ES2228623T3 - Procedimiento de estabilizacion de un suelo por agregacion de un aglutinante. - Google Patents

Abstract

Procedimiento de estabilización de un suelo, en el cual se mezcla con éste un aglutinante apto a fraguar en presencia de agua, caracterizado porque: - se utiliza un aglutinante comprendiendo vidrio silicatado industrial, es decir un vidrio cuya suma de los contenidos en Na2O y en K2O es superior a 10%, que es exento de clinker y de escorias, y que se encuentra en estado finamente triturado, - Se completa este aglutinante añadiendo al vidrio al menos un reactivo básico apto a llevar el agua de la mezcla, después de amasadura de ésta, a un pH al menos igual a 12, siendo la relación másica vidrio/reactivo básico superior a 3.

Description

Procedimiento de estabilización de un suelo por agregación de un aglutinante.

La presente invención se refiere a un procedimiento de estabilización reforzada de los suelos, especialmente con vistas a mejorar su resistencia a la erosión o a la circulación, conservando a la vez en superficie su aspecto natural es decir el color y la textura del material de origen. Se refiere igualmente a un revestimiento de suelo reforzado apto a la circulación de peatones o de vehículos.

El doble objetivo buscado por el procedimiento, a saber la estabilización y la conservación del aspecto natural han conducido a desarrollar un aglutinante específico que explota las propiedades propias al vidrio considerado por la presente invención. Estas propiedades son por una parte una fuerte reactividad química que está al origen de la resistencia mecánica, y por otra parte una transparencia que permite conservar el color del material tratado.

Se conocen diferentes procedimientos de estabilización de los suelos que permiten mejorar por una parte sus características mecánicas de manera a volverlas aptas a soportar una circulación de peatones o de vehículos y por otra parte su resistencia a los diferentes agentes atmosférico, tales como especialmente el hielo/deshielo, la alternancia de períodos lluviosos y de períodos de sequedad.

Se ha así propuesto, en el estado anterior de la técnica, agregar a los suelos cales vivas o grasas, así como cementos, en particular unos aglutinantes de poca resistencia nominal a base de escoria o de cenizas volantes. Se ha así utilizado tales procedimientos de estabilización en ingeniería en aplicaciones diversas. Se ha propuesto en particular asegurar así la estabilización de las capas de cimientos y de base de carreteras, autopistas y aeródromos. En estas aplicaciones, las capas tratadas no están directamente expuestas a la circulación puesto que están recubiertas por una capa de rodamiento que soporta los esfuerzos debidos al tráfico.

Se ha igualmente propuesto en la solicitud WO-A-94.06884 un método destinado a asegurar la estabilización de suelos arcillosos por una adición de cal y de sílice. Este método consiste a favorecer la formación de los CSH (calcio silicatos hidratos) más resistentes, en detrimento de los CAH (calcio aluminatos hidratos). En tal procedimiento se utiliza el sílice contenido en la estructura misma de la arcilla del suelo tratado que está completada con un pequeño aporte de sílice exterior. Tal procedimiento sólo puede en consecuencia ponerse en práctica para asegurar la estabilización de suelos de naturaleza arcillosa. La presente invención, al contrario está destinada a asegurar una estabilización de los suelos de cualquier naturaleza.

En el caso de tratamiento de superficie (caminos forestales y rurales, pistas para ciclistas), se tiene como costumbre, después de la puesta en práctica, revestir el suelo tratado de una protección que tiene como objetivo evitar una desecación pudiendo provocar fisuras y la formación de polvo en superficie. Por otra parte se sabe igualmente que tal pérdida de agua puede ser perjudicial a la evolución de las resistencias mecánicas puesto que la hidratación del aglutinante no puede ya efectuarse en buenas condiciones. Cuando se quiere conservar el aspecto natural y el color de origen de un suelo, lo que es en particular el caso de las pistas o de los caminos para peatones, se le protege, los primeros días, disponiendo en superficie hojas de materia plástica, tales como por ejemplo en poliano, o sacos húmedos. También se puede pulverizar sobre la superficie del suelo tratado productos de protección temporal incoloros, idénticos a los utilizados en el caso del hormigón fresco. Se entiende que la puesta en práctica de estos medios de protección constituye una operación suplementaria que induce necesariamente un coste suplementario.

De todos modos, que el material haya sido o no protegido por un revestimiento de superficie, unas fisuras pueden aparecer después de su colocación, bajo el efecto en particular, del fenómeno de contracción durante el fraguado y el endurecimiento del cemento o de un asentamiento diferencial debido al paso de ingenios pesados, etc. Los suelos tratados según los procedimientos de estabilización del estado anterior de la técnica se vuelven rígidos a la manera de un hormigón magro, de tal forma que los desarreglos producidos se vuelven entonces irreversibles, como ocurre generalmente cuando se realiza una superficie cementada. Además el suelo tratado es particularmente duro lo que hace difícil su utilización para realizar superficies de juegos, pistas para ciclistas o caminos.

La presente invención tiene por objetivo evitar estos inconvenientes proponiendo un procedimiento de estabilización reforzada que permite obtener unas superficies tratadas que respetan el aspecto natural de los suelos (especialmente su color y su textura granular) y que tienen unas capacidades de "autocauterización" permitiéndoles, en el caso en que aparecieran microfisuras bajo el efecto de solicitaciones particularmente agresivas (paso de ingenios pesados, hielo/deshielo), absorber de manera natural estas últimas. La presente invención tiene igualmente por objeto proponer un procedimiento de tratamiento que no necesite revestimiento de protección, lo que se traduce por una puesta en práctica más fácil y un coste menor de tratamiento.

La presente invención tiene así por objeto un procedimiento de estabilización de un suelo, en el cual se mezcla con éste un aglutinante apto a fraguar en presencia de agua, caracterizado porque:

- se utiliza un aglutinante que comprende vidrio silicatado industrial, es decir un vidrio cuya suma de los contenidos en Na_{2}O y en K_{2}O es superior a 10%, y que está exento de clinker y de escoria y que se encuentra en estado finamente triturado,

- se completa este aglutinante añadiendo al vidrio al menos un reactivo básico apto a llevar el agua de la mezcla, después de amasadura de éste, a un pH al menos igual a 12, siendo la relación másica vidrio/reactivo básico superior a 3.

Se podrá en particular utilizar un vidrio hueco sodocálcico que tiene un contenido en Na_{2}O superior a 10%.

En un modo de puesta en práctica de la invención la proporción de vidrio en el aglutinante es al menos igual a 60%.

Se ha observado que la eficacia del aglutinante que se ha puesto en práctica para la estabilización de los suelos proviene de la fuerte reactividad del vidrio utilizado. En efecto los vidrios silicatados industriales, utilizados en el presente procedimiento, que sean vidrios hueco (proviniendo de botellas, de cubilete, etc.) o vidrios planos, se diferencian de los vidrios silicatados naturales (tales como la puzzolana, la tova, la piedra pómez) u otros vidrios silicatados industriales (tales como especialmente las escorias de altos hornos, el humo de sílice, las cenizas volantes de centrales térmicas) por un contenido elevado en material alcalino y son tales que la suma de los contenidos en Na_{2}O y K_{2}O es superior a 10%. Recordaremos en efecto que el contenido elevado en sodio, (contenido en Na_{2}O próxima a 15%) de los vidrios huecos utilizados está impuesto por la necesidad de bajar su temperatura de fusión durante la fabricación de este tipo de vidrio.

Estos contenidos en cationes alcalinos tienen importantes consecuencias sobre la reactividad química del vidrio en presencia de agua. En efecto, estos cationes alcalinos en el seno de la red silicatada hacen el vidrio mucho más sensible a la disolución, especialmente para unos pH básicos. Esta fuerte reactividad permite una disolución más importante y más rápida del sílice que puede entonces volver a combinarse y precipitarse para formar una estructura mecánicamente resistente.

A título de ejemplo se ha reproducido en la tabla 1 a continuación un ejemplo de composición química de varios tipos de vidrios huecos.

TABLA I

1

Se ha igualmente representado en la tabla II estos mismos porcentajes en el caso de vidrios llanos industriales.

TABLA II

2

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El reactivo básico puede constituirse de al menos una base fuerte, tal como en particular la sosa o el potasa. Se utilizará así especialmente una cantidad de sosa del orden de 0,5% a 5% en peso total de aglutinante. Puede igualmente comprender cal viva o cal apagada (Portlandite), que representará especialmente 5% a 25% en peso total de aglutinante. Se puede evidentemente según la invención utilizar como reactivo básico cal sola. En este modo de puesta en práctica se utilizará preferentemente cal viva. En efecto, se demostrado por unos ensayos de laboratorio, (medida del hundimiento de una sonda de Vicat), que el inicio de fraguado de los aglutinantes comprendiendo cal viva intervenía en menos de 12 horas cuando podía alcanzar más de 2 semanas cuando la cal era cal apagada.

En un modo de puesta en práctica de la invención la cantidad de aglutinante mezclada al suelo a tratar será comprendida por término medio entre aproximadamente 3% y 15% en peso de éste, según el tipo de aplicación considerado.

Una de las ventajas de la presente invención es especialmente valorizar unas existencias que son impropias al reciclaje como materia prima en la industria del vidrio, tales como los rechazados en los controles de selección óptica, y que se designan como siendo unos "Rechazos de selección óptica". En efecto, se sabe que después de su recolecta, los desperdicios de embalaje en vidrio deben ser depurados para eliminar las impurezas que perturbarían el buen funcionamiento de los hornos de vidrio. Es el caso de los productos de tierra cocida y de las cerámicas que están eliminadas por selección óptica. Esta etapa de tratamiento conduce a un desecho rico en vidrio que se llama "rechazo de selección óptica".

La presente invención permite así utilizar productos que, hasta ahora, constituyen unos desperdicios difíciles de eliminar.

Mencionaremos por otra parte que el producto es "cauterizable", que su fraguado es suficientemente rápido para permitir una circulación en unos plazos extremadamente cortos, pero que su endurecimiento lento contribuye a la obtención de un producto de calidad.

La presente invención tiene igualmente por objeto un revestimiento de suelo reforzado por la añadidura de un aglutinante capaz de fraguar por adjunción de agua, caracterizado porque el aglutinante está constituido de vidrio silicatado industrial es decir un vidrio cuya suma de contenidos en Na_{2}O y en K_{2}O es superior a 10%, y que es exento de clinker y de escorias y que se encuentra en estado finamente triturado, al cual se añade al menos un reactivo básico apto a llevar el agua de la mezcla, después de amasadura de éste, a un pH al menos igual a 12, siendo la relación másica vidrio/reactivo básico superior a 3.

Se describirá a continuación, a título de ejemplos no limitativos, varias formas de ejecución de la presente invención, haciendo referencia al dibujo anexo en el cual:

Las figuras 1 y 2 son curvas que representan la variación del índice CBR(Canadian Bearing Ratio) en función del tiempo, o edad del material, de tres suelos que se han estabilizados según el procedimiento de la invención, respectivamente para dos aglutinantes de vidrio de composiciones diferentes.

La figura 3 es una curva que representa la variación en función del tiempo de la resistencia a la compresión de tres formulaciones de aglutinantes a base de vidrio y de un aglutinante Portland normalizado.

Las figuras 4 y 5 son curvas que representan la variación del índice CBR en función del tiempo en el caso de un suelo silicocalcáreo y de un suelo calcáreo respectivamente que han sido tratados por el procedimiento según la invención con dos aglutinantes respectivamente de tipo diferente.

Según la invención se ha realizado ensayos de estabilización de suelos en tres tipos de arenas diferentes, a saber una arena aluvial, una arena calcárea tierna triturada, y una arena silicocalcárea triturada. Estos diferentes ensayos de estabilización además han sido realizados con dos formulaciones de aglutinante. Las arenas, antes de tratamiento, han sido caracterizadas por unos ensayos normalizados a saber ensayos llamados "Proctor" que permiten determinar la aptitud de un suelo a compactarse y que están utilizados, especialmente, para determinar el contenido en agua óptima (WOPN) conduciendo a una densidad máxima después de compactación, y unos ensayos de tipo llamados "CBR" que miden la aptitud de un suelo a resistir al punzonado y por consiguiente a soportar una circulación. Esta resistencia al punzonado ha sido valorada por el índice CBR que es un número sin dimensión y que aumenta cuando la resistencia al punzonado aumenta. Este índice CBR era para los materiales no tratados de 5,1 para la arena aluvial (curva c), de 24,5 para la arena calcárea tierna (curva b) y de 47 para la arena silicocalcárea (curva a). El vidrio utilizado era de tipo llamado "rechazo de selección óptica" y provenía de una instalación industrial de reciclado de vidrio hueco, es decir como mencionado anteriormente de rechazos que no son valorados por los vidrieros porque contienen elementos refractarios a la fusión.

Este vidrio ha sido triturado en vía seca en una trituradora de bolas hasta alcanzar la finura deseada, es decir un diámetro medio de 10 \mum. Sobre la base de este vidrio se ha así constituido dos aglutinantes a saber un aglutinante referenciado A, constituido de 85% de vidrio y de 15% de cal viva y un aglutinante referenciado B constituido en cuanto a él de 87% de vidrio, 10% de cal viva y 3% de sosa. La proporción relativa de cal y de sosa en el aglutinante ha sido optimizada por unos ensayos preliminares sobre pasta de cemento. Se ha así observado que esta proporción permitía mejorar los resultados mecánicos con relación a la formulación comprendiendo sólo cal viva sin aumentar por esto la duración de fraguado, fenómeno observado si la sosa se utiliza sola. Por otra parte se ha observado que cuando el reactivo básico está constituido de cal y de sosa, la relación óptima Peso de cal/Peso de sosa era favorablemente comprendido entre 3 y 20.

Se ha respectivamente mezclado 7% de cada uno de los aglutinantes A y B con arena aluvial, arena calcárea tierna y arena silicocalcárea. Estas mezclas han sido después homogeneizadas luego humidificadas al contenido en agua óptima determinada según el estado anterior de la técnica por unos ensayos Proctor, luego, después de amasamiento, los materiales tratados respectivos han sido moldeados según las modalidades Proctor, de manera a obtener probetas normalizadas. La totalidad de estas probetas ha sido conservada en cámara húmeda durante un periodo mínimo de 7 días, y más allá de esta duración una parte de éstas se ha quedado en cámara húmeda y las otras han sido conservadas en atmósfera seca, a saber la atmósfera ambiente del laboratorio de ensayos. Después de duraciones de conservación diferentes los resultados del tratamiento han sido evaluados por el índice CBR. Las medidas se indican en la tabla III a continuación:

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(Tabla pasa a página siguiente)

TABLA III

3

Primero se observa en esta tabla que, para los tres materiales tratados y para las dos formulaciones de aglutinante utilizado (aglutinante A y aglutinante B), el procedimiento de estabilización según la invención ha conducido a una mejora significativa de la resistencia al punzado.

Esta tabla muestra igualmente que los mejores resultados se han obtenido con la arena silicocalcárea que, desde el primer día, ha tenido una resistencia al punzado suficiente para autorizar un funcionamiento normal en superficie del material tratado. Se observa igualmente que la formulación comprendiendo el aglutinante B, del cual recordaremos que las proporciones ponderales antes de aporte de agua eran las siguientes: vidrio 87%, cal 10%, sosa 3%, ha conducido a un aumento de la resistencia al punzonado más rápida durante los primeros días que la formulación con el aglutinante A, del cual recordaremos que las proporciones ponderales de los constituyentes antes de aporte de agua eran: vidrio 85%, cal 15%.

Se ha respectivamente representado en las figuras 1 y 2 los valores indicados en la tabla III a saber la variación en función del tiempo del índice CBR de los revestimientos formados de arenas aluviales,(es decir arenas de la Loire curva c), arenas calcáreas (curva b) y arenas silicocalcáreas (curva a), para el aglutinante A (figura 1) y el aglutinante B (figura 2).

Estas dos figuras muestran que la reactividad del suelo tratado por el procedimiento de estabilización según la invención no está terminada a 100 días de su fecha de tratamiento, y que tiene unas cualidades que le permiten evolucionar con el tiempo.

Esta continuidad de reactividad más allá de 100 días se confirma por ensayos que se han efectuado sobre el aglutinante mismo.

Así, a la figura 3, se ha representado la curva de variación de la resistencia a la compresión Rc de tres aglutinantes del tipo a base de vidrio "rechazo de selección óptica" en función del tiempo. Se encuentra así en esta figura los dos aglutinantes de formulación A (curva a) y de formulación B (curva b) a los cuales se ha añadido un aglutinante de formulación C (curva c), a saber constituido de 90% de vidrio y de 10% de cal viva, así como un cuarto aglutinante constituido por un cemento Portland normalizado comprendiendo una añadidura de puzzolana, es decir un cemento CPA-CEM | 32,5 Z (curva d).

La figura 3 muestra que el cemento de tipo clásico (curva d) ve su reactividad terminada alrededor de los 30 días, en la medida en que su resistencia a la compresión no evoluciona más. En cambio, en lo que se refiere a los tres aglutinantes de formulación A, B y C, se observa que aunque los valores de su resistencia a la compresión sean diferentes, estos valores no tienden hacia un valor asintótico incluso cuando se alcanza los 100 días. Se ha observado así que el revestimiento a base de aglutinante C ve su resistencia a la compresión aumentar al menos hasta 400 días y que, asimismo, las resistencias a la compresión de los aglutinantes de formulación A y B aumentan igualmente al menos hasta después de 100 días.

Ahora bien, se sabe que, en este campo, más lento es el fraguado mejores son las resistencias a término y la perennidad de la obra.

Por otra parte se ha igualmente observado, tanto en probetas como sobre el terreno, que ligeras fisuras que aparecían, por ejemplo bajo el efecto de un esfuerzo, desaparecían por ellas mismas después en el transcurso del tiempo. Tal posibilidad es particularmente interesante, en el caso de un tratamiento del suelo, en cuanto que se sabe que el basamento sobre el cual está dispuesto el revestimiento puede evolucionar, especialmente durante los primeros meses de la colocación. Tal evolución tiene como consecuencia reproducir pequeñas fisuras que, en los revestimientos de suelos tratados según el estado anterior de la técnica, quedaban presentes sobre éste de manera definitiva. El carácter "autocicatrizante" de los suelos tratados según el procedimiento de la invención permite conservar a estos últimos un aspecto estético permanente.

Además, el fraguado lento ofrece un plazo de maniabilidad importante de la mezcla de granulado con el aglutinante que permite, contrariamente a la mezcla a base de cemento Pórtland clásica, de tener el tiempo necesario a una puesta en práctica cuidada.

En complemento de los diferentes ensayos descritos anteriormente que han sido realizados en laboratorio, se ha efectuado unos ensayos en tamaño verdadero sobre una plataforma de pruebas exteriores. El sitio de ensayos era compuesto de diferentes parcelas de una superficie unitaria de aproximadamente 10m^{2} que correspondía cada una a una mezcla dada de una arena específica con un aglutinante.

Ha sido así posible probar diferentes formulaciones de aglutinantes y en particular los aglutinantes referenciados A y B anteriormente mencionados en los ensayos de laboratorio. Estos aglutinantes han sido mezclados a unas arenas de diferentes naturalezas mineralógicas comprendiendo la arena calcárea y la arena silicocalcárea probada en los precedentes ejemplos. En estos diferentes ensayos el contenido en aglutinante de las mezclas era de 7%. Cada mezcla arena+aglutinante ha sido amasada y humidificada al contenido en agua óptima determinada por los ensayos Proctor. Cada mezcla una vez homogeneizada ha sido colocada sobre una parcela específica de la plataforma exterior. Después de un tiempo de protección temporal de aproximadamente 1 a 2 horas la arena ha sido cilindrada en dos o tres pasajes y el espesor de la capa tratada ha sido de aproximadamente 10 cm después de compactación.

Después se ha medido en el transcurso del tiempo la evolución de la capacidad de carga midiendo la resistencia al punzonado del suelo bajo el impacto de un pizón de 4.5 kg (compactómetro Clegg). Se ha representado a las figuras 4 y 5 la evolución del índice CBR en el transcurso del tiempo en un periodo del orden de 300 días, para el suelo silicocalcáreo (figura 4) y el suelo calcáreo (figura 5) para el aglutinante A curva a y el aglutinante B curva b.

Señalaremos que aunque el tratamiento haya sido realizado en periodo de lluvia y frío (final de octubre) los índices CBR sobrepasan en menos de 15 días unos valores de 50, lo que corresponde a un índice compatible con una circulación de vehículos ligeros. Se observa por otra parte que el valor de la capacidad de carga continua después a evolucionar progresivamente en el curso del tiempo, siendo la evolución más rápida para el aglutinante de tipo B.

Este carácter de reactividad del suelo tratado en el procedimiento según la invención es particularmente interesante en la medida en que garantiza una estabilización duradera. En efecto se observa que, en estas condiciones, si un desarreglo aparece en el revestimiento el aglutinante tiene entonces una capacidad suficiente para que el desarreglo cicatrice y desaparezca. Mencionaremos a tal efecto que tal desarreglo puede verse en las curvas de las figuras 4 y 5. En efecto al 35avo, las condiciones climáticas exteriores se han degradado y los revestimientos han sido sometidos a una helada seguida de un deshielo conduciendo a la destructuración de superficie del revestimiento. Se observa que esta destructuración se traduce por una ligera estagnación hasta una ligera disminución de los índices CBR, pero que, en el transcurso de un periodo siguiente se ha observado una reactividad del aglutinante que ha permitido compensar y corregir el desarreglo ocurrido.

El procedimiento según la invención es interesante en la medida en que el tratamiento del suelo no llega a un estado muerto o paralizado pero al contrario a un estado susceptible de evolucionar con el tiempo y permitiendo al suelo tratado de compensar diferentes desarreglos que intervienen en su estructura.

Claims (10)

1. Procedimiento de estabilización de un suelo, en el cual se mezcla con éste un aglutinante apto a fraguar en presencia de agua, caracterizado porque:

- se utiliza un aglutinante comprendiendo vidrio silicatado industrial, es decir un vidrio cuya suma de los contenidos en Na_{2}O y en K_{2}O es superior a 10%, que es exento de clinker y de escorias, y que se encuentra en estado finamente triturado,

- Se completa este aglutinante añadiendo al vidrio al menos un reactivo básico apto a llevar el agua de la mezcla, después de amasadura de ésta, a un pH al menos igual a 12, siendo la relación másica vidrio/reactivo básico superior a 3.

2. Procedimiento según la reivindicación 1 caracterizado porque se utiliza un vidrio hueco sodocálcico que tiene un contenido en Na_{2}O superior a 10%.

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes caracterizado porque la proporción de vidrio en el aglutinante es al menos igual a 60%.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes caracterizado porque el reactivo básico comprende al menos una base fuerte tal como especialmente la sosa y/o el potasa en cantidad del orden de 0,5% a 5% en peso total de aglutinante.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes caracterizado porque el reactivo básico comprende cal en forma exclusiva de cal viva.

6. Procedimiento según la reivindicación 5 caracterizado porque se utiliza una cantidad de cal del orden de 5% a 30% en peso total de aglutinante.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 4 a 6 caracterizado porque se utiliza un reactivo básico constituido de cal y de sosa, estando la relación de las cantidades utilizadas Peso de cal/Peso de sosa sensiblemente comprendida entre 3 y 20.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes caracterizado porque el vidrio utilizado es tal que al menos 90% de las partículas de éste tienen su mayor dimensión inferior a 100 \mum.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes caracterizado porque se mezcla al suelo a tratar una cantidad de aglutinante comprendida entre 3% y 15% en peso de éste.

10. Composición de reforzamiento de un suelo obtenida por añadidura de un aglutinante que puede fraguarse por agregación de agua, caracterizada porque el aglutinante está constituido de vidrio silicatado industrial, es decir un vidrio cuya suma de los contenidos en Na_{2}O y en K_{2}O es superior a 10%, y que está exento de clinker y de escorias y que se encuentra en estado finamente triturado, al cual se añade al menos un reactivo básico apto a llevar el agua de la mezcla, después de amasadura de éste, a un pH al menos igual a 12, siendo la relación másica vidrio/reactivo básico superior a 3.