recomendaciones para el proyecto de caminos · proyecto de caminos estabilizados y reciclados....

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.


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)


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.


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.


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.


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


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


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


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


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


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


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


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


• 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


• 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


- 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


- 1,60 €/m2


Aportación de 10 cmde zahorra

Estabilización de 20 cm de espesor

1,98 €/m2

1,72 €/m2

Costes de Construcción:


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


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


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


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


- 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


- 3,34 €/m2

Reciclado de 22 cm del pavimento existente


- 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


- 2,03 - 2,95 €/m2


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


Reciclado (22 cm), €/m2


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


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

recomendaciones para el proyecto de caminos · proyecto de caminos estabilizados y reciclados....

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