Recomendaciones para el proyecto de caminos estabilizados y reciclados. Dimensionamiento y estudio económico.

Transcripción

1 Jornada técnica sobre ESTABILIZACIÓN Y RECICLADO de caminos rurales, agrícolas y forestales Barcelona, 9 de Octubre de 2013 Recomendaciones para el proyecto de caminos estabilizados y reciclados. Dimensionamiento y estudio económico. Iñaki Zabala Zuazo Área Norte (

2 índice LA ESTABILIZACIÓN DE SUELOS CON CEMENTO 1. NORMATIVA DE APLICACIÓN EN PROYECTO 2. PROPIEDADES DE LOS SUELOS ESTABILIZADOS 3. MÉTODO DE DOSIFICACIÓN 4. DIMENSIONAMIENTO 5. ESTUDIO ECONÓMICO 6. CONCLUSIONES

3 1 NORMATIVA DE APLICACIÓN EDICIÓN ª EDICIÓN ª EDICIÓN 1999

4 2 PROPIEDADES DE LOS SUELOS ESTABILIZADOS CARACTERÍSTICAS PROPIEDADES EN ESTADO FRESCO PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS

5 CARACTERÍSTICAS DE LOS SUELOS ESTABILIZADOS CON CEMENTO - 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.

6 PROPIEDADES DE LOS SUELOS ESTABILIZADOS EN ESTADO FRESCO - Plazo de trabajabilidad. PLAZO DE TRABAJABILIDAD ANCHO COMPLETO > 2 h POR BANDAS > 3 h - Estabilidad inmediata. CBR > 50 en probeta recién compactada a un ensayo de penetración en la prensa CBR, sin imbibición y sin sobrecarga anular

7 PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS DE LOS SUELOS ESTABILIZADOS CON CEMENTO - 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, y 10-9 m/s medido por el tiempo que tarda en atravesar verticalmente una probeta (impermeabilizada lateralmente) una cierta cantidad de agua (UNE )

8 PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS DE LOS SUELOS ESTABILIZADOS CON CEMENTO - 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.

9 PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS DE LOS SUELOS ESTABILIZADOS CON CEMENTO - 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)

10 PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS DE LOS SUELOS ESTABILIZADOS CON CEMENTO - 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.

11 PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS DE LOS SUELOS ESTABILIZADOS CON CEMENTO - Influencia de la densidad en la resistencia. Al aumentar la densidad en 0,01 t/m 3 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.

12 PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS DE LOS SUELOS ESTABILIZADOS CON CEMENTO - 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.

13 PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS DE LOS SUELOS ESTABILIZADOS CON CEMENTO - Evolución de las resistencias con el tiempo. R cd = R cd0 + K log (d/d 0 ) d d 0 R c K edad en días edad de referencia en días resistencia a compresión en MPa 0,5 C en suelos granulares

14 PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS DE LOS SUELOS ESTABILIZADOS CON CEMENTO - 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

15 3 METODO DE DOSIFICACIÓN DETERMINACIONES PREVIAS DOSIFICACIÓN

16 DETERMINACIONES PREVIAS A REALIZAR SOBRE LOS SUELOS DETERMINACIÓN NORMA Graulometría UNE-EN Límite líquido UNE Límite plástico UNE Contenido en materia orgánica UNE Contenido de sulfatos solubles UNE-EN Lixiviación NLT-326 Reactividad potencial con los álcalis del cemento UNE Efecto del agua sobre la resistencia a la cohesión NLT-312 Hinchamiento acelerado UNE EN 13286

17 AGUA Prescripciones EHE para hormigones y morteros Si es potable se puede usar CARACTERÍSTICA LIMITACIÓN CAUSA LIMITACIÓN ph 5 Alteraciones fraguado y endurecimiento. Menos resistencia y durabilidad Sustancias disueltas Contenido en sulfatos Hidratos de carbono Sustancias orgánicas solubles en éter 15 g/l SO 4-1 g/l No debe apreciarse 15 g/l Pérdida de resistencia mecánica. Fenómenos expansivos a l. p. Alteraciones fraguado y endurecimiento. Pérdida de resistencia mecánica. Merma importante de durabilidad. Impide fraguado o produce alteraciones en el mismo y en el endurecimiento. Graves alteraciones en fraguado y/o endurecimiento. Fuertes caída de la resistencia

18 RELACIÓN DE ENSAYOS A REALIZAR EN EL AGUA DETERMINACIÓN NORMA Contenido de sustancias solubles en agua UNE Contenido total en sulfatos UNE Determinación cualitativa de hidratos de carbono UNE 7132 Determinación de la acidez de las aguas UNE Aceites y grasas contenidos en el agua UNE 7235

19 ADITIVOS 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.

20 EMULSIONES PARA RIEGOS DE CURADO 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.

21 - comprobación y ajuste de la fórmula de trabajo en obra MÉTODO DE DOSIFICACIÓN CON CEMENTO 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

22 MÉTODO DE DOSIFICACIÓN CON CEMENTO 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

23 MÉTODO DE DOSIFICACIÓN CON CEMENTO 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

24 MÉTODO DE DOSIFICACIÓN CON CEMENTO 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

25 MÉTODO DE DOSIFICACIÓN CON CEMENTO 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 ) - viene dado por una caída del 2% en la densidad respecto a la del 100% de PM

26 MÉTODO DE DOSIFICACIÓN CON CEMENTO 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

27 MÉTODO DE DOSIFICACIÓN CON CEMENTO FÓRMULA DE TRABAJO - dosificación mínima de cemento, indicando tipo y clase resistente referida a la masa total de suelo seco o por m 2 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

28 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

29 4 DIMENSIONAMIENTO DE ESTABILIZACIÓN DE SUELOS IN SITU ESPESOR = 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

30 TABLA DE EXPLANADAS NORMA 6.1-IC ORDEN FOM 3460/2003 de 28 Nov

31 RECOMENDACIONES DE LA JUNTA DE CASTILLA Y LEON 2004

32 5 ESTUDIO ECONÓMICO COMPARATIVA ENTRE : Aportación de 10 cm de zahorra artificial Estabilización de 20 cm de espesor

33 Análisis económico de las soluciones Precios unitarios: Precio AOP de la Junta de Andalucía (2009) Retroexcavadora Camión basculante 15 t Motoniveladora 150 kw Compactador 15 t Cuba de agua 10 t Recicladora 370 kw Cemento Cal Zahorra artificial ZA 25 Capataz / Encargado 64,42 /h 65,63 /h 100,40 /h 66,84 /h 52,53 /h 228,59 /h 71,28 /t 61,53 /t 5,10 /t 16,84 /h

34 Análisis económico de las soluciones Mediciones y rendimientos. Camino de 10 km x 4 m de anchura m 2 /día en ambos casos. Aportación de 10 cm de zahorra - Transporte de maquinaria: ,025 /m 2 - Equipo necesario: Retro, 3 camiones, motoniveladora, rulo y cuba, con un rendimiento de m 2 /día - 0,64 /m 2 - Materiales: - 1,02 /m 2 - TOTAL COSTE EJECUCIÓN: - 1,68 /m 2 Estabilización de 20 cm del suelo existente - Transporte de maquinaria: ,15 /m 2 - Equipo necesario: Estabilizadora-recicladora, motoniveladora, rulo y cuba, con un rendimiento de m 2 /día - 0,60 /m 2 - Materiales: - 0,85 /m 2 - TOTAL COSTE EJECUCIÓN: - 1,60 /m 2

35 Análisis económico de las soluciones Costes de Construcción: Aportación de 10 cmde zahorra 1,98 /m 2 Estabilización de 20 cm de espesor 1,72 /m 2

36 Análisis económico de las soluciones 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), /m 2 (Deflexión 527 mm/100) Estabilización (20 cm), /m 2 (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 /m 2 2,19 /m 2

37 6 CONCLUSIONES TÉCNICA EN GRAN CRECIMIENTO APOYADA POR LA NORMATIVA COMBINA VENTAJAS TÉCNICAS, ECONÓMICAS Y MEDIO AMBIENTALES

38 RECICLADO DE FIRMES IN SITU CON CEMENTO

39 índice EL RECICLADO DE FIRMES CON CEMENTO 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

40 1 NORMATIVA DE APLICACIÓN MANUAL DE FIRMES RECICLADOS IN SITU CON CEMENTO PG INSTITUTO ESPAÑOL DEL CEMENTO Y SUS APLICACIONES

41 2 PROPIEDADES DE LOS MATERIALES RECICLADOS NATURALEZA CARACTERÍSTICAS PROPIEDADES EN ESTADO FRESCO PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS

42 3 PROYECTO - DETERMINACIÓN FÓRMULA DE TRABAJO INFORMACIÓN CARRETERA DEFINIR RECICLADO: espesor, corrector granulométrico GRANULOMETRÍA: estimar a priori T máx = 80 mm Pase 4 mm 30% aportar material? % y tipo CEMENTO > 3 % R 7d 2,5 MPa D = 97% D máx P.Mod.

43 4 DIMENSIONAMIENTO DE LOS FIRMES RECICLADOS ESPESOR = cm SECCIONES DE FIRME RECICLADO CON CEMENTO. JUNTA de CASTILLA y LEON

44 5 ESTUDIO ECONÓMICO COMPARATIVA ENTRE : Aportación de 25 cm de zahorra artificial Reciclado de 22 cm de espesor

45 Análisis económico de las soluciones Precios unitarios: Precio AOP de la Junta de Andalucía (2009) Retroexcavadora Camión basculante 15 t Motoniveladora 150 kw Compactador 15 t Cuba de agua 10 t Recicladora 370 kw Cemento Cal Zahorra artificial ZA 25 Capataz / Encargado 64,42 /h 65,63 /h 100,40 /h 66,84 /h 52,53 /h 228,59 /h 71,28 /t 61,53 /t 5,10 /t 16,84 /h

46 Análisis económico de las soluciones Mediciones y rendimientos. Camino de 12 km x 4 m de anchura m 2 /día en ambos casos. Aportación de 25 cm de zahorra - Transporte de maquinaria: ,021 /m 2 - Equipo necesario: Retro, 3 camiones, motoniveladora, rulo y cuba, con un rendimiento de m 2 /día - 0,64 /m 2 - Materiales: - 2,55 /m 2 - TOTAL COSTE EJECUCIÓN: - 3,34 /m 2 Reciclado de 22 cm del pavimento existente - Transporte de maquinaria: ,125 /m 2 - Equipo necesario: Estabilizadora-recicladora, motoniveladora, rulo y cuba, con un rendimiento de m 2 /día - 0,60 /m 2 - Materiales (cemento): - 1,31 (3%) - 2,22 (5%) /m 2 - TOTAL COSTE EJECUCIÓN: - 2,03-2,95 /m 2

47 Análisis económico de las soluciones 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), /m 2 (Deflexión 485 mm/100) Reciclado (22 cm), /m 2 (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 /m 2 2,67 3,84 /m 2

48 6 CONCLUSIONES Se trata de una técnica de rehabilitación de firmes: Técnicamente contrastada con una superficie total aproximada de 25,4 millones de m 2 realizados en España hasta finales del año 2012 (unos 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.

49 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

50 Recomendaciones para el proyecto de caminos estabilizados y reciclados. Dimensionamiento y estudio económico Muchas gracias por su atención