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Recomendaciones para el
proyecto de caminos
estabilizados y reciclados.
Dimensionamiento y
estudio económico.
Iñaki Zabala Zuazo
IECA Área Norte
(www.ieca.es)
Jornada técnica sobre
ESTABILIZACIÓN Y
RECICLADO
de caminos rurales, agrícolas y
forestales
Barcelona, 9 de Octubre de 2013
1. NORMATIVA DE APLICACIÓN EN PROYECTO
2. PROPIEDADES DE LOS SUELOS ESTABILIZADOS
3. MÉTODO DE DOSIFICACIÓN
4. DIMENSIONAMIENTO
5. ESTUDIO ECONÓMICO
6. CONCLUSIONES
IECA
LA ESTABILIZACIÓN DE SUELOS CON CEMENTO
índice
IECA
NORMATIVA DE APLICACIÓN 1
1ª EDICIÓN 1996
1ª EDICIÓN 1999
EDICIÓN 2004
• CARACTERÍSTICAS
• PROPIEDADES EN ESTADO FRESCO
• PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS
IECA
PROPIEDADES DE LOS SUELOS ESTABILIZADOS
2
- Comportamiento en estado fresco.
- Estabilidad inmediata.
- Capacidad de reparto de cargas.
- Dependencia de las resistencia mecánicas frente al
grado de compactación alcanzado.
- Evolución de resistencias.
- Comportamiento a fatiga.
- Fisuración por retracción térmica.
- Resistencia a la abrasión.
CARACTERÍSTICAS DE LOS SUELOS ESTABILIZADOS CON CEMENTO
IECA
- Plazo de trabajabilidad.
- Estabilidad inmediata. CBR > 50 en
probeta recién compactada a un ensayo
de penetración en la prensa CBR, sin
imbibición y sin sobrecarga anular
PROPIEDADES DE LOS SUELOS ESTABILIZADOS EN ESTADO FRESCO
PLAZO DE TRABAJABILIDAD
ANCHO COMPLETO > 2 h
POR BANDAS > 3 h
IECA
- Densidad. 3 métodos: Proctor normal, Proctor
modificado y compactación con martillo vibrador.
S-EST 1 ≥ 95% (97% en coronación de explanadas E1)
S-EST 2 ≥ 97%
S-EST 3 ≥ 98%
- Permeabilidad. Entre 1,7 · 10-7 y 10-9 m/s medido
por el tiempo que tarda en atravesar verticalmente
una probeta (impermeabilizada lateralmente) una
cierta cantidad de agua (UNE 103403)
PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS DE LOS SUELOS ESTABILIZADOS CON
CEMENTO
IECA
- Resistencia mecánica
Depende:
del contenido de cemento,
de la humedad de la mezcla,
de la naturaleza del suelo,
de la edad del material
y de la temperaturas a las que se ha visto sometido.
Se exige resistencia a compresión a 7 d para el S-EST 3.
PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS DE LOS SUELOS ESTABILIZADOS CON
CEMENTO
IECA
- Influencia del contenido de cemento.
Condiciones para estabilizar con cemento:
S-EST 2 →LL < 40 y S-EST 3 →IP < 15,
cernido ponderal por el tamiz UNE 2 mm > 20%,
cernido ponderal por el tamiz UNE 0,063 mm < 35% (< 50%
en S-EST 1 y S-EST 2)
PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS DE LOS SUELOS ESTABILIZADOS CON
CEMENTO
IECA
- Influencia del contenido de agua.
Al aumentar el contenido de agua se produce:
- un aumento de la relación a/c ► disminuye la resistencia
mecánica.
- la humedad óptima PM ► aumenta la densidad y, por
tanto, la resistencia.
PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS DE LOS SUELOS ESTABILIZADOS CON
CEMENTO
IECA
- Influencia de la densidad en la resistencia.
Al aumentar la densidad en 0,01 t/m3 aumenta la resistencia
a compresión entre 0,065 y 0,11 MPa.
En laboratorio se compacta al 100% del PM y en obra se
especifica para S-EST 3 una densidad media del 98%, que
puede ser del 95% en el fondo de capa.
Para los ensayos de determinación del contenido de
cemento se deben fabricar probetas con la densidad exigida
en obra.
PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS DE LOS SUELOS ESTABILIZADOS CON
CEMENTO
IECA
- Influencia del tipo de suelo empleado.
Influye una granulometría bien graduada y la limpieza en las
zahorras y arenas ► disminuye el contenido de cemento
necesario.
Influye menor presencia de finos (menor superficie
específica) ► disminuye el contenido de cemento necesario.
PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS DE LOS SUELOS ESTABILIZADOS CON
CEMENTO
IECA
- Evolución de las resistencias con el tiempo.
Rcd = Rcd0 + K · log (d/d0)
d edad en días
d0 edad de referencia en días
Rc resistencia a compresión en MPa
K 0,5 · C en suelos granulares
PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS DE LOS SUELOS ESTABILIZADOS CON
CEMENTO
IECA
- Módulo de elasticidad y coeficiente de Poisson.
S-EST 1 S-EST 2 S-EST 3
E 200 MPa 300 MPa 2000 MPa
suelos suelos suelos
con gravas limosos arcillosos
ν 0,25 0,25-0,30 0,30-0,35
PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS DE LOS SUELOS ESTABILIZADOS CON
CEMENTO
IECA
• DETERMINACIONES PREVIAS
• DOSIFICACIÓN
IECA
METODO DE DOSIFICACIÓN 3
DETERMINACIONES PREVIAS A REALIZAR SOBRE LOS SUELOS
DETERMINACIÓN NORMA
Graulometría UNE-EN 933-1
Límite líquido UNE 103103
Límite plástico UNE 103104
Contenido en materia orgánica UNE 103204
Contenido de sulfatos solubles UNE-EN 1744-1
Lixiviación NLT-326
Reactividad potencial con los álcalis del cemento UNE 146507-1
Efecto del agua sobre la resistencia a la cohesión NLT-312
Hinchamiento acelerado UNE EN 13286
IECA
• Prescripciones EHE para hormigones y
morteros
• Si es potable se puede usar
AGUA IECA
CARACTERÍSTICA LIMITACIÓN CAUSA LIMITACIÓN
pH ≥ 5 Alteraciones fraguado y endurecimiento. Menos
resistencia y durabilidad
Sustancias disueltas ≤ 15 g/l Pérdida de resistencia mecánica. Fenómenos
expansivos a l. p.
Contenido en sulfatos SO4- ≤ 1 g/l
Alteraciones fraguado y endurecimiento.
Pérdida de resistencia mecánica.
Merma importante de durabilidad.
Hidratos de carbono No debe
apreciarse
Impide fraguado o produce alteraciones en el mismo y
en el endurecimiento.
Sustancias orgánicas
solubles en éter ≤ 15 g/l
Graves alteraciones en fraguado y/o endurecimiento.
Fuertes caída de la resistencia
RELACIÓN DE ENSAYOS A REALIZAR EN EL AGUA
DETERMINACIÓN NORMA
Contenido de sustancias solubles en agua UNE 83957
Contenido total en sulfatos UNE 83956
Determinación cualitativa de hidratos de carbono UNE 7132
Determinación de la acidez de las aguas UNE 83992
Aceites y grasas contenidos en el agua UNE 7235
IECA
• Retardadores de fraguado los más usados ►
aumentan el plazo de trabajabilidad.
• Producen una disminución de las resistencias
a corta edad que después se recuperan.
• Su eficacia depende de la temperatura
ambiente, del tipo de cemento, suelo utilizado,
contenido de cemento y agua, tipo de aditivo y
dosis empleada.
• Deben cumplir la norma UNE-EN 934.
ADITIVOS IECA
• Deben ser fluidas y de rotura rápida (ECR-1) ►
mejor reparto con menor dotación y sellado
rápido de la superficie.
• Deben cumplir las prescripciones del artículo
532 del PG-3.
EMULSIONES PARA RIEGOS DE CURADO
IECA
• PROPIEDADES DE LA MEZCLA → Objetivos a alcanzar
- capacidad de soporte adecuada (CBR) en S-EST 1 y S-EST 2
- resistencia mecánica correcta en S-EST 3
- durabilidad: estabilidad química y volumétrica y resistencia
a la meteorización.
• DATOS DE PARTIDA:
- materiales
- especificaciones del PPT en estado fresco y endurecido
• FASES DE LA DOSIFICACIÓN:
- definición y caracterización de los materiales
- determinación en laboratorio de la fórmula de trabajo
- comprobación y ajuste de la fórmula de trabajo en obra
MÉTODO DE DOSIFICACIÓN CON CEMENTO
IECA
• DETERMINACIONES PREVIAS:
- comprobación de los materiales según PPT
- cemento con Marca de Calidad oficialmente
reconocida
• DOSIFICACIÓN:
- Se prueba con 3 o 4 cantidades de cemento
MÉTODO DE DOSIFICACIÓN CON CEMENTO
IECA
• DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO ÓPTIMO DE AGUA:
- Funciones del agua: hidratar el cemento (2%) y facilitar la
compactación de la mezcla (resto)
- Se estima la dosificación de cemento: 2-3% en el caso de exigir
solo CBR (S-EST 1 y S-EST 2) y para S-EST 3 para zahorras y
suelos granulares 3% y suelos con finos cohesivos 5%. La
humedad óptima es poco sensible a las variaciones de
contenido en cemento.
- Se determina la humedad óptima mediante el
ensayo del Proctor Modificado
MÉTODO DE DOSIFICACIÓN CON CEMENTO
IECA
• DOSIFICACIÓN DEL CEMENTO:
- fabricación y curado de probetas con la densidad de obra
- realización de los ensayos de determinación de índice CBR
(S-EST 1 y S-EST 2) o de resistencia a compresión (S-EST 3 )
a la edad especificada
- primer tanteo del contenido de conglomerante
- comprobación de la sensibilidad de la dosificación
- ajuste final del contenido de cemento
MÉTODO DE DOSIFICACIÓN CON CEMENTO
IECA
• DETERMINACIÓN DE LA TRABAJABILIDAD
- se define como el tiempo transcurrido desde la finalización del
proceso de mezclado del material hasta que es posible efectuar
la compactación sin merma de sus propiedades mecánicas
finales
- se utiliza el ensayo de compactación diferida (UNE-EN 13286-45)
- viene dado por una caída del 2% en la densidad respecto a la
del 100% de PM
MÉTODO DE DOSIFICACIÓN CON CEMENTO
IECA
• AJUSTE FINAL DE LA DOSIFICACIÓN
- comprobar que para la densidad de referencia en obra se
obtiene el CBR o la resistencia a compresión prescrita
- comprobar que para pequeñas variaciones de la humedad (-1%
a +0,5%) el CBR o la resistencia no sea inferior al valor prescrito
y el plazo de trabajabilidad sea superior al mínimo especificado
MÉTODO DE DOSIFICACIÓN CON CEMENTO
IECA
• FÓRMULA DE TRABAJO
- dosificación mínima de cemento, indicando tipo y clase
resistente referida a la masa total de suelo seco o por m2 de
superficie
- contenido de humedad del suelo inmediatamente antes de la
mezcla con cemento y el de la mezcla en el momento de
compactar
- la densidad a obtener, mediante el valor mínimo de la densidad
IECA
MÉTODO DE DOSIFICACIÓN CON CEMENTO
• AJUSTE DE LA FÓRMULA DE TRABAJO EN OBRA
Entre laboratorio y obra puede haber diferencias por:
- las diferentes capacidades de amasado entre los equipos de
laboratorio y los de obra
- las degradaciones del suelo (formación de finos) durante los
procesos de disgregación y mezcla
- variaciones importantes en la granulometría del suelo
disgregado respecto a la utilizada en laboratorio
- los distintos tiempos para la absorción de agua por el suelo
IECA
MÉTODO DE DOSIFICACIÓN CON CEMENTO
• ESPESOR = 25 – 30 cm
• E3 : OBLIGATORIA
• E2 : IMPRESCINDIBLE (salvo si hay S. Seleccionado 2 de CBR 12)
• E1 CONVENIENTE (por economía si no hay adecuados CBR 6)
• MARGINALES SOLO SI SE ESTABILIZAN
DIMENSIONAMIENTO DE ESTABILIZACIÓN
DE SUELOS IN SITU
4 IECA
35
70
70
75
25 25
40
50 55
TABLA DE EXPLANADAS NORMA 6.1-IC ORDEN FOM 3460/2003 de 28 Nov
IECA
RECOMENDACIONES DE LA JUNTA DE CASTILLA Y LEON 2004
IECA
ESTUDIO ECONÓMICO 5 IECA
COMPARATIVA ENTRE :
• Aportación de 10 cm de zahorra artificial
• Estabilización de 20 cm de espesor
Precios unitarios:
Precio AOP de la Junta de Andalucía (2009)
Retroexcavadora 64,42 €/h
Camión basculante 15 t 65,63 €/h
Motoniveladora 150 kW 100,40 €/h
Compactador 15 t 66,84 €/h
Cuba de agua 10 t 52,53 €/h
Recicladora 370 kw 228,59 €/h
Cemento 71,28 €/t
Cal 61,53 €/t
Zahorra artificial ZA 25 5,10 €/t
Capataz / Encargado 16,84 €/h
Análisis económico de las soluciones IECA
Mediciones y rendimientos. Camino de 10 km x 4 m de anchura.
6.000 m2/día en ambos casos.
Aportación de 10 cm de zahorra
- Transporte de maquinaria: 1.000 €.
- 0,025 €/m2
- Equipo necesario: Retro, 3 camiones, motoniveladora, rulo y cuba, con un rendimiento de 6.000 m2/día
- 0,64 €/m2
- Materiales:
- 1,02 €/m2
- TOTAL COSTE EJECUCIÓN:
- 1,68 €/m2
Estabilización de 20 cm del suelo existente
- Transporte de maquinaria: 6.000 €.
- 0,15 €/m2
- Equipo necesario: Estabilizadora-recicladora,
motoniveladora, rulo y cuba, con un rendimiento de
6.000 m2/día
- 0,60 €/m2
- Materiales:
- 0,85 €/m2
- TOTAL COSTE EJECUCIÓN:
- 1,60 €/m2
Análisis económico de las soluciones IECA
Aportación de 10 cmde zahorra
Estabilización de 20 cm de espesor
1,98 €/m2
1,72 €/m2
Costes de Construcción:
Análisis económico de las soluciones IECA
Costes de construcción y totales para camino tipo de 10 km y 4 m de
ancho
Periodo de estudio: 10 años (<< que en carreteras)
Solución tradicional (10 cm), €/m2
(Deflexión 527 mm/100)
Estabilización (20 cm), €/m2
(Deflexión 322 mm/100)
Transporte de maquinaria a la obra 0,025 0,15
Maquinaria 0,64 0,60
Materiales 1,02 0,85
Coste construcción 1,68 1,60
Años / reparación 2,5 /3 5 /1
Porcentaje de reparación 100% 30%
Coste de cada reparación 1,68 0,59
Coste total para 10 años 6,72 €/m2 2,19 €/m2
Análisis económico de las soluciones IECA
CONCLUSIONES 6 IECA
• TÉCNICA EN GRAN CRECIMIENTO
• APOYADA POR LA NORMATIVA
• COMBINA VENTAJAS TÉCNICAS, ECONÓMICAS Y
MEDIO AMBIENTALES
RECICLADO DE FIRMES IN SITU CON CEMENTO
IECA
1. NORMATIVA DE APLICACIÓN EN PROYECTO
2. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES RECICLADOS
3. DETERMINACIÓN DE LA FÓRMULA DE TRABAJO
4. DIMENSIONAMIENTO
5. ESTUDIO ECONÓMICO
6. CONCLUSIONES
IECA
EL RECICLADO DE FIRMES CON CEMENTO
índice
IECA
NORMATIVA DE APLICACIÓN 1
MANUAL DE FIRMES RECICLADOS IN SITU CON CEMENTO
IECA INSTITUTO ESPAÑOL
DEL CEMENTO Y SUS
APLICACIONES 1999 2004 2002
1996 PG-4
• NATURALEZA
• CARACTERÍSTICAS
• PROPIEDADES EN ESTADO FRESCO
• PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS
IECA
PROPIEDADES DE LOS MATERIALES RECICLADOS
2
• INFORMACIÓN CARRETERA
• DEFINIR RECICLADO: espesor, corrector granulométrico
• GRANULOMETRÍA: estimar a priori
Tmáx = 80 mm Pase 4 mm ≥ 30%
¿aportar material?
• % y tipo CEMENTO > 3 %
• R7d ≥ 2,5 MPa
• D = 97% Dmáx P.Mod.
PROYECTO - DETERMINACIÓN FÓRMULA DE TRABAJO
IECA
3
• ESPESOR = 25 – 35 cm
DIMENSIONAMIENTO DE LOS FIRMES RECICLADOS
4 IECA
SECCIONES DE FIRME RECICLADO CON CEMENTO. JUNTA de CASTILLA y LEON
ESTUDIO ECONÓMICO 5 IECA
COMPARATIVA ENTRE :
• Aportación de 25 cm de zahorra artificial
• Reciclado de 22 cm de espesor
Precios unitarios:
Precio AOP de la Junta de Andalucía (2009)
Retroexcavadora 64,42 €/h
Camión basculante 15 t 65,63 €/h
Motoniveladora 150 kW 100,40 €/h
Compactador 15 t 66,84 €/h
Cuba de agua 10 t 52,53 €/h
Recicladora 370 kW 228,59 €/h
Cemento 71,28 €/t
Cal 61,53 €/t
Zahorra artificial ZA 25 5,10 €/t
Capataz / Encargado 16,84 €/h
Análisis económico de las soluciones IECA
Mediciones y rendimientos. Camino de 12 km x 4 m de anchura.
6.000 m2/día en ambos casos.
Aportación de 25 cm de zahorra
- Transporte de maquinaria: 1.000 €.
- 0,021 €/m2
- Equipo necesario: Retro, 3 camiones, motoniveladora, rulo y cuba, con un rendimiento de 6.000 m2/día
- 0,64 €/m2
- Materiales:
- 2,55 €/m2
- TOTAL COSTE EJECUCIÓN:
- 3,34 €/m2
Reciclado de 22 cm del pavimento existente
- Transporte de maquinaria: 6.000 €.
- 0,125 €/m2
- Equipo necesario: Estabilizadora-recicladora,
motoniveladora, rulo y cuba, con un rendimiento de
6.000 m2/día
- 0,60 €/m2
- Materiales (cemento):
- 1,31 (3%) - 2,22 (5%) €/m2
- TOTAL COSTE EJECUCIÓN:
- 2,03 - 2,95 €/m2
Análisis económico de las soluciones IECA
Costes de construcción y totales para camino tipo de 12 km y 4 m de
ancho
Periodo de estudio: 10 años (<< que en carreteras)
Solución tradicional (25 cm), €/m2
(Deflexión 485 mm/100)
Reciclado (22 cm), €/m2
(Deflexión 174 mm/100)
Transporte de maquinaria a la obra 0,021 0,15
Maquinaria 0,64 0,60
Materiales 2,55 0,85
Coste construcción 3,34 2,03 – 2,95
Años / reparaciones 2,5 / 3 5 / 1
Porcentaje de reparación 100% 30%
Coste de cada reparación 3,34 0,61-0,89
Coste total para 10 años 13,36 €/m2 2,67 – 3,84 €/m2
Análisis económico de las soluciones IECA
CONCLUSIONES 6 IECA
Se trata de una técnica de rehabilitación de firmes:
• Técnicamente contrastada con una superficie total
aproximada de 25,4 millones de m2 realizados en España
hasta finales del año 2012 (unos 3.500 km de carreteras).
• Competitiva y económica respecto a cualquier solución
de refuerzo, obteniéndose a un menor coste, una
capacidad de soporte de la sección muy superior.
• Mucho más sostenible y respetuosa con el medio
ambiente que cualquier otra alternativa de rehabilitación.
GUÍA DE SOLUCIONES PARA OBRAS
DE ESTABILIZACIÓN DE SUELOS,
EJECUCIÓN DE SUELOCEMENTO IN
SITU Y RECICLADO DE FIRMES
www . anter . es
GUÍAS TÉCNICAS:
ESTABILIZACIÓN DE SUELOS CON
CEMENTO
RECICLADO DE FIRMES CON
CEMENTO
www . ieca . es
IECA
Recomendaciones para el proyecto de caminos
estabilizados y reciclados. Dimensionamiento y
estudio económico
Muchas gracias
por su atención