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Capas y bases tratadas: Gravaescoria

Figura 1. Escoria granulada. http://www.cedex.es/NR/rdonlyres/BFF81F23-BDB7-4B5B-85A5-A7ABD2974A42/119856/ESCORIASDEHORNOALTO.pdf

La gravaescoria consiste en una mezcla homogénea de áridos, escoria granulada de alto horno, cal y agua, que convenientemente compactada, se utiliza en la construcción de firmes de carreteras. La regulación de esta unidad de obra se recogía en el ya derogado artículo 515 del PG3. Se trata de un tipo de base desarrollada en Francia en los años 60 del siglo pasado. Su mayor problema es el coste del transporte de la escoria desde el alto horno a la central de fabricación, siendo 100 km una distancia límite. Esta es una de las razones por las que se encuentra desregulado su empleo. De hecho, actualmente en España la producción de escoria se localiza en Asturias, concentrándose su consumo principalmente en la zona norte del país.

La escoria granulada es una arena vitrificada obtenida por el enfriamiento brusco y controlado de la escoria de alto horno, a la salida de éste. Está constituida fundamentalmente por silicatos cálcicos, conteniendo también otras sustancias, principalmente alúmina y magnesia. La gravaescoria parte de una mezcla de árido, un 15-20% de escoria granulada de alto horno, agua y un 1% de cal viva o apagada que actúa como catalizador del fraguado. El catalizador es necesario porque la escoria granulada no es un conglomerante hidráulico, sino puzolánico. Por ello el fraguado (en puridad, una cristalización) es progresivo y lento, que puede durar varios meses, llegando al cabo de unos 2 años a alcanzar las resistencias obtenidas con la gravacemento. En otros países se utiliza escoria aireada, obtenida por enfriamiento con agua y aire.

Los áridos utilizados serán naturales o procedentes del machaqueo y trituración de piedra de cantera o grava natural. Serán limpios, sólidos y resistentes, de uniformidad razonable, exentos de polvo, suciedad, arcilla y otros materiales extraños. Su huso granulométrico es algo más abierto que en el caso del árido para la gravacemento. La humedad de la mezcla es algo superior a la óptima del Proctor Modificado. Se aconseja un riego de curado, aunque no es estrictamente necesario.

El proceso de ejecución será el que se indica a continuación:

Preparación de la superficie
Fabricación de la mezcla
Transporte y vertido
Compactación y acabado

La fabricación en central permite dosificar por separado el árido, la escoria granulada, la cal y el agua. Se debe asegurar una compactación que llegue al 100 % del Proctor Modificado, así como un buen drenaje del firme para evitar futuros problemas. La extensión se realiza por capas que, una vez compactadas, varíen entre 15 y 30 cm. Sin embargo, la compactación se realizará en una sola tongada.

La compactación se inicia por el borde más bajo de las distintas bandas longitudinales y continuará hacia el borde más alto de la capa, con el solape correspondiente. En los bordes se debe disponer de una contención lateral adecuada. Esta unidad de obra se puede ejecutar si la temperatura ambiente a la sombra supera los 5ºC y no se prevean heladas. Sin embargo, si la temperatura tiene tendencia a crecer, podrá bajarse el límite a 2ºC.

Cuando la gravaescoria es económicamente factible, presenta algunas ventajas respecto a la gravacemento. Así, su lento endurecimiento permite más tiempo de puesta en obra y abrir al tráfico ligero inmediatamente. Aunque se deforme la capa, siempre se podrá reperfilar antes de extender el pavimento. Otra ventaja es la homogeneidad conseguida en la mezcla debido a la elevada proporción de conglomerante, siendo la humedad y el contenido de escoria factores menos críticos. El problema del reflejo de las grietas en el firme se reduce debido a su menor retracción, por lo que es posible disminuir el espesor del pavimento bituminoso.

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Referencias:

JOFRE, C.; KRAEMER, C. (dir.) (2008). Manual de estabilización de suelos con cemento o cal. Instituto Español del Cemento y sus Aplicaciones (IECA), 217 pp.

KRAEMER, C.; MORILLA, I.; DEL VAL, M.A. (1999). Carreteras II. Explanaciones, firmes, drenaje, pavimentos. Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Madrid.

YEPES, V. (2014). Maquinaria para la fabricación y puesta en obra de mezclas bituminosas. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. Ref. 749.

YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.

YEPES, V. (2021). Procedimientos de construcción para la compactación y mejora del terreno. Colección Manual de Referencia, 1ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 426 pp. Ref. 428. ISBN: 978-84-9048-603-0.

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Capas y bases tratadas: Gravaemulsión

La gravaemulsión es un tipo de mezcla bituminosa en frío que consiste en la mezcla íntima de áridos, emulsión asfáltica y agua, que convenientemente compactada, se utiliza para la construcción de capas de firmes de carreteras. La gravaemulsión se concibe como una técnica de estabilización de áridos marginales. Sin embargo, en España se identifica más con una mezcla de áridos de granulometría continua, relativamente duros y, en general, procedentes del machaqueo.

La mezcla se realiza con áridos húmedos y con una emulsión de rotura lenta. La emulsión puede ser catiónica o aniónica, pero siempre de betún puro. La emulsión aniónica se emplea con áridos calizos, mientras las catiónicas tienen mayor aplicabilidad, aunque de rotura más rápida. El artículo 213 del PG3 indica que se pueden emplear emulsiones de los tipos ECL-2 y EAL-2. Se puede adicionar agua y cemento, importantes para la fabricación, compactación y apertura al tráfico. Los porcentajes de ligante residual oscilan entre el 2 y 5 % sobre el peso seco de los áridos.

Figura 1. Extensión de una capa de gravaemulsión. https://www.ateb.es/index.php/blog/item/212-grava-emul-que

Los áridos utilizados serán de características similares a los empleados en la gravacemento. Los husos granulométricos deben ser estrictos (GEA-1 y GEA-2). El equivalente de arena debe ser superior a 45. El artículo 514 del PG3 que regulaba el uso de la gravaemulsión fue derogado de la normativa actual del Ministerio de Fomento, que solo considera la utilización del suelocemento y de la gravacemento. La normativa autonómica sí que recoge su empleo. En general, se restringe al aprovechamiento de capas granulares procedentes de antiguos firmes para su uso en firmes provisionales o deformables, o bien capas de base para tráficos medios y ligeros, T2 a T4.

El proceso de ejecución será el que se indica a continuación:

Preparación de la superficie
Fabricación de la mezcla
Transporte de la mezcla
Extensión y compactación
Juntas de trabajo
Curado

Lo habitual es fabricar la gravaemulsión en centrales continuas, de forma similar a la fabricación de mezclas bituminosas en frío o de otras gravas tratadas. Estas centrales tendrán dispositivos adecuados para dosificar por separado la emulsión, el agua y los áridos. La mezcla se debe transportar en camiones de caja basculante, lisa y completamente limpia. Antes de extender la gravaemulsión, se debe comprobar que la capa subyacente tiene la densidad y geometría correctas. La extensión con calidad la realiza una extendedora, pero una motoniveladora tiene la ventaja de poder reperfilar (Figura 2). El espesor de la capa es de 6 a 15 cm, que se compacta con rodillos vibratorios o compactadores de neumáticos con alta carga por rueda. La compactación puede esperar sin problemas varias horas después del extendido. En caso de abrir al tráfico antes de extender la capa de rodadura, debe aplicarse un riego de sellado, con una dotación de betún residual de 200 a 500 g/m2 y arena.

Figura 2. Extensión de gravaemulsión con motoniveladora. https://www.eadic.com/mezclas-en-frio-con-emulsion-bituminosa-para-mantenimiento-de-carreteras/

La gravaemulsión se pondrá en obra si la temperatura ambiente, a la sombra, es superior a 2ºC en emulsiones catiónicas y 10ºC en las aniónicas. Pero si la temperatura ambiente tiende a aumentar, podrá fijarse en 5ºC la temperatura límite inferior para fabricar y extender la gravaemulsión en el caso de emulsiones aniónicas.

Tras la compactación y el curado, la capa de gravaemulsión presenta una elevada resistencia a compresión y a deformación bajo cargas lentas. Ello se debe a su granulometría continua, de elevado rozamiento interno. La presencia del mortero bituminoso le confiere una buena resistencia a tracción y flexión, así como una buena impermeabilidad. El módulo de elasticidad varía entre 2500 y 4000 MPa. Entre sus ventajas destaca su flexibilidad, buena compatibilidad con las capas granulares o bituminosas y su sencillez de fabricación y puesta en obra.

Dejo a continuación una publicación de la Asociación Técnica de Emulsiones Bituminosas (ATEB) sobre la gravaemulsión.

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Si bien está derogado el artículo 514 del PG3, os lo dejo a continuación por su interés.

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Referencias:

KRAEMER, C.; MORILLA, I.; DEL VAL, M.A. (1999). Carreteras II. Explanaciones, firmes, drenaje, pavimentos. Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Madrid.

MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ, F.; YEPES, V. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Mejora de terrenos. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2004.844.

YEPES, V. (2014). Maquinaria para la fabricación y puesta en obra de mezclas bituminosas. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. Ref. 749.

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Capas y bases tratadas: Gravacemento

En España es habitual el empleo de la gravacemento en las capas de base de los denominados firmes semirrígidos. También se puede emplear bajo pavimentos de hormigón, aunque su función es diferente respecto al caso anterior. El artículo 513 del PG3 define gravacemento como una mezcla homogénea de áridos, cemento, agua y eventualmente adiciones que, convenientemente compactada, se utiliza en la construcción de firmes de carretera. Su origen se corresponde a las mezclas de granulometría gruesa utilizadas en California.

Figura 1. Gravacemento. https://www.promsa.com/es/productos/p/grava-cemento

Los áridos utilizados serán naturales o procedentes del machaqueo y trituración de piedra de cantera o grava natural. Serán limpios, sólidos y resistentes, de uniformidad razonable, exentos de polvo, suciedad, arcilla y otros materiales extraños. El desgaste de Los Ángeles debe ser inferior a 30 y el equivalente de arena mayor a 30. Los husos granulométricos deben ser estrictos (GC-1 y GC2). El contenido en cemento en masa varía entre el 3% y el 5%. Se exige una resistencia a compresión a los 7 días de 4,5 MPa y, a largo plazo, que supere los 8 MPa. Si el contenido de cemento supera el 5-7%, entonces se puede hablar de gravacemento de altas prestaciones.

Las características del cemento empleado para la gravacemento se recogen en el artículo 202 del PG3. Su clase resistente es 32,5N. En el caso de existir sulfatos solubles en el suelo, se deberá emplear un cemento sulforresistente. El principio del fraguado debe ser posterior a las 2 horas. El contenido de agua se selecciona mediante un Proctor Modificado, de forma que la humedad óptima proporcione la densidad máxima. No obstante la humedad suele ser un 0,5% inferior a la óptima para alcanzar la máxima resistencia. Se utilizan retardadores de fraguado para ampliar la trabajabilidad del material, siendo obligatorio cuando la temperatura durante la extensión de la mezcla supera los 30ºC.

El cemento proporciona resistencia a la capa resultante. Se exige una densidad superior o igual al 98% del Proctor Modificado, y una resistencia mínima de 4,5 MPa a siete días. La resistencia máxima a siete días será de 7,0 MPa en calzada y 6,0 MPa en arcenes. Estas resistencias son medias sobre, al menos tres probetas de la misma amasada.

Figura 2. Descarga de gravacemento en obra. https://conorsa.es/catalog/gravacemento/

La mezcla del material se realiza en central, se transporta en volquetes y se extiende con extendedoras. Las extendedoras proporcionan una mayor regularidad que las motoniveladoras, que se podrían emplear si la mezcla presentan suficiente trabajabilidad. La fabricación en central permite un porcentaje homogéneo y controlado de humedad y cemento.

El proceso de ejecución será el siguiente:

Preparación de la superficie
Fabricación de la mezcla
Transporte de la mezcla
Vertido y compactado de la mezcla
Ejecución de las juntas
Curado

La terminación de la capa debe presentar una textura uniforme, exenta de segregaciones y ondulaciones. La rasante no superará la teórica en ningún punto y no debe quedar por debajo de la teórica en más de 15 mm. La anchura de la capa no será inferior a la definida en planos, ni superarla en más de 10 cm. El espesor no deber ser, en ningún punto, menor al previsto. En tiempo caluroso se aconseja no solo un retardador de fraguado, sino un riego con emulsión bituminosa de rotura rápida para garantizar el curado. Por otra parte, aunque se aconsejan varios días para permitir la circulación de vehículos sobre la gravacemento, parece ser que solo sería necesaria una protección superficial.

En los firmes semirrígidos, la capa de gravacemento es estructural, absorbiendo la mayor parte de las tensiones del tráfico. El principal problema a resolver es el agrietamiento por retracción, que puede reflejarse a través del pavimento bituminoso en función de los gradientes termohigrométricos y el espesor del pavimento. Por dicho motivo, el espesor del pavimento para tráfico pesado no suele bajar de 12-15 cm. Las grietas pueden solucionarse conjuntas en fresco, antes de la compactación, separadas unos 3 m. También se pueden interponer capas o membranas que absorban las tensiones concentradas.

Cuando la capa de gravacemento sirve de apoyo a un firme rígido, los requerimientos estructurales pasan a segundo plano, siendo más importante la formación de una buena plataforma de trabajo y de apoyo estable a largo plazo. En este caso, la gravacemento puede apoyarse directamente sobre una zahorra natural o sobre la propia explanada si ésta es de cierta calidad. Basta en este caso que la capa de gravacemento presente un ancho mínimo constructivo de 15 cm.

Os dejo un vídeo de la profesora Ana María Pérez, de la Universitat Politècnica de València, que explica las características más relevantes del gravacemento utilizado en las capas de base de las carreteras.

En esta ponencia, Amaia Lisbona, de Tecnalia, explica cómo fabricar suelocemento y gravacemento a partir de áridos reciclados procedentes de los residuos de la construcción y demolición.

Os dejo a continuación el artículo 513 del PG3 donde se regulan los materiales tratados con cemento (suelocemento y gravacemento).

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Referencias:

JOFRE, C.; KRAEMER, C. (dir.) (2008). Manual de estabilización de suelos con cemento o cal. Instituto Español del Cemento y sus Aplicaciones (IECA), 217 pp.

KRAEMER, C.; MORILLA, I.; DEL VAL, M.A. (1999). Carreteras II. Explanaciones, firmes, drenaje, pavimentos. Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Madrid.

YEPES, V. (2014). Maquinaria para la fabricación y puesta en obra de mezclas bituminosas. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. Ref. 749.

Curso:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Estabilización de suelos con cloruros

Figura 1. Control de polvo y estabilización de caminos con cloruros. https://www.youtube.com/watch?v=kr99E6NkwV4

El polvo que se desprende en vías terrestres no pavimentadas pueden impactar significativamente en la salud, la seguridad y en el coste de su mantenimiento. Este problema se da especialmente en terrenos arcillosos y climas áridos y semiáridos. En estos casos, se puede utilizar cloruros para reducir la cantidad de polvo.

La adición de cloruro disminuyen las fuerzas de atracción entre las arcillas, incrementando notablemente la cohesión aparente. Las propiedades higroscópicas de estos productos mantienen la humedad en la superficie, reduciendo el punto de evaporación, si bien esta sal es fácilmente lavable. Con todo, se reduce la evaporación y es capaz de absorber hasta diez veces su propio peso cuando la humedad ambiental es alta. Dicha humedad puede mantenerse en sus dos terceras partes durante un día de calor seco, lo que justifica su eficacia en reducir la formación de polvo.

Son muchas las sales que se pueden utilizar para la estabilización de suelos, especialmente aquellos arcillosos. Destacan el cloruro de potasio, el cloruro de magnesio, el nitrato de sodio, el cloruro de bario, el carbonato de sodio, el cloruro de calcio y el cloruro de sodio, entre otros. Sin embargo, por razones económicas, es el cloruro de sodio es que más se ha empleado en carreteras, y en otros casos, se han utilizado con mayor o menor éxito en función de las condiciones de cada caso.

Agregar cloruro de sodio a una arcilla reduce su contracción volumétrica, forma una costra superficial y disminuye los cambios en la humedad. Asimismo, mantienen unidas las partículas no arcillosas y que se encuentran en la superficie, se desprenden con menor facilidad cuando sufren los ataques abrasivos del tránsito. El poder coagulante de la sal supone un menor esfuerzo mecánico en la compactación, debido a que el intercambio iónico con los minerales de los finos del suelo produce un efecto cementante.

No obstante, para que los cloruros sean eficaces, la humedad relativa ambiental debe ser superior al 3% y el suelo debe tener minerales que pasen por la malla 200 y que reaccionen favorablemente con la sal.

Lo habitual es aplicar una disolución del cloruro en agua mediante riego al comenzar la temporada seca. La dosificación del cloruro oscila entre 0,5 y 1,0 kg/m². En zonas próximas al mar, el tratamiento puede sustituirse por un riego con agua de mar.

En el siguiente vídeo se puede ver cómo se puede controlar el polvo con cloruro de calcio.

A continuación, un par de vídeos sobre estabilización de caminos con sal.

Os dejo a continuación una publicación del Instituto Mexicano del Transporte sobre la estabilización de suelos con cloruros.

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Referencias:

KRAEMER, C.; MORILLA, I.; DEL VAL, M.A. (1999). Carreteras II. Explanaciones, firmes, drenaje, pavimentos. Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Madrid.

YEPES, V. (2014). Maquinaria para la fabricación y puesta en obra de mezclas bituminosas. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. Ref. 749.

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Estabilización de suelos con cemento

Figura 1. https://www.obrasurbanas.es/stabile-estabilizacion-suelos-carreteras/

Un suelo puede estabilizarse con cemento. Según el artículo 512 del PG3, consiste en la mezcla íntima, convenientemente compactada, de terreno, cemento, agua y eventualmente adiciones, a la cual se le exigen unas determinadas condiciones de insusceptibilidad al agua, resistencia y durabilidad.

En efecto, al fraguar e hidratarse los silicatos y aluminatos cálcicos anhidros, une las partículas del suelo, reduce su sensibilidad al agua, disminuye la deformación del suelo estabilizado y proporciona cierta resistencia a tracción según la dosificación empleada. Se pueden estabilizar tanto los suelos granulares como los de grano fino, salvo que sean muy plásticos o presenten mucha humedad. En este último caso, se podrían tratar previamente con cal. No se podrán utilizar suelos con material vegetal u orgánica, o cualquier otra sustancia que perjudique el fraguado del cemento.

Según las propiedades de la mezcla resultante, el suelo estabilizado con cemento se puede dividir en dos grupos:

Suelos mejorados con cemento, en los que se agrega una cantidad relativamente pequeña de cemento para mejorar algunas propiedades, como su sensibilidad a los cambios de humedad o su mayor capacidad de soporte, quedando el material suelto tras su tratamiento. Es una técnica orientada a mejorar las explanadas. La mezcla se realiza in situ, con dosificaciones inferiores al 3% del peso seco del suelo. El PG3 los clasifica en S-EST 1 y S-EST 2.
Suelos estabilizados con cemento, donde tras el fraguado del cemento, se obtiene un material con cierta resistencia mecánica. No se trata de hormigón, pues los granos no se ven envueltos en pasta de cemento, sino que su unión es puntual. El PG3 los divide en S-EST 3 si la resistencia a la compresión a 7 días es de 1,5 MPa, para uso en explanadas, y en suelos estabilizados para subbases y bases, donde se eleva dicha resistencia mínima a 2,5 MPa. En este último caso, su denominación habitual es suelocemento, cuya fabricación se realiza en central. Se exige un adecuado curado, lo que implica que tras la extensión y compactación de la capa, se riega con una emulsión bituminosa de rotura rápida para evitar la evaporación prematura.

Se necesitaría un elevado contenido de cemento si el suelo presenta muchos finos plásticos, lo que, además, dificultaría el mezclado. Por ello se limitan los tratamientos con cemento a suelos que cumplan las siguientes condiciones:

Límite líquido < 40 en los S-EST 2 y S-EST 3
Índice de plasticidad < 15
Cernido ponderal por el tamiz UNE 2 mm > 20 %
Cernido ponderal por el tamiz UNE 0,063 mm ≤ 35 % (50 % en los S-EST 1 y S-EST 2)

Con carácter general, el procedimiento constructivo de una estabilización con cemento se divide en las siguientes fases: preparación del terreno, mezclado “in situ” o en central, compactación, ejecución de juntas y curado de la mezcla. Normalmente, se compacta en capas de 20 a 30 cm.

Los cementos más adecuados para estabilizar suelos son aquellos que presentan un plazo elevado para que se puedan trabajar fácilmente, un moderado calor de hidratación y un lento desarrollo de resistencia que minimice las fisuras de retracción. Por ello son adecuados cementos con mayor contenido de adiciones activas (escorias de horno alto, puzolanas naturales y cenizas volantes), tales como los tipos CEM III, IV y V.

Os dejo un enlace al “Manual de estabilización de suelos con cemento o cal” que creo que os puede ser de ayuda. También os aconsejo que acudáis a la página web de ANTER (Asociación Nacional Técnica de Suelos y Reciclado de Firmes).

Aquí podéis ver una pequeña explicación de la profesora Ana María Pérez, de la Universitat Politècnica de València, de lo que es un suelocemento.

Os dejo algunos vídeos de esta técnica de mejora de suelos.

A continuación, os dejo una guía de soluciones para obras de estabilización de suelos, ejecución de suelo-cemento in situ y reciclado de firmes elaborada por la Asociación Nacional Técnica de Estabilizados de Suelos y Reciclados de Firmes (ANTER).

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Referencias:

JOFRE, C.; KRAEMER, C. (dir.) (2008). Manual de estabilización de suelos con cemento o cal. Instituto Español del Cemento y sus Aplicaciones (IECA), 217 pp.

KRAEMER, C.; MORILLA, I.; DEL VAL, M.A. (1999). Carreteras II. Explanaciones, firmes, drenaje, pavimentos. Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Madrid.

MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ, F.; YEPES, V. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Mejora de terrenos. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2004.844.

YEPES, V. (2014). Maquinaria para la fabricación y puesta en obra de mezclas bituminosas. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. Ref. 749.

Cursos:

Curso de compactación superficial y profunda de suelos en obras de ingeniería civil y edificación.

Curso de gestión de costes y producción de la maquinaria empleada en la construcción.

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Estabilización de suelos con cal

Figura 1. Estabilizadora de suelos WR 250 de Wirtgen. http://caltek.com.co/tratamiento-de-suelos-con-cal/

Los trabajos de construcción se ven dificultados por la presencia de arcilla y un alto contenido de agua en un suelo. Una alternativa a la sustitución del suelo es la estabilización mediante cal. El efecto estabilizador de la cal sobre el suelo se obtiene mezclándolo y compactándolo con cal aérea (viva o apagada) y agua. Los suelos más adecuados son los de granulometría fina y notable plasticidad. Se emplea cal con una riqueza en CaO superior al 90%. Dependiendo del caso, se agrega un 4-7 % de cal apagada o del 2-5 % de cal viva sobre el peso seco del suelo. Hay que proteger a los operarios si se emplea la cal viva, evitando el contacto con la piel. La mezcla se puede realizar “in situ” (Figura 1) o en central. Algunos autores (Bouzá, 2003) diferencian entre la mejora y la estabilización de un suelo con cal en función de la ganancia mínima de resistencia a compresión simple sobre el valor inicial del suelo de 350 kPa.

La cal viva (óxido de calcio) seca de forma efectiva la humedad del suelo por hidratación y evaporación, al reaccionar de forma exotérmica. Se puede bajar entre un 2% y un 5% la humedad en función de la cal añadida y las condiciones del suelo. Este proceso es inmediato tras adicional la cal. Otro efecto inmediato es una reacción rápida de floculación e intercambio iónico que modifica la granulometría, la textura y la compacidad del suelo, así como la propiedad de retener el agua. A continuación, se forman nuevos productos químicos mediante una reacción muy lenta de tipo puzolánico, elevándose el pH del suelo a valores en torno al 12,5. La sílice y la alúmina del suelo se combinan con la cal en presencia de agua para formar silicatos y aluminatos cálcicos insolubles, lo que supone una mejora de las características resistentes, así como una mayor estabilidad frente a las heladas.

El proceso de ejecución «in situ» pasa por la distribución uniforme de la cal viva o apagada mediante equipos mecánicos con la dosificación fijada de dos formas posibles (Cabrera et al., 2012):

Por vía seca, extendiendo previamente la cal en forma de polvo o granes sobre la superficie de trabajo, antes de mezclarla con el suelo.
Por vía húmeda, en forma de lechada de cal hidratada o apagada elaborada previamente por equipos mecánicos.

Estos tratamientos se utilizan cuando es imposible disponer de materiales alternativos, pues su coste puede ser limitante en caso contrario. Su uso habitual es en capas de subbase y base para pavimentos de viales y carreteras, infraestructuras de ferrocarriles y pistas aeroportuarias para aumentar su capacidad portante y reducir su susceptibilidad al agua de suelos arcillosos. Los suelos a tratar con cal no contendrán materia orgánica o vegetal, ni elevados contenidos de sulfatos solubles. En el caso de subbases y bases de firmes, el suelo antes del tratamiento no contendrá partículas de tamaño superior a 80 mm o a la mitad del espesor de la tongada compactada. Además, el rechazo del tamiz 0,080 UNE será inferior al 85% en peso. La efectividad del tratamiento depende del nivel de arcilla presente (al menos, del 7%) y de su capacidad para reaccionar.

La estabilización con cal aumenta tanto el límite líquido como el plástico, así como muy ligeramente su índice de plasticidad en suelos con IP<15. Sin embargo, reduce el índice plástico en los suelos de plasticidad media-alta (IP>15), desactivando total o parcialmente la actividad de las arcillas, consiguiendo de esta forma una menor susceptibilidad al agua. Asimismo, permite densificar suelos con una humedad natural elevada al incrementar la humedad óptima de compactación. No obstante, la estabilización con cal disminuye la densidad máxima Proctor del suelo original. Como contrapartida, se incrementa el esfuerzo cortante con el porcentaje de cal, el tiempo transcurrido, la temperatura de curado y la disgregación del suelo durante la ejecución.

El suelo se desmenuza fácilmente y se vuelve granular con la cal. El aumento del límite plástico y de la humedad óptima de compactación facilitan su puesta en obra. El mezclado se realiza habitualmente en dos etapas, con un tiempo de reacción intermedio de 1 a 2 días. Los equipos modernos de mezclado «in situ» disponen de un mezclador situado en la parte central de la máquina (Figura 2). Esta cámara de mezclado puede tener unas barras de impacto en su zona delantera para disgregar las partículas gruesas, y una o dos compuertas de apertura regulable, y un sistema de difusores para la distribución del agua, lechada o aditivos de líquidos.

Figura 2. Estabilización «in situ» mediante un rotor de fresado y mezcla. https://www.wirtgen-group.com/es-bo/aplicaciones/obras-de-movimiento-de-tierras/estabilizacion/

Los suelos granulares suelen estabilizarse con cemento, pero se puede usar cal, sobre todo si se añaden cenizas volantes. A largo plazo, estas cenizas forman materiales cementantes. Las dosis de cal y cenizas oscilan entre el 3-5 % y el 10-20 %, respectivamente.

En el artículo 512 Suelos estabilizados in situ se establecen las especificaciones para el tratamiento de suelos con cal en el ámbito español de las carreteras. Los suelos estabilizados in situ S-EST1 y S-EST2 se pueden conseguir con cal o con cemento. El S-EST3 se obtiene solo con cemento.

Os dejo a continuación las recomendaciones de la Junta de Andalucía para los pliegos de especificaciones técnicas generales para el tratamiento de los suelos con cal.

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Os dejo un vídeo sobre la estabilización de suelos por la vía húmeda de la Asociación Antera.

Podéis ver a continuación varios vídeos donde se puede ver cómo se ejecuta la estabilización con cal.

Referencias:

BAUZÁ, J.D. (2003). Estabilización de suelos con cal. Mezclas con cemento en las infraestructuras del transporte, Madrid, 30 de enero, 37 pp.

CABRERA, F.; NAVARRO, J.J.; ESTAIRE, J.; RUIZ, M.S. (2012). Nuevas prescripciones de estabilización de suelos con cal para rellenos de terraplén en líneas de alta velocidad de ADIF. Revista Vía Libre – Técnica, 5, pp. 1-9.

JOFRE, C.; KRAEMER, C. (dir.) (2008). Manual de estabilización de suelos con cemento o cal. Instituto Español del Cemento y sus Aplicaciones (IECA), 217 pp.

KRAEMER, C.; MORILLA, I.; DEL VAL, M.A. (1999). Carreteras II. Explanaciones, firmes, drenaje, pavimentos. Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Madrid.

MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ, F.; YEPES, V. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Mejora de terrenos. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2004.844.

YEPES, V. (2014). Maquinaria para la fabricación y puesta en obra de mezclas bituminosas. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. Ref. 749.

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Sistema de almacenamiento y calentamiento del ligante

Figura 1. Transporte calefactado del betún. Imagen: V. Yepes

El ligante se almacena en tanques provistos de serpentines de aceite para su calefacción. Suelen ser depósitos cilíndricos metálicos con aislante térmico de fibra de vidrio, con una capacidad que depende de la producción de la planta. Es habitual el uso de dos calderas para mantener en ellas el ligante a la temperatura requerida, o bien utilizar una para la recepción del ligante y otra para su calefacción. En ausencia de tanques, se pueden construir fosas de hormigón impermeabilizadas para evitar fugas; equipadas con serpentines para mantener a la temperatura. Además, la planta debería prever el uso de betún envasado en bidones como reserva para evitar el desabastecimiento.

El sistema de calentamiento está compuesto por una caldera, una bomba centrífuga que hace recircular el aceite caliente, tuberías encamisadas, serpentines sumergidos en los depósitos del ligante, así como termómetros para el control. Todos los elementos disponen de aislamientos que evitan pérdidas de calor y ahorran energía. En algunos sistemas también se utilizan los gases de combustión como fluido caliente. En caso de usar los sistemas de calefacción por gases calientes de quemadores de combustible líquidos, la cámara de combustión, debe estar fuera del tanque o protegida con material refractario; siendo necesario un mejor control de la temperatura.

Figura 3.- Almacenamiento en silos del betún. Imagen: V. Yepes

Referencias:

YEPES, V. (2014). Maquinaria para la fabricación y puesta en obra de mezclas bituminosas. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. Ref. 749.

Secador de áridos en una planta asfáltica en caliente

Figura 1. Tambor secador. Imagen: V. Yepes

Las plantas asfálticas en caliente disponen de un tambor secador que seca los áridos y eleva su temperatura, hasta los 150 a 200ºC, para que en el mezclador queden perfectamente envueltos en el ligante. La elevación de la temperatura permite el secado (humedad < 1% en peso) y la eliminación del polvo de los áridos. El secador debe regularse para que la combustión sea completa y garantice la ausencia de humo negro en la chimenea. La eficacia de un secador depende del tipo de quemador, del sistema de alimentación, de la circulación y evacuación de áridos, del grado de humedad de los áridos, del diámetro y longitud del tambor, entre otros factores. Los rendimientos dependen en gran medida de la humedad de los áridos, donde el árido fino es el que más humedad retiene.

Figura 2. Secador y ciclón extractor de una instalación de fabricación de mezclas bituminosas

En las plantas discontinuas y en las continuas convencionales, el tambor secador consiste habitualmente en un cilindro metálico de gran diámetro y una longitud de 3 o 4 diámetros (hasta 2 m de diámetro y 15 m de longitud). Este tubo gira sobre su eje a una velocidad de 5 a 15 revoluciones por minuto. Los áridos entran a contracorriente: unas paletas arrastran los áridos hacia la llama y los gases calientes del quemador de fuel, que se encuentra en el extremo opuesto del cilindro (Figura 2). Un sistema de ciclones fuerza el aire para permitir la salida de vapor de agua. En las plantas de tambor secador-mezclador, el secado de los áridos se realiza junto con la mezcla. El diseño de tambores secadores mezcladores largos, con longitudes mayores a 5 diámetros, permite la extracción del calor de los gases de combustión hasta temperaturas de 12ºC por encima de la temperatura de la mezcla, evitando el deterioro del ligante.

Se aconseja que la temperatura de los áridos a la llegada del quemador no supere en más de 10ºC a la del ligante, y que el conjunto no sobrepase 15ºC de la máxima de envuelta del ligante, calculada de la viscosidad óptima de fabricación de la mezcla. Si no fuera así, existirá un deterioro en las características del betún debido a una brusca oxidación por choque térmico y una merma de las prestaciones de la mezcla.

Os dejo a continuación algún vídeo al respecto de este elemento.

Referencias:

YEPES, V. (2014). Maquinaria para la fabricación y puesta en obra de mezclas bituminosas. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. Ref. 749.

Optimización del mantenimiento del pavimento en carreteras mediante GRASP

La insuficiente inversión en el sector público junto con programas ineficaces de infraestructura de mantenimiento conducen a altos costos económicos a largo plazo. Por lo tanto, los responsables de la infraestructura necesitan herramientas prácticas para maximizar la eficacia a largo plazo de los programas de mantenimiento. En el artículo que os presento se describe una herramienta de optimización basada en un procedimiento híbrido de búsqueda aleatoria y adaptativa (GRASP) considerando la aceptación del umbral (TA) con restricciones relajadas. Esta herramienta facilita el diseño de programas de mantenimiento óptimos sujetos a restricciones presupuestarias y técnicas, explorando el efecto de diferentes escenarios presupuestarios en el estado general de la red. La herramienta de optimización se aplica a un estudio de caso, demostrando su eficiencia para analizar datos reales. Se demuestra que los programas de mantenimiento optimizado rinden un 40% más a largo plazo que los programas tradicionales basados en una estrategia reactiva. Para ampliar los resultados obtenidos en este estudio de caso, también se optimizaron un conjunto de escenarios simulados, basados en el rango de valores encontrados en el ejemplo real. El trabajo concluye que este algoritmo de optimización mejora la asignación de los fondos de mantenimiento con respecto a la obtenida con una estrategia reactiva tradicional. El análisis de sensibilidad de una gama de escenarios presupuestarios indica que el nivel de financiación en los primeros años es un factor impulsor a largo plazo de los programas de mantenimiento óptimo.

Referencia:

YEPES, V.; TORRES-MACHÍ, C.; CHAMORRO, A.; PELLICER, E. (2016). Optimal pavement maintenance programs based on a hybrid greedy randomized adaptive search procedure algorithm. Journal of Civil Engineering and Management, 22(4):540-550. DOI:10.3846/13923730.2015.1120770

Os dejo a continuación la versión autor del artículo.

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Riegos con gravilla

Los riegos con gravilla son los tratamientos superficiales por antonomasia, siendo una de las primeras técnicas de pavimentación asfáltica.

Constan de uno o varios riegos de ligante hidrocarbonado sobre una superficie, seguidos de una o varias extensiones de un árido de granulometría uniforme para conseguir una capa de rodadura de espesor similar al tamaño del árido empleado. La utilización de riegos con gravilla para las categorías de tráfico pesado tendrá carácter excepcional.

Se distinguen varios tipos:

Riegos monocapa: una aplicación de ligante y una capa de gravilla. Se denominan simples tratamientos superficiales.
Riegos bicapa: dos aplicaciones sucesivas de ligante y árido. Se denominan dobles tratamientos superficiales.
Riegos monocapa doble engravillado: un riego de ligante seguido de una capa de grava gruesa y otra más fina que ocupe los huecos.
Riegos sándwich: una capa de grava, luego riego de ligante y otra capa de gravilla más fina.
Riegos multicapa: múltiples capas de gravilla regadas con ligante. Destacan los triples tratamientos superficiales, aunque están en desuso respecto al uso de una capa delgada de aglomerado asfáltico.

Os dejo algunos vídeos que ilustran con mayor detalle estos tratamientos superficiales. En el primer vídeo, el profesor Miguel Ángel del Val explica el concepto y los tipos de los riegos con gravilla.

En este segundo vídeo, Miguel Ángel del Val nos explica el diseño y la ejecución de estos riegos.

Por último, veamos la puesta en obra de los riegos con gravilla.

Os dejo una publicación de la Asociación Técnica de Emulsiones Bituminosas (ATEB) sobre los riegos con gravilla.

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Referencias:

KRAEMER, C.; MORILLA, I.; DEL VAL, M.A. (1999). Carreteras II. Explanaciones, firmes, drenaje, pavimentos. 1ª edición. Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Madrid.

YEPES, V. (2014). Maquinaria para la fabricación y puesta en obra de mezclas bituminosas. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. Ref. 749.

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