Stabile, soluciones más sostenibles para la estabilización de suelos para carreteras con conglomerantes hidráulicos

Stabile, soluciones más sostenibles para la estabilización de suelos para carreteras con conglomerantes hidráulicos

(Artículo publicado en la Revista Obras Urbanas número 67)
Manuel Salas Casanova. Lcdo. CC. Químicas, Director Técnico del Área de Control de Calidad y Materiales. CEMOSA.
Agustín Laplaza Guerra, Dr. Arquitecto, Asistencia Técnica y Prescripción. HeidelbergCement Hispania.

1.Introducción

Por estabilización del suelo con cemento se entiende un procedimiento, a partir del cual, de suelos heterogéneos y sueltos puede hacerse un nuevo material, resistente al agua y a las heladas y que, además, tenga suficiente resistencia mecánica. Para ello, se mezcla el suelo con el cemento compactándolo con el contenido de agua óptimo. Se busca aumentar la resistencia trabando las partículas de una forma efectiva, proporcionándole una rigidez sensible y buscando que la base funcione como una losa, repartiendo las cargas del tráfico sobre una superficie mayor y asegurando que el material resulta prácticamente inalterable por la humedad o la temperatura.

Esta técnica que ha sido utilizada en autopistas y autovías desde hace años, comenzó hace más de 50 años con la estabilización de suelos en caminos agrícolas. Sin embargo, no fue hasta la década de los años 90 del siglo XX y gracias al empleo de potentes maquinas estabilizadoras, cuando se extendió la técnica de forma masiva en infraestructuras como carreteras y aeropuertos, al unir ventajas técnicas y económicas con las medioambientales.

Varias son las razones por las que la estabilización de explanadas ha tenido y tiene en España una amplia difusión. Entre ellas, cabe destacar la consecución mediante este sistema constructivo de una buena plataforma de apoyo, que colabora estructuralmente con el resto del firme, permitiendo la circulación por terrenos intransitables, reduciendo la sensibilidad al agua de la explanada y, en general, mejorar la durabilidad de todo el firme, incrementando la resistencia del conjunto a la fatiga, por el uso, y a la erosión, por los agentes climáticos.

La normativa vigente recomienda esta técnica en la formación de las explanadas para la capa superior, por razones de seguridad y uniformidad de la capacidad estructural en toda la traza, frente a una aportación directa de suelos sin tratar. La coronación de los rellenos de los terraplenes y los fondos de desmonte, por estar más cerca de las cargas del tráfico, soportan exigencias superiores y habitualmente se debe recurrir a la estabilización. La normativa europea define como hydraulic road binder (HRB) a los conglomerantes hidráulicos que permiten los procedimientos de estabilización de suelos.

Hoy en día, nuestra sociedad entiende los criterios de sostenibilidad como concomitantes, desde el mismo acto proyectual a las necesidades funcionales y económicas de la infraestructura, lo cual señala claramente el camino hacia una mayor implantación de suelos estabilizados.

Debido a la creciente escasez de materiales naturales se busca cada vez más el aprovechamiento de suelos locales, que no siempre son de la calidad requerida para su estabilización conforme a los procedimientos tradicionales recogidos en citada normativa y las buenas prácticas constructivas. Es por ello, que HeidelbergCement Hispania ha desarrollado y certificado una novedosa gama de HRB, llamada STABILE, que suma a las importantes ventajas descritas, permitir el aprovechamiento de casi todos los suelos existentes en un único tratamiento, aunque estos sean suelos marginales o inadecuados.

1.1.Ventajas medioambientales

El aprovechamiento los suelos disponibles mediante la estabilización, incluso en el caso de suelos marginales o contaminados, permite la optimización de los recursos naturales al preservar el empleo de los de mejor calidad. Además de evitar la gestión de los préstamos y vertederos.

Por otra parte, se suprimen las operaciones de remoción de los suelos existentes y su transporte a vertedero, así como las de extracción y transporte a obra de los suelos que los sustituyen. Disminuyen las emisiones de CO2 y otros contaminantes, reduciéndose el daño que generan los combustibles y aceites, así como los impactos colaterales (polvo, erosiones y otros) que provoca sobre las carreteras y flora adyacentes.

Se trata de una técnica enfocada claramente a lograr una mayor sostenibilidad, a cuyas ventajas medioambientales y técnicas, se suman importantes beneficios económicos. El empleo de conglomerantes hidráulicos, base cemento, con alto contenido de adiciones, de la gama STABILE, se traduce en una disminución de las emisiones durante su fabricación, al reducir la cantidad de clínker empleado e incorporar subproductos industriales o residuos como las escorias y la ceniza volante, que favorecen el cumplimiento del protocolo de Kioto y de los compromisos de desarrollo sostenible.

Los HRB de la gama STABILE pueden contribuir en el sistema LEED a la obtención de créditos en “Materiales y Recursos: Transparencia y Optimización de los Productos de Construcción por su contenido en subproductos industriales”.

1.2.Ventajas técnicas

Los productos de la gama STABILE facilitan la obtención de las mayores prestaciones mecánicas posibles con cada suelo:

  • Aseguran con el tratamiento en una sola pasada la estabilidad de los suelos, tanto por la reducción de su sensibilidad al agua y a la helada, así como el incremento de su resistencia a la erosión.
  • Permiten el empleo de casi todos los suelos de la traza, mejorando sus características hasta el grado necesario (generalmente S-EST 3).
  • Proporcionan una elevada capacidad de soporte a la explanada, disminuyendo las tensiones que llegan a las capas del firme, con lo que aumenta la vida de servicio del mismo.
  • Pueden permitir, en ciertos casos, el paso inmediato del tráfico de obra.
  • Se disminuyen las molestias por el tráfico de obra y los daños a la red de carreteras adyacentes, debido a que se evita transportar los suelos a vertedero o aportar del exterior otros nuevos.

1.3.Ventajas económicas

Con el empleo de los productos de la gama STABILE se pueden:

  • Emplear los suelos de la traza y optimizar del transporte suponen una reducción importante de costes.
  • Obtener cimientos de la mayor calidad posible permite una economía en los firmes y en el volumen total de áridos empleados en los mismos.
  • Reducir los plazos de ejecución dado que la estabilización se realiza en una única pasada, a diferencia de los métodos tradicionales de mejora con cal aérea y posterior estabilización con cemento.
  • Reducir los plazos de ejecución dado que la estabilización se realiza con equipos de alto rendimiento, al utilizar conglomerantes diseñados para ser mezclados con cada suelo, disminuyendo el espesor de la explanada frente a las alternativas con suelos sin tratar.
  • El resto de las ventajas técnicas y ambientales citadas anteriormente también se pueden traducir en beneficios económicos.

2.Normativa

En el Pliego de Prescripciones Técnicas Generales para Obras de Carreteras y Puentes (en adelante PG-3) no se recoge explícitamente la posibilidad de empleo de los HRB.

La última actualización del PG-3 se realiza en el año 2014 y la primera norma armonizada sobre los HRB se publica en España con posterioridad. Sin embargo, cualquier Pliego de Prescripciones General de un país de la Unión Europea recoge en su redacción el sometimiento a las Directivas o Reglamentos Europeos, como así lo contempla el PG-3, siendo los HRB materiales susceptibles del marcado CE para su uso como conglomerantes en estabilización de suelos según las UNE-EN 13282, tal y como se ha certificado la gama STABILE.

El PG-3 recoge las categorías de suelos mejorados con cemento o con cal (S-EST 1 y S-EST 2) y de suelos estabilizados solo con cemento (S-EST 3):

  • S-EST 1 y S-EST 2 o “suelos mejorados con cemento o cal”, en los que con un pequeño porcentaje de conglomerante se mejoran algunas propiedades del suelo (como por ejemplo la susceptibilidad a los cambios de humedad), y que después del tratamiento, siguen constituyendo un material suelto. Se exige un índice CBR superior a 5 y 10 respectivamente, valores que se incrementan a 6 y 12 si se emplean en la capa superior de las utilizadas en formación de explanada.
  • S-EST 3 o “suelo estabilizado con cemento”, al que se le exige una resistencia mínima a compresión de 1,5 MPa a los 7 días según norma y que, por tanto, tiene una rigidez apreciable.

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La estabilización se puede aplicar en un gran número de proyectos, como son la formación de explanadas para todo tipo de carreteras, realización de caminos rurales y pistas forestales, aparcamientos y explanadas de fábricas, áreas de almacenaje, pistas de rodadura y servicio de aeropuertos, vía ferrocarriles, revestimiento de canales y lagos, estabilización de laderas, recuperación de terrenos contaminados o rellenos estructurales…

2.1.Limitaciones

Las principales limitaciones del cemento portland para estabilizar suelos son los altos contenidos de sulfatos solubles y/o la presencia materia orgánica (< 2%) en los mismos. En el artículo 512.2.3 del PG-3 se especifica que si el contenido ponderal de sulfatos solubles (SO3) en el suelo que se vaya a estabilizar, fuera superior al cinco por mil (> 5‰) en masa, deberá emplearse un cemento resistente a los sulfatos.

En principio, todos los demás suelos pueden estabilizarse con un cemento portland convencional. Las altas dosificaciones de conglomerante que se necesitan cuando el contenido de finos plásticos es muy elevado, así como las mayores dificultades de mezclado, reducen los tratamientos con cemento a los suelos con un índice de plasticidad inferior a 15 y un cernido ponderal por los tamices de 2 y 0,063 mm superior al 20% e inferior al 35%, respectivamente.

2.2.Marcado CE de los conglomerantes hidráulicos para carreteras

Los conglomerantes hidráulicos para carreteras tienen un marcado CE recogido en la serie de normas armonizadas EN 13282. Son los denominados HRB, formados por una mezcla producida en fábrica con propiedades específicamente adecuadas para el tratamiento de materiales en capas de base, subbases o coronación de explanada, así como para obras de tierra en carreteras, ferrocarriles, aeropuertos y otros tipos de infraestructuras.

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Los productos de la gama STABILE se clasifican por su categoría resistente, nombrándose con la letra “E” seguida de un número, en función de la resistencia mecánica a 7 y 28 días.

Los requisitos para estos conglomerantes hidráulicos se refieren a prestaciones mecánicas, físicas y químicas como son: la resistencia a compresión, finura, tiempo de fraguado, estabilidad volumétrica y el contenido de sulfatos.

2.3.Los HRB de la gama STABILE

STABILE es la gama de conglomerantes hidráulicos para carreteras (HRB) de FYM -HeidelbergCement Group. Una mezcla homogénea, como parte de un proceso industrial controlado, que se suministra totalmente preparada para su empleo, con propiedades específicas para la mejora y estabilización de cada suelo, incluidos los suelos con alta plasticidad o que presenten un contenido en sulfatos.

Dependiendo de la experiencia local y de la disponibilidad de materias primas, proponemos al mercado una gama soluciones específicas para la mejora y estabilización de suelos, con el asesoramiento técnico necesario:

  • i.work STABILE es la solución para suelo convencional, un conglomerante hidráulico HRB E4 según la norma UNE-EN 13282-1, que garantiza los plazos de trabajabilidad (tiempo abierto) necesarios para evitar los problemas o defectos derivados de la falta de plasticidad del suelo mezclado con el conglomerante durante el largo proceso de la puesta en obra.
  • i.pro STABILE es la solución para suelos yesíferos o cuando se prescriba la prestación sulforesistente, un conglomerante hidráulico HRB E4 según la norma UNE-EN 13282-1.
  • i.tech STABILE es la solución “ad hoc” para suelos que a priori no se considerarían aptos, por su plasticidad o por su contenido de finos, para la obtención de explanadas E3. También se recomienda su uso, en las aplicaciones para capas del firme donde se valoricen residuos (o subproductos), en especial cuando se realiza el reciclado de un firme o se utilizan materiales que sustituyen al árido natural convencional, como los residuos de demolición y construcción (RCD) o las escorias de horno eléctrico. Es un conglomerante hidráulico HRB E3 según la norma UNE-EN 13282-1.

Los productos de la gama STABILE se diferencian de otros conglomerantes hidráulicos para estabilización de suelos, porque se han adaptado a los requerimientos para el tratamiento de todo tipo de suelos y a las especificidades de la normativa europea armonizada para los HRB. Los productos de la gama STABILE garantizan la trazabilidad y homogeneidad de sus prestaciones. FYM ofrece a sus clientes el estudio y diseño del HRB más adecuado a las condiciones técnicas de su obra, colaborando desde la redacción del proyecto hasta su ejecución, incluyendo la asistencia de personal formado para asesorar en los procesos de mejora y estabilización de suelos.

3.Empleo de los HRB en explanadas

3.1.Conformación de explanada E3 con STABILE

Desde un punto de vista general las explanadas habría que proyectarlas siempre para la mayor capacidad de soporte posible, como son las E3. Esto permitiría aprovechar todas las ventajas técnicas, económicas y medioambientales.

La instrucción para el diseño de firmes 6.1 IC exige una explanada E3 para los tráficos T0 y T00. De acuerdo con la normativa vigente (PG-3), para confeccionar una explanada E3 se precisa estabilizar suelos de alta calidad geotécnica, que se denominan adecuados o seleccionados. Si en la traza los suelos son de calidad geotécnica inferior a la solicitada para fabricar un SEST-3 habría que optar por una estabilización mixta: primero habría que tratar el suelo con cal (para conseguir su mejora) y posteriormente con cemento para alcanzar su estabilización.

El objetivo de los HRB de la gama STABILE es, que independientemente de la calidad del suelo de partida y con un único tratamiento, conseguir un suelo estabilizado SEST-3 y con ello la explanada tipo E3.

3.2.Diseño de los HRB de la gama

Para que suelos de baja calidad geotécnica, con un solo tratamiento con HRB, alcancen la calidad exigida a un SEST-3, se requiere que el HRB esté especialmente diseñado para cada tipo de suelo.

Es por ello que la tecnología de los HRB de la gama STABILE se fundamenta en preparar conglomerantes “ad hoc” para estabilizar cada tipo de suelo. La normativa actual limita de una manera importante las posibilidades de actuación sobre diferentes tipos de suelos, mientras la evolución tecnológica de los conglomerantes para estabilización de suelos, sobre los HRB, permite diseñar explanadas con mayores cotas de sostenibilidad.

3.3.Ventajas específicas de empleo de i.tech STABILE con suelos de baja calidad geotécnica

3.3.1.La estabilización mixta

Cuando los suelos existentes en la traza son de baja calidad geotécnica y se busca conseguir una explanada E3, con la normativa actual habría que optar por un doble tratamiento:

  • Un primer tratamiento con cal aérea.
  • Esperar para que la cal mejore el suelo (más de 3 horas y recomendado un mínimo de 10 horas).
  • Segundo tratamiento con cemento.

Si la estabilización se realiza con una sola pasada se consiguen ahorros importantes:

  • Eliminar una de las pasadas de la recicladora.
  • El tiempo que necesita la cal para actuar y conseguir la mejora del suelo.

3.4.Explanadas E3 frente a explanadas E1 o E2

En el caso de no realizar una estabilización mixta, al tratar los suelos de baja calidad únicamente con cal aérea o con cemento, sólo se conseguirán explanadas tipo E1 ó E2 en lugar de E3:

  • Esta opción no es válida para tráficos T0 ó T00.
  • Supone desventajas económicas y medioambientales importantes.

Elevando la calidad de la explanada al utilizar i.tech STABILE conseguiremos que los espesores de las capas del firme se reduzcan de una manera muy importante, como se puede ver en los siguientes ejemplos de secciones incluidas en la norma 6.1 IC:

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Catálogo de secciones de firme para las categorías de tráfico pesado T00 a T2. Fuente: 6.1 IC.

En la tabla de la norma 6.1 IC, las explanadas para los tráficos T00 y T0 sólo pueden ser del tipo E3, mientras que para los tráficos T1 ya se recogen soluciones sobre explanadas de categoría inferior (E2), además de las posibles con E3.

Si analizamos las secciones con zahorra para un tráfico T2, veremos que la sección 211 (con una explanada E1) precisa de:

  • 28 cm de mezclas bituminosas en caliente y
  • 40 cm de zahorra artificial.

o la sección 221 (con una explanada E2) precisa de:

  • 25 cm de mezclas bituminosas en caliente y
  • 25 cm de zahorra artificial.

y la sección 231 (con una explanada E3) precisa de:

  • 20 cm de mezclas bituminosas en caliente y
  • 25 cm de zahorra artificial.

Por tanto, optar por una explanada E3 en vez de una E1 supondría un ahorro de 8 cm de mezclas bituminosas en caliente y de 15 cm de zahorra artificial.

4.Conclusiones

Las estabilizaciones de suelos con los HRB de la gama STABILE permiten desarrollar un sistema constructivo más sostenible. Por un lado, eliminar los problemas geotécnicos de muchos suelos (plasticidad, expansividad, baja capacidad de soporte, etc.) y, por otro lado, el aprovechamiento de los suelos de la traza o, en general, incrementar la valorización de residuos en la construcción de firmes.

La normativa, experiencia y medios técnicos avalan, en la actualidad, la estabilización de suelos con cemento y/o cal aérea en todo el territorio nacional, siendo una solución ampliamente contrastada por sus ventajas técnicas, económicas y medioambientales.

Los HRB cuentan con un marcado CE, especificado para su uso en el tratamiento de suelos, estando implícito su uso dentro del PG-3.

Es posible el tratamiento de suelos con los HRB de la gama STABILE, desde el punto normativo, técnico, económico y medioambiental, con el objetivo de mejorar sus características para conseguir una explanada tipo E3, lo que permitirá optimizar la solución del firme que se alcanzaría con otro tipo de explanada.

Con la estabilización de suelos con los HRB de la gama STABILE se pueden conseguir importantes ahorros económicos a partir de las reducciones de espesor del firme, respecto a las opciones de suelos sin tratar, que en algunos casos pueden alcanzar 40 ó 45 cm.

Con la estabilización con i.tech STABILE de suelos que requieren estabilización mixta se pueden conseguir importantes mejoras tecnológicas, frente al procedimiento tradicional.

Hay que tener en cuenta que los suelos y materiales disponibles, en cada proyecto u obra, generalmente serán heterogéneos. Por lo tanto, es necesario realizar los estudios que permitan la correcta elección del conglomerante a utilizar, pues de ello depende la obtención de los resultados esperados.

5.Bibliografía

  • MINISTERIO DE FOMENTO. (2014) “Orden FOM/2523/2014, de 12 de diciembre, por la que se aprueba el “Pliego de Prescripciones Técnicas Generales para Obras de Carreteras y Puentes PG-3. Parte 2 Materiales básicos. Parte 5 Firmes y Pavimentos. Parte 7 Señalización, balizamiento y sistema de contención de vehículos”.
  • UNE-EN 13282-1:2013. Conglomerantes hidráulicos para carreteras. Parte 1: Conglomerantes hidráulicos para carreteras de endurecimiento rápido. Composición, especificaciones y criterios de conformidad.
  • UNE-EN 13282-2:2016. Conglomerantes hidráulicos para carreteras. Parte 2: Conglomerantes hidráulicos para carreteras de endurecimiento normal. Composición, especificaciones y criterios de conformidad.
  • Manual de estabilización de suelos con cemento o cal (ANCADE, ANTER e IECA). Madrid, 2008.
  • MINISTERIO DE FOMENTO. (2003) “Orden FOM/3460/2003, DE 28 de noviembre, por la que se aprueba la Norma6.1-IC “secciones de firme” de la Instrucción de Carreteras
  • MINISTERIO DE FOMENTO. (2002) “Orden FOM/10/2002, DE 28 30 de septiembre, por la que se aprueba el Pliego de Prescripciones Técnicas Generales para Obras de Carreteras y Puentes PG-3, artículo 512: “Suelos estabilizados in situ”.
  • FICHA DE OBRA. Variante Exterior de Granada A-44. Tramo: Santa Fe – Las Gabias (Granada). HeidelbergCement Hispania, 2017.

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