Estabilizado de suelos

Varias son las razones por las que la estabilización de explanadas ha tenido y tiene en España una amplia difusión. Entre ellas, cabe destacar la consecución mediante esta técnica de una buena plataforma de apoyo que colabora estructuralmente con el resto del firme, el permitir circular por terrenos intransitables, reducir la sensibilidad al agua de la explanada y en general una mejora de la durabilidad de todo el firme, incrementándose la resistencia a la fatiga, a la erosión y a los agentes climáticos de todo el conjunto.

Suelos estabilizados "in situ" con cemento

Hoy en día, las necesidades funcionales, económicas y ecológicas en la construcción de infraestructuras determinan un mayor uso de suelos estabilizados. Debido a la creciente escasez de materiales naturales de calidad, se busca cada vez más el aprovechamiento de suelos locales, diseñándose un firme económico y duradero.

La normativa vigente recomienda esta técnica para la capa superior en la formación de las explanadas, por razones de seguridad y uniformidad de la capacidad estructural en toda la traza, frente a una aportación directa de suelos sin tratar.

A todo ello se suman importantes ventajas medioambientales al permitir el aprovechamiento de los suelos existentes en la traza, aunque estos sean suelos marginales o inadecuados, evitando también la creación de vertederos.

Los suelos estabilizados in situ con cemento o con cal, conocidos y hasta normalizados mucho antes, empezaron a ser la regla más que la excepción no sólo cuando los suelos locales no eran apropiados por su sensibilidad al agua, erosionabilidad, cambios de volumen, etc., sino cuando se deseaba una elevada capacidad de soporte, acorde con la importancia de la vía.

Actualmente las propuestas de 1975 han sido refrendadas y puesta al día en las categorías de suelos mejorados con cemento o con cal S-EST 1 y S-EST 2 y de suelos estabilizados S-EST 3 con cemento.

En los años 90, las restricciones ambientales respecto a préstamos y áridos de calidad impulsan con fuerza tanto las explanadas estabilizadas como el reciclado de firmes. Ambos se desarrollan gracias a la disponibilidad de potentes máquinas estabilizadoras- recicladoras y a unos costes competitivos.

La estabilización se puede aplicar en un gran número de proyectos, como son la formación de explanadas para todo tipo de carreteras, realización de caminos rurales y pistas forestales, aparcamientos y explanadas de fábricas, áreas de almacenaje, pistas de rodadura y servicio de aeropuertos, vía ferrocarriles, revestimiento de canales y lagos, estabilización de laderas, recuperación de terrenos contaminados o rellenos estructurales.

Ejecución de las obras

Las operaciones a realizar en la ejecución de los tratamientos in situ son habitualmente las siguientes:

  1. Preparación del suelo.
  2. Distribución del conglomerante.
  3. Mezclado.
  4. Compactación inicial.
  5. Refino o nivelación.
  6. Compactación fina.
  7. Curado o protección superficial.

De acuerdo con el tipo de obra y los equipos disponibles, algunas de las operaciones anteriores pueden agruparse o realizarse conjuntamente.

Estudios para el tratamiento

Cuando se proyecta estabilizar un suelo es indispensable proceder a un estudio previo cuyo esquema y consistencia dependen de los conocimientos que se tengan sobre el propio suelo y las anteriores experiencias de tratamiento.

Objetivos y procedimiento del estudio

El objetivo es determinar que tipo de conglomerante a emplear y las dosificaciones a aplicar en función de:

  1. Las características del suelo (tipo, clasificación, grado de humedad, etc.)
  2. El destino de los materiales tratados (rellenos, explanadas, bases/sub-bases, etc). Para ello es necesario un estudio geotécnico y de las características del suelo lo más preciso posible.
  3. Elección y dosificación del conglomerante.

De acuerdo con las características del suelo se selecciona el tipo de conglomerante más apropiado para conseguir la capacidad de soporte o la resistencia solicitada.

Otra opción que no hay que descartar, es la estabilización mixta con cal y cemento, bien porque el suelo tenga mucha humedad y requiera previamente un secado, o bien porque contenga finos muy plásticos sobre los que no se consigue obtener resistencias con la acción del cemento. Con un 1-2% de cal se reduce la plasticidad, aumentando la humedad óptima de compactación y disminuyendo la densidad máxima del suelo, y tras un período de maduración, con un 3-4% de cemento se pueden lograr las resistencias especificadas para obtener una explanada de calidad.

Definido el conglomerante, se realizan los ensayos de dosificación necesarios para conocer la cantidad del mismo necesaria. Para ello se realiza el ensayo Proctor Modificado, con cada contenido de cemento, que nos facilita la humedad óptima y la densidad máxima, obteniéndose el valor del índice CBR y, en el caso de explanada E3 en la que se exige una resistencia de 1,5 MPa a la edad de 7 días, se confeccionan probetas para romper a la edad exigida.

Lo que se persigue con estos ensayos es definir la fórmula de trabajo en la que habrá que indicar la dosificación de cemento, la humedad del suelo en el momento de la mezcla, la humedad de compactación y el valor mínimo de la densidad a obtener.

Maquinaria y equipos para el tratamiento de suelos

Las operaciones a realizar en la estabilización in situ son en general las siguientes:

  • Preparación del suelo al menos en tres aspectos básicos: Granulometría (escarificado, disgregación y retirada de gruesos), humedad (humectación o secado) y nivelación.
  • Distribución del conglomerante: Según como se realice, se diferencia entre estabilizado por vía seca (el cemento se extiendo en polvo sobre la superficie de la capa a estabilizar) o por vía húmeda (se incorpora como lechada al suelo dentro de la estabilizadora).
  • Mezclado: Un adecuado proceso de mezclado, con la humedad apropiada para asegurar una buena homogeneidad del suelo estabilizado en todo el espesor requerido, es muy importante para lograr un aprovechamiento óptimo de esta unidad.
  • Compactación inicial: Tras el mezclado se realizan varios ciclos de compactación con rodillo vibrando a su máxima amplitud para compactar bien el fondo de la capa.
  • Refino o nivelación: Posteriormente se lleva a cabo un refino con la motoniveladora para obtener la rasante.
  • Compactación final: Se realiza con un rodillo liso hasta obtener la densidad especificada.
  • Curado y/o protección superficial: El curado se puede realizar manteniendo la superficie húmeda mediante un riego con agua pulverizada, o bien extendiendo una emulsión bituminosa de rotura rápida y baja viscosidad con una dotación mayor de 300 gr/m2 de betún residual.

Para poder soportar el paso inmediato de los vehículos sin que se produzcan deformaciones importantes que puedan perjudicar su comportamiento posterior, el suelo estabilizado con cemento debe tener un esqueleto mineral con estabilidad suficiente. Para la estimación de la misma, se emplea el índice de capacidad de soporte inmediata (norma UNE EN 13286-47), que debe ser como mínimo igual a 50 para poder permitir la apertura a la circulación. En este caso se puede proteger con un riego de curado arenado con una gravilla 3/6, aplicada con una dotación 2-4 l/m2.

Normativa, suelos estabilizados in situ del PG-3

En el artículo 512, Suelos estabilizados in situ del PG-3 se exponen las características exigidas a los suelos para poder ser estabilizados con cemento o cal.

Aunque además se imponen otros criterios restrictivos como la ausencia de asentamiento en el ensayo de colapso realizado según NLT-254, ni hinchamiento en el ensayo de expansión según UNE 103601, existe una amplia experiencia en Navarra y País Vasco de suelo estabilizado con cemento con rocas evolutivas tipo margas, lutitas, argalitas, limolitas y otras que no cumplen estas prescripciones del PG-3, pero que cumplen el ensayo de hinchamiento acelerado UNE-EN 13.286-49.

Los espesores de las capas estabilizadas para la formación de explanadas recogidos en las distintas normativas suelen ser de 25 ó 30 cm. En algunos casos se han construido capas estabilizadas de 35 y 40 cm, pero ello requiere el empleo de equipos de suficiente potencia y una ejecución muy cuidadosa, a fin de asegurar que se consiguen las densidades especificadas, sobre todo en fondo de capa. Por ello dicha posibilidad no se contempla por el momento en las distintas normativas.

Las definiciones de las estabilizaciones se realiza en relación con unas características mínimas a cierta edad (7 días) para asegurar la capacidad de soporte y unos contenidos mínimos de cemento para asegurar la homogeneidad del mezclado. Realmente las estabilizaciones tipo S-EST1 y S-EST2 se pueden considerar como materiales granulares, por el contrario, el tipo S-EST3 es un material bastante rígido, dotado de una apreciable resistencia mecánica. De ahí que para valorar su características mecánicas se les exija a los dos primeros el ensayo CBR y al tercero el de resistencia a comprensión simple.