Procedimiento de estabilización de suelos para la ejecución de infraestructuras lineales.

La invención se refiere a la estabilización de suelos de mala calidad para la formación de terraplenes de infraestructuras lineales, mediante la estabilización con ceniza de biomasa y cal mezcladas con el suelo que se desea tratar. En la presente invención, se ha encontrado que las cenizas de biomasa reaccionan con el total de la masa del terreno margoso, ya que reaccionan tanto con las arcillas por tener cal libre, como con la caliza, logrando una estabilización del terrero más eficiente, duradera en el tiempo y más respetuosa con el medio ambiente.

Procedimiento de estabilización de suelos para la ejecución de infraestructuras lineales.

Objeto de la invención

La presente invención se refiere en general a la estabilización de suelos calificados como marginales o inadecuados según el PG3, Pliego de Prescripciones Técnicas Generales para Obras de Carreteras y Puentes.

Más concretamente la invención consiste en la estabilización de suelos de mala calidad para la formación de terraplenes de infraestructuras lineales, mediante la estabilización con agentes alternativos a los tradicionalmente empleados como la cal y/o el cemento.

Antecedentes de la invención

Según el artículo 330 del PG-3 Pliego de Prescripciones Técnicas Generales de Obras de Carreteras y Puentes del Ministerio de fomento (orden FOM/1382/2002 del 16/05/2002, desde el punto de vista de sus características intrínsecas los materiales se clasificarán en los tipos siguientes: suelos seleccionados, suelos adecuados, suelos tolerables, suelos marginales y suelos inadecuados.

En ingeniería civil se denomina terraplén a la tierra con que se rellena un terreno para levantar su nivel y formar un plano de apoyo adecuado para hacer una obra.

Según el PG3, los suelos que se pueden utilizar en un terraplén pueden ser seleccionados, adecuados y tolerables.

El anteriormente referido pliego PG3 descarta los suelos inadecuados y los marginales para la formación de terraplenes, pero establece que los suelos marginales bajo determinadas circunstancias y estudios adicionales se podrían utilizar para tal finalidad.

Concretamente según dicha norma, se considerarán suelos marginales los que no pudiendo ser clasificados como suelos seleccionados ni adecuados ni tampoco como suelos tolerables, por el incumplimiento de alguna de las condiciones indicadas para estos, cumplan las siguientes condiciones:

- Contenido en materia orgánica inferior al cinco por ciento (MO < 5%).

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

- Si el límite líquido es superior a noventa (LL > 90) el Indice 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)).

Un ejemplo de suelos marginales son las margas de la provincia de Jaén. Las margas son un tipo de roca sedimentaria resultante de la diagénesis de sedimentos con diferentes proporciones de carbonato cálcico (entre el 35 y el 65%) y arcilla.

Convencionalmente se emplean como agentes estabilizadores para la mejora de propiedades de suelos calificados como marginales según el PG3, cal y/o cemento. La estabilización con cal es un procedimiento muy antiguo, empleado por ejemplo en la construcción de la Gran Muralla China o en las calzadas del Imperio Romano. Su uso moderno se remonta unos 50 años cuando el Texas Hihgway Departament llevó a cabo sus primeros ensayos y tramos de prueba, desde entonces ha sido utilizada en carreteras y se encuentra normalizada en España con vistas a su empleo en explanadas, siendo citada también en la norma francesa (SETRA-LCPC) y del Reino Unido (BSI-1924).

Según se establece en el PG-3, se definen como cales para estabilización de suelos aquellos conglomerantes constituidos principalmente por óxidos o hidróxidos de calcio [CaO, Ca(OH)₂] con o sin óxidos o hidróxidos de magnesio [MgO, Mg(OH)₂] y cantidades menores de óxidos de silicio (SiO₂), hierro (Fe₂O₃) y aluminio (Al₂O₃), obtenidos por calcinación de materiales calizos y que tienen la propiedad de endurecerse únicamente al aire, después del amasado con agua, por la acción del anhídrido carbónico.

Básicamente el empleo de la cal permite:

- Mejorar su trabajabilidad y facilitar la puesta en obra, especialmente cuando el suelo tiene un exceso de humedad.

- Reducir su plasticidad y sus eventuales características expansivas.

- Aumentar su capacidad portante, (CBR).

Mediante la estabilización con cal, un suelo arcilloso calificable como marginal, puede convertirse en tolerable o adecuado, permitiendo su utilización en cualquier zona del terraplén.

Sin embargo, la estabilización con cal es cara y la fabricación de la cal implica la emisión de grandes cantidades de CO₂ y un elevado consumo energético. Para producir 1 Tm de cal se emiten a la atmósfera 224 m³ de CO₂ por la descomposición del carbonato cálcico en cal y CO₂, según la siguiente reacción:

CaCO₃\ +\ 42 . 530\ kcal/Kg ------- CaO\ +\ CO₂.

Es decir, se necesitan unos 200 kg de carbón para producir esta reacción, la cual se realiza a una temperatura cercana a los 900ºC.

La quema de este carbón produce, además una emisión a la atmósfera de unos 600 m³ de CO₂ por tonelada de cal producida.

Además, existen indicios de que los tratamientos con cal en margas húmedas o sometidas a frecuentes ciclos de humectación-desecación pueden fracasar a medio y largo plazo. Las causas de este deterioro de las propiedades mecánicas de los suelos margosos estabilizados con cal, pueden ser debidas a factores puramente mecánicos o a factores físico-químicos.

Otro problema asociado a la composición mineralógica (arcillas + carbonatos) de las margas es que la parte de carbonato se diluye en contacto con aguas ligeramente ácidas. Por lo general, las margas son atacadas fuertemente por el agua de lluvia acidulada por la hidratación del ácido carbónico, que a su vez ataca al carbonato cálcico. A este fenómeno se le denomina lixiviación.

Por lo tanto la estabilización de las margas con cal es una solución económica y medioambientalmente muy cuestionable.

Se ha detectado por lo tanto la necesidad de buscar métodos alternativos de estabilización de suelos marginales e inadecuados, tales como suelos arcillosos o margas, que sean respetuosos con el medio ambiente, económicamente viables y técnicamente eficaces.

Descripción de la invención

La presente invención resuelve de forma satisfactoria la problemática anteriormente planteada, proporcionando un procedimiento de estabilización de suelos marginales que emplea agentes estabilizadores alternativos que logran reducir muy significativamente el uso de cal para la estabilización.

La presente invención se basa en el descubrimiento sorprendente de que la ceniza de biomasa, es decir las cenizas obtenidas en plantas térmicas como resultado de la combustión de biomasa como combustible, se comportan como un excelente agente estabilizador para procesos de estabilización de suelos.

Actualmente las cenizas de biomasa son consideradas residuos no peligrosos que o bien se emplean para la fabricación de fertilizantes por su alto contenido en Na y K, o bien se envían a vertedero lo cual supone un problema medioambiental.

Como se ha explicado anteriormente, la cal reacciona únicamente con la arcilla presente en las margas, no reaccionando en absoluto con el carbonato cálcico CaCO₃ presente al 35%-65%.

En la presente invención, se ha encontrado que las cenizas de biomasa reaccionan con todos los componentes de la marga. Las cenizas de biomasa reaccionan con las arcillas debido al intercambio de cationes que se producen al subir el pH por encima de 10 por efecto de la adición de cal, lo que da lugar a que las estructuras mineralógicas de las arcillas presentes en las margas se desestabilizen y se produzcan un intercambio de cationes entre la cal y dichas arcillas en el corto plazo, y a reacciones puzolánicas en el largo plazo, esto es la formación de silicatos y aluminatos de calcio hidratados similares a los que se producen cuando se hidrata una pasta de cemento con agua. Estas cenizas también reaccionan con la caliza de la marga por la potasa, sosa, óxidos de hierro, sílice y alúmina que entran a formar parte de la composición de las cenizas de biomasa.

Además, las cenizas de biomasa presentan un bajo contenido en azufre, lo que impide la formación de fases expansivas en el suelo estabilizado, como es el caso de la ettringita y la taumasita, por lo que se resuelve de este modo los problemas a largo plazo que presentarla la estabilización con cal de encontrarse azufre en la composición.

Por lo tanto,... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de estabilización de suelos para infraestructuras lineales, caracterizado porque comprende aplicar ceniza de biomasa y cal sobre el suelo que se desea tratar, y mezclar posteriormente dicha ceniza y cal con el suelo.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la proporción de ceniza de biomasa está aproximadamente entre el 2 y el 4% en peso del suelo a tratar, y porque la proporción de cal es aproximadamente del 1% en peso del suelo a tratar.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque comprende esparcir en primer lugar una capa de cal sobre el suelo, y posteriormente esparcir una capa de ceniza de biomasa sobre dicha capa de cal.

4. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque comprende esparcir en primer lugar una capa de ceniza de biomasa sobre el suelo, y posteriormente esparcir una capa cal de sobre dicha capa de ceniza.

5. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque comprende mezclar previamente la ceniza de biomasa y la cal en proporciones adecuadas, y esparcir sobre el suelo dicha mezcla.

6. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque comprende mezclar previamente la cal con el suelo y posteriormente extender la ceniza de biomasa y mezclarla con el suelo.

7. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque comprende mezclar previamente la ceniza con el suelo y posteriormente extender la cal y mezclarla con el suelo.

8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque la ceniza de biomasa procede de la combustión de un material seleccionado entre: alpeorujo, madera, bagazo.