El EPS en la ingeniería civil

El EPS puede fabricarse con una amplia gama de propiedades, formas y tamaños, empleándose en muchas otras aplicaciones constructivas —como material de relleno, como aligerante en proyectos de ingeniería civil, como relleno ligero en construcción de carreteras y ferrocarriles y como material flotante para construir pontones flotantes en zonas marinas de embarque.

En construcción, el EPS se utiliza principalmente para aislamiento. A principios de la década de 1960 se descubrió, originalmente en Noruega, que el material era también muy adecuado para el sector de ingeniería civil. Por una parte, el efecto aislante el EPS evita que se congele el subsuelo eliminando así los problemas subsiguientes del deshielo. Por otro lado, su resistencia mecánica y su cohesión permiten la construcción de estructuras con una enorme resistencia vertical y horizontal.

El EPS tiene diversas aplicaciones posibles en el sector de ingeniería civil debido a las ventajas que ofrece como material de cimentación ligero por sus especiales propiedades. A continuación se indican varias soluciones teóricas:

Los materiales tradicionalmente empleados en la construcción de pantallas acústicas pueden ser sustituidos por bloques de EPS y cubiertos posteriormente con tierra y vegetación Este relleno ofrece una solución económica, ligera y de rápida ejecución y que además permite emplear pendientes elevadas con el consecuente ahorro de espacio.

El EPS es especialmente ligero pero es capaz de soportar una carga de compresión conservando su forma. Un diseño correcto y la incorporación adecuada de EPS en proyectos de ingeniería civil conducen, por tanto, a estructuras con bajo asentamiento. Esto no sólo ofrece la ventaja de que la estructura se puede poner en uso inmediatamente, sino también que los futuros costes de mantenimiento serán inferiores. Cuando se capitalizan los costes iniciales y los gastos de mantenimiento a lo largo de una vida útil de, por ejemplo, veinte años, el resultado de los cálculos siempre favorece al EPS.

Por otra parte, los materiales de relleno pesados tradicionales como la arena, pueden provocar pérdida de estabilidad del suelo. Una estructura de relleno utilizando EPS no tiene mucho más peso que el terreno excavado y, por tanto, no afecta a la estabilidad del suelo. El principio en el que se basan las cimentaciones de construcciones con EPS consiste en no perturbar el equilibrio existente en el terreno, porque el peso del terreno excavado es igual al peso del nuevo material de EPS instalado más la estructura de la carretera.

Los materiales descargados sueltos sin refuerzo o que tienen una resistencia a la tracción mínima conducen inevitablemente a diseños de carreteras en los que el ángulo del talud natural es el factor determinante, mientras que las cimentaciones utilizando EPS pueden incluso terminar en un borde vertical.

Debido a sus propiedades de aislamiento térmico, el EPS limita los daños por heladas a las estructuras de ingeniería civil. Capas relativamente delgadas son suficientes para evitar que la superficie del terreno se hiele. Una capa de EPS de 5 a 6 centímetros es suficiente para evitar que la temperatura de la cimentación de la carretera descienda por debajo de 0 °C.

En cuanto a los subsuelos denominados sensibles a las heladas, una alimentación continua de calor geotérmico mantiene la temperatura de la cimentación por encima del punto de congelación debido a que el material aislante de EPS impide la pérdida de calor. Sin embargo, con ciclos de hielo/deshielo moderados, así como con nevadas, el riesgo de que la superficie sea resbaladiza es mayor.

La aplicación de EPS evita los efectos producidos por el deshielo de la superficie del terreno: el agua contenida en el terreno se congela dilatándose un 10% y luego se deshiela por lo que la estructura situada encima puede romperse a causa de estas fuerzas. Esto se puede evitar gracias a las excelentes propiedades de aislamiento térmico del EPS.

Se puede emplear EPS para drenar el exceso de agua en un terreno, por ejemplo en campos de deportes, parques o terrenos con césped cuando el nivel del agua subterránea es tan alto que las plantas y árboles no pueden crecer. También cuando el drenaje es deficiente y el terreno permanece empapado después de una lluvia y no es adecuado para jugar. El agua se puede drenar por medio de una red de pasos entre los granos de EPS utilizando una calidad especial de EPS llamado ‘sinterizado’.

Otra ventaja consiste en la consecución de una excelente distribución de la presión en subsuelos que son generalmente blandos, como los de turba y residuos de operaciones de dragado.

Otras aplicaciones

El EPS es la solución apropiada para proyectos en el sector de ingeniería civil en los que pueden producirse asentamientos y pérdida de estabilidad. Por tanto, algunas áreas de aplicación muy adecuadas para el EPS son:

• Construcción de carreteras libres de asentamiento
• Elevación y drenaje de campos de deportes, parques y zonas con césped
• Elevación libre de asentamiento de espacios y terrenos para aparcamiento
• Reducción de carga mediante relleno para reforzar pasos elevados y alcantarillas y mediante elevación de rampas de entrada y salida
• Elevaciones encima de gaseoductos enterrados preexistentes
• Reducción de las cargas laterales reforzando cimentaciones de pilotes en restauración de zonas urbanas
• Elevaciones para barreras de ruido
• Cimentaciones para cobertizos y edificios ligeros
• Reparación de asentamientos en carreteras existentes
• Rampas para diques o edificios existentes
• Pavimentos de patios y parcelas
• Terreros y pisos industriales

Desde principios de la década de 1970, el EPS se ha utilizado como material de cimentación e ingeniería civil hidráulica a escala cada vez mayor. La norma que regula el marcado CE para los productos de EPS en ingeniería civil es la UNE-EN 14933 obligatoria desde 2009.

Propiedades del EPS para su uso en el sector de la ingeniería civil e hidráulica

a) Propiedades mecánicas

La esencia de esas propiedades se puede encontrar en la UNE EN 13163 (marzo 2002).

1. Resistencia a la compresión a corto plazo

2. Contracción transversal

3. Fluencia y relajación

4. Resistencia a la compresión a largo plazo

5. Resistencia a la tracción, a la flexión y al deslizamiento

6. Coeficiente de rozamiento

b) Propiedades físicas

1. Propiedades térmicas

• Coeficiente de conductividad térmica
• Calor específico y coeficiente de dilatación

2. Propiedades higroscópicas

• Absorción de agua
• Coeficiente de resistencia a la difusión de vapor de agua

3. Comportamiento frente al fuego

4. Durabilidad

5. Resistencia a los productos químicos

c) Propiedades relativas al medio ambiente

d) Propiedades relativas a la higiene y seguridad en el trabajo

En el sector de ingeniería civil no sólo se está utilizando el EPS en cantidades cada vez mayores, sino que además se están desarrollando nuevas aplicaciones para este material tan flexible.

Las planchas de drenaje de EPS son claramente porosas y de un espesor comprendido entre 5 y 25 centímetros. Se obtienen con una densidad muy pequeña (12 kg/m³) y su permeabilidad al agua es de 10 a 12 litros por metro cúbico por segundo. Es un material especialmente desarrollado por el sector del EPS para elevaciones de la construcción o renovación de una obra sobre suelo débil, como por ejemplo campos de deportes, pistas de tenis, aparcamientos, campos parcialmente pavimentados, pisos de establos y pistas de equitación interiores, campos de hierba artificial y otras aplicaciones comparables.

Los muelles de los puertos para yates, por ejemplo, se hacen normalmente de madera. El problema aquí no son solamente las estructuras soportadas en los extremos, por lo que la madera de los muelles y los pilotes necesarios tienen que ser pesados, sino además que la madera en estos casos también está sujeta a putrefacción, especialmente en la línea de la superficie del agua.

Sin embargo, utilizando bloques de EPS para una cimentación flotante e insensible a la humedad, se puede trabajar con una proporción de madera muy pequeña. Al fin y al cabo, el EPS flota en el agua y soporta el muelle en todos los puntos de la construcción. También es posible construir un muelle con EPS capaz de desplazarse hacia arriba y hacia abajo al cambiar el nivel del agua. Además, el cambio de la disposición de los pilotes es un trabajo sencillo y su acortamiento o alargamiento se puede hacer de manera fácil y barata. El espesor del EPS a utilizar depende del número máximo de personas que se espere que tenga que soportar el muelle.

Una isleta de recreo de varios miles de metros cuadrados se puede instalar con bastante facilidad sobre EPS. Normalmente es suficiente una capa de varias decenas de centímetros de EPS para soportar la totalidad del peso de la isleta incluido vegetación, personas y edificios. Unas planchas de drenaje de EPS adicionales pueden asegurar también el drenaje correcto del agua de lluvia durante el tiempo lluvioso y un buen suministro de agua durante el tiempo seco.

Los bloques y planchas se encolan en tierra, se refuerzan y se colocan perpendicularmente unos encima de otros. Después de un tratamiento final con espuma de PUR y después de su endurecimiento, la isleta desnuda se empuja hacia el agua mediante una pala excavadora. A continuación se instala la capa vista y la capa de retención de tierra de acuerdo con las diversas estructuras posibles.

El anclaje de la isleta se realiza con la ayuda de tubos de madera a través de los cuales se clavan, mediante martillos, pilotes de madera u hormigón o se sitúan los pilotes a la profundidad debida mediante un tubo de propulsión. Por tanto, el movimiento vertical de la isleta debido a cambios del nivel de agua se puede absorber sin ningún problema.

A continuación, se instala en la isleta el suelo y la vegetación. Una isleta de recreo sobre EPS no sólo se puede construir con gran rapidez, sino que además cuesta mucho menos que la construcción de una isleta de la manera tradicional. Por otra parte, la estructura no tiene nada de definitiva y la isleta se puede mover sencillamente.

Otra aplicación especial del EPS en ingeniería civil es la construcción de pequeños puentes utilizando EPS como soporte. La base está formada por uno o más bloques de EPS de 52 centímetros de espesor, 1,25 metros de anchura y 6,05 metros de longitud. Cada uno pesa 80 kilos aproximadamente. La superficie tiene 7,8 metros cuadrados. Por cada centímetro de altura, cada bloque tiene una fuerza ascensional de 75 kilos. Un bloque admite una carga de 3.750 kilos y flota con su superficie superior ligeramente por encima del nivel del agua. Con capas para distribución de la presión de madera contrachapada, por ejemplo, se asegura la distribución uniforme de la carga sobre el EPS. El puente está dotado de barandillas, rampas de entrada y salida (para bicicletas) y se ancla por medio de maromas de amarre. Incluso puede pasar un vehículo por encima de un puente de EPS. Sin embargo, con este fin, es necesario colocar chapas de acero en las rampas de entrada y salida, reforzadas por debajo con vigas de acero. La unión giratoria de las chapas de acero tiene que tener la resistencia suficiente.

Un puente de EPS tiene varias ventajas evidentes:

• La ejecución es especialmente rápida.
• El coste es normalmente sólo una fracción del coste de otras soluciones.
• La retirada de los puentes temporales de EPS es muy sencilla y no deja rastros.
• La reutilización en otros lugares, así como otras adaptaciones, resulta extremadamente sencilla y barata.
• No es necesario el uso de materiales pesados para construir un puente de EPS: el componente más pesado sólo pesa 80 kilos y puede ser manipulado fácilmente por dos personas.
• Si es necesario, el puente se puede girar fácilmente para permitir el paso.

Mediante su reciclaje, el EPS usado se convierte en una materia prima conveniente para la producción de hormigón aislante ligero. Añadiendo residuos de EPS molidos durante el proceso de mezcla del hormigón, no sólo se asegura que el hormigón adquirirá excelentes propiedades aislantes, sino que además su peso será especialmente ligero. El hormigón de EPS se está utilizando actualmente para la construcción de carreteras.

Las posibilidades que ofrece el uso de EPS en ingeniería civil e hidráulica son casi ilimitadas. A lo largo de los últimos años, se ha tomado conciencia de que, debido a la combinación de funcionalidad, rapidez, certidumbre y ventajas económicas, el EPS es uno de los materiales de construcción más atractivos para el sector de la ingeniería civil.

Es un material de construcción y relleno fantásticamente ligero y sólo es necesario tener en cuenta los requisitos de la aplicación, un plan adecuado y una ejecución correcta. Cualquiera que adopte las especificaciones y las ejecute de acuerdo con las normas, pisará terreno firme utilizando el EPS.

La Asociación Nacional de Poliestireno Expandido (Anape) ha elaborado las guías de consulta ‘El Poliestireno Expandido (EPS) en Aplicaciones de Obra Civil’ y ‘Manual de Aligeramiento de Estructuras’, disponibles en www.anape.es o solicitándolas directamente a la asociación a través del e-mail eps@anape.es.