CONGLOMERANTES HIDRÁULICOS PARA CARRETERAS (HRBs)

Transcripción

1 Novedades y perspectivas de futuro de la normalización y reglamentación española en el contexto del Reglamento de Productos de la Construcción Madrid, 24 de octubre de 2013 CONGLOMERANTES HIDRÁULICOS PARA CARRETERAS (HRBs) CARLOS JOFRÉ Consultor

2 TRATAMIENTOS DE SUELOS Por razones medioambientales y económicas, en las infraestructuras del transporte o de otras actividades es recomendable hacer uso de la mayor cantidad posible de suelos presentes en la propia obra o en sus proximidades Con frecuencia los suelos no tienen las características adecuadas de estabilidad frente a las variaciones del contenido de humedad, capacidad para resistir los esfuerzos de los vehículos, etc. Los tratamientos con conglomerantes permiten resolver muchos de estos problemas

3 TRATAMIENTO DE SUELOS Mejora (Corto plazo) Estabilización (Medio a largo plazo)) Antes del tratamiento Después del tratamiento Movimiento de tierras Firme Explanada Terraplén Tanto en la coronación de terraplenes como en los fondos de desmonte, las exigencias de calidad son superiores a las de los núcleos de los terraplenes, por estar más cerca de las cargas de los vehículos

4 TIPOS DE TRATAMIENTO Según los objetivos del tratamiento, puede distinguirse entre suelos mejorados y suelos estabilizados. Los suelos mejorados son materiales que pueden seguirse calificando como suelos con menor sensibilidad a la acción del agua y con mayor capacidad de soporte que los suelos de partida Se busca sobre todo modificar las características a corto plazo. Con los suelos estabilizados se persigue fundamentalmente aumentar notablemente la capacidad de soporte disminuir la sensibilidad frente al agua y otras condiciones medioambientales desfavorables convertir al material suelto de partida en otro más rígido, dotado de una cierta resistencia mecánica

5 MATERIALES PARA TRATAMIENTO DE SUELOS Cemento Cal Conglomerantes hidráulicos para carreteras Otros (escoria granulada, cenizas volantes, ligantes hidrocarbonados, cloruros )

6 SUELOS MÁS ADECUADOS PARA TRATAMIENTO CON CEMENTO O CAL - es posible tratar con cemento prácticamente cualquier tipo de suelo, pero para que la dotación de conglomerante no sea tan elevada que haga el proceso viable económicamente, es necesario que la plasticidad de dicho suelo (es decir, su contenido en partículas arcillosas) no sea excesiva - por el contrario, para que un tratamiento con cal sea realmente efectivo, el suelo debe tener un mínimo de partículas arcillosas plásticas que reaccionen con la cal - para que el suelo tratado alcance una cierta resistencia mecánica a corto plazo, en general debe emplearse cemento.

7 ESTABILIZACIÓN CON CEMENTO O CAL INDICE PLASTICIDAD CEMENTO F CAL E2 IP > 40 ESTABILIZAR CON CAL EN 2 ETAPAS F = FUERA DE PLIEGO E1 GRANULOMETRÍA % pasa por 63 m CEMENTO E3 F CAL T MÁX = 80 mm

8 ESTABILIZACIÓN CON CAL

9 TRATAMIENTO DE SUELOS Etapas del proceso Pulverización del suelo Incorporación del aditivo Adición de agua Mezcla de suelo, agua y aditivo Compactación Curado

10 MEZCLA EN PLANTA

11 DISTRIBUCIÓN DEL CONGLOMERANTE

12 DISGREGACIÓN DEL SUELO

13 COMPACTACIÓN Esencial para un buen comportamiento del suelo tratado

14 PLAZO DE TRABAJABILIDAD Tiempo contado desde el final de la mezcla durante el cual el fraguado del conglomerante es nulo o muy bajo y la compactación puede realizarse sin problemas

15 PLAZO DE TRABAJABILIDAD Tiempo de paso de los ultrasonidos (µs) Horas después de la mezcla cemento II-32,5 cemento II-32,5 + 50% cenizas volantes

16 CURADO

17 SUELOS ESTABILIZADOS Pliego PG-3 del Ministerio de Fomento Conglomerante CBR a 7 días % mínimo % D máx S-EST 1 cemento o cal % S-EST 2 cemento o cal % S-EST 3 cemento R 7d 1,5 MPa 3 98%

18 CAPACIDAD DE SOPORTE INMEDIATA Suelo tratado Suelo sin tratar

19 CONGLOMERANTES PARA SUELOS TRATADOS Es frecuente que no se especifiquen resistencias mecánicas, sino únicamente capacidad de soporte (CBR) En caso de exigirse, las resistencias a compresión prescritas son muy bajas (1,5 MPa a 7 días) Deseable un fraguado lento, para poder completar las operaciones de compactación dentro del plazo de trabajabilidad del material Ello ha favorecido el desarrollo de conglomerantes con un gran porcentaje de adiciones y un contenido pequeño de clinker

20 INTRODUCCIÓN A LOS CONGLOMERANTES HIDRÁULICOS PARA CARRETERAS (HRBs) Hydraulic Road Binders (HRBs) Desarrollados desde los 80 del siglo pasado como complemento de los cementos comunes Conglomerantes producidos en fábrica Especialmente adecuados para el tratamiento de materiales para bases, subbabses y capas de coronación de explanada así como en terraplenes, en carreteras, ferrocarriles, aeropuertos y otros tipos de infraestructuras Conglomerantes mixtos obtenidos mediante mezcla y/o molienda de clinker, subproductos industriales (escorias, cenizas volantes, etc.), puzolanas volcánicas y cal Notable desarrollo en los últimos años (ventajas técnicas, económicas y medioambientales)

21 CAMPOS DE APLICACIÓN Tratamiento de suelos para explanadas Capas de pavimento (suelocemento, bases o subbases de materiales granulares tratados con cemento, firmes reciclados) No aptos para usos estructurales

22 PRODUCCIÓN EUROPEA Francia y Alemania son los países europeos líderes en el empleo de HRBs Producción francesa de HRBs: Progreso continuado desde su aparición en los años 80 1,2 millones de toneladas en 2007 Alemania: t para tratamientos in situ t para materiales tratados con HRBs mezclados en planta t para el reciclado de firmes 10 empresas más de 30 tipos diferentes de HRBs

23 NORMALIZACIÓN DE HRBs Normas nacionales (France: liants routiers Germany: mischbindemittel) Primera fase: European Technical Approvals (equivalente a DIT) en Francia Las actividades relacionadas con la normalización europea se iniciaron en los años 90, sobre una base totalmente voluntaria, creando el Grupo de trabajo WG14 dentro del Comité Técnico CEN TC 51 "Cementos y cales de construcción

24 NORMALIZACIÓN DE HRBs ENV Conglomerantes hidráulicos para carreteras. Composición, especificaciones y criterios de conformidad finalizada en 1999 Su adopción no fue obligatoria, pero dió lugar a un consenso europeo en la definición de los HRBs Varios países incorporaron partes importantes de esta prenorma a sus normas nacionales

25 NORMALIZACIÓN DE HRBs El proceso de transformar la prenorma europea en una norma armonizada obligatoria en los países miembros de CEN se inició en 2003 Enfoques diferentes en Alemania y Francia, los dos países europeos con más experiencia en el empleo de los HRBs Se identificaron dos tipos de HRBs: HRBs con endurecimiento rápido (resistencia a corta edad relativamente elevada) (caracterizados mediante la resistencia a 28 días) HRBs con endurecimiento normal (caracterizados mediante la resistencia a 56 días)

26 EVOLUCIÓN DE RESISTENCIAS DE LOS HRBs HRB n 1 HRB n 2 HRB n 3 HRB n 4 HRB n 5 Clinker Caliza Escoria R R R R R28/R R56/R

27 VARIACIÓN DEL DESARROLLO DE RESISTENCIAS DE LOS HRBs CON EL CONTENIDO DE CLÍNKER 2,5 2 1,5 1 R28/R7 R56/R7 0,5 0 HRB1 HRB2 HRB3 HRB4 HRB5 + CLÍNKER -

28 NORMA EUROPEA ARMONIZADA EN SOBRE HRBs Dividida en tres partes: EN " Conglomerantes hidráulicos para carreteras Parte 1: Conglomerantes de endurecimiento rápido - Composición, especificaciones y criterios de conformidad (aprobada en 2013) EN " Conglomerantes hidráulicos para carreteras Parte 2: Conglomerantes de endurecimiento normal - Composición, especificaciones y criterios de conformidad (en elaboración) EN " Conglomerantes hidráulicos para carreteras Parte 3: Evaluación de la conformuidad (aprobada en 2013)

29 NORMAS EN y EN Tanto la EN como la EN están subdivididas en tres partes: componentes clases de resistencia mecánica y requisitos físico - químicos criterios de conformidad, frecuencias de ensayo y valores límite

30 CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES Productos preparados en fábrica, suministrados listos para su empleo Mezcla de diferentes componentes, homogénea desde el punto de vista estadístico Las mezclas realizadas in situ no están cubiertas por esta Norma europea Especialmente adecuados para el tratamiento de suelos en firmes, explanadas y terraplenes en carreteras, ferrocarriles, aeropuertos y otros tipos de infraestructuras Aunque no se utilizan exclusivamente en la construcción de carreteras, la denominación conglomerante para carretera (hydraulic road binder) puede ser ya considerada como de amplia aceptación

31 COMPONENTES Mezcla íntima, llevada a cabo antes o después del molido, de dos o más componentes: clínker de cemento Portland subproductos industriales (escorias, cenizas volantes, etc) que se ven sometidos a una selección y a una preparación, con vistas a su incorporación en el HRB, productos naturales que no se ven sometidos a ningún tratamiento con vistas a su incorporación en el HRB excepto un secado y una pulverización (puzolanas naturales) activador de fraguado (generalmente cal) De acuerdo con la naturaleza de los componentes y sus proporciones se dispone en el mercado de una gran variedad de HRBs

32 COMPONENTES Componentes principales (proporción superior al 10 % en masa Componentes adicionales minoritarios Regulador de fraguado (generalmente sulfato de calcio) Aditivos

33 COMPONENTES PRINCIPALES Conglomerantes de endurecimiento rápido E componentes principales de la Norma EN 197-1: K (> 20 %), S, P, Q, V, W, T, L, LL cal de calcio hidratada (CL-S) y cal hidráulica natural (NHL) cumpliendo con los requisitos de la Norma EN Conglomerantes de endurecimiento normal N componentes principales de la Norma EN 197-1: K, S, P, Q, V, W, T, L, LL cal de calcio (CL) y cal hidráulica natural (NHL) cumpliendo con los requisitos de la Norma EN Las cales CL pueden ser cal viva (CL-Q) o cal hidratada (CL-S). otras cenizas volantes no admitidas en EN 197-1: cenizas volantes silíceas de lechos fluidificados (Va) cenizas volantes calizas sin apagar (Wa) con al menos 15 % de óxido de calcio reactivo (CaO) cenizas de lodos de papelera (WP) escoria cristalizada de horno de oxígeno básico (Sb) CaO total 35 %

34 REQUISITOS Mecánicos Físicos Químicos (contenido de sulfatos) Composición Durabilidad

35 REQUISITOS MECÁNICOS Los HRBs se clasifican mediante su resistencia a compresión Se determina de acuerdo con EN 196-1, sustituyendo el cemento por el HRB Se ha intentado diferenciar al máximo su denominación de la de los cementos comunes (HRBs no permitidos en aplicaciones estructurales) E: conglomerantes de endurecimiento rápido N: conglomerantes de endurecimiento normal Se ha adoptado una única cifra (1, 2, 3 o 4) para identificar cada categoría resistente, en vez de utilizar el valor mínimo en MPa de la resistencia especificada (32,5, 42,5 o 52,5), como ocurre con los cementos comunes CEM IV 42,5 E2 N3

36 CLASES RESISTENTES DE LOS HRBs DE ENDURECIMIENTO RÁPIDO Los HRBs de endurecimiento normal se designan mediante la letra E seguida de un número que representa la clase resistente La clase resistente se determina mediante la resistencia a compresión a 28 días Clase Resistencia a compresión, en MPa a 7 días a 28 días E 2 5,0 12,5 32,5 E 3 10,0 22,5 42,5 E 4 16,0 32,5 52,5 E 4-RS * 16,0 32,5 _ * Diferenciados por el tiempo de fraguado inicial

37 CLASES RESISTENTES DE LOS HRBs DE ENDURECIMIENTO NORMAL Los HRBs de endurecimiento normal se designan mediante la letra N seguida de un número que representa la clase resistente La clase resistente se determina mediante la resistencia a compresión a 56 días Clase Resistencia a compresión en MPa a 56 días N ,5 N 2 12,5 32,5 N 3 22,5 42,5 N 4 32,5 52,5 Si el HRB contiene cal viva como componente principal, debe apagarse antes de ser ensayado

38 Por qué es necesario apagar algunos HRBs antes de llevar a cabo los ensayos?

39 ANEJO DE LA EN MÉTODO PARA EL APAGADO DE LOS CONGLOMERANTES DE ENDURECIMIENTO NORMAL

40 REQUISITOS FÍSICOS DE LOS HRBs HRB Finura % residuo en masa 90 μm Tiempo de fraguado inicial min Estabilidad de volumen (expansión) mm E E-RS N

41 REQUISITOS QUÍMICOS Contenido de sulfatos (% de SO 3 en masa) 4,0 %. Contenido de sulfatos 7,0 % (clases E 4 y E 4-RS) y 9,0 % (HRBs de endurecimiento normal y clases E 2 y E 3 de HRBs de endurecimiento rápido), respectivamente, permitido para los siguientes conglomerantes: HRBs conteniendo esquistos calcinados o cenizas volantes calcáreas, solamente si la mayor parte del sulfato proviene de los componentes principales HRBs de endurecimiento rápido conteniendo más del 65 % en masa, de escoria granulada de alto horno HRBs de endurecimiento rápido conteniendo más del 60 % en masa, de escoria granulada de alto horno Contenido de sulfatos 9,0 % (clases E 4 y E 4-RS) y 11,5 % (HRBs de endurecimiento normal y clases E 2 y E 3 de HRBs de endurecimiento rápido), respectivamente, permitido para conglomerantes conteniendo esquistos petrolíferos calcinados, solamente si la mayor parte del sulfato proviene del esquisto

42 COMPOSICIÓN Los componentes del HRB, y sus proporciones medias, deben ser registrados Los componentes principales deben ser declarados por el fabricante, así como el sulfato de calcio si el contenido de sulfatos (SO 3 ) es superior al 4 %.

43 COMPOSICIÓN Proporción declarada del componente principal 1) Tolerancia absoluta 1) > 20 % ± 10 % entre 10 % y 20 % ± 5 % 1) Valores en porcentaje en masa con respecto a la masa total de los componentes principales y minoritarios, excluyendo el sulfato de calcio y los aditivos Ejemplo: HRB con una composición declarada de S 55, K 35, V 10 S: 45 % a 65 %, K: 25 % a 45 %, V: 5 % a 15 %.

44 REQUISITOS DE DURABILIDAD En muchas aplicaciones, especialmente en condiciones ambientales severas, la elección del conglomerante tiene influencia en la durabilidad de las obras, p.ej. en la estabilidad de volumen, la resistencia a las heladas o la resistencia a los ataques químicos En la elección del conglomerante, en especial en lo que se refiere al tipo y a la clase resistente, para las distintas aplicaciones y clases de exposición, deben seguirse las normas y prescripciones apropiadas válidas en el lugar de empleo

45 DESIGNACIÓN NORMALIZADA Los HRBs se identificarán en los documentos de acompañamiento y, donde sea de aplicación, en los envases, mediante: las letras HRB la letra E o N (endurecimiento rápido o normal) la clase resistente la composición (obligatoria para los HRBs de endurecimiento normal; en los HRBs de endurecimiento rápido, si lo solicita el cliente) Si el HRB contiene cal viva, el fabricante debe declarar la clase de cal viva y la cantidad de agua Ws necesaria para su apagado Si el contenido de SO 3 > 4 %, las letras Cs deben figurar en la declaración

46 DESIGNACIÓN NORMALIZADA EJEMPLO: HRB de endurecimiento normal de clase resistente N3 con 55 % de escoria granulada de alto horno, 25 % de ceniza volante silícea y 15 % de cal cálcica hidratada: Conglomerante hidráulico para carreteras de endurecimiento normal EN HRB N 3 S 55, V 25, CL-S 15 EJEMPLO (si el cliente pide que se declare la composición): HRB de endurecimiento rápido de clase resistente E3 with 20% de clinker, 35 % de escoria granulada de alto horno, 25 % de ceniza volante silícea y 15 % de cal cálcica hidratada : Conglomerante hidráulico para carreteras de endurecimiento rápido EN HRB E 3 K 20, S 35, V 30, CL-S 15

47 CRITERIOS DE CONFORMIDAD Y EVALUACIÓN DE LA CONFORMIDAD La conformidad de los HRBs con la Norma europea debe evaluarse de forma continua ensayando muestras tomadas in situ En la Norma se especifican las propiedades, los métodos de ensayo y las frecuencias mínimas de ensayo para el autocontrol del fabricante La EN especifica el esquema para la evaluación de la conformidad

48 NORMALIZACIÓN DE HRBs Actividades en curso Finalizar los ensayos de apagado de HRBs con contenido importante de cal viva Completar EN " Conglomerantes hidráulicos para carreteras Parte 2: Conglomerantes de endurecimiento normal - Composición, especificaciones y criterios de conformidad Adecuar EN y EN al Reglamento de Productos de la Construcción