Manual de Estabilización de Suelos con Cemento o Cal

Mezclar el suelo con cal para mejorar su comportamiento viene de muy lejos, casi de las primeras civilizaciones conocidas. La mezcla con cemento (tal y como lo entendemos hoy en día) es muy posterior, de principios del siglo XX, sin embargo, la aplicación de estas mejoras a las modernas carreteras tuvo que esperar algunos años más, básicamente porque no es lo mismo una pequeña aplicación local que una mezcla homogénea y fiable a gran escala. Para variar, fue la 2ª Guerra Mundial la que impulsó su uso, como ya ocurrió con el ensayo brasileño de tracción indirecta.

[Aunque tradicionalmente se ha dicho que ya Vitruvio recomendaba mejorar las calzadas con mortero de cal, según ciertos autores se trata de una confusión entre el suelo como revestimiento o solado (solar) y como terreno (solum), siendo muy excepcional su uso en calzadas]

La estabilización de suelos con cal es un método económico y útil, de aplicación a suelos arcillosos (en los que la floculación reduce la plasticidad), y a suelos con materia orgánica, en los que… bueno, ya sabemos lo que hace la cal con la materia orgánica, ¿no? (si no lo has visto en las típicas películas de mafiosos lo habrás visto en el control de epidemias, supongo).

Vale, entendido, la estabilización de suelos con cemento o cal funciona y el suelo mejora sus cualidades pero, ¿cuánto mejora?, ¿cómo se usa?, ¿en qué proporciones?, ¿depende de la granulometría?, ¿cómo afectan los cambios de humedad?, ¿y la lluvia?, ¿qué técnicas deben usarse?, ¿existe normativa?

Respondiendo a la última pregunta, si, existe normativa, concretamente el Pliego de Prescripciones Técnicas Generales para Obras de Carreteras y Puentes, más conocido como PG-3.

Y en cuanto al resto de dudas, puede venirnos bien este “Manual de Estabilización de Suelos con Cemento o Cal”, editado a tres manos por la Asociación Nacional de Fabricantes de Cales y Derivados de España (ANCADE), la Asociación Nacional Técnica de Estabilizados de Suelos y Reciclado de Firmes (ANTER) y el Instituto del Cemento y sus Aplicaciones (IECA) en 2008, y disponible en pdf por cortesía de Wikivía.

Manual de Estabilización de Suelos con Cemento o Cal (pdf – 6,75 MB)

¿Quieres ver cómo se hace?, pues aquí tienes un didáctico vídeo sobre estabilización de suelos con cemento, procedente de la sección de vídeos de IECA.

«Modelos Matemáticos en Ciencia e Ingeniería». Enrique Castillo Ron

Enrique Castillo Ron fue el encargado de abrir la sesión inaugural 2011 de la Real Academia de Ingeniería. Lo hizo con una intensa conferencia sobre «Modelos Matemáticos en Ciencia eIngeniería», y cuando digo intensa, quiero decir intensa, mucho más de lo que suelo enlazar habitualmente por aquí.

Pese a su intensidad, tiene algo que me parece interesante compartir, porque poco después de hablar del Teorema pi de Buckingham -imprescindible si estamos hablando de modelos-, estudia la determinación de las leyes de esfuerzos en vigas de un modo poco habitual.

Me explico. Normalmente, cuando buscamos las leyes de esfuerzos en una viga cargada de forma estática procedemos de un modo analítico. Discretizamos la viga en rebanadas de espesor diferencial, planteamos el equilibrio de fuerzas y momentos en la rebanada, hacemos uso de la relación momento-curvatura y obtenemos una ecuación diferencial ordinaria de cuarto orden. A partir de aquí, lo de siempre, se integra, se imponen las condiciones de contorno y se obtienen, sucesivamente, las leyes de esfuerzos cortantes, momentos flectores, giros y flechas.

esquema para el cálculo de las leyes de esfuerzos cortantes, momentos flectores, giros y flechas en una viga

Lo que plantea Enrique Castillo, sin embargo, es considerar“rangos” de validez para las condiciones de contorno, en lugar de valores únicos, obteniendo como conjunto de soluciones reales un politopo. Evidentemente, es un procedimiento complicado, mucho más de lo que estamos acostumbrados a ver, pero coherente con los planteamientos probabilistas hacia los que se van enfocando cada vez más las normativas, al fin y al cabo.

Como dice la conferencia:

Puesto que en la realidad no existen apoyos ni empotramientos perfectos, ni fuerzas ni momentos exactos, en la práctica es mucho más realista suponer que ﬂechas, giros, momentos y cortantes oscilan en ciertos rangos. De esta forma se obtienen envolventes de momentos y cortantes que permiten calcular las armaduras de forma inmediata.

El valiente que se atreva a a seguir leyendo se sorprenderá viendo la variedad de temas tratados: cálculo de vigas mediante ecuaciones funcionales, la determinación del área de un rectángulo (no, no siempre es base x altura, compruébalo), la conveniencia de hacer la declaración de la renta conjunta o separada, problemas de fatiga, curvas de crecimiento de grietas, etc. Todo ello bajo un desarrollo matemático que exige cierto esfuerzo, aviso.

Descarga la conferencia de Enrique Castillo sobre Modelos matemáticos en ciencia e ingeniería

Enrique Castillo – Modelos matemáticos en ciencia e ingeniería [pdf – 3,05 MB]

Un último apunte antes de terminar. Como estas cosas no salen en prensa tanto como deberían, lo vuelvo a repetir por aquí. Enrique Castillo ganó el Premio Nacional de Investigación en Ingeniería «Leonardo Torres Quevedo» del 2010, y con un elegante «A mí me basta con el reconocimiento a mi trayectoria profesional«, donó los 100.000 € de premio a proyectos de cooperación al desarrollo en Togo y Benin, todo un ejemplo.

Esfuerzos laterales en cimentaciones pilotadas, ¿merece la pena mejorar el terreno?

– ¿Qué problema tienen los pilotes?
– ¿Los pilotes?, ninguno, si funcionan muy bien.
– Vale, pero si buscamos fallos, ¿qué problemas pueden tener los pilotes?
– Hombre, si nos ponemos así, a ver, deja que piense…

– El izado de la armadura, si es hormigonado.
– El izado de todo el pilote, si es prefabricado.
– Que se hormigone mal, o haya derrumbes o lavados durante el hormigonado.
– Que la armadura no entre y se quede a medias.
– Romper la punta al hincarlo, si no lleva una punta de Oslo o no se ha protegido bien.
– Que no entre porque el estudio geotécnico se curó en salud y el terreno no es tan malo.
– Que se hunda hasta el fondo porque el terreno es mucho peor de lo que se pensaba.
– Que se queden cortos.
– Que sufra rozamientos negativos no previstos.
– Que pilles una ruina romana justo debajo… a un amigo le pasó.
– Que rompas una conducción de agua, también le paso a un amigo.

– ¿El mismo de antes?
– Si, es un gafe que no veas.
– Vale, pero dejando a un lado el izado, el hormigonado, los derrumbes, la punta, los estudios geotécnicos mal hechos, el rozamiento negativo, las ruinas romanas, las conducciones de agua y los amigos gafes… ¿qué otro problema podemos tener con los pilotes… especialmente a nivel estructural?

– Pues, no sé, a nivel estructural, dices… ¿los esfuerzos laterales, quizás?

– ¡¡ Correcto !!

Bien, con esta referencia nada velada a los clásicos, presento una nueva comunicación del National Cooperative Highway Research Program (NCHRP) con el título de “Design Guidelines for Increasing the Lateral Resistance of Highway-Bridge Pile Foundations by Improving Weak Soils”, que podría traducirse -grosso modo- por «Guía para incrementar la resistencia lateral de cimentaciones pilotadas de puentes mejorando el suelo».

El texto plantea una cuestión interesante. Cuando se cimenta un puente mediante pilotes, los esfuerzos laterales (por empujes, impactos, sismos, tráfico, viento, etc), suelen resolverse aumentando el diámetro de los pilotes pero, ¿es el único método?

– ¿sería más efectivo mejorar el suelo?

– ¿sería más económico?

– ¿cuándo debería hacerse, antes o después de cimentar?

– ¿qué tipo de mejora daría el resultado óptimo, compactación dinámica, columnas de grava…?

– ¿qué dimensiones debería tener esa zona mejorada?

– ¿hasta qué profundidad debería mejorarse el terreno?

– ¿se ha probado ya, existen datos?

– ¿cómo se estudiaría el comportamiento del terreno, como un empuje pasivo?

– ¿se puede calcular de forma analítica o hay que usar modelos de elementos finitos?

Como ya habréis imaginado por el título, el texto está en inglés y en unidades americanas, pero estoy seguro de que el interesado sabrá entresacar lo más importante. Es un archivo pdf de 118 páginas y 6,70 MB al que podéis acceder pulsando en la portada superior, en este enlace, o en el icono inferior, lo que más os guste.

Design Guidelines for Increasing the Lateral Resistance of Highway-Bridge Pile Foundations by Improving Weak Soils - Guía para incrementar la resistencia lateral de cimentaciones pilotadas en puentes mediante la mejora de suelos blandos - geotecnia

Humor de Ingenieros – Navidad

El proyecto es del 2010, pero sigue siendo válido. Se trata de un detallado belén navideño, rebautizado como “Proyecto de concesión para la construcción, conservación y explotación de pesebre, accesos y estación depuradora de aguas residuales”, obra de ápiceXXII.

Pulsa sobre la imagen para comprobar hasta qué punto han cuidado todos los detalles y no te pierdas los “Pasos a seguir para la optimización de belén”… reales como la vida misma.

Actualización Navidad 2012: En el último libro del Papa Benedicto XVI se afirma que no había animales en el portal, pero no hay problema, el autor ya lo tuvo en cuenta, la nota 10 especifica que:

«La única función de estos animales (la mula y el buey) es dar calor por lo que se sustituyen por una hoguera. Realizaremos un «assessment center» con los dos animales, y el que lo supere trabajará como animal de carga en el servicio de logística«.

Algo debe cambiar en las Recomendaciones Geotécnicas de Obras Marítimas y Portuarias

«Si queremos que todo siga como está,
es necesario que todo cambie«
El Gatopardo

Las normativas cambian, las instrucciones cambian, los códigos cambian. Todo cambia para seguir igual, pero, ¿qué entendemos por “seguir igual”?.

Para los protagonistas de El Gatopardo, “seguir igual” implicaba seguir manteniendo un estatus, un modo de vida y unos privilegios. Para la técnica, “seguir igual” implica mantener y verificar los requisitos que la sociedad exige… que también cambian.

El ejemplo más claro es la edificación, antes bastaba con estabilidad, funcionalidad y economía, ahora se exige también aislamiento térmico, ergonomía, insonoridad y muchas otras cosas (cosas que no se cumplen, figuran por escrito, si, pero no se cumplen, tonterías las justas, que ya nos conocemos).

En obra pública también hay cambios, nuevas necesidades, nuevos retos, nuevos materiales, nuevas ubicaciones… muchos cambios, tantos que incluso nos hemos acostumbrado ya a los cambios de normativa, la sismorresistente cambia, la de hormigón cambia, la de acero cambia, la de geotecnia cambia… ah… no, esa no cambia, de geotecnia sólo hay una, es para edificación y nadie le hace el más mínimo caso, casi lo había olvidado… casi.

¿Cómo se consigue que los técnicos estén (estemos) al día de estos cambios?

Pues estaría muy bien que fuera de motu proprio o mediante cursos de reciclaje pero no, desgraciadamente no es así. Al final, no queda más remedio que usar la fuerza y hacer que todos esos cambios sean obligatorios, menos en los puertos. Por extraño que pueda parecer, en los puertos españoles todavía se trabaja con “recomendaciones”, ¿son los puertos el último reducto de la ética?, se podría decir que si, pero viendo cómo escogen a sus presidentes…

Dejemos la política, vayamos a la técnica. El artículo que presento tiene poco más de un año. Es de Antonio Soriano Peña, catedrático de Ingeniería del Terreno de la UPM, se publicó en la revista Puertos del Estado de Septiembre-Octubre de 2010, y enumera los previsibles cambios a realizar en las “Recomendaciones Geotécnicas para Obras Marítimas y Portuarias” a raíz de los últimos estudios realizados por Puertos del Estado.

Pulsa en la imagen si quieres verla mejor, forzar la vista no es bueno.

No voy a resumir el artículo, ya es lo suficientemente conciso. Simplemente voy a transcribir un fragmento de texto de cada sección:

Cimentaciones superficiales –> Los proyectos no deben modificarse, ni siquiera en los procedimientos constructivos empleados, sin una revisión o supervisión semejantes a las que corresponden a los proyectos originales.
Cimentaciones profundas –> Nunca se aprenderá más si no se hacen ensayos de cimentaciones profundas. Sólo podremos aprender sobre el agotamiento de los pilotes si en las obras se realizan ensayos de carga adecuados. En esto España tiene un considerable retraso respecto a otros países desarrollados. El ensayo de carga sobre pilotes será en el futuro obligatorio (Eurocódigos) y aún no hemos comenzado a practicarlos en nuestras obras.
Empuje de tierras –> Las recomendaciones actuales indican que es conveniente usar la teoría del efecto silo para calcular el empuje de las tierras que rellenan las celdas contra sus paredes, pero esta recomendación se queda corta. No cabe duda de que dicha teoría es usada en los cálculos de los problemas asociados a los silos, pero si en estos elementos se tiene gran experiencia práctica y en las recomendaciones específicas de proyecto de silos se indican los coeficientes que deben usarse para realizar los cálculos, no ocurre lo mismo en el ámbito de los cajones marítimos y portuarios, donde la experiencia basada en la observación es más escasa.
Tratamientos del terreno –> La próxima ROM 0.5 debería incidir más en la necesidad de utilizar piezómetros para controlar la evolución de las precargas, particularmente en aquellos casos en los que los incrementos de presión intersticial puedan jugar un papel importante en la estabilidad de las obras. De esto se sabe poco y por eso hay que recomendar que se observe.
Aspectos dinámicos y sísmicos –> En un futuro no muy lejano será posible utilizar modelos numéricos que permitan simular un temporal de cálculo determinado y obtener, con una apropiada relación tensión-deformación para el suelo y unas condiciones de drenaje que representen con suficiente fidelidad la realidad, la solución al problema geotécnico de los diques de abrigo verticales. Puede que algún día se puedan estimar con precisión razonable, los movimientos irreversibles provocados por dicho temporal y, lo más importante, el coeficiente de seguridad mínimo del cimiento durante ese episodio.
Coeficientes de seguridad –> Cuando entren en vigor los Eurocódigos existirán coeficientes de seguridad parciales en las acciones que serán (o podrán ser) específicos para el cálculo geotécnico, y coeficientes de seguridad parciales en las resistencias que serán independientes del modo de fallo, pero siempre quedará un último coeficiente de seguridad dependiente del modo de fallo concreto que se estudie. La compleja situación del mundo de los coeficientes de seguridad no va a simplificarse, puede que incluso sea algo más compleja.

Aquí tenéis el archivo:

Avances con la ROM 0.5 – Últimos trabajos geotécnicos portuarios [pdf – 4 MB]