ES2301298A1 - Procedimiento para la adecuacion de tierra para ser puesta en obra mediante proyeccion. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la adecuación de tierra para ser puesta en obra mediante proyección, que mezcla la tierra a utilizar (MM) +8% de cal + 4% de cemento + acelerador de fraguado del cemento en una proporción del 4% del peso del cemento, siendo posteriormente proyectada mediante una máquina de gunitar por vía húmeda sobre el revestimiento de tierra a tratar, presentando valores de densidad en torno 1,68-1,83 gr/cm3 y resistencias a compresión en torno a 45 kg/cm2 y adherencia entre 18-22 Kg/cm2. Que demuestra gran permeabilidad dada la velocidad con que se logra la carbonatación.

Description

Procedimiento para la adecuación de tierra para ser puesta en obra mediante proyección.

Objeto de la invención

La presente invención se refiere, tal como expresa el enunciado de la presente memoria descriptiva, a un procedimiento para la adecuación de tierra para ser puesta en obra mediante proyección.

De forma más concreta, el objeto de la invención consiste en dar solución al alto grado de deterioro de la mayoría de los restos de lienzos de murallas y monumentos construidos con tierra en los que las intervenciones de restauraciones acometidas hasta ahora han tenido, por lo general, escaso éxito; a la problemática de los taludes carreteros sobre suelos tanto en lo referente a su degradación como al impacto visual, así como aprovechar las posibilidades de utilización de la tierra como material alternativo englobado en la arquitectura sostenible, mediante la preparación y puesta en obra de un material constituido por tierra de la zona compatible con el soporte y con las propiedades necesarias requeridas en cada intervención para asegurar el éxito de la misma.

Antecedentes de la invención

Las intervenciones realizadas sobre construcción de tierra, en general con resultados no satisfactorios, y el impacto visual generado en la consolidación de taludes carreteros mediante revestimientos de morteros de cementos u hormigones, así como el daño ambiental que estamos generando al construir desenfrenadamente con los sistemas actuales y materiales que agotan los recursos medioambientales, plantean la necesidad de rescatar la tierra como material de construcción.

Sin embargo, hay que ser conscientes de sus limitaciones como material tradicional para ser utilizado en elementos estructurales y de los elevados costes que se derivarían de mantenerse en los países desarrollados las técnicas de puesta en obra tradicionales, sin olvidar las dificultades añadidas que entrañaría la escasez de obreros y técnicos conocedores del empleo de este material.

Por otra parte, es bien conocida la escasa resistencia de la tierra al ataque del agua alcanzándose la situación más grave cuando está saturada total o parcialmente en el interior del muro al penetrar a través de su base por ascensión capilar, situación que suele darse en zonas preferentes de escorrentía superficial o en aquellas en las que existe nivel freático somero.

Esta patología provoca, además de disminuir la resistencia mecánica del elemento constructivo, el desprendimiento del revestimiento incluso de aquellos más resistentes originados por la técnica del tapial calicastrado, dejando a la tierra desprovista de la protección frente a otras acciones erosivas, fundamentalmente de origen atmosférico.

Para evitar el deterioro, en muchos casos el revestimiento erosionado es reemplazado por enfoscados inadecuados a base de morteros de cemento que impiden la transpiración creando una barrera de vapor, y sólo consiguen elevar el nivel del agua por encima del nuevo revestimiento.

En otras intervenciones, se utiliza la cal como aglomerante básico de los morteros de reparación e incluso en algunas de ellas la actuación se limita a un encalado de la tierra que quedó desprotegida.

Si bien la cal actúa de estabilizante con la gran ventaja de que permite la transpiración, todos estos revestimientos han presentado escasa durabilidad debido en general a la falta de adherencia con el soporte, consecuencia del sistema de puesta en obra por métodos tradicionales que establecen una conexión muy débil con la tierra primitiva del
tapial.

La técnica del gunitado, consistente en la puesta en obra de mortero u hormigón por proyección a gran velocidad sobre una superficie, previamente trasportado en forma neumática a través de mangueras y lanzado a través de una boquilla, ha evolucionado de manera que se ha extendido su uso para evitar degradaciones y posibles desestabilizaciones de taludes carreteros y para otros usos generalmente de obra civil, siendo actualmente extendido en el desarrollo de proyectos arquitectónicos.

Dado el desarrollo de la red de carreteras, se ha llevado a tapizar con esta técnica gran cantidad de taludes con mortero y hormigón, originando un gran impacto visual por el color gris "portland", que en algunos casos ha intentado incluso paliarse con la adición de colorantes si bien este uso está muy poco extendido, quizás por no haberse conseguido el efecto pretendido de color y textura, no justificándose por tanto el coste añadido.

El peticionario tiene conocimiento de algunos métodos destinados a lograr una mayor capacidad portante de la tierra mediante mejora del proceso de compactación, utilizando consolidantes y materiales de refuerzo, etc.

En el caso de la restauración, las últimas tendencias se centran en la aplicación de nuevos tratamientos de consolidación "in situ", siendo el material más utilizado tradicionalmente la cal.

Existen, no obstante, evaluaciones mediante la aplicación de otros productos tales como emulsiones de asfalto, carboximetil, acetato de polivinilo, celulosa, alcohol de polivinilo, yeso, poliacrilamida, emulsiones de caucho y distintas resinas orgánicas, los cuales, sin embargo, no dan resultados satisfactorios e incluso algunos de ellos agravan el problema, sin olvidar que la heterogeneidad textural que presentan los diferentes tapiales no siempre permiten el uso de tales productos para consolidaciones "in situ", ni incluso la propia cal por la escasa solubilidad del Ca(OH)2.

Así, el peticionario tiene igualmente conocimiento de la existencia de nuevas tecnologías para la consolidación "in situ" de este tipo de arquitectura que dirigen la estabilización a través de la transformación de sus componentes arcillosos en materiales cementantes induciendo la formación, en el seno poroso de la tierra, de compuestos del tipo de los aluminosilicatos con capacidad ligante y consolidante. Dichos sistemas pueden ser eficaces para consolidar la masa de tierra de los elementos estructurales en las construcciones de tapial, no obstante su aplicación es poco eficiente cuando se trata de aplicar "in situ" en tapiales cuya textura y estado de compactación dificulten el acceso al sistema poroso.

Explicación de la invención

La presente invención propugna un procedimiento para la adecuación de tierra para ser puesta en obra mediante proyección, destinado, tal como se ha mencionado anteriormente, a la restauración de tapiales, al revestimiento y consolidación de taludes con vistas a evitar su degradación por agentes meteorológicos y el impacto visual, así como aprovechar las posibilidades de utilización de la tierra como material alternativo englobado en la arquitectura sostenible, mediante la preparación y puesta en obra de un material constituido por tierra de la zona totalmente compatible con el soporte y con las propiedades necesarias requeridas en cada intervención para asegurar el éxito de la misma.

En concreto, el procedimiento de la invención utiliza básicamente la tierra, dentro de lo posible tal como se extrae de la excavación para dotarla mediante tamizado, aglomerantes y aditivos de las cualidades necesarias para ser puesta en obra mediante proyección. Así, se realiza una mezcla con la tierra a utilizar, a la que se añade aglomerantes (cal y cemento) en porcentajes variables según textura, si bien el orden de valores más adecuados se encuentra en torno a un 8% para la cal y el 4% para el cemento; se complementa con un acelerador de fraguado del cemento en una proporción del 4% de éste. Dicha mezcla se proyecta mediante una máquina de gunitar, preferentemente por vía húmeda, sobre el elemento a tratar, alcanzándose en este revestimiento resistencias a compresión en torno a 25 Kg/cm^{2} con tierra + 8% de cal y en torno a 50 Kg/cm^{2} con tierra + 8% de cal + 4% de cemento BLI42,5 + acelerador de fraguado del cemento (4% del peso del cemento. Todas las probetas extraídas de la masa proyectada en el momento de la rotura se encontraban totalmente secas proceso que se ha llevado a cabo manteniéndolas en estufa 48 horas a una temperatura de 110ºC con una edad de 28 días.

De este modo, la invención permite utilizar la tierra como material de construcción dotándola de las propiedades físicas, químicas y mecánicas para conseguir la durabilidad deseada mediante una masa de textura y color muy similar a las del soporte y adecuarla para ser puesta en obra mediante proyección como una nueva alternativa para la consolidación y protección de tapiales y taludes, a lo que hay que añadir los beneficios que la tierra aporta dentro de la arquitectura sostenible, ya que es ecológicamente limpia, porque el tiempo puede destruirla completamente y se puede volver a utilizar tantas veces como se desee.

Por otra parte, la tierra proyectada representa una alternativa para evitar el efecto generado por la gunita, pues a través de ella, la obtenida del propio desmonte corregida en su caso, podría lograrse un material de textura y tonificación similar a los de la zona, especialmente en suelos finos, paliando considerablemente el impacto visual. Cabe señalar, que esta técnica sólo tiene aplicación en taludes naturales o artificiales totalmente estables, actuando la capa de tierra proyectada como material consolidante de la superficie del talud sin utilizar otras técnicas añadidas para su fijación al soporte. No obstante, para asegurar su durabilidad frente a la acción meteorizante del agua es conveniente, dependiendo de la textura, la aplicación de un hidrofugante como protector.

En caso de soportes artificiales, como pueden ser hormigón o gunita, ladrillos, muros de gaviones, escolleras, etc., deberá estudiarse la necesidad o no de la preparación de los mismos.

Ejemplo de realización

El material utilizado como ejemplo corresponde a un suelo granular en el que impera la fracción arena, encontrándose los finos (<0,063), arcillosos y/o arcillo limosos en porcentajes comprendidos entre el 20-48% aproximadamente, por lo que se deduce que estamos utilizando un suelo en el que abunda la fracción fina, arcillas y arcillas limosas rojas mezcladas con arena.

Aunque las muestras se han seleccionado de un acopio llevado a cabo con materiales que han sufrido una excavación no selectiva, un transporte, descarga mediante vuelco y la imposibilidad de homogeneizar tal cantidad de masa, son causas más que suficientes para que éstas sean más heterogéneas que de haberse extraído de un nivel estratigráfico concreto, especialmente en lo que se refiere al contenido en finos, este hecho no es relevante, sino que aporta mayor fiabilidad al resultado, pues una de las bases fundamentales de la invención es usar la tierra dentro de lo posible tal como se extrae de la excavación para dotarla mediante tamizado, aglomerantes y aditivos de las cualidades necesarias para ser puesta en obra mediante proyección.

Así, la plasticidad determinada a través de los límites de Atterberg para la fracción <0,5 mm. establece texturas arcillosa y arcillo limosa, con baja plasticidad, clasificándose las muestras analizadas como CL y CL-ML.

Los resultados anteriores junto con la textura, mineralogía (determinada por difracción de rayos X en las distintas fracciones) y el índice Lambe ponen de manifiesto que la porción fina, y en general el suelo utilizado, presenta escasa susceptibilidad a los cambios de humedad.

Los carbonatos se han determinado a la porción arena (<4 mm.), separada en siete fracciones, siendo la mayor la 2/4 y la menor <0,063 mm., llevando a cabo las determinaciones con la diferencia de utilizar las diferentes fracciones sin machacar y machacadas hasta reducirlas a polvo en mortero de ágata.

La fracción que más aporta corresponde a los finos <0,063 mm. con valores medios ponderados entre el 8,7-11%. Los contenidos más bajos coinciden con las fracciones comprendidas entre 0,063-0,250 mm. con valores medios ponderados entre 0,3-0,8% siendo todos los resultados acordes con la mineralogía obtenida por difracción de rayos
X.

Para determinar las densidades óptimas conducentes a establecer las mezclas óptimas, se han realizado ensayos Proctor Normal y Modificado eliminando previamente las partículas superiores a 10 mm. En ambos casos se ha utilizado el molde del Proctor Normal con la energía de compactación correspondiente a cada uno de ellos.

Los resultados obtenidos ponen de manifiesto que la densidad máxima Proctor Normal es algo inferior, como era de esperar, a la del modificado, si bien las diferencias no son muy significativas lo cual se debe a la textura del material.

En el Proctor Normal oscilan entre 1,97-2,10 gr/cm^{3} con humedades óptimas entre 8-9% como más características.

En el Proctor Modificado la densidad máxima se encuentra en torno a 2,16 gr/cm^{3} y la humedad óptima alrededor del 7%.

A fin de analizar la posible influencia que la cal, aglomerante básico a utilizar, pudiera tener en la densidad máxima se ha llevado a cabo un ensayo Proctor Modificado añadiéndole a la tierra, en adelante MM (Material Madre), un 8% de cal referido al peso seco de ésta, resultando un leve descenso de la densidad máxima (2,16-2,05 gr/cm^{3}) y un incremento de la humedad óptima (7-8,20%) previsiblemente achacable a que el aglomerante en este proceso responde a un material fino incrementándose por tanto esta fracción.

Para aproximarnos a la mezcla óptima, y en base a los resultados obtenidos en el ensayo Proctor Modificado, energía de compactación que se consideró como más representativa teniendo en cuenta la presión que la tierra proyectada ejercería sobre el soporte en base a la velocidad de salida del material por la boquilla de la máquina de gunitar, se ha seguido la siguiente metodología: fabricación de probetas con el molde del Proctor Normal, estableciendo diferentes series con variables de humedad, densidad y aglomerante (tipo y porcentaje).

Las resistencias a compresión en probetas obtenidas de los diferentes puntos, con la variable de humedad de un ensayo, Proctor Modificado sin adición de aglomerante, manifiestan la estrecha relación entre humedad óptima, densidad máxima y máxima resistencia, alcanzándose un valor del orden de 47 Kg/cm^{2} con independencia de la edad de la probeta, lógicamente una vez que éstas se encuentran totalmente secas, proceso que se ha llevado a cabo en principio al aire finalizándolo con 48 horas en estufa a temperatura de 110ºC.

Debemos hacer notar que en algunos de estos ensayos Proctor Modificados se han obtenido humedades óptimas por encima de las que aportaron los ensayos previos de dosificación por este procedimiento, elevándose hasta un 9%, lo que manifiesta una vez más la cierta irregularidad textural de las diferentes muestras sometidas a ensayo aunque este hecho tiene escasa o nula repercusión en la resistencia mecánica, refiriéndonos a esta tierra en particular y previsiblemente en todas las de textura similar.

En las series preparadas con distintas adiciones de cal (cal cálcica 90 CL90-Q UNE-EN 459-1) (8-10-12%) y 8% de agua (humedad adoptada como óptima para la densidad Proctor Modificado), siempre referidos al peso seco de la tierra, se ha introducido una nueva variable consistente en ensayar la mitad de la serie tras secado al aire finalizándolo con 48 horas en estufa a temperatura de 110ºC, y la otra mitad introduciéndolas en cámara de CO_{2} a 25ºC durante el mismo periodo secándolas posteriormente en estufa según el procedimiento anterior.

El análisis de los resultados muestra que en las probetas no introducidas en cámara de CO_{2} la densidad se mantiene constante a lo largo del tiempo con valores del orden de 2,05 y las resistencias a compresión son similares a las obtenidas con la tierra sin adición de cal (40-47 Kg/cm^{2}); no obstante, se observa que las mejores resistencias se obtienen con la serie del 8% de cal donde llegan a elevarse a valores entre 50-55 Kg/cm^{2}.

En cuanto a las probetas que estuvieron en cámara de CO_{2}, la densidad mantiene un orden de valores similar a las anteriores mientras que la resistencia se elevó significativamente en los primeros catorce días (63-91 Kg/cm^{2}), continuando su crecimiento a mayores edades si bien en este periodo la elevación fue reducida e incluso en algunos casos llegó a descender.

Se pudo comprobar con el indicador de fenolftaleína que en estas últimas probetas el grado de carbonatación crecía en relación al tiempo de estancia en cámara siendo total a partir de 14-28 días en ésta.

Con el mismo procedimiento se comprobó que las series secadas al aire no presentaban carbonatación alguna a la edad de 28 días; a los seis meses la carbonatación afectaba al anillo exterior de la probeta del orden de 1 cm. alcanzando una penetración entre 2 y 2,5 cm. a la edad de 14 meses.

Las resistencias se han ido elevando conforme lo hacía la carbonatación alcanzando un máximo de 61 Kg/cm^{2}. Todo ello pone de manifiesto que el fenómeno de carbonatación es el que induce claramente a la elevación de las resistencias mecánicas derivadas de la adición de cal, si bien es mucho más rápido y acusado cuando las probetas se someten a una atmósfera saturada de CO_{2}

La velocidad con que se logra la total carbonatación mediante ensayo acelerado demuestra la gran permeabilidad a los gases de la muestra compactada, resultado esencial cuando la aplicación se lleva a cabo sobre tierra, obteniéndose por tanto un material de tierra con excelentes cualidades para los objetivos señalados que propugna la invención.

Las series preparadas con distintas adiciones de cemento (BLI-42, 5) (4-6-8-10%) y 8% de agua (humedad adoptada como óptima para la densidad Proctor Modificado) más la necesaria para hidratar en cada caso la cantidad de aglomerante añadido, siempre referidos al peso seco de la tierra, fueron curadas en cámara húmeda durante 3, 7 y 28 días, procediéndose posteriormente a secado en estufa a temperatura de 110ºC y a su rotura a compresión.

En este caso resultaron densidades prácticamente iguales a la máxima del Proctor Modificado (2,15-2,17) y las resistencias se elevaron significativamente a 3 días (143-230 Kg/cm^{2}), continuando su crecimiento a mayores edades si bien en este periodo la elevación fue reducida e incluso en algunos casos también llegó a descender.

Relacionando resistencia-contenido de cemento, tomando como referencia la edad de 3 días (la más significativa) la primera se eleva conforme lo hace el segundo.

En base a los resultados anteriores, se procede a la proyección de la tierra por vía húmeda sobre paneles a los que se ha aplicado un revestimiento de tierra adherido mediante cola.

Se preparan dos mezclas: una con la tierra (MM) + 8% cal (D1) y otra con la tierra (MM) + 8% cal + 4% cemento + acelerador del fraguado del cemento (4% del peso del cemento) (D2).

Tras dejar secar los paneles al aire durante 28 días (en los que se proyectó la mezcla D2 se les aportó agua mediante un pulverizador una vez por semana) se procedió a la extracción de probetas en los mismos y en las artesas normalizadas en las que también se proyectaron las dos mezclas establecidas.

Con ellas se han determinado algunos parámetros como densidad y resistencia mecánica (resistencia a compresión y adherencia al soporte) a fin de compararlos con los obtenidos en los ensayos previos de laboratorio.

En cuanto a las densidades, éstas descendieron notablemente respecto a las obtenidas en los ensayos previos sin carbonatación (entre 1,50-1,75 gr/cm^{3} en D1 y en D2 entre 1,68-1,83 gr/cm^{3}).

Igual situación se manifestó en las resistencias a compresión obteniéndose en las probetas extraídas en D1 valores en torno a 25 Kg/cm^{2}, y en D2 en torno a 45 Kg/cm^{2} a la edad de 28 días.

La adherencia se ha determinado en los paneles con un probador de adherencia con lectura digital AT1 utilizando sufrideras de 50 mm de diámetro obteniéndose valores para D1 entre 3-8 Kg/cm^{2} y para D2 entre 18-22 Kg/cm^{2}.

Aún habiéndose obtenido en los parámetros descensos significativos aplicando la técnica de proyección respecto a los alcanzados en las probetas estándar de laboratorio, achacables fundamentalmente a la necesidad de utilizar en la puesta en obra mayor cantidad de agua que la óptima Proctor, se puede considerar el resultado como muy positivo cubriendo los objetivos de esta invención siendo por tanto un gran logro para la consolidación y/o protección de los elementos arquitectónicos construidos con la técnica del tapial, y para la ingeniería en el campo de la ciencia de los materiales al ser esta técnica totalmente extrapolable a la protección y restauración de taludes carreteros; a todo ello hay que añadir los beneficios que se obtendrían dentro del campo de la arquitectura sostenible, al ser la tierra ecológicamente limpia porque el tiempo puede destruirla completamente y se puede volver a utilizar tantas veces como se desee.

Claims (5)

1. Procedimiento para la adecuación de tierra para ser puesta en obra mediante proyección, destinado esencialmente a la restauración de tapiales, al revestimiento y consolidación de taludes, así como aprovechar las posibilidades de utilización de la tierra como material alternativo englobado en la arquitectura sostenible caracterizado porque se mezcla la tierra a utilizar (MM) + 8% de cal + 4% de cemento + acelerador de fraguado del cemento en una proporción del 4% del peso del cemento, siendo posteriormente proyectada mediante una máquina de gunitar por vía húmeda sobre el revestimiento de tierra a tratar.

2. Procedimiento para la adecuación de tierra para ser puesta en obra mediante proyección, según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que presenta valores de densidad en torno 1,68-1,83 gr/cm^{3} y las resistencias a compresión en torno a 45 Kg/cm^{2} y adherencia entre 18-22 Kg/cm^{2}.

3. Procedimiento para la adecuación de tierra para ser puesta en obra mediante proyección, según las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado por el hecho de que demuestra su gran permeabilidad dada la velocidad con que se logra la carbonatación.

4. Procedimiento para la adecuación de tierra para ser puesta en obra mediante proyección, según las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por el hecho de que utiliza básicamente la tierra, tal como se extrae de la excavación para dotarla mediante tamizado, aglomerantes y aditivos de las cualidades necesarias para ser puesta en obra mediante proyección.

5. Procedimiento para la adecuación de tierra para ser puesta en obra mediante proyección, según las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por el hecho de que mediante la preparación y puesta en obra mediante proyección se obtiene un material de tierra totalmente compatible con el soporte y con las propiedades necesarias requeridas en cada intervención para asegurar el éxito de la misma.