Áridos ligeros en obra civil: Soluciones geotécnicas y optimización de estructuras

Los áridos ligeros ofrecen soluciones innovadoras en los tiempos en los cuales la optimización de recursos, tanto naturales como económicos, presenta una prioridad. Debido a sus características, la aplicación de este tipo de rellenos de baja densidad y alta capacidad portante suponen un gran ahorro cuando hay que dimensionar ciertos elementos estructurales de diversos tipos. La reducción de densidad de los rellenos las podemos aplicar en núcleos de terraplenes para viales de cualquier tipo, presentando una solución en suelos de baja resistencia. En estructuras enterradas, permiten la optimización en el diseño de elementos estructurales, tales como losas, cimentación profunda, muros pantalla, tablestacas y bóvedas. Cuando existen patologías que requieren reducción de cargas, las soluciones que pueden aportar los áridos ligeros son la alternativa más económica.

1. ¿QUÉ ES UN ÁRIDO LIGERO?

Se define como árido ligero a los áridos de origen mineral con una densidad de partícula no superior a 2.000 kg/m3 o una densidad aparente no superior a 1.200 kg/m3, incluyendo a los áridos naturales, áridos fabricados a partir de materiales naturales y/o, a partir de subproductos obtenidos en procesos industriales, subproductos obtenidos en procesos industriales y áridos reciclados.

Por ejemplo, existen los productos a base de áridos ligeros de arcilla expandida (arcilla expandida LWA) que son un producto compuesto de un material granulado ligero con estructura celular formada por minerales de arcilla expandida por calor, diseñado para aplicaciones de ingeniería civil tales como terraplenes de carreteras, vías férreas y otras aplicaciones en áreas de tráfico y como relleno ligero para estructuras.

Arlita es la denominación comercial para los áridos ligeros de origen industrial producidos a partir de arcillas sometidas a un proceso térmico de expansión que producen un material cerámico sinterizado.

El proceso térmico se produce en el interior de un horno rotatorio de características similares a las de un horno de cemento. El proceso industrial trata de alcanzar temperaturas que rondan los 1.150º-1.200º para que se produzca el cambio de naturaleza de FeO2 a FeO3, situación en la cual se produce una expansión que genera un aumento de volumen de hasta cinco veces en el mejor de los casos.

Tras el proceso térmico se obtiene un producto con una granulometría completa desde material fino hasta una granulometría de máximo 30 mm. Debido a las diversas aplicaciones de arlita en diferentes campos de la ingeniería, se somete a un proceso de clasificación del cual se obtienen distintos productos de características homogéneas y con granulometrías controladas para obtener la máxima calidad y prestaciones para cada una de las aplicaciones para la cual se dedica, tales como rellenos ligeros en proyectos de carreteras y ferrocarriles, fabricación de hormigones ligeros, greenroofs, tratamiento de aguas, agricultura, etc.

En este ámbito, los rellenos aligerados son una de las aplicaciones más interesantes en la cual los áridos ofrecen prestaciones muy diferenciadoras respecto a otros materiales naturales y soluciones convencionales, permitiendo una reducción de cargas en diversas estructuras, que permiten unas ventajas muy interesantes a la hora de realizar diseños sostenibles y de un coste en dinero y en tiempo de ejecución.

La principal característica y más diferenciadora de otros áridos es su densidad en granel que es de 275 kg/m3 que frente a la densidad de otros áridos naturales que puede estar entre los 1500-1600 kg/m3 representa menos del 20%. Esta gran diferencia se verá aumentada en la ejecución final debido también a los bajos requerimientos de compactación, no obstante profundizaremos más en estos aspectos en los puntos de puesta en obra y ejecución.

2. PRINCIPALES APLICACIONES EN OBRA CIVIL

Dentro del campo de la obra civil, edificación e infraestructuras aporta una nueva forma de trabajo y de resolver problemas para los ingenieros de una diferente al uso de rellenos convencionales, permitiendo ejecutar estructuras más económicas, sostenibles y seguras. El enfoque nunca es comparar la sustitución de un producto por otro ya que las prestaciones son totalmente distintas, siendo la solución global totalmente diferente siendo necesarios distintos parámetros para la valoración de la viabilidad de la solución.

- NÚCLEOS DE TERRAPLEN EN CARRETERAS: En el desarrollo de proyectos de carreteras y viales, es práctica habitual el estudio de desmontes, terraplenes y trabajos a media ladera para conseguir una optimización en cuanto a ruta y seguridad de los trazados. Las explanaciones son actuaciones de remodelación del terreno natural mediante la adición o retirada de materiales, de forma que se consigue una superficie de geometría y capacidad de soporte adecuado para el apoyo del firme y del resto de la superestructura.

- CUÑAS Y ESTRUCTURAS DE TRANSICIÓN: Las problemáticas más habituales en terraplenes en los ámbitos de suelos de baja resistencia se produce en las cuñas de transición debido a la necesidad de realizar rellenos de mayor potencia que sobrecargan el terreno para permitir ejecutar la transición en los viaductos y puentes así como pasos sobre obras de fábrica, dependiendo sin lugar a dudas que existen alturas muy diferentes. Este hecho también sucede en tramos en los cuales el terreno natural presenta una fuerte inclinación.

- RELLENOS SOBRE INFRAESTRUCTURAS ENTERRADAS: En proyectos de ingeniería civil es habitual tener que ejecutar estructuras enterradas tales como estaciones de tren, autobús, aparcamiento, túneles, obras de drenaje transversales, cajones ferroviarios. En este tipo de proyectos la optimización de las losas superiores y de las bóvedas que conforman las estructuras de cierre y soportan los rellenos es parte fundamental para la rentabilidad de los proyectos.

- ESTABILIZACIÓN DE TALUDES: En diferentes trazados de carreteras o viales, resulta inevitable realizar ejecuciones de terraplenes para permitir un trazado seguro. Estos terraplenes representan un aumento de cargas transmitidas a los suelos existentes que en multitud de casos generan una inestabilidad en los mismos. Es habitual realizar terraplenes de entre cinco y ocho metros que representan un aumento de 100 kN/m3. Estos aumentos de carga en suelos débiles o de baja capacidad portante pueden producir una estabilidad insuficiente dando lugar roturas y colapsos de la estructura así como generar un desplazamiento mayor que el permitido de la estructura o sus estructuras más próximas.