Actividad 2: Transferencia Tecnológica relativa a ......Unión Europea FEDER Invertimos en su futuro . Actividad 2: Transferencia Tecnológica relativa a materiales de construcción,

Unión Europea FEDER

Invertimos en su futuro

Actividad 2: Transferencia Tecnológica relativa

a materiales de construcción, incluyendo materiales marginales y residuos aprovechables

Acción 2.1: Utilización de materiales marginales en

terraplenes en el Sur de España y Norte de Marruecos, y metodologías para su aplicación.

Diciembre 2013



ÍNDICE

1.- ANTECEDENTES, INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS .................................................. 2

1.1.- ANTECEDENTES .................................................................................................................... 2

1.2.- INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................... 3

2.- MATERIALES MARGINALES NATURALES, RESIDUOS Y OTROS TIPOS APROVECHABLES EN TERRAPLENES VIARIOS .............................................................. 6

2.1.- NORMATIVA ESPAÑOLA: CONCEPTO DE MATERIAL MARGINAL PARA SU USO EN TERRAPLENES VIARIOS ................................................................................................................... 6

2.1.1.- Consideraciones especiales recogidas en la norma española sobre el empleo de suelos marginales naturales ............................................................................................................. 8

2.1.2.- Consideraciones recogidas en la norma española sobre el empleo de residuos. ....11

2.1.3.- Consideraciones sobre otros tipos de materiales. .......................................................13

2.2.- CARACTERISTICAS DE LOS RESIDUOS Y MATERIALES LIGEROS EMPLEADOS EN TERRAPLENES VIARIOS ESPAÑOLES ..........................................................................................13

2.2.1.- Neumáticos fuera de uso: NFU .......................................................................................13

2.2.2.- Estériles de carbón ..........................................................................................................20

2.2.3.- Residuos de demolición y construcción (RCD) ............................................................28

2.2.4.- Escorias de acería LD ......................................................................................................36

2.2.5.- Arlita o arcilla expandida .................................................................................................43

2.2.6.- Poliestireno expandido ....................................................................................................44

2.3.- RESUMEN DE LAS CARACTERISTICAS Y CONDICIONES DE PUESTA EN OBRA DE LOS MATERIALES MARGINALES NATURALES, RESIDUOS Y MATERIALES LIGEROS .........46



3.- EXPERIENCIAS DE USO EN ESPAÑA DE DIFERENTES MATERIALES MARGINALES EN TERRAPLENES DE CARRETERAS ........................................... 51

3.1.- EXPERIENCIAS Y APLICACIONES DE MATERIALES NATURALES MARGINALES 51

3.1.1.- A-23. Villanueva de Gállego-Zuera ...................................................................................... 51

3.1.2.- Autovía del Olivar: Tramo enlace Oeste de Baeza-enlace Norte de Puente del Obispo 57

3.1.3.- Z-40. Tramo: Ronda Sur de Zaragoza .................................................................................. 63

3.1.4.- Autovía de la ruta del Toro ................................................................................................... 68

3.1.5.- Tramo II de la M-45 ................................................................................................................ 71

3.1.6.- Tramo I de la M-45 ................................................................................................................. 76

3.1.7.- Autopista M-50 y R-4 ............................................................................................................. 82

3.1.8.- Autopista Bilbao-Behobia .................................................................................................... 87

3.1.9.- Variante de Alcalá de los Gazules ....................................................................................... 92

3.1.10.- Otros casos resumidos......................................................................................................... 94

3.1.11.- Autopista de acceso al puerto de Tánger Med (Marruecos) ............................................. 97

3.2.- EXPERIENCIAS DE UTILIZACIÓN DE NFU ............................................................. 99

3.2.1.- Duplicación de la carretera M-111 y Variante Fuente el Saz ............................................. 99

3.2.2.- Experiencias del laboratorio de geotecnia en la ejecución de rellenos viarios con neumáticos fuera de uso ............................................................................................................. 105

3.2.3.- Autopista AP-46. Alto de las Pedrizas-Málaga. ................................................................ 111

3.2.4.- Vía de servicio y modificación de enlaces San Isidro-aeropuerto Sur .......................... 114

3.3.- EXPERIENCIAS DE UTILIZACIÓN DE ESTÉRILES DE CARBÓN ........................ 115

3.3.1.- Autovía Cubillos-Toreno ..................................................................................................... 115

3.3.2.- Polígono industrial de Riaño .............................................................................................. 117

3.4.- EXPERIENCIAS DE UTILIZACIÓN DE RESIDUOS DE DEMOLICIÓN .................. 121

3.4.1.- Viales 4104 y 4099 en la localidad de Guadabajaque ...................................................... 121

3.4.2.- Puerto de Barcelona ............................................................................................................ 123

3.5.- EXPERIENCIAS DE UTILIZACIÓN DE MATERIALES LIGEROS .......................... 129

3.5.1.- Urbanización de la G-44/2 del P.G.O.U. de Zaragoza, Urbanización de la plaza de la estación ....................................................................................................................................... 129

3.5.2.- Reparación de asientos diferidos en trasdós de estribo de viaducto del cierre norte de Barakaldo .............................................................................................................................. 131

3.5.3.- Variantes del puerto de Santa María y Puerto Real ......................................................... 134

3.6.- CASOS ADICIONALES EN LOS QUE HA SIDO NECESARIA LA REALIZACIÓN DE UN ESTUDIO ESPECIAL ............................................................................................... 140

3.6.1.- Autovía A- a su paso por Padornelo ................................................................................. 140



3.6.2.- N-630 Guijuelo-Béjar ........................................................................................................... 141

3.6.3.- Variante de la M-301 a su paso por Perales del Rio ........................................................ 145

3.7.- RESUMEN DE LOS CASOS ESTUDIADOS ........................................................... 151

4.- CONCLUSIONES .......................................................................................... 160

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1.- ANTECEDENTES, INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS

1.1.- ANTECEDENTES El Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas (CEDEX) es un organismo público de vanguardia, concebido desde su creación en los años 50 como organismo de asistencia técnica de alto nivel en el campo de la ingeniería civil y el medio ambiente asociado. Esta función se encamina principalmente a la prestación del apoyo técnico y tecnológico demandado por los Ministerios de Fomento y de Agricultura, Alimentación y Medio Ambiente, que no excluye el servicio dado a otras instituciones, públicas y privadas, nacionales o extranjeras.

Las actividades que se llevan a cabo en el organismo, a través de sus diferentes Centros y Laboratorios especializados en las distintas áreas de la ingeniería civil, son entre otras: la realización de estudios e investigación en sus propias instalaciones y con prototipos, el control de calidad en obras públicas, la recopilación de información y documentación científica y tecnológica y, la organización de cursos de postgrado, seminarios y otras actividades docentes enfocadas a la transferencia de tecnología y conocimientos.

Como parte de estas actividades se incluyen los estudios que se realizan para la determinación de las propiedades y aplicaciones de materiales de construcción; entre los que cabe mencionar a los materiales naturales, los de tipo artificial y los residuos, así como los análisis y estudios experimentales de estructuras, incluyendo las obras de tierra. Estos estudios se abordan no solo teniendo en cuenta los aspectos técnicos, sino también todos aquellos aspectos de tipo medioambiental que pudieran afectar al entorno, siempre con el fin de garantizar la protección del mismo, la seguridad y la salud.

En este sentido, el proyecto TTIGEM, concebido como un proyecto de Transferencia Tecnológica entre el Reino de Marruecos y la CC.AA de Andalucía, en temas de Ingeniería Geotécnica, de Estructuras y de Materiales y de impacto de infraestructuras en el ámbito de la ingeniería civil, recoge entre sus Actividades el interés de compartir conocimientos en temas de materiales de construcción. En concreto, la “Actividad 2”: relativa a la Transferencia Tecnológica en materia de materiales de construcción, incluyendo los materiales marginales y residuos con posibilidades de aprovechamiento en construcción, recoge entre sus acciones la Acción 2.1, que tiene por objeto la recopilación y análisis de un gran número de casos de terraplenes viarios ejecutados en Andalucía y en Marruecos con materiales marginales, considerando distintos tipos de suelos marginales y residuos, entre los que cabe citar: los residuos de construcción y demolición, los neumáticos fuera de uso, las escorias de acería LD y los estériles de carbón. Dentro de la Actividad 2, se encuadra también la Acción 2.2 en la que se presentan unas recomendaciones para el aprovechamiento de residuos de construcción y demolición y su utilización como áridos reciclados en la fabricación de hormigones estructurales y no estructurales.

El presente Documento Técnico ha sido elaborado para dar cumplimiento a los objetivos correspondientes a la “Acción 2.1: Transferencia Tecnológica: Utilización de materiales marginales en terraplenes en el Sur de España y Norte de Marruecos, y metodologías para su aplicación.”

Se espera que este documento, junto con los correspondientes a la Acción 2.2 (“Transferencia Tecnológica: Elaboración de recomendaciones para el aprovechamiento de Residuos de Construcción y Demolición y su utilización como áridos reciclados en la fabricación de hormigones estructurales y no estructurales”) contribuya a impulsar la transferencia tecnológica relativa a prácticas de construcción más sostenibles medioambientalmente, dándose a conocer las posibilidades y metodologías para el

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aprovechamiento y reutilización de residuos y materiales marginales en las obras públicas en el sur de España y norte de Marruecos y, que puedan derivarse, por tanto, beneficios de tipo ambiental y económicos.

1.2.- INTRODUCCIÓN A la hora de ejecutar cualquier tipo de construcción es imprescindible conocer a priori las características y propiedades de los materiales que se vayan a emplear para poder utilizarlos del mejor modo, aprovechando al máximo sus capacidades, además, se requiere disponer de información sobre el comportamiento a largo plazo de dichas construcciones con el fin de prever y evitar posibles situaciones problemáticas.

En particular, en el caso de las obras lineales, es necesario conocer las características del terreno de cimento de la obra así como de los materiales a emplear en las mismas, generalmente serán suelos naturales. Uno de los inconvenientes en este tipo de obras reside en que las propiedades de los suelos varían mucho en función de su procedencia, naturaleza y evolución de los mismos, por lo que resulta imprescindible disponer de una clasificación de los distintos tipos de suelos en función de sus características y sus posibilidades de puesta en obra.

En España todos los aspectos relativos a la construcción de obras lineales viarias están recogidos en un documento denominado Pliego de Prescripciones Técnicas Generales para Obras de Carreteras y Puentes, conocido normalmente como PG-3, que ha adquirido rango de norma. En dicho documento se clasifican los suelos potencialmente utilizables en obras lineales viarias en base al análisis de un conjunto de propiedades. Actualmente, esta clasificación comprende 5 grupos que abarcan desde los suelos con mejores características hasta los de menores calidades, de acuerdo con el siguiente orden: suelos seleccionados, adecuados, tolerables marginales e inadecuados.

Sin embargo, esto no ha sido siempre así; anteriormente, y en vigencia hasta el año 2000, los suelos se clasificaban de mejor a peor en los siguientes grupos: seleccionados, adecuados, tolerables e inadecuados, siendo los inadecuados aquellos que no cumplían con alguno de los requisitos exigidos para su empleo; éstos eran rechazados y por tanto su destino final era el vertedero, con el consiguiente perjuicio económico y medioambiental. Con el objetivo, entre otros, de procurar el mejor aprovechamiento de un mayor tipo y volumen de materiales, la normativa fue modificada para incorporar un nuevo grupo de suelos denominados “marginales”. Este nuevo grupo engloba a todos aquellos materiales que no pudiendo ser clasificados en las otras categorías (seleccionados, adecuados o tolerables) cumplen al menos unos requisitos mínimos en cuanto a contenido en materia orgánica, hinchamiento y condiciones de plasticidad fijados por la normativa, y, además, se exige, para su posible aprovechamiento, la realización de un estudio especial con un determinado contenido. Bajo esta categoría de suelos se incorporan también los productos procedentes de procesos industriales o de manipulación humana, es decir los residuos y suelos artificiales; siempre con la condición de que cumplan los requisitos técnicos necesarios para su empleo y que sus características físico-químicas garanticen la estabilidad presente y futura del conjunto

En el presente Documento Técnico se recoge la revisión que se ha hecho de los diferentes tipos de materiales marginales que se han empleado en España en rellenos en terraplén en obras de carreteras y otras obras de tierra, así como un conjunto numerosos de experiencias prácticas llevadas a cabo con dichos materiales marginales. Estas experiencias han sido analizadas con el fin de conocer a fondo cuál ha sido el comportamiento de las

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mismas, los tratamientos empleados y los aspectos particulares de puesta en obra de los materiales empleados. Asimismo, también se ha pretendido identificar cuáles han sido los tratamientos que han dado que han dado buenos resultados para poder tenerlo en cuenta en futuras actuaciones.

La ejecución de cualquier obra lineal requiere en muchos casos el empleo de gran cantidad de material y, como el trazado de las mismas no siempre transcurre por terrenos de buena calidad, para disponer de los materiales adecuados suele ser necesario en muchos casos recurrir a materiales de préstamo. Esto conlleva una serie de inconvenientes como son el coste de los materiales de préstamo, costes medioambientales y costes por envío de materiales desechables a vertedero. Esta es una de las razones por las que se está extendiendo la costumbre de llevar a cabo estudios especiales de los materiales que en principio serían de desecho para analizar su posibilidad de ser empleados en las propias obras.

Los estudios especiales que exige la normativa para poder emplear materiales marginales están orientados, entre otros aspectos, a determinar las características de los mismos así como su forma de empleo más adecuada para obtener un producto final que cumpla las exigencias normalizadas. Los tratamientos que requieren los materiales marginales para su aprovechamiento como materiales puede ser muy variada, pudiendo ir desde un tratamiento químico hasta un procedimiento mecánico.

Existe una gran variedad de materiales clasificados como marginales. Dentro de estos materiales cabe distinguir tres grupos:

1º) materiales naturales no convencionales;

2º) materiales fabricados expresamente para su utilización como relleno;

3º) residuos y subproductos industriales.

El primer grupo engloba a aquellos suelos y rocas que no cumplen las especificaciones para ser considerados suelos seleccionados, adecuados o tolerables. Dentro del segundo grupo se suelen incluir los materiales ligeros, como por ejemplo, el poliestireno expandido. El tercer grupo abarca a una amplia variedad de los residuos, que podrían clasificarse en los siguientes grupos: los obtenidos durante los ciclos de extracción de materias primas; los residuos o subproductos industriales obtenidos durante la producción de otros materiales, y los residuos obtenidos al final de un ciclo de consumo.

En general, la utilización de materiales naturales marginales no convencionales ha estado tradicionalmente motivada por el hecho de que en muchas zonas, debido a las condiciones geológicas y climáticas peculiares, son los materiales más abundantes, y es difícil encontrar otros materiales de mayor calidad. Este sería el caso de los suelos yesíferos, los suelos expansivos, etc. En relación a los residuos, estos son, en principio, materiales de desecho, pero, con motivo de la primera de Ley de Residuos de 1998 y las políticas medioambientales se ha impulsado su reutilización y aprovechamiento; el ámbito de la construcción, y en particular de las obras de tierra ha sido uno de los posibles destinos para estos materiales. Se puede decir incluso que, en algunos casos, las propiedades de estos materiales superan en algún aspecto las de muchos suelos convencionales, y su empleo es preferible. Por ejemplo, es lo que sucede con algunos materiales de baja densidad, cuando lo que interesa es construir un terraplén de poco peso.

Dado la gran diversidad de residuos que existen se ha hecho una selección de aquellos que presentan posibilidades de ser aprovechados en rellenos en terraplén. En la Tabla 1-1.- se muestra un cuadro resumen.

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A) MATERIALES NATURALES NO CONVENCIONALES -SALINOS: yeso, sal común, anhidrita -EXPANSIVOS -COLAPSABLES -ROCAS DEGRADABLES: Rocas porosas: cretas, tobas Rocas arcillosas degradables: pizarras arcillosas, margas, argilitas -MATERIALES VOLCÁNICOS: escorias; lapili, arenas volcánicas, cenizas -SUELOS RESIDUALES TROPICALES: suelos lateríticos -PERMAFROST

B) RESIDUOS DE EXPLOTACIÓN MINERA Y DE CANTERAS -ESCOMBROS DE CANTERAS: pizarras, granitos, mármoles -ESTERILES DEL CARBON -ESTERILES DE OTROS MINERALES: Cobre, mercurio, etc.

C) SUBPRODUTOS INDUSTRIALES -SUBPRODUCTOS DE LA INDUSTRIA METALÚRGICA: Escorias de horno alto Escorias de acería Otras escorias: cobre, mercurio, plomo -SUBPRODUCTOS DE CENTRALES TÉRMICAS: Cenizas volantes Cenizas de hogar y escorias -OTROS SUBPRODUCTOS INDUSTRIALES

D) RESIDUOS URBANOS E INDUSTRIALES -ESCORIAS DE INCINERACIÓN DE RSU -RESIDUOS DE CONSTRUCCIÓN Y DEMOLICIÓN -NEUMÁTICOS FUERA DE USO -RESIDUOS DEL PROCESAMIENTO DE LA MADERA -RESIDUOS DE LA FUNDICIÓN DE PIEZAS METÁLICAS

E) MATERIALES FABRICADOS -MATERIALES POLIMÉRICOS -HORMIGONES LIGEROS -ARCILLA EXPANDIDA

Tabla 1-1.- Ejemplos de materiales no convencionales y residuos de posible utilización en terraplenes de carreteras

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2.- MATERIALES MARGINALES NATURALES, RESIDUOS Y OTROS TIPOS APROVECHABLES EN TERRAPLENES VIARIOS

2.1.- NORMATIVA ESPAÑOLA: CONCEPTO DE MATERIAL MARGINAL PARA SU USO EN TERRAPLENES VIARIOS

La normativa española: “Pliego de Prescripciones Técnicas Generales para Obras de Carreteras y Puentes” (en adelante PG-3) recoge, en su artículo 330 referente a terraplenes, las especificaciones relativas a la ejecución de los terraplenes y las características que deben cumplir los materiales a emplear. Esta normativa fue modificada en el año 2000 con el objeto, entre otros, de procurar el mejor aprovechamiento de un mayor tipo y volumen de materiales. Esto ha permitido durante estos últimos años el empleo de materiales que anteriormente eran rechazados, así como de otro tipo de materiales no convencionales entre los que se encuentran claramente los residuos y los materiales artificiales. Para ello, hubo que modificar la clasificación de los materiales susceptibles de ser utilizados en la construcción de terraplenes e introducir un nuevo grupo denominado “suelos marginales”.

Así, la norma considera suelos marginales a aquellos suelos que, no pudiendo ser clasificados como seleccionados, adecuados o tolerables, cumplan las siguientes condiciones:

- Contenido en materia orgánica inferior al 5% (MO<5%),

- Hinchamiento, en ensayo de expansión, inferior al cinco por ciento (5%)

- Si el límite líquido es superior a noventa, (LL>90), el índice de plasticidad será inferior al setenta y tres por ciento del valor que resulta de restar veinte al límite líquido (IP<0,73 (LL-20)).

Esta condición de plasticidad, sitúa a los materiales marginales en la siguiente zona de la carta de Casagrande tal y como se muestra en la ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia.:

Figura 2-1.- Nueva clasificación de los suelos para terraplenes según la OC.326/00.

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En la Tabla 2-1.- se muestran las especificaciones técnicas exigidas a los distintos tipos de suelos establecidos en el PG-3, incluyendo los marginales.

Parámetro Seleccionados Adecuados Tolerables Marginales

Materia orgánica UNE 103204 < 0,2% < 0,1% < 0,2% < 5%

Sales solubles NLT 114

Yeso < 0,2% < 0,2%

< 5%

Otras < 1%

Hinchamiento libre UNE 103601 y UNE 103500 < 3% < 5%

Asiento en ensayo de colapso NLT-254 y UNE 103500 < 1% -

Granulometría

Tamaño máximo (mm) ≤ 100 ≤ 100 - -

Otras condiciones # 0,4 < 15%(*) # 2 < 80%

# 0,4 < 75% # 2 < 80% - -

Finos (#0,08mm) < 25% < 35% - -

Plasticidad UNE 103103 y UNE 103104 Según gráfico superior

Tabla 2-1.- Especificaciones técnicas según el PG-3(2002) para los tipos de suelos

No obstante, hay que señalar que para la utilización de ese tipo de suelos es imprescindible la realización de un estudio especial de usos de materiales marginales, condicionado al cumplimiento de los correspondientes criterios técnicos y a las especificaciones generales de los materiales que vayan a ser utilizados, que deberá ser aprobado por el Director de las Obras. Este Estudio debe contemplar explícitamente y con detalle al menos los siguientes aspectos:

- Determinación y valoración de las propiedades que confieren al suelo su carácter de marginal.

- Influencia de dichas características en los diferentes usos del suelo dentro de la obra.

- Posible influencia en el comportamiento o evolución de otras zonas u elementos de la obra.

- Estudio pormenorizado en donde se indique las características resistentes del material y los asientos totales y diferenciales esperados, así como la evolución futura de estas características.

- Conclusión justificada de los posibles usos del material en estudio.

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- Cuidados, disposiciones constructivas y prescripciones técnicas a adoptar para los diferentes usos del suelo dentro de la obra.

Por otra parte, en el caso en el que el Director de Obra apruebe el empleo de suelos marginales, éstos sólo podrán ser utilizados en el núcleo de los rellenos tipo terraplén, por ser la zona del relleno con menores exigencias técnicas.

En definitiva, las modificaciones introducidas en el PG-3 en el año 2000 han abierto la puerta a la posibilidad de utilizar materiales considerados tradicionalmente como no aptos para su empleo en terraplenes, como son los suelos con sales solubles, los suelos expansivos, los suelos colapsables, los suelos con yesos y los suelos con materia orgánica, así como otros materiales no naturales tales como algunos tipos de residuos y materiales artificiales.

En el caso de los residuos, la norma optó por no citar ningún residuo en particular, sino por señalar la posibilidad de su empleo: “se podrán utilizar en terraplenes los productos procedentes de procesos industriales o de manipulación humana, siempre que cumplan las especificaciones de este artículo y que sus características físico-químicas garanticen la estabilidad presente y futura del conjunto. En todo caso se estará a lo dispuesto en la legislación vigente en materia medioambiental, de seguridad y salud, y de almacenamiento y transporte de productos de construcción”.

En el caso de los suelos marginales naturales, la norma optó por recoger algunas consideraciones sobre el uso de distintos tipos de suelos marginales, remitiéndose en todos los casos al Estudio especial.

2.1.1.- Consideraciones especiales recogidas en la norma española sobre el empleo de suelos marginales naturales

La norma española recoge algunas consideraciones específicas en relación al empleo de los distintos tipos de suelos marginales naturales que se indican a continuación:

- Suelos expansivos

Según el PG-3 se consideran expansivos aquellos suelos con hinchamiento libre de más del 3% en muestras remoldadas y compactadas de la forma que se hará en obra. Para llevar a cabo dicha caracterización se puede realizar el ensayo de hinchamiento libre en edómetro. Estos suelos no se podrán emplear en espaldones ni en coronación con el fin de evitar que su humedad varíe y por tanto garantizar que no cambie su volumen. Se podrán emplear en núcleos siguiendo las indicaciones del Estudio Especial, compactando del lado húmedo.

- Suelos colapsables

Se entiende por suelo colapsable aquel que reduce significativamente su volumen al aumentar la humedad. Al igual que en el caso de los suelos expansivos su empleo queda limitado a la ejecución de núcleos de terraplenes siempre que se sigan las indicaciones del Estudio especial.

- Suelos con yesos

En cuanto a los suelos con yesos se deberá determinar con exactitud el contenido de yesos para definir su empleo. Por debajo del 2% no será necesario tomar ningún tipo de precaución. Entre el 2% y el 5% se puede usar en el núcleo, con adopción de cuidados

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especiales en coronación y espaldones. Entre el 5 y el 20% de yeso el terreno podrá usarse en el núcleo si se consigue una masa compacta e impermeable y se disponen medidas de drenaje e impermeabilización para impedir el acceso del agua al núcleo siempre con la aprobación específica del Director de las Obras. Con más del 20% el uso se limitará a aquellos casos en que no existan otros suelos disponibles y siempre que se justifique adecuadamente.

- Suelos con sales solubles

Un suelo con sales solubles se considerará marginal cuando tenga un contenido de sales superior al 1%. En ese caso se empleará únicamente en núcleos siguiendo siempre las indicaciones del Estudio especial.

- Suelo con materia orgánica

Los materiales marginales con algo de materia orgánica (M.O. < 5%), podrán usarse en el núcleo de terraplenes de hasta 5 metros de altura, siempre que se tengan en cuenta las deformaciones previsibles. Si el terraplén tiene una altura superior a 5m el contenido de materia orgánica se limita al 2%. En coronación el contenido de materia orgánica será inferior al uno por ciento (1%).

En la Tabla 2-2 se muestra la zona o zonas del terraplén en las que se pueden emplear los distintos tipos de materiales naturales marginales según el PG-3.

Suelo marginal

Principal característica Coronación Espaldones Núcleo Cimiento

Suelo colapsable NLT 114 y UNE 103500

Asiento>1% a 0,2 MPa NO NO Estudio

especial Estudio especial

Suelo expansivo UNE 103601 y UNE 103500

H.L. > 3% NO NO H.L. > 5%: NO < 5%

Suelo con yesos NLT 114

0,2-2% NO NO SI 2-5% NO NO SI, con

precauciones

5-20% NO NO SI, con precauciones

>20% NO NO NO Suelo con otras sales solubles NLT 114

0,2-1% NO NO SI

>1% NO NO Estudio especial

Materia orgánica UNE 103204

H ≤ 5 m y m.o.≤ 5%

NO, si m.o. > 1% NO SI

H ≥ 5 m y m.o. > 2%

NO, si m.o. > 1% NO Estudio

especial

Tabla 2-2.- Empleo de materiales marginales en las zonas del terraplén

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Además, la norma indica expresamente algunas observaciones en relación a la puesta en obra de los distintos tipos de materiales marginales que se recogen a continuación.

- Suelos expansivos Estos suelos deben compactarse ligeramente del lado húmedo, con relación a la humedad óptima del ensayo Proctor de Referencia. A falta de otro criterio, convenientemente justificado, del Proyecto se considera que, la humedad, inmediatamente después de la compactación, será tal que el grado de saturación en ese instante se encuentre comprendido entre los valores del grado de saturación correspondientes, en el ensayo Proctor de Referencia, a humedades de menos dos por ciento (–2%) y de más uno por ciento (+1%) de la óptima de dicho ensayo Proctor de Referencia (apartado 330.4.3 del PG-3).

- Suelos colapsables Los suelos colapsables no se usarán en coronación ni espaldones. Su uso en núcleo y en cimiento estará sujeto a un estudio especial que teniendo en cuenta la funcionalidad del terraplén, el grado de colapsabilidad del suelo, las condiciones climáticas y de niveles freáticos, defina las disposiciones y cuidados a adoptar para su uso. Estos suelos deberán compactarse del lado húmedo, con relación a la humedad óptima del ensayo Proctor de Referencia. A falta de otro criterio convenientemente justificado, se estará de igual modo a lo indicado en el apartado 330.4.3 del PG-3.

- Suelos con yesos La utilización, siempre justificada y autorizada por el Director de las Obras, de materiales con yesos será función del contenido de dichas sustancias; según se indica a continuación:

- Menor del cero con dos por ciento (0,2%): Utilización en cualquier zona del terraplén.

- Entre el cero con dos y el dos por ciento (0,2-2%): Utilización en el núcleo del terraplén. No se necesitará tomar ninguna precaución especial en la ejecución de la coronación y los espaldones.

- Entre el dos y el cinco por ciento (2% y 5%): Utilización en el núcleo del terraplén con adopción de cuidados y materiales de características especiales en coronación y en los espaldones, que vendrán explícitamente indicados en el Proyecto.

- Entre el cinco y el veinte por ciento (5% y 20%): Utilización limitada al núcleo del terraplén y siempre que se tomen, entre otras, las siguientes medidas para evitar la disolución con posible producción de asientos o pérdida de resistencia:

- El núcleo deberá constituir una masa compacta e impermeable.

- Disponer medidas de drenaje e impermeabilizaciones para impedir el acceso al relleno de las aguas tanto superficiales como profundas.

- Habrá de justificarse la eficacia de las medidas adoptadas a este respecto mediante estudio especial, aprobado por el Director de las Obras.

- Mayor del veinte por ciento (20%): Este tipo de suelos no debe utilizarse en ninguna zona del relleno. Su uso se limitará a aquellos casos en que no existan otros suelos disponibles y siempre que el mismo venga contemplado y convenientemente justificado en el Proyecto.

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Con frecuencia, los suelos con yeso van acompañados de suelos inadecuados o marginales por criterios de plasticidad, arcillas muy plásticas o limos colapsables. Por ello para porcentajes de yeso superiores al dos por ciento (Yeso > 2%) se determinará el posible carácter expansivo o colapsable del suelo y se adoptarán, en su caso, las medidas oportunas según se indica en los apartados correspondientes. También se tendrá en cuenta la posible agresividad de estas sales al hormigón y la posible contaminación que puedan originar en los terrenos colindantes.

- Suelos con otras sales solubles

La utilización de materiales con sales solubles en agua distintas del yeso, según sea su contenido, será la siguiente:

- Menor del cero con dos por ciento (0,2%): Utilización en cualquier zona del terraplén.

- Entre el cero con dos y el uno por ciento (0,2 y 1%): Utilización en el núcleo del terraplén, sin necesidad de tomar precauciones especiales en coronación y espaldones.

- Mayor del uno por ciento (1%): Se requiere un estudio especial, aprobado expresamente por el Director de las Obras. Consideraciones sobre el empleo de residuos

- Suelo con materia orgánica

Cuando se sospecha que un suelo pueda contener materia orgánica, ésta se determinará según UNE 103-204. Esta norma incluye como materia orgánica todas las sustancias oxidables existentes en la muestra ensayada, por tanto, cuando las sustancias oxidables no orgánicas puedan influir de forma importante sobre los resultados obtenidos, el Director de las Obras podrá autorizar que el contenido de materia orgánica se obtenga descontando los materiales oxidables no orgánicos, determinados según método explícitamente aprobado por él.

En rellenos tipo terraplén de hasta cinco metros (5 m) de altura, se podrá admitir en el núcleo materiales con hasta un cinco por ciento (5%) de materia orgánica, siempre que las deformaciones previsibles se hayan tenido en cuenta en Proyecto.

Para terraplenes de más de cinco metros (5 m) de altura el uso de suelos con porcentaje de materia orgánica superior al dos por ciento (MO > 2%) habrá de justificarse con un estudio especial, aprobado por el Director de las Obras. En coronación el contenido de materia orgánica será inferior al uno por ciento (1%).

2.1.2.- Consideraciones recogidas en la norma española sobre el empleo de residuos.

A diferencia de otras normativas europeas de empleo de materiales en rellenos viarios, la normativa española no cita ningún residuo concreto como material apto para su empleo en rellenos terraplén ni indica tampoco los posibles usos o limitaciones de los posibles usos en terraplenes; se limita a señalar la posibilidad de su empleo siempre y cuando el residuo cumpla las especificaciones técnicas correspondientes del uso concreto y que sus características físico-químicas garanticen la estabilidad presente y futura del conjunto.

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Además, debe cumplir con lo dispuesto en la legislación vigente en materia medioambiental, de seguridad y salud, y de almacenamiento y transporte de productos de construcción.

Esto ha llevado a la necesidad de hacer estudios específicos para cada uno de los residuos con posibilidades de ser aprovechados como material de relleno, con el fin de conocer sus características físico-químicas y limitaciones concretas y, poder valorar su potencial capacidad de empleo según el principio de óptima utilización y mejor uso, es decir, aquel que permite aprovechar sus posibilidades en mayor medida. Estos estudios han permitido conocer estas posibilidades a priori, sin perjuicio de que, para su uso concreto en una obra sea siempre necesario hacer un Estudio especial según indica la norma.

En este sentido, cabe mencionar el documento titulado “Catálogo de residuos utilizables en construcción”, elaborado por el CEDEX en el año 2002 a petición del Ministerio de Medio Ambiente español que recoge y sintetiza la experiencia española en el aprovechamiento de residuos en el ámbito de la construcción, en las áreas de edificación, carreteras y obras de tierra, entre las que se incluyen los rellenos en terraplén. El documento está estructurado a modo de fichas, una por residuo, recogiendo información sobre el origen del residuo, las producciones anuales estimadas, su tendencia y distribución geográfica de los centros de producción en España, las propiedades del residuo, el tratamiento necesario para su valoración, las propiedades del material procesado, las aplicaciones habituales y potenciales, un listado de obras realizadas en España y en otros países, algunas consideraciones medioambientales, normativa técnica de aplicación disponible, bien española, en el caso de que exista o de otros países y referencias a documentos técnicos de interés y entidades especializadas en las materias. El documento se actualiza cada cuatro años, debido a los avances continuos en el campo de reciclaje y está disponible para su consulta a través de la web del CEDEX.

Cabe señalar que la utilización de los residuos recogidos en el “Catálogo” se encuentra en distintas fases de desarrollo para cada uno de los posibles usos. Para algunos de ellos existe normativa que regula su empleo en determinados usos, en otros casos, existen recomendaciones de empleo para algunos usos y, en otros casos, en los que no existe ni normativa ni recomendaciones, los residuos se han utilizado siguiendo los criterios de los materiales convencionales y apoyándose en normativas internacionales y siempre cumpliendo con la normativa medioambiental española. Finalmente, algunas aplicaciones de algunos residuos se encuentran aún en fase experimental.

Entre los residuos que han sido objeto de un mayor número de estudios y de los que se dispone de un mayor número de experiencias prácticas en España como materiales aprovechables en terraplenes viarios cabe citar los siguientes:

- Neumáticos fuera de uso: NFU

- Estériles de carbón

- Residuos de demolición y construcción: RCD

- Escorias de acería LD

Dadas las grandes diferencias entre unos residuos y otros se ha considerado conveniente incluir en el apartado 2.3 del presente documento un resumen de las características principales de cada uno de estos residuos, el tipo de procesamiento necesario para su empleo y los condicionantes específicos para su uso.

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En definitiva, en la actualidad en España, para emplear un residuo como material sustitutivo de un material convencional en un terraplén es necesario que el residuo satisfaga las mismas especificaciones técnicas que los materiales convencionales, se conozcan claramente las condiciones específicas de su puesta en obra teniendo en cuenta las posibles limitaciones, se garantice la estabilidad presente y futura del terraplén y se cumpla con la legislación en materia medioambiental, de seguridad y salud. Todo ello debiendo quedar claramente recogido en un estudio especial que debe ser aprobado por el Director de las obras. Por el contrario, otros países como por ejemplo los Países Bajos, centran las exigencias requeridas a los residuos en el resultado final de la obra y no tanto en el origen del material que se utilice para su construcción, siempre y cuando queden garantizadas las propiedades del residuo que se emplee.

2.1.3.- Consideraciones sobre otros tipos de materiales.

Dentro del grupo de otros tipos de materiales cabe incluir los materiales denominados ligeros, que son aquellos que se caracterizan por tener un peso específico claramente inferior al del suelo natural.

Estos materiales se emplean en los casos de terrenos de baja capacidad portante con el objeto de reducir la trasmisión de cargas al terreno y limitar los excesivos asentamientos que se producen en estos casos, reduciendo al tiempo las secciones tipo de terraplén con taludes muy tendidos, bermas y otras disposiciones adicionales.

El empleo de estos tipos materiales da lugar a rellenos que se denominan habitualmente “rellenos aligerados”. No obstante, la norma española no recoge en su articulado especificaciones concretas para estos rellenos aligerados ni para los materiales que lo conformen, por lo que se entiende que deben cumplir las mismas condiciones que el resto de los terraplenes y materiales convencionales.

Entre los materiales ligeros que se han empleado en España cabe citar:

- Arlita

- Poliestireno expandido

En el apartado siguiente se describen las características específicas de estos materiales.

2.2.- CARACTERISTICAS DE LOS RESIDUOS Y MATERIALES LIGEROS EMPLEADOS EN TERRAPLENES VIARIOS ESPAÑOLES

2.2.1.- Neumáticos fuera de uso: NFU

Origen 2.2.1.1.-

Los neumáticos fuera de uso (NFU) provienen fundamentalmente de la industria automovilística, unos dos tercios proceden de profesionales de la carretera y el tercio restante de garajes, estaciones de servicio y distribuidores del producto.

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Hasta que en el año 2005 entró en vigor el Real Decreto 1619 que se establece la responsabilidad de la gestión del neumático cuando se encuentra fuera de uso (NFU), una gran parte de los neumáticos eran recogidos por los servicios municipales o comarcales, o transportados directamente por los talleres a los vertederos públicos, locales o comarcales; a veces los talleres los depositaban en vertederos privados de inertes, en algunos casos incontrolados o ilegales. La publicación del citado R.D. 1619/2005 ha marcado un antes y un después en el tratamiento del residuo en España.

Para dar cumplimiento al Decreto, los principales fabricantes de neumáticos crearon en 2005 un sistema integrado de gestión (SIGNUS Ecovalor) con el que asegurar la gestión y adecuado tratamiento de los NFU generados en España, así como la promoción de la reutilización y valorización de los mismos. Para tal efecto, SIGNUS actualmente tiene adscritos más de 34.300 puntos de recogida de NFU.

Figura 2-2.-- NFU enteros

En septiembre de 2006, los principales recauchutadores, recicladores, gestores y productores de neumáticos de España crean un segundo sistema integrado de gestión denominado TNU (Tratamiento Neumáticos Usados, S.L.), nacido al amparo de la Asociación Nacional de Importadores de Neumáticos bajo la que se agrupaba el 30% de los NFU generados en España. TNU es una sociedad sin carácter lucrativo también creada para asegurar la correcta gestión de los NFU generados, que actualmente cuenta con aproximadamente 4.100 puntos de recogida de NFU adscritos.

Ambos SIG (SIGNUS Ecovalor) y TNU conforman el 85% del mercado nacional de NFU y se encargan de gestionar sin ánimo de lucro y de forma correcta la recogida gratuita de NFU en la mayoría de los puntos de generación existentes en el territorio nacional así como de su clasificación posterior, con el objeto de asegurar el mayor porcentaje posible de recuperación para su máxima reutilización, y de su transporte a los centros de almacenamiento y preparación, donde se preparan en función de su destino final. Desde estas plantas se realiza el transporte a las empresas dedicadas a su valorización, quienes finalmente certifican su valorización material, es decir, la utilización de dichos neumáticos como materia prima para la fabricación de otros productos, o su valorización energética como fuente energética alternativa.

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Figura 2-3.- NFU granulado para la fabricación de pavimentos

bituminosos y

Figura 2-4.- NFU troceados

Las materias primas que se emplean para fabricar un neumático son el caucho, el negro de carbono, metal (alambres de acero), textil, aditivos químicos, óxido de cinc y azufre. No obstante, la composición de los neumáticos puede variar de un continente a otro. El componente que se encuentra en mayor proporción en los NFU es el caucho, que se compone en este caso de una mezcla de caucho natural y cauchos sintéticos tales como los polímeros denominados SBR (“stirene butadiene ruber”) y BR (“butadiene ruber”). La relación entre estos tipos de caucho varía en función del uso que se le pretenda dar al neumático.

El negro de carbono se incorpora en la fabricación de las distintas partes de los neumáticos en proporciones variables, consiguiéndose variaciones en la rigidez, y en la resistencia a tracción y abrasión. Los componentes metálicos del neumático proporcionan a su carcasa rigidez, resistencia y flexibilidad, y constituyen un cordaje ligero de acero de alta resistencia. Los materiales textiles habitualmente utilizados en las carcasas de los neumáticos son el nylon, rayón y el poliéster.

Durante la mezcla de materias primas para la fabricación del neumático se añade al caucho y al negro de carbono una serie de aditivos como plastificantes, estabilizantes, agentes colorantes, acelerantes y retardantes. La misión de estos aditivos es modificar la dureza y resistencia del caucho e incrementar su resistencia a la abrasión, aceites, oxigeno, disolventes químicos y al calor.

El azufre se aporta durante el proceso de vulcanización, combinándose a temperaturas entre 120º y 160º con el caucho, lo que le hace más resistente y elástico, contribuyendo a mejorar la durabilidad del neumático.

Desde el punto de vista térmico, los neumáticos, tanto de turismo como de camión, tienen prácticamente el mismo poder calorífico que el carbón (6.800 - 7.800 kcal/kg), siendo una tonelada de neumáticos equivalente a unas 0,7 toneladas de fuel oil.

2.2.1.1.1.- Propiedades físicas

Entre el 50% y el 60% de un neumático está compuesto de caucho natural o sintético. El natural presenta menor dificultad para su incorporación al betún que el sintético. La densidad de un neumático entero es de unos 0,15 t/m3.

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2.2.1.1.2.- Propiedades químicas

En general, los neumáticos contienen una mezcla de 63 compuestos químicos diferentes que se agrupan fundamentalmente en hidrocarburos, minerales y metales. Dentro de los hidrocarburos se pueden encontrar los polímeros más utilizados en su fabricación, tales como el estireno-butadieno, poliisopreno y polibutadieno, así como pAHs, fenoles y ácido esteárico, entre otros.

Los minerales contenidos en los NFU son principalmente el óxido de cinc, el azufre y el negro de carbono (20-30% en combustión incompleta de hidrocarburos) y otros compuestos metálicos como antioxidante y antiozono que debido a sus propiedades antioxidantes y antiozono, el negro de carbono reduce el envejecimiento del polvo de neumáticos en ligantes bituminosos.

La composición elemental de los neumáticos está formada principalmente por C (80-90%), H (7,2-7,6%), O (2,3-3,1%) y S (1,4-2,4%). A excepción del cinc, la presencia de metales pesados es inferior al 0,1% en peso.

Entre las características químicas propias de los NFU está la resistencia a la acción de los mohos, calor, humedad, luz solar y rayos ultravioletas, algunos aceites y a muchos disolventes. Asimismo, no son biodegradables ni tóxicos y retardan el desarrollo bacteriológico.

2.2.1.1.3.- Propiedades mecánicas

Debido a su forma tórica y elasticidad, los NFU son difícilmente compactables.

Procesamiento o transformación 2.2.1.2.-

La valorización de los neumáticos abarca tres grandes tipos de tratamientos: el recauchutado, el reciclaje y la valorización energética.

En el reciclado de los neumáticos, éstos pueden utilizarse sin ser procesados o bien reduciéndolos de tamaño. Para la reducción de tamaño de los NFU existen distintos procesamientos que pueden ser desde totalmente mecánicos a otros que combinan tratamientos mecánicos con químicos o térmicos. Hasta la fecha sólo se ha demostrado una cierta viabilidad económica en el troceado mecánico.

Entre los procesos mecánicos, muchos comienzan triturando los neumáticos enteros o cortándolos hasta tamaños comprendidos entre 25 y 300 mm. En algunos sistemas se eliminan los cables metálicos de los talones que los ajustan a las llantas antes del troceado; en otros, los elementos metálicos son separados magnéticamente tras el mismo. Los materiales textiles del neumático se retiran mediante equipos de aspiración. Todos estos procesos se realizan a temperatura ambiente.

El sistema más completo de reducción mecánica de tamaño es el granulado. En una primera fase se trocean los neumáticos hasta tamaños entre 50 y 300 mm. En una segunda fase, además de reducir el material a tamaños entre 5 y 25 mm, se separan magnéticamente los elementos metálicos.

Posteriormente, el material puede ser sometido a otros procesos de granulado o molido hasta reducirlo al tamaño deseado, clasificándolo finalmente por tamaños (0-0,5 mm; 0,5-2 mm; 2-7 mm; 7-15 mm) en función de la aplicación a la que se destina. Durante la fase final se retira el material textil de nuevo mediante equipos de aspiración.

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Entre los procesos de reducción de tamaño que combinan los tratamientos mecánicos con los químicos o térmicos, destacan los criogénicos, En éstos, tras una reducción mecánica de tamaño, el material troceado se lleva a una cámara de enfriamiento, donde se utiliza nitrógeno líquido para enfriarlo entre -80º y -120º, por debajo de la temperatura de transición vítrea. El material quebradizo procedente de la cámara es triturado mediante molinos de martillos y se separan los elementos metálicos y las fibras textiles. El NFU triturado obtenido así es muy limpio, y puede alcanzar los 0,15 mm. Los costes de procesado con esta tecnología son lo suficientemente elevados como para que no se emplee demasiado.

Propiedades del material procesado 2.2.1.3.-


El material procedente del troceado de neumáticos, también denominado como NFUt, es plano, de forma irregular y puede, o no, contener trozos metálicos procedentes de las bandas de acero de la carcasa. El tamaño de este material puede variar entre 25 y 300 mm. El tamaño medio depende de la criba que se ponga. La densidad de una pieza individual de NFUt está comprendida entre 1,15 y 1,45 t/m3, mientras que la densidad del material NFUt no compactado varía en función del tamaño y forma de los trozos, habiéndose obtenido valores entre 0,40 y 0,60 t/m3. La densidad media para rellenos con este material compactado bajo una tensión normal de 100 kPa está comprendida entre 0,72 y 0,92 t/m3, obteniéndose valores bajos cuando se compacta con buldózer y los más elevados cuando se hace con rodillo liso vibratorio.

Para el material más grueso procedente del granulado, con tamaños entre 13 y 76 mm, se han obtenido densidades sin compactar entre 0,32 y 0,49 t/m3, y entre 0,57 y 0,73 t/m3 para el material compactado.

La totalidad de las partículas del polvo de neumático empleadas en las mezclas asfálticas en caliente tienen habitualmente un tamaño inferior a 2 mm. La mayor parte de las partículas del material utilizado en el “proceso húmedo” tiene tamaños comprendidos entre 0,01 y 0,83 mm. El peso específico del polvo de caucho es aproximadamente de 1,15 t/m3 y el producto debe estar libre de material textil, metálico y de contaminantes.

El material troceado (NFUt) presenta una permeabilidad elevada, asimilable a la correspondiente a las arenas finas, con coeficientes de permeabilidad en el entorno de 5 x 10-2 cm/s. Este valor tiene un carácter indicativo ya que en este caso el parámetro es muy difícil de ensayar, puesto que para ello se necesitan células de ensayo bastante más grandes que las habitualmente disponibles en los laboratorios de Mecánica del Suelo, y se tienen que emplear gradientes hidráulicos lo suficientemente bajos (i < 0,15) como para evitar que el agua pase de forma irregular y en régimen turbulento a lo largo de la columna de material troceado.


Las principales componentes del material procesado son: caucho (natural y sintético), negro de carbono, azufre, óxido de zinc y aditivos. Los fragmentos de neumático no son reactivos en condiciones ambientales normales (25ºC, 1 atm).

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El polvo de neumático de menor tamaño requiere menos tiempo de reacción o “digestión” y también menos temperatura de mezcla. Las partículas más gruesas son más baratas de obtener pero requieren mayor tiempo y temperatura de digestión.

De los resultados obtenidos en ensayos químicos de lixiviación se deduce que el empleo de NFUt como material de relleno viario es perfectamente viable desde el punto de vista medioambiental, ya que el agua que pudiera percolar a través del relleno presenta unas concentraciones de contaminantes generalmente muy inferiores a las estipuladas en el R.D. 140/2003, referente a la calidad del agua para consumo humano.


Su compactación es difícil de determinar en laboratorio debido a las grandes dimensiones del molde necesario para ello y al efecto rebote de la maza compactadora cuando golpea en las piezas de NFUt. Para su determinación en obra se suele cubicar la masa de NFUt compactada en una determinada tongada de material.

Para determinar su resistencia al corte se han de emplear cajas de corte de grandes dimensiones capaces de albergar una cantidad significativa de piezas individuales de NFUt. La interpretación de ensayos de corte directo realizados en caja de 1x1 m bajo tensiones normales comprendidas entre 20 y 100 kPa con material NFUt y con mezcla NFUt-suelo al 50% en volumen indican un ángulo de rozamiento entre 27 y 28,5º y una cohesión de 10 kPa, en el caso del material NFUt, y de unas 35 kPa para la mezcla. El ajuste parabólico permite obtener el coeficiente de regresión más elevado, siendo el exponente de la ley parabólica (=a•b) de aproximadamente 0,70 para los neumáticos troceados.

Las deformaciones verticales obtenidas en ensayo edométrico en caja grande de 1 m3 bajo tensiones normales de entre 10 y 440 kPa con material de NFUt son algo superiores al 50% para la máxima carga noval, valores muy superiores a los obtenidos en ensayos de suelos. Los módulos secantes obtenidos están comprendidos entre 150 y 600 kPa en carga y entre 250 y 1800 kPa en descarga, valores que se pueden calificar de bajísimos, tal y como era de esperar de un material tan deformable.

El tamaño de las piezas parece no afectar a los parámetros de cohesión, ángulos de rozamiento y módulos de deformabilidad del material de neumático troceado, siempre que éste esté comprendido entre 25 y 100 mm.

2.2.1.3.4.- Otras propiedades

Los neumáticos tienen un poder calorífico elevado de 34 a 39 MJ/kg. De hecho, una tonelada de neumáticos equivale aproximadamente a 0,7 t de fuel-oil.

El análisis inmediato por combustión de NFU revela unos contenidos medios en materia volátil, carbono fijo y cenizas respectivamente de 64,0%, 29,5% y 6,5%.

Aplicaciones en obras de tierra y terraplenes 2.2.1.4.-

Principalmente se han utilizado neumáticos troceados y granulados como material de relleno ligero en el interior de terraplenes construidos en EEUU, también en la UE incluyendo España y otros países. Esta aplicación presenta como principales ventajas la utilización de grandes cantidades de residuo, un peso reducido, la mejora de la permeabilidad y la resistencia a la penetración de la helada, además de elevada durabilidad. Aunque el

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material NFUt es resistente a las radiaciones ultravioletas y es no biodegradable, su utilización puede tener alguna influencia en el medio ambiente cuando éste se coloca bajo la capa freática.

Las piezas de NFUt se pueden utilizar solas o mezcladas con material térreo. Aunque esta mezcla no tiene el carácter aligerante del relleno de neumáticos troceados, es un material más denso, menos deformable y más fácilmente compactable.

Durante los últimos años, el Laboratorio de Geotecnia del CEDEX ha participado como consorcio en un proyecto I+D+i cooperativo entre las empresas CEMOSA, LABIKER, SACYR y SIGNUS, financiado por el CDTI para la construcción de un terraplén experimental en un Ramal de la Autopista AP-46: Alto de Las Pedrizas (Málaga), compuesto por dos tramos: uno relleno de NFU troceados y otro relleno de mezcla NFUt-suelo. Para su ejecución se determinaron de forma previa los parámetros y condiciones de compactación, tanto de tiras de NFU como de mezcla de NFUt con suelo, mediante la realización previa de ensayos de laboratorio y la ejecución de bandas de ensayo fabricadas con este tipo de materiales. Durante su construcción se instrumentaron intensamente distintas secciones del terraplén para el control y seguimiento de parámetros geotécnicos y medioambientales de interés. En la Figura 2-5 se muestra una sección tipo en la que se ha incorporado el NFUt en el núcleo del terraplén en dos capas de 3 m aproximadamente.

Figura 2-5.- Sección tipo del terraplén experimental ejecutado en Las Pedrizas (Málaga), en el tramo

constituido con relleno de NFU troceados

A la vista de los resultados obtenidos en dicho estudio, el Laboratorio de Geotecnia del CEDEX redactó una “Guía para el proyecto y ejecución de rellenos viarios con NFU troceados” para la DG de carreteras del Ministerio de Fomento.

Las pautas de diseño se pueden resumir en las siguientes:

- Las piezas de NFUt sólo se pueden colocar en el núcleo de los rellenos.

- Las capas de NFUt han de colocarse por encima del máximo nivel freático esperable y de la cota de inundación prevista en la zona de implantación.

- La cara inferior de las capas de NFUt debe estar situada, al menos, a 1 m por encima de la cota superior del terreno natural.

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- La cara superior de la capa de NFUt de mayor cota debe estar, como mínimo, a 1 m de la cara superior de la coronación del terraplén.

- El espesor de las capas de NFUt no debe ser mayor de 3 m.

- Las capas de NFUt han de envolverse en geotextiles para evitar la percolación de partículas de suelo entre las tiras de NFUt.

- La distribución de tamaños y el contenido de alambres expuestos del material NFUt serán los de un material Tipo B (Clase II) de la Norma ASTM D6270-08.

- Para una mezcla de relleno NFUt-suelo con las mejores características mecánicas posibles, lo más idóneo es fabricarla al 50% en volumen de ambos materiales.

- Las capas intermedias de material térreo que hacen refuerzo estructural deben tener un espesor mínimo de 1 m y estar exentas de materia orgánica.

- Los espaldones del relleno deben asegurar la impermeabilidad ante el agua o aire, y tener anchura suficiente para su adecuada compactación.

- La capa de coronación ha de minimizar la infiltración del agua de lluvia hacia las capas de NFUt, drenándola con una ligera pendiente lejos de la estructura.

Adicionalmente, es conveniente realizar un control del comportamiento a largo plazo de los rellenos viarios de NFUt. Para ello se ha de instalar la instrumentación adecuada en diversas secciones de la estructura con la que registrar la variación temporal de la temperatura de las capas de NFUt y las inclinaciones verticales y asientos sufridos. También resulta interesante determinar la composición de los lixiviados que atraviesan el relleno de NFUt, así como medir las presiones intersticiales y cargas verticales existentes.

Existen otras aplicaciones como relleno de trasdós de muros de contención, ya que debido a su elevada deformabilidad son capaces de absorber el esfuerzo de compactación del relleno sin generar grandes empujes sobre el muro (del orden de los 2/3 de los empujes que se consideran habitualmente). Además, su permeabilidad elevada hace que actúen como drenes, lo que permite reducir de forma importante el coste de las estructuras de contención.

También se pueden utilizar como relleno de gaviones. En el caso de utilizarse NFU troceados, éstos son comprimidos al introducirlos en los gaviones, mientras que si se utilizan NFU enteros éstos son rellenados con granito machacado a la par que se apilan.

2.2.2.- Estériles de carbón

Origen 2.2.2.1.-

Se entienden como estériles de carbón a los residuos procedentes de la separación entre el carbón y el estéril. Se originan en la explotación de los pozos y minas de hulla y antracita, así como en los procesos del lavado del carbón. En general se almacenan en escombreras.

Al primer tipo de residuos se les denomina estériles de mina y están constituidos por rocas encajantes de las capas de carbón, fundamentalmente pizarras y areniscas. Los del

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segundo tipo reciben el nombre de estériles de lavadero, y representan, aproximadamente, el 90% de la producción total de estériles. Los estériles de lavadero se obtienen como residuo de la operación de lavado del carbón, obtenido a partir de la hulla y la antracita, separando el carbón por flotación en líquidos densos. Se denominan “finos”, “menudos”, “granos” y “gruesos” y, están constituidos fundamentalmente por pizarras y areniscas.

Los estériles de escombrera son los resultantes del almacenamiento de los estériles de mina y de lavadero en una escombrera. El 90% del material acopiado en escombrera son los residuos del lavado del carbón y un 10% suele ser estéril de mina. En general, se caracterizan por presentar una granulometría que varía según los tipos de estériles originales y estar normalmente degradados y disgregados. Los estériles de escombrera pueden a su vez diferenciarse en estériles rojos y estériles negros. Los estériles negros son los residuos de la minería del carbón que se encuentran depositados en una escombrera. Al todo uno de estériles negros se le denomina formoschiste en Francia. Los estériles rojos son los materiales resultantes de la autocombustión del carbón que contienen los estériles negros; se caracterizan por presentar un color rojizo, no contener carbón, poseer una mayor resistencia que los no calcinados y por estar, a veces, “soldados” unos a otros.

En Francia, el Observatorio Francés del Reciclaje en Infraestructuras de Carreteras utiliza la siguiente clasificación:

- Todo uno de estériles negros, - Estériles negros clasificados, - Todo uno de estériles rojos - Estériles rojos clasificados.

En las figuras siguientes se muestran, respectivamente, unos estériles de lavadero y dos granulometrías de unos estériles rojos.

Figura 2-6.-- Estériles de lavadero

Figura 2-7.-- Estériles rojos

Propiedades 2.2.2.2.-


Los estériles del carbón están constituidos en general por fragmentos de diversas rocas, con una granulometría 0-200, siendo difícil la presencia de bloque de tamaño métrico. El peso

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específico medio de los estériles españoles está comprendido entre 23,5 y 28,5 kN/m3. La plasticidad varía entre media-baja a inexistente.

Los estériles de mina se caracterizan por tener una granulometría bastante irregular, no estar degradados y, en general, no poseer carbón, mientras que los estériles de lavadero poseen una granulometría y una composición mineralógica y química muy regulares y no suelen estar degradados ni disgregados a la salida de los lavaderos. Su contenido en carbón es variable, en función de los tamaños correspondientes a los diferentes cortes granulométricos que se realizan en los lavaderos. Son de color gris y tienen un cierto porcentaje de lajas. Se suelen clasificar en gruesos (>150 mm), granos (150 a 10 mm), menudos (10 a 1 mm) y finos (<1mm). El peso específico de las partículas de los granos y menudos es del orden de 2,5 t/m3, mientras que la de los finos es algo inferior, del orden de 2,2 t/m3.

Los estériles de escombrera, tanto los estériles rojos como los estériles negros, presentan granulometrías muy variables, que son función de los tipos de estériles originales, con porcentajes importantes de partículas superiores a 50 mm. En el caso de los estériles negros, se pueden encontrar en las escombreras tamaños decimétricos hasta en algún caso métrico. El tamaño medio de las partículas está comprendido entre 0,5-1 mm a 34-40 mm, y el porcentaje de finos entre el 2% y el 75%. La densidad aparente puede variar desde 1,26 t/m3, en los escombros más flojos, hasta 1,80 t/m3 en los más compactos. El peso específico relativo de las partículas está comprendido entre 2,4 y 2,8. En general, los finos suelen ser poco plásticos, con valores del límite líquido (LL) de 18 a 30 y con índices de plasticidad (IP) de 3 a 10. La densidad Proctor normal se sitúa en el intervalo 1,55-2,02 t/m3, con humedades óptimas de compactación comprendidas entre 12% y 8%, respectivamente. El CBR para la densidad Proctor normal suele estar comprendido entre 9 y 16, mientras que para la densidad Proctor modificado, el CBR varía entre 11 y 29.

En cuanto a los estériles rojos, se trata de un material que tiene naturaleza granular con una distribución continua de tamaños, con un cierto porcentaje de material lajoso y quebradizo; el tamaño máximo de los estériles rojos puede ser del orden de 300 mm, mientras que el porcentaje de finos suele ser inferior al 10%, siendo dicho material no plástico. La densidad máxima Proctor Modificado suele ser del orden de 1,8 t/m3, con una humedad óptima en torno al 11%. El CBR presenta valores altos, habiéndose alcanzado algunos del orden de 40, e incluso superiores. Por otra parte, los estériles rojos son susceptibles al hielo, por lo que, si es preciso prever la influencia de la helada, se aconseja la utilización de aquéllos a una profundidad superior a la de la penetración de la helada.

A partir de los estudios petrográficos realizados en España se ha visto que existe una gran variación entre los distintos estériles debido a la diversidad y complejidad de su geología. Los estériles de la mayoría de las cuencas carboníferas son rocas sedimentarias –areniscas, pizarras arenosas y carbonosas- con una relación cuarzo/arcilla muy variable; las rocas con minerales arcillosos son, generalmente, más frecuentes que las rocas con cuarzo. En los estériles de mina predominan normalmente las areniscas y en los estériles de lavadero son más abundantes las pizarras. Asimismo, los estériles también presentan, aunque en menor proporción, rocas ferruginosas, carbonosas, etc.

En lo relativo a su composición mineralógica, los estériles son mezclas de diferentes componentes que pueden variar considerablemente de una cuenca a otra, aunque predominan los de las rocas arcillosas, tales como illita, caolinita, clorita, etc. Los porcentajes de cuarzo oscilan entre el 20% y el 50%, disminuyendo el contenido a medida que se reduce el tamaño y encontrándose los menores valores en los estériles de antracita. Otros minerales presentes son piritas, carbonatos, etc.

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En la Tabla 2-3 se recogen resumidamente, según estudios realizados en España, las propiedades del todo-uno menor de 50 mm de los estériles de carbón,

ESTÉRIL ROJO ESTÉRIL NEGRO

Granulometría Continua <5% inf.0,08mm

Continua <5% inf.0,08mm

Densidad (t/m3) [2,70-2, 73) [2,74]

Absorción (%) [5, 6-5, 8]

Forma Índice de Lajas

Índice de Agujas

[36-42] [46-51]

Desgaste Los Ángeles [36-39] granulometría B [31-46] granulometría A

[21-25] arenisca

[31-36]

Equivalente de arena [30-51] [38]

Plasticidad No plástico LL-[26-29];LP:[19-20];IP:[7-9]

Proctor Modificado Densidad máxima (t/m3)

Humedad óptima

>1,9 [10,2%-15,5%]

[1,99-2,09] [7,0%-10%]

CBR >50 <20

Tabla 2-3.- Propiedades del todo-uno de estériles de carbón

Propiedades químicas 2.2.2.3.-

Los estériles, en general, poseen un elevado porcentaje de SiO2 (40-70%) y una importante proporción de alúmina, Al2O3 (10-25%), siguiéndoles en importancia el Fe2O3, K2O y Na2O. El contenido de azufre es variable, en general inferior al 2% (en algún caso 3,6%) y se puede presentar bajo diversos compuestos químicos, siendo el más frecuente la pirita. Asimismo, los estériles contienen carbono fijo en porcentajes que, una vez descontado las cenizas y los volátiles, pueden llegar al 16% en los estériles de hulla y el 27% en los de antracita.

En los estériles rojos, el porcentaje de sílice está entorno al 55% y el de alúmina al 25% y suelen ser superiores al que presentan los estériles negros. El contenido de óxido férrico es bastante variable, con valores medios cercanos al de los estériles negros (5%). Los estériles rojos contienen sulfatos; dependiendo del porcentaje de éstos pueden presentar pH ácido. A veces se ha detectado presencia de carbonatos. También pueden aparecer contenidos de materia orgánica, en función de la norma que se aplique en su determinación. Si se determina según la norma UNE 103204, es decir, cuando los valores que se obtienen de la materia orgánica oxidable son superiores al 2%, que es el valor que en el PG3, art.333, se considera para rocas marginales, y para su uso será necesario un estudio especial aprobado por el Director de las Obras que justifique la valorización de este residuo. Si se determina el porcentaje de materia orgánica descomponible, los valores que han obtenido son muy bajos, del 0,1 a 0,36%).

En los estériles negros el porcentaje de sílice es del 50% aproximadamente, el de alúmina es del 20% aproximadamente, y el óxido de hierro está entorno al 7%. La composición química de los estériles negros es, pues, similar a la de la arcilla. Pueden presentar contenidos de materia orgánica, según la norma que se aplique para su determinación.

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El contenido medio de carbón de los estériles de escombrera del Norte de España es del orden del 5%, pudiendo dicho porcentaje llegar a ser hasta del 30% en las escombreras más antiguas.

Los estériles suelen ser neutros o ligeramente alcalinos, pero en contacto con agua y en presencia de piritas, pueden dar lugar a lixiviados ácidos; no obstante, éstos pueden ser neutralizados rápidamente por reacción con los elementos alcalinos presentes en los estériles.

En la Tabla 2-4 se recoge, a modo de resumen, la composición química media de los estériles de carbón españoles.

SiO2 Al2O3 Fe2O3 K2O MgO TiO2 CaO Stotal

43-49 22-24 5-7 2,9-3,2 1,2-1,5 1,1-1,2 1,1-2,0 0,6-1,4

Tabla 2-4.- Composición química media de los estériles de carbón españoles


Los valores medios de compactación dan valores de densidad seca máxima superiores a 17 kN/m3, con unas humedades medias óptimas comprendidas entre 6 y 12%. Una particularidad de estos materiales es su degradabilidad por efecto de la compactación, que aumenta con la energía aplicada. Las consecuencias de este fenómeno se limitan a aumentar el porcentaje de los tamaños más pequeños (significativa en el intervalo 10-20 mm), sin que varíe notablemente ni el porcentaje ni la plasticidad de los finos. Sin embargo, una compactación muy intensa puede afectar negativamente a las propiedades físicas y mecánicas del material (pe. el ángulo de rozamiento obtenido en ensayo triaxial pasa de 29-32º a 13º).

El índice CBR está comprendido entre 8 y 29, con un valor medio del orden de 10. Los parámetros de resistencia al corte en muestras del Reino Unido han dado valores del ángulo de rozamiento entre 25 y 40º, aunque puede disminuir hasta 20º en los residuos más meteorizados; la cohesión es del orden de 9 kPa en residuos no meteorizados e incluso nula, pero puede llegar hasta 50 kPa y por encima de este valor en condiciones de mayor alteración ambiental.

Procesamiento 2.2.2.4.-

El tratamiento que cabe dar a los estériles de carbón es mecánico, consistiendo en machaqueo más o menos intenso y posterior clasificación.

Para su empleo en la construcción de carreteras se requiere un machaqueo previo y la clasificación de los áridos, con el fin de cumplir los husos granulométricos.

Para su utilización como material en capas de rellenos y terraplenes no se requiere en principio ningún procesado; no obstante, en ocasiones, puede ser necesario realizar un cribado para eliminar los tamaños grandes. En cuanto al empleo de estériles negros en la explanada puede ser preciso eliminar también los tamaños inferiores a 20 mm, para reducir la sensibilidad al agua del material extendido, ya que en el proceso de compactación se produce una cierta degradación del material, particularmente del comprendido entre 10 y 19

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mm. No se ha observado un incremento apreciable del material inferior a 80 m por efecto de la degradación debida a la compactación



Los estériles de lavadero suelen clasificarse granulométricamente en gruesos (>150 mm), granos (10-150 mm) menudos (1-10 mm) y finos (<1 mm).

Los estériles rojos suelen prepararse en fracciones 0-10 (Izqda. de la ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia.) y 10-20 (Dcha. de la ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia.), obtenidas a partir de la trituración y clasificación del rechazo obtenido en el tamiz 20-25 mm.

La densidad de las partículas del material procesado es del orden de 2,7 gr/cm3.

El formoshiste es un material obtenido generalmente in situ, con maquinaria como la que se muestra en la ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia., por cribado con cortes en 16 y en 160 mm, rechazo nulo en 250 mm, admitiéndose hasta un 20% mayor de 160 mm y no más del 20% por debajo de 16 mm. El porcentaje de material inferior a 0,08 mm no debe ser superior al 5%.

Figura 2-8.-- Maquinaría para todo-uno de estériles

Estudios realizados en España con muestras de estériles rojos y negros, tratados para su utilización en carreteras, han mostrado las características que figuran en la Tabla 2-5.

ESTÉRIL ROJO TRITURADO ESTÉRIL NEGRO TRITURADO (ELIMINANDO ANTES <25 mm)

Granulometría Continua 8 al 10% de tamaño inferior

a 0,08mm

Continua 6 al 8% de tamaño inferior a

0,08mm

Densidad (t/m3) 2,74 2,71-2,75 Absorción (%) 3,2 1,28-2

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ESTÉRIL ROJO TRITURADO ESTÉRIL NEGRO TRITURADO

(ELIMINANDO ANTES <25 mm) Forma Índice de Lajas Índice de Agujas

32 43

Desgaste L.A. 28-29 23-28 Equivalente de Arena 50-87 33-50 Plasticidad No plástico Proctor Modificado Densidad máxima (t/m3) Humedad (%)

2,14 8,5

2,22-2,31

6,5

CBR >50 20

Tabla 2-5.- Características de los estériles de carbón tratados


Uno de los aspectos más reseñables de estos materiales desde el punto de vista químico es el de su capacidad para la generación de problemas derivados de la presencia de sulfatos. Esta cuestión tiene un doble aspecto, por un lado hay que hablar de la eventualidad del denominado “drenaje ácido de minas, (DAM)”, frecuente en la minería, y particularmente, en la metálica y por otro, el de los sulfatos solubles. El primero de los aspectos no reviste gran interés en ingeniería civil pero sí el segundo. Ambos problemas se presentan tanto en los estériles negros como en los rojos, con mayor incidencia en estos últimos.

Cuantitativamente, el 71% de los estériles negros y el 49% de los rojos, presentan contenidos de sulfatos solubles en agua inferiores a 2g/l y de sulfatos solubles en medio ácido por debajo del 1%. El pH, para el National Coal Board (NCB), presenta un valor modal de 7, aunque los estériles negros muestran cierto sesgo hacia la acidez. No obstante, el rango de valores de pH de una suspensión acuosa de estériles se puede situar entre 4,2 y 8,5(13), mientras que el de contenido en sulfatos solubles se encuentra entre 0,6-7,0 g SO3/l. Por último, la composición química de SiO2 presenta valores entre 38 y 60%, el contenido de alúmina entre el 14 y el 30% mientras que el de Fe2O3 se encuentra entre el 3 y el 11%. Hay que señalar que los porcentajes de alúmina de estos residuos ha sido objeto de estudios destinados a recuperar el aluminio existente en ellos.

2.2.2.5.3.- Propiedades Mecánicas

Las densidades obtenidas con diferentes porcentajes de menudos y granos varían entre 1,98 y 2,12 g/cm3, mientras que el índice CBR varió entre 8 y 21.

Por lo que respecta al “formoschiste, las propiedades mecánicas aportadas son un coeficiente Deval húmedo superior a 1,2 y un coeficiente de los Ángeles inferior a 55, propiedades ambas medidas sobre la fracción 25/50(2,7).

Los estériles rojos españoles alcanzan densidades entre 1,77 y 1,98 g/cm3 con humedades en el rango 11-17.

Los CBRs (Proctor Normal) están comprendidos entre 28 y 82 y el coeficiente de los Ángeles de 31. Con densidad máxima de Proctor Modificado (PM), los resultados varían entre 1,82 y 2,14 g/cm3 y humedad óptima entre 6,5 y 16,5, CBR (PM) entre 44 y 113 y

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desgaste de los Ángeles entre 25 y 31. Para estos estudios, en los estériles rojos se realizó una molienda del todo-uno a tamaños inferiores a 50 mm, con la finalidad de mejorar su índice de forma. En los estériles negros, debido a su plasticidad y baja capacidad portante, se realizó un corte a 25 mm, desechándose la fracción inferior a dicho tamaño que es la de mayor contenido de material carbonoso. El material mayor de 25 mm se trituró a tamaño inferior a 50 mm, según lo exigido para materiales granulares.


Los estériles de carbón se pueden emplear como materiales para la construcción de carreteras, como terraplenes y rellenos, materiales granulares y zahorras y, materiales estabilizados con cemento. Se están empleando en países del entorno como Alemania, Reino Unido y Francia.

Para ello se montan plantas de tratamiento de los estériles para la obtención de los correspondientes materiales, separados o no por tamaños, o de mezcla de los estériles con conglomerantes hidráulicos, fundamentalmente cemento.

Se ha realizado un estudio en España para determinar la viabilidad técnica de la utilización de los estériles en terraplenes y rellenos de carreteras, en el que, además de la realización de ensayos de laboratorio y pruebas de compactación a gran escala, se construyó un terraplén experimental a escala natural con estériles del carbón. Como fruto de este estudio, en Asturias se han empleado desde 1989 hasta la fecha unos 6 millones de toneladas para dicha aplicación.

Se ha observado que la utilización de estériles de producción reciente, pueden ser ventajosamente utilizados en la ejecución de terraplenes, debido a que los tamaños grandes generan los finos que rellenarán los huecos. La excepción a esta observación la proporcionan los estériles con elevada presencia de bloques de arenisca, ya que éstos no sufren este efecto.

Analizando concretamente los tipos de estériles, el todo uno de estériles negros se pueden utilizar en la construcción de terraplenes y rellenos, como material de relleno general. A este respecto se hacen recomendaciones tales como la eliminación de los elementos más pizarrosos, especialmente, en condiciones de lluvia, para facilitar la puesta en obra. De igual forma, debe evitarse la utilización de estos materiales en zonas inundables, a menos que se interponga una capa de material insensible al agua. Los estériles del carbón cribados podrían utilizarse en zonas inundables, así como en la del núcleo del relleno. En principio no son considerados susceptibles de experimentar combustión espontánea si su contenido en sulfuros oxidables es inferior al 0.06 % de sulfato, expresado como SO4. Debido a las propiedades resistentes, pueden construirse taludes 3H:2V.

Los estériles rojos se citan como relleno y como material seleccionado granular para relleno con usos en arranque de terraplén, material de drenaje y en contacto con agua. La utilización de los estériles en explanada requiere cierto tratamiento, aunque sea somero, como el que da lugar al formoschiste. Los estériles rojos “todo uno” están también muy indicados para este empleo. En Francia se ha recurrido a la utilización de sesenta centímetros de estériles rojos “todo uno” sobre un geotextil como apoyo del firme sobre terrenos limosos húmedos de poca capacidad portante. En la normativa del Reino Unido, los estériles rojos se proponen como material para explanada.

También se han realizado estudios en España, entre 1993 y 1995, para demostrar la validez de la técnica de utilización de estériles del carbón como material de relleno en estructuras de tierra reforzada. Se construyó un relleno experimental a escala real con muros de tierra

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reforzada, empleando como material de relleno estériles de escombrera. Se controló la estructura durante y después de su construcción, siendo el comportamiento de los estériles totalmente satisfactorio.

2.2.3.- Residuos de demolición y construcción (RCD)

Origen 2.2.3.1.-

Los residuos de construcción y demolición (RCD) proceden en su mayor parte de derribos de edificios o de rechazos de los materiales de construcción de las obras de nueva planta y de pequeñas obras de reformas en viviendas o urbanizaciones. Se conocen habitualmente como “escombros”. También abarca las actividades consistentes en la construcción, reparación, reforma o demolición de una carretera, puerto, aeropuerto, ferrocarril, canal, presa, instalación deportiva o de ocio, u otro análogo de ingeniería civil.

Una parte importante de estos residuos se llevan a vertederos, creando de esta forma un gran impacto visual y paisajístico, además de un impacto ecológico negativo al rechazar materiales que con un adecuado tratamiento, podrían ser reciclados. Se hace por tanto necesaria su correcta gestión, de forma que se consiga reducir las cantidades generadas y aprovechar el potencial que tienen como material secundario.

En la práctica, los residuos de construcción y demolición que son procesados para su reciclaje incluyen una variada serie de materiales, entre los que se encuentran productos cerámicos, residuos de hormigón, material asfáltico y en menor medida otros componentes como madera, vidrio, plásticos, etc.

Dentro de los residuos de construcción y demolición (RCD) es posible hacer subdivisiones fundamentadas principalmente en el origen del material; escombros mixtos o cerámicos, y escombros de hormigón. En las figuras siguintes se muestra el aspecto de estos materiales.

Figura 2-9.-- Escombros mixtos o cerámicos

Figura 2-10.- Escombros de hormigón

Los escombros mixtos o cerámicos pueden tener dos orígenes muy diferentes:

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- Residuos producidos en las operaciones de demolición de estructuras de edificación. En España la mayor parte de los residuos de demolición lo forman este tipo de residuos, con un porcentaje entorno al 80%. Proceden principalmente de demoliciones de edificaciones. En este tipo de residuos se engloban materiales muy variados como pueden ser: ladrillo, ladrillo silico-calcáreo mezclados o no con hormigón, y pueden contener un elevado porcentaje de impurezas en el caso de que no se realice una demolición selectiva.

- En menor medida, ladrillos elaborados en fábricas, que son rechazados por no cumplir las especificaciones pertinentes. En este caso se trata de materiales muy homogéneos. Se estima que entorno al 5-10% de los ladrillos fabricados en modernas fábricas automatizadas son rechazados debido a la no conformidad con las especificaciones normativas.

Por su parte, los escombros de hormigón proceden mayoritariamente de las demoliciones de obra civil.


Las propiedades de los residuos de construcción y demolición varían notablemente en función de su origen y composición. Es conveniente diferenciar entre los materiales que tienen su origen en la construcción y demolición de edificación y estructuras, de los que proceden de capas de firmes de hormigón. Los primeros pueden presentar en su composición una amplia variedad de residuos, algunos incluso peligrosos, que pueden contaminar otros valorizables y que en cualquier caso deben separarse, preferiblemente en la propia obra. Los segundos, suelen presentar una mayor homogeneidad, menor presencia de posibles productos contaminantes en origen, requieren en muchos casos equipos y tecnología específica, y la incidencia del transporte en el coste de la valorización y puesta en obra de los áridos reciclados en la misma carretera es menor.


El tamaño de los escombros es muy heterogéneo y depende del tipo de técnica de demolición utilizada.

Estos residuos pueden tener impurezas y contaminantes como metales, vidrio, betún, materia orgánica y yeso.


La composición química de los escombros mayoritariamente cerámicos es muy heterogénea, dependiendo sus propiedades del componente principal. Como datos orientativos se pueden tomar los que figuran en la siguiente tabla.

Escombros cerámicos SiO2 40-50 Al2O3 6-8 Fe2O3 2-4 CaO 20-28

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MgO 0-1

Tabla 2-6.- Composición química de los escombros cerámicos

La composición química de los escombros de hormigón depende de la composición del árido utilizado en su producción, puesto que más del 75% del total del hormigón lo constituye el árido, siendo el resto los componentes de hidratación del cemento, silicatos y aluminatos cálcicos hidratados o hidróxidos cálcicos. En función del árido utilizado (calizo o silíceo) se pueden distinguir las composiciones químicas identificadas en la siguiente tabla.

Compuestos Escombro silíceo (%) Escombro calizo (%) SiO2 45-60 4-5 Al2O3 15-20 1-2 Fe2O3 2-5 1-2 CaO 5-7 52-54 MgO 0,5-1,5 0,2-0,8

Tabla 2-7.- Composición química de los escombros de hormigón

Procesamiento o transformación 2.2.3.3.-

Hay que diferenciar dos fases en el procesamiento o transformación de los RCDs: la demolición y el reciclado de los materiales.

En los procesos de demolición, si los escombros van a ser reciclados, conviene utilizar métodos que reduzcan in situ los escombros a tamaños que puedan ser tratados por el triturador primario de la planta de reciclaje (menores de 1200 mm en plantas fijas y de 400-700 mm para plantas móviles), ya que, en general el tamaño obtenido durante la demolición es superior, tal y como se observa en la sigueinte fotografía. Asimismo, los procesos de demolición selectiva son fundamentales para disminuir la presencia de impurezas en los escombros, por ejemplo el yeso.

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Figura 2-11.--Aspecto del tamaño de los residuos obtenidos tras la demolición..

Asimismo, los procesos de demolición selectiva son fundamentales para disminuir la presencia de impurezas en los escombros, por ejemplo el yeso.

Por su parte, en los procesos de reciclado es conveniente distinguir entre la forma de transformación en función de si se realiza en plantas de transferencia o en plantas de valorización.

Las plantas de transferencia son instalaciones para el depósito temporal de residuos de construcción y demolición que han de ser tratados o eliminados en instalaciones localizadas a grandes distancias. A veces es posible realizar la separación y clasificación de las fracciones de los residuos con lo que se mejora la gestión en las plantas de valorización y depósitos controlados que constituyen su destino final.

Las plantas de valorización son instalaciones de tratamiento de los residuos de construcción y demolición en las que se depositan, seleccionan, clasifican y valorizan las diferentes fracciones que contienen estos residuos, con el objetivo de obtener productos finales aptos para su utilización.

Hay que indicar que, las plantas de producción de áridos reciclados son bastante similares a las plantas de machaqueo de áridos naturales, incluyen machacadoras, cribas y dispositivos de transporte (cintas transportadoras, cangilones, etc). Adicionalmente, disponen de equipos para la eliminación de contaminantes y electroimanes para la separación del acero.

La planta de tratamiento debe asegurar unas máximas distancias de transporte, es decir, situarse lo más cerca posible del centro de la ciudad donde se originan la mayoría de los residuos de la construcción y donde se da una más amplia demanda de los áridos reciclados. También se pueden habilitar vertederos temporales de residuos (plantas de transferencia) y pequeñas plantas móviles que pueden emplearse para un tratamiento primario de los residuos.

Los sistemas de procesamiento utilizados dependerán de la aplicación final que se le vaya a dar al material reciclado (material para relleno, para zahorras en firmes para carreteras u hormigón) y de la cantidad de impurezas que contenga.

Las plantas se pueden clasificar en:

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- Plantas de 1ª generación: carecen de mecanismos de eliminación de contaminantes, a excepción del acero.

- Plantas de 2ª generación: añade al tipo anterior sistemas mecánicos o manuales de eliminación de contaminantes previos al machaqueo, y elementos de limpieza y clasificación del producto machacado, por vía seca o húmeda. Son las más extendidas en el reciclado del hormigón.

- Plantas de 3ª generación: dirigidas a una reutilización prácticamente integral de otros materiales secundarios, considerados como contaminantes de los áridos generados.

Además se puede realizar otra clasificación de las plantas según su capacidad de desplazamiento en: móviles, semimóviles y fijas.

Las plantas móviles están constituidas por maquinaria y equipos de reciclaje móviles que, aún disponiendo de una ubicación de referencia como almacén, suelen desplazarse a las obras para reciclar en origen. Utilizan un remolque de lecho plano como plataforma para el equipo de precribado, trituración, separación magnética y cribado final, junto con transportadoras, conductos y controles. Los sistemas se pueden montar en menos de un día mediante el despliegue de patas hidráulicas y la subida y alineación del equipo para conseguir un correcto flujo de materiales. Pueden procesar hasta 100 toneladas a la hora, suponiendo que la alimentación sea del mismo tamaño y que se emplee la separación magnética y los sistemas de cribado. Estos equipos pueden procesar material con tamaño inferior a 700 mm, siendo necesaria la reducción del tamaño de los bloques mayores mediante martillos o cizallas hidráulicos.

Las plantas semimóviles, aunque también se entregan con camiones, son más grandes que las unidades móviles y se puede tardar hasta tres días en montarlas para su operación en un lugar determinado.

Las plantas fijas son instalaciones de reciclaje ubicadas en un emplazamiento fijo, con autorización administrativa para el reciclaje de RCD, cuya maquinaria de reciclaje (fundamentalmente los equipos de trituración) son fijos y no operan fuera del emplazamiento donde están ubicados. Se montan de una forma permanente y proporcionan la mayor gama de capacidad. Estas plantas son en líneas generales, similares a las empleadas para el machaqueo de áridos naturales, si bien incorporan de forma específica elementos para la separación de impurezas y otros contaminantes. Generalmente incluyen varios procesos de trituración y pueden procesar entre 300 y 400 toneladas por hora. En las siguientes Figuras se muestran detalles de una planta de valorización donde se tritura y separa el material en diferentes fracciones de tamaño y donde se clasifica y selecciona el material.

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Figura 2-12.- Detalle de un acopio de material reciclado triturado y clasificado por tamaño.

Figura 2-13.-Detalle de los procesos de selección y clasificación del material.

Una vez procesados los áridos se acopian en planta hasta su suministro. Para el caso particular de la producción de áridos de hormigón este acopio debe realizarse teniendo en cuenta que se deben almacenar por separado los áridos gruesos reciclados y los áridos finos reciclados. En las siguientes Figuras se muestran ejemplos de material reciclado acopiado.

Figura 2-14.- Acopio de material reciclado cerámico o mixto.

Figura 2-15.- Acopio de material reciclado de hormigón.


Las características de los áridos de reciclados dependen:

- De las características de los materiales de los que proceden.

- De las características de los equipos de machaqueo utilizados en su producción.

- De la naturaleza de los cribados que se hayan realizado.

- De los procedimientos empleados para eliminar impurezas.

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Como se ha comentado con anterioridad, dentro de los RCD es posible hacer dos grandes grupos, los áridos reciclados procedentes de materiales mixtos o cerámicos y los procedentes de hormigón. Es por ello, que dentro de la caracterización de cada una de las propiedades de los áridos se hace la diferencia en función del origen del árido.


Las propiedades físicas de los materiales mixtos o cerámicos dependen de la composición. Se considera como áridos reciclados cerámicos a aquellos que contienen al menos un 65% en peso de los siguientes componentes: ladrillo y ladrillo silico-calcáreo, mezclado o no con hormigón.

La absorción del árido cerámico grueso suele variar entre 6 y 25%, aunque cuando el árido reciclado incorpora además de material cerámico otros materiales como hormigón o árido natural, la absorción suele situarse por debajo del 12%. La fracción fina del árido reciclado presenta valores mucho mayores, hasta un 30%. La saturación de estos áridos se produce después de 30 minutos sumergidos en agua.

La densidad depende del tipo de ladrillo usado y de la cantidad de arena utilizada en la fabricación de los ladrillos. Como orden de magnitud se puede considerar que la densidad del ladrillo triturado está entre 1200 y 1800 kg/m3, mientras que la densidad de conjunto está comprendida entre 1000 y 1500 kg/m3.

El coeficiente de Los Ángeles puede ser muy variable, encontrándose valores comprendidos entre 20% y 50%. Se pueden encontrar valores incluso más altos (hasta un 67%) cuando el árido reciclado presenta elevados contenidos de mortero. En general, cuanto mayor es el contenido de material cerámico, menor es el coeficiente de Los Ángeles, debido a la elevada dureza del material cerámico.

Es importante tener en cuenta que un problema asociado a la utilización de áridos reciclados cerámicos es la presencia de impurezas, sobre todo de madera, yeso o vidrio. Esas impurezas afectan de manera importante a las propiedades.

Por su parte, el árido reciclado procedente del hormigón (se analiza el árido grueso con un tamaño ≥4 mm y que representa el 70% al 90% de la masa total del hormigón original), presenta una distribución granulométrica adecuada para casi todas las aplicaciones de material granular en construcciones.

El coeficiente de forma del árido reciclado es similar al del árido natural, pudiendo presentar un porcentaje de lajas inferior.

La textura de los áridos reciclados suele ser rugosa y porosa, debido a la presencia del mortero de cemento que queda adherido a los áridos.

La densidad del árido reciclado es muy similar a la del hormigón original y algo menor que la densidad del árido natural empleado para la producción de dicho hormigón, entre un 5-10% menor, aunque se considera un árido de densidad normal (>2.000 kg/m3). Los valores más habituales varían entre 2,07-2,65 kg/dm3 en el caso de la densidad real y entre 2,10-2,64 kg/dm3 para la densidad saturada con superficie seca. En el caso de las arenas recicladas, el valor de su densidad es inferior a la de las gravas, por su mayor contenido de mortero estando la densidad real en la generalidad de los casos por debajo de 2,3 kg/dm3 y de 2,5 la densidad saturada. Destacar que se puede establecer el control de la densidad como un índice de la uniformidad del árido reciclado.

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La diferencia más marcada entre las propiedades de los áridos reciclados y los convencionales, es la absorción, que depende de la composición del hormigón original, situándose los valores más habituales entre 4-9%. Para las arenas recicladas, se obtienen resultados superiores, debido a la alta absorción del mortero adherido que acumula la arena. Así, los valores suelen situarse entre el 5 y el 15%.

Las gravas recicladas presentan un desgaste en el ensayo de Los Ángeles comprendido entre 25-45%, por encima del que suele encontrarse en las gravas naturales. En cambio, los ensayos de friabilidad realizados sobre arenas recicladas dan valores entre el 17 y 34%, que también suelen encontrarse en las arenas naturales.

La peor calidad del árido reciclado es debida a la presencia de mortero adherido al árido natural, cuyo porcentaje varía entre 25-60%. Algunos estudios han demostrado que el contenido de mortero está directamente relacionado con otras propiedades como la densidad, el coeficiente de Los Ángeles y la absorción. Debido a que las fracciones más finas presentan mayor contenido de mortero, tienen por lo tanto una peor calidad.


Para los materiales mixtos o cerámicos, el contenido de sulfatos (SO3) que puede ser debido a la presencia de mortero en los escombros, piezas de yeso u otros contaminantes, no debería exceder de 1% en peso del árido seco. Aún con valores de SO3 del 1%, si los áridos reciclados se utilizan en la fabricación de hormigón, éste puede sufrir una apreciable pérdida de resistencia, principalmente cuando el contenido de cemento es bajo. Además, cuando se utiliza ladrillo triturado como principal componente, la pérdida por ignición es menor de 5% en peso, mientras que si se utiliza ladrillo silico-calcáreo u hormigón la pérdida es mayor.

Por su parte, la caracterización de las propiedades químicas de los áridos reciclados de hormigón es similar a la del residuo del que proceden. Hay que tener en cuenta que una parte de los componente de la hidratación del cemento queda adherida a las partículas, especialmente a las más finas, que contaminan el árido reciclado. Entre los principales posibles contaminantes en los áridos reciclados se pueden considerar: las arcillas y suelos en general; el betún, los polímeros y los filleres expansivos procedentes de los sellados de juntas, el yeso, los ladrillos, materiales orgánicos, metales, vidrio, áridos ligeros, partículas de hormigón dañadas en un incendio, diversas sustancias reactivas y hormigón de cemento aluminoso. La presencia de estos contaminantes en los áridos reciclados debe evaluarse y limitarse para controlar los efectos sobre el nuevo hormigón o producto a que vayan a ser destinados.

El contenido de cloruros puede ser elevado cuando el árido reciclado procede de hormigones procedentes de obras marítimas, puentes en los que se utilicen sales fundentes, etc., pero en el resto de los casos presenta unos niveles aceptables.

El contenido de sulfatos en este tipo de áridos no suele ser relevante. Los sulfatos presentes en la pasta cemento del hormigón original y consecuentemente en el árido reciclado obtenido no van a producir problemas en el hormigón nuevo. No obstante, si el árido reciclado se obtiene de hormigón procedente de edificación, este valor podría ser más elevado, siendo especialmente perjudiciales los procedentes de contaminantes como el yeso.

El contenido total de álcalis en el árido reciclado es en general más elevado al del árido natural, debido a los aportados por la pasta de cemento adherida al árido natural.

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La gran heterogeneidad de los áridos reciclados y la incorporación de algunas impurezas, puede producir contaminación por lixiviados, especialmente cuando el árido reciclado se utiliza en aplicaciones diferentes al hormigón, como rellenos o carreteras, y cuando proceden de residuos de edificación, donde la concentración de impurezas es mayor. Sin embargo, los ensayos consultados de lixiviación sobre el árido reciclado, así como sobre el hormigón reciclado fabricado con él, han resultado en todos los casos favorables, satisfaciendo las diferentes normativas.

Existen diversas normas de ensayo para determinar la concentración de metales pesados y sustancias orgánicas en los lixiviados de los materiales de construcción:

La norma alemana DIN 4226-100:2000 “Áridos para hormigón y mortero. Áridos reciclados”

la norma holandesa NEN 7345/95 “Leaching characteristics of solid earthy and stony building and waste materials”, describe el ensayo de difusión para obtener los lixiviados (medidos en mg/m2) en función del tiempo, para materiales de construcción no granulares y materiales residuales.

la Norma europea EN 12457-2/02 “Characterisation of waste-Leaching-Compliance test for leaching of granular waste materials and sludges-Part 2”


Los materiales procedentes de los áridos mixtos o cerámicos, concretamente los escombros de mampostería, pueden utilizarse en terraplenes y obras de tierra con las adecuadas condiciones de homogeneidad y limpieza, siendo muy recomendable eliminar el yeso por la posibilidad de causar reacciones expansivas. Esto implica notables costes, por lo que el objetivo es producir áridos que puedan ser utilizados en usos de mayor valorización, como capas de firme de modo que se puedan compensar en la medida de lo posible dichos costes. En el caso de áridos reciclados heterogéneos que no contengan sustancias peligrosas ni contaminantes inertes se podrían utilizarse en la construcción de rellenos y terraplenes, siendo interesante el aprovechamiento de la fracción 0/20 como material para la construcción de terraplenes.

Por su parte, los residuos de la demolición de estructuras de hormigón pueden emplearse en obras de tierra y terraplenes. Para esta valorización hay que tener en cuenta la homogeneidad del residuo así como la ausencia de armaduras, contaminantes, y la granulometría. El empleo de estos escombros “limpios” en terraplén supone desaprovechar las posibilidades de estos materiales. Si a pesar de ello se utilizan en obras de tierra, se haría como si de materiales naturales se tratara. Según la norma francesa NF P 11-300, estos materiales están adscritos a la familia F7 de subproductos industriales y en este país se empelan en terraplenes y explanada los materiales resultantes del pretratamiento y los áridos reciclados no clasificados, siempre asociado a un tratamiento muy reducido, que puede limitarse a un machaqueo primario para satisfacer las exigencias granulométricas y en su caso, la eliminación de armaduras. Algunas administraciones norteamericanas de carreteras permiten el empleo de trozos de hormigón, siempre que no se supere el tamaño máximo (150-200 mm). En el caso de que el contenido en sulfatos solubles de los residuos, determinado según la norma francesa XP P 18 581, fuera superior al 7‰, la norma específica de terraplenes (NF P 11 300) señala que no se podrán estabilizar con ligantes hidráulicos, ni utilizarlos en zonas próximas a obras o capas tratadas con cemento, o en zonas inundables, ni tampoco en coronación de terraplenes.

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Para prevenir la expansividad, hay que prestar atención al azul de metileno y al contenido en sulfatos, mientras que en la puesta en obra son la absorción de agua y la naturaleza frágil de los áridos reciclados, las variables a atender especialmente. Los departamentos del transporte de los estados de Illinois, Minnesotta y Montana tienen especificaciones para la valorización de los escombros de hormigón y en particular, para los casos de empleo en obras de tierra y estabilizaciones.

2.2.4.- Escorias de acería LD

Origen 2.2.4.1.-

Las escorias de acería LD se originan en el proceso de afinado del arrabio obtenido en el alto horno, eliminándose por oxidación, en todo o en parte, las impurezas existentes.

En el procedimiento Linz-Donawitz (LD) para la transformación de la fundición de hierro procedente del horno alto en acero, el afino se lleva a cabo inyectando oxígeno a presión en el baño que contiene las materias primas y las adiciones para la formación de escoria (fundamentalmente cal, dolomía y espato). El oxígeno se insufla mediante una lanza refrigerada hasta conseguir eliminar del arrabio el exceso de carbono y las impurezas que lo acompañan. El carbono se elimina por oxidación en forma de gas (CO y CO2) y el resto de impurezas queda en forma de escoria semipastosa que sobrenada por encima del acero; ello permite separar la escoria de este por gravedad y enviarla a un foso donde se riega hasta alcanzar temperaturas inferiores a 50ºC.

La escoria tiene, por tanto, como misión fundamental atrapar las impurezas, principalmente fósforo y azufre. Por cada carga de fundición se añade 75-80 kg de cal y dolomía y se retiran de 120 a 130 kg de escoria. La producción de escoria LD representa un 10% en peso de la producción de acero. Finalizada la operación, el acero colado es transportado para su completo afinado y ajuste de composición química y temperatura. En estas operaciones finales se añaden las ferroaleaciones (manganeso, cromo, níquel, etc.), según el acero que se quiera fabricar.

En la figura siguinte se muestra el material que resulta.

Figura 2-16.-- Escoria de acería LD

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A diferencia de otros subproductos generados durante la fabricación de acero, como por ejemplo las escorias de alto horno, el empleo de escorias de acería LD ha sido menor debido a la insuficiente estabilidad volumétrica y a la falta de regulación medioambiental existente.


2.2.4.2.1.- Propiedades Físicas

La escoria de acería LD es un material de tipo granular, de color gris claro en estado seco, que tiene una cierta porosidad y textura rugosa. Las partículas tienen forma cúbica, con escasa presencia de lajas. Tiene una densidad aparente elevada, del orden de 3 t/m3 o algo superior, consecuencia de su contenido en hierro, que se da tanto en la forma de metal libre como combinado en óxidos. La granulometría aproximada es 0/300. La absorción de agua es moderada (inferior al 3%).

2.2.4.2.2.- Propiedades Químicas

La escoria de acería LD tiene una composición química muy diferente de la de las escorias de alto horno; en particular, contiene menos alúmina y sílice y bastante más cal, una parte de ella en forma libre; además, contiene una importante proporción de óxidos de hierro. El contenido en CaO está comprendido entre el 45 y 50%, siendo ésta, quizá, la propiedad química más importante desde el punto de vista de su utilización en la construcción de carreteras, pues hace que las escorias presenten alta higroscopicidad, lo que favorece la hidratación de la cal que se transforma en hidróxido de calcio Ca(OH)2, que puede causar expansión al mismo tiempo que disgregación del material. Las escorias de acería contienen más hierro, tanto en su forma libre como combinada en óxidos, que las escorias de alto horno, lo que incrementa la densidad de este material. Por el contrario, el contenido de azufre total es bajo. El pH de las escorias de acería LD es alcalino (pH > 11 o 12).

2.2.4.2.3.- Propiedades Mecánicas

Las escorias de acería tienen muy buena angulosidad y una elevada dureza (6-7 en la escala de Mohs), así como una elevada resistencia al corte y a la abrasión, si bien estudios recientes muestran que la velocidad en el proceso de enfriamiento de la escoria puede afectar a las características físicas mencionadas anteriormente, así como a su composición química y mineralógica, pudiendo haber cierta variabilidad en las características esperadas del material.

Procesamiento 2.2.4.3.-

La escoria, que se encuentra en forma semipastosa sobrenadando por encima de acero, se separa de éste y se envía a un foso, donde se riega hasta alcanzar temperaturas inferiores a 50ºC, y se transporta a la planta de procesado. Allí se separan, mediante electroimanes, las chatarras superiores a 80 mm, pasando el material restante a la instalación de machaqueo. Mediante machacadoras de mandíbulas y molinos de conos se reducen a tamaños inferiores a 50 mm. De esta escoria se elimina de nuevo el hierro mediante electroimanes y se clasifica en distintos tamaños. El procesado se completa, en su caso, con el envejecimiento de la escoria en parque, regándola con agua para conseguir hidratar los elementos inestables.

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2.2.4.4.1.- Composición química y mineralógica

En la Tabla 2-8 se presenta la composición química media de una escoria de acería tipo LD-III, que fue objeto de un estudio encargado por ENSIDESA al CEDEX en 1990. Estos datos corresponden al análisis medio de 1000 coladas y la variación que se encontró entre los valores puntuales no fue muy importante

CaO SiO2 Al2O3 MgO

Fe

TOTAL MnO K2O P2O5 Cu Mo As Cd B

% 48,00 16,00 1,20 5,20 16,04 5,90 0,20 0,50 0,03 0,08 < 1 ppm

< 0,5 ppm 0,17

Tabla 2-8.- Composición química media de la escoria de la acería LD-III

Desde el punto de vista mineralógico las escoria LD presenta en su composición diferentes fases: silicatos bi y tricálcico, wustita combinación de óxido de hierro y manganeso (FeO y MnO), ferrito bicálcico y cal, más o menos impregnada de óxidos metálicos, responsable de la presencia de cal libre.

En la Tabla 2-9 se presenta los principales elementos químicos a tener en cuenta en función de sus posibles aplicaciones.

Si MN P Fe Mg Ca Al Carreteras Bajo Bajo Hormigones Bajo Bajo Cerámica Bajo Clinker Bajo Alto Alto Corrector de acidez Bajo Alto

Tabla 2-9.- Elementos químicos a tener en cuenta a la hora de valorar la escoria en distintas aplicaciones

2.2.4.4.2.- Inestabilidad volumétrica

La presencia en la escoria de cal libre, y de magnesia en menor medida, constituye un factor potencial de inestabilidad. Estos óxidos tienden a hidratarse desprendiendo calor y produciendo un hinchamiento que puede provocar la disgregación del material y la evolución de la granulometría hacia tamaños más pequeños. Este fenómeno puede producirse en el transcurso de pocas semanas o de varios meses, según se produzca la hidratación de la cal o magnesia libre.

En este sentido, el Centro de Estudios de Carreteras del CEDEX, puso a punto en 1990 la norma NLT-361/91 “Determinación del grado de envejecimiento en escorias de acería”, para caracterizar en laboratorio las escorias de acería en relación con su posible expansión.

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El procedimiento más utilizado para reducir al mínimo los fenómenos de inestabilidad volumétrica es el de envejecer la escoria, en parte machacada y en su estado final, regándola con agua natural, salada, acidulada o agua caliente para conseguir hidratar los elementos inestables. Se ha comprobado que el envejecimiento al aire sin riego de agua no ofrece garantías y, por otra parte, se ha comprobado que los montones deben tener una altura máxima de 1,5 – 2 m.

El contenido de la cal libre puede variar para distintas escorias entre el 1% y el 15%. Los límites por debajo de los cuales puede considerarse segura la utilización de la escoria dependen del uso que se pretenda dar. Si se utiliza en capas granulares, los límites empleados oscilan entre el 4% y el 7%, según los países; para aplicaciones en capas bituminosas, en las que los áridos quedan impermeabilizados por una película de betún, algunos países permiten el empleo de escoria sea cual sea el contenido de cal.


La escoria de acería LD se caracteriza por ser un árido muy limpio, pesado, anguloso, poco pulimentable y de gran dureza.

En la Tabla 2-10 se resumen las características físicas de la escoria LD-III ensayada en el CEDEX, sobre las fracciones 5/10 y 10/20 suministradas por ENSIDESA, adecuadamente combinadas para obtener las granulometrías y tamaños especificados en los ensayos. Los resultados que se presentan no son de aplicación general a todas las escorias de acería que, si bien tienen en común su gran dureza pueden presentar coeficientes de pulimento acelerado mucho menores. Esta propiedad podría estar estrechamente relacionada con las posibles variaciones en el proceso de producción del acero.

ENSAYO RESULTADO

Partículas con dos o más caras de fractura 100 %

Limpieza superficial 0,02 %

Resistencia al desgaste de los áridos por medio de la máquina de Los Angeles 14,6 %

Pulimento acelerado de los áridos 0,55 %

Índice de lajas 7 %

Peso específico de las partículas 3,45 t/m3

Porosidad (Aceite de parafina) 4,33 %

Tabla 2-10.- Características físicas de la escoria LD-III ensayada en el CEDEX, sobre las fracciones 5/10 y 10/20

En la siguiente tabla se presentan las propiedades físicas de una escoria de acería LD empleada en un estudio, realizado en 2010 en China, para su uso en mezclas bituminosas. La escoria LD se trató previamente mediante un procedimiento mejorado consistente en tres fases: aglomeración, enfriamiento y desintegración. Este nuevo método de estabilización produciría una escoria más estable, con menos partículas planas y alargadas y, con cerca

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del 100% de la superficie machacada. Los datos de la escoria se compararon con los del árido natural (granito) empleado junto con la escoria en la mezcla estudiada. El tamaño máximo de las partículas de ambos materiales fue de 12,5 mm.

PROPIEDADES FÍSICAS Escoria Acería LD Árido Natural

Partículas con tres o más caras de fractura 96,20 % 54,30 %

Resistencia al desgaste de los Angeles 13,24 % 28 %

Índice de lajas (por encima 1:3 ) 0,9 % 9,8 %

Peso específico de las partículas 3,40 t/m3 2,61 t/m3

Absorción de agua 2,61 % 1,76 %

Tabla 2-11.- Características físicas de la escoria de acería LD estudiada para su empleo en una mezcla bituminosa

La escoria LD tiene una estructura más porosa, por lo que presenta una mayor absorción de agua; posee valores bajos de resistencia al desgaste de los Ángeles y del índice de lajas y, un valor cercano al 100% de caras fracturadas. Estas características proporcionarían una fuerte trabazón en los áridos e incrementarían la resistencia a la rotura, lo que sería beneficioso para su empleo en carreteras con tráfico pesado.

Aplicaciones 2.2.4.5.-

Las escorias de acería LD están siendo utilizadas en España y en otros países con acerías como: Alemania, Austria, Bélgica, Brasil, Canadá, China, Francia, Inglaterra, Japón, Suecia y USA. En Japón, la tasa de reciclado es cercana al 100% (fuente: Nippon Slag Association)

Las aplicaciones más importantes de la escoria de acería LD son en obra civil como árido de calidad y en agricultura. En agricultura se usa como corrector de acidez dado su alto contenido en calcio que hace que su pH sea muy elevado, pudiendo neutralizar pH ácidos.

El escombro de acería LD se podría utilizar en la construcción de rellenos y terraplenes pero no está extendido su empleo porque se infravalora su posible aprovechamiento en otros usos de mayor.

Recientemente, se han iniciado estudios para su empleo como balasto en obras de ferrocarril. De los trabajos publicados en 2012 por EUROSLAG y EUROFER, cabe señalar que llas escorias LD una vez procesadas en planta (machaqueo, separación del hierro, selección por tamaños y reducción de la cal libre), para obtener el tamaño adecuado junto con otras especificaciones del balasto, se pueden emplear como balasto.

También se pueden destacar En Brasil, a principio de los años 90 se hicieron unos primeros ensayos para estudiar el posible uso de las escorias LD como balasto y a finales de los 90 se empezaron a emplear como balasto de forma regular, para lo cual se elaboraron especificaciones técnicas de uso (las principales propiedades de la escoria se muestran en la Tabla 2-12). En total se emplearon cerca de 1 Mt de escorias que habían estado almacenadas durante dos años; en el año 2006 se detectaron problemas relacionados con el tamaño de partícula y errores en la señal debidos a la conductividad eléctrica de la escoria; En Brasil en 2007 se dejaron de emplear como balastro.

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PROPIEDADES FÍSICAS Especificaciones Técnicas Resultados Escoria Acería LD

Partículas desmenuzables < 5 % 3 %

Material pulverulento < 1 % 0,5

Terrones de arcilla < 0,5 % no

Resistencia al desgaste de los Ángeles < 40 % 15 %

Peso (kg) por metro cúbico 1.400 kg/m3 2.800 kg/m3

Tabla 2-12.- Especificaciones técnicas bajo contrato de la escoria de acería LD

Los principales problemas detectados fueron: problemas de drenaje de la vía y efecto hormigón en el balasto, debido al fenómeno de expansión que genera esfuerzos internos causando daños en la estructura y generando finos (partículas desmenuzables de 11% a 1%); fuga de corriente eléctrica y error en la detección de la señal debido a la presencia de elemento metálicos. Para solucionar el problema se llevó a cabo un proyecto de investigación con la participación de ArcelorMittal con el fin de encontrar un método de curado de la escoria con el que se disminuyera el contenido en CaO (max 3%) y permitiera su empleo como balasto. Para ello se siguieron las siguientes pautas:

- Se construyó un simulador de vía férrea en el que se instaló un equipo de medida para chequear la resistencia eléctrica, además de un pluviómetro. Se comprobó que las principales fugas de corriente aparecen tras periodos de lluvia, incrementándose por el mal sistema de drenaje debido a los finos de la escoria.

- Se estudió en laboratorio el efecto sufrido por la escoria sumergida en agua, observándose que tras once ciclos de agua el pH del agua disminuyó de 12 a 10, también disminuyeron el contenido de CaO por disolución y la conductividad eléctrica, por otro lado la resistencia eléctrica aumentó.

- También se estudiaron (midiendo temperatura, humedad, precipitaciones y valor de CO2) tres formas distintas de almacenar la escoria: extendida (30 cm de alto), en forma de cono (2 m de alto) y, de forma habitual (4 m de alto). Los resultados obtenidos con distintos periodos de tiempo se expresan en la Tabla 2-13.

Capacidad (16 m2) CaO T0 CaO T45 CaO T60

Extendida 8 toneladas 8,03 2,8 1,5

Forma de cono 25 toneladas 8,03 3,11 1,7

Forma habitual 50 toneladas 8,03 - -

Tabla 2-13.- Resultados obtenidos en las distintas disposiciones de curado

Tras el tratamiento de curado de las escorias para el balasto, se tamizaron y se rechazó el 25% (tamaño de partícula < 32 mm), quedando resuelto tanto el problema del tamaño de los

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finos como el de la baja resistividad eléctrica; posteriormente se ensayaron sus propiedades físicas. El material fino rechazado se puede emplear en carreteras por su baja expansividad y alta demanda. En la tabla 8 se pueden comparar algunas de las propiedades antes del tratamiento con las resultantes tras el curado de 60 días de la escoria almacenada en forma de cono.

Como caso especial de aplicación a continuación se describe el comportamiento medioambiental de una plataforma experimental de carretera con escoria de acería LD

En Francia se llevó a cabo un estudio en 2008, dentro del programa de investigación ECLAIR, a fin de desarrollar un modelo de comportamiento medioambiental de una escoria de acería LD en una plataforma experimental de carretera no pavimentada y sin tráfico. La escoria empleada se envejeció durante tres años.

La mezcla constó de tres fracciones granulométricas de 0-2 mm, 2-4 mm y 4-6 mm en las mismas proporciones. Debido a que la compactación superficial fue heterogénea aparecieron dos tipos diferentes de superficie: una con material grueso y otra con material más fino. La parte inferior de la estructura se equipó con un sistema de drenaje para recoger el agua de lluvia infiltrada.

La caracterización química de la escoria empleada tenía un alto contenido de calcio (40,7% como CaO), hierro (29,8% como Fe2O3) y silicio (16% como SiO2).

Durante un año se hizo un seguimiento de la emisión potencial y el impacto de elementos traza metálicos contaminantes, especialmente Cr, V y Ba, presentes en las fases minerales de la escoria, y movilizados durante la infiltración de agua a través de la estructura, del que se destacan los siguientes resultados:

- La concentración de cal libre, aún después de 3 años de envejecimiento, fue de aproximadamente el 6%. La evaluación del potencial de hinchamiento de la escoria (ensayo de expansión steam test) mostró un aumento de volumen de hasta el 20%.

- La diferente permeabilidad entre el material grueso y el más fino con el tiempo tendió a disminuir, volviéndose más homogénea, y esto puede ser debido a la reacción de los minerales de la escoria con el agua y el CO2 atmosférico que induce a la carbonatación y precipitación. Las curvas de conductividad hidráulica obtenidas, el comportamiento de la escoria se asemejarían a las de una marga arenosa.

- Excepto en el caso del Ba, las concentraciones de los elementos traza Cr y V han resultado generalmente bajas en aguas de filtración y en los resultados de los ensayos de lixiviados. Estos metales se localizan en fases minerales ferrosas bastante estables, en cambio el V se asocia a silicatos más reactivos. El pH es muy alcalino (> 12).

- El estudio ecotoxicológico realizado con lombrices de tierra no reveló ningún efecto de toxicidad en las aguas de filtración respecto al hábitat.

2.2.5.- Arlita o arcilla expandida

La arcilla expandida es un material inerte de origen cerámico, con una estructura altamente porosa, derivada de la expansión a altas temperaturas, lo que le confiere una gran ligereza.

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La densidad varía entre los 325kg/m3 y los 750kg/m3, siendo tanto menor cuanto mayor es el tamaño de grano debido a una mayor expansión. Estas densidades son del orden de unas cinco veces inferior es a la de la arcilla común y suelos convencionales.

La granulometría habitual de este árido cerámico varía entre los 10 y los 16mm, hasta diámetros inferiores a 5mm.

La ventaja más notable de la arcilla expandida o arlita es su relación entre peso y capacidad resistente, que le viene conferida de su estructura interna a modo de celdas y su caparazón duro. Por esta razón se la emplea generalmente como material de relleno de bajo peso en aquellos casos en que se requiere una cierta resistencia mecánica.

Este material no contiene elementos orgánicos con lo que es imputrescible, no se degrada con el tiempo, incluso en malas condiciones de temperatura y humedad extrema. Asimismo resiste bien a los ácidos, materiales básicos disolventes conservando inalterables sus características.

Otra característica de este material es su resistencia al fuego. Como se clinkeriza a 1200ºC es prácticamente indestructible incluso en los casos más desastrosos.

Al tratarse de un material puramente granular presenta una cohesión nula con un ángulo de rozamiento interno que está en torno a 37º.

En la figura siguiente se muestra el aspecto que presenta este material.

Figura 2-17.-- Arcilla expandida

La arlita posee una elevada resistencia intrínseca lo que la hace apta para su utilización, tanto en morteros aislantes como en hormigones ligeros de altas prestaciones. El método de aplicación más usado es la mezcla de arlita con aproximadamente un 15 a 20% de cemento creando el mortero de arlita. Se usa como recrecido en forjados y soleras. Del mismo modo, es una solución habitual en obras de ingeniería civil para relleno en excavaciones.

Para la puesta en obra de este material es necesaria la colocación previa de un geotextil y realizar el extendido del material sobre el mismo. La arlita se puede extender en tongadas de hasta 1m de espesor y su compactación se puede llevar a cabo con maquinaria convencional sobre orugas realizando cuatro pasadas sobre cada capa. Una vez finalizado dicho proceso se coloca otro geotextil sobre dicho material seguido de un paquete de firme que en ningún caso podrá tener un espesor inferior a 60 cm.

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2.2.6.- Poliestireno expandido

El Poliestireno Expandido (EPS) se define técnicamente como: "Material plástico celular y rígido fabricado a partir del moldeo de perlas pre expandidas de poliestireno expandible o uno de sus copolímeros, que presenta una estructura celular cerrada y rellena de aire". En la figura se muestra el aspecto que presenta el material.

Figura 2-18.- Poliestireno expandido

Este material se caracteriza por ser extraordinariamente ligero aunque resistente. Dependiendo de las aplicaciones las densidades varían en el rango de los 10kg/m3 hasta los 35kg/m3. A parte de su ligereza se pueden resaltar otras muchas propiedades que lo hacen adecuado para su uso en terraplenes.

En relación al comportamiento deformacional bajo condiciones específicas de carga a compresión y temperatura, se ha visto que depende de la temperatura medioambiental, siendo mayor la deformación cuanto mayor es la temperatura, tal y como muestra la siguiente figura:

Figura 2-19.- Comportamiento presión-deformación en función de la temperatura (IDAE, 2007).

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7c/Styropian.JPG

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En cuanto a su resistencia a flexión, la norma UNE-EN 12089 exige que el nivel mínimo de esta propiedad sea de 50 kPa (para asegurar la manipulación) pero permite que se declaren otros niveles superiores hasta 750kPa. Un adecuado nivel de esta propiedad asegura una buena cohesión del material y, por tanto, unas propiedades de absorción de agua. (IDAE, 2007).

En relación con la fluencia a compresión, que es la deformación bajo una carga específica (σc) en relación con el tiempo y que por tanto indica la reducción total de espesor, el EPS presenta unos valores de fluencia a compresión que no exceden del 2% para una compresión permanente de 30 kPa durante 50 años (UNE-EN 13163).

En relación a la absorción de agua por inmersión medida de acurdo con la norma UNE-EN 12087 está es inferior en todos los casos al 5%.

Por otra parte, el material es imputrescible, no enmohece y no se descompone; tampoco se ve atacado por las bacterias del suelo y no tiene ninguna influencia medioambiental perjudicial que pudiera ser peligroso para las aguas.

En cuanto al efecto de la temperatura, mantiene las dimensiones estables hasta los 85ºC.

2.3.- RESUMEN DE LAS CARACTERISTICAS Y CONDICIONES DE PUESTA EN OBRA DE LOS MATERIALES MARGINALES NATURALES, RESIDUOS Y MATERIALES LIGEROS

En los epígrafes anteriores se han descrito las características principales de los materiales marginales tipo residuos y de los materiales ligeros de los que se dispone abundante información y experiencia para su empleo en terraplén. En este apartado se presenta un resumen de lo expuesto anteriormente, recogido a modo de tablas, señalando las características más importantes de dichos materiales.

MATERIALES MARGINALES NATURALES

TIPO DE MATERIAL PROPIEDADES PRINCIPALES FOTO

Suelo expansivo Hinchamiento libre > 3%

Suelo colapsable Asiento > 1% a 0,2 Mpa

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Suelo con yeso Alto contenido en yeso. Susceptible al agua.

Suelo con sales solubles

Contenido en sales solubles > 1% Susceptible al agua.

Suelo con materia orgánica

Alta deformabilidad. Alta degradabilidad. Elevada humedad.

Tabla 2-14.- Propiedades de los materiales marginales naturales

MATERIALES MARGINALES TIPO RESIDUOS


NFU

Tamaño residuo troceado: 75 y 350 mm Densidad del NFU sin compactar: 150 y 535 kg/m3 Densidad del NFU compactado: 630 y 840 kg/m3

Alta elasticidad. Resistencia al corte:

Permeabilidad similar a las arenas: 5 x 10-2 cm/s.. Poco compactable.

Elevada resistencia al corte Absorbente de vibraciones Metales pesados < 0,1%

Resistencia a la acción de los mohos, calor, humedad, luz solar y rayos ultravioletas,

No biodegradables ni tóxicos y no desarrollo bacteriológico.

Estériles del carbón Negros

Estériles de carbón Rojos

Baja plasticidad, incluso nula. Granulometría Continua: <5% inf.0,08mm

Densidad: 2,70-2, 73 t/m3 CBR: >50

Proctor Modificado: >1,9 t/m3 Humedad óptima: 10,2%-15,5%

Alta degradabilidad bajo presiones elevadas. Plasticidad: LL: 26-20 y LP: 19-20

Granulometría Continua: <5% inf.0,08mm Densidad: 2,74 t/m3

CBR: <20 Proctor Modificado: 1,9 – 2,1t/m3

Humedad óptima: 7%-10% Alta degradabilidad bajo presiones elevadas

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RCD

Características dependientes de origen cerámico u hormigón Tratamiento en plantas similares a los de áridos naturales. Áridos cerámicos: Absorción 6-25%, Densidad; 1200-1800

kg/m3, DLA: 20-50%. Áridos hormigón: Absorción 5-15%, Densidad; 2,1-2,6 kg/dm3,

DLA: bajos Áridos cerámicos problemas por presencia de yeso. Necesaria

su eliminación. Áridos de hormigón: presencia de cloruros (procedencia

marina). Necesaria eliminación de armaduras y no se puede estabilizar con ligantes hidráulicos.

Estéril de acería LD

Material algo poroso y muy denso, con ap 3 t/m3. Absorción<3%

Cal libre: 1% y el 15%. Elevada resistencia al corte.

DLA entorno al 15% Potencialmente inestable por la presencia de cal libre, y algo de

magnesia, se traduce en problemas de expansividad. Tarda semanas-meses en hidratarse.

Su aplicación pasa por intentar reducir el porcentaje de CaO

Tabla 2-15.- Propiedades de los materiales marginales tipo residuos

MATERIALES MARGINALES LIGEROS


Arlita

Baja densidad: 325-750 kg/m3. Transmite poca carga.

Resistente a la compresión. Resistente al fuego. No se degrada

Ángulo de rozamiento: 37º. Cohesión nula.

Poliestireno expandido

Baja densidad: 10-35 kg/m3. Transmite poca carga.

Deformabilidad varía con la temperatura Resistencia a flexión: 50-750 kPa.

Absorción <5% No se ve afectada por agentes externos

Tabla 2-16.- Propiedades de los materiales ligeros

En relación a las condiciones de puesta en obra y posibilidades de empleo de estos, en las tablas siguientes se recogen los aspectos más relevantes.


Tipo de material Principal característica Observaciones

Suelo colapsable NLT 114 y UNE 103500

Asiento>1% a 0,2 MPa

-1% wopt < w < 3% wopt Deben compactarse del lado húmedo.

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Tipo de material Principal característica Observaciones

Suelo expansivo UNE 103601 y UNE 103500 H.L. > 3%

-1% wopt < w < 3% wopt Deben compactarse ligeramente del lado húmedo.

Se prefiere el PN como Próctor de referencia.

Suelo con yesos NLT 114

0,2-2% No es necesario adoptar ninguna precaución especial en coronación y espaldones.

2-5%

Adopción de cuidados y materiales de características especiales en coronación y en los espaldones, indicados en el Proyecto.

Se debe determinar el posible carácter expansivo o colapsable de estos suelos.

5-20%

Medidas de drenaje e impermeabilizaciones para impedir la entrada de agua.

Justificar la eficacia de las medidas adoptadas mediante estudio especial.

Estudiar la expansividad y la colapsabilidad. Posible agresividad de estas sales al hormigón. Posible contaminación a suelos

colindantes. >20% Posible uso si se justifica en Proyecto.

Suelo con otras sales solublesNLT 114

0,2-1% No es necesario adoptar ninguna precaución especial en coronación y espaldones.

>1% Se requiere un estudio especial

Materia orgánica UNE 103204

H ≤ 5 m y m.o.≤ 5% Deben considerarse en el Proyecto las deformaciones previsibles.

H ≥ 5 m y m.o. > 2%

Tabla 2-17.- Observaciones para la puesta en obra de materiales marginales naturales

MATERIALES MARGINALES TIPO RESIDUOS

Tipo de material

Principal característica Observaciones

NFU Baja densidad <0,8 kg/cm3 compactado

- Las piezas de NFUt sólo se pueden colocar en el núcleo - Las capas de NFUt han de colocarse por encima del máximo nivel freático

esperable y de la cota de inundación prevista. - La cara inferior de las capas de NFUt debe estar situada, al menos, a 1 m por

encima de la cota superior del terreno natural. - La cara superior de la capa de NFUt de mayor cota debe estar, como mínimo, a

1 m de la cara superior de la coronación del terraplén. - El espesor de las capas de NFUt no debe ser mayor de 3 m. - Las capas de NFUt han de envolverse en geotextiles para evitar la percolación

de partículas de suelo entre las tiras de NFUt. - La distribución de tamaños y el contenido de alambres expuestos del material

NFUt serán los de un material Tipo B (Clase II) de la Norma ASTM D6270-08ε1. - Para una mezcla de relleno NFUt-suelo con las mejores características

mecánicas posibles, lo más idóneo es fabricarla al 50% en volumen de ambos materiales.

- Las capas intermedias de material térreo que hacen refuerzo estructural deben tener un espesor mínimo de 1 m y estar exentas de materia orgánica.

- Los espaldones del relleno deben asegurar la impermeabilidad ante el agua o aire, y tener anchura suficiente para su adecuada compactación.

- La capa de coronación ha de minimizar la infiltración del agua de lluvia hacia las

50



capas de NFUt, drenándola con una ligera pendiente lejos de la estructura

Estériles de carbón

Posibilidad de autocombustión de los estériles

negros

- Compactación con la Wop o con humedades algo inferiores - Buen estudio del número de pasadas necesarias para correcta compactación.

Exceso de pasadas provoca la degradación del material. - Espesores de tongada inferiores a 50-60 cm. - Estériles negro no utilizables en zonas inundables. Además deben eliminarse los

fragmentos pizarrosos.

RCD Presencia de yeso

- Limitación del contenido de áridos reciclados cerámicos. - Mayor aportación de agua durante la compactación por su elevada absorción. - Eliminación de impurezas (vidrios, plásticos…). - Control del contenido en materia orgánica. - Control del contenido en yeso y otras sales solubles. Los áridos reciclados

lavados con agua presentan menor proporción de yeso.

Escorias de acería

Presencia de CaO libre

- Se debe controlar la cantidad de CaO libre para evitar problemas de expansividad.

Tabla 2-18.- Observaciones para la puesta en obra de materiales marginales tipo residuo

MATERIALES MARGINALES LIGEROS

Tipo de material

Principal característica Observaciones

Arlita Densidad: 325-750kg/m3 Ángulo de rozamiento:37º

La base sobre la que se coloca la arlita debe estar recubierta por un geotextil. El espesor máximo de la tongada de arlita es de 1 m. La compactación de la tongada se realiza con maquinaria convencional montada sobre orugas. Se deben realizar 4 pasadas. Se sella el conjunto de arlita con un geotextil. El espesor del paquete de firme superior debe ser de al menos 60 cm.

Poliestileno expandido

Elevada resistencia a

compresión y muy ligero

Aplicable a terrenos con baja capacidad portante sobre los que se quiera construir el terraplén o de acceso a estructuras.

Tabla 2-19.- Observaciones para la puesta en obra de materiales ligeros.

51



3.- EXPERIENCIAS DE USO EN ESPAÑA DE DIFERENTES MATERIALES MARGINALES EN TERRAPLENES DE CARRETERAS

3.1.- EXPERIENCIAS Y APLICACIONES DE MATERIALES NATURALES MARGINALES

3.1.1.- A-23. Villanueva de Gállego-Zuera

Contexto general

En 1994 se realizó el proyecto de la autovía de Mudéjar, A-23, correspondiente al tramo Villanueva de Gállego – Zuera, en la provincia de Zaragoza (Rivera Blasco, 2005). Las obras comenzaron en septiembre de 1995 y el tramo se puso en servicio en 1998. En la Figura 3-1 se recoge el mapa de situación de la obra

Figura 3-1: Ubicación de la obra (Rivera Blasco, 2005).

Caracterización de los materiales

El trazado transcurría por una zona compuesta por materiales yesíferos. En particular se podían encontrar las siguientes unidades geológicas:

-Mioceno formado por yesos masivos blancos y grises (Figura 3-2). Consistía en una formación con alternancia de yesos blancos y margas yesíferas con una disposición horizontal. Se trataba de formación ripable, si bien es cierto que en algún caso presentaba alguna dificultad para ello. Como características se pude citar su contenido de sulfatos (superior al 20%), y unas tensiones admisibles que variaban entre 2 y 4 kg/cm2.



-Cuaternario yesífero que se encontraba en fondos de valle. Consistía en limos yesíferos provenientes de la meteorización del yeso masivo. Dicho material se podía encontrar en espesores de entre 1 y 5 metros. Su contenido en sulfatos era superior al 20%. Las tensiones admisibles variaban entre 1 y 1,5 kg/cm2. Cabe destacar la baja densidad del material.

Figura 3-2: Yesos blancos y grises (Rivera Blasco, 2005).

En ambos casos aplicando la normativa del PG-3 se llegaba a la conclusión de que se trataba de materiales marginales. El mapa de la Figura 3-3 muestra su disposición.

Figura 3-3: Distribución de los materiales (Rivera Blasco, 2005).

Trabajos realizados



Para el empleo de estos materiales se tomaron una serie de precauciones, todas ellas con el objetivo de evitar que el agua entrase en contacto con el yeso. En el caso de los yesos blancos y grises se utilizaron en el núcleo del terraplén colocándolos 30 cm por encima del terreno natural y como mínimo 1 metro por debajo de la coronación del terraplén. Los espaldones se ejecutaron con material no yesífero con taludes 3/2. En el caso de los limos yesíferos de fondo de valles era necesario someterlos a una recompactación a fin de eliminar los huecos. Con ello se quería evitar el colapso de los limos, aumentar la capacidad portante y aumentar el asiento inicial del terraplén, lo cual estaría controlado y así se evitarían asientos diferidos en el tiempo. Asimismo se pretendía impedir la circulación del agua que arrastraría los limos. La compactación se realizó con rodillo de pata de cabra (Figura 3-4).

Figura 3-4: Compactación con rodillo pata de cabra (Rivera Blasco, 2005).

Para conseguir la impermeabilización necesaria se colocó una geo-membrana impermeable formada por un geotextil termo-soldado tratado con una película de polipropileno. En vista de que podía haber problemas con el viento, lluvia y la dirección del solape, se decidió realizar un solape de 30 cm con cinta adhesiva de doble cara. Se intentaron coordinar los trabajos de extendido de lámina y material sobre ella llevando a cabo un saneo en caso de lluvia. En total se impermeabilizó una superficie de 295.000 m2 y el volumen de yesos empleado fue de 1,5 millones de m3 con una altura máxima de terraplén de 14 m.

En la ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia. se recoge la sección tipo del núcleo de yesos.



Figura 3-5: Sección tipo (Rivera Blasco, 2005).

En los trabajos de excavación se realizó el ripado en dos direcciones en cuadrícula cerrada. Los bolos más grandes se retiraron para emplearlos en algún otro trabajo o destinarlos a vertedero. En el extendido se ejecutaron tongadas de 50 cm en dos subtongadas, con un tamaño máximo de material de 2/3 del espesor de la tongada. Para la compactación se empleó un rodillo compactador de pata de cabra, y en una segunda subcapa se utilizó el rodillo liso. Esta compactación se comprobó mediante métodos nucleares asegurando una compactación superior al 100% de la del Próctor Normal con una reducción del volumen del 20%. Se ejecutaron tramos de prueba en los que se comprobó si el espesor de las tongadas, equipo de compactación, número de pasadas y la humedad de compactación eran las adecuadas.

En la Figura 3-6 se observa el aspecto de la obra finalizada.



Figura 3-6: Obra finalizada (Rivera Blasco, 2005).

No se encuentra información documentada sobre el posterior comportamiento del terraplén.

A continuación se adjunta una ficha resumen de los principales datos de esta obra.

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Nombre de carretera: Autovía de Mudéjar A-23.

Tramo: Villanueva de Gállego-Zuera

Provincia: Zaragoza

Año: 1998 (puesta en servicio)

Características geométricas del terraplén:

Altura máxima: 14 m.

Taludes: 3H/2V.

Espaldones: 2,5 m de espesor.

Materiales marginales utilizados:

Materiales yesíferos en trazado con alto contenido en sulfatos y baja densidad. Tensiones admisibles 1-4 kg/cm2. Dos tipos: Yesos blancos y grises y limos yesíferos de fondo de valle

Características más relevantes:

Tipo Características

Yesos blancos y grises Sulfatos > 20% Tensiones admisibles: 2-4 kp/cm2

Limos yesíferos de

fondo de valle

Sulfatos > 20% Tensiones admisibles: 1-1,5 kp/cm2

Zona de colocación:

Tipo Zona

Yesos blancos y grises Núcleo

Limos yesíferos de fondo de valle Cimiento

Disposición empleada:

-Yesos blancos y grises 1. A más de 1 metro de coronación, con geomembrana impermeable bajo dicha coronación. 2. A más de 30 cm sobre el terreno natural.

Tongadas:

-Yesos blancos y grises De 25 cm, con un tamaño máximo de material de 2/3 de dicho espesor

Forma de compactación:

-Yesos blancos y grises Con pata de cabra

Comportamiento posterior: Sin datos posteriores Observaciones: En el caso de los yesos blancos y grises, imprescindible que el agua no penetre en el núcleo.

En el caso de los limos de fondo de valle, es necesaria su recompactación.

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3.1.2.- Autovía del Olivar: Tramo enlace Oeste de Baeza-enlace Norte de Puente del Obispo

Contexto general Durante el año 2009 la Consejería de Obras Públicas y Transporte de la Junta de Andalucía adjudicó a Sacyr la construcción de uno de los 18 tramos en los que había dividido la denominada autovía del Olivar, concretamente el tramo que discurría entre los términos municipales de Baeza y Puente del Obispo, en Jaén (Figura 3-7; Ramírez Rodríguez y García Santiago, 2013).

Figura 3-7. Autovía del Olivar (Ramírez Rodríguez y García Santiago, 2013).

Este proyecto planteaba estabilizar con un 2% de cal viva (CaO), 130.000m3 de materiales de la traza calificados como marginales según el PG-3, con el objeto de aprovechar los mismos, que no tuvieran que ser enviados a vertedero y evitar la afección medioambiental derivada de la apertura de préstamos y canteras.


Los materiales marginales que se encontraban a lo largo de la traza, estaban formados principalmente por margas grises con baja capacidad portante (CBR<3), altos hinchamientos (HL>3) y una baja densidad tras compactación. Todo ello hacía ver que se trataba de un material de mala calidad geotécnica. Las características geotécnicas eran las que se recogen en la Tabla 3-1:



VALOR MEDIO DE:

CBR (%) 95 % PN

100 % PN

1,95 3,24

IP 20,93

Densidad (g/cm3) 1,48

Hinchamiento libre (%) 3,38

Contenido en sulfatos (%) 0,05

Contenido en yesos (%) 0,14

Tabla 3-1. Características de los materiales (Ramírez Rodríguez y García Santiago, 2013).

La estabilización prevista se debía realizar mediante recicladora, en tongadas de 30 cm de espesor y compactado con rodillo liso. Una vez acabada la capa, el valor del CBR debía ser como mínimo de 6 y la densidad seca obtenida en campo, como mínimo del 95% del ensayo Próctor Modificado. La plasticidad debía reducirse por debajo de 15.

Por razones económicas, logísticas y medioambientales Sacyr investigó distintos tratamientos alternativos a la cal. Concretamente se investigó la posibilidad de reducir el consumo de cal, combinando su uso, en una proporción inferior al 2% que planteaba el proyecto original, con dos tipos de residuos puzolánicos, abundantes en la zona: las escorias de biomasa y las cenizas y escorias de central térmica. La composición química de cada uno de estos materiales se recoge en la Tabla 3-2:

ANÁLISIS QUÍMICO (%)

Cenizas central térmica

Escoria central térmica

Escoria de biomasa

Na2O 0,22 1,18 1,32

MgO 1,68 1,64 5,037

Al2O3 29,7 29 4,82

SiO2 48,7 51,2 27,87

P2O5 1 0,83 4,25

SO3 0,01 0,02 0,631

Cl 0 0,013 0,281

K2O 0,59 0,55 18,92

CaO 6,2 6,8 34,01

TiO2 1,57 1,55 0,38



ANÁLISIS QUÍMICO (%) MnO 0 0 0,0663

Fe2O3 4 4,6 2,261

NiO 0 0 0

CuO 0 0 0,0444

ZnO 0 0 0,0162

Br 0 0 0

Rb2O 0 0 0,0072

SrO 0 0 0,0611

Y2O3 0 0 0

ZrO2 0 0 0,0179

BaO 0 0 0

WO3 0 0 0

PbO 0 0 0

P.F 4,9 2,5 0

Tabla 3-2. Análisis químico de los materiales (Ramírez Rodríguez y García Santiago, 2013).

Trabajos realizados

Con el fin de contrastar los resultados de esta nueva alternativa se decidió ejecutar un tramo experimental en uno de los ramales del enlace Norte de Puente del Obispo (Figura 3-8 y Figura 3-9).

Figura 3-8. Ramales de prueba en el enlace norte en el Puente del Obispo. Eje 6-glorieta oeste

(Ramírez Rodríguez y García Santiago, 2013).



Figura 3-9. Alzado en el enlace norte en el Puente del Obispo. Eje 6-glorieta oeste (Ramírez

Rodríguez y García Santiago, 2013).

-En el tramo 1, se sustituyó un 1% de cal por un 4% de escorias de biomasa. Porcentajes mayores de escoria de biomasa, si bien se ensayaron a nivel de laboratorio dando mejores resultados, no se experimentaron a nivel de tramo de ensayo por no ser una solución económicamente rentable.

-En el tramo 2 también se sustituyó un 1% de cal por un 1% de ceniza de central térmica.

-El tramo 3 se ejecutó conforme a la solución de proyecto, es decir, estabilizando el material marginal con un 2% de cal viva.

-Finalmente en el tramo 4 se sustituyó un 1% de cal por un 2% de cenizas de central térmica.

La siguiente tabla (Tabla 3-3.-) muestra los resultados obtenidos de dichos tramos de prueba:

MUESTRA

LÍMITES DE ATTEMBERG CBR

PROCTOR MODIFICADO H.L.

(%) PH INICIAL LL LP IP DENS MAX

(t/m3) HUM OPT (%)

Marginal sin estabilizar

52,8 32 20,8 2,6 1,7 17,7 12,3 8

2% cal NP NP NP 63,8 1,68 18,6 1,3 12,1 1% cal 4% EB 42,3 35,4 6,9 39,1 1,69 16,8 4,4 10,3

1% cal 0,5% CT 0,5% ET

41,9 34,9 7 15,4 1,71 18,5 4,1 10,7

1% cal 1% CT 1% ET 40,8 34,6 6,2 37,6 1,71 16,5 2,2 10,4

Tabla 3-3.-Resultados de los tramos de prueba (Ramírez Rodríguez y García Santiago, 2013).



En cada uno de los tramos de prueba anteriores se probaron distintos procedimientos de ejecución que se diferenciaron básicamente en la maquinaria utilizada para el mezclado del suelo con los estabilizadores usados. Se probó una recicladora remolcada, la Wirtgen 2500 y rodillo de pata de cabra, que a la vez que mezclaba el suelo con la cal, conseguía la compactación del conjunto. Según los autores, los tres sistemas demostraron ser válidos , pero por cuestiones de rendimiento y de mejora en la disgregación final conseguida, optaron por la Wirtgen 2500 (Figura 3-10).

Figura 3-10. Compactador de pata de cabra (izquierda) y Wirtgen 2500 (derecha). (Ramírez

Rodríguez y García Santiago, 2013).

Análisis de los resultados

Los resultados de los ensayos anteriores muestran que la solución que más se acercaba a la solución inicial (2% cal), es la que proponía sustituir un 1% de cal por un 2% de residuos de térmicas (50% ceniza y 50% escoria). Los valores obtenidos cumplían ampliamente los valores exigidos en proyecto. Por todo lo anterior, fue la solución finalmente elegida para la estabilización de parte del terraplén de la autovía.


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Nombre de carretera: Autovía del Olivar:

Tramo: Enlace Oeste de Baeza-enlace Norte de Puente del Obispo.

Provincia: Jaén.

Año: 2009 (adjudicación de la obra)



Margas grises de baja capacidad portante, hinchamientos altos y baja densidad tras compactación.


1. Hinchamiento libre: 3,38% 2. Densidad: 1,48 g/cm3



Tramo Tratamiento

1 Tratamiento con 1%cal+4% escorias de biomasa

2 Tratamiento con 1%cal+1% ceniza de central térmica

3 Tratamiento con 2% cal

4 Tratamiento con 1%cal+2% ceniza de central térmica

Tongadas:


Comportamiento posterior: La del tramo 4 fue la solución más cercana a la del Proyecto y la que se adoptó, ya que cumplía ampliamente los requisitos

Observaciones: En Proyecto estaba previsto estabilizar tongadas de 30 cm, que después de compactadas con rodillo liso debían cumplir las siguientes condiciones:

CBR ≥ 6 Densidad seca ≥ 95% PM IP < 15

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3.1.3.- Z-40. Tramo: Ronda Sur de Zaragoza

Contexto general

En 1999 se elaboró el proyecto de la Z-40 correspondiente al tramo de la Ronda Sur de Zaragoza. Las obras tuvieron comienzo en enero del 2000 y la puesta en servicio se llevó a cabo en mayo de 2003 (Rivera Blasco, 2005).

El siguiente mapa (Figura 3-11) muestra la localización del tramo en estudio

Figura 3-11: Ubicación de la obra (Rivera Blasco, 2005).


Este tramo atraviesa un terreno compuesto por materiales yesíferos. Las formaciones geológicas más importantes que se podían observar eran:

-Mioceno formado por yesos alabastrinos. También se podían observar algunas margas yesíferas. Como características principales de estos materiales se puede decir que se trataba de materiales con una buena estabilidad en taludes acusados, con una buena capacidad portante. El material era poco ripable debiendo utilizar voladura para su excavación. El contenido en sulfatos era superior al 20%.

-Aluvial-coluvial formado por limos y arcillas. Se trata de suelos arcilloso-yesíferos plásticos. Son terrenos de mala calidad no aptos como soporte ni cimentación. El contenido en sulfatos era superior al 20%.

Teniendo en cuenta estas propiedades de los materiales y aplicando las normas del PG-3 llegamos a que se trata en ambos casos de materiales marginales. Esta es la disposición de los materiales en el terreno (Figura 3-12):



Figura 3-12: Disposición de los materiales (Rivera Blasco, 2005).

Trabajos realizados

Para el empleo de estos materiales se tomaron las siguientes precauciones:

Los limos de fondo de valle se eliminaron enviándolos a vertedero ya que no servían como cimiento. En su lugar se colocó un relleno granular sobre el que se colocarían los yesos alabastrinos formando el núcleo. La cota superior del núcleo debía quedar como mínimo 0,5 metros por debajo de la coronación. La impermeabilización del núcleo se llevó a cabo con un geotextil termosoldado tratado con una película de polipropileno con un solape de 20 cm unido con cinta asfáltica. Los espaldones se ejecutaron con material yesífero con un espesor de cómo mínimo 4 metros. La superficie impermeabilizada fue de 300.000 m2 con un volumen de yesos empleados de 3 millones de m3. La altura máxima alcanzada por el terraplén de yesos fue de 12 metros. Esta es la sección tipo del terraplén de yesos (Figura 3-13):

Figura 3-13: Sección tipo (Rivera Blasco, 2005).

En los esquemas de la Figura 3-14 se aprecia el detalle de la colocación del geotextil en la zona de espaldones:



Figura 3-14: Detalles de construcción de la sección tipo (Rivera Blasco, 2005).

Como ya se ha dicho en los trabajos de excavación fue necesario el uso de voladura debido a la baja ripabilidad del material. Los bolos más grandes fueron retirados para su empleo en algún otro trabajo o para enviarlos a vertedero. Los materiales limo-arcillosos se eliminaron directamente.

En cuanto a los trabajos de extendido se ejecutaron tongadas de 40 cm con un tamaño máximo de material igual a las 2/3 partes del espesor de la tongada. Los taludes empleados tenían una pendiente 3/2.

Para la compactación de las tongadas se empleó un rodillo compactador de pata de cabra.

Aparte de la ejecución de tramos de prueba se llevó un control exhaustivo de los asientos.

Este es el aspecto de la obra finalizada (Figura 3-15):



Figura 3-15: Obra finalizada (Rivera Blasco, 2005).

No se tienen datos sobre el posterior comportamiento del terraplén.


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Nombre de carretera: Z-40.

Tramo: Ronda Sur de Zaragoza.

Provincia: Zaragoza.




Taludes: 3H/2V.

Espaldones: 4 m de espesor.


Materiales yesíferos en trazado con alto contenido en sulfatos. Yesos alabastrinos y margas yesíferas.


1. Sulfatos > 20%. 2. Buena capacidad portante

Zona de colocación: Núcleo y espaldones.


3. A más de 0,5 m bajo coronación 4. Geomembrana impermeable bajo coronación (solape 30 cm)

Tongadas:

5. Tongadas 40cm (tamaño máx. material=2/3)


6. Compactación con pata de cabra

Comportamiento posterior: Sin datos. Observaciones: En el trazado había limos y arcillas yesíferos de fondo de valle, que se eliminaron enviándolos a vertedero y se sustituyeron por material granular.

Se llevó a cabo un control exhaustivo de asientos (no se dispone de los datos).

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3.1.4.- Autovía de la ruta del Toro

Contexto general

La construcción de la autovía A-381 Jerez-Los Barrios, en Cádiz, (Ruta del Toro) comienza en el año 1997. En este texto en particular nos centraremos en los tramos IV y V, de titularidad de la Junta de Andalucía, que discurren en la práctica totalidad de sus trazados por el Parque Natural de los Alcornocales, en la provincia de Cádiz (Atienza Díaz, 2007).

El hecho de que el trazado transcurra por el Parque Natural imposibilita abrir zonas de vertedero y préstamo en el interior de sus límites. Ello obliga a ir a zonas exteriores, lo cual incrementa enormemente el coste. Debido a esta razón se lleva a cabo el estudio de los propios materiales de la traza para su empleo en los rellenos de los terraplenes.


Los suelos a estabilizar son fundamentalmente margas o arcillas margosas, silicatos laminares del grupo de las esmectitas (montmorillonitas) con índices de plasticidad elevados y potencial expansivo muy alto. El contenido de finos es también, en general bastante elevado y los índices CBR muy bajos, con valores en el entorno de la Tabla 3-4:

TRAMO IV TRAMOV

% Pasa tamiz 0.008 UNE 14.2-90.5 11,8-86,5

Límite Líquido 26.7-63.8 30,6-58,6

Índice Plasticidad 5.1-28.4 15,3-32,6

CBR a 4 días (95%) 0.9-16.4 0,8-27,8

% SO3 0.00-0.56 0,00-0,62

% Hinchamiento Libre 0.00-8.0 0,2-17,2

Tabla 3-4. Características de los materiales (Atienza Díaz, 2007).

Estos suelos son clasificados como marginales. Para su empleo como relleno se optó por estabilizarlos con cal viva (óxido de calcio).

Trabajos realizados

En primer lugar se procede a la excavación y puesta a punto de la superficie sobre la que se va a colocar el material de relleno. Posteriormente se procede al vertido del material a estabilizar, el cual formará el núcleo del relleno. Este material se extiende con bulldózer o motoniveladora. Una vez colocado se riega hasta conseguir la humedad óptima de compactación. Seguidamente se pasa la estabilizadora la cual mezcla la cal (la dosificación de referencia para la cal es un 2%) con el material en todo el espesor de la tongada. Para el tramo IV se empleó una estabilizadora HAMM-RACO 550 y camión HAMM PANIEN para extender la cal, mientras que en el tramo V se utilizó una estabilizadora WIRTGEN y tractor con dosificador PANIEN (Figura 3-16).



En función del tamaño de los terrones de arcilla que quedan tras el paso de la estabilizadora se realizan una o dos pasadas para conseguir una buena disgregación. Por último una vez estabilizado el material se pasa la niveladora, y se procede a la compactación de la tongada, cuyo espesor máximo es de 30 cm. por capacidad de la maquinaria.

Figura 3-16: Wirtgen y Panien en Tramo V y Hamm-Raco y Hamm-Panien en Tramo IV (Atienza Díaz, 2007).

En zonas especiales, como trasdoses de obras de fábrica, en las que por su reducida extensión no ha sido posible el empleo de la maquinaria necesaria, se ha recurrido a la estabilización del material en el lugar de extracción, y a su posterior colocación en obra del material ya estabilizado, con lo que se obtiene una buena homogeneidad.

Parámetros controlados y resultados

- El C.B.R. del material estabilizado ha aumentado desde valores 1-3 antes de estabilizar a 18-55 después de estabilizar a los siete días.

Para comprobar la homogeneidad en la dotación de cal se ha tomado, una vez compactada la tongada, una muestra en los 15 centímetros más superficiales de la misma, y otra en los 15 centímetros más profundos. Sobre ambas muestras así tomadas, se ha determinado el pH y el contenido de cal. Se ha observado que al aumentar el pH, el contenido de cal aumenta, y a la inversa. Como resultado se ha obtenido una gran homogeneidad en profundidad. Esto da como lectura final que la maquinaria empleada ha sido adecuada para el caso.

- El índice se ha conseguido reducir en líneas generales de 20-23 a 5-10 anulándose, incluso la plasticidad en muchos de los casos analizados.

- En cuanto al hinchamiento se puede decir que de media se reducido del 5% al 1%.

- Asimismo se produce un cambio en cuanto a la granulometría, reduciéndose el contenido de finos del orden del 50% tras la estabilización con cal.


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Nombre de carretera: Autovía A-381 Jerez-Los Barrios

Tramo: Autovía de la ruta del Toro

Provincia: Cádiz.

Año: 2004-2006 (puesta en servicio)


Altura máxima:

Taludes:

Espaldones:


Margas y arcillas margosas muy plásticas y expansivas.


1. Índice de plasticidad (IP): ~22 2. Hinchamiento libre (HL): ~ 5% Zona de colocación: Núcleo.


3. Estabilización con cal viva (2%) en tongadas de 30 cm máximo

Tongadas:

4. Tongadas 30cm máximo.


5. Sin datos

Comportamiento posterior:

El IP se reduce desde 20-23 hasta 5-10.

El HL se reduce de un valor medio de 5% al 1%.

El CBR del material estabilizado aumenta desde 1-3 hasta 18-55 a los 7 días.

Observaciones:

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3.1.5.- Tramo II de la M-45

Contexto general En 1998 el consorcio formado por Cintra, sociedad formada por el Grupo Ferrovial para la licitación y gestión de concesiones de infraestructuras de transporte, y ACS resultaron adjudicatarios de la concesión del tramo II de la futura M-45, en Madrid (puesta en servicio de la M-45 en 2002). El proyecto incluía la construcción de 14,5 km de nueva autopista en tres carriles por doble sentido, la ejecución de 6 enlaces y las correspondientes vías de servicio, además de la colocación de una capa de rodadura de tipo drenante (www.ferrovial.com).


Para la ejecución de los terraplenes se emplearon arcillas sepiolíticas de alta plasticidad. Las propiedades geotécnicas de los materiales son las que se recogen en la Tabla 3-5 (Castanedo Navarro):

Niveles de arcilla sepiolítica

Niveles sepiolíticos

Plasticidad

Límite líquido (%) 49-97 92-162

Límite plástico (%) 32-70 56-117

Índice de plasticidad (%) 13-43 20-83

Densidad seca (t/m3) 0,7-1,1 0,7-0,85

Resistencia a compresión simple (Kp/cm2) 0,34-3,8

Resistencia al corte sin drenaje (Kp/cm2) 0,1-0,2

Deformabilidad edométrica

Índice de poros inicial 1,05-3,03

Índice de compresión 0,1-0,33

Componentes secundarios

Sulfatos SO3 (%) 0,01-0,1

Carbonatos CO3 (%) 0,35-24

Cohesión efectiva (Kp/cm2) 0-1

Ángulo de rozamiento interno (º) 30-48

Expansividad Presión de hinchamiento (Kp/cm2) 0-0,2 0,01-1,7

Tabla 3-5. Propiedades de los niveles de arcilla sepiolítica y de los niveles sepiolíticos (Castanedo Navarro).

- Contenido en finos variable del 23-99,5%. El predominio arenoso de algunas muestras es debido a la existencia de litificación o cementación por sílice en las



arcillas, lo que hace que con un cuarteo y machaqueo normal de laboratorio no se consiga los tamaños arcilla.

Puesta en obra de los materiales

Para la puesta en obra de los materiales se procede a la estabilización mediante cal siguiendo el siguiente procedimiento:

- Se trabaja en vía húmeda con un rango de humedades en el tramo de la óptima Próctor + 2 a la óptima Próctor + 6 a 8. Esto facilita la garantía del mejor mezclado de la cal, ya que la misma puede disolverse en mayor contenido de agua.

- Se realiza el mezclado y disgregación de la arcilla mediante pata de cabra y arado de volteo.

- Se limita el porcentaje de tratamiento de cal a valores inferiores al 4%, de forma que quede garantizado que no quede dentro de la estructura del suelo tratado porcentajes de cal libre o sin reaccionar que puedan luego afectar a la estabilidad del suelo, si luego por el mismo discurren aguas selenitosas, etc.

Maquinaria empleada

La maquinaria para la colocación de este suelo tratado deberá ser:

- Para el extendido de la tierra, un bulldózer de cadenas (Figura 3-17).

Figura 3-17: Extendido de la tierra (Castanedo Navarro).

- Para el extendido de la cal, la misma cisterna en que se suministre, con un dosificador trasero de aire comprimido (Figura 3-18). Las máquinas especiales de extendido presentan el inconveniente de que retrasan el proceso y sueltan mucho polvo de cara a la atmósfera.



Figura 3-18: Extendido de la cal (Castanedo Navarro).

- Mezclado y trituración mediante pata de cabra (Figura 3-19).

Figura 3-19: Mezclado y trituración (Castanedo Navarro).

- Volteo de la capa para regularizar el mezclado, mediante arado de volteo o grada de rejas.

- Cuba para la humectación de la capa.

Trabajos realizados

El material procedente de desmonte se extenderá con el bulldózer de cadenas. Posteriormente se procede al extendido de la cal (el objetivo de la cal más que el de estabilizar, era el de reforzar la matriz arcillosa con una cementación adicional) en cuantía definida por metro cuadrado y en dos pasadas. Por tanto, en esta fase se realizaría únicamente la primera pasada. Seguidamente se realizará una pasada de cuba de agua con volquete a presión máxima que permita una en un ancho de 15 m. Inmediatamente detrás de la cuba, una pasada simple de la pata de cabra para el primer mezclado de la cal con la arcilla y el agua. Tras esta operación se realizará otra pasada de cuba e inmediatamente detrás, una pasada doble (o dos pasadas simples) de pata de cabra. Una vez hecho esto se pasará el arado de volteo, grada de rejas o vertederas, para elevar a superficie el material de fondo de tongada. Esta secuencia se volverá a repetir, es decir, realización de la segunda pasada de la dosificadora de cal, realización de una pasada de cuba realización de una pasada simple de pata de



cabra, realización de una pasada de cuba realización de una pasada doble de pata de cabra.

El aspecto de la sección transversal con los correspondientes porcentajes de cal en cada zona se recoge en la Figura 3-20:

Figura 3-20: Sección transversal (Oteo, 2007).

Resultados

Los resultados correspondientes a los módulos de deformación se muestran a continuación (Figura 3-21):

Figura 3-21: Distribución de los valores del módulo Ev2 en los ensayos de arcillas sepiolíticas tratadas con cal de M-45 tramo II (Domingo et al, 2000).

Tras la compactación se obtuvo una densidad seca media de 0,9 t/m3.

El espesor de las tongadas tras compactación fue de unos 26 cm.

Los ensayos de huella a las 24 horas daban resultados inferiores a 5 mm.


75



Nombre de carretera: Autovía M-45

Tramo: Tramo II

Provincia: Madrid.



Altura máxima:

Taludes:

Espaldones:


Arcillas sepiolíticas de alta plasticidad


1. Finos: 23-99,5% 2. LL: 49-162% 3. IP: 13-83 4. Densidad seca: 0,7-1,10 t/m3 5. Hinchamiento: Presión de hinchamiento (pH)= 0-1,7 kp/cm2 ( valor medio: 0,69 kp/cm2) Zona de colocación: Núcleo, cimiento y espaldones.


6. Extendido de la tierra con buldózer. 7. Estabilización con cal (2,4% en espaldones y cimiento, 1,8% en núcleo). 8. Extendido de la cal con dosificador traser de aire comprimido en la misma cisterna. 9. Colocación del lado húmedo, con humedad entre +2 y +8 Próctor

Tongadas:

10. Tongadas 30 cm.


11. Compactación con pata de cabra


Ev2> 100 Mpa

Densidad seca media = 0,9 t/m3

Espesor final tongada= 26 cm

Ensayo huella (a las 24 horas) < 5 mm

Observaciones:

76



3.1.6.- Tramo I de la M-45

Contexto general

La M-45 es una carretera de la comunidad de Madrid realizada en régimen de concesión que une la N-II con la N-V y fue inaugurada el 14 de marzo de 2002. El tramo I es el que une la N-II con la prolongación del Eje de O´Donnell y tiene una longitud de 14,7 km. Debido al volumen de materiales tanto de desmonte como terraplén requeridos para la obra, se estudió la opción de aprovechamiento de los materiales clasificados como inadecuados que aparecían en la traza (Sahuquillo Moragón et al., 2002).

Figura 3-22. Obras de ejecución del tramo I de la M-45 (Sahuquillo Moragón et al., 2002)


Los materiales que atraviesa la traza están constituidos por un sustrato de yesos masivos sobre los que asientan las arcillas yesíferas. El estrato superior está formado por arcillas grises con presencia de sílex y sepiolita, denominadas peñuela, recubiertas por una capa de reducido espesor de limos de alta plasticidad (glacis), todos ellos correspondientes a la Facies Central del Mioceno de Madrid, caracterizados por la normativa vigente en el momento de analizar el estudio (artículo 330 del PG-3/75) como materiales inadecuados. Las características de los citados materiales se muestran en la Tabla 3-6:



Yesos masivos

Arcillas yesíferas

Limos da alta plasticidad (glacis)

Peñuela (arcilla gris)

Contenido de finos

60,7±15,3 52,4±16,8 77,5±20,9

LL

63,9±17,5 75,4±19,4 83,7±20,9

LP

25,3±6,3 43,4±8,4 44,6±11,4

Humedad natural (%) 7,57 19,8±5,5 35,1±19,4 42,2±13

Densidad seca (t/m3) 1,89 1,66±0,22

1,24±0,18

Densidad aparente (t/m3) 2 1,93

1,73±0,13

Dmax del P.N. (%)

1,5±0,11 1,19±0,22 1,18±0,17

Wopt del P.N. (%)

22,6±4,9 37,9±10,5 38,4±10,4

CBR (95%)

3,1±2,7 5,1±3,1 4,4±3,3

CBR (100%)

4,6±3,8 7,20±4,6 5,6±3,9

Hinchamiento CBR (%)

3,94±2,44 4,1±4,19 5,42±2,91

Hinchamiento edómetro (%)

5,55±3,28

Sales solubles

0,5 0,3 0,43±0,07

Materia orgánica

0,42±0,09 1,15±0,35 0,38±0,15

Sulfatos

2,12±5,04 0,04±0,09 0,01±0,02

USCS

CH MH MH-CH

Tabla 3-6. Características de los materiales (Sahuquillo Moragón et al., 2002).

En términos de valores medios, si comparamos la humedad natural, la plasticidad y la humedad óptima del ensayo Próctor Normal se llega a las siguientes conclusiones:

-En las arcillas yesíferas, la humedad natural se mantiene por debajo del LP y de la humedad óptima.

-En los limos de alta plasticidad es muy variable, aunque en general es inferior al LP y algo inferior a la humedad óptima.

-En las arcillas grises (peñuela) la humedad natural se mantiene por debajo del LP y por encima de la humedad óptima del ensayo P.N.

En la Tabla 3-7 se muestra la clasificación de los materiales según la normativa vigente en aquel momento (PG-3/75) y las propuestas de modificación de esa normativa (PG-3/94 y 96).



PG-3/75 PG-3/94 y 96

Arcillas yesíferas

Tolerable 33% Inadecuado 67%

Tolerable 33% Marginal 67%

Limos de alta plasticidad


Tolerable 9% Marginal 91%

Arcilla gris verdosa (peñuela)


Tolerable 12% Marginal 74% Inadecuado 14%

Tabla 3-7. Clasificación de los materiales (Sahuquillo Moragón et al., 2002).

Puesta en obra de los materiales

Las recomendaciones para la puesta en obra de los materiales son las siguientes:

-Compactar del lado húmedo (como mínimo un 2% por encima del óptimo), lo que puede exigir aumentar la humedad de los limos de alta plasticidad (glacis), en las arcillas yesíferas y nada en la peñuela. En cuanto a la densidad se recomienda llegar entre el 95% y el 98% de la P.N. La densidad aparente deberá ser como mínimo de 1,7 t/m3 medido in situ por el método de la arena o por el nuclear.

-Compactar con pata de cabra (Figura 3-23) con siete pasadas dobles y en tongadas de 30 cm de espesor máximo eliminando los bloques de sílex o carbonatos que pueden exceder, en su tamaño, los 2/3 de dicho valor.

Figura 3-23. Compactación con rodillo de pata de cabra (Sahuquillo Moragón et al., 2002).



-El núcleo deberá estar convenientemente encapsulado con espaldones, cimiento y coronación de material adecuado, inerte (no expansivo) e impermeable (entre 15 y 35% de finos). Además, el espesor será de 4 m en los espaldones y de 1 m en coronación y cimientos.

-No disponer los materiales en espesores superiores a 3 m. Donde la altura de terraplén implique disponer más altura, se dispondrá de una capa intermedia de material de características similares a los espaldones, de un metro de espesor (Figura 3-24, Figura 3-25).

Figura 3-24. Esquema de la sección transversal (Sahuquillo Moragón et al., 2002).

Figura 3-25. Extendido de capa del núcleo de sandwich (Sahuquillo Moragón et al., 2002).

Aparte de estas recomendaciones, estos son los materiales que se aconsejaron emplear y desechar:

-Los yesos masivos no se dispondrán como pedraplén. Se podrían emplear como todo uno yesífero si se detectase una proporción de arcilla o marga suficiente que asegure que los bolos de yeso queden totalmente envueltos. Como no se da esa condición se desaconseja su empleo.

-Las arcillas yesíferas que envuelven a las anteriores no deben emplearse por su contenido en sulfatos.



-Se desaconseja el uso de los limos de alta plasticidad por su baja densidad.

Por tanto la única unidad de posible utilización son las arcillas gris verdosas, peñuelas, eliminando la sepiolita en su totalidad.

Resultados obtenidos

La densidad aparente resultante de la compactación resultó ser en algunos casos inferior a la exigida.

El grado de compactación está por encima del 95%.

La humedad de compactación ha estado muy próxima a la óptima.

El asiento medio ha sido de 3 mm, con un máximo de 9 mm.

En el ensayo de huella, sólo en cinco de ellos (6,4%) se ha producido el rechazo de la capa realizada, lo que supone un buen comportamiento del material compactado.


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Nombre de carretera: Autovía M-45

Tramo: Tramo I.

Provincia: Madrid.



Altura máxima:

Taludes:

Espaldones: de 4 m.

Cimiento y coronación de 1 m.


Presencia de sepiolita y limos de alta plasticidad en trazado (peñuelas).

Características más relevantes: (valores medios)

1. Finos: 77,5%; LL: 83,7; IP: 39,1 2. Densidad seca: 1,24 t/m3; Densidad aparente 1,73 t/m3; Humedad óptima 38,4 3. Hinchamiento CBR: 5,42%

Zona de colocación: Núcleo.


Eliminación de la sepiolita de las peñuelas. Núcleo de peñuela en forma encapsulada, nunca en espesor superior a 3m (Para espesores superiores, separar cápsulas con al menos 1 m de material).

Tongadas:

4. Tongadas de 30 cm.


5. Compactación con pata de cabra con 7 pasadas dobles, del lado húmedo, con humedad +2% Próctor

6. Densidad seca entre 95 y 98 Próctor; Densidad aparente mínima 1,7 t/m3.


Densidad aparente a veces inferior a la exigida.

Grado de compactación > 95%.

Humedad próxima a la óptima.

Asiento medio de 3 mm; Asiento máximo de 9 mm

Observaciones:

Las arcillas yesíferas no se usan por elevado contenido en sulfatos. Los limos de alta plasticidad no se usan por su baja densidad. Las peñuelas solo usarlas eliminando totalmente la sepiolita.

82



3.1.7.- Autopista M-50 y R-4

Contexto general En el año 2000 el ministerio de fomento de Madrid adjudicó la construcción, conservación y explotación de la autopista de peaje R-4 y el tramo de la M-50 comprendido entre la N-II y M-409 en Madrid (Simic, 2007).

Figura 3-26: Ubicación de la obra (Simic, 2007).


El suelo atravesado por la traza tenía la siguiente composición:

1. El 50 % pertenecía a suelos marginales.

2. El 35 % eran suelos marginales por su contenido en yesos

3. El 10 % suelos tolerables y adecuados.

4. El restante 5 % como suelos inadecuados.

Los suelos están compuestos por yesos masivos, tableados y nodulares con intercalaciones de arcillas, arcillas yesíferas (arcillas y arenas micáceas con yeso secundario y diagenético), peñuelas (arcillas de color verde y grisáceo carbonatadas) y arcillas esmectíticas (arcillas versicolores con niveles de sílex, dolomías y sepiolita) (Simic, 2007).

Las distintas unidades geotécnicas se ajustan en regiones más o menos definidas de la carta de plasticidad de Casagrande, tal como se muestra en la Figura 3-27, en la que se puede observar como aumenta la plasticidad a medida que hay un desplazamiento de las unidades inferiores (arcillas yesíferas) a las superiores (arcillas esmectíticas).



Figura 3-27: Distribución de los materiales en la carta de plasticidad de Casagrande (Simic, 2.007)

Esta correlación entre las distintas unidades geotécnicas, permite caracterizar su comportamiento geotécnico en función del límite líquido.

En la Figura 3-28 se tienen los valores de la densidad seca y humedad natural de las distintas unidades geotécnicas representadas en función del límite líquido.

El hinchamiento de los materiales presentes por la variación en el contenido de humedad en las arcillas yesíferas y la peñuela presentan valores muy bajos, mientras que en las arcillas esmectíticas se tienen valores muy apreciables de hinchamiento. El contenido de yeso en las muestras arroja valores en relación al 2 % de contenido en las muestras superficiales.

En relación a la utilización de cal, como el hidróxido cálcico en aquellos suelos con contenido de sulfatos, se debe tener mucho cuidado con la formación de etringita y taumasita, que producen grandes daños estructurales en el pavimento.

Las tres unidades geotécnicas se clasifican como materiales predominantemente marginales de acuerdo con la norma PG – 3, ya sea por la plasticidad, por el contenido en yesos o por la expansividad.

En la ejecución de los terraplenes con arcillas y limos arcillosos (peñuelas), la adición de cal en los mismos la realizaron con el fin de reducir la sensibilidad al agua de los materiales finos, siendo los efectos de su aplicación:

1. Reducción de la absorción de agua de las arcillas mediante la disminución de la humedad del suelo.

2. Modificación de la granulometría por floculación de las partículas de arcilla.

3. Reducción del índice de plasticidad.

4. Aumento de la resistencia del suelo a medio y largo plazo.

5. Reducción de los cambios volumétricos.



Figura 3-28: Relación densidad seca y humedad con límite líquido (Simic, 2007)

Trabajos realizados

El tipo de cal empleado es cal apagada, donde su aplicación se la realiza por medio de un camión dosificador, para luego ser regado por agua con un rango de variación de la humedad de -1 a +3 % por encima de la humedad natural del material.

Las tongadas de colocación y compactación del material son de 30 cm de espesor y la compactación se la realiza por medio de rodillos de pisones de alta velocidad con 6 pasadas dobles para la obtención de densidades superiores al 98 % del Próctor Normal, la sección transversal del terraplén es mostrado en la siguiente figura.

Como ejecución de explanadas, la primera capa de 30 cm de espesor está formada por arcillas estabilizadas in situ con un porcentaje de cal de 4,8 % en la M – 50 y de 3,5 % en la R – 4 y una segunda capa de 25 cm de espesor formada por suelos adecuados estabilizados in situ con un 4,5 % de cemento. En la Figura 3-29 se puede ver un esquema de la sección transversal.

Para la determinación de la cantidad de cal en la primera capa, los proyectistas han seguido los criterios fijados para suelos estabilizados tipo 2 (un contenido de cal mayor o igual al 3 %, e índice CBR a 7 días mayor o igual a 12).



Figura 3-29: Sección transversal del terraplén rutas R-4 y M-50 (Simic, 2007)

Conclusiones

El proceso de construcción de cada tongada no fue superior a tres horas, periodo en el cual comienza el fraguado del material.

Para el buen control de ejecución de las explanadas, la deflexión patrón máxima la fijaron en un valor de 2 mm, los valores en campo van entre 1,15 a 1,20 mm con un módulo de compresibilidad en el segundo ciclo de carga con valores superiores a los 120 MPa.

Para la segunda capa de aplicación, los criterios seguidos son similares al proceso anterior de la primera capa con un contenido de cemento mínimo del 3 % y una resistencia a la compresión simple a 7 días mayor a 1,5 MPa.


86



Nombre de carretera: Autopista M-50 y Radial R-4.

Tramo: Tramo de la M-50 comprendido entre la N-II y la M-409.

Provincia: Madrid.



Altura máxima:

Taludes: 2H:1V

Espaldones: de 2,5 m de espesor con cobertura vegetal de 0,25 m.

Cimiento: de 1 m de espesor.


Suelo atravesado compuesto por 85%suelo marginal y 5% suelo inadecuado. Arcillas yesíferas, peñuelas y arcillas esmectíticas.

Características más relevantes: (valores medios)

1. LL= 30-110% 2. Humedad= 10-60% 3. Densidad seca= 1-2t/m3



Última capa de núcleo de 0,6 m de espesor. Núcleo: adición de cal en 1%; Última capa de núcleo: adición de 2% de cal. Coronación: suelo estabilizado con 4,5% cal.

Tongadas:

4. Tongadas de 30 cm.


5. Compactación del núcleo con pata de cabra al 98% PN. 6. Coronación: suelo estabilizado con 4,5% cal, compactado con rodillo lso al 98% PN. 7. Compactación de la coronación con rodillos de pisones de alta velocidad con 6 pasadas dobles al

98% PN.


Las deflexiones medidas en campo oscilan entre 1,15 y 1,2 mm. La resistencia a la compresión simple a 7 días es superior a 1,5 MPa.

Observaciones:

Cal empleada: apagada. Regar con rango de variación de la humedad de -1 a +3 % por encima de la humedad natural del material. Cimiento estabilizado in situ. 30 primeros cm con 4,8% cal en M-50 y 3,5% cal en R-4 y los siguientes 25 cm con 4,5% cemento.

87



3.1.8.- Autopista Bilbao-Behobia

Contexto general La denominada como autopista Bilbao – Behobia es un tramo de la autopista A-8 o autopista del Cantábrico que transcurre por las provincias de Vizcaya y Guipúzcoa. Este tramo, que a su vez se subdividió en otros tramos para su construcción, se terminó en diciembre de 1974 con la finalización del tramo San Sebastián – Behobia. Para la construcción de la autopista Bilbao – Behobia, se emplearon materiales arcillosos que en principio estaban destinados a vertedero para la ejecución de núcleos de terraplén empleándolos en modo “sándwich” (Parra Arraya, 2012).

La característica de los rellenos tipo sándwich radica en el uso de capas arcillosas intercaladas por medio de capas granulares que permiten el drenaje de la humedad de la arcilla y la puesta en funcionamiento de la maquinaria por encima de la arcilla, así mismo el peso del propio relleno induce a producirse la consolidación del material, con espesores de las capas de arcilla de valores no superior a los 3 m, esto por motivos del tiempo de consolidación del material.

La autopista Bilbao – Behobia presentaba características de desmonte y relleno, que en época de lluvias era muy difícil el uso de materiales arcillosos por el aumento de la humedad natural y el tipo de rocas que en estado sano resultan ser duras y asimilables a un suelo arcilloso cuando están meteorizadas, es por estos motivos que los proyectistas decidieron la utilización de los rellenos tipo sándwich, especialmente en el relleno de la Vaguada del Caño C – 438 y el relleno de Errotazar.

Caracterización de los materiales y trabajos realizados

a) Vaguada del Caño C – 438

El relleno de la Vaguada del Caño tiene una longitud de 200 metros y una altura de 35 metros, la cual se diseñó para el cruce de una vaguada por la cual circula agua de manera continua.

El material disponible para la construcción del terraplén proviene del producto de la excavación de un desmonte que contiene roca meteorizada de arcilla con algo de arena y grava, durante la construcción del terraplén tomaron muestras alteradas e inalteradas de la arcilla, mostrándose sus propiedades índice y resultados de la resistencia al corte en las tablas siguientes (Tabla 3-8 y Tabla 3-9):



Propiedades índice

Granulometría (%) Límite líquido

Índice de plasticidad

Próctor modificado Humedad natural (%) Grava Arena Arcilla Dmax

(g/cm3) Wopt (%)

14 15 71 35 17,5 1,92 12 22

Tabla 3-8. Propiedades índice de los materiales empleados en la Vaguada de Caño (Rodríguez, 1986).

Resistencia al corte-muestra remoldeada

Muestra Densidad seca (g/cm3)

Humedad (%)

Triaxial UU Triaxial CU

Cu kg/cm2 φ (º) Cu

kg/cm2 φ (º)

A 1,48 30 0,12 0 0,1 29

B 1,63 22 0,53 1 0,11 29

C 1,92 12 2,5 21 2,1 17,5

Tabla 3-9. Valores de resistencia al corte de los materiales empleados en la Vaguada de Caño (Rodríguez, 1986).

Con estos materiales el relleno constaba de dos metros de material arcilloso por uno de escollera, alcanzando una altura máxima de 15 m, colocando un contrafuerte de escollera en el pie en aquellos sectores donde se sobrepasaba esta altura, la sección transversal del terraplén se muestra en la Figura 3-30.

Figura 3-30: Sección transversal relleno Vaguada del Caño (Rodríguez, 1986).

Durante la construcción del terraplén no tuvieron ninguna incidencia en su ejecución, esto teniendo en cuenta que la humedad del material era superior a la del Próctor Modificado por un valor de 10 puntos. La maquinaria utilizada para la compactación de



la arcilla era de equipos montados sobre orugas y la compactación de la escollera por medio de rodillos vibratorios.

a) Errotazar

El relleno de Errotazar tiene una longitud de 300 m y una altura máxima de 17 m. El material para la ejecución de dicho relleno es un material arcilloso que aparece en la roca totalmente meteorizada con una humedad natural entre el 30 y 40 %, superior a la humedad óptima de compactación de 27 %, donde las propiedades de este material arcillosos se encuentran tabulados en las siguientes tablas (Tabla 3-10 y Tabla 3-11):

Propiedades índice

Límite líquido Límite

plástico

Índice de plasticidad

Próctor normal Humedad natural (%)

Dmax (g/cm3) Wopt (%)

70 34 36 1,42 27 30-45

Tabla 3-10. Propiedades índice de los materiales empleados en Errotazar (Rodríguez, 1986).

Resistencia al corte-Muestra remoldeada

Muestra Humedad Triaxial UU Triaxial CU

Cu (kg/cm2) φ (º) Cu

(kg/cm2) φ (º)

A 45 0,21 0 0 31

B 28 0,55 16 0,15 25

Tabla 3-11. Valores de resistencia al corte de los materiales empleados en Errotazar (Rodríguez, 1986).

Para la utilización de la arcilla decidieron construir un relleno tipo sándwich, en el cual las capas granulares estaban formadas por calizas y calizas arcillosas sanas.

El terraplén construido presenta las capas arcillosas con un espesor de 3 metros y las capas granulares con 1 metro de altura, la inclinación de los taludes es de 2 H: 1 V, donde con alturas superiores a los diez metros el relleno resultaba inestable, diseñándose para tal una escollera en el pie del talud que incrementara el factor de seguridad del talud, la sección transversal del terraplén del relleno de Errotazar se presenta en la Figura 3-31.



Figura 3-31: Sección transversal relleno Errotazar (Rodríguez, 1986).

La colocación de las capas arcillosas fue prácticamente de manera suelta (vertido), con una colocación de la capa de coronación de material granular en un espesor de 1,5 metros.

Conclusiones

Los asientos medidos fueron menores al proyectado, con un asentamiento total de 15 cm en un tiempo de consolidación de 3 meses. Una vez colocada la capa de pavimento, ésta no presentó anomalías en su comportamiento.

A continuación se adjunta una ficha resumen de los principales datos de esta obra

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Nombre de carretera: Autopista A-8 del Cantábrico.

Tramo: Autopista Bilbao-Behobia

Provincia: Vizcaya y Guipúzcoa.


Vaguada del Caño

Errotazar


Relleno de Vaguada del Caño C-348:

Altura máxima: 35 m. Longitud de 200 m.

Taludes:

Espaldones:

Relleno de Errotazar:

Altura máxima: 17 m. Longitud de 300 m.

Taludes: 2H/1V


Empleo de materiales arcillosos susceptibles al agua. Características más relevantes: Relleno de Vaguada del Caño C-348:

1. LL= 35; IP= 17,5 2. Dmax= 1,92 g/cm3 3. Wopt= 12%; Wnat= 22%


4. LL= 70; IP= 36 5. Dmax= 1,42 g/cm3 6. Wopt= 27%; Wnat= 30-45%

Zona de colocación: Núcleo. Disposición empleada: Relleno tipo sándwich. Relleno de Vaguada del Caño C-348:

7. Alternancia de capas de arcilla de 2 m de espesor con capa de material granular de 1 m, tanto por arriba como por abajo. Donde la altura de terraplén era superior a 15 m espaldón de escollera.

Tongadas:

8. Tongadas


Compactación de la arcilla con equipos sobre orugas y compactación de la escollera con rodillos vibratorios.


9. Alternancia de capas de arcilla de 3 m de espesor con capa de material granular de 1 m (calizas y calizas arcillosas sanas). Donde la altura de terraplén era superior a 10 m escollera de pie. Coronación de 1,5 m de material granular.


Asiento de 15 cm en un tiempo de consolidación de 3 meses.

El comportamiento posterior no ha presentado ninguna anomalía.

Observaciones:

Imprescindible la labor de la capas granulares que empaquetaban las arcillas para posibilitar el drenaje.

92



3.1.9.- Variante de Alcalá de los Gazules

Contexto general En la Variante de Alcalá de los Gazules, en la provincia de Cádiz, se analizaron arcillas del Mioceno Inferior, de aspecto esquistoso, conocidas localmente como arcillas de Jimena o Serie Base de las areniscas del Aljibe: arcillas con disyunción escamosa en corte fresco, poco o nada estratificadas y con una acusada policromía en cortes variados, principalmente rojos y verdes (Rodríguez Ballesteros).


El problema de la arcilla de Jimena es su alta expansividad debido a su elevado índice de plasticidad. La caracterización como “Suelos Marginales” se daba tras su saturación, por la reducción del CBR cuando el límite líquido superaba el 55-60% El material analizado presentaba las siguientes características en estado natural (Tabla 3-12):

Propiedad Arcillas de Jimena

Límite líquido 30-95%

Límite plástico 15-45%

Índice de plasticidad 10-50%

Tabla 3-12. Resultado de los ensayos de estado (Rodríguez Ballesteros)

En vista de este problema se realizaron ensayos de laboratorio en los que se midió el Potencial Expansivo y la Capacidad Portante (CBR) del material compactado con las energías del Próctor Normal y del Próctor Modificado para conocer cuáles eran las condiciones adecuadas de puesta en obra (Figura 3-32).

1,4

1,5

1,6

1,7

15 17 19 21 23 25 27 29

De

nsi

da

d s

eca

má

xim

a t

/m3

Humedad óptima %

Curva Próctor Normal

Figura 3-32: Ensayos Próctor Normal: valores medios. (Rodríguez Ballesteros)



Figura 3-33: CBR en muestra saturada compactada al 100% del P.N. (Rodríguez Ballesteros)

De la Figura 3-33 se desprende que las muestras compactadas al 100% PN alcanzan la capacidad mínima requerida en el PG-3 para núcleo de terraplenes (CBR > 3) cuando presentan valores del Límite Líquido (LL) inferiores a 40.

Trabajos realizados

Para la ejecución de los terraplenes se estabilizaron unos 2.500.000 m3, con dosificaciones del 2 y del 3% de cal viva en volumen, dependiendo de la plasticidad del material.

Para el establecimiento de la fórmula de trabajo se estableció un valor mínimo del CBR en laboratorio de 10, que fue ampliamente superado por los valores medidos en el material colocado en obra, donde se obtuvieron valores de este parámetro comprendidos entre 15 y 50.

A continuación se describe el proceso constructivo adoptado:

1- Preparación superficie de apoyo.

2- Extendido del suelo a estabilizar en capas de 40 cm, para que una vez compactadas se quede en 30cm. A su vez se eliminaron los gruesos y grumos superiores a 80 mm con anterioridad a la mezcla.

3- Comprobación de la humedad.

4- Extendido de la cal mediante un PANIEN u otro medio y en franjas con solape de unos 15 cm.

5- Mezclado del suelo con la cal mediante un RACO 550 u otro medio. Los grumos de la mezcla deberán ser inferiores a 20 mm, por homogeneización y posteriormente se deberá volver a nivelar y regularizar.

6- Compactación con la densidad de referencia: 95% del Próctor modificado

Como norma de buena práctica se dejaban todos los tajos perfectamente compactados y sellados al terminar la jornada, pues no hay que olvidar que el suelo recién estabilizado aumenta su permeabilidad.

Conclusión

El principal problema de las arcillas de Jimena es su elevado índice de plasticidad. Una manera de poder emplear estos materiales como núcleo de terraplenes es estabilizarlos con cal y realizando una adecuada compactación.

0

2

4

6

30 40 50 60 70 80 90

CB

R (

10

0%

P.N

.)

Límite líquido (%)

CBR-LL




Nombre de carretera: Variante de Alcalá de los Gazules Tramo: Provincia: Cádiz. Año: 2004-2005 (puesta en servicio) Características geométricas del terraplén: Altura máxima: Taludes: Espaldones: Materiales marginales utilizados: Arcillas muy expansivas. Arcilla de Jimena. Características más relevantes:

LL= 30-95 % LP= 15-45 % IP= 10-50 %

Zona de colocación: Núcleo. Disposición empleada:

Eliminación de tamaños superiores a 80 mm. Extendido de cal (2-3%) con solape entre pasadas de 15 cm.

Tongadas: Tongadas de 40 cm.

Forma de compactación: Compactación consiguiendo como mínimo el 95% de la densidad del Próctor Modificado. Comportamiento posterior: Sin datos

3.1.10.- Otros casos resumidos

En este apartado se citan brevemente algunos casos en los que se han empleado materiales marginales.

a) CN-340 en Xátiva (Valencia) (Morilla, 1994 y Castanedo, 2007)

Características de los materiales Los materiales atravesados eran mezclas de yeso y arcilla con porcentajes variados. Las arcillas son de plasticidad media con un límite líquido de 40 y un índice de plasticidad de 13. Se observa un claro predominio de illita y un contenido reducido de montmorillonita.

Puesta en obra

Para la puesta en obra se recomienda la compactación con rodillo vibrante y alta energía de compactación, en tongadas de 30 cm de espesor. Otra posibilidad sería el empleo de un rodillo pata de cabra con altura máxima de tongada de 20 cm. Asimismo se debe compactar del lado seco con una humedad del -2% con respecto a la óptima del ensayo Próctor.

b) Variante de la carretera M-307 en San Martín de la Vega (Castanedo, 2007)

Características de los materiales



Los materiales atravesados eran yesos masivos y cristalizados y yesos con intercalaciones margosas.

Puesta en obra

Para la puesta en obra se colocó el todo-uno de yesos en tongadas de 90 cm protegido por espaldones de 2,4 m de material tolerable. Los yesos se protegen con una lámina impermeabilizadora.

c) Autopista Burgos-Málzaga (Soriano, 2002 y Castanedo, 2007)

Contexto general

Construida en los años 1976 y 1977 en el tramo comprendido entre Burgos y Pancorbo.


El material consistía en una matriz arcillosa con porcentajes comprendidos entre un 30 y un 40% de yeso, con una granulometría predominante de grava.

Puesta en obra

La altura de los terraplenes oscilaba entre 3 y 30 m. Se construyeron sin especial protección y con una compactación muy cuidada, con tongadas de 30 o 40 cm de espesor. La compactación se hizo del lado seco y con rodillo vibratorio.

Resultados

Los terraplenes no han presentado ningún tipo de problema a largo plazo.

d) Terraplén de ensayo (Soriano, 2002)


Los materiales empleados para el terraplén de ensayo consistían en mezclas de margas y yesos en relación 60-40%, con un tamaño máximo de los bolos de yeso de 30 cm. Las tongadas eran de menos de 40 cm de espesor.

Resultados

El resultado fue E1>40 MPa y E2/E1>5 MPa con una fluencia apreciable de más de un 20% en un día. También presentó un colapso apreciable.

e) Autovía en la zona de Venta de Baños (Palencia) (Oteo, 1994)

Material empleado

Se utilizaron arcillas terciarias grisáceas, expansivas con algo de carbonatos.

Solución adoptada

Se utilizó una sección de tipo encapsulada, rodeando las arcillas con zahorras naturales con algo de finos (25-35 %), para conseguir un material bastante impermeable.


96



Nombre de carretera: CN-340 en Xátiva.

Tramo:

Provincia: Valencia.

Año:


Yesos y arcillas de plasticidad media con alto contenido de illita.

Características más relevantes: 1. LL= 40

2. IP= 13


Tongadas y forma de compactación:

3. Tongadas de 30 cm de espesor compactadas con rodillo vibrante. 4. Tongadas de 20 cm de espesor compactadas con pata de cabra.


Sin datos

Observaciones:

Compactar del lado seco.

Nombre de carretera: Autopista Burgos-Málzaga.

Tramo:

Provincia: Burgos.

Año: 1977 (puesta en servicio).


Altura máxima: Altura entre 3 y 30 m.


Atraviesa materiales arcillosos con presencia de yesos.

Características más relevantes: 5. Matriz arcillosa con 30-40% de yeso. Zona de colocación: Núcleo. Tongadas: 6. Tongadas de 30 ó 40 cm de espesor.


Compactación del lado seco y con rodillo vibratorio.


Buen comportamiento posterior.

Observaciones:

Nombre de carretera: Variante de la carretera M-307 en San Martín de la Vega.

Tramo:

Provincia: Madrid.

Año:


La traza atraviesa materiales yesíferos. Yesos masivos y cristalizados y yesos con intercalaciones margosas.

Zona de colocación: Núcleo. Disposición empleada:

El yeso se coloca en forma de todo-uno en tongadas de 90 cm protegido por una lámina impermeabilizadora.


Sin datos

Observaciones:

Nombre de carretera: Autovía en la zona de Venta de Baños.

Tramo:

Provincia: Palencia.

Año:


Arcillas terciarias grisáceas, expansivas con algo de carbonatos.

Zona de colocación: Núcleo. Disposición empleada: Sección de tipo encapsulada, rodeando las arcillas con zahorras naturales con algo de finos (25-35 %).


Sin datos.



Observaciones:

97



3.1.11.- Autopista de acceso al puerto de Tánger Med (Marruecos)

Contexto general

El proyecto de la autopista que sirve al puerto de Tánger Med, tiene una longitud de 54 km y prevé recurrir a la estabilización de suelos con cal para mejorar las actuaciones de la mayor parte de los movimientos de tierra. Esta técnica nunca ha sido adoptada antes en una autopista marroquí incluso menos con materiales evolutivos como los de tipo Marga endurecido.

El área del proyecto se caracteriza por su escasez de material natural noble, y por ello se decidió adoptar la solución de tratamiento con cal. Esta solución innovadora, además de su ventaja económica, la cual hizo posible reducir el coste del movimiento de tierras en más de un 60%, también ayudó a atenuar el impacto del proyecto sobre el medio ambiente.

Figura 3-34. Localización de la autovía

Justificación del tratamiento

En la ausencia de materiales granulares y respondiendo a las especificaciones requeridas, el personal del proyecto decidió utilizar el suelo estabilizado con cal en lugar de trabajar con materiales procedentes de canteras

-Justificación económica:

Se seleccionó la opción de tratamiento con cal por las siguientes razones:

• Valorización de materiales locales: este proceso permite el uso de materiales en lugar de recurrir a los materiales de préstamo que suelen ser más caros. Esta solución reduce al mismo tiempo la cantidad de materiales que se deben colocarse en vertedero.

•Reducción de los materiales enviados a vertedero: el uso de materiales locales reduce el costo del transporte y vertido.



-Justificación técnica:

Además del aspecto económico, el tratamiento tiene un interés ecológico, puesto que la valorización de los recursos materiales locales limita la apertura de las canteras y la de depósitos.

La composición de la mezcla se deberá realizar especificando la cantidad de agua óptima y mínima dosificación de cal que permitan garantizar un buen comportamiento del relleno.

Trabajos realizados

Durante la construcción de la autopista que sirve el puerto de Tánger Med, el proceso de tratamiento de materiales se realizó según un jornal de aproximadamente 2.500m3 que corresponde a aproximadamente 400 ml por día y forma.

En el plan de movimiento de materiales destinados al tratamiento, se lleva a cabo una acción mecánica y una acción térmica para transformar estos materiales semirocosos en suelos no cohesivos.

Esta actividad comienza con la exhibición al aire libre de los materiales durante varios días hasta que se experimenta una evolución natural; antes del riego y con el tráfico de los motores el suelo se fragmentado más. Al final de esta etapa, el suelo tiene el aspecto granular.

Las máquinas de fragmentación mecánica empleados son excavadoras, tractores con arados y compactador para apisonar y lograr reducir materiales a un molienda de hasta 0/20 mm. El pulido final de los materiales llega a un tamaño de 0/10 mm incluso 0/5 mm. La cantidad de agua necesaria es calibrada por medición del contenido en agua del suelo en el lugar. La humedad final oscila entre Wopt+1 y Wopt+2.

La cal usada es cal viva conforme a estándar NFP98-101. La cal se vierte mediante dos cisternas semi móviles equipadas con bombas de alimentación, que tienen filtros para reducir el rechazo del polvo. El período de almacenaje de la cal se limita a dos días para evitar su deterioro por el aire ambiente.

La cal se extiende en la superficie de la capa a tratar regulado previamente y delimitado para controlar la dosificación y la profundidad del tratamiento. El equipo de difusión es un esparcidor de medición gravimétrica, controlado en la tasa de avance; está equipado con un sistema que permite tener un coeficiente de la variación longitudinal y transversal inferior al 15%. El separador tiene faldas flexibles que canalizan la cal a la superficie de la tierra para ser tratada.

El amasado es asegurado por mezcladores con cobertura arbórea horizontal de una campana y permitiendo un mezcla homogénea entre la cal y los materiales para ser tratados en una profundidad de 35 cm.

La compactación de los suelos tratados está garantizada por un compactador que realiza 10 pasadas. La nivelación es controlada topográficamente para asegurarse de que su declive sea del 4%.

Para que este procedimiento fuese eficaz se acompañó de un control del agua contenido para calibrar las mejores aportaciones de agua.

Las operaciones de humidificación de materiales se realizan en la noche o temprano por la mañana para minimizar la evaporación inmediata. Tras la humidificación se compacta con un compactador liso sin vibrar para limitar la evaporación durante el día.



Problemas encontrados

Uno de los mayores problemas con el que se han encontrado ha sido la obtención de la granulometría necesaria para el tratamiento. Para llevar estos materiales de roca a una gama de granulometría 0/20 mm, el proceso adoptado consta con una transformación de los bloques de marga manteniéndolos varios días al aire libre, con una posterior humidificación para cambiar su contenido de agua y finalmente la acción de las máquinas de disgregación como niveladoras, rodillos con pies támpers y mezcladores; el pulido final de los materiales son satisfactorios. A final de este proceso se llega a un tamaño de 0/10 mm incluso 0/5 mm. Sin esta transformación de la granulometría del tratamiento No puede tener éxito en este tipo de materiales; Otro inconveniente sufrido fue el estado hídrico muy seco de materiales in situ antes del tratamiento. Para optimizar el consumo de agua, en particular durante el verano, la humidificación se hizo a la tarde-noche o muy temprano por la mañana. El viento del este que caracteriza a la zona de Tánger se levanta varias veces por mes y bloquea el funcionamiento del tratamiento durante varios días.

Conclusiones

El método de estabilización de los materiales con cal se pudo llevar a cabo en unas condiciones muy favorables de transitabilidad, compactación y homogeneidad. El resultado fue satisfactorio y no ha presentado anomalías posteriores.

Por otra parte el hecho de reducir la apertura de nuevas canteras y disminuir los volúmenes de material a enviar a vertedero junto con el ahorro que ello conlleva hace de este método un tratamiento a tener en cuenta en las siguientes obras en marruecos.

3.2.- EXPERIENCIAS DE UTILIZACIÓN DE NFU 3.2.1.- Duplicación de la carretera M-111 y Variante Fuente el Saz

Contexto general

En el año 2007 se construye uno de los accesos al Paso de Salomón, situado en el P.K. 4+730.862 de la carretera M-111 (Figura 3-35). Para la ejecución de los rellenos del citado acceso se decidió emplear neumáticos fuera de uso troceados alternándolos con capas de suelo (Botello Rojas et al., 2008).

El relleno seleccionado para ser construido con NFU troceados tiene algo más de 200 m de longitud, alcanza una altura máxima de 7,5 m y la anchura en coronación es de 8,8 m. Los taludes son de 2H: 1V. El tramo construido con NFU tiene una longitud de unos 100 m.



Figura 3-35. Localización del relleno con NFU (Botello Rojas et al., 2008).


El terreno en esta zona tiene el N.F. a 4,65 m de profundidad y muestra el siguiente perfil:

Unidad geotécnica 4: Limos y arcillas arenosas. Son capas de poco espesor. El porcentaje de finos es del orden del 10%, y el de arenas está por encima del 80%. En principio se trata de un suelo no plástico.

Unidad geotécnica 2: Terrazas. Gravas y arenas con cantos. Son depósitos cuaternarios de espesor variable y naturaleza granular. Son materiales no plásticos con un porcentaje de finos entre 4,5 y 8,5%. El valor de Nspt es de 73 a 3m de profundidad y de 47 a 6 m.

Unidad geotécnica 1: Arcosas blancas y fangos arcósicos. Se trata básicamente de toscos arenosos. El porcentaje de finos está entre un 34 y un 72%. El límite líquido es siempre menor de 10 y el índice de plasticidad varía entre 6 y 23. Se trata de terrenos poco plásticos. A partir de ensayos de corte se obtiene una cohesión de 0,1 MPa y un ángulo de rozamiento interno de 28-29º. La resistencia a compresión simple está entre 0,1 y 0,32 MPa. A lo largo de la traza se ha obtenido un valor de golpeo SPT superior a 45.

Trabajos realizados

La secuencia de colocación de los materiales en el terraplén fue el siguiente:

Después de colocar la primera capa de suelo se cubrió con un geotextil sobre el que se extendieron los NFU triturados. Esta primera capa de NFU presentaba una longitud de 105m y 2m de altura (Figura 3-36).



Figura 3-36: Construcción de la capa inferior de tiras de NFU (Botello Rojas et al., 2008).

Tras alcanzar esta altura de 2m se volvió a cubrir con geotextil y con una capa de suelo de 1,2m. Sobre esta capa de suelo se volvió a extender un geotextil y otra capa de NFU triturados de 1,2m de altura.

Ésta se volvió a cubrir con otro geotextil y con una capa de suelo de 1,5m de espesor. Estas capas se compactaron con rodillo de 10 toneladas y presión de compactación de 2,9 MPa (Figura 3-37, Figura 3-38 y Figura 3-39). Como mínimo se deben dar 10 pasadas para compactar cada capa. Para la ejecución del relleno se emplearon aproximadamente 270.000 neumáticos fuera de uso, es decir 2200 toneladas de neumático.

Figura 3-37: Compactación del material (Botello Rojas et al., 2008).



Figura 3-38. Compactación del material (Botello Rojas et al., 2008).

Figura 3-39: Sección transversal del terraplén (Botello Rojas et al, 2008)

Resultados

La densidad compactada de los NFU utilizados en esta aplicación fue de 6,5 kN/m3, mientras que la densidad compactada del suelo fue de 18 kN/m3. Los valores obtenidos de las presiones verticales al final de la construcción fueron de 34,8 kPa bajo la capa de NFU y de 48,6 kPa bajo la capa de suelo.

Los valores de la temperatura media registrados en las capas inferiores y superiores de NFU y en la capa intermedia de suelo, fueron de 12,09ºC, 13,66ºC y 19,02ºC, respectivamente.

En cuanto a la calidad del agua subterránea, el pH en los pozos abiertos fue de 7,12 y las temperaturas de 16,7ºC.



Los asientos obtenidos fueron del 7% de la altura del relleno en la capa inferior de NFU, lo que supone un 2% de la altura total.

Conclusiones

Como conclusión se puede sacar lo siguiente:

-El uso de NFU como relleno en terraplenes no produce ningún impacto medioambiental en la calidad de las aguas subterráneas.

-La presión vertical producida en la fundación del relleno debido a la presencia de NFU, es de aproximadamente un 70% menor que la correspondiente obtenida en un terraplén convencional.

-Gran parte de los asientos esperados ocurren durante el proceso constructivo a un tiempo limitado a dos o tres meses, y posteriormente no se esperan grandes deformaciones.

-Supone una gran ventaja medioambiental por valorizar un residuo como un material constructivo, además de dar lugar a un elevado consumo del residuo.


104



Nombre de carretera: Duplicación de la carretera M-111 y Variante Fuente el Saz

Tramo:

Provincia: Madrid

Año: 2007 (construcción)


Altura máxima: 7,5 m.

Taludes: 2H/1V.

Anchura de coronación= 8,8 m

Materiales marginales utilizados: NFU




1º capa de NFU de 2 m de espesor y 105 m envuelta por geotextil. Capa de suelo de 1,2 m de espesor. 2º capa de NFU de 1,2 m de espesor envuelta por geotextil. Capa de suelo de 1,5 m de espesor.

Tongadas:


Compactación con rodillo de 10 t, presión de compactación de 2,9 MPa y 10 pasadas de compactador.


Densidad NFU tras compactación= 6,5 kN/m3; Densidad suelo tras compactación= 18 kN/m3

Temperatura 1º capa NFU= 12,09ºC; Temperatura capa intermedia suelo= 13,66ºC; Temperatura 2º capa NFU= 19,02ºC

Calidad agua en pozos: pH= 7,12 y temperatura16,7ºC

Asientos= 2% altura total del relleno

Observaciones:

La mayor parte de los asientos son producidos durante el proceso constructivo en un plazo de 2-3 meses.

Presión transmitida 70% menor que la que se transmitiría si se utilizase suelo en vez de NFU.

105



3.2.2.- Experiencias del laboratorio de geotecnia en la ejecución de rellenos viarios con neumáticos fuera de uso

Contexto general

Aunque no se trate de una experiencia llevada a cabo en el relleno de una carretera propiamente dicho, es interesante conocer cuáles han sido los resultados obtenidos de las bandas de ensayo llevadas a cabo en conjunto entre la DGC y el CEDEX. El informe fue emitido en diciembre de 2010 (Cano Linares et al, 2010).

El trabajo consistía en la ejecución de cuatro bandas de ensayo, dos de ellas únicamente con NFU, de las cuales una se compactó con rodillo liso y la otra con bulldózer; las otras dos se ejecutaron con una mezcla de NFU y suelo, de las cuales una se mezcló con suelo seleccionado y la otra con suelo marginal.


El material seleccionado consiste en un suelo granular formado por gravas de color anaranjado que en ocasiones se aglutinan en tamaños mayores. El suelo no presenta prácticamente fracción fina. Las gravas presentan una forma angulosa, con formas cúbicas y textura superficial rugosa.

El suelo marginal estaba constituido por una marga arcillosa de color beige. En la Tabla 3-13 se indican las características del material marginal:

SUELO MARGINAL Cernido por tamiz 008 UNE 94%

Materia orgánica 0,08%

Sales solubles 0,30%

Carbonatos 29%

pH 8,78 (19,1ºC)

Límite líquido 49%

Límite plástico 33%

Índice de plasticidad 16%

Densidad max PN 1,5 g/cm3

Humedad óptima PN 21,40%

Humedad natural 24,40%

Asiento en ensayo de colapso 0,30%

Expansión en ensayo de hinchamiento libre 1,20%

Tabla 3-13. Características de los materiales (Cano Linares et al, 2010).



Trabajos realizados

Para la realización del ensayo en primer lugar se preparó la plataforma, para lo cual se procedió al desbroce y eliminación de tierra vegetal. Posteriormente se aportó un suelo seleccionado para formar una capa de unos 30 cm de espesor. Esta capa se compactó hasta alcanzar una densidad de al menos el 95% de la del Próctor Modificado. Finalmente se hicieron ensayos de placa de carga garantizando que los asientos finales que se obtuviesen no perteneciesen a la citada capa y fuesen únicamente los correspondientes al material ensayado.

Sobre esta explanada se colocaron las propias bandas de ensayo. Estas bandas tenían unas dimensiones de 4 m de anchura y 20 m de longitud cada una. En la Figura 3-40 se observa la disposición en planta de las citadas bandas:

Figura 3-40: Bandas de trabajo (Cano Linares et al, 2010).

La Tabla 3-14 muestra de forma resumida la forma de compactación y número de tongadas de cada una de las bandas:



Banda Compactador Velocidad (km/h)

Espesor de tongada (cm)

Número de tongadas

NFU Rodillo liso de 93 kN con vibración

1,5 40±10 4

Mezcla NFU-suelo seleccionado

Rodillo liso de 93 kN con vibración

1,5 40±10 1

NFU Bulldózer 27t 3,6 40±10 3

Mezcla NFU-suelo marginal

Rodillo liso de 93 kN con vibración

1,5 40±10 3

Tabla 3-14. Resumen de la forma de trabajo (Cano Linares et al, 2010).

Teniendo en cuenta la densidad seca del NFU empleado (0,42 t/m3), se estima que se emplearon para la ejecución de cada banda aproximadamente 17±4 toneladas de material.

La primera banda que se ejecutó fue la de NFU compactado con rodillo liso vibratorio. La primera tongada se compactó con 6 pasadas dobles, midiendo los asientos tras 3 y 6 pasadas respectivamente. Estos asientos fueron similares en cada caso. La segunda tongada se compactó con nueve pasadas dobles midiendo los asientos tras 3, 6 y 9 pasadas. El asiento de la segunda tongada tras 3 pasadas fue superior que la de la primera tras el mismo número de pasadas. Tras la compactación de la tercera tongada se detectó una tendencia similar de los asientos. Finalmente se ejecutó la cuarta tongada.

La segunda banda ejecutada fue la de NFU compactada con bulldózer. La primera tongada se compactó con 3, 5 y 8 pasadas de bulldózer. La segunda se compactó hasta con 9 pasadas. La última tongada se compactó con 3,6 y 9 pasadas y se apreció visualmente que la altura disminuyó un poco.

De la comparación de estas dos capas se obtiene que la banda compactada con bulldózer tenía un aspecto más esponjoso y suelto que la banda compactada con rodillo, mostrando un mayor número de oquedades entre las tiras de NFU.

Posteriormente se ejecutó la banda de NFU y suelo seleccionado. En este caso únicamente se realizó una tongada debido a su coste. En primer lugar se vertió el NFU en una capa de 20 cm de espesor y posteriormente se colocó el suelo seleccionado también en una capa de 20 cm. El mezclado de ambos materiales se realizó mediante la pala de una retro. La tongada se compactó con tres pasadas (ida y vuelta) del rodillo liso vibratorio. Tras la compactación se obtuvo una mezcla muy homogénea y regular.

Finalmente se procedió a la ejecución de la banda de NFU con suelo marginal. La primera tongada se ejecutó de la misma manera que en el caso anterior y se compactó con 3 y 6 pasadas de ida y vuelta haciendo el control topográfico correspondiente. En la segunda tongada se dieron también tres, seis y nueve pasadas de rodillo liso vibratorio, mostrando unos asientos muy similares a los sufridos en la primera



tongada. Finalmente se ensayó una tercera tongada en la que se dieron 3, 4, 5 y 9 pasadas de rodillo con el propósito de tomar algún dato más entre 3 y 9 pasadas de dicho compactador. Se comprobó que el asiento vertical sufrido por la mezcla NFU-suelo marginal fue ligeramente superior que el sufrido en las otras dos tongadas.

Este es el aspecto que tenía la zona de ensayo (Figura 3-41):

Figura 3-41: Zona de ensayo (Cano Linares et al, 2010).

Resultados

Los principales resultados los siguientes:

-En la banda de NFU compactada con rodillo liso, el asiento total experimentado tras la compactación de las cuatro tongadas realizadas, cuyo espesor inicial total fue de 143 cm, ha resultado ser de 44,7cm, lo que corresponde a una deformación vertical del 31,2%.

-El esfuerzo de compactación, en el caso de NFU no mezclados, se extiende claramente a las tongadas subyacentes.

-Las expresiones potenciales que se han adoptado para analizar analíticamente la tendencia en la evolución de los valores de la deformación en función del número de pasadas se han ajustado a los valores medidos, con unos coeficientes de correlación superiores a 0,95 en todos los casos.

-Las curvas de ajuste consideradas muestran una ligera tendencia al aumento de los movimientos, tanto más cuanto mayor es el número de tongada considerado, sin evidenciarse con claridad la estabilización de los movimientos, sobre todo en la cuarta tongada.

-A la vista de los ajustes matemáticos empleados parece razonable resaltar que hubiera sido muy interesante la ejecución de un número mayor de pasadas de compactador lo que habría permitido confirmar con mayor rigurosidad la clara estabilización de los movimientos.

-En la banda de mezcla de NFU y material marginal, el asiento total experimentado tras la compactación de las tres tongadas, cuyo espesor inicial total era de 117 cm, ha resultado ser de 23,2 cm, lo que corresponde a una deformación vertical del 19,75%.



-Las deformaciones verticales máximas sufridas por las tongadas de la banda de NFU-suelo marginal estuvieron comprendidas entre 18% y 24%, inferiores al valor medio obtenido en la banda de NFU compactada con rodillo (30%).

-Las densidades máximas obtenidas en la compactación de la tongada superior de las bandas de NFU y de mezcla de NFU-suelo marginal han variado ligeramente en función del método de medida del volumen empleado. Las densidades obtenidas han resultado ser:

NFU no mezclado compactado con rodillo: 0,84 y 0,91 t/m3

NFU no mezclado compactado con bulldózer: 0,72 y 0,91 t/m3

Mezcla NFU-suelo marginal compactado con rodillo: 1,5 y 1,9 t/m3

-Los valores de densidad obtenidos son similares a los obtenidos en los ensayos de corte directo sobre tiras de NFU realizados en la caja de corte de 1 x 1 m del CEDEX que resultaron de 0,85 t/m3 para una tensión normal de 100 kPa, equiparable a la transmitida por los compactadores empleados en la ejecución de las bandas. También están en concordancia con los valores obtenidos de la revisión bibliográfica.

-Los valores medios del módulo dinámico Evd obtenidos con el ensayo dinámico de carga con placa de 300mm han resultado ser de 5,7 y 4,5 MPa, respectivamente para las bandas de NFU y de mezcla de NFU con suelo, ambas compactadas con rodillo liso. La dispersión de los datos en ambos casos ha sido alta, con unas desviaciones típicas de 4,7 y 3,2 MPa, respectivamente. El valor medio del módulo dinámico en la banda compactada con bulldózer ha resultado de 2,9 MPa, con una desviación típica de 1,1 MPa.

-Considerando el módulo dinámico como parámetro adecuado para valorar la calidad de la compactación, los resultados obtenidos están en concordancia con los resultados del análisis de asientos, en el que se ha podido comprobar una mayor compactación en el caso de las bandas compactadas con rodillo liso que con bulldózer.

Conclusiones

Éstas son las conclusiones que se obtuvieron:

- La maquinaria más adecuada para realizar la compactación de tiras de NFU no mezclados y de mezclas con suelos es el rodillo liso vibratorio.

- No se ha podido determinar con absoluta claridad el número mínimo de pasadas de compactador necesarios para la compactación de terraplenes ejecutados con NFU y mezclas de NFU con suelo.

- El relleno con NFU compactado presenta una densidad muy ligera que puede ser ventajosa para determinadas aplicaciones.

- La mezcla de NFU con suelo produce un material más denso, menos deformable y más fácilmente compactable.

A continuación se adjunta una ficha resumen de los principales datos de estos trabajos.

110



Nombre de carretera: Experiencias del laboratorio de geotecnia en la ejecución de rellenos viarios con NFU.

Tramo:

Provincia: Madrid

Año: 2010 (Informe emitido 2010)


Altura máxima:

Taludes:

Anchura de coronación=



Material

marginal

empleado

Características relevantes de los materiales

NFU Dens. Seca= 0,42 t/m3 NFU Dens. Seca= 0,42 t/m3

NFU+suelo

seleccionado

Suelo seleccionado: color anaranjado, fracción fina prácticamente nula, forma de las partículas angulosa y textura rugosa.

NFU+suelo

marginal

Suelo marginal: LL= 49%; LP= 33%; IP= 19% Densidad máxima = 1,5 g/cm3

Humedad óptima= 21,4%; Humedad natural= 24,4%


Núcleo.

Disposición empleada,

tongadas y forma de

compactación

Material Compactador Velocidad

(km/h)

Espesor de

tongada (cm)

Número de

tongadas

NFU

Rodillo liso de 93 kN con vibración dando 4

pasadas 1,5 40±10 4

Mezcla NFU-suelo

seleccionado

Rodillo liso de 93 kN con vibración, dando 1

sola pasada 1,5 40±10 1

NFU Bulldózer de 27t, dando

3 pasadas 3,6 40±10 3

Mezcla NFU-suelo

marginal

Rodillo liso de 93 kN con vibración, dando 3

pasadas 1,5 40±10 3


Material marginal empleado Resultados/Comportamiento posterior

NFU Asiento de 44,7 cm, es decir, 31,2%. Dens. Max= 0,84-0,91 t/m3. Mod. Dinámico en ensayo de placa de carga= 5,7 MPa

NFU Dens. Max= 0,72-0,91 t/m3. Mod. Dinámico en ensayo de placa de carga= 4,5 MPa

NFU+suelo seleccionado Asiento de 5,6 cm, es decir, 13,3%. NFU+suelo marginal Asiento de 23,2 cm, es decir, 19,75%.

Dens. Max= 1,5-1,9 t/m3 Mod. Dinámico en ensayo de placa de carga= 2,9 MPa

Observaciones:

La maquinaria más adecuada para compactar tiras de NFU no mezclados y mezclados con suelos es el rodillo liso vibratorio.

La densidad del relleno con NFU compactado es muy baja, lo cual puede ser ventajoso en muchas aplicaciones.

La mezcla de NFU con suelo es más densa, menos deformable y mejor compactable.

111



3.2.3.- Autopista AP-46. Alto de las Pedrizas-Málaga.

Contexto general

La construcción de la autopista AP-46 entre el Alto de Las Pedrizas y Málaga se le adjudicó a la empresa Sacyr-Vallermoso en un proyecto con un coste de 367,1 millones de euros. Las obras comenzaron en febrero de 2008 y finalizaron en octubre de 2011 (Parra Arraya, 2012). La ubicación de la obra se recoge en la Figura 3-42.

Figura 3-42: Ubicación de la obra (www.autopistalaspedrizas.com).

Para la construcción del terraplén del Enlace 1 de la autopista de las Pedrizas utilizaron neumáticos fuera de uso.

La cantidad total necesaria y utilizada de neumáticos fuera de uso alcanzó las 4000 toneladas.

Trabajos realizados

Tras la preparación de la superficie de apoyo con su correspondiente cajeado se colocó el material de cimiento debidamente compactado cumpliendo con las exigencias del PG-3. El núcleo formado con NFU se colocó en dos bloques separados por el mismo material que compone el cimiento. En la Figura 3-43 se observan algunas fotografías del colocado, extendido y compactado de las capas.

La maquinaria que se utilizó fue:

- Camiones de obra para la descarga del material directamente en el tajo.

- Tractores de oruga para la extensión de los neumáticos fuera de uso.

- En la compactación del material utilizaron rodillos lisos.

http://es.wikipedia.org/wiki/Alto_de_Las_Pedrizas

http://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1laga

http://www.autopistalaspedrizas.com/



Figura 3-43: Colocado, extendido y compactado de NFU en la vía AP-46 (SIGNUS)

El total de la construcción del relleno se realizó en un plazo de un mes, a pesar de que la extensión y compactación de la primera tongada la ejecutaron en un tiempo no mayor a 3 horas. Los motivos en la demora de la construcción fueron por:

1. La diferente cubicación en cada una de las tongadas.

2. El cambio del número de pasadas del rodillo en función de la altura de la tongada en lo referente a los trabajos con NFU.

3. Por la ejecución de los espaldones y del relleno intermedio de tierras vinculados a los trabajos del terraplén.

4. Por último, a las condicionantes propias de las obras: circunstancias meteorológicas y coordinación con el ritmo de trabajo de otros tajos de la obra.

En la Figura 3-44 se recoge una sección transversal del terraplén y la ubicación de puntos de control.

Figura 3-44: Sección transversal del terraplén y ubicación de puntos de control del terraplén (SIGNUS).


113



Nombre de carretera: Autopista AP-46.

Tramo: Alto de las Pedrizas-Málaga.

Provincia: Málaga.



Altura máxima:

Taludes:






NFU en dos bloques separados por el mismo material que el cimiento.

Tongadas:


Compactación con rodillos lisos..


Sin datos

Observaciones:

.

114



3.2.4.- Vía de servicio y modificación de enlaces San Isidro-aeropuerto Sur

Contexto general

El enlace de San Isidro comunica la autopista TF-1 con la carretera TF-614, en la isla de Tenerife. El terraplén en cuestión ha sido construido en el eje MD-VS1-A y está localizado entre el P.K. 0+160 y el P.K. 0+39. El proyecto fue aprobado a finales de 1999 con un plazo de ejecución de las obras de 2 años y un presupuesto de 889.250.083 pesetas (Botello Rojas).

Características geométricas del terraplén

El terraplén tiene una altura aproximada de 20 metros con una anchura de coronación de 11,5 metros y una longitud de 65 metros.

Trabajos realizados

Para llevar a cabo la ejecución del terraplén en cuestión se diseñaron dos secciones tipo en función de la geometría del mismo. La zona en donde el terraplén tenía poca altura, solamente se colocó una capa de NFU; en la zona donde el terraplén tenía mayor altura se colocaron dos capas de neumáticos separados de un suelo.

En primer lugar se preparó la superficie de apoyo del terraplén. Tras extender la primera capa de suelo, se cubrió con un geotextil sobre el que se extendieron los neumáticos troceados vertidos desde camiones y extendidos con la ayuda de un bulldózer y posteriormente compactados. Tras alcanzarse la altura de un metro en la capa inferior de neumáticos, ésta se cubrió con geotextil y con una capa de suelo. Sobre esta capa de suelo se volvió a extender un geotextil y seguidamente se inició con la segunda capa de neumáticos de dos metros de espesor. Ésta se recubrió de nuevo con un geotextil y con suelo hasta llegar a coronación.

Resultados

El control de asientos se llevó a cabo con líneas continuas de asiento, placas de asiento y células hidráulicas. Según estas mediciones de campo en la sección del PK 0+290 se puede observar que las deformaciones en los rellenos de neumáticos se producen en un periodo aproximadamente de dos meses desde el momento de la construcción y luego disminuye con el paso del tiempo. Aunque se han medido asientos de 21 cm en la capa inferior y 26 cm en la superior, una gran parte de este asiento es debido al terreno de cimentación que ha asentado 16 cm aproximadamente.

El control de la temperatura se llevó a cabo mediante termorresistencias. El rango de temperatura de las dos capas de NFU está comprendido entre 17,5 y 19,5 ºC. Estas temperaturas son similares a las registradas por el sensor de referencia localizado en el relleno convencional (suelo), lo cual es una buena señal.




Nombre de carretera: Vía de servicio y modificación de enlaces San Isidro-aeropuerto Sur

Tramo:

Provincia: Tenerife

Año: 1999 (Aprobación del proyecto)


Altura máxima: 20m

Taludes:


Longitud= 65 m

Materiales marginales utilizados: NFU Características más relevantes:


Disposición empleada, tongadas y forma de compactación

Capa de suelo seguida de geotextil y una capa de un metro de espesor de NFU.

Por encima capa de suelo.

Para alturas mayores colocar sobre lo anterior geotextil+NFU+geotextil+capa suelo.


Asiento en capa inferior= 21 cm.

Asiento en capa superior= 26 cm.

Temperatura en las capas de NFU= 17,5-19,5 ºC

Observaciones:

Gran parte de los asientos son debido al asiento de la cimentación (16 cm)

3.3.- EXPERIENCIAS DE UTILIZACIÓN DE ESTÉRILES DE CARBÓN 3.3.1.- Autovía Cubillos-Toreno

Contexto general

El siguiente caso es el correspondiente a la construcción del ramal 85 de la autovía Cubillos-Toreno, en el que se estudió la posibilidad de utilizar los estériles de lavadero procedentes de minas de carbón para la ejecución del núcleo en terraplenes. Después de analizar las escombreras de Balcaral, Toralín, Gaiztarro, Recuelga, Maurín y Rubiona, los estudios se decantaron por los materiales de Toralín (Burgueño Muñoz).




Para caracterizar los materiales se llevaron a cabo los ensayos de laboratorio pertinentes para cada grupo de materiales que constituirían las correspondientes tongadas.

Del análisis granulométrico del material para la primera tongada (tomándolo como representativo) se obtuvo la siguiente información:

Cu= 9 que corresponde a un suelo poco uniforme.

Cc= 3,18 que al ser algo superior a 3 significa que se trata de un suelo con buena graduación.

Del resto de ensayos de este mismo material se obtuvo la siguiente clasificación (Tabla 3-15):

PG-3/75 VALOR CLASIFICACIÓN Contenido en peso superior a 80 mm 0 Seleccionado

Contenido en peso inferior a 80 mm 8 Seleccionado

Límite líquido 22,5 Seleccionado

Límite plástico 15,5 Seleccionado

Índice de plasticidad 7 Seleccionado

Índice CBR 14 Seleccionado

% Hinchamiento 0 Seleccionado

Densidad máxima Próctor 2 Seleccionado

Humedad óptima 7,6 Seleccionado

Contenido de materia orgánica 0 Seleccionado

CLASIFICACIÓN FINAL Seleccionado Seleccionado

Tabla 3-15. Clasificación según propiedades (Burgueño Muñoz).

Trabajos realizados

El ramal 85 de la autovía tenía una longitud de 1 km y 8 metros de ancho superior de plataforma.

Para la ejecución del terraplén se extendió el material en tongadas de entre 30 y 50 cm de espesor, y cada una de las tongadas se compactó con al menos 10 pasadas de compactador de rodillos vibratorios Tándem de 18 toneladas.

La mayor altura de terraplenado alcanzada fue de 2 metros y el número de tongadas puestas en obra llegó en su punto máximo a 5.


Para realizar un control del material empleado para la formación de terraplenes se procedió a su caracterización obteniendo su densidad máxima y humedad óptima de compactación mediante el ensayo Próctor Modificado, para cada conjunto de



materiales usados en la extensión de las cinco primeras tongadas puestas en obra. Estos resultados se compararon con los obtenidos a pie de obra mediante densímetro nuclear de acuerdo con la Norma ASTM D-3017. Las compactaciones alcanzaron una media del 100% del Próctor Modificado.


Nombre de carretera: Autovía Cubillos-Torena

Tramo:

Provincia: León

Año:



Taludes:


Materiales marginales utilizados: Estériles de carbón




Tongadas:

Tongadas de 40 cm

Forma de compactación: Compactador de rodillo vibratorio Tándem de 18 t. Mínimo 10 pasadas.


Las compactaciones alcanzaron una media del 100% de la densidad del Próctor Modificado.

3.3.2.- Polígono industrial de Riaño

Contexto general El polígono industrial de Riaño fue construido entre los años 1.983 a 1.985 en la comunidad autónoma de Asturias, siendo necesario el relleno de los terrenos para la



construcción del polígono industrial con los residuos de los estériles de carbón por la proximidad de los centros de producción a la zona de ejecución y por las buenas características del residuo que presenta como material de relleno (Parra Arraya, 2012).


Los estériles empleados fueron los denominados granos y menudos de lavaderos con una granulometría donde los porcentajes que pasan el tamiz 80 de la norma UNE es del 95%, el 30% pasa el tamiz 2 y un total del 5% pasa el tamiz de 0,08 mm de la misma norma.

La cantidad total de los estériles de carbón utilizados en el terraplén fue de 920.000 toneladas con una distribución de 224.708 t en el año 1.983, 382.694 t en el año 1.984 y el material restante de 312.567 t en el año 1.985.

Los proyectistas realizaron ensayos de compactación y capacidad portante para determinar los valores a obtener con este tipo de residuos. Las densidades máximas obtenidas fueron de 2,17 y 2,19 kg/dm3 para humedades óptimas de 6,7 y 7,0% de manera respectiva y el índice de CBR que registraron fue de 10 sin la presencia de hinchamiento.

Puesta en obra

La puesta en obra de los estériles se realizó de manera convencional con la descarga del material en la obra y la formación de camellones a lo largo de toda la explanada para luego ser extendidos y compactados en tongadas que varían de 0,6 a 0,8 m de altura. En la Figura 3-45 se aprecia una vista general de la explanada ya con la colocación del material y con la construcción de algunas calles.

Figura 3-45: Vista de la explanada construida con estériles de carbón (González, 1.986).

Resultados y conclusiones

Las pruebas de densidad in situ realizadas por medio del cono de arena arrojaron valores de 1,93 a 2,17 kg/dm3 con humedades del 3,5 a 7,1% y con valores alcanzados de la compactación entre el 88,9 y 100%.

El comportamiento de los estériles de carbón como relleno tuvo resultados exitosos pero con ciertos condicionantes en su construcción que son que a la hora de



compactar el material se debe hacer con el valor de contenido de humedad óptima o por debajo de éste en tongadas que no excedan los 50 o 60 cm de espesor, donde en cada tongada se debe realizar el escarificado del material antes de las colocación de la tongada siguiente para que se produzca una mejor unión entre capas y el número de pasadas con la maquinaria de compactación debe ser el número exacto, ya que con una mayor cantidad el material de los estériles de carbón se va degradando, formándose una capa totalmente lisa e impermeable y comprobarse que los estériles de carbón no contengan impurezas.


120



Nombre de carretera: Polígono industrial de Riaño

Tramo:

Provincia: León

Año: 1985 (finalización)


Altura máxima: 7,5 m.

Taludes: 2H/1V.




% pasa tamiz 80= 95%; % pasa tamiz 2= 30%; % pasa tamiz 0,08= 5% Dens. max= 2,17 y 2,19 kg/dm3; Humedad optima = 6,7-7% CBR= 10 Hinchamiento nulo



Tongadas:

1. Tongadas de 70 cm



Densidad= 1,93-2,17 kg/dm3

Humedad= 3,5-7,1%

Observaciones:

Compactar el material con el valor de contenido de humedad óptima o por debajo de éste en tongadas que no excedan los 50 o 60 cm de espesor, donde en cada tongada se debe realizar el escarificado del material antes de la colocación de la tongada siguiente.

121



3.4.- EXPERIENCIAS DE UTILIZACIÓN DE RESIDUOS DE DEMOLICIÓN 3.4.1.- Viales 4104 y 4099 en la localidad de Guadabajaque

Contexto general Este proyecto fue realizado en el año 2002 entre el Laboratorio de Geotecnia del CEDEX y la Universidad de León con el objetivo de valorar los residuos de construcción y demolición (RCD) para su posterior empleo en la construcción de terraplenes (Matachana et al, 2004)(Bocchino, 2010).

Caracterización del material

En el proceso de reciclado de los RCD para su posterior reutilización como árido para firmes, se genera un subproducto que en caso de verificar su aptitud se puede emplear en la construcción de terraplenes. Este subproducto es el correspondiente a la fracción 0/20 del material obtenido.

Para la identificación y caracterización de dicho material se realizan una serie de ensayos de los que se muestran sus resultados

Huso granulométrico del material 0/20 en obra (Tabla 3-16).

Tamaño partícula (mm)

Porcentaje que pasa

40 100%

25 100%

20 100%

12,5 100%

10 93%

5 85%

2 78%

0,4 58%

0,08 17%

Tabla 3-16. Granulometría (Matachana et al, 2004).

Resultados de los ensayos para la caracterización química (Tabla 3-17).

Ensayo Contenido

Materia orgánica UNE 103204: 1993 0,49%

Sales solubles NLT 114/99 0,05%



Yeso NLT 115/99 No realizado

Tabla 3-17. Caracterización química (Matachana et al, 2004).

Resultados de los ensayos para la caracterización mecánica (Tabla 3-18).

Ensayo Resultado

Densidad seca máxima 1,77 t/m3

Humedad óptima 15%

CBR 22%

Absorción 2,10%

Hinchamiento 0%

Tabla 3-18. Caracterización mecánica (Matachana et al, 2004).

A partir de estos resultados y aplicando los criterios del PG-3 se llega a la conclusión de que se trata de un material clasificado como adecuado.

Aunque no se han realizado ensayos de caracterización medioambiental, del origen, selección visual y triaje realizados sobre los residuos reciclados en cuyo tratamiento se ha generado el material a emplear en el terraplén no se han detectado indicios que hagan sospechar la existencia de riegos de carácter medioambiental.

Comportamiento del material

El volumen total de material utilizado en los terraplenes fue de 50.000m3 y su comportamiento durante y después de la construcción fue el que se muestra en la Tabla 3-19:

Fecha de ensayo

Densidad max (t/m3)

Hum opt P.N. (%) % s/max PN Nº de

ensayos

23/09/2002 1,77 15,5 97 a 102 13

30/09/2002 1,77 15,5 101 a 103 13

01/10/2002 1,77 15 97 a 102 (4104) 95 a 101 (4099)

3

8

02/10/2002 1,77 15 97 a 102 (4104) 95 a 101 (4099)

6

34

07/10/2002 1,77 15 95 a 100 (4099) 16

19/10/2002 1,77 15 98 a 102 (4099) 10

14/10/2003 1,78 11,7 96 a 98 10

12/01/2004 1,77 15 99 a 102 7



Tabla 3-19. Comportamiento del material (Bocchino, 2010).

El comportamiento de los terraplenes ha sido totalmente satisfactorio e incluso se ha empleado el mismo material para la construcción de la ampliación de dichos viales de acceso.


Nombre de carretera: Viales 4104 y 4099 en la localidad de Guadabajaque

Tramo:

Provincia: Cádiz

Año: 2002


Altura máxima:

Taludes:




Densidad seca= 1,77 t/m3; Humedad óptima = 15% CBR= 22 Hinchamiento nulo



Tongadas:




3.4.2.- Puerto de Barcelona

Contexto general

Aunque no se trata de un relleno en una obra de carretera, se considera interesante conocer la forma de empleo de los RCD en el caso particular de la ampliación del puerto de Barcelona (Bocchino, 2010).

Como ya se ha dicho, este proyecto forma parte de las obras de ampliación del puerto de Barcelona, las cuales se desarrollaron siguiendo los criterios de sostenibilidad. Su



principal objetivo fue verificar la idoneidad de los áridos reciclados mixtos para ser empleados en la formación de explanadas. Fue ejecutado en el año 2009 bajo la dirección de la Autoridad Portuaria de Barcelona.

• Ubicación

La explanada se encuentra situada en los dominios del Puerto de Barcelona, en la zona de la nueva ampliación denominada Muelle Prat. El Muelle Prat se encuentra entre la antigua y la nueva desembocadura del río Llobregat, frente al término municipal del Prat de Llobregat, tal y como se puede ver en la Figura 3-46.

Figura 3-46: Ubicación de la zona de estudio (Hortigüela, 2009).

Condiciones del proyecto

Desde la implantación en el Puerto de Barcelona de una planta de reciclado de materiales, son muchos los usos que se les ha dado a los áridos reciclados procedentes de RCD que produce. Se emplearon para saneos, nivelación de terrenos, rellenos de cunetas, caminos provisionales y base para explanadas, entre otros.

La explanada analizada, tiene una superficie total de una hectárea y quedan por ejecutar en la obra de ampliación del puerto unas 500 ha. Económicamente, cualquier avance en la tecnología de ejecución de explanadas en recintos portuarios, bien sea optimizando procesos constructivos, o bien introduciendo nuevos materiales, puede llegar a tener una gran repercusión. Además de los beneficios medios ambientales que implica el uso de áridos reciclados en lugar de áridos de cantera.

El principal requisito que debe cumplir la sección transversal de explanada, es que garantice su integridad estructural ante las cargas a las que será sometida durante su vida útil como explanada del tipo E2 según la ROM 4.1-94, es decir E2 debe ser como mínimo 35 MPa y E2/E1 como máximo 2. Según la instrucción de carreteras, 6.1-I.C. "Secciones y firmes", la sección más parecida, correspondería a 80 cm de suelo tolerable y 40 de seleccionado, y el módulo Ev2 debería ser superior a 120 MN/m2.

Como se observa en la Figura 3-47, la sección transversal adoptada, es de 50 cm árido reciclado en la base y 25 cm de zahorra artificial en la parte superior.



Figura 3-47: Sección transversal de la explanada (Hortigüela, 2009).

Como objetivo secundario, la explanada tiene que garantizar el correcto drenaje tanto superficial como vertical de las aguas de lluvia, por lo que se tenían que utilizar materiales de alta permeabilidad y dotar a la explanada de las pendientes necesarias para asegurar un buen funcionamiento hidráulico a lo largo de su vida útil.

Normativa utilizada.

* Recomendaciones para el proyecto y construcción de pavimentos portuarios ROM 4.1. 1994.

* Pliego de prescripciones técnicas generales para obras de carreteras y puentes “PG-3”

* Norma 6.1-I.C. "Secciones y firmes", 2003.


La normativa portuaria en lo que se refiere al proyecto de explanadas sobre rellenos hidráulicos no prescribe materiales ni establece secciones tipo, a pesar de dar información basada en la experiencia que se puede utilizar de forma orientativa. La normativa obliga únicamente a que se cumplan los requisitos finales de capacidad portante y minimización de asentamientos Estos dos aspectos dejan claro que la norma deja libertad al proyectista para usar los materiales que quiera siempre que el resultado final sea satisfactorio, lo que representa a priori una puerta abierta a nuevos materiales como los áridos reciclados.

El material utilizado fue suministrado por la empresa Gestora de Runas de la construcción, ubicada en el puerto de Barcelona, a 100 m de la obra. El árido reciclado escogido, fue el de mayor producción en la planta, que corresponde a RCD mixto. Sobre la composición del material se estableció que el contenido de material cerámico no debía superar el 40%. La fracción que se empleó fue todo–uno, con granulometría 20/70 mm. Se realizaron todos los ensayos de caracterización del material para dicho empleo, los resultado que se obtuvieron fueron satisfactorios.

La elección de este material tuvo una contrapartida, que fue el compromiso de realizar, a modo de margen de seguridad, la regularización del terreno bajo la explanada con el mismo material reciclado. Esto se derivó en una mejora del las capacidades existentes a la vez que suponía una mejora en el drenaje de la explanada.

Trabajos realizados

+ 3,00 +4,10 +3,00



La ampliación de la zona terrestre portuaria se logra con terrenos ganados al mar. Con el objetivo de formar recintos cerrados que confinen los materiales vertidos se construyen diques. A continuación se rellenan los recintos mediante vertido directo desde dragas de succión con materiales procedentes de la dársena Prat. Tras el relleno hidráulico se extiende una capa de 1 m de tierras sobre la que se ejecuta la capa drenante. En esta capa, a pesar de estar formada mayoritariamente por grava de cantera, se testearon zonas con material reciclado con resultados satisfactorios.

Una vez regularizado el terreno sobre el que apoya la explanada, se comenzó su ejecución. El material se transporta de la planta de tratamiento, ubicada a 100 m de la obra, en camiones volquete que vierten los áridos directamente sobre la explanada.

Luego, con motoniveladora, se extendió el material en dos tongadas de 30 cm. A medida que se iba extendiendo el material se compactaba mediante 6 pasadas de rodillo vibratorio liso, tal y como se observa en la Figura 3-48.

Figura 3-48: Extendido de base de explanada mediante motoniveladora y compactación (Hortigüela, 2009).

Una vez extendida y compactada la segunda capa de 30 cm, se realizaron los ensayos necesarios para verificar que la explanada cumplía con todas las especificaciones técnicas. Luego de ser aprobada la capa de material reciclado se iniciaron los trabajos de extendido de la capa superior de zahorra.

Comportamiento geotécnico durante y después de la construcción.

Se realizaron ensayos de placa de carga para corroborar que la explanada cumple con las exigencias de capacidad portante. Los resultados que se obtuvieron del ensayo de placa de carga, en distintos puntos de la explanada, se recogen en la Tabla 3-20.

Puntos Ev1 (MPa) Ev2 (MPa) Ev2/ Ev1

1 87,1 158,8 1,82

2 84,9 155,2 1,83

3 99,3 166,7 1,68

4 93,8 168,8 1,8



Tabla 3-20. Resultados del ensayo de placa de carga (Hortigüela, 2009).

Como se observa en la tabla, el valor mínimo del módulo de deformaciones correspondiente al segundo ciclo de carga (Ev2) se corresponde con el ensayo realizado en el punto 2, con un valor de 155,17 MN/m2. El valor mínimo para cumplir con las especificaciones de explanada tipo E2 de la ROM es de 35 MPa y recomienda 80 MPa, por lo tanto, se cumple con lo especificado. El valor máximo de relación entre los módulo de deformaciones correspondiente al segundo ciclo y primer ciclos de carga (Ev2/Ev1) que se obtuvo fue 1,83, es menor que 2,00, valor especificado por la ROM.

Resumen y conclusiones

Esta experiencia fue realizada en el año 2009, en la comunidad autónoma de Cataluña. Se emplearon RCD mixtos para la construcción de una explanada en el Muelle de Prat, ubicado en el puerto de Barcelona.

Los resultados han sido satisfactorios y se han cumplido tanto los criterios de resistencia como los criterios de drenaje. Pese a ello, no se puede afirmar que se pueda diseñar con garantías una explanada tipo E2 formada por una base de 50 cm de áridos reciclados procedentes de RCD mixtos y 25 cm de zahorra artificial. Esto se debe a que el espesor de la capa de este material no ha sido en realidad de 50 cm, debido a que se ha regularizado el terreno con el mismo material reciclado siendo el espesor total de la capa entre 70 y 90 cm.


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Nombre de carretera: Puerto de Barcelona

Tramo:

Provincia: Barcelona

Año: 2009


Altura máxima:

Taludes:




Granulometría de todo-uno con fracción 20/70 mm



Tongadas:



Compactación con rodillo liso vibratorio, en 6 pasadas.


Ev2>155,17 MN/m2

Ev2/Ev1= 1,83

Buen comportamiento posterior

Observaciones:

129



3.5.- EXPERIENCIAS DE UTILIZACIÓN DE MATERIALES LIGEROS 3.5.1.- Urbanización de la G-44/2 del P.G.O.U. de Zaragoza, Urbanización de la

plaza de la estación

Contexto general

A finales de 2005 se adjudicó el contrato para la redacción del proyecto de urbanización del entorno de la estación de Delicias, área G-44/2 del P.G.O.U a la U.T.E formada por Intecsa, Inarsa, Ineco e i3. La Plaza Sur de la Estación de Delicias se desarrolla longitudinalmente a la fachada Sur de la misma a un nivel inferior al del entorno circundante. Su función principal es construir uno de los espacios libres de uso público más emblemáticos de la ciudad.

Problemática

El mayor problema era la existencia del antiguo parking de la propia estación. Para llevar a cabo toda esta urbanización que permitiera la construcción de futuros viales para la zona de llegadas de la estación había que realizar dos operaciones:

- Demoler la estructura antigua hasta el muro oeste y reconstruirla de manera adecuada a las nuevas cargas permanentes y sobre cargas.

- Adoptar rellenos ligeros de arlita.

Solución adoptada

En primer lugar se procedió a la demolición de la antigua estructura sobre la que se ejecutaría la futura obra. La demolición se realizó por medios tradicionales teniendo especial cuidado en la zona de galerías. Una vez ejecutada esta operación fue necesario la construcción de un zuncho perimetral como refuerzo.

La nueva estructura debía soportar un relleno que no le transmitiera demasiada carga pese a haber sido reforzado. Por esa razón se planteó usar arlita. De esta manera se consiguió reducir la carga en un 75%.


Las características del material empleado se muestran a continuación en la Tabla 3-21:

Granulometría 8-16 mm

Densidad seca 325±50 kg/m3

Densidad in situ 500±50 kg/m3

Densidad saturada 650±50 kg/m3

CBR 11

Ángulo rozamiento

35°

Cohesión 0



Tabla 3-21. Características de los materiales (Weber, 2006).

Trabajos realizados

Para la puesta en obra del material descrito lo primero que se hizo fue impermeabilizar de forma adecuada la base del relleno el cual estaba formado por la propia estructura. Para ello se empleó un geotextil. Para el extendido del material se empleó un bulldózer. Para la compactación se utilizó la misma máquina. Las tongadas ejecutadas tenían un espesor de unos 60 cm y se compactaron con 4-5 pasadas del bulldózer, el cual transmitía una presión de compactación de 4 t/m2. Posteriormente se cubrió el relleno con un geotextil y se ejecutó la capa de coronación el cual debía tener un espesor mínimo de 60 cm incluyendo el paquete de firmes. El volumen total de material empleado fue de 4300 m3.

Conclusión

Gracias a la solución empleada se consiguió reducir la carga en un 75% lo cual posibilitó no tener que demoler toda la estructura. Debido a su facilidad de puesta en obra se consiguen rendimientos muy altos.


Nombre de carretera: Urbanización de la G-44/2 del PGOU de Zaragoza, Urbanización de la plaza de la estación.

Tramo:

Provincia: Zaragoza

Año: 2005 (Adjudicación de la obra)


Altura máxima:

Taludes:


Materiales marginales utilizados: Arcilla expandida (arlita)


Granulometría= 8-16 mm Densidad seca= 325 kg/m3; Densidad in situ= 500 kg/m3; Densidad saturada= 650 kg/m3 CBR= 11 Ángulo rozamiento= 35º; Cohesión nula

Zona de colocación: Núcleo


Material envuelto por geotextil



Tongadas:

Tongadas de 60 cm


Compactación con bulldózer, en 4-5 pasadas, transmitiendo una presión de 4 t/m2.



Observaciones:

Se redujo la carga transmitida en un 75%.

3.5.2.- Reparación de asientos diferidos en trasdós de estribo de viaducto del cierre norte de Barakaldo

Contexto general

En 1999 se proyectó la construcción de un nuevo puente que conectaría los barrios de Bagatza con la denominada Urbanización Básica de Cierre Norte en la localidad Vizcaína de Barakaldo. Esta estructura estaba formada por un viaducto en curva de dos carriles por sentido y 295 metros de longitud.

Problemática

El viaducto discurre por una zona de geotecnia desfavorable debido a la cercanía de la ría. Se trata de una zona formada por limos mal consolidados que obligan a utilizar cimentación profunda para la cimentación del puente. Para la construcción del terraplén de acceso al estribo norte del viaducto se planteó construir columnas de grava con el fin de disminuir los asientos. Pero debido a la existencia de unas cimentaciones antiguas, no se podían ejecutar parte de dichas columnas disminuyendo así su eficacia.

Solución adoptada

Como solución se planteó la ejecución del núcleo del terraplén mediante arlita, con lo que se conseguiría una reducción del peso del 70% sobre el terreno original y por tanto una disminución de los asientos. De esta forma no sería necesaria la ejecución de ninguna medida de mejora del terreno.


Las características principales del material empleado se muestran en la Tabla 3-22:

Granulometría 8-16 mm

Densidad seca 325±50 kg/m3

Densidad in situ 500±50 kg/m3

Densidad saturada 650±50 kg/m3



CBR 11

Ángulo rozamiento 35°

Cohesión 0

Tabla 3-22. Características de los materiales (Weber, 2006).

Trabajos realizados

En primer lugar se procedió a la eliminación del material antiguo sobre el que se iba a ejecutar el relleno. Posteriormente se colocó un geotextil de 200 g/m2 que envolvería el relleno de arlita y evitaría su contaminación con los finos de otros materiales. Una vez hecho esto se procedió al relleno. El relleno era una cuña que iba de 0 a 4,8 metros con una anchura de 16 metros dando lugar a un volumen de relleno de 2100 m3.

Tanto la extensión como la compactación del material se realizaron con una pala de orugas que ejercía una presión aproximada de 4 t/m2. Las tongadas tenían un espesor de 50 cm y se compactaron con 4-5 pasadas de la máquina. Una vez terminado el núcleo se envolvió el material con el geotextil. El núcleo debía quedar bajo una capa de coronación de al menos 60 cm incluyendo las capas de rodadura.

La sección transversal del relleno se recoge en la Figura 3-49:

Figura 3-49: Sección transversal del relleno del viaducto de Barakaldo (Weber, 2006)

Conclusión

Gracias al relleno de arlita se consiguió reducir el peso del terraplén en un 70% y se evitaron los problemas de asientos diferidos en tan solo 4 días. Aparte de este aspecto se consigue una elevada capacidad portante.


133



Nombre de carretera: Reparación de asientos diferidos en trasdós de estribo de viaducto del cierre norte de Barakaldo.

Problema: Zona de suelos blandos. Debido a imposibilidad de ejecución de cimentación profunda, necesidad de reducir cargas transmitidas.

Tramo:

Provincia: Vizcaya.

Año: 1999 (Proyecto)


Cuña de 0 a 4,8 m con 16 m de anchura



Granulometría= 8-16 mm Densidad seca= 325 kg/m3; Densidad in situ= 500 kg/m3; Densidad saturada= 650 kg/m3 CBR= 11 Ángulo rozamiento= 35º; Cohesión nula



Núcleo de arlita envuelto por geotextil de 200 g/m2, a 60 cm por debajo de la coronación.

Tongadas:



Compactación con pala de orugas, en 4-5 pasadas, transmitiendo una presión de 4 t/m2.


Elevada capacidad portante.


Observaciones:


134



3.5.3.- Variantes del puerto de Santa María y Puerto Real

Contexto general El trazado del conjunto global de las variantes del Puerto de Santa María y Puerto Real, tiene una longitud total de 14,7 km, de los cuales aproximadamente 9 discurren sobre un área de marismas auspiciada en especial por los ríos Guadalete y San Pedro, y que comprende depósitos cuaternarios de carácter fluvial (Figura 3-50). El proyecto base se realizó en el año 1989 y el proyecto de licitación fue de 1993 (Delgado, 1995). Este es el plano de situación de la zona de trabajo:

Figura 3-50: Planta de situación (Delgado, 1995).


Para determinar las propiedades de los materiales de la marisma y conocer se comportamiento se llevaron a cabo una serie de ensayos. En la Figura 3-51 se muestran los resultados de los piezoconos realizados.



Figura 3-51: Resultados piezoconos (Delgado, 1995).

Aparte de esto se realizaron 3 terraplenes experimentales para conocer el comportamiento bajo carga. En la Figura 3-52 se muestran los resultados de uno de ellos:

Figura 3-52: Resultados terraplenes experimentales (Delgado, 1995).



A partir de la campaña de reconocimiento se han distinguido dos grupos de materiales, depósitos de marisma pertenecientes al cuaternario y el sustrato más reciente que pertenece al terciario. En la Tabla 3-23 se muestran los valores promedio de algunas propiedades y los espesores en los que aparecen los materiales:

Tabla 3-23. Valores medio de los parámetros geotécnicos (Delgado, 1995).

Trabajos realizados

En el proyecto estaba contemplada la construcción de una serie de estructuras. Los suelos blandos presentaban una serie de problemas para los terraplenes de los estribos de dichas estructuras, como por ejemplo un prolongado tiempo de consolidación y un escaso coeficiente de seguridad durante la construcción. Debido a esto era necesario realizar un tratamiento del terreno como la colocación de drenes verticales o la ejecución d columnas de grava. El caso que se estudia en este apartado es el correspondiente a la ejecución del terraplén de la estructura E-6, el cual se ejecutó con EPS.

En lugar de las tierras se empleó el poliestireno expandido, EPS, muy ligero como material de relleno para la construcción del terraplén de acceso a estribos. En esencia ello disminuía drásticamente las cargas a soportar por el suelo blando y, en consecuencia la ventaja que deriva de que ya no resulta necesario el tratamiento de mejora del terreno, salvo en zonas muy concretas. En la Figura 3-53 se muestra la sección longitudinal de la zona de colocación de EPS.

Figura 3-53: Sección longitudinal zona de EPS (Delgado, 1995).



En las siguientes figuras (Figura 3-54 y Figura 3-55)se muestra la colocación de los bloques de EPS en el terraplén.

Figura 3-54: Colocación de los bloques de EPS (Estaire).

Figura 3-55: Bloques de EPS (Estaire).



Conclusiones

La conclusión más relevante que se puede sacar de este caso práctico es que el uso de EPS como núcleo en terraplenes es una buena alternativa en los casos en los que exista una baja capacidad portante del terreno sobre el que se apoya el terraplén. El objetivo prioritario el empleo del EPS es el de reducir las cargas transmitidas al terreno gracias a su gran ligereza.


139



Nombre de carretera: Variantes del Puerto de Santa María y Puerto Real

Problema: Atravesar zona de marisma. Necesidad de tratamientos especiales o reducción de la carga transmitida.

Tramo:

Provincia: Cádiz.

Año: 1999 (Licitación del proyecto)






Disposición empleada: Cuña formada por bloques de EPS colocados sobre capa de suelo seleccionado de 1 m de espesor. Sobre la cuña de EPS 1,5 m de espesor de suelo seleccionado.

Tongadas:



Sin datos

Observaciones:

Gran reducción de las cargas transmitidas.

140



3.6.- CASOS ADICIONALES EN LOS QUE HA SIDO NECESARIA LA REALIZACIÓN DE UN ESTUDIO ESPECIAL

3.6.1.- Autovía A- a su paso por Padornelo

Contexto general

En el siguiente caso práctico, el laboratorio del CEDEX quiso analizar el comportamiento de un relleno llevado a cabo con materiales marginales en la autovía A-6 (puesta en funcionamiento en 2002) a su paso por Padornelo (Zamora), concretamente centrándose en su comportamiento deformacional (García de la Oliva y Valerio Conde, 2007).


El relleno fue ejecutado con esquistos y pizarras precámbricas y ordovícicas. Asimismo estaba compuesto con abundantes partículas lajosas con forma inadecuada. El tamaño máximo de partícula que se consideró fue de 600 mm con la siguiente curva granulométrica (Figura 3-56):

Figura 3-56: Granulometría (García de la Oliva y Valerio Conde, 2007).

Esta curva granulométrica corresponde a un material tipo todo uno en el límite de los valores correspondientes a un pedraplén (cernido por el tamiz 20 UNE algo superior al 30%), pero requiere de un estudio especial debido a tener un tamaño máximo de partícula superior a 300 mm.

Trabajos realizados

% q

ue

pas

a

Tamaño de partícula mm

Curva granulométrica



En el emplazamiento donde se construyó el relleno aparecen esquistos ordovícicos moderada a ligeramente alterados cubiertos por aproximadamente 1,5m de materiales cuaternarios. Por lo tanto en primer lugar se procedió a la excavación de dichos materiales junto con la parte superior de roca más alterada.

Para la ejecución del relleno se dispusieron tongadas de unos 80 cm de espesor (valor máximo) y fueron compactados mediante 5 pasadas dobles de compactadores vibratorios de 18 toneladas, trabajando con una velocidad máxima de 3 km/h.


Los ensayos de densidad "in situ" efectuados sobre el material compactado presentaron densidades secas de 21,4 kN/m3 y contenidos de agua de aproximadamente el 8 %.

Los métodos empleados para medir la deformabilidad fueron el método AEOS y el micrómetro. Se obtuvo un asiento máximo de 158 cm en la zona donde se dispuso el relleno, a partir de lo cual se dedujo un módulo de deformación global de 40 MPa, el cual se considera admisible. Cabe destacar que en este ámbito se analizó la relación entre los módulos estáticos y dinámicos y se obtuvo la siguiente información:

-En la zona superior del relleno se obtuvo una relación entre ED/ES=7. Tanto los ensayos estáticos como los dinámicos presentan curvas suaves, lo cual da a entender que se trata de una zona homogénea.

-Bajo esa zona, las deformaciones estáticas se incrementan en un orden de magnitud y la relación ED/ES varía entre 20 y 65. Estos valores parecen excesivamente elevados a pesar de que el relleno está constituido por materiales con forma sensiblemente laminar para los que sería previsible obtener cocientes ED/ES algo superiores a los correspondientes a materiales con partículas redondeadas. En estas zonas, tanto el ensayo estático como el dinámico presentan resultados con frecuentes picos. Es posible que en las zonas en las que se han obtenido resultados con fuerte dispersión, la deformación del relleno no sea uniforme, dado tanto al espesor de las tongadas (0,8 m) como al efecto rigidizador que puede haber provocado el proceso de instalación del micrómetro en su entorno (debido a las fugas de lechada). Asimismo, estos hechos podrían justificarse considerando el comportamiento no lineal del material. Finalmente, podría resaltarse que la variación de ED con la profundidad, obtenida mediante el uso del método AEOS, es debida básicamente a la variación de la presión de confinamiento mientras que ES no depende únicamente de la presión de confinamiento sino que asimismo se ve muy influida por las deformaciones tangenciales provocadas por la sobrecarga, que se incrementan con la profundidad hasta aproximadamente la mitad de la extensión horizontal de la sobrecarga. Esto podría explicar el incremento de ED con la profundidad y el correspondiente decremento de ES que se obtuvieron con el empleo de estas técnicas.

3.6.2.- N-630 Guijuelo-Béjar

Contexto general

En las obras del tramo Guijuelo-Béjar (Salamanca), de la carretera N-630, aparecía un material denominado de “transición” en los desmontes de la traza formado por una mezcla de bolos de granito, granito alterado y jabre, que por sus características geométricas no era encuadrable ni en lo que el PG-3 (1975) de Carreteras exigía a los materiales para pedraplenes, por exceder del 30% el contenido en peso de partículas



que pasan por el cedazo 25 UNE, ni en lo que se exigía para terraplenes pues el porcentaje de piedras cuyo tamaño excede de 15 cm supera el 25%. Debido a este aspecto se llevó a cabo un estudio especial y una serie de ensayos para poder emplearlos en los rellenos de la carretera (Burbano Juana).


El material procedente de los desmontes presentaba la siguiente granulometría (Figura 3-57):

Figura 3-57: Granulometría del material en distintos P.K. (Burbano Juana).

Se observa en ellas una distribución discontinua con escasez de granos entre 1 y 6 centímetros, con un porcentaje de partículas mayores de 7 cm del orden del 60% y con un rango entre el 25 y el 40% de tamaños inferiores a 1 cm. Este es el aspecto del citado material (Figura 3-58):

Figura 3-58: Aspecto del material de transición (Burbano Juana).

Tras la realización de ensayos en laboratorio, se determinó que estos materiales carecían de plasticidad y que sus contenidos de sulfatos, carbonatos y materia orgánica eran prácticamente nulos. La humedad óptima P.M. de la porción inferior a 20 mm era aproximadamente del 12 % y la densidad máxima de 20 kN/m3. Por este motivo fue necesaria la realización de un estudio especial por parte del CEDEX para analizar la posibilidad de utilización del mencionado material en el núcleo de los rellenos de dicha obra.

% q

ue

pas

a

mm

Curvas granulométricas del material en distintos P.K.

P.K. 11+020

P.K. 11+250

P.K. 12+260



Ensayos realizados

Para determinar las condiciones óptimas de puesta en obra se llevaron a cabo dos terraplenes de ensayo.

-Terraplén nº 1

En este terraplén se llevaron a cabo dos tongadas, una de 60 cm y la otra de 80 cm. En cada una de ellas se ejecutaron dos bandas con distintas humedades que asimismo se compactaron con 4, 6 y 8 pasadas de compactador de rodillo vibratorio de 15 toneladas de peso estático (tambor de 10,4 t de peso modelo CA511D de la casa DYNAPAC. La Figura 3-59 muestra el esquema de la zona de ensayo:

Figura 3-59: Zona de ensayo (Burbano Juana).

Humedad A: es la correspondiente a proporcionar la óptima Próctor Modificado al material que pasa por el tamiz 3/4" (20 UNE) extrapolada al total del peso seco. En el caso de la tongada de 60 cm fue del 7,7% y para la de 80 cm de espesor fue del 6,8%.

Humedad B: la humedad A más dos puntos. En el caso de la tongada de 60 cm fue del 9,9% y para la de 80 cm de espesor fue del 8,8%.

Estas son las conclusiones obtenidas de los ensayos realizados:

- Con ambos espesores, los resultados de los ensayos de la huella fueron claramente mejores en las zonas con la humedad A (de media 7,2%), que en las de humedad B (de media 9,3%), zonas en las que se le añadió agua mediante regado.

- Los ensayos de la huella en las bandas en que se dieron 6 pasadas mostraron un descenso medio inferior a 5 mm en todos los casos, siendo los resultados mejores en la tongada de 60 cm y humedad A. Con 8 pasadas los mejores resultados se dieron en la zona con humedad A.

- Los resultados de los ensayos de la placa de carga manifestaron un buen comportamiento del material en general, siendo el peor resultado para la zona de humedad B de la tongada de 80 cm. El módulo EV2 osciló entre 49,0 y 64,9 MPa.



- Se observó una notable diferencia de densidades entre las dos muestras, siendo el valor más alto el correspondiente a la humedad A 26kN/m3.

-Terraplén nº 2

En el segundo terraplén se compactaron dos tongadas, una de 60 cm con 6 pasadas y una de 80 con 8 pasadas, ambas con la humedad A (la natural del terreno) mediante el rodillo vibratorio. Este es el esquema de trabajo (Figura 3-60):

Figura 3-60: Esquema de trabajo (Burbano Juana).

Conclusiones

- La humedad de compactación que dio unos resultados satisfactorios se encuentra entre el 6-8%, que corresponde a la humedad natural del terreno.

- Aún cuando con un espesor de tongada de 60 cm y una energía de compactación de 6 pasadas de rodillo vibratorio se obtuvieron unos resultados en general adecuados, se vio que en algunos puntos no fue suficiente por lo que se debieron utilizar sistemáticamente ocho pasadas del compactador tanto en las tongadas de 80 cm como en las de 60 cm. El tamaño máximo de los bolos se limitó a 40 cm.

- Se debía llevar el oportuno control de calidad de materiales y de ejecución de estos rellenos de terraplén compactado, comprobándose tanto la idoneidad del material utilizado, como la ejecución y la calidad del producto final de acuerdo con el correspondiente plan de control, lo que permitía verificar las condiciones a las que se han hecho referencia.

- Se consideró muy conveniente aplicar la técnica del ensayo de la huella para el control de la calidad de la tongada compactada, por ser un sistema rápido y fácil de ejecutar y debido a las peculiaridades del material empleado. Dicho ensayo se realizó, según la norma suiza SNV 670.365, con una frecuencia de 500 m2, considerándose deficientemente compactadas las tongadas que dieran un asiento medio superior a 5 mm.



3.6.3.- Variante de la M-301 a su paso por Perales del Rio

Contexto general

El proyecto en cuestión consiste en la ejecución de la Variante de la M-301 a su paso por Perales del Río, en Getafe (puesta en servicio en 2007) promovida por la Dirección General de Carreteras de la Comunidad Autónoma de Madrid cuyas obras están siendo ejecutadas por CORSAN-CORVIAM (GRUPO ISOLUX CORSAN) (Castellanos Bautista, J.M. et al., 2007).

El problema geotécnico a tratar es el correspondiente a cruzar un vertedero incontrolado de inertes (vertedero de San Martín de Valdeiglesias) situado entre la M-45 y el trazado actual de la M-301, estando limitado al sur por el arroyo de la Abulera. Este relleno es atravesado por el nuevo trazado entre los P.K. 1+300 y 1+800 y cuenta con una potencia estimada de 15 m.

Problema geotécnico

El vertedero está formado por una mezcla de materiales de construcción, hierros y plásticos envueltos en una matriz areno arcillosa. A pesar de su antigüedad (la datación por fotografía aérea determina que ya existían vertidos en la zona antes de 1.972) el grado de consolidación es bastante bajo lo que puede hacer temer por la existencia de asientos a largo plazo importantes. Asimismo, la presencia no cuantificada de materiales metálicos, maderas, etc, puede ser causa de asientos incontrolados a largo plazo. Es por estos motivos que en el Proyecto Constructivo se decide como mejor opción la completa retirada del vertedero y sustitución por material de préstamo. Como esta solución tenía como consecuencia enviar una gran cantidad de material a vertedero se optó por la búsqueda de una solución alternativa que pasase por el aprovechamiento de los materiales de desecho mediante un tratamiento específico.


En base a la campaña de ensayos realizada se ha llegado a la siguiente columna estratigráfica en la zona de vertedero (Figura 3-61):



Figura 3-61: Columna estratigráfica deducida de la campaña de ensayos

a) Rellenos antrópicos

Debido a la antigüedad de los rellenos, su origen resulta muy heterogéneo por lo que se han podido diferenciar diversos niveles entre ellos. En general todos ellos presentan una matriz arenosa o arcillosa y pueden distinguirse en función del porcentaje de cascotes reconocidos en las prospecciones efectuadas. La clasificación realizada ha sido la siguiente:

- QANT1: Rellenos antrópicos con matriz arenosa y con porcentaje de cascotes y restos de obra comprendido entre el 40 y el 60%.

- QANT2: Rellenos antrópicos con matriz arenosa y con porcentaje de cascotes y restos de obra comprendido entre el 10 y el 40%.

- QANT3: Rellenos antrópicos con matriz arenosa y con porcentaje de cascotes y restos de obra del 20% aproximadamente

En la Figura 3-62 se incluyen los husos granulométricos obtenidos para todas las muestras obtenidas.

0 a 12 m Rellenos antrópicos (Qant)

12 a 16 m Depósitos de terraza (Qt)

>16 m Arcillas negras con yesos (Mly)



Figura 3-62: Husos granulométricos de los rellenos antrópicos (Castellanos Bautista, J.M. et al., 2007).

En la Tabla 3-24 se incluyen las características generales de los rellenos diferenciados:

QANT1 QANT2 QANT3

% que pasa

# 200 93 85-100

# 100 60-78 55-90 80

# 2 20,16-45,6 abr-83 80

# 0,08 8,28-16,2 17-36,6 66-70,48

LL

30,4-38,6 23,2-55,2 32,6-35,7

IP

13,3-20 10,3-35,4 16,7-21,5

MO (%)

0,114-0,93 NC-0,545 0

SO3 (%)

1,97-3,10 0,077-2,49 0,0016-0,218

Yeso (%)

4,25-6,6 0,165-5,35 0,033-0,46

SS (%)

1,52-1,66 0,39-2,58 0,467

Próctor Modificado

γmax (g/cm3) 1,56 1,67-1,85 -

Wopt (%) 19,65 13,36-20,24 -

Tabla 3-24. Intervalos de variación de la caracterización geotécnica de los rellenos diferenciados (Castellanos Bautista, J.M. et al., 2007).

Como puede comprobarse, las características de estos rellenos los hacen asimilables a un suelo tolerable-adecuado, siempre que se realice la limpieza de cascotes y otros elementos gruesos. En la Figura 3-63 se observa el material extraído de una cata.



Figura 3-63: Vista de una cata donde el material es predominantemente arenoso con menor presencia cascotes grandes (Castellanos Bautista, J.M. et al., 2007).

b) Depósitos de terraza (Qt)

Aparecen asociadas a la antigua red fluvial (hoy cubierta por el vertedero). Se trata de arenas limosas bien graduadas y de baja o nula plasticidad.

c) Arcillas negras con yesos (Tly)

Bajo la unidad anterior aparecen unas arcillas de tonos negros – azulados, con presencia esporádica de yesos.

En general se trata de un estrato de consistencia dura a muy dura con valores de NSPT comprendidos entre 30 y rechazo, si bien en el contacto con los yesos pueden encontrarse algo reblandecidas.

Las propiedades medias de estos materiales se incluyen en la Tabla 3-25:

% que pasa por tamiz 0,08 UNE 40,1-87,3

Límite líquido 16,6-78,3

Índice de plasticidad 2,7-79,4

Tabla 3-25. Características generales de las arcillas negras con yesos (Castellanos Bautista, J.M. et al., 2007).

En lo que se refiere a componentes secundarios:

• Contenido de sulfatos SO3-2: 0,019-21,13%

• Contenido en materia orgánica: 0,11-1,1%

Los valores de CBR obtenidos para estos materiales oscilan entre 1,74 y 11,3.

Trabajos realizados



En primer lugar se procedió al desmonte en todo el trazado afectado por el vertedero. De esta forma, el cimiento de los rellenos estaría formado por los limos y arcillas arenosas que aparecen inmediatamente por debajo del vertedero y que tienen capacidad portante suficiente como terreno de cimentación. En la Figura 3-64 se adjunta la sección tipo planteada:

Figura 3-64: Sección transversal (Castellanos Bautista, J.M. et al., 2007).

- En el caso de que el espesor de vertidos bajo el cimiento fuese muy importante se procedió a la compactación dinámica de la base de la excavación antes de recolocar el material de relleno. De esta forma se garantiza que bajo el cimiento del terraplén no habrá rellenos antrópicos sin compactar.

Para determinar los parámetros del proceso de compactación dinámica se realizaron unos tramos de prueba. Los condicionantes de estas pruebas fueron los siguientes:

- Maza de 15 t: Se trata de una maza cuadrada con esquinas achatadas de 2,5 m de lado teórico, cuya huella puede asimilarse a un círculo de igual diámetro.

- Compactación en dos fases según una malla cuadrada con golpeos en los vértices y centro en la primera fase y centros de los lados en la segunda. La energía aplicada en la segunda fase deberá ser del orden del 60 al 80% de la primera fase para evitar romper los bulbos de compactación de la primera fase.

De los tramos de prueba se definió una malla de 6x6 m. La superficie finalmente tratada fue de 10.000 m2.



Para la preparación de los materiales de vertedero de puesta en obra se retiraron aquellos elementos gruesos con un diámetro equivalente superior a los 2/3 del espesor de la tongada (20 cm).

Los ensayos Próctor realizados han dado las siguientes condiciones de puesta en obra de los materiales procedentes de vertedero (Tabla 3-26):

Valor mínimo

Valor máximo

Valor medio

Próctor Modificado

γmax (g/cm3) 1,56 1,85 1,76

Wopt (%) 11,61 20,24 15,38

Tabla 3-26. Resultados del ensayo Próctor para la puesta en obra de los materiales de vertedero (Castellanos Bautista, J.M. et al., 2007).

La sección final que se pretendía obtener tenía la siguiente secuencia:

-Cimiento de material de préstamo.

-Cuerpo de terraplén constituido por una estructura tipo sándwich con tres tongadas de 30 cm de material procedente del vertedero alternando con 2 tongadas de 30 cm de espesor de material de préstamo.

-Coronación con material de préstamo.

A los suelos procedentes de préstamo se les ha exigido la condición de ser tolerables o adecuados con un CBR>5.

La colocación del material de vertedero se hizo de siguiente manera:

- Extendido del material si compactar con bulldózer, en tongadas de 35 cm.

- Eliminación a los derrames laterales de elementos mayores de 20 cm, junto con otros elementos extraños (maderas, hierros y plásticos).

- 1 ó 2 pasadas de cuba dependiendo de la humedad inicial.

- 1 pasada de rodillo vibrante.

- Medida de densidad.

- 5 pasadas de rodillo con carga estática igual o mayor que 20 t.

- Comprobación de densidades y espesores.

Conclusiones

- Los materiales procedentes del Vertedero de Inertes de San Martín de la Vega tienen unas características adecuadas para su reaprovechamiento en obras de tierra, con un tratamiento previo de retirada de gruesos, en secciones tipo sándwich.

- La presencia de cascotes y restos de demolición no orgánicos de pequeño tamaño envueltos en el cuerpo areno arcilloso del terraplén no ha presentado mayor problema en cuanto a sus características resistentes y deformacionales.



- El vertedero de inertes estudiado presenta unas buenas características para su tratamiento por medio de compactación dinámica, obteniéndose unos resultados idóneos en cuanto a densidad y grado de compactación finales que evitan la ejecución de otros tratamientos o retiradas de volúmenes importantes de material.

3.7.- RESUMEN DE LOS CASOS ESTUDIADOS A continuación se muestra una tabla resumen de todos los casos que se han analizado resaltando los aspectos más importantes de cada uno de ellos. Cabe destacar que en varios de los casos considerados ha sido difícil conseguir información sobre cada uno de los aspectos analizados.



Obra Problemática Características geométricas del terraplén

Material marginal empleado


Zona de uso Disposición realizada Resultados/Comportamiento

posterior Observaciones

A-23. Villanueva de Gállego-Zuera (Zaragoza).

Puesta en servicio en 1998.

Materiales yesíferos en trazado con alto contenido en sulfatos y baja densidad. Tensiones admisibles 1-4 kg/cm2.

Hmax= 14 m. Taludes 3/2. Espaldones 2,5 m espesor.

Yesos blancos y grises

Sulfatos > 20%. Tensiones admisibles: 2-4 kp/cm2.

Núcleo

> 1m bajo coronación. > 30cm sobre terr. Natural. Geomembrana impermeable bajo coronación. Tongadas de 25 cm (tamaño máx. material=2/3). Compactación con pata de cabra.

Sin datos Imprescindible que el agua no penetre en el núcleo.

Limos yesíferos de fondo de valle

Sulfatos > 20%. Tensiones admisibles: 1-1,5 kp/cm2.

Cimiento

Sin datos

Necesario recompactación de los limos de fondo de valle

Autovía del Olivar: Tramo enlace Oeste de Baeza-enlace Norte de Puente del Obispo (Jaén).

Adjudicación de la obra 2009.

Margas grises de baja capacidad portante, hinchamientos altos y baja densidad tras compactación.

Margas grises

HL=3,38% Densidad=1,48 g/cm3

Tramo 1: Tratamiento con 1%cal+4% escorias de biomasa

En Proyecto estaba previsto estabilizar tongadas de 30 cm, que después de compactadas con rodillo liso debían cumplir: CBR≥6 Dens. Seca ≥95% PM IP<15

Tramo 2: Tratamiento con 1%cal+1% ceniza de central térmica

Tramo 3: Tratamiento con 2%cal

Tramo 4: Tratamiento con 1%cal+2% ceniza de central térmica

Esta fue la solución más cercana a la del Proyecto y la que se adoptó, ya que cumplía ampliamente los requisitos

Z-40. Tramo: Ronda Sur de Zaragoza (Zaragoza).

Puesta en servicio 2003.

Materiales yesíferos en trazado con alto contenido en sulfatos

Hmax= 12 m. Taludes 3/2. Espaldones 4 m espesor.

Yesos alabastrinos y margas yesíferas

Sulfatos > 20%. Buena capacidad portante

Núcleo y espaldones

> 0,5m bajo coronación Geomembrana impermeable bajo coronación (solape 30 cm) Tongadas 40cm (tamaño máx. material=2/3) Compactación con pata de cabra

Sin datos

En el trazado había limos y arcillas yesíferos de fondo de valle, que se eliminaron enviándolos a vertedero y se sustituyeron por material granular. Se llevó a cabo un control exhaustivo de asientos (no se dispone de los datos).








Autovía de la ruta del Toro (Cádiz). Puesta en servicio entre 2004 y 2006

Margas y arcillas margosas muy plásticas y expansivas

Margas y arcillas margosas.

IP entorno a 22 HL entorno a 5% Núcleo Estabilización con cal viva (2%)

en tongadas de 30 cm máximo

El IP se reduce desde 20-23 hasta 5-10. El CBR del material estabilizado aumenta desde 1-3 hasta 18-55 a los 7 días. El hinchamiento se reduce de un valor medio de 5% al 1%

Tramo II de la M-45 (Madrid).


Arcillas sepiolíticas de alta plasticidad

Arcilla sepiolítica

Finos: 23-99,5% LL: 49-162% IP: 13-83 Dens. Seca: 0,7-1,10 t/m3 Hinchamiento: pH: 0-1,7kp/cm2 (medio: 0,69kp/cm2)

Núcleo, cimiento y espaldones

Estabilización con cal (2,4% en espaldones y cimiento, 1,8% en núcleo) Colocación del lado húmedo, con humedad entre +2 y +8 Próctor Compactación con pata de cabra

Ev2> 100 Mpa Densidad seca media = 0,9 t/m3 Espesor final tongada= 26 cm Ensayo huella (a las 24 horas) < 5 mm

Tramo I de la M-45 (Madrid).


Presencia de sepiolita y limos de alta plasticidad en trazado

Núcleo de peñuela en forma encapsulada, nunca en espesor superior a 3m (Para espesores superiores, separar cápsulas con al menos 1 m de material) Espaldones de 4 m Cimiento y coronación de 1 m

Peñuelas

Valores medios: Finos: 77,5% LL: 83,7 IP: 39,1 Dens. Seca: 1,24 t/m3 Dens. ap: 1,73 t/m3 Humedad opt: 38,4 Hinchamiento CBR: 5,42%

Núcleo

Eliminación de la sepiolita de las peñuelas Compactar del lado húmedo, con humedad +2% Próctor Densidad seca entre 95 y 98 Próctor Densidad aparente mínima 1,7 t/m3 Compactación con pata de cabra con 7 pasadas dobles y en tongadas de 30 cm

Densidad aparente a veces inferior a la exigida Grado de compactación>95% Humedad próxima a la óptima Asiento medio de 3 mm Asiento máximo de 9 mm

Arcillas yesíferas no se usan por elevado contenido en sulfatos Limos de alta plasticidad no se usan por su baja densidad Peñuelas solo usarlas eliminando totalmente la sepiolita








Autopista M-50 y R-4 (Madrid).


Suelo atravesado compuesto por 85%suelo marginal y 5% suelo inadecuado

Cimiento de 1 m de espesor Espaldones de 2,5 m de espesor con pendiente 2H:1V Última capa de núcleo de 0,6 m de espesos Cobertura vegetal en espaldones de 0,25 m

Arcillas yesíferas, peñuelas y arcillas esmectíticas

LL= 30-110% Humedad= 10-60% Densidad seca= 1-2t/m3

Núcleo

Tongadas de 30 cm. Compactación con rodillos de pisones de alta velocidad con 6 pasadas dobles. Núcleo: adición de cal en 1%, compactación con pata de cabra al 98% PN Última capa de núcleo: adición de 2% de cal, compactación con pata de cabra al 98% PN Coronación: suelo estabilizado con 4,5% cal, compactado con rodillo lso al 98% PN

Deflexiones medidas en campo oscilan entre 1,15 y 1,2 mm. Resistencia a la compresión simple a 7 días mayor a 1,5 MPa.

Cal empleada: apagada Regar con rango de variación de la humedad de -1 a +3 % por encima de la humedad natural del material. Cimiento estabilizado in situ. 30 primeros cm con 4,8% cal en M-50 y 3,5% cal en R-4 y los siguientes 25 cm con 4,5% cemento.

Autopista Bilbao-Behobia (Vizcaya/Guipúzcoa).


Empleo de materiales susceptibles al agua.

Vaguada del Caño C-348: 200 m de longitud y altura máxima de 35 m.

Material arcilloso

LL= 35 IP= 17,5 Dmax= 1,92 g/cm3 Wopt= 12% Wnat= 22%

Núcleo

Capas de arcilla de 2 m de espesor con capa de material granular de 1 m de espesor tanto por arriba como por abajo. Donde la altura de terraplén era superior a 15 m espaldón de escollera. Compactación de la arcilla con equipos sobre orugas y compactación de la escollera con rodillos vibratorios.

Asiento de 15 cm en un tiempo de consolidación de 3 meses. El comportamiento posterior no ha presentado ninguna anomalía.

Imprescindible la labor de la capas granulares que empaquetaban las arcillas para posibilitar el drenaje.

Errotazar: 300 m de longitud y altura máxima de 17 m.

Material arcilloso

LL= 70 IP= 36 Dmax= 1,42 g/cm3 Wopt= 27% Wnat= 30-45%

Relleno tipo sándwich con capas arcillosas de 3 m de espesor entre capas de material granular de 1 m de espesor (calizas y calizas arcillosas sanas). Taludes 2H/1V. Para alturas superiores a 10 m escollera de pie. Coronación de 1,5 m de material granular.

Variante de Alcalá de los Gazules (Cádiz).

Puesta en servicio entre 2004 y 2006.

Arcillas muy expansivas

Arcilla de Jimena

LL= 30-95 % LP= 15-45 % IP= 10-50 %

Núcleo

Eliminación de tamaños superiores a 80 mm. Tongadas de 40 cm de la arcilla de Jimena. Extendido de cal (2-3%) con solape entre pasadas de 15 cm. Compactación consiguiendo como mínimo el 95% de la densidad del Próctor Modificado.

Sin datos








CN-340 en Xátiva (Valencia)

Yesos y arcillas de plasticidad media con alto contenido de illita

Yeso y arcilla

Arcilla: LL= 40 IP= 13

Núcleo

Tongadas de 30 cm de espesor compactadas con rodillo vibrante o tongadas de 20 cm de espesor compactadas con pata de cabra.

Sin datos Compactar del lado seco.

Variante de la carretera M-307 en San Martín de la Vega (Madrid)

La traza atraviesa materiales yesíferos

yesos masivos y cristalizados y yesos con intercalaciones margosas.

Núcleo

El yeso se coloca en forma de todo-uno en tongadas de 90 cm protegido por una lámina impermeabilizadora.

Sin datos

Autopista Burgos-Málzaga (Burgos).


Atraviesa materiales arcillosos con presencia de yesos.

Altura entre 3 y 30 m.

Material con matriz arcillosa

La matriz arcillosa tenía un porcentaje de yeso comprendido entre 30 y 40%.

Núcleo Tongadas de 30 o 40 cm de espesor. Compactación del lado seco y con rodillo vibratorio.


Autovía en la zona de Venta de Baños (Palencia)

Arcillas terciarias grisáceas, expansivas con algo de carbonatos.

Arcilla terciaria grisácea

Núcleo

Sección de tipo encapsulada, rodeando las arcillas con zahorras naturales con algo de finos (25-35 %)

Sin datos

Duplicación de la carretera M-111 y Variante Fuente el Saz (Madrid).

Construcción 2007.

Longitud del tramo construido con NFU= 100m Altura max.= 7,5m Taludes 2H/1V Anchura de coronación= 8,8m

NFU

Núcleo

1º capa de NFU de 2 m de espesor y 105 m envuelta por geotextil. Capa de suelo de 1,2 m de espesor. 2º capa de NFU de 1,2 m de espesor envuelta por geotextil. Capa de suelo de 1,5 m de espesor. Compactación con rodillo de 10 t, presión de compactación de 2,9 MPa y 10 pasadas de compactador.

Densidad NFU tras compactación= 6,5 kN/m3

Densidad suelo tras compactación= 18 kN/m3 Temperatura 1º capa NFU= 12,09ºC Temperatura capa intermedia suelo= 13,66ºC Temperatura 2º capa NFU= 19,02ºC Calidad agua en pozos: pH= 7,12 y temperatura16,7ºC Asientos= 2% altura total del relleno

La mayor parte de los asientos son producidos durante el proceso constructivo en un plazo de 2-3 meses. Presión transmitida 70%< a la que se transmitiría si se utilizase suelo en vez de NFU.








Experiencias del laboratorio de geotecnia en la ejecución de rellenos viarios con NFU (Madrid).

Informe emitido 2010.

NFU Dens. Seca= 0,42

t/m3 Núcleo

30 cm de espesor de suelo seleccionado. Tongada NFU de 40 cm espesor aprox. Se colocaron 4 tongadas. Compactación con rodillo liso vibratorio de 93 kN de peso, dando 4 pasadas. Velocidad de compactación= 1,5 km/h.

Asiento de 44,7 cm, es decir, 31,2%. Dens. Max= 0,84-0,91 t/m3. Mod. Dinámico en ensayo de placa de carga= 5,7 MPa

Maquinaria más adecuada para compactar tiras de NFU no mezclados y mezclados con suelos es el rodillo liso vibratorio. Densidad muy baja del relleno con NFU compactado. Puede ser ventajoso en muchas aplicaciones. Mezcla de NFU con suelo es más denso menos deformable y más compactable.

NFU Dens. Seca= 0,42

t/m3 Núcleo

30 cm de espesor de suelo seleccionado. Tongada NFU de 40 cm espesor aprox. Se colocaron 3 tongadas. Compactación con bulldózer de 27 t, dando 3 pasadas. Velocidad de compactación= 3,6 km/h

Dens. Max= 0,72-0,91 t/m3. Mod. Dinámico en ensayo de placa de carga= 4,5 MPa

NFU+suelo seleccionado

Suelo seleccionado: color anaranjado, fracción fina prácticamente nula, forma de las partículas angulosa y textura rugosa.

Núcleo

30 cm de espesor de suelo seleccionado. Tongada NFU con suelo seleccionado de 40 cm espesor aprox. Se colocó una sola tongada. Compactación con rodillo liso vibratorio de 93 kN de peso, dando 1 pasada. Velocidad de compactación= 1,5 km/h.

Asiento de 5,6 cm, es decir, 13,3%.

NFU+suelo marginal

Suelo marginal: LL= 49% LP= 33% IP= 19% Dens. Max.= 1,5 g/cm3 Hum. Opt.= 21,4% Hum. Nat.= 24,4%

Núcleo

30 cm de espesor de suelo seleccionado. Tongada NFU con suelo marginal de 40 cm espesor aprox. Se colocaron 3 tongadas. Compactación con rodillo liso vibratorio de 93 kN de peso, dando 3 pasadas. Velocidad de compactación= 1,5 km/h

Asiento de 23,2 cm, es decir, 19,75%. Dens. Max= 1,5-1,9 t/m3 Mod. Dinámico en ensayo de placa de carga= 2,9 MPa

Autopista AP-46. Alto de las Pedrizas (Málaga).


NFU

Núcleo

NFU en dos bloques separados por el mismo material que el cimiento. Compactación con rodillos lisos.

Sin datos








Vía de servicio y modificación de enlaces San Isidro-aeropuerto Sur (Tenerife).

Proyecto aprobado 1999.

Longitud= 65 m Altura= 20 m Anchura en coronación= 11,5 m

NFU

Núcleo

Capa de suelo seguida de geotextil y una capa de un metro de espesor de NFU. Por encima capa de suelo. Para alturas mayores colocar sobre lo anterior geotextil+NFU+geotextil+capa suelo.

Asiento en capa inferior= 21 cm. Asiento en capa superior= 26 cm. Temperatura en las capas de NFU= 17,5-19,5 ºC

Gran parte de los asientos son debido al asiento de la cimentación (16 cm)

Autovía Cubillos-Torena (León)

Altura máxima= 2 m

Estériles del carbón

Cu= 9 (suelo poco uniforme) Cc= 3,18 (buena graduación) LL= 22,5% LP= 15,5% IP= 7% CBR= 14 Hinchamiento= 0 Dens. max= 2 t/m3 Hum. opt.= 7,9% Mat. Orgánica= 0

Núcleo

Tongadas de 40 cm aprox. Compactador de rodillo vibratorio Tándem de 18 t. Mínimo 10 pasadas.

Las compactaciones alcanzaron una media del 100% de la densidad del Próctor Modificado.

Polígono industrial de Riaño (León).

Finalización 1985. Estériles del carbón

% pasa tamiz 80= 95% % pasa tamiz 2= 30% % pasa tamiz 0,08= 5% Dens. max= 2,17 y 2,19 kg/dm3 Hum. opt= 6,7-7% CBR= 10 Hinchamiento nulo

Tongadas de 70 cm aprox. Densidad= 1,93-2,17 kg/dm3

Humedad= 3,5-7,1%

Compactar el material con el valor de contenido de humedad óptima o por debajo de éste en tongadas que no excedan los 50 o 60 cm de espesor, donde en cada tongada se debe realizar el escarificado del material antes de la colocación de la tongada siguiente.

Viales 4104 y 4099 en la localidad de Guadabajaque (Cádiz).

2002

RCD

Dens. Seca= 1,77 t/m3 Hum. Opt= 15% CBR= 22 Hincham. nulo


Puerto de Barcelona (Barcelona).

2009 RCD

Granulometría de todo-uno con fracción 20/70 mm

Tongadas de 30 cm de espesor compactadas con 6 pasadas de rodillo liso vibratorio.

Ev2>155,17 MN/m2 Ev2/Ev1= 1,83









Urbanización de la G-44/2 del PGOU de Zaragoza, Urbanización de la plaza de la estación (Zaragoza).

Adjudicación de la obra 2005

Posibles sobrecargas por nueva construcción

Arcilla expandida (arlita)

Granulometría= 8-16 mm Dens. Seca= 325 kg/m3 Dens. In situ= 500 kg/m3 Dens. Saturada= 650 kg/m3 CBR= 11 Ángulo rozamiento= 35º Cohesión nula

Núcleo del relleno

Tongadas de 60 cm compactadas con 4-5 pasadas de bulldózer transmitiendo una presión de 4 t/m2. Material envuelto por geotextil

Buen comportamiento posterior. Se redujo la carga transmitida en un 75%.

Reparación de asientos diferidos en trasdós de estribo de viaducto del cierre norte de Barakaldo (Vizcaya).

Proyectado en 1999

Zona de suelos blandos. Debido a imposibilidad de ejecución de cimentación profunda, necesidad de reducir cargas transmitidas.


Arcilla expandida (arlita)

Granulometría= 8-16 mm Dens. Seca= 325 kg/m3 Dens. In situ= 500 kg/m3 Dens. Saturada= 650 kg/m3 CBR= 11 Ángulo rozamiento= 35º Cohesión nula

Núcleo del relleno

Núcleo de arlita envuelto por geotextil de 200 g/m2. Núcleo 60 cm por debajo de la coronación. Tongadas de 50 cm de espesor compactadas con pala de orugas que transmitía al terreno una presión de 4 t/m2. Se daban 4-5 pasadas

Elevada capacidad portante. Buen comportamiento posterior.


Variantes del Puerto de Santa María y Puerto Real (Cádiz).

Proyecto licitado 1993

Atravesar zona de marisma. Necesidad de tratamientos especiales o reducción de la carga transmitida.

EPS

Núcleo

Cuña formada por bloques de EPS colocados sobre capa de suelo seleccionado de 1 m de espesor. Sobre la cuña de EPS 1,5 m de espesor de suelo seleccionado.

Sin datos Gran reducción de las cargas transmitidas.

Autovía A-6 a su paso por Padornelo (Zamora).

Puesta en servicio 2002

Esquistos y pizarras precámbricas y ordovícicas con abundantes partículas lajosas. Tam. max. 600mm.

Esquistos y pizarras precámbricas y ordovícicas.

Núcleo

Tongadas de 80cm compactadas con rodillo vibrador de 18 ton (5 pasadas a vmax. de 3km/h)

El peso específico seca medida in situ fue 21,4 kN/m3 y la humedad de 8%. Se obtuvo un módulo de deformación global de 40 MPa.








N-630. Guijuelo-Béjar (Salamanca)

Granito, granito alterado y jabre con características geométricas inadecuadas

Granito, granito alterado y jabre

Plasticidad nula. Contenido de sulfatos, carbonatos y materia orgánica aprox. nulo. Humedad óptima P.M. de la porción inferior a 20 mm aprox. 12 % y la densidad max. 20 kN/m3.

Núcleo

Humedad adoptada 7% aprox. Tamaño max. bolos= 40 cm Compactador vibratorio. 8 pasadas. Tongadas de 60 cm.


Variante de la M-301 a su paso por Perales del Río (Madrid).

Puesta en servicio 2007

Atravesar un vertedero de materiales inertes

Materiales inertes procedentes de vertedero

Al tratarse de rellenos antrópicos naturaleza muy variada de los materiales (cascotes, madera, plásticos…) Tamaños variados

Núcleo

Cimiento con material de préstamo. Cuerpo de terraplén en tipo sándwich con 3 tongadas de 30 cm de material de vertedero alternadas con 2 tongadas de 30 cm de material de préstamo. Coronación con material de préstamo.

Buenas características de los materiales de vertedero siempre y cuando se eliminen los gruesos y se utilice en secciones tipo sándwich. No ha habido problemas de resistencia ni deformación posterior. La compactación dinámica ha dado buenos resultados en cuanto a densidad y grado de compactación.

160



4.- CONCLUSIONES

El estudio se ha centrado en una extensa búsqueda bibliográfica de casos de aplicación de materiales marginales en rellenos en terraplén, en obras realizadas en el Reino de Marruecos y en la Comunidad Autónoma de Andalucía, que se ha hecho extensiva al resto de España.

Los materiales marginales que se han considerado se han agrupado en tres tipos siguientes, que engloban el conjunto de materiales estudiados:

- Suelos marginales naturales: Suelos expansivos Suelos colapsables Suelos con yesos Suelos con otras sales solubles, Suelos con materia orgánica

- Residuos procedentes de la industria: Neumáticos fuera de uso (NFU) Residuos de Construcción y Demolición (RCD) Estériles del carbón Escorias de acería LD

- Materiales ligeros Arlita o Arcilla expansiva Poliestireno expandido

A pesar de que se han encontrado un gran número de casos documentados, son pocos los que recogen datos concretos sobre aspectos constructivos y aún menos, de su comportamiento posterior.

En total, se han revisado detalladamente 25 experiencias de aplicación de materiales marginales en terraplenes y se han analizado, sintetizado y extraído los aspectos más relevantes en relación a las particularidades de los materiales empleados, la disposición en obra y el comportamiento posterior técnico y medioambiental.

En la siguiente tabla se resume brevemente las conclusiones que se han obtenido;

Se considera que estas conclusiones pueden ser de utilidad, a modo de directriz, para ofrecer una primera posible aplicación a los materiales del trazado de una obra lineal que se supongan inicialmente poco adecuados. Conviene recordar que la incorporación de materiales marginales en la construcción de rellenos aporta una serie de ventajas medioambientales, económicas y paisajísticas, entre las que se puede señalar el ahorro que supone en nuevos recursos naturales, así como costes de transporte a vertedero de los materiales desechados.

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Característica marginal Materiales Zonas del

terraplén

Compactación Tratamiento Espesor de

tongada (cm) Tipo compactador Observaciones

Materiales con elevado contenido de sulfatos

Materiales yesíferos Núcleo 25-40 Pata de cabra

Materiales de elevado hinchamiento

Arcillas y margas arcillosas

Núcleo, cimientos y espaldones

30 Pata de cabra Compactación del lado húmedo

2% cal núcleo 2,4 % cal en cimientos y espaldones

NFU Núcleo 40 Rodillo liso vibratorio

10 pasadas de compactador

Posibilidad de contener elevado contenido de sulfatos

RCD 30 Rodillo liso vibratorio

6 pasadas de compactador

Arcilla expandida Núcleo 55 Bulldózer 5 pasadas de

compactador

Estériles de carbón Núcleo 40-70 Rodillo liso

vibratorio 10 pasadas de compactador

Como conclusiones más relevantes del estudio se señalan las siguientes:

- Aunque se esté extendiendo el hábito de emplear materiales marginales para la construcción de terraplenes en España, todavía no es una práctica muy habitual. No existen muchos casos documentados y todavía no se han elaborado guías y recomendaciones técnicas de aplicación práctica que fomenten su uso.

- El empleo de estos materiales se limita en la gran mayoría de los casos al núcleo del terraplén.

- La práctica más extendida en España para el empleo de materiales marginales expansivos se realiza mediante su estabilización con adición de cal.

- Para su aprovechamiento en núcleo de terraplén, en la mayoría de las experiencias, el porcentaje de cal añadido está entorno al 2%. Si se emplea en espaldones o cimientos los porcentajes son algo más elevados, entorno al 2.4%.

- Como es sabido, los materiales son arcillosos –yesíferos o no-, se compactan habitualmente mediante compactadores de pata de cabra.

- El espesor medio de tongada empleado con materiales arcillosos y yesíferos arcillosos es de 30 cm.

- El tipo de compactador más habitual para los NFU es el rodillo liso vibratorio.

- El número de pasadas necesario para compactar los NFU es mayor que para los demás materiales, ya que debido a su forma y tamaño son muy difíciles de compactar.

- Para extender y compactar la arcilla expandida basta con el empleo de una máquina sobre orugas, ya sea un bulldózer o una retroexcavadora.

- Actualmente, los RCD procedentes de hormigones no se emplean en rellenos, ya que tienen usos de mayor valor. Los RCD de procedencia cerámica (RCD mixtos) tienen una composición heterogénea y deben ser tratados previamente para adecuar su

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granulometría y eliminar los componentes con sulfatos; este último tratamiento no resulta a priori viable económicamente lo que ha limitado su empleo.

- Un buen método para la compactación de materiales de vertedero es la de la compactación dinámica.

- Un buen método para la compactación de materiales de vertedero es la de la compactación dinámica.

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Actividad 2: Transferencia Tecnológica relativa a ......Unión Europea FEDER Invertimos en su futuro . Actividad 2: Transferencia Tecnológica relativa a materiales de construcción,