcticamente total de sus componentes. Los principales componen-tes del clinker son el silicato triclcico (SC3), el silicato biclcico (SC2), el aluminatotriclcico (AC3) y el ferritoaluminato tetraclcico (C4AF), a los que hay que aadirotros componentes secundarios. Algunos de ellos, como el silicato y aluminato tri-clcico, presentan un calor de hidratacin, una velocidad de fraguado y una resis-tencia inicial elevadas.

En general, los cementos prtland sin adiciones no suelen utilizarse en estabiliza-ciones, siendo lo ms habitual recurrir a cementos con cenizas volantes, escoriasde horno alto u otros tipos de adiciones puzolnicas o con hidraulicidad latente.

2.3.1. Designacin de los cementos espaoles

Los cementos espaoles para estas aplicaciones se rigen en la actualidad por el ar-tculo 202 del PG-3 y la Instruccin para la Recepcin de Cementos (vase Tabla2.5), basada en las normas UNE. En ella se recogen una gran variedad de tipos decemento, por lo que su eleccin depender en muchos casos de la disponibilidaden la zona, adems de las prestaciones de cada tipo.

2.3.2 Cementos ms adecuados

En los suelos estabilizados con cemento el tipo de conglomerante tiene una impor-tancia menor en comparacin con la dosificacin del mismo o la densidad alcan-zada en la compactacin. Es posible utilizar la gran mayora de los cementoscomercializados en Espaa, por lo que, como ya se ha mencionado, en muchoscasos su eleccin depender de la disponibilidad y precio de los mismos. No obs-tante, algunas recomendaciones de tipo prctico pueden mejorar ciertos aspectos.

Los cementos ms adecuados para estas unidades de obra son los que presentanlas siguientes propiedades:

inicio y final de fraguado suficientemente largos, de forma que se tenga un ele-vado plazo de trabajabilidad

moderado calor de hidratacin, para limitar los efectos de la fisuracin por re-traccin (ancho de fisuras y distancia entre las mismas), principalmente enpocas calurosas

desarrollo lento de resistencias y mdulos de rigidez a edades tempranas, re-cuperndolas a largo plazo. Con ello se consigue limitar el efecto de la retrac-cin y los fenmenos iniciales de fatiga inducidos por las cargas del trfico.



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(1) Los valores de la tabla se refieren a la suma de los componentes principales y minoritarios (ncleo de cemento,entendindose por tal el clinker y las adiciones, con exclusin del sulfato de calcio regulador de fraguado yde los aditivos).

(2) Se incluyen tambin en las Normas cementos prtland con esquistos calcinados (CEM II/A-T y CEM II/B-T),

con los mismos lmites en el contenido de adicin (esquistos) que en los restantes cementos CEM II, aunque

por el momento no se fabrican en Espaa.

(3) La proporcin de humo de slice se limita al 10 por 100.

(4) Se admiten dos tipos de puzolana: la natural, P, y la natural calcinada, Q.

(5) Se admiten dos tipos de cenizas volantes: las silceas, V, y las calcreas, W.

(6) Se admiten dos tipos de caliza: la L, con un contenido de carbono orgnico total (TOC) inferior al 0,50% enmasa, y la LL, en la que el TOC debe ser inferior al 0,20% en masa.

(7) Estn normalizados tambin los cementos CEM II/A-Q y CEM II/B-Q, en los que se utiliza puzolana natural

calcinada (Q).

(8) Estn normalizados tambin los cementos CEM II/A-W y CEM II/B-W, en los que se utilizan cenizas volantes

calcreas (W).

(9) Estn normalizados tambin los cementos CEM II/A-LL y CEM II/B-LL, en los que se utilizan caliza del tipo LL

(10) Los componentes principales distintos del clinker debern ser declarados en la designacin del cemento.

(11) No podrn utilizarse cenizas volantes calcreas (W).

(12) Podrn emplearse en estos cementos escorias de horno alto (S), puzolanas naturales (P) y cenizas volantes

silceas (V), de forma que el conjunto de las mismas quede dentro de los lmites indicados en la Tabla. El

contenido de puzolana natural no superar el 40 %.

Tabla 2.5 Tipos de cementos

Tipo de

cemento Designacin

Composicin porcentual (proporcin en masa)(1)

Componentes principales(2)

CEM I

CEM II

CEM III

CEM IV

CEM V

ESP VI

Cemento prtland

Cemento prtlandcon escoria

Cemento prtlandcon humo de slice

Cemento prtlandcon puzolana(7)

Cemento prtlandcon cenizavolante(8)

Cemento prtlandcon caliza(9)

Cemento prtlandmixto(10)

Cemento de hornoalto

Cementopuzolnico(10)

Cementocompuesto(10)

Cemento parausos especiales

CEM I

CEM II/A-SCEM II/B-S

CEM II/A-D

CEM II/A-PCEM II/B-P

CEM II/A-V

CEM II/B-V

CEM II/A-LCEM II/B-L

CEM II/A-MCEM II/B-M

CEM III/ACEM III/BCEM III/C

CEM IV/ACEM IV/B

CEM V/ACEM V/B

ESP VI-1

Clnket

K

95-100

80-9465-79

90-94

80-9465-79

80-94

65-79

80-9465-79

80-9465-79

35-6420-345-19

65-8945-64

40-6420-38

25-55

Escoria dehorno alto

S

----

6-2021-35

----

--------

----

----

--------

Humo deslice

D(3)

----

--------

6-10

--------

----

----

--------

Puzolana(4)

----

--------

----

6-2021-35

----

----

--------

Cenizasvolantes(5)

----

--------

----

--------

6-20

21-35

--------

Caliza(6)

----

--------

----

--------

----

----

6-2021-35

0-5

0-50-5

0-5

0-50-5

0-5

0-5

0-50-5

0-50-5

Componentesminoritarios

6-2021-35

11 - 3536 - 55

45-75(12)

36-6566-8081-95

--------

18-3031-50

------------

--------

------------

------------

------------

18-30(11)

31-50 --------

--------

0-50-50-5

0-50-5

0-50-5

0-5

Puzolana(4) Cenizasvolantes(5 Caliza(6)

Humo deslice

D(3)

Escoria dehorno alto

S

Clinker

K


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Los cementos que ms se aproximan a las cualidades anteriores son aquellos conmayor contenido de adiciones activas (escorias de horno alto, puzolanas naturales

y cenizas volantes principalmente), como pueden ser los tipos CEM III, CEM IV,CEM V o ESP VI. En general, se debe procurar emplear cementos de clase resis-tente media o baja (32,5 N o, en el caso de los cementos especiales ESP, tambinla 22,5), dejando los de clase superior para situaciones especiales, como puede seruna puesta en obra en tiempo fro.

Los cementos ms adecuados para estabilizar suelos son los que tienen un ele-vado plazo de trabajabilidad, un moderado calor de hidratacin para limitar losefectos de la fisuracin por retraccin y un desarrollo lento de resistencias ymdulos de rigidez a edades tempranas, recuperndolas a largo plazo.

Los cementos que ms se aproximan a las cualidades anteriores son aquellos

con mayor contenido de adiciones activas, como pueden ser los tipos CEM III,CEM IV, CEM V o ESP VI.

No se deben emplear cementos de aluminato de calcio, ni mezclas de cemento conadiciones que no hayan sido realizadas en la fbrica de cemento.

Si la capa estabilizada se tiene que disponer sobre terrenos yesferos o que conten-gan sulfato de magnesio, es conveniente aislarla y, en cualquier caso, utilizar ce-mentos resistentes a los sulfatos o con alto contenido de adiciones (ceniza volante,escoria de horno alto o puzolana).

El principio de fraguado del cemento, determinado segn la norma UNE-EN 196-3, no ha de tener lugar antes de las dos horas. No obstante, si la extensin se rea-liza con temperatura ambiente superior a 30C, el principio de fraguado,determinado segn dicha norma, pero realizando los ensayos a una temperaturade 40 2 C, no ha de tener lugar antes de una hora.

Es conveniente destacar que tanto en Francia como en Alemania se emplean fre-cuentemente en estabilizaciones los denominados conglomerantes hidrulicospara carreteras. Se trata de productos preparados en fbrica, con un contenido re-ducido de clinker e incluso sin clinker, y que suelen presentar un fraguado muylento, lo que hace que sea posible obtener fcilmente plazos de trabajabilidad delorden de 10 h.

2.4 Agua

El agua debe cumplir las mismas prescripciones fijadas para su empleo en hormi-gones y morteros (Instruccin EHE y Art. 280 del PG-3).

Un ndice til de carcter general sobre la aptitud de un agua es su potabilidad. Noobstante, algunas aguas manifiestamente insalubres pueden ser tambin utiliza-das: aguas bombeadas de minas (que no sean de carbn), algunas de residuos in-dustriales, aguas pantanosas, aguas depuradas con cloro, etc. En cualquier caso,

deben cumplirse las condiciones sealadas en la Tabla 2.6.



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Tabla 2.6 Caractersticas de las aguas para el tratamiento de suelos

(*) Cuando se utilicen cementos resistentes a sulfatos el lmite de in sulfato se puede elevar hasta la cifra de 5 g/l.

No conviene emplear aguas cuyo pH sea inferior a 5, ni las que contengan aceites,grasas, hidratos de carbono o materias slidas en suspensin (limos o arcillas).

En general se pueden utilizar, tanto en el amasado como en el curado, todas lasaguas que hayan sido sancionadas por la prctica como aceptables.

En la Tabla 2.7 se indican las normas de ensayo que deben utilizarse para la com-probacin de los requisitos anteriores.

Tabla 2.7 Relacin de ensayos a realizar sobre el agua

2.5 Aditivos

Los aditivos de ms inters en las estabilizaciones son los retardadores de fraguado.Se trata de productos cuya funcin es retrasar el fraguado (principio y final) delcemento, con el consiguiente aumento del plazo de trabajabilidad.


CARACTERSTICAS LIMITACIN CAUSA DE LA LIMITACIN

pH 5 Alteraciones en el fraguado y endurecimiento.

Disminucin de resistencias y de durabilidad.

Sustancias disueltas 15 g/l Prdida de resistencias mecnicas.

Fenmenos expansivos a largo plazo.

Contenido en sulfatos SO4= 1 g/l*

Alteraciones en el fraguado y endurecimiento.Prdidas de resistencia.

Merma importante de la durabilidad.

Hidratos de carbono No debe apreciarse Impide el fraguado o produce alteraciones en el

mismo y en el endurecimiento

Sustancias orgnicassolubles en ter

15 g/l Graves alteraciones del fraguado y/o endurecimiento.

Fuertes cadas de resistencias.

DETERMINACIN NORMA

Contenido total de sustancias solubles en agua UNE 83957

Contenido total de sulfatos UNE 83956

Determinacin cualitativa de hidratos de carbono UNE 7132

Determinacin de la acidez de las aguas UNE 83992

Aceites y grasas contenidos en el agua UNE 7235


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Los retardadores de fraguado producen por lo general una disminucin de las re-sistencias mecnicas a corta edad, que se recuperan hasta alcanzar los valores

normales.

El plazo de trabajabilidad para una determinada temperatura depende de una seriede caractersticas de la misma: tipo de cemento, suelo utilizado, contenido de ce-mento y de agua, tipo de aditivo y dosis empleada. Por ello, la eficacia de estos adi-tivos est ligada a todos estos factores.

Resulta recomendable trabajar con retardadores a cualquier temperatura am-biente, especialmente si stas son elevadas, por la flexibilidad que proporcionan alas operaciones de compactacin.

Los aditivos deben cumplir las prescripciones de la Norma UNE-EN 934.

2.6 Emulsiones para riegos de curado

Las emulsiones ms adecuadas para los riegos de curado son las fluidas y de roturarpida, con el objeto de poder conseguir un buen reparto con poca dotacin y faci-litar un sellado rpido de la superficie. Se suelen emplear emulsiones ECR-1.

Las emulsiones deben cumplir las prescripciones del artculo 532 del PG-3.


Figura 2.6 Suelo estabilizado protegido con emulsin y sin ella


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3.1 Efectos de la cal

La incorporacin de la cal, viva o apagada, a un suelo provoca dos tipos de acciones:

mejora por modificacin inmediata, que tiene lugar desde el momento en quese mezcla el suelo con la cal. Su duracin puede ir desde algunos minutoshasta unas pocas horas

estabilizacin a largo plazo, que prosigue durante varios meses, o incluso al-

gunos aos, despus de la incorporacin de la cal al suelo.

La incorporacin de la cal a un suelo arcilloso provoca tanto mejoras a corto plazo,que se producen entre algunos minutos y unas pocas horas, como un efecto de es-tabilizacin a largo plazo, que se prolonga durante varios meses e incluso algunos

aos.

3.1.1 Mejora por modificacin inmediata

Afecta a la humedad del suelo y a sus propiedades geotcnicas, mejorando su tra-

bajabilidad y su comportamiento frente al agua.

Modificaciones del estado hdrico

Estas modificaciones dependen de la forma en que se encuentra la cal (viva, apa-gada, lechada) y del porcentaje aplicado.

En el caso de emplearse cal viva, sta provoca un descenso inmediato de la hume-dad del suelo por el efecto combinado de los tres procesos siguientes:

hidratacin de la cal viva, ya explicada en el captulo 2.2, segn la reaccin:

CaO + H2O Ca(OH)2 + 279 kcal/kg de CaO

ACCIONES

SOBRE LOS

SUELOS

ACCIONES

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evaporacin de una cierta cantidad de agua, producida por el calor despren-dido en la hidratacin de la cal viva (279 kcal/kg de cal viva). Esta reaccin es

muy exotrmica (el calor generado por la hidratacin de un kg de cal viva per-mite calentar 2,79 kg de agua de 0 C a 100 C).

aporte de materia seca (cal en polvo, por va seca), que reduce la relacin pesode agua/peso de slido, es decir, la humedad del material resultante.

La importancia relativa de estos tres fenmenos depende de numerosos factores.

En general puede decirse que el descenso total de la humedad natural provocadopor la incorporacin de cal viva al suelo es aproximadamente del 3- 4% por cada1% de cal viva mezclada.

Dado que el tratamiento en obra se realiza a menudo en condiciones atmosfricasque favorecen la evaporacin, la reduccin de la humedad natural resulta muchasveces superior a la provocada exclusivamente por la adicin de la cal viva. En estascondiciones, si los efectos sealados se provocan aprovechando la aireacin y vol-teo de materiales, pueden producirse en las obras prdidas de humedad que lleganal 5-8%.

Esta desecacin, que se produce fundamentalmente durante la fase de mezclado,puede ser necesaria en el caso de suelos (de cualquier tipo) demasiado hmedos,en los que mediante este secado se consigue su puesta en obra.

Por el contrario, en el caso de que los suelos presenten humedades cercanas a laptima de compactacin, o incluso menores, esta desecacin deber ser compen-sada con un aporte de humedad complementario mediante riego, con objeto demantener o conseguir la humedad ptima. Esta aportacin de agua deber teneren cuenta tambin la necesaria para la hidratacin de la cal viva. La cantidad deagua a aadir es del orden del 30 % del peso de la cal incorporada.

Adems, en el caso de suelos muy hmedos y en condiciones de temperaturasbajas, que se producen en invierno en obras de carreteras de montaa, se puedepresentar el problema aadido de la congelacin del agua.

La mezcla del suelo con cal viva permite, debido a la conjuncin de los efectos an-teriormente sealados, elevar la temperatura del mismo, fundiendo el hielo y redu-ciendo el exceso de humedad. En estas condiciones extremas, los porcentajesnecesarios de cal viva son mayores de lo habitual.

En el caso de utilizarse cal apagada, sta acta sobre la humedad, pero nicamentecomo consecuencia del aporte de materia seca, es decir, mediante el tercer procesoantes sealado.

Por lo tanto, la disminucin total slo es del orden del 0,3 % de humedad del suelopor cada 1% de cal apagada aportada.



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Cuando se aplica la cal por va hmeda, es decir, en forma de lechada de cal, se in-corpora al suelo una mezcla de agua y cal en suspensin en un porcentaje aproxi-

mado del 30 % en masa.

En este caso se produce, por el contrario, un aumento de la humedad natural queser funcin de su concentracin (masa de cal por litro de agua) y de la cantidadmezclada con el suelo.

Debido a ello, en el caso de trabajar sobre suelos con humedades naturales exce-sivas, o prximas a la humedad ptima de compactacin, debe aplicarse el trata-miento por va seca (cal viva o apagada en polvo), con objeto de no aadir mshumedad al suelo y dificultar con ello su puesta en obra.

Cuando se quiera tratar suelos con humedades naturales excesivas, superiores a

la humedad ptima de compactacin, debe aplicarse el tratamiento por va seca(cal viva o apagada en polvo), con el objeto de no aadir ms humedad al suelo y

dificultar su puesta en obra.

Modificaciones de las caractersticas de la fraccin arcillosa del suelo

Desde el mismo momento en que se incorpora a un suelo arcilloso, la cal provocaun intercambio inico de los cationes que estabilizan la estructura laminar de lasarcillas. Como consecuencia de ello aparecen fuerzas de unin (fuerzas de Var derWaals) que dan lugar a su floculacin. Estos efectos se traducen, desde el punto devista geotcnico, en:

una elevacin importante del lmite plstico del suelo sin modificacin signifi-cativa de su lmite lquido, lo cual se traduce en una reduccin importante delndice de plasticidad. El suelo pierde su carcter pegajoso y pasa a tener unaspecto granular, mejorando sus caractersticas geotcnicas. En este estado,resulta ms fcil su puesta en obra: extraccin, carga, transporte, descarga,extendido, compactacin, etc.

Cuando se mezcla en obra un suelo arcilloso con cal viva o apagada, se modi-fica de forma inmediata el comportamiento del suelo. ste pasa bruscamentede un estado plstico, es decir, deformable y viscoso, a un estado slido, esdecir, ms rgido y friable.

como consecuencia de este descenso de la plasticidad se produce tambin unamejora de la estabilidad volumtrica del suelo, reduciendo e incluso llegandoa anular su eventual expansividad. Es frecuente que los suelos arcillosos seanmuy expansivos, hinchndose ante la presencia de agua y disminuyendo suvolumen hasta el estado inicial cuando sta desaparece

un incremento de la resistencia a esfuerzo cortante del suelo. Se produce almismo tiempo que el cambio de estado anteriormente descrito y se traduce enuna mejora inmediata de su capacidad de soporte.

CAPTULO 3. ACCIONES SOBRE LOS SUELOS 31


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Esto puede apreciarse en la mejora que se obtiene tanto en la capacidad de so-porte inmediata del material como en el ndice CBR.

una modificacin de las caractersticas de compactacin del suelo. La curvaProctor del suelo tratado se sita debaj

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