SUELO-CEMENTO

M. en l. Eduardo de la Fuente Lavalle

Suelo - Cemento Sus usos, propiedades y aplicaciones

M. en l. Eduardo de la Fuente Lavalle

SUELO - CEMENTO Sus usos, propiedades y aplicaciones.

Autor:

M. en I. Eduardo de la Fuente Lavalle

© 2013 Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto, A.C.

Producción editorial:

M. en A. Soledad Moliné Venanzi

En esta publicación se respetan escrupulosamente las ideas, puntos de vista y especificaciones originales. Por lo tanto, el Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto, A. C. no asume responsabilidad alguna (incluyendo, pero no limitando, la que se derive de riesgos, calidad de materiales, métodos constructivos, etc.)

.por la aplicación de los principios o procedimientos de este volumen.

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oral, grabación para reproducir en audio o visualmente, o para el uso en sistema o dispositivo de almacenamiento y recuperación de información, a menos que exista permiso escrito obtenido de los

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La presentación y disposición en conjunto del libro SUELO - CEMENTO: Sus usos, propiedades y aplicaciones son propiedad del editor. Ninguna parte de esta obra puede ser reproducida o transmitida, por algiín sistema o método, electrónico o mecánico (incluyendo el fotocopiado, la grabación o cualquier sistema de almacenamiento y recuperación de información), sin consentimiento por escrito del editor.

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© 2013 Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto, A. C.

Av. Insurgentes Sur 1846, Col. Florida, México, D. F., C.P. 01030

Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial. Registro# 1052

Impreso en México

ISBN 968-464-018-8

La Universidad Autónoma Metropolitana en su afán de coadyuvar en el desarrollo del país ha promovido toda una serie de investigaciones con tal fin . En este empeño se inscribió el trabajo de investigación denominada "El Suelo-cemento". El Departamento de Materiales de la Dirección de Ciencias Básicas e Ingeniería, de la Unidad U.A.M.- Azcapotzalco, lo propuso a su Consejo Divisional que lo aceptó y me lo encomendó individualmente.

El trabajo de investigación que se inició en la Unidad Azcapotzalco de la U.A.M., en la Ciudad de México y fue terminado durante mi año sabático en el Instituto Tec­nológico de Sonora, de Ciudad Obregón, Son. como parte dé un interc_ªmbio académico suscrito por ambas univesi­dades.

La preparación de este libro se inició con la terminación del trabajo de investigación sobre "El Suelo-cemento" mencionado. La idea de publ icarlo como l ibro fué apoyada principalmente por las Autoridades de la-Di­visión de ciencias Básicas e Ingeniería de la U.A.M.- A, del Instituto Mexicano.del Cemento y el Concreto y de la Dirección General de Servicios Técnicos de la Secretaría de Comunicaciones y Transportes, a quienes mucho se les agradece su interés.

En· esencia, este libro ha sido preparado para reunir los resultados más significativos, procedentes de inves­tigaciones realizadas sobre el tratamiento de los suelos con cemento que han sido publ icadas en revistas espe­cializadas.

Además de su propósito dar un primer paso firme para apoyar futuras investigaciones y evitar repeticiones de trabajos ya hechos. Por tal motivo, pretende ser una síntesis de lo realizado, para que de esta base, como de un escalón firme y confiable, producto del tamiz de lo ya

PREFACIO

conocido, se pueda partir con seguridad y confianza en las investigaciones siguientes.

El escrito consiste en doce capítulos con un objetivo común: exponer ordenada y metódicamente los cono­cimientos obtenidos de las lecturas. El propósito principal de cada uno de los capítulos es presentar una síntesis y visión panorámica clara de los hallazgos aportados por diversos investigadores que se han abocado al estudio de la materia.

El l ibro no pretende tanto ser una disertación acerca de lo que es el suelo-cemento, cuanto mostrar a los constructores la utilidad de aprovechar mejor un material de tan amplias posibi l idades, a traves de su cono­cimiento.

También, se espera que una vez terminada su lectura los organismos que lo requieran puedan escoger con seguridad proyectos que les interesen y de esta manera facilitar el camino para sus investigaciones.

Se agradece a la Universidad Autónoma Metropoli­tana, U.A.M.- Azcapotzalco las facilidades otorgadas para hacer la primera parte de este escrito y se desea fervientemente que, como hasta ahora, mantenga su respeto irrestricto a la indispensable l ibertad de investi­gación, sin la cual esta actividad nunca podría desarro­llarse cabalmente.

Finalmente, deseo expresar mi gratitud al l ng. Raúl Huerta M. Gerente de Difusión del l .M.C.Y.C. y al Lic. Sergio Anaya Mexía, por sus atinadas indicaciones y a las amables secretarias del l .T.SON que me ayudaron a revisar este escrito.

Eduardo de la Fuente Lavalle.

3

PREFACIO .

SINOPSIS • •

3

7

INTRODUCCION • • • • • • • • • • • • • • • • • • 9

CAPITULO 1. BREVE RESEÑA HISTORICA DEL DESARROLLO DEL SUELO -CEMENTO • • • • • • • • • • • • • 11

CAPITULO 2. DEFINICIONES Y CLASIFICACIONES • . • • • • • • 13

2.1.-Definiciones • • • • • • • • • • • • • • • • • 13 2.2.-Clasificaciones. . • • . . • • . • • • • • • 14

CAPITULO 3. PRINCIPALES USOS DEL SUELO -CEMENTO • • • • • • • • 15

CAPITULO 4. VENTAJAS Y DESVENTAJAS • • 17 4.1.- Principales ventajas. • • • • • • • • • 17 4.2.- Principales desventajas. • • • • • • • • • 18

CAPITULO 5. MATERIALES • • • . • • • • • • • 19 5.1.-Cemento. • • • • • • • • • • 1• • • • 19 5.2.-Agua. • . • . • • • . . • • • • • • • • • • . 20 5.3.-Suelo. • • . . • • • • . • • • • • . . • • • • 20 5.4 -Materia orgánica • .

5.5.- Aditivos. • • • • •

5.6.- Cal . • . . • • • • • •

• • 22 • • 23 . • 24

CAPITULO 6. MEZCLA • • • • • • • • • • • • • • 25 6.1.-Características generales. • • • • • • • • . 25 6.2.-Reacciones quimicas durante la mezcla. 25 6.3.-Relación agua -cemento. • • • • • • • • . 26 6.4.- Compactación de la mezcla. • • • • • • . 26

CONTENIDO

6.5.-Curado de la mezcla. • • • • • • • • • • • • 27 6.6.-Trabajabilidad de la mezcla. • • • • • • • • 27 6.7.- Criterios para la dosificación

de las mezclas. • • • • • • • • • • • • • • • 27 6.7.1 .- Dosificaciónde las mezclas en los

pavimentos. . . . . . . . . . . . . . . . 27 6.8.-Métodos comunes de mezclado en obra. 27

CAPITULO 7. PROPIEDADES • • • • • � • • • • • 29 7 .1.- Relación esfuerzo -deformación. • • . • • 29 7.2.-Resistencia a la compresión simple . • • • �9 7 .3.- Resistencia a la flexión. • • • • • • • • • • 33 7 .4.- Módulo' de ruptu.ra. • • • • • • • • • • • • •

. 34

7.5.-Módulo de elasticidad • • • • • • • • • • • • 35 7.6.- Módulo de reacción {k). • • • • • • • • • • 36 7. 7 .-Fatiga. • • • • • . • • • • • • • • • • • • • • 36 7 .8.- Módulo de Poisson. • • • • . • • • . • • • 37 7.9.- La contracción transversal . • • • • • • • • 38 7.10.-Agrietamiento. • • . • • • • • • • • • 39 7 .11.-Rigidez y flexibilidad • • • • • • • • • • • 43 7 .12.- Valor relativo de soporte. • • . • • • • • 45 7 .13.- Resistencia al desgaste. • . • • • • • • • 45 7 .14.- Resistencia a la absorción del agua y al

hinchamiento. . • • • • • • • • • • • • • • • 45 7 .15.-Resistencia a la congelación. • • . • • • 45 7 .16.- Permeabilidad. • • • • • • . • • . • • . • 45 7.17.- Conductividad térmica . • . • • • • • • • • 45 7 .18.- Suceptibilidad para ligar con capas

adyacentes. • • • • . • • • • • • . • • • • • 46 7 .19.-Angulo de fricción interna. • • • . • • • . 46 7.20.- Propiedades dinámicas • • • • • • • • • . 46

5

7.20.1 .- Módulo resilente. . . . 7.21.-Equivalente de arena. 7.22.-Modificación de las

propiedades indice. • •

. . 46 • 46

• • 46

CAPITULO 8. LABORATORIO Y DOSIFICACION DE MEZCLAS • • 47

8.1.-Programación de las· pruebas de laboratorio. • • • • • • • • • • • • • • • 47

8.2.-Métodos de diseño de las mezclas. • 48 8.2.1 .- Método detallado propuesto

por la PCA. . . . . . . . . . . 48 8.2.2.-Método corto de la PCA. . . . . . . 48 8.2.3.- Método rapido de la PCA. . . . . 49 8.2.4.- Métodos basados en proporcionar el

contenido de cemento de acuerdo a su clasificación granulométrica. . . . . . . . 50

8.2.5.-Método de la pendiente de Luisiana. . 50 8.3.-Tipos de ensayos. • • • • • • • • • • • • • 51

8.3. 1 .- Pruebas para los suelos. . . . . . . . . 51 8.3.1 . 1 .- Pruebas para la clasificación de los

suelos: . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 8.3.1 .2.-Pruebas para determinar las propiedades

de los suelos� . . . . . . . . . . . . . 52 8.3.2.- Pruebas para el cemento y el agua. . . 52 8.3.3.- Pruebas de laboratorio diseñadas

especialmente para el suelo-cemento. . 53 8.3.3.1 .- Pruebas usuales para

el suelo-cemento. . . . . . . . . . . . 53 8.3.3.2.- Pruebas para el Método Corto. . . 53 8.3.3.3.- Pruebas para el Método Rápido. . . . 53 8 .3.3.4.- Pruebas para el Método del Valor

de la Pendiente de Luissiana. . . . . 54 8.3.3.5.- Pruebas triaxiales de carga. . . 54 8.3.3.6.- Pruebas triaxiales dinámicas. . . . 54 8.3.3.7.- Pruebas especiales. . . . . . . . . 54

8.4.-Selección de los contenidos de cementos para iniciar las pruebas especiales para el suelo-cemento. . • . • • • • • • • • . • . • 54

8.5.-Pruebas especialmente diseñadas para el suelo-cemento. • • • • • • • . . . . • . . • 54

8.5.1 .- Prueba de resistencia a la compresión simple para un suelo granular que ha sido tratado previamente con cemento. . . . 54

8.5.2.- Prueba de humedecimiento - secado. . 56 8.5.3.- Prueba de congelación - deshielo. . 57 8.5.4.- Prueba de compactación para

suelo-cemento. . . . . . . . . . . . 58 8.5.5.- Pruebas.de campo para el control de la

calidad .. . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

CAPITULO 9. CONSIDERACIONES DE DISEÑO 59

6

9.1.-Consideraciones.generales para el diseño de pavimentos. • • • • • 59

9. 1 . 1 .-Equivalencia de espesores. . . . 59 9.1 .2.- Método de Hveem y Carmany. . . 60 9.1 .3.- Método del Instituto Norteamericano del

Asfalto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 9.1 .4.- Método de la PCA de los EUA. . . . . . 61 9.1 .5.-Método de la PCA para el diseño de

espesores en zonas que soportaran tráfico muy pesado del tipo industrial . . . . 63

9.1 .5.- El catálogo francés. . 66 9.2.-Espesores comunes

en pavimentos. • • • • • • 66 9.3.-Consideraciones generales

para el diseño de protecciones de taludes en presas. • • 67

9.4.-Bordos de pruebas. • • • • • 67

CAPITULO 10. CONSTRUCCION DE PAVIMENTOS • • • • • • • • 69

10.1.-Operaciones constructivas. • • • • . • • 69 10.2.-Métodos comunes de construcción • • • 69

1 0.2. 1 .- Mezclado en el lugar. . . 70 1 0.2.2.- Premezclado. . 70

10.3.-Terminados. • • • • • • • • • • 70 10.4.-Compactación. 10.5.-Curado. • • • • • • • •

10.6.-Juntas de construcción. 10.7.-Equipo. • • • . • • • •

10.8.-Liga entre las capas. • •

10.9.-Superficie protectora. 10.1 o.- Control. • . • • • . • • •

CAPITULO 11. CONSTRUCCION DE

• • • • • • • 70 • • • 71 • • • 71

• . 72 • 74

• • 74 • 74

DIVERSAS ESTRUCTURAS • • • • 75 11.1.-Construcción de calles. • • • • • • • • • 75 11.2.-Construcción de estacionamientos y de

áreas para carga y descarga. • • • • • . • 75 11.3.-Construcción de acotamientos y hombros

de caminos. • • • • • . • • • . 75 11.4.-Construcción de pistas

para aereopuertos. . • • • 75 11.5.-Construcción de pavimentos

para vehículos industriales pesados. • . 76 11.6.-Construcción de pisos. • • • . . 76 11.7.-Construcción de muros. • • . • 76

CAPITULO 12. CONCLUSIONES Y PROPOSICIONES . . 79

BIBLIOGRAFIA • . . . • • . • • . • 81

El presente trabajo reúne algunos de los resultados más significativos, procedente de investigaciones realizadas sobre el tratamiento de los suelos con cemento que han sido publicadas en revistas especial izadas.

El escrito consiste en doce capítulos con un objetivo común: exponer sintética y sistemáticamente los cono­cimientos obtenidos de las lecturas. El propósito primor­dial de cada uno de los capítulos es presentar una visión conjunta y global de los hallazgos aportados por diversos investigadores que se han abocado al estudio de la materia.

Tras una breve historia sobre el desarrollo del suelo­cemento se presenta una síntesis ordenada de sus usua­les definiciones y las deficiencias que presentan; de las clasificaciones y los tipos principales; de sus más impor­tantes usos en las vías terrestres, aeropuertos, obras máritimas, obras hidrául icas, terminales de carga y

SINOPSIS

muchas otras; se presentan las propiedades de los ma­teriales que lo componen y de sus mezclas, así como el d iseño de las mismas ; se describen n u merosas propiedades del suelo- cemento como son: resistencias, módulos, deformabilidad, agrietamiento, fatiga, contrac­c ión transversal, res istenc ia al desgaste y a la congelación, resistencia a la absorción del agua y al hinchamiento, permeabilidades,· conductibilidad térmica, propiedades dinámicas, etc. ; se describen las pruebas de laboratorio más usuales; se presentan los principales métodos de diseño para pavimentos; se comenta en forma general el diseño para la protección de taludes de presas; se describen las operaciones constructivas y algunos métodos de construcción de muy diversas estructuras; y finalmente, después de las conclusiones y recomendaciones se presenta una amplia bibliografia para el lector interesado en el tema.

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El desarrollo tecnológico alcanzado por las sociedades modernas en las últimas décadas ha brindado la posibi­l idad de producir continuam�nte toda una serie de nuevos materiales que les permiten satisfacer sus incesantes requerimientos de construcción. Uno de esos materiales que han logrado tener un amplio uso a partir de la década de los·cuarenta es el producto end!.Jrecido de la mezcla compactada de suelo con cemento y agua, llamado sue­lo-cemento, cuyas bondades ingenieriles se han demos­trado en la construcción de pequeñas y grandes obras en todo el mundo. El suelo-cemento es un material producto de una mezcla apropiada de suelo, cemento y agua, que se compacta y construye con determinadas técnicas y tiene un campo de apl icación muy amplio; es relativamen­te fácil de usar y los materiales que lo componen son ecónomicos y muy abundantes.

E l tratamiento del suelo con cemento ha sido consi­derado en las notas históricas de la ingeniería como una aportación importante al desarrollo tecnológico, principal­mente porque permite ampliar de manera considerable la utilización de casí todos los suelos como materiales de construcción.

Es por esto que durante la elaboración de los proyec­tos de obras se presentará frecuentemente la posibilidad de que mediante la aplicación de un tratamiento adecuado se logre cumplir con las normas específicadas y con ello se puedan aprovechar buena parte de los suelos cercanos, que de otra manera serían deficientes por no satisfacer los requerimientos de diseño, y por lo tanto, de escasa utilidad.

El poder usar bancos cercanos es una ventaja muy apreciada por los constructores, sobre todo cuando sea posible que con un relativo pequeño esfuerzo se pueda

INTRODUCCION

lograr un magnífico material con u na substancial economía y un aumento en la rápidez de la construcción.

Las principales razones de la apl icación de los tratamientos con cemento a los suelos consisten, en primer término, en el hecho de que los suelos constituyen una inagotable fuente de materiales de construcción que se tiene a la mano y son un recurso renovable;evidente­mente, también son los más baratos y expe_ditos para usar.

Segundo, en el manejo apropiado que ya se adquirió de las mezclas de suelo y cemento, cuando se utiliza la maquinaria moderna con técnicas y equipos de laborato­rio apropiados. En tercer término, porque en determi­nados casos permite reducir substancialmente el tiempo de construcción y los costos.

Cabe decir que el tratamiento con cemento de los suelos tiene su campo de aplicación bien definido, está bastante probado y ha sido una magnífica solución en muchas ocasiones.

En México, el suelo-cemento ha sido muy poco uti li­zado en las vías terrestres y los aeropuertos, campos donde ya ha demostrado ampliamente sus posibilidades, a pesar de que existen condiciones muy favorables para su uso en gran escala. Por otra parte, en la construcción de muros y pisos ha sido usado extensamente en todas las regiones del país, usando casi exclusivamente suelos predominantemente arenosos. También se presentan muchas otras alternativas para su aplicación que desa­fortunadamente no se aprovechan cabalmente.

El objeto del presente trabajo es mostrar una revisión y síntesis de las publicaciones sobre SUELO-CEMENTO para que su lectura permita divu lgar su conocimiento y,

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de ser posible, el panorama general y la información proporcionada puedan servir de base para p'rogramar nuevas investigaciones sobre aspectos partículares del tema.

Esta publicación pretende ayudar a difur.dir la tec­nología del tratamiento del suelo con cemento, como un aporte que permita ampliar las posibilidades de solución de ciertas obras de infraestructura necesarias para el desarrollo del país. Está dirigida a los ingenieros civiles, arquitectos, constructores y a todos aquéllos que deseen ampliar sus conocimientos sobre el tema.

En el desarrollo del trabajo se revisó la teoría y práctica de la estabiliiación del suelo con cemento. De la revisión se hizo una síntesis ordenada de su historia, definiciones, usos, elementos, propiedades, diseño, pruebas de laboratorio, pro­cedimientos de construcción y su control en obra.

Para la elaboración del documento se consultó una numerosa bibliografía, así como las normas de construc­ción de varios países.

Cubre una buena parte de las publicaciones dis­ponibles hasta él año de 1 991 en la ciudad de México.

En determinadadas ocasiones el profesionista tendrá la necesidad imprescindible de cavar más hondo, llegar a las fuentes especlalizadas que le permitan el cono­cimiento profundo del tema, por tal motivo se tuvo el

cuidado de incluir una bibliografía muy extensa que le facilite el camino. No se trato en manera alguna sola­mente de reunir, analizar y describir informaciones cono­cidas; el número de publicaciones que se revisó fue muy extenso.

Al final del escrito se encuentran los detalles completos de las fuentes bibliográficas; los números de referencia se encuentran dentro de un paréntesis junto con las citas, figuras y tablas.

Finalmente, es necesario decir unas palabras sobre los autores de las fuentes bibliográficas en las que este trabajo se sustenta. Como se cimentó principalmente sobre las síntesis de los resultados de sus investigacio­nes, sólo se pudo incluir un número reducido de sus opiniones, aquellas que se juzgo conveniente para alcan­zar el fin que se pretende: presentar un panorama ob­jetivo y amplio; por tal motivo y también para evitar el presentar una voluminosa lista de nombres en el escrito, que lo harían pesado de leer, los nombres de una buena parte de los investigadores que se consultó se encuen­tran al final en la bibliografía y no necesariamente en el cuerpo de la obra. Quede claro que sólo por los méritos de sus excelentes investigaciones fue posible hacer este trabajo y aquí con profundo agradecimiento se les ex- . presa el más amplio reconocimiento por su concienzuda labor.

CAPITULO 1

Breve reseíia histórica del desarrollo

del suelo-cemento

Aunque nuestro principal propósito es referirnos a las aplicaciones prácticas del suelo-cemento, c?nsid.er��os conveniente situar el tema en su perspectiva h1stonca, haciendo una breve reseña de los acontecimientos rele­vantes que conduj�ron a su desarrollo actual. La historia de la ingeniería cívil no puede dispensarse de conocer el proceso de crecimiento y maduración de un material que le ha sido tan útil.

En diversas notas históricas que tratan sobre el suelo­cemento se ha manifestado frecuentemente que un primer acontecimiento importante fué su pronta aplica­ción como material para la construcción de pisos y muros, si bien en aquel entonces se trabajaba en forma empírica. Más adelante otro acontecimiento que mereció especial atención fue la util idad de su uso en la construcción de caminos, sobre todo cuando había problemas serios de escasez de bancos de materiales apropiados.

Varios años después de sus albores, tuvo bastante relevancia el hecho de que, durante la segunda guerra mundial, se probó que utilizando la tecnología adecuada era posible construir pistas de aterrizaje de magnífica calidad para el servicio de los aeropuertos, dism.i�uyend? substancialmente el tiempo de su construcc1on trad1-ciona1l41 · . Esto es, utilizando el suelo-cemento se podian construir económicamente excelentes pavimentos para soportar grandes cargas en muy poco tiempo. También, previó a su etapa de consolidación definitiva, debe con­siderarse como acontecimiento importante y afortunado el notable impulso y desarrollo de los centros de investi­gación tecnológica para su cabal estudio primero en Norteamérica, poco después en Europa y la U.R.R.S. y

*El número que se encuentra dentro del paréntesis [ ] corresponde al de la referencia bibliográfica.

finalmente en muchos otros países 15' 5' 7' 12' 13' 246' 247' 255 Y 2561 cuyos fructíferos resultados permitieron obtener las bases científicas para su aplicación moderna.

Actualmente, el notable desarrollo del equipo y de la tecnología para su construcción ha permitido mejorar constantemente sus usos y ampliarlos a la realización de muy diversas estructuras.

En general, se considera que la aplicación del suelo­cemento empezó a estudiarse en forma metódica y cien­tífica en la decena de 1 91 O a 1 920, sin embargo, existen muchos antecedentes en la literatura que muestran que su utilización en pisos y muros comenzó desde mucho antes. Puede asegurarse que el arte de su aplicac;:ión se inicio con el uso del cemento, cuando el constructor común encontró en la mezcla de cemento y suelo un excelente material de construcción. Parece ser que la utilización del suelo-cemento en forma científica, esto es con metodología y técnicas apropiadas, se originó casi s imu ltánea e independientemente en los E .U .A. e Inglaterra.

En Filadelfia, E.U.A., Joseph Hay Amies, el 24 de f�brero de 1 91 4, adquirió la 11U.S. Patent # 1 087 91 4" de un producto que denomino 11Alkaline Cement11 , manufac­turado en una planta central combinando unas 60 partes de cemento Portland con alrededor de 30 partes de hidróxido de calcio y cerca de 1 O partes de sosa cáustica. El producto resultante fue mezclado con suelo natural y agual1 ·

2 Y 31 · . Además, posteriormente Amies presento otras dos patentes del mismo tipo en 1 91 4 y 1 91 5.

En Inglaterra, en el año de 1 91 7, el lng. H. E. Brooke­Bradley aplicó exitosamente una mezcla de cemento con suelos arcillosos en la construcción de unas carreteras cerca de la población de Salisbury Plain en el Condado

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RESEÑA HISTORICA

de Wiltshire. A pesar de los resultados halagadores al­canzados por el uso del suelo-cemento en algunos con­dados ingleses, la técnica no fue muy utilizada, quizá por que el tráfico principal en esa época consistía de coches

. con ruedas de acero t irados por caballosl2251 · .

En el año de 1921 en el estado de California, E.U.A., ·

se usa el suelo-cemento para estabilizar suelos arcil­lososl881. Posteriormente, ��n el año de 1932, el Depar­tamento de Caminos Estatales de Carolina del Sur, -E-:ü.A.,creó laboratorios para su investigación e impulsó cientifícamP.nte su estudio. Ya con sólidas bases. en 1935, se hizo la primera construcción supervisadá de suelo-cemento con técnica moderna, cerca de Johnson­ville, South Carolina. A partir de entonces se tuvó la certeza de la factibilidad técnica y económica de su construcción masiva con éxito. Es por eso que se re­conoce en la literatura que este paso fue muy importante, por qu·e inicia su madurez, desde esta fecha el depar­tamento anterior, junto con otros departamentos esta­tales de los EUA, la Portland Cement Association, la Highway Research Board y la Transport Research Board, se han distinguido como sus activos divulgadores y pro­motores de investigación, tanto en los E.U.A. como en otros países.

Resulta interesante conocer el hecho que finalmente lo impulsó y fue que durante la segunda guerra mundial las fuerzas militares alemanas util izáron eficientemente el suelo-cemento para una muy rápida construcción de 1 30 aeropuertos en Europa, que funcionarían en condi­ciones muy difíciles ya que buen número de éstos es­taban situados en la U.R.R.S. y otros en la Europa Central donde ocurren condiciones climatológicas sumamente severas de congelación en el invierno. El diseño se

- realizó aprovechando en buenas medidas las técnicas desarrolladas en los países aliados (irónicamente, el ingles A. H. D. Marwick hace una revisión de los princi­pales t rabajos sobre suelo-cemento hechos en Inglaterra y los E.U.A. para aprovechamiento por los .aliados en la construcción de aeropi..iertos, en la entonces previsible 2a. guerra mundial l201 ) . Parece ser que la principal razón por la que se recurrió al uso del cemento fue por la escasez de asfaltos que siempre ha existido en la Europa Centra1l9• 9Y101 . Un tiempo después de pasada la guerra no dejo de admirar a los ingenieros el sorprendente buen estado que guardaban las pistas a pesar del uso cons­tante y de los intensos bombardeos a que fueron someti-das, por lo que se consideró muy conveniente seguir aprovechando, pero ahora cási exclusivamente para la construcción de obras civi les. Por haber probado su bondad en condiciones tan adversas después de pasada la segunda guerra mundial se le util izó en forma masiva para la construcción de modernas aeropistas y carreteras en Alemania y en las Naciones más desarrolladas l1 5• 1 6• 1 7• 1 8• 19 Y 29 J. Ya posteriormente sólo se reporta su uso militar limitado en la guerra del Vietnam l1 1Y141.

1 2

SUELO-CEMENTO

En los paises industrializados se consideró suma­mente provechosa su aplicación para resolver las se­veras condiciones de trabajo que les provoca el constante incremento en peso y volumen del t ránsito que circula por sus carreteras. Por lo que en estos países se apoyó firmemente su estudio intensivo creando laboratorios y centros para ·su investigación. Bastante pronto estas previsoras acciones rindieron el fruto esperado pues permitieron desarrollar la tecnología y equipos de trabajo sin los cuales evidentemente no hubieran podido alcan­zar el éxito constructivo y económico obtenido.

El primer uso del suelo-cemento en E.U.A. como ma­terial de protección de taludes para presas de tierra y enrocamiento fué en una sección de prueba de la presa Bonny cerca de New Hale, Colorado, en 1951 . Después de que los estudios e investigaciones realizados permi­tieron concluir que el comportamiento fue buen.o, el U .S. Bureau of Reclamation autorizó su uso para las presas Merrit y Cheneyl220J*.

En la construcción de cortinas para presas se util izó por primera vez en los E.U.A., en 1980, para la construc­ción de la presa 'Willow Creek11 de 50 m de altura. Aunque anteriormente en 1 . 975 se le uso para la reparación de la roca erosionada en la presa 1Tarbella11 , ubicada en Paki­stan y también, en Canadá en 1979, en la construcción de un bordo provisional de la presa 11Revelstoke11 • Poste­riormente se han construido varias presas en los E.U.A., entre las que destaca la 11Upper Stillwater Duchesne, Utah11 de 88 m de altura, construida en 1985-1987. Otras cortinas importantes se han hecho con este material en el Ganada, Japon e Inglaterra [270 y 271 ] . En México se le utilizó por primera vez en 1985 para la construcción de la presa 11La Manzanil la, Gto. 11(267• 268 Y 2691 y en 1987 para la construcción de la presa 11Trigomi l , Jal. 11 de 1 00 m de altura [270]. Conviene aclarar que inicialmente se le dió el nombre de suelo-cemento al material util izado y des­pués indistintamente el de rolacreto y también el de concreto rodillado, sin que existiera una definición acla­ratoria satisfactoria que los distinguiera.

Actualmente se le han encontrado toda una serie de nuevos . usos en las obras hidráulicas , como son las protecciones de costas marítimas y márgenes de ríos, así como en las cimentaciones de ciertas estructuras y la construcción de silos enterrados, gabiones, muros de contención, muros pantalla, etc., por lo que es de espe­rarse que su util idad y aprovechamiento se incremente todavía más.

Del análisis de los exitos obtenidos por diferentes constructores podemos sacar un caudal siempre nuevo de experiencias, de métodos, de nuevas energ ías y ma­yores impulsos hacia el desarrollo de este material, que si bien es de uso antiguo y su técnica ha madurado desde el empirismo inicial hasta una bien desarrollada, que aún le falta todavía mucho que ofrecer.

2.1 .- DEFINICIONES.

En cada país y a través del tiempo los investigadores le han dado distintas connotaciones al concepto del suelo­cemento; algunos consideraron el termino en el sentido más amplio y otros los restringieron. Para poder incluir muchos puntos de vista e investigaciones que han enri­quecido el tema hemos tenido que aceptar las diferentes interpretaciones dadas y frecuentemente sus diversos nombres comunes.

La Portland Cement Association propone la definición siguiente: 11 EI suelo-cemento es una mezcla íntima de suelo, convenientemente pu lverizado, con determinadas porciones de agua y cemento que se compacta y cura para obtener mayor densidad. Cuando el cemento se hidrata la mezcla se transforma en un material' duro, durable y rígido. Se le usa principalmente como base en los pavimentos de carreteras, calles y aeropuertos.11

El Grupo Holandés de Trabajo rrn41 lo define así: 1 1EI suelo-cemento y también el suelo estabilizado con ce­mento son una mezcla homógenea de suelo con cemento y agua que se compacta adecuadamente. El suelo tratado endurece por la reacción del cemento y el agua, por lo que mejora sus propiedades ingenieri les, lo cual favorece su uso en la construcción de carreteras. 11

Para C.A. O' Flaherty (Londres, l nglaterra)l1451 11 Es un material endurecido formado por el curado de una íntima mezcla de suelo, cemento y agua que se compacta11•

Es fácil observar que las definiciones anteriores tienen el inconveniente de ser vagas, ya que provocan confusio­nes si se toman en sentido estricto y se comparan con las definiciones de otros materiales a los que se les agrega cemento, como por ·ejemplo la definición del concreto.

CAPITULO 2

Definiciones y clasificaciones

Desafortunadamente, todas las que se consultaron tam­bién están del mismo tenor y se presentan deficientes. Mal se define lo que no se precisa. Quizá, por este motivo en Alemania el suelo-cemento fué tratado como una clase de concretol1041•

En rl intento de dar una definición satisfactoria se han formulado las más variadas afirmaciones. La más corrien­te e' la de la Portland Cement Association. En este st.tido se pronuncian la mayoria de las instituciones al to arla como base con ligeras modificaciones. Sin em­b rgo, tal fórmula aceptable en principio, debe admitirse con reservas ya que su aplicación en todos los casos se traducirá en confusiones.

Muchos otros investigadores entendieron que una me­jor formulación sería decir 11suelo tratado con cemento11 puesto qL¡ie evita · 1a rigidez en la definición y con ello se tendría la/ventaja de una flexibilidad apropiada para hacer clasificaclones más objetivas. Investigadores de prestigio han evitado el término suelo-cemento y prefieren el de Suelo Ttatado con Cemento, que aunque es más largo evita an'lbigüedades en la definición, es de connotación amplia y permite clasificarlo según el tipo de suelo, clase de frafanilento· y cemento utiíizado; lo cual en opinión de- -este autor es más conveniente. Sin embargo, todas las referencias coinciden en afirmar que 0·1 suelo-cemento es un material que presenta características propias, que no corresponden ni a las de un concreto, ni a las de un suelo sin mezclar aunque no indican cuales son. En los capítu­los siguientes se dará una explicación amplia de las características y propiedades de este material por lo que ·esperamos que al final de la lectura se logre aclarar buena parte de esta ambigüedad. De aquí en adelante, en cierta forma arbitrariamente, debido a la costumbre, en este trabajo se considerará el breve término de Suelo-Ce-

1 3

DEFINICIONES Y CLASIFICACIONES

mento simplemente como un sinónimo del término Suelo Tratado con Cemento.

No se pudo obviar, desde un principio, las confusiones que existen en las definiciones actuales, es conveniente conocerlas, con confianza esperamos que pronto se re­solveran. Afortunadamente con buen juicio los profesio­nistas las han podido entender con un criterio amplio y práctico.

El Suelo-Cemento Plástico {PCA)l31 1 se considera como: "La mezcla de cemento con un suelo fino muy húmedo en estado plástico. Cuando se le coloca tiene la consistencia de un mortero plástico. Frecuentemente se usa en zonas díficiles donde no es posible compactar.

· Requiere una cantidad de cemento mayor que el tipo compactado, esto es, mayor del 1 O % y no se compacta".

El Suelo Modificado con Cemento {PCA)l31 1 se define como: "Una mezcla, dura o semidura, íntima de suelo pulverizado, agua y pequeñas cantidades de cemento que se compacta. Por lo que se distingue del suelo-ce­mento compactado exclusivamente en la menor cantidad de cemento que se le adiciona. La cantidad de cemento en peso varía entre el 1 y 4 %. Se le utiliza principalmente cuando se requiere:·

* Obtener mayor resistencia del suelo, aunque no muy alta.

* Compactar el terreno en condiciones más favo­rables.

* Hacer más impermeables determinados suelos."

2.2.- CLASIFICACIONES.

Según las porciones de cemento, suelo y agua que entren a formar parte en er suelo tratado con cemento se distinguen por su comportamiento real las tipos siguien­tes:

1 4

* SUELO-CEMENTO COMPACTADO

* SUELO-CEMENTO

SUELO-CEMENTO

* SUELO-CEMENTO PLASTICO

* SUELO MODIFICADO CON CEMENTO

El suelo-cemento compactado comunmente llamado suelo cemento, requiere una cantidad de cemento en peso que varía entre el 4 y 25 % aproximadamente. Para darle dureza se compacta la mezcla. Este es el tipo que más se usa.

El suelo tratado con cementol31 1 puede ser hecho con:

* Suelo granular limpio.

* Mezcla de suelos granulares y finos, predomi­nantemente limosos.

* Mezcla de suelos granulares y finos, predomi­nantemente arcil losos.

* Suelos limosos.

* Suelos arcillosos.

Debe considerarse que mientras más finos tenga el suelo, principalmente de tipo arcilloso, mayor cantidad de cemento requerirá y por tanto mayor será su costo. Probablemente este es el mayor inconveniente que tiene el suelo-cemento hecho con suelos que contienen ele­vada cantidad de finos arcil losos o l imosos; por tanto a los suelos con muchos finos sólo se. les usa en casos especiales.

Nota: La definición de concreto dado por el ACI 318-83 es: "Mezcla de cemento portland o cualquier otro cemento hidráulico, agregado fino, agregado grueso y agua con o sin aditivos". Por otro lado, debe considerarse que los agregados finos y gruesos son una parte, total o parcial, de los componentes que existen en los suelos, y que son muy frecuentes los suelos puramente granulares. La definición de rolacreto o concreto rodillado [267] es: "una mezcla de cemento, agua y aditivos con material granular pulverizado bien graduado con finos no plásticos y /o cenizas volantes que se compacta con rodillos mecánicos en

. vez de vi­

bración por inmersión".

El suelo-cemento se usa principalmente en la construc­ción de:

* Bases de carreteras, cal les, aeropuertos y es­tacionamientosl6. 7· 21 ' 22 Y 231.

* Ampliaciones, acotamientos y taludes de ca­rreterasl221.

* Mu rosl24, 2s y 261.

* Construcción de pisos en áreas de almace­namientol311.

* Reconstrucción de bases falladasl29 Y 301.

* Protección contra el efecto de 11bombeo11 en bases y carpetas de rodamientol591.

* C_onstrucción de balastos y subbalastos para fe­rrocarri lesl59l .

* Protección contra la intrusión de material de la subrasante dentro de los balastos, en las vías de los ferrocarrilesl591_

* Protección de taludes en presas y almace­namientosl35, 36, 37, 38 y 391.

* Protección de terraplenes contra la l luvial321.

* Protección contra la erosión de márgenes pro­ducida por corrientes fluvialesl41 1.

* Protección contra la erosión de playas por corrien-tes y oleajes del mar41 1.

* Estabilización de taludesl321.

* Revestimiento de canalesl341. * Construcción de canaletas para riegol421.

CAPITULO 3

Principales usos del suelo-cemento

* Impermeabilización de almacenamientos para agua l35l

* Construcción de accesos para los puentesl48Y 491.

* Estabilización de muros de tierra armadal581.

* Construcción de muros panta11al431_

* Construcción de silos enterradosl441_

* Construcción de cimentacionesl451_

* Cimentaciones para torres de conducción eléc-trical471.

* Construcción de gabiones l451_

* Subbases para pavimentos rígidos l271.

* Subbases para pavimentos flexibles l27] .

* Pisos l61.

* Carpetas para carreteras de poco tráfico l281.

* Construcción de ataguias para protección de te­rraplenes en la construcción de presas l33 Y 451.

* Construcción de trincheras semiflexibles para la cimentación de presas l42 Y 45l _

* Construcción de presas de almacenamiento l42 Y451_

* lnyeccion de pantallas y delantales para el con­trol del flujo de agua.

* Construcción de cortinas de presas l267· 268· 271 · 272 y2731

Como se observa su uso permite una gran flexibil idad, principalmente se ha aprovechado suelo-cemento para la construcción de bases de carreteras, muros, aeropuer-

1 5

PRINCIPALES USOS

-tos, áreas de almacenamiento, protecciones de presas y protecciones contra la erosión de corrientes de agua.

La Portland Cement Association, PCA, nos propor­ciona la información interesante de que a partir de la segunda gu_erra mundial se incrementó tan notablemente su uso que ya para 1 960 los E.U.A. y el Canadá juntos habián construído cerca de 39,000 km de caminos; y ya para 1 969 existía una construcción mundial de unos mil mi llones de metros cuadrados de carreteras y aeropuer­tos. Para 1 970, en los E.U .A. se construían anualmente el equivalente a 5500 km de caminos con este material y el mismo año se reporta que habían alcanzado un total

· de más de 1 37 ,000 km de pavimentos de 7 .3 metros de ancho en promedio l1 77J_

Por su relativo bajo costo en la construcción de bases para pavimentos con tráfico industrial muy pesado, el suelo­cemento ha sido utilizado mundialmente para hacer termi­nales portuarias de minerales y contenedores, terminales de ferrocarriles, terminales de vehículos muy pesados, patios de almacenamiento industrial pesado� para soportar la carga de vehículos con ruedas de acerol2 3l _

Su uso en proyectos hidroélectricos v de recursos hidráulicos comienza hacia el año de 1 95ol3l>J. J. L. Sherard et a1l251J mencionan el buen funcionamiento de la protección con suelo-cemento del talud aguas arriba de la cortina de la presa Bonny (Colorado), al cual arriban frecuentemente olas de 1 .80 m de alto. Después de 8 años de. operación la protección se encontraba practicamente · intacta. En 1 969 se le utiliza para la protección del terraplén de la presa Cahuilla en el sur de California. En los E.U.A., desde 1 961 , su uso en proyectos hidroélectricos e hidráulicos avanzó desde unas 51 ,000 yd3 anuales hásta alcanzar alrededor de 9' 100,000 yd3 (6'957,400 m3) en 1 981 ; incluyen estás cifras el volumen colocado para la protección contra la erosión por corrientes de agua en ríos, canales ycostasl441. Por otra parte, se le utilizó para la protección longitudinal de 1800 m del río San Laurence, en la peninsula de Quebec, Canadá, y también para proteger las costas de esta1411• El denominado 11Rolacreto11 o concreto .�ompactado se ha utilizado en la construcción de la ·présa"La Manzanilla11 y 11Trigomil, Jal11•

Es bastante atractivo su uso en la reparación de bases falladas por su fáci l apl icación, ya que permite re­aprovechar íntegramente el material usado para hacer una nueva base. La· reutilización del material colocado es 13conómk:a y rápida de hacer;- obteniéndose d-espuéSáe tratada una base dura y rígida. En general para estas. reparaciones no se requieren . grandes c�fr1tldades de . cemento. Los pavimentos viejos pueden reusarse escari­ficándolos y pulverizándolo� para aplicarles el cemento y el agua para su posterior compactación. En nuestro país podría aprovecharse con mucha ventaja en la urgente y necesaria reconstrucción de las vías deterioradas de nuestros viejos ferrocarriles.

1 6

SUELO-CEMENTO

Es interesante mencionar que la compañía francesa MECASOL, S.A. comenta sobre un proyecto de cimen­tación que realizó para una planta nuclear cimentada sobre arena licuable, en el año de 1 979, que pudo de­mostrar que era factible construirla si se trataba el suelo­con cementoC1 15J_

A pesar de sus cualidades debe prevérse que no todas sus aplicaciones tienen garantizado de antemano el éxito de su comportamiento. Por ejemplo, las soluciones a cora­zones y cimentaciones de presas todavía requieren mayor investigación. También, los tratamientos a las subbases de carreteras en muchas ocasiones no darán la mejor alterna­tiva de solución y existirán seguramente otras superiores.

Actualmente al suelo-cemento se le han encontrado múltiples y diversos usos. Los hechos han demostrado convincentemente que puede ser aplicado con ventajas en muchos tipos de estructuras, por lo que ya se está utilizando mundialmente en sistemas hidráulicos, protec­ciones de márgenes de ríos y mares, protecciones de taludes de embalses, ·pantallas impermeables, silos en­terrados; cimentación de plantas nucleares y como ma­terial para el respaldo de accesos de puentes, etc.l 51 • 52• 53, 54, 55, 56 y 57]

Por otra parte, es bastante desalentador constatar que en nuestro país apenas se hayan construido unos cuan­tos cientos de kilómetros de carreteras con este excelente material de construcción.

También en las obras hidráulicas es muy poco lo que se le ha aprovechado. Afortunadamente, se le ha usado extensamente en la construcción de muros y pisos (con­viene aclarar que aunque se le dan nombres comunes a los diferentes productos que resultan de los tratamientos estos se pueden c las i f i car est ri ctame nte como variedades de suelo-cemento, según lo establecen sus definiciones).

Finalmente, cabe esperar que el constante aumento del peso y volumen de los vehículos que transitan poJ nuestras carreteras siga con esa persistente tendencia

-en el corto y mediano plazo. La sobresaturación y los excesivos pesos para las que no fueron proyectadas

··inicialmente afectan ya seriamente a algunas de nuestras carreteras-. ta sitúación anterior, - hace qüe' sea -conve. niente que para los nuevos diseños se puedan util izar materiales más duros, resistentes, durables·y-fadie.scfü­reparar que los usados actualmente.

Es aquí donde la solución para las bases y subbases de los caminos con suelo-cemento, suelo-cal u otros tratamientos puede ser muy conveniente, sobre todo si se toma en cuenta que ya han mostrado plenamente sus posibilidades en otros países. También, cabe esperar un mayor uso futuro en diversas obras hidráulicas, protec­ción de márgenes, terminales de vehículos pesados y que aumente su aplicación con mejoras técnicas en pisos, muros, calles y-estacionamientos.

CAPITULO 4

Ventajas y desventajas

4.1 .- PRIN CIPALES VENTAJAS.

La estabil ización de los suelos aumenta enormemente la potencialidad de uso de los bancos de materiales. Esto se debe a que una buena parte de los materiales de los bancos, que en un proyecto convencional se desecharían como deficientes por no satisfacer los requerimientos de diseño, se pueden utilizar mediante un tratamiento ade­cuado. Con el tratamiento se mejorarán las característi­cas fís icas para que puedan ser aprovechados. El tratamiento con cemento es uno de los que, con más amplio campo de acción, han dado resultados muy satis­factorios y mayores posibil idades de uso.

Algunas veces, donde los bancos convencionales están muy alejados y sea incosteable o muy costosa su explotación, cabe la posibil idad de util izar economi­camente los bancos cercanos mediante tratamientos. Siempre y cuando el costo de éstos compita con los costos adicionales, esto es, aquél los que se generari­debido a la lejanía de los bancos que no requieren tratamiento; y todavía resulta mucho mejor, si se puede lograr un ahorro substancial tanto en dinero como en tiempos de construcción.

Por ejemplo, en nuestro país el tratamiento de suelos seguramente puede proporcionar una de las soluciones más apropiadas para la obtención de materiales de cons­trucción en la zona costera del Golfo de México, donde en amplias partes los bancos de roca, grava y arena son en general escasos y se presentan problemas para poder satisfacer las crecientes necesidades de construcción de cal les , carreteras , fe rroca rri les , puertos , presas , aeropuertos, etc.

La base de suelo-cemento ya colocada y endurecida es bastante más rígida que las bases usuales de gravas, lo que le permite transmitir mejor que el las las presiones de las llantas a la subbase. Por presentar mayor rígidez es posible reducir el espesor requerido de los pavimentos tratados para tranmitir las presiones aceptables en las capas inferiores.

Esta disminución es muy deseable en la construcción de las pistas de los aeropuertos en donde por los fuertes impactos que ocasionan las l lantas de los aviones en los aterrizajes se requiere se coloquen espesores conside­rables de bases de gravas.

Ha sido notable su prolongada durabil idad bajo condi­ciones adversas. Se le ha probado en forma exhaustiva en los climas más difíciles, por lo que se ha usado frecuentemente para pavimentos en lugares con condi­ciones climáticas muy desfavorables de América, Europa y Asia.

En casos de urgencias constructivas, su aplicación permite reducir considerablemente los tiempos de cons­trucción normales si se utilizan las técnicas y maquinarias apropiadas.

Aunque su construcción es muy versátii y también puede hacerse con equipos muy sencillos para tener certeza de éxito se requerirá uti l izar las técnicas, equipos y controles adecuados.

Para terminar, es un hecho comprobado ampl iamente que sus propiedades de resistencia aumentan con el tiempo, lo que favorece que su conservación sea mínima y tenga una prolongada vida úti l , bastante más larga que la de los tratamientos asfálticos.

17

PRINCIPALES USOS

4.2.- PRINCIPALES DESVENTAJAS.

Por otra parte, las desventajas más notables que presen­ta son:

1 8

* El aumento del costo por la adición del cemento y actividades constructivas.

* Una vez que se ha introducido el cemento en el suelo y se hace el humedecido, la colocación y compactación de las capas deben hacerse con gran rápidez para evitar el fraguado anticipado y tener resultados pésimos.

* Es necesario agilizar y realizar un mayor y mejor control de la construcción en obra que el que se hace utilizando los métodos normales.

SUELO-CEMENTO

* La liga entre diferentes capas es dificultosa.

* Produce mayor agrietamiento en los pavimentos.

* Es necesario contar con personal especializado.

* Se deben aplicar técnicas en general poco cono-cidas en México, si bien no difíciles de adquirir y ya bastante probadas en otros países.

* Necesidad de realizar cuidados preventivos para el personal por el daño que puede provocar el constante tocar o aspirar el polvo del cemento.

5.1 .- CEMENTO.

En principio cualquier cemento puede utilizarse en la estabilización de los suelos. El cemento Portland normal tipo 1 es el más utilizado, aunque también se han usado mucho los de alta resistencia inicial, del tipo 111. Existen trabajos de investigación que concluyen que el cemento Portland tipo 1 permite a la mezcla alcanzar mayor resis­tencia que la del tipo 11 pues contiene mayor cantidad de aluminato tricálcico y sulfato de calcio1061, pero el tipo 11 es preferible al tipo 1 cuando se trata de reducir el agrieta­miento. Los cementos expansivos han demostrado ser muy efectivos en suelos granulares gruesos para minimi­zar el agrietamiento1931• Cuando se tratan suelos con cantidades apreciables de finos plásticos los cementos expansivos de tipo Chem Comp se han mostrado efica­ces para disminuir el agrietamiento que se producel631•

Los sulfatos ejercen mucha i nfluencia en la durabili­dad y resistencia a la compresión simple. El suelo-ce­mento está sujeto al ataque de los su lfatos en forma similar al concreto. Se ha observado que los cementos tipo 11 y IV son más resistentes al.ataque de los sulfatos que el tipo 1 [BOJ.

El cemento Portland normal tipo 1 se puede usar cuando los sulfatos solubles en el agua de la mezcla son menores de 0.1 O % o cuando el agua exterior que puede penetrar el suelo-cemento contiene menos de 1 50 ppm (partes por mil lón) de sulfatos. Para contenidos pequeños de sulfatos conviene util izar cementos con moderada resistencia a los sulfatos. En el caso de que existan en el agua de la mezcla sulfatos solubles con más de 0.20 % o donde el agua exterior contenga más de 1 500 ppm de sulfatos, entonces puede usarse el cemento ASTM tipo V de alta resistencia a los sulfatos, pero con contenidos

CAPITULO 5

Materiales

de aluminatos tricálcicos no mayores del 5 %. Puede decirse que contenidos de sulfatos entre 0.5 a 1 % bordean el l ímite superior aceptable para realizar una buena estabilizaciónl�S Y 1021 .

La cantidad de cemento puede variar entre el 2 y 25 por ciento del peso seco de la mezc1al97 Y 1001 . El promedio es del 1 O % y se procura que no pase del 1 5 % por razones económicas. La tabla 5.1 proporciona el rango normal de cantidades de cemento requeridas para los varios tipos de suelos, clasificados por la AASHol102J. En

. algunos países el promedio es más alto por que·se diseña para obtener resistencias elevadas; desafortunadamente no se pudo disponer de esos datos.

TABLA No. 5.1 Cantidades de cemento reaueridas. PCA.

GRUPO DE PORCIENTO POR PORCIENTO POR SUELOS SEGUN VOLUMEN PESO

AASHO A-1 -a 5 - 7 3 - 5 A-1 -b 7 - 9 5 - 8 A-2-4 7 - 1 0 5 - 9 A-2-5 7 - 1 0 5 - 9 A-2-6 7 - 1 0 5 - 9 A-2-7 7 - 1 0 5 - 9 A-3 8 - 1 2 7 - 1 1 A-4 8 - 1 2 7 - 12 A-5 8 - 1 2 8 - 13 A-6 1 0 - 1 4 9 - 15 A-7 1 0 - 1 4 1 0 - 1 6

Fuente: AASHO [102)

19

LOS MATERIALES

La cantidad de cemento también es función de la eficiencia del mezclado en la obra; mejorando las técni­cas del mezclado se puede reducir el contenido de ce­mento real específicadol821

La reacción del cemento con los suelos granulares l impios ha sido muy estudiada, ya que es la misma que la de los concretos y morteros comunes, por lo que no se insistirá sobre ello. La reacción del cemento con los suelos finos proporciona en la mayoría de los casos aumAntos de la resistencial95J debido a:

* Rápida f luocu lación y acercamiento de las partículas de arcilla o l imo.

* Hidratación del cemento con el establecimiento de vínculos entre partículas y paquetes de ellas.

* Cristalización del carbonato de calcio con partícu­las de cemento, que por el mezclado se encon­traran distribuidas discretamente en el medio.

A bajos contenidos de cemento la resistencia a la compresión simple en mezclas con suelos predominan­temente arcillosos puede no aumentar y aun disminuir apreciablemente. Se considera que este efecto de dis­minución es debido a que con estos contenidos pequeños de cemento se produce un efecto de encapsulamiento de las partículas de arci lla sobre las mayores del cemento; obteniéndose por ende una estructura interna débil, a veces menos resistente que la que la que presenta el suelo sin cemento. Esto sucede frecuencuentemente con porcentajes pequeños de cemento (3 a 5 %, en peso) , que es cuando podría ser bastante económico el tratamiento de los suelos plásticos (véase la figura 7.6)

La.s part ícu las de cemento generalmente tienen tamaños comprendidos entre 0.5 y 1 00 micras y las de una arcilla menores de 2 micras. La finura del cemento es del orden de 2800 cm2/gr y la de una arcilla bastante mayor ( 1 05 ó 1 00,000 cm2/gr) . Al compararse el tamaño de las p(;lrtículas de cemento con el de las arcillas se puede observar que en su gran mayoría éstas últimas son bastante más pequeñas. Este hecho es significativo por­que permite inferir que después de los cambios qu ímicos iniciales, en la estructura de un suelo arcilloso tratado con cemento existirá un número mucho mayor de partículas de arcilla que de cemento y por tanto será prácticamente imposible que se alcance la liga completa entre las partícu las de arci lla a través de las de cemento. En cambio en los suelos granulares gruesos prácticamente se puede lograr que existan casi completamente vínculos de liga de cemento entre todos los relativamente grandes gránulos del suelo.

Las especificaciones más consultadas son: ASTM C1 50, CSA AS Y AASHTO M85 para cementos Portland normales y ASTM C595 o AASHTO M240 para cementos Portland especiales.

20

SUELO-CEMENTO

5.2.- AGUA.

El agua tiene como funciones principales:

* Hidratar el cemento para producir la aglutinación de las partículas sólidas.

* Producir la lubricación entre las partículas para facilitar la compactación.

La cantidad de agua varía comúnmente entre el 1 O y 20 % del peso seco de la mezcla en suelos plásticos y menores del 1 0% en los granulares.

Se recomienda que el agua que· se utilice esté relati­vamente l impia y libre de cantidades apreciables de ácidos, álcalis y materia orgánica que puedan afectar al cementol61•

Algunas aguas con un gran contenido de determi­nadas sales han s ido satisfactoriamente uti l izadas cuando no ha sido posible obtener agua dulcel701.

Cuando en lugar de agua natural se utiliza lechada de cemento para elaborar los especimenes en las pruebas de compactación, la humedad óptima obtenida difiere de la que se obtiene utilizando solo agua, en más o en menos.

Durante la construcción el cemento se hidratará com­pletamente hasta después de 43 días en suelos plásticos y en unos 28 días en suelos granulares.

El contenido de agua se determina tomando en cuenta la trabajabil idad, manejabilidad de la mezcla, la necesi­dad de evitar los agrietamientos excesivos y para alcan­zar la compactación más adecuada con el equipo disponible.

5.3.- SUELO.

En teoría cualquier suelo puede estabilizarse con cemen­to, a excepción de los suelos con bastante contenido tanto de sales que afecten al cemento como de substan­cia órganica o materiales delétereos. Sin embargo, en el campo de la aplicación práctica, los suelos que se pueden utilizar se encuentran l imitados por:

1 .- Granulometría adecuada de las partículas.

En general, la experiencia ha demostrado que para que un suelo pueda ser endurecido correctamente, me­diante la adición de cantidades razonables de cemento, debe tener la granulometría siguiente:

Que el l ímite superior del tamaño máximo de las par tículas sea de una tercera parte del espesor de la capa compactada, lo que representa unos 8 centímetros máximo. En la distribución g ranulométrica, el l ímite máximo de partículas finas que pasan la mal la No. 200 debe ser cercano al 50 %, con un l ímite l íquido no mayor de 50 % e índice plástico menor de 25 %. O sea que conviene evitar los suelos altamente compresibles y los

SUELO-CEMENTO

Tabla 5.2 Graduaciones recomendables para tratamientos de suelos areno-arcillosos

MATERIAL CONDICIONES DE LA LLUVIA EN LA ZONA

PORCIONES DE ARENA: Pasa la malla No. 1 0 Pasa la malla No. 40 Pasa la malla No. 60 Pasa la malla No. 270 PORCIONES DE LIMO: Finos de 0.05 a 0.005 mm PORCIONES DE ARCILLA: Finos menores de 0.005 mm

FUENTE: AASHO 1 1021

Fuerte 1 Moderada 2 Rara3

1 00 1 00 1 00

40 - 80 40 - 80 40 - 80

30 - 70 40 - 55 55 - 70

1 0 - 40 20 - 35 30 - 50

3 - 20 o - 1 5 1 0 - 20

7 - 20 9 - 1 8 1 5 - 25

muy plásticos. La PCA propone que no más del 45 % sea retenido en la malla No. 4 y un tamaño máximo del agregado de 3 11 , y acepta suelos g ranu lares mal graduadosl57l. También recomienda que no se uti licen suelos con muchas gravas, que preferiblemente conten­gan menos del 1 5 % de arci llas, que la suma de arcillas y l imos varíe entre 20 y 45 % y que contenga arena, preferiblemente entre el 55 y 80 %.

Es práctica común en la Gran Bretaña especificar que sólo se puedan tratar con cemento suelos bien graduados con un coeficiente de uniformidad no menor de 5! 1741.

Por otra parte, la PCA considera que no resultan adecuados suelos cohesivos cuyo l ímite l íquido es mayor je 45 % y su l ímite plástico mayor de 20 % _

Los suelos con bastante contenido de arci l las tienen serios inconvenientes ya que producen mucho agrie­tamiento final y los tratamientos previos de humede­cimiento o de secado comúnmente necesarios para su compactación son costosos y difíciles. Además, durante la construcción el proceso mezclado es sumamente laboriosol39l _ La AASHO da las recomendaciones que se presentan en la tabla No.5.2 y en ra tabla 5.4. Por su parte, la ASTM da una seie de recomendaciones que se re­copilan en la tabla No.5.3! 1 1 71 .

2.- Consideraciones constructivas.

Se deben tomar en cuenta, entre otros factores:

* La facil idad para realizar el mezclado del suelo con el cemento y el agua. Los suelos con muchos finos pueden ser muy difíciles de mezclar.

* La facilidad para hacer la compactación.

LOS MATERIALES

* El adecuado contenido natural de agua del suelo en el banco y en la obra para su tratamiento.

* Evitar tratamientos costosos de los materiales de los bancos.

3.- Condiciones ambientales.

Es necesario tomar en cuenta el efecto de la t�mpera­tura durante el fraguado por que su efecto es significativo en cl imas cálidos. Desafortunadamente no se tuvieron a mano trabajos sobre el tema.

Será necesario considerar en los suelos posibles de utilizarse su facilidad para formar mezclas que se adapten a las condiciones ambientales, sobre todo en donde sucede la congelación. Partículas intemperizadas o ina-propiadas deben desecharse. · ·

4.- Requerimientos de diseño.

Prever la posibil idad de que se alcancen las carac­terísticas deseadas una vez realizado el mezclado.

5.- Consideraciones sobre los requerimentos del producto terminado.

Suelos con contenidos apreciables de finos plásticos pueden presentar agrietamientos indeseables.

6.- Desventajas con respecto a otros tipos de estabil ización, para el problema dado.

Algunos tratamientos pueden ser más ventajosos, ya que cada uno tiene su ca'mpo de aplicación donde resul­tan ser los más adecuados. Por ejemplo, en muchos casos la util ización de cal en vez de cemento puede ser

Tabl� No.5.3.Especificaciones para los agregados de las bases o las subbases.

TAMAÑO DE LA PORCENTAJES QUE PASAN MALLA BASES SUBBASES

2" ( 50 mm } 1 00 1 00 1 - 1 /2" ( 37.5 mm ) 95 - 1 00 90 - 1 00

3/4" ( 1 9 mm ) 70 - 92 -3/8" ( 9.5 mm } 50 - 70 -

No. 4 ( 4.75 mm ) 35 - 55 30 - 60 No. 30 1 2 - 25 -

No. 200 0 - 8 o - 1 2 REQUERIMIENTOS ADICIONALES:

1 .- Al menos el 75 % de las partículas retenidas en la malla de 3/8" deben tener dos caras fracturadas.

2.-- La cantidad de material que pasa la malla No. 200 no debe ser mayor que el 60 % de la que pasa por la NO. 30. 3.- La fracción que pasa la malla No. 40 debe tener:

máximo w = 25 % máximo LP . = 4 %

Nonna ASTM 02940 1 1 17 1

21

LOS MATERIALES SUELO-CEMENTO

Tabla No. 5.4 Clasificación de la AASHO oreoarada oara el diseño de suelo-cemento. ANALISIS GRUPOS DE SUELOS GRANULARES

GRANULOMETRICO ( 35 % ó menos oasa la malla # 200 ) % que pasa la: A-1 A-3 A-2

A-1 -a A-1 -b A-2-4 A-2-5 A-2-6 A-2-7. Malla # 1 0 50 max

Malla # 40 30 max 50 max 51 max

Malla # 200 1 5 max 25 max 1 0 max 35 max 35 max 35 max 35 max CARACTERISTICAS DE LA FRACCION QUE PASA LA MALLA No. 200

Límite líquido 40 max 41 min 40 max 41 min

Indice de plásticidad 6 max N.P. 1 0 max 1 0 max 1 1 min 1 1 min / ANALISIS G RUPOS DE SUELOS LIMO-ARCILLOSOS

GRANULOMETRICO ( Más del 35 % se retienen en la malla # 200 ) . -

% Que pasa la: A-4 A-5 A-6

Malla # 200 36 min 36 min 36 min CARACTERISTICAS0DE LA FRACCION QUE PASA LA MALLA No. 200:

Límite líQuido 40 max 41 min • 40 max

Indice de plásticidad 1 0 max 1 0 max 1 1 min

Fuente: AASHO[I02J

la más apropiada cuando e�isten suelos con mucho contenido de finos plásticos.

7 .- Consideraciones de costo.

Los suelos con contenidos apreciables de finos re­quieren mayor contenido de cemento y más tratamientos.

8.- Tipos de suelos.

Los suelos para su estabi lización pueden considerarse r:m los grupos siguientes:

* Granulares limpios.

* Granulares con cantidades apreciables de finos.

* Mezclas de finos y granulare�.

* Suelos predominantemente arcil losos.

* Suelos predominantemente limosos.

Los tres primeros son los que casi exclusivamente seutil izan para suelo-cemento y los dos últimos se pro­curan desechar. Incluso algunos autores consideran a los dos ú ltimos como materiales no aptos para hacer suelo-cementol104l

_

·

9.- Existencia de cantidades apreciables de sales que atacan al cemento.

En las regiones desérticas o semidéserticas en las que la evaporación del agua provoca grandes concentracio­nes de sales en la superficie de los suelos pueden existir cantidades apreciables de sulfatos que ataquen al ce­mento y destruyan finalmente al material tratado.

22

A-7 A-7-5 y A-7-6 . 36 min

41 min 1 1 min

1 0.-Existencia de cantidades apreciables de materia orgánica

1 1 .-lnfluencia de la composición mineralógica[65l.

Ahora bien, Los suelos tratados no deben conside­rarse como un material inherte. La adición de agua-ce­mento y aditivos hará que reaccione qu ímicamente, cambiando a través del tiempo al i r modificando sus propiedades físicas a corto, mediano y aun a largo plazo.

En conclusión, en la literatura se considera unánime­mente que de los factores anteriores el suelo es e l factor más importante. Si el suelo es inadecuado poco podrá hacer�e para que el comportamiento del suelo-cemento sea satisfactorio.

5.4 - MATERIA O RGANICA. La materia orgánica se encuentra casi siempre en la superficie de los suelos hasta profundidades que alcan­zan unos 1 .50 m. En un banco, si existen cantidades apreciables pueden hacer inservible al suelo para su tratamiento con cemento. En general , se considera que el 2 % de materia orgánica es un l ímite superior que no conviene pasar; a menos que se real icen las pruebas de iaboratorio pertinentes que determinen el comportamien­to con cantidades mayores. Conviene considerar que un alto contenido de materia orgánica no necesariamente indica que el cemento reaccionará desfavorablemente.

El tipo de materia orgánica es difícil de probar en el laboratorio; en cambio determinar su cantidad es muy simple. Lo ú ltimo se logra comúnmente, ya sea que­mando juntos la materia orgánica y suelo en un horno, para después pesar lo que queda y deducir la cantidad

SUELO-CEMENTO

de materia orgánica volatilizada, o bien, haciendo una pasta de suelo-cemento con un 1 O % de cemento en peso a la que se le determina el pH, una hora después de que se agregó el agua. Sí el pH es menor que 1 2. 1 el suelo se rechaza, ya que ésto indica la presencia de materia or�ánica capaz de alterar las propiedades del cementol68 Y 1 21. La prueba calorimétrica para detectar substancia orgánica es también ampliamente usada en muchos labo­ratorios.

En las investi�aciones realizadas por Ciare K. E. y Sherwood P. T169 , se determinó que la materia orgánica y el exceso de sal, especialmente de sulfatos de calcio o magnesio, pueden retardar o evitar la hidratación del cemento. También se encontró que los compuestos or­gánicos con peso molecular alto, tales como celulosa, almidón, l ignina, no afectan la resistencia; por otra parte,

, la materia orgánica que tienen peso molecular bajo, tales -- como los ácidos nucléicos y la dextrosa, actuán como

retardadores de la hidratación del cemento y provocan bajas resistencias.

5.5.- ADITIVOS.

Los aditivos más usados son:

1.- ADJTIVOS HIGROSCOPICOS:

Azúcar. clorhido de sodio. clorhido de calcioc7o1.

2.- ADITIVOS PARA REDUCIR EL CONTENIDO DE AGUA D URANTE EL MEZCLADO:

Ligno-sulfatos (Pozzolith a)l1341.

3.- AGENTES FLUOCULANTES: Cal C77J.

4.- AGENTES REDUCTORES DEL CALOR DE HIDRATA CION DE LA MEZCLA:

Fly-Ash y carbonatos de sodiol791.

5.- AGENTES ENDURECEDORES Y SELLADORES DE SUPERFICIE

Sales de sodio, si licatos de sodio, hidróxidos de sodio, sil icatos de sodiol6ª· 7 1 Y ª51.

6.- ADJTIVOS EXPANSIVOS:

Sulfatos de sodio. Sales. Aluminatosl81 Y 1 121.

7.- CEMENTOS EXPANSIVOS:Cemento Portland tipo IV [SI y 63]

8.- AGENTES PARA FAVORECER LA LIGA ENTRE CAPAS DE SUELO-CEMENTO.

Lignosulfato de calcio y ácido carboxíl ico hid ro­<ilatadol1 501 .

LOS MATERIALES

La efectividad de cada aditivo es función del tkPo de suelo y de las condiciones ambientales l74. 75· 8 Y 841. Generalmente, existe una cantidad óptima de aditivo que producirá el mejor resultado. ·

En la l iteratura se reportan muchos casos en los que la calidad del suelo-cemento ha mejorado por el uso de aditivos y también se reportan algunos casos en los que no se han obtenido mejorías apreciables; más aun, en ciertos casos reportados la calidad en lugar de aumentar disminuyó sensiblemente. Por lo que respecta a la resis­tencia a la compresión simple en la literatura se señalan casos en los que la adición de determinados aditivos no produjeron mejoríal1ª1 1.

Los resultados más alentadores se han obtenido para reducir el agrietamiento, disminuir el ataque de los sulfa­tos y para facilitar la construcción.

Catton M. D. y Felt E. J.C7°1 concluyeron que en muchos casos suelos arenosos que reaccionaron mal con el cemento mejoraron con la inclusión del uno por ciento de cloruro de calcio, cloruro de sodio o de agua de mar.

Roderich G. L. y Huston M. T.[7) determinaron que la inclusión de sulfatos de sodio (Na2S04) aparentemente acelera la reacción inicial del cemento produciendo rápi­damente resistencias mayores.

También, T. W. Lambe l721 encontró que adit�ionando pequeñas cantidades de compuestos de sodio se bene­ficiaba notablemente la capacidad de resistir esfuerzos compresivos. Los silicatos de sodio han tenido éxito para evitar el ataque de los sulfatos, endurecer y reducir la permeabilidad de los suelos-cementos. Estos sil icatos han dado mejores resultados en suelos granulares que en suelos finosl71 1.

La capacidad de resistir esfuerzos a la compresión se incrementa notablemente adicionando J?equeñas canti­dades de compuestos de sodiol72· 73 Y 1 1 1.

Los aditivos que han mostrado ser más beneficiosos para reducir el agrietamientol1341 son, en orden de impor­tancia:

* Cenizas volantes (Fly-ash),

* Pozzolith, * Clorhido de calcio,

* Sulfatos de magnesio,sodio y calcio,

* Cementos expansivos,

* Hidróxidos de sodio (solamente en caolinitas).

Según Arman y Dantinl1 751 la utilización de lignosulfato de calcio y de ácido carboxílico hldroxilatad· , h�:1 1 sido efectivos para mejorar la liga entre las capas.

En suma, con la inclusión de aditivos se pueden ob­tener bastantes ventajas y en algunos casos desventajas.

23

LOS MATERIALES

Son tantos los tipos de suelos que existen que general izar conclusiones sin un examen riguroso con laboratorios y técnicos competentes propiciaría cometer no pocos erro­res. Debe tenerse cuidado y considerarse que la mayoría de los reportes de investigación fueron hechos en labo­ratorios y por consiguiente pueden no ser representativos de las condiciones de campo.

5.6.- LA CAL.

La adición previa de pequeñas cantidades de cal en suelos plásticos, 2 % aproximadamente del peso seco, casi siempre favorece el resultado de las reacciones del cemento con el suelo .

.

La adición de cal en arcil las causa su fluoculación debido al incremento de electrol itos en su contenido de agua y al intercambio catiónico de las partículas de arci l la con los calcios disueltos. La fluocu lación y el intercambio

24

SUELO-CEMENTO

catiónico ocurren en poco tiempo; en cambio, la reacción lenta de la cementación puede ocurri r en años. Esta adición de cal generalmente aumenta la resistencia a la compresión simple en suelos que contengan montmorí­l lonita1771.

Por otra parte, como la adición de cal provoca la fluocu lación de las arcil las y la formación de grumos, esto se aprovecha para faci litar el mezclado del cemento con los finos.

Los suelos finos compuestos de arci l las muy plásticas han sido exitosamente tratadas, previamente a su cons­trucción en obra, añadiéndoles un poco de cal . 0.G. l nglésl1 75l recomienda que para trabajos de pavimen­tación se adicione cal cerca del 1 % en pesó seco del material por cada 1 O % de arci l la contenida en el suelo y que no se exceda este valor antes de hacer cuidadosas consideraciones.

6.1 .- CARACTERISTICAS GENERALES.

A).- COLOR Y TEXTURA.

En general, se observarán pocos cambios de color y textura con respecto a las que presenta el suelo original.

B). - ESTR UCTURA.

En suelos g ranulares se presenta una estructura simi­lar a la del suelo que la compone; exceptuando los hechos de que se forman nuevos vínculos entre sus g ránulos y que las partículas de cemento rellenan los huecos entre ellos.

En suelos finos ocurren reacciones químicas que al­teran substancialmente la estructura original y las partícu­las. Para tratar de visual izar la estructura resultante de suelos con finos plásticos tratados con cemento conviene tomar en cuenta los siguiente:

* Que las partículas de cemento son bastante ma­yores que las de las arci l las y por tanto el número de partículas por unidad de volumen es varias veces mayor en las arcil las que en los cementos.

* El mezclado entre el cemento y los finos plásticos nunca es completo y puede decirse que es prác­ticamente imposible de lograr en obra.

* Existe una fluoculación inicial de las partículas de arci l la y se forman grumos o paquetes de arcil las.

* Los cambios fís ico-químicos son más intensos inicialmente y después, aunque mucho menores, son significativos y- ocurren durante un tiempo prolongado.

CAPITULO 6

Mezcla

MacLean y RobinsonC1041 opinan que entre los g ranos del suelo se pueden formar "adherencias rígidas" y "ad­herencias plásticas". En suelos granulares l impios se podrán tener "adherencias rígidas" en todos sus granos y se tendrá un material de comportamiento rígido y frágil. En cambio en suelos con bastantes finos todo lo que podrá lograrse con una cantidad normal de cemento es la formación de tales adherencias en una sora parte de los granos y las demás serán del tipo de "adherencia plástica", entre las partículas arcillosas del suelo. Hay que tomar en cuenta que es muy probable que se formen bastantes vínculos entre grupos de partículas, g rumos o paquetes.

6.2.- REACCIONES QUIMICAS DURANTE LA MEZCLA.

Las reacciones de la pasta de agua-cemento con el suelo son de naturaleza físico-químicorª9• 91 • 1º1 Y 1031• La reacción química producida es función de las características de los agentes químicos que existen en la mezcla, de sus con­centraciones, tiempo, tipo de suelo, tipo de agua, tipo de cemento, curado y de los aditivos usados.

La reacción del cemento con la arcilla no se puede considerar como la reacción de un cementante con un material inherte. La arcilla reacciona y cambia durante el proceso. Así se ha encontrado que la mezcla con ce­mento altera la estructura interna de los minerales arci­l losos1861.

Según D. F. Noblel86 Y 871 para suelos arcillosos los procesos químicos se producen en el orden cronológicos siguiente:

25

MEZCLA

a) .- Hidratación de los compuestos del cemento con producción de Ca(OH)2.

b).- Adsorción de calcio en los sitios de intercambio catiónico.

e) .- Adsorción de Ca(OH)2 en las superficies de la arci lla.

d1 ).- Encapsulación de cristales de Ca(OH)2 por geles de sil icatos y aluminatos de calcio.

d2).- Posible encapsulación de los granos de cemento por arcillas y geles.

:13).- Combinación química de Ca(OH)2 con Si02 y Al20s . .

Según A. Herzog y J.K. Mitchelllªª1 ocurren dos reac­ciones principales:

SUELO-CEMENTO

6.3 RELACION AGUA-CEMENTO.

La relación agua-cemento apropiada difiere en su obten­ción de la del concreto convencional. El diseño no depen­de significativamente de esta relación que aqu í tiene menor relevancia. La cantidad de agua apropiada depen­de más de la elaboración y trabajabi lidad que se desee obtener en la mezcla, para aprovechar mejor los equipos de construcción disponibles.

Según experimentos en suelos arcil losos de Nigeria, existe una relación óptima de agua/cemento para cualquier mezcla de cemento y suelo en la resistencia a la compresión simple es máxima [92]. La relación óptima de agua y cemento se incrementa linealmente con el decremento de la relación (C/A) cemento/arcilla.

1 .- La hidrólisis e hidratación del cemento dan una 6.4.- COMPACTACION DE LA MEZCLA. primera reacción, incrementando el ph y liberando calcio. · · . , . . bl La compactac1on de la mezcla tiene efecto considera e

2.- Debido al alto valor del ph Y al calcio liberado .se en las propiedades ingenieri les del producto terminado194' puede iniciar el ataque químico de las partículas de arcilla 95 Y 981. La compactación aumenta en forma considerable y causar el rompimiento de los sil icatos Y al u minas amor- la resistencia a la compresión simple y la durabil idad. fas; que se combinarán con el calcio para dar la segunda También es benefica porque disminuye significativamen­reacción cementante. te la permeabilidad y la tendencia al agrietamiento (véase

La interacción de los limos y arcil las con la cal tiene figura 7.7) . rotable influencia en el proceso[77l. Dos tipos de reaccio- El suelo-cemento debe considerarse como un pro-nes se presentan con la cal Y las arcillas: dueto que cambiará con el tiempo. Al principio, cuando

* Reacciones que ocurren rápidamente; como el los cambios son muy vigorosos, el procedimiento de intercambio catiónico y la fluocu lación. construcción ejercerá una decisiva influencial20ª1• Por tal

motivo, el retardo en la compactación puede hacer inefi-* Reacciones lentas, como la carbonatación, las ciente al tratamiento, ya que destruirá y afectará los reacciones puzolánicas Y la formación de nuevas vínculos establecidos inicialmente entre las partículasl99l . partículas .

La reacción del cemento con la arci l la es similar al de la cal con la arci l la solamente para el primer tipo de reacción; durante la segunda reacción los paquetes de arcil la fluoculada establecen puntos de contacto con las partículas de cemento más grandes y en estos puntos de �ontacto se da el segundo tipo de reacción.

un prerequisito para la formación de material cemen­tante adicional es la disolución de los silicatos y alumina­tos. Como los ácidos atacan a estos dos elementos es deseable tener un ph alto l93l, Además de las impurezas y dis�ribución granulométrica que influyen en la solubili­dad tamb ién lo hace la estructura mineralógica; así, los minerales que tienen tres capas de estructura (montmorí­l lonitas) son más solubles que aquellas que tienen dos (caol ínitas)1641• ,

Las arcil las más hidrofílicas desarrollan menos resis­tencía después de tratadas que las menos hidrofílicas. En este orden obtendrán menos resistencía las mont­moríl lonitas siguiendo las atapúlgitas, caolínitas, ílitas y gráund itasl00l.

26

En el resultado final influye mucho la diferencía de _ tiempo que transcurre entre el · inicio de la hidratación y -

cuando se termina el mezclado y la compactación (veáse figuras 7.5 y 7.8).

Es importante observar que la durabilidad y resistencia de un suelo compactado cerca del punto óptimo de humedad decrecen considerablemente después de un retardo de dos horas de l inicio de la compactación, a partir del comienzo de la hidratación del cemento.

Por esta causa las especificaciones usuales sólo per­miten un tiempo no mayor de 2 horas para el lapso comprendido entre la adición de agua y la compactación final; aunque a veces se extienda a 6 horas bajo ciertas condiciones muy especiales. La compactación que se ha realizado bastante después de la hidratación se ha mostrado completamente ineficiente.

El contenido de humedad óptimo con el que se alcanza el peso volumétrico seco máximo, en una prueba de compactación , no necesariamente �roporc iona la durabilidad y resistencia máxima.

SUELO-CEMENTO

6.5.- CURADO DE LA MEZCLA.

Al igual que en los concretos ordinarios, realizar un buen curado de la mezcla es necesario para alcanzar mejores resistencias (veáse figura 7.9 de la pag. 34). Aunque por otra parte, un curado prolongado en exceso aumentará el agrietamiento1001.

·

Es frecuente que en los trabajos de pavimentación se haga el curado recubriendo con materiales asfálticos; aunque también se util izan otros materiales como el papel impermeable, plásticos, paja húmeda, mallas de algodón húmedas o de otra fibra.

La temperatura durante el curado de las mezclas in­fluye en la resistencia, s iendo mayor la que se alcanzará a más elevada temperatura hasta cierto l ímite l55 v 951. Por está razón mejoran las resistencias en climas cálidos, pero también debe cuidarse el efecto de la alta tempera­tura durante las reacciones de fraguado.

6.6.- TRABAJABILIDAD DE LA MEZCLA.

El tendido y compactado de una capa de 20 cm es prácticamente la máxima para el equipo ordinario actual y menores de unos 8 cm son inconvenientes.

Las mezclas más húmedas permiten mejor manejabíli­dad pero producen mayor agrietamiento final , lo que es un inconveniente serio en las arcil losas.

Es conveniente revisar el contenido de agua desde el punto de vista constructivo. El exceso de agua hará que la mezcla se pegue en el equipo mecánico y el defecto favorecerá la creación de costras locales o la no hidra­tación total del cemento.

6.7.- CRITERIOS PARA LA DOSIFICACION DE LAS MEZCLAS . .

El objetivo de la dosificación es seleccionar un contenido de cemento y de agua que pueda proporcionar a la mezcla los requerimientos de durabilidad, resistencia, flexibil idad y otros deseables coñ el menor costo y tiempo de construcción proporcionando las mayores facilidades para construir las obras. Según sea el enfásis o preferen­cia que se le den a cada una de estas propiedades así será la dosificación propuesta para loyrarlas.

6. 7. 1. - DOSIFICAC/ON DE LAS MEZCLAS EN LOS PAVIMENTOS.

Para la determinación de la proporción más conven­iente generalmente se han seguido dos técnicas: la norteamericana y la europea. La técnica norteamericana difiere de la europea fundamentalmente en que el énfasis principal se le da a la propiedad de la durabil idad. En la mayoría de las técnicas europeas el énfasis principal

MEZCLA

recae sobre la resistencia a la compresión simple aunque se proporcione adicionalmente una larga durabi lidad.

Las técnicas de dosificación han estado cambiando conforme se entiende mejor la experiencía adqtiiridá. No puede afirmarse que un criterio de los anteriores sea mejor que el otro, en todo caso son complementarios. El enfoque correcto del diseño dependerá del análisis de los factores que intervienen y del objetivo buscado.

Las técnicas actuales proporcionan resultados satis­factorios pero todavía es bastante lo que se puede hacer para mejorarlas. Estas pueden servir de punto de partida para su aplicación inmediata y para empezar a lograr su correcta ar:f qptación a nuevas circunstancias de climas, suelos y condiciones de trabajo.

En la 1ecnica inglesa se proyecta la mezcla para alcan­zar una resistencia determinadal1021. Generalmente a los siete días se exige alcanzar una resistencia a la com­presión simple de 1 7 .6 kg/cm2, cuando el tráfico es ligero, y de 28 kg/cm2 cuando es pesado. Ya después de obtener la resistencia deseada se realizan las otras pruebas que se requieren. En el laboratorio las mezclas se preparan inicialmente teniendo como base el contenido de agua óptimo y el peso volumétrico máximo alcanzado en la prueba de compactación; en el transcurso del trabajo se hacen los ajustes convenientes.

En Alemania las normas exigen alcanzar mayores resistencias a la compresión simple entre 50 y 1 50 k/cm2 l1041. De está forma procuran que su� carreteras sean aptas para resisti r los seguros cambios futuros de mayor carga e intensidad de tránsito l1041.

En los E.U.A., en general, primero se busca que el material sea durable y después las otras propiedades deseables, como las de resistencia.

Las propiedades requeridas según el l .M.C.Y.C.[1871 se muestran en la tabla número 6.1 siguiente.

Tabla No. 6.1 Propiedades del suelo-cemento Resistencia a la compresión

21 -56 kg/cm2 , simole saturada y no confinada .. Módulo de rotura 5 - 1 1 kg/cm2

Módulo de elásticidad estático a la flexión. 42,000 - 1 40,000 kg/cm2

Coeficiente de Poisson. 0.1 2 - 0. 14 Radio de curvatura crítico. 1 00 - 200 m

Fuente: Instituto Mexicano del Concreto y el Cemento[ l871

6.8.- METODOS COMUNES DE MEZCLADO EN OBRA.

Existen básicamente tres métodos por medio de los cuales se puede pulverizar, mezclar y colocar el suelo­cemento 1197 Y 1981:

27

MEZCLA

* Mezclado en el lugar.

* Premezclado.

* Por medio de plantas mezcladoras viajeras.

En general , por economia y rápidez se acostumbra a usar el método de mezclado en el lugar. El método de

28

premezclado permite un mayor controt sobre el producto y puede ser adecuado cuando se tengan préstamos no muy lejano. El método de plantas mezcladoras viajeras requiere maquinaria bastante especializada y cara; sin embargo, en grandes . obras pueden resultar bastante ecónomicas a pesar del alto costo inicial.

7.1 .- RELACION ESFUERZO -DEFORMACION.

Los suelos predominantemente granulares dan después de tratados materiales frágiles. Los suelos cohesivos tratados presentan un comportamiento elástico l ineal y elástico no l ineal significativo.

-Con respecto a la forma del comportamiento del suelo estabil izado, algunos estudios realizados muestran sus resultados con gráficas que presentan una parte no lineal significativa de la curva esfuérzo-deformación, para valo­res superiores al 80 % de la carga de ruptura en mezclas con suelos g ranulares y 60 a 80 % en mezclas con los suelos que contienen cantidades apreciables de finos.

En ambos suelos se presenta un comportamiento 3lástico lineal para valores menores a estosl1 04• 1 06 Y 1 761 (Véase figura 7. 1 ) .

7.2.- R ESISTENCIA A LA COM PRESION SIM_PLE.

Acerca de los valores que se alcanzan normalmente, en primer término conveniene aclarar q�e en la l iteratura se presentan los valores usuales obtenidos por los distintos organismos o investigadores, con una amplia dispersión del promedio general; lo anterior tiene una explicación sencil la y es que los valores promedios de la resistencía a la compresión s imple de probetas de suelos tratados con cemento son función principalmente del diseño utili­zado y, por lo tanto, serán diferentes, según sea . la preferencia del diseñador. Por esta razón, en. los resulta­dos de ensayes realizados en muestras saturadas a los 28 d ías, la Portland Cement Associattion de los E.U.A. reporta valores promedios que varían entre 30 a 65

Propiedades

kg/cm2 para el diseño de pavimentos, debido a que de antemano se especifica para obtener valores comparati­vamente bajos. En cambio,en Inglaterra y Alemania, don­de en gene ra l se d iseña para obten e r mayores resistencias, los valores que se obtienen son mas altos, casi similares a los de los concretos pobres, alcanzándo­se resistencias hasta de 1 50 kg/cm2 a los 28 d ías.

En cuanto a la resistencia a la compresión s imple para muros hechos de suelo-cemento, la l nter American Hous­ing and Planning Center (O.N.U.) especifica que en el Perú se alcance los 14 kg/cm2, en especímene� húme­dos. En Francia es común solicitar 1 5 kg/cm2 l239 Y 241 1.

La resistencía a la compresión simple varía prinqipal­mente con:

* el contenido y tipo de cemento usado;

* la eficiencia lograda en el mezclado del cemento con el suelo;

* las características y efectividad de los aditivos usados;

* el tipo y cantidad de materia orgánica, sales y materiales deletereos existentes en el suelo;

* la cantidad y calidad del agua usada;

* el tiempo transcurrido después de realizados la humectación, mezclado y compactado de los materiales;

* el grado de compactación alcanzado;

* la duración y forma de hacer el curado;

* las prevenciones tomadas para d isminuir el agrietamiento; y

29

PROPIEDADES

o N a: w :::> l1. (/) w

r o

SUELO GRANULAR

�LO CON FINOS

,/ / //

/,/ / ,1/,. PRUEBAS DE COMPRESION /

DEFORMACION

Fig. 7 .1 Curvas esfuerzo-deformación en función del tiempo del Suelo-cemento l1761

* en mayor medida del tipo de suelo usadol101 · 1º2· 103, 108, 109, 1 12, 1 14, 1 1 6, 1 1 i!, 1 1 9, 120 y 1 97)

En lo que respecta a la variación de la resistencia con respecto a sus principales factores se puede comentar lo siguiente:

a). - EL TIEMPO.

La resistencia a la compresión simple aumenta con el tiempo. Todos los experimentos y mediciones realizados demuestran que existe un apreciable aumento de resis­tencía con el tiempo. La evolución üe la resistencía con �I tiempo puede apreciarse en las figu ras 7.2, 7.3 y 7.4[ 1071 . La resistencía a la compresión simple aumenta considerablemente durante los primeros 90 días, de uno a tres tantos más que a los siete días, para después seguir aumentando, pero ya cada vez más lentamente hasta alcanzar un valor l ímite.

b). - CONTENIDO DE CEMENTO.

En general, la resistencía a la compresión simple de los especímenes aumenta gradualmente con el incre­mento del contenido de cemento hasta alcanzar un cierto l ímite (Véase figura 7.6). Sin embargo, en ciertos suelos arcillosos tiende a disminuir significativamente a conteni­dos de cemento entre el 3 al 5 % Rara aumentar después paulatinamente hasta un límitel25 v25ª1. Esto es, en suelos con muchos finos, la resistencia puede no aumentar y aún disminuir a contenidos bajos de cemento por el efecto qur: proauce en 1a estructu ra el encapsulamiento de las arci­l las sobre las mayores partícu las del cemento.

30

2 a: w :::> l1. (/) w

r

SUELO-CEMENTO

360 DIAS

180 DIAS

28 DIAS

7 DIAS

PRUEBAS DE TENSION

DEFORMACION

Fig. 7 .2 Curvas esfuerzo-deformación en función del tiempo suelo-cemento l1761

Las reacciones de la pasta de agua-cemento con el suelo son de naturaleza química. La reacción producida es función de los agentes químicos y del tiempo. Por tanto el suelo tratado con cemento debe considerarse como un material que cambiará sus p ropiedades y compor­tamiento con el tiempo, durante un lapso conside­rablel1 101.

COMPRESION S IMPLE, PSI 3500

.-:..__-----------------,

3000 1----------------,-aA�Ño_s __,

2500

2000 1--------

1500 1--------

S. CAROLINE WYOMING ILLINOIS Wt�r.ONSIN Fig. 7 .3 Variación de los esfuerzos a la compresión

simple con el tiempo, para diferentes proyectosl1 97l

SUELO.CEMENTO

w _J a. :: en z o Cñ w a: a. :: o (.)

o 2 DIAS 7 DIAS

PROPIEDADES

DIFERENTES SUELOS

*

28 DIAS 6 M ESES UN AÑO S AÑOS

TIEMPO

Fig. 7.4 Variación de la compresión simple con el tiempo 11o71

La reacción del cemento con los s uelos finos propor­c iona en la mayoría de los casos aumentos rápidos de la resístencia186 Y 871 debido a :

" R á p i d a f l u o c u lac ión y ace rcam ie nto de las partíc u las de arci l la entre s í.

" H idratación del cemento con el establecimiento de víncu los entre las part ículas.

Tiempo normal

llJ 6 ��------------------4 ...1 a. ::¡: ¡¡; z o 23 a: � 4 o o =5 q; ..: UJ 23 2 t------------�-----:i a:

o 2 3 4 5 TIEMPO DE RETARDO EN EL MEZCLADO

HORAS

6

Fig 7.5 I nf l u e n cia del t iempo en el reta rdo del mezclado e n la resistencia a l a compresión simple P ª21

* C ri s ta l ización del c arbonato d e calcio con pa rt íc u la s d e cemento d istri b u idas d iscre­tamente.

e). - GRADO DE PULVERIZA CION Y EFICIENCIA EN EL

MEZCLA DO.

A mayor grado de pulverización y mejor mezclado se alcanzará mayor resistencia a la compresión simple r2o31. Los suelos granu lares son relativamente fáci les de mezclar con el cemento, no así los suelos f inos. Los suelos con bastante arci l la requ ieren mucho esfuerzo para que se logre una mezcla aceptable, por lo que la dificultad del mezclado es un inconveniente serio que presentan. En este tipo de suelo es raro logra r en obra una eficiencia mayor del 80% con equipo normal; valores deí 60% son bastante comunesl 175l.

d) EFECTO /JE LOS A DITIVOS.

La adición de aditivos adecuados permitirá mejorar las propiedades y la trabajabil idad del producto.

e). - CONTENJf)O Y TIPO /JE MA TERIA ORGANICA Y

MA TERIAU:.·.s· IJELETEREOS.

Debe revisarse que el tipo y contenido no afecten significativamente las propiedades deseadas.

./) . - EFECTO /JI:.' LA COMPA CTA C/ON.

La compactación ejerce una g ran influencia en el re­sul tado final . Una buena compactación mejorará signifi­c a t i va m e n t e l a s p ro p i e d a d e s d e s e a b l e s q u e se obtendrán. Al contrario, sin una buena compactación los

31

PROPIEDADES SUELO.CEMENTO

.... · .. ··,,.·

.... · .··· GRAVA-ARENOSA ' /_,./··

N E (,) -O>

�

80

_,.···

_.,..··· ... ····

u.i ·' _J 60 a_ � Ci5 z o Ci5 w o: 40 a.. � o ü :5 <( <( o 20 z w � Ci5 w o:

o

o 1

.... ··· ___ ,

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2

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3

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4 5

ARCILLA-LIMOSA

6 7 8 9 1 0

CONTENIDO DE CEMENTO, % EN PESO

Fig. 7.6 Curvas típicas que muestran la variación de la resistencia a la compresión simple con el contenido de cemento (deducida de las ref. l176• 257 Y 2581) ·

resultados serán muy pobres. A partir de la adición del agua, donde empiezan los cambios químicos vigorosos, es cuando el proceso de construcción ejerce una gran influencía. El retardo en la compactación puede hacer

-comp-letamente ineficiente el tratamiento; · dos horas como máximo es lo que se considera aceptable, ya que el remoldeo posterior y las concentraciones de presiones ejercida destruyen los vínculos formados inicialmentel99l, Una vez endurecido, conforme pasa el tiempo, el proceso de cambio será menor hasta ejercer poca o nula influen­cia (véanse figs. 7.7 y 7.8).

g). - EFECTO DEL CURADO.

El suelo-cemento se comporta en forma similar al de un concreto en cuanto al efecto del curado, que tiene gran importancial94 Y 1331. Un buen curado aumenta la resisten­cia (Véase figura 7.9).

32

lz).- EL AGRIETAMIENTO.

La tendencia al agrietamiento en general aumenta con el contenido de cemento a partir de determinados valores, y por tanto se producirá por agrietamiento una dis­minución de la res istencía del conju nto. No debe desecharse en las consideraciones de diseño qúe el agrietamiento considerable puede reducir mucho la resis­tencia, de diez a cien veces del conjunto aunque aumente la de la parte l53l, por lo que será necesario justipreciar esté efecto y prever en lo posible cómo controlar el agrietamiento.

El agrietamiento del suelo-cemento . primero decrece con la proporción de cemento hasta un mínimo y después se incrementa, por lo que existe un contenido de cemento que minimiza el agrietamientol631• Un comportamiento típico puede verse en la figura 7.1 1 .

SUELO-CEMENTO PROPIEDADES

30

"'e 25 -!:!. ca 3 % de cemento en peso .:le w ..J D. 20 :E ¡¡:; z o ¡¡; w 1 5 a: D. :E o o :'.) < 1 0 s o z w t; 5 ¡¡:; UJ a:

o 1760 1840 1920

PESO VOLUMETAICO SECO, kg/m3 2000 t

Se alcanza una resistencia mayor a la compresión simple en mezclas con suelos bien graduados y de partículas duras que en la de suelos mal graduados y de partículas menos duras. También es mayor en la de suelos granulares que en aquellas mezclas de suelos plásticos y granulares.

Tabla No. 7.1 Aumento en la resistencia a la compresión simple con el tiempo para varios tipos de suelos TIPO DE SUELO RESISTENCIA A LA COMPRESION

SIMPLE. (kQ/cm2) 7 días 28 días

GRAVAS Y ARENAS 21 - 42 28 - 70 (A-1 , A-2 Y A-3) SUELOS LIMOSOS 1 7 - 35 21 - 63 (A-4 Y A-5) SUELOS 1 4 - 28 1 8 - 42 ARCILLOSOS (A-6 Y A-7)

Fuente:1 19 11

Fig. t.7 Efecto de la compactación en la resistencia a la compresión simple de suelos arenosos C151 J

h).-TEMPERATURA.

La resist�ncia a la compresión s imple aumenta con el incremento de temperatura durante el curado. En climas cálidos la resistencia será mayor que la que se alcanza en cl imas frias para igualdad en las otras condiciones l1381. i).- TIPO DE SUELO.

7.3.- RESISTENCIA A LA FLEXION. Los suelos-cementos a base de materiales granulares

exclusivamente dan un material duro y frágil. Con el aumento de finos se tornan en un material menos duro y más plástico. En la tabla 7.1 se proporcionan órdenes de magnitud de la resistencia a la compresión simple para diferentes tipos de sue1ol19 1 1. ,

Se ha observado que la resistencia a la flexión varía directamente con la resistencia a la compresión simple. La relación entre RF/RCS varía entre 1 :5 a 1 : 1 0 (resis­tencia a la flexión entre resistencia a la compresión

60 r-----------------------------------.....; ______________________ ___

NE MATERIAL FRICCIONANTE BIEN GRADUADO,

.g � 50 t----;;;;:::ii-----==�------��-c_o

__ N_3_.5_�_º_D_E_c_E�M�E�N�T�O�E�N�P�E�S�O�-------------I

uf < º � 40 t--------.....;;;;;:::a-..---==�------------------_;:::::ii----�---------------1 en o < _,

ü < 301-------------------------;;i....-------------------------------------I ffi � GRANITO INTEMPERIZADO, CON 3 % DE 1- a. en :2 CEMENTO EN PESO � 00 20 t-------------------------------------------------------------1 ce z

o 00 � 1 0 a--------------------------------------------------------------1 a. :E o o 0------------------------------------.....L------------lL----------� :3 o 0.5 1 1 .5 2 2.5 <

TIEMPO DE RETRASO EN LA COMPACTACION, hr

Fig. 7.8 Efecto del retraso de la compactación después del h idratado, en la resistencia a la compresión s i m ple l1 51 J

33

PROPIEDADES

ARENA ARCILLA LIMOSA

5 % DE CEMENTO EN PESO

7 1 4 21 28 35 42

TIEMPO DE CURADO, días

Fig. 7.9 Influencia del tiempo de curado en la resistencia a la compresión simple l1 771

simple), aunque se reportan algunos valores menores 1 1 1 (' Y 1 771• Este orden de magnitud de la relación nos muestra que es bastante conveniente para su uso en carreteras, ya que la rígidez que puede obtener el suelo-cemento prácticamente asegura que inicialmente se formará el "efecto de losa", entre zonas agrietadas profundamente,

g z w :E e a: CJ <

--

---_. -...--_.

� 11 'I / I ,/

/ V /

� /

/ ---

---

1 0

TIEMPO, horas

1 1 1 1 8 D!as1

., t :.. -v V "" ... -V [/ ...-:..

V I / I

100 1000

F i g . 7 . 1 O F o r m a c i ó n d e la va r 1 a c 1 o n d e l agrietamiento con e l tiempo r2 1 5J

34

SUELO-CEMENTO

o 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 1 1 2

CONTENIDO D E CEMENTO, % E N PESO

Fig. 7 .11 Formas típicas que muestran la influencia del contenido de cemento en el agrietamiento l21 51

o sea una buena capacidad de distribuir las cargas a las capas inferiores. Recuérdese que la relación media del concreto normal es de 1 :1 O. El radio de.curvatura crítico, que es una forma de medida de la resistencia a la flexión, varía aproximadamente desde 4000 pulgadas (1 00 m) en suelos plásticos a 7500 (1 88 m) en suelos g ranulares11771 (véase fig. 7.1 2) .

7.4.- MODULO DE RU PTURA.

La relación que existe entre el módulo de ruptura y la resistencia a la compresión simple del suelo-cemento varía de 0.1 8 a 0.45, por lo que es mayor que la del concreto normal (0.1 0-0.1 5) .

La relación de 0. 1 8 corresponde a un suelo-cemento de alta resistencia a la compresión simple y la de 0.45 a la de baja (véase fig. 7.1 3) . El módulo de ruptura a los 28 días es de 1 . 1 a 2 veces más al que se obtiene a los 7 días, y a los 90 días es de 1 .5 a 2.7 veces más al de los 7 díasl1041. Larsen et a1l1B4J proponen módulos que fluc­tuán entre 3.5 y 1 7 .5 kg/cm2.

Para obtener el módulo de ruptura, los blocks para la construcción de casas se p rueban de la manera siguientel2451: Un block entero se coloca entre soportes separados 25 cm. Una carga concentrada se aplica en el centro por medio de un tubo horizontal, al cual se le carga

. · con 250 kg inicialmente y se le incrementa otro tanto cada minuto. Se anota la carga de ruptura promedio de cinco pruebas como mínimo y para calcular el módulo de ruptura se aplica la fórmula siguiente:

SUELO-CEMENTO PROPIEDADES

Limos

NE 2.0r---�-----------------�--�-----�--�-----� C> .X uf

M EZCLAS PREPARADAS CON EL 1 , 3, 6 y 1 2 % DE CEMENTO PESO V. S ECO = 1 .630 kg � 1 .5 t---------------------------

w_=_

1 4_

º_Yo

---1 Cñ z o Cñ z � 1 .0 :s < < ü z UJ 1-(/J Cñ UJ a:

o 5 1 0 1 5 20 RESISTENCIA A LA COMPRESION SIMPLE, kg/cm2

Fig. 7.1 2 Relación entre las resistencias a la compresión simple y a la tensión simple l177J

R = (3/2 X D X P) (L X e2)

Donde:

R.- Módulo de ruptura en kg/cm2•

D.- D istancia entre apoyos en cm.

P.- Carga en kg.

L.- Ancho del block en cm.

e.- Espesor del block.

600

Cñ 500 o. <{ a: 400 :::> 1-D. :::> a: UJ 300 e o ..J :::> 200 e o :E

1 00

o

o 500 1 000

Para blocks tratados en Perúl239J se especifica que: un valor de R mayor o igual a 3.5 kg/cm2 es bueno, y si es menor, malo o inconveniente.

7.5.- MODULO DE ELASTICIDAD.

El módulo de elasticidad estático es muy variable y de­pende del tipo de suelo y de la cantidad de cemento principalmente. En general, este módulo es bajo compa­rándolo con · el del concreto y muy alto si se le compara con el del suelo natural. Valores burdos para un suelo-ce-

1 500 2000 2500 3000

RESISTENCIA A LA COMPRESIOM SIMPLE, psi

Fig 7.1 3 Relación entre el módulo de ruptura y la resistencia a la compresión simple (Portland Cement Associati'Ofn) l1 97l

35

PROPIEDADES SUELO-CEMENTO

Tabla No. 7.2.Tipo de suelos v valores medios de sus capacidades TIPO DE SUELO RESISTENCIA DE LA C.B.R. RESISTENCIA DEL VALOR DE Kx 1 0"6

SUBBASE (%) ESTABILOMETRO (ka/cm3). Suelos finos con arena, en BAJO 3 - 6 20 - 30 1 620 - 2430 los cuales predomina la arcilla v el limo Arenas mal graduadas y MEDIO 7 - 1 0 30 - 45 2430 - 3560 suelos predominantemente arenosos con moderadas cantidades de limo v arcilla Gravas, arenas bien ALTO MAS DE 1 0 MAS DE 45 MAS DE 3560 graduadas y arenas con gravas relativamente libres de finos plásticos

Fuente:Portlnnd Cement Association mento granular muy bueno es de 70 000 kg/cm2 a los 28 días, y de 40 000 kg/cm2 para suelos granulares mezclados con finos. La PCA da valores que fluctuán entre 35 000 y 1 40 000 kg/cm2 a los 28 días. Felt y Abrahams dan de 56 000 á 1 54 000 kg/cm2 para suelos arenosos y de 42 000 a 56 000 para suelos limo-arcillo­sos11061. Larsen et al.11841 dan de 21 000 a 1 00 000 kg/cm2· Rehinhold11051 propone un valor medio de 1 00 000 kg/cm2. En Francia es común utilizar valores que fluctúan entre 40,000 y 1 80,000 k9f cm2 para arenas tratadas12451. La evo­lución con el tiempo de las curvas típicas esfuerzo-deforma­ción se muestra en la fig. 7.2 12451_

Generalmente se observa en el comportamiento de la curva esfuerzo-deformación que es elástica lineal hasta un 60 a 70 % de su resistencia última a la compresión

9

7 e z o 30 ü < 20 :: a: o 1 0 u. 5 w e o

GRADOS CENTIGRADOS

3

2 3 4 5 6 7 LOG. DEL NUMERO DE REPETICIONES DE CARGA

F i g . 7 . 1 4 P ru e b a s t íp i cas d e fat i g a s o b re suelo-cemento diagrama de Wholer l245l

36

-

(Véase fig. 7. 1 ). En tensión tiene un comportamiento l íneal hasta un 80 % de la resistencia final.

En pavimentos se procura tener en lo posible elevados módulos de elasticidad en las diferentes capas, ya que esto permite distribuir las cargas impuestas por las ruedas sobre una mayor capa subrasante. Por otra parte, por efecto de las cargas, un valor bajo puede producir deformaciones excesivas que agrieten el pavimento y reduci r substancialmente la vida útil del mismo. E l tratamiento con cemento eleva substancialmente los módulos de elásticidad pero también los agrietamientos.

COMPORTAMIENTO VISCOELASTJCO.

George señala que el suelo-cemento se comporta más bien como un material viscoélastico que como elástico y que este enfoque proporciona una mejor aproximación para determinar su comportamientol13ªl.

7.6.- MODULO DE REACCION (K). El módulo de reacción se obtiene generalmente mediante la prueba de placa. La Portland Cement Association proporciona unos valores promedios obtenidos en labo­ratorio que se muestran en la tabla No. 7.2.

7.7.- FATIGA.

Desde hace mucho tiempo se ha observado que las piezas o materiales se rompen si son sometidos de manera repetitiva a un número considerable de solicita­ciones, cuya amplitud final es menor que la resistencia a la ruptura obtenida con una única sol icitación de carga y además que es función continua monotónamente decre­ciente de este número; a este fenómeno de disminución de capacidad se denomina fatiga.

En la práctica francesa se realizan pruebas de fatiga con deformación controlada y_ con temperatura y frecuen­cia de aplicación constantesl245l_ La curva resultante de fatiga resultante se l ihealiza en una gráfica logarítmica o semilogarítmica de deformaciones contra número de

SUELO-CEMENTO

repeticiones, l lamada Diagrama de Wholer (véase fig. 7. 1 4) , de donde obtienen las fórmulas aproximadas:

lag S = lag So - b log N

F/Fo= 1 - a lag N

Donde:

S: deformación aplicada que provoca la ruptura en N repeticiones de carga. -

So: deformación para una carga.

N: repeticiones de carga.

F: esfuerzo de ruptura a N repeticiones.

Fo: esfuerzo de ruptura para una carga.

a: coeficiente cercano a 1 /1 2 para suelos estabiliza­dos con cemento.

Por otra parte, el número de repeticiones de la carga que l lega a causar la fal la se ha relacionado con el radio de curvatura de la parte de la capa tratada que se flexiona bajo una l lanta cargada o bajo una placa de cargal1771. La Portland Cement Association permite valores para radios críticos de curvatura de 4000 a 7500 pulgadas para pruebas en muestras de dimensiones de 6 X 6 X 30 pulgadas11771.

El tipo de suelo ejerce marcada influencia ·en los resultados de la fatiga, por lo que conviene considerarla para diferentes tipos de suelo. En principio, se pueden dividir en suelos predominantemente granulares y suelos predominantemente finos.

?f. z UJ ..J

� o 1-z o ü o <t ce 1-z o u

PROPIEDADES

7.8.- MODULO DE POISSON.

Valores obtenidos del módulo Poisson para suelo-ce­mento se presentan en las tablas siguientes:

Tabla 7.3 Módulos de Poisson medios del suelo-cemento. INVESTIGADORES VALORES MEDIÓS DEL

MODULO. Felt v Abrams 0.08 - 0.24 lnQlés, O.G. 0.1 0 - 0.30 Portland Cement Association, E.U.A. 0.1 2 - 0.1 4 Larsen T.J. Nussbaum M . y Collev B.E. 0.1 0 - 0.20

Granular con finos 0.1 2 Granular. 0.1 4

Reinhold, F 0.1 3

Tabla No. 7 .4. Módulo de Poisson. INVESTIGADORES ESTATICO DINAMICO TIPO DE

SUELO Felt y Abrams 22 - 0.27 Arenoso

0.41 - 0.42 Areno-arcilloso

Reinhold 0.095 - 0.1 25 Areno-arcilloso

Portland Cement Association.E.U.A. 0.120-0.142 Arenoso

0.00 L-------'---------'--------..a......------0 5 1 0 1 5

CONTENIDO DE CEMENTO, % E N PESO

, - (126) Fig. 7.1 5 Variación de la contracción con el contenido de cemento. Curvas t1p1cas

20

37

PRCPIEDADES SUELO-CEMENTO

1 00

'l. 80 J � o 1-

60 z o o o

� 40 1-z o o

20

o

o 5 1 0 1 5 20 25 30

CONTENIDO DE ARCILLA, % EN PESO

Fig. 7.1 6 Efecto de la contracción del contenido de arcilla. Curvas· tfPicas l1251

7.9.- LA CONTRACCION TRANSVERSAL.

La magnitud de la contracción esta en función del conte­nido de cemento. Existen materiales que reduciran sus contracciones si se va agregando más cemento a la mezcla durante su fabricación, hasta alcanzar un l ímite. A partir de este mínimo se tendrán aumentos en la contracción a medida que se va incrementando el conte­nido de cemento para alcanzar un máximo y finalmente volver a volver a la tendencia de disminución (véase fig. 7. 1 5) . En algunos suelos solo se presentará un máximo

"l. 6 o et a: ::::> o ...J UJ UJ 1-z et a: ::> e z o o o c:S: a: 1-z o o o

o 5 1 0

e n magnitud d e las contracciones para determinado con­tenido de cemento y después disminución.

En suelos granulares depende principalmente de las características de la pasta de cemento y de la granu­lometría.

En suelos con finos la contracción tranversal depende principalmente del porcentaje de la fracción ·arci l losa, mayor contracción para mayor fracción arbillosa, y tam­bién de las características de la arcil la (véase fig. 7 . 1 6); así la montmoríllonita es la que produce mayor contrac­ción; pero la aparición de la contracción en el suelo-ce-

1 5 20 25

CONTENIDO DE CEMENTO, % EN PESO

Fig. 7.1 7 Variación de la contracción durante el curado con el contenido de cemento. Curvas típicas t1 261

38

SUELO-CEMENTO PROPIEDADES

40--------------����-----------------------------------------.

HUMEDAD OPTIMA

OISMINUCION DE LA CONTRACCION +J+ AUMENTO DE LA CONTRACCION

� J � o .... z o ü o

� .... z o o

o 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4

CONTENIDO DE HUMEDAD, % .

Fig. 7.1 8 Efecto de la contracción del contenido de humedad durante la compactación. Curvas típicas l1261

mento que contiene caol ínita es mas rápida que aquélla que contiene montmoríllonital861.

Los aditivos que se han mostrado efectivos para dis­minuir la contracción son: la cal, el cloruro de sodio y el calcio. Los sulfatos de sodio han sido útiles por sus propiedades expansivas para disminuirla (cementos ex­pansivos).

o 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 1 12 CONTENIDO DE ARCILLA, % EN PE�O

Fig. 7 .1 9 Formas típicas que muestran la influencia ·

del contenido de arcilla en el agrietamiento l125J

Se ha determinado que a medida que aumenta la temperatura durante el mezclado y_ la compactación tiende a aumentar la contracción fina1l121 1.

U n c u rado demasiado pro longado parece que aumenta la contracción total en suelos arenosos. En cambio parece que es conveniente en suelos arcillosos 11261. Por otra parte, la contracción es función del con­tenido de cemento. A mayor contenido mayor contracción durante el curado (véase fig. 7.1 7) .

La contracción se puede disminuír mejorando la com­pactación. La compactación con humedad ma�or que la óptima tiende a aumentar las contraccionesl1 61 (véase fig. 7.1 8).

7.1 0.- AGRIETAMIENTO.

El agrietamiento es uno de los aspectos insatisfactorios del suelo-cemento ya que si se ignora y no se toman las debidas providencias puede reducir la vida úti l de los pavimentos y causar diseños deficientes. Sin embargo, un diseño realizado por profesionistas expertos y prácti­cas correctas de construcción pueden evitar casí todo el efecto nocivo.

El agrietamiento es una característica del suelo-ce­mento. Se puede observar en casi todas las construccio­nes de suelo-cemento la formación de grietas por contracción, relativamente poco espaciadas. Estas grie­tas finas se forman de tal manera qué permiten una buena traba o entrelazamténto del material, lo que 'es suficiente en pavimentos para que se comporte en forma similar a una base de piedra triturada. Algunos autores consideran

39

PROPIEDADES SUELO-CEMENTO

VRS

o 2 4 6 8 1 0

CONTENIDO D E CEMENTO E N PESO

Fig. 7 .20 Variación del valor relativo de soporte con el contenido de cemento en una arcilla Limosa. (P .C.A.)

a las bases de suelo-cemento como una serie de trozos grandes que �stan juntos, a los que llaman 11islas111104 Y 1401.

Las características del agrietamiento de la capa deter­minará en ú ltima instancia si el comportamiento será de tipo flexible o rígido. El agrietamiento es importante por­que defin irá de manera decisiva el comportamiento estructural. Si el agrietamiento es pequeño la estructura

e 2 ..I 8 .: o 1-< CJ a: < 6 o w e e < e o 4 � e:( o

o 10 17.5

ESPESOR DE LA BASE, cm

- WJ SUELO-CEMENTO BASE GRANULAR

25

· Fig. 7 .21 Comparación de la capacidad de carga de u n a b a s e g ra n u l a r c o n l a de u n a b a s e d e suelo-cemento Portland Cement Association

40

resultante tenderá a comportarse rígidamente; al con­trario, si existe mucho agrietamiento tenderá a hacerlo de manera flexible. El aumento del agrietamiento con el tiempo tornará un pavimento rígido en uno flexible y finalmente lo hará poco úti l .

Los valores de la resistencia a la flexión de las capas . pueden disminuir mucho con el agrietamiento profundo o completo, del orden de unas diez a cien veces; por lo que para diseño será necesario analizar correctamente los valores obten idos en los laboratorios con muestras pequeñas no agrietadas, tomando en cuenta la reducción por agrietamientol2521.

El agrietamiento en las capas estabilizadas con ce­mento se debel94l principalmente a:

* Cambios en la presión del agua intersicial dentro de la mezcla endurecida; que se producen por pérdidas y variaciones en el contenido de agua libre existente en los poros.

* Cambios en la estructura del suelo tratado (reo­rientación de las partículas durante el curado).

* La acción de las cargas impuestas por el tráfico.

* Las deformaciones de las capas inferiores del pavimento y del suelo de cimentación.

* Cambios físico-químic9s en las características de los componentes.

* Cambios de temperatura.

La temperatura en general ejerce menor influencía, en capas de poco espesor, aunque en algunos casos puede ser significativa.

SUELO-CEMENTO

1 2

1 0

"/!. z 8 o ü et a: :> 1-et 6 (/) a: o c. z o iii 4 z et c. �

2

o o 2 4 6 8

CONTENIDO DE CEMENTO EN VOLUMEN, %

Fig. 7.22 Efecto del tratamiento con cemento a una arcilla expansiva de california, E.U.A. (P.C.A.) l1 971

Las cargas y deformaciones pueden producir un agrie­tamiento importante conforme pasa el tiempo. También los cambios físico-químicos en los componentes y en la estructura pueden producir agrietamientos importantes en el corto plazo. Aunque, las pérdidas y los cambios del contenido del agua libre son los que generalmente pro­ducirán los mayores efectos en el corto y largo plazol94J_

La humedad se pierde o se cambia por:

* Primera evaporación del agua.

* Desecación después del curado.

* Pérdidas de agua libre por reacciones químicas (hidrólisis).

* Pérdidas de agua libre por adsorción en las fron­teras de las partículas sól idas.

* Pérdidas de agua libre por hidratación interna de las partículas.

Durante los primeros días de la hidratación del ce­mento se producen agrietamientos importantes que dis­minuyen pau lat inamente en los meses s igu ientes, durante el secado de la mezcla compactada.(véase fig. 7. 1 0). En mezclas con suelos arcillosos el cemento se hidrata completamente cerca de los 43 díasl861.

Los principales factores[122. 123, 124, 125, 12s, 121. 129, 135, 137, 139· 140 Y 1 971 que influyen en el agrietamiento son:

* Características del suelo por tratar.

PROPIEDADES

* Sales, óxidos y diferentes compuestos que estan presentes en el suelo, como agregadosl1231.

* Características del cementol63 Y 821.

* Cantidad de cemento usado. Existe un contenido de cemento que minimiza el agrietamiento (véa­se fig. 7. 1 1 ) .

* Características del agua.

* Contenido de agua en la mezcla durante la com­pactación.

El agrietamiento aumentará si se compacta del lado húmedo de la curva de compactación.

"'e � C)

"'

o u :E et z º

* Grado de compactación. El agrietamiento se re­duce substancialmente aumentando la compac­tación

* Método de compactación usado.

* Como se hace la compactación.

* Retardo en el inicio de la compactación.

* Tiempo de curado. En general, un curado de­masiado prolongado aumenta el agrietamiento de los suelos arenosos y lo disminuye en los arcillososl125J.

* Condiciones ambientales. Temperatura, hume­dad, etc.

* El tránsito de veh ículos.

(Pruebas realizadas en una arcilla) 1 00

�I' :,..-' ,. /

V CONTENIDO DE CEMENTO V 1 1 .... ¡...

6 % v� V � .... :/ ¡_...---vv � / 4 %

w 1 0 / � 1-z � a: o u o ..J :> o o :E

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1 0 1 00

PRESION CONFINANTE, kg/cm2

Fig. 7.23 Forma de la variación del módulo cortante con la presión confinante para varios contenidos de cemento l1521

41

PROPIEDADES SUELO-CEMENTO

Arcilla de l l l inois (A-7-6 ) 25

"#. 20 o e! 9 o 1 5 � U> e! _J a. UJ 1 0 e UJ o o 5 �

o

o 2 4 6 8 1 0

CONTENIDO D E CEMENTO E N VOLUMEN, %

Fig. 7.24 Reducción del índice de plasticidad contra el contenido de cemento l1 971

* Características de las cargas impuestas.

* Asentamientos en el suelo y terraplén.

* El tiempo de uso.

* La rigidez de la capa superior de rodamiento.

En lo que respecta al tipo de suelo se puede comentar que en los suelos granulares el agrietamiento es princi­palmente es función del porcentaje de cemento, del curado y eficiencia de la compactación. En suelos cohe­sivos dependerá además muy importantemente del por­centaje y características de los finos (véase fig . 7.1 9)

Un mayor contenido de arci lla aumentará el agrie­tamiento. Los suelos con caolínita se agrietaran más rápidamente gue los de montmoríllonita pero en menor proporciónl1251.

Las grietas finas por contracción son características en el suelo-cemento; por tanto, la presencia de ellas no debe necesariamente interpretarse como producidas por es­fuerzos excesivos. En cambio el ensanchamiento pro­gresivo de estas grietas finas hasta alcanzar unos 3 r:.11 lmetros de ancho ya podría considerarse como fatiga exr.Asiva y falla en el pavimento¡1 2s. 1 2a. 1 32, 1 33 Y 1 971

.

Las grietas finas que se producen tienen la anchura aproximada de un cabello. Se distinguen dos tipos:

42

* Profundas, que atraviesan todo el espesor y que son las menos numerosas.

* Superficiales, con profundidades de 2.5 a 7 .5 cm.

Las grietas superficiales de los pavimentos se dis­tribuyen en forma irregular, presentando un aspecto se­mejante a la piel de cocodrilo. Separaciones de grietas superficiales de 30 a 60 cm son comunes en los suelos con finos y de 4 a 1 2 cm en los granulares. Cada tipo de suelo produce su propio sistema de grietas. La densidad del agrietamiento profundo varía en amplio rango. Se incrementa principalmente con el aumento del contenido arcilla, del porcentaje de cemento y del tiempo uti lizado en la compactación.

Cuando los suelos arci l losos presentan grietas profun­das tienen una forma en planta tipo mapa; entre el las la separación de 60 a 300 cm es común. En los suelos granulares se presenta un agrietamiento menos profundo y las grietas completas están espaciadas de 300 a- 600 centímetros.

Para los pavimentos el agrietamiento presenta dos serios inconvenientes: el primero, es que las grietas afecten las características de la carpeta de rodamiento y que a través de ella pase el agua de l luvia hasta la subbase para ablandarla; y segundo, que se produzca el indeseado fenómeno de bombeo de las placas, que destruye la zona adyacente a las grietas.

Los agrietamientos en un pavimento de suelo-cemento solamente incrementan en forma ligera las deflexiones, alrededor de un 20 %, pero aumentan substancialmente los esfuerzos verticales cuando una carga pasa por una grieta profunda, cerca del 50 %l59 Y 131 1.

Es favorable que en su mayoría los pavimentos de suelo-cemento no requieran de juntas de expansión por temperatura. Las rupturas de compresión en las juntas de

SUELO-CEMENTO PROPIEDADES

35 S UELO LIMO-ARCILLOSO

'#. 30 z o 25 o

� 7 u <t 20 a: 1-z -

o 1 5 u �·

UJ e UJ 1 0 1-� :::¡ 5 --·-- ---·

o 1 1 1 1

o 2 4 6 8 1 0 CONTENIDO D E CEMENTO E N VOLUMEN, %

Fig. 7.25 Variación del límite de contracción con el contenido de cemento P.C.A. l1 97J

las grietas profundas son muy pocas, además de fáciles y económicas de reparar, seJlún lo muestra una amplia experiencia al respectol123 Y 1 1•

T.C. Paul Teng y P. Fulton [82] proponen las medidas siguientes para reducir el agrietamiento en los pavimen­tos:

* Usar un suelo bien graduado con un mínimo de finos cohesivos.

* Sí es necesario usar suelos cohesivos es re­comendable que el mínimo de arcilla no sea mayor de 8 % p,ara montmoríllonitas y de 1 6 % para caolinitasl 161.

* El suelo de apoyo de la subbase o terracerias no debe contener agregados mayores de una pul­gada.

* Usar cemento tipo 11 en lugar del tipo l . * Usar cal como aditivo cuando el contenido de

arcil la sea mayor del 1 6 % en peso. L. T. Norlingl1081 por su parte recomienda las practicas

de construcción siguientes: * Colocar una doble o triple capa bituminosa sobre

el suelo-cemento. * Proporcionar un buen espesor a la carpeta as­

fáltica (3" es deseable). * La superficie de concreto asfáltico sea construida

con mezclas de asfalto de gran penetración y que se coloque en caliente.

* Colocar la superficie protectora lo más tarde que sea posible durante la construcción.

* Construcción de capas· superficiales adicionales en etapas durante su vida útil.

* Dar un riego bituminoso a la base de suelo-ce­mento.

* Mantenimiento y reparación oportuna de los agrietamientos importantes.

Existen varios métodos teoricos que tratan de predecir el desarrollo del agrietamiento en los pavimentosl121 • 129• 132Y 135l,sin embargo, todavía no han alcanzado el perfec­cionamiento deseable.

7.1 1 .- RIGIDEZ Y FLEXIBILIDAD

Para las consideraciones de proyecto de carreteras es necesario decidir si se utilizan criterios de diseño para pavimentos flexibles o para pavimentos rígidos, debido a que el suelo-cemento posee una resistencia importante a la flexiónl147 Y 1491•

En Norteamérica, Inglaterra y otros países en general se ha sostenido la opinión de que el suelo-cemento no forma un material rígido sino flexible. Los relativos pequeños esfuerzos de flexión obtenidos (por aplicar al diseño sus normas) hace que se formen en el pavimento una serie de grietas finas que provocan el compor­tamiento flexible. Sin embargo, debido a que la gran mayoría de las grietas son superficiales y la mayoría de los fragmentos permanecen unidos, la rigidez no se re- ·

'duce totalmente.

43

PROPIEDADES SUELO-CEMENTO

Tabla No.7.4 Prooiedades comúnment:: exh:lidas a las mezclas de suelo-cemento. TIPO DE CAPA RESISTENCIA A LA C.B.R. EXPANSION( 1 ) PERDIDAS D E PEsw¡N

COMPRESION SIMPLE % % P. HUMEO.Y SEC. ( kg/cm2 > %

Sub-bases. Material de 3.5 - 10.5 20 - 80 27 relleno para trincheras. Sub-bases o bases para 7.0 - 1 4.0 50 - 1 50 2 1 0 tránsito muv liaero. Bases cara tráfico intenso. 1 4.0 - 56.0 200 - 600 2 1 4 Protecciones de 56 600 2 1 4 terraplenes contra erosión

1 v acción del aaua 1 ) Después de siete días de curado a humedad constante. La resistencia de especímenes análogos sumergidos en agua no debe ser mas o menos de un 20 %. 2 ) Después de un periodo de inmersión en agua de cuatro días.

Fuente: Portland Cement Association

e � e

12

1 0

8

s·uelo del aeropuerto de Hot Springs, Arkansas.

2 % cemento

1 3 % ü

¡:: (IJ 6 -l---·-----1---------1------1 � a. UJ e UJ o º � 4

2

o

0.1

4 %

5 %

Pruebas de diseño Pruebas de evaluación

1 1 0 1 00

TIEMPO TRANSCURRIDO, EN DIAS

Fig. 7.26 Reducción del índice de plasticidad con el tiempo, P.C.A. l31 1·

44

1 000 1 0000

SUELO-CEMENTO

En Alemania y Suecia la mayoría de los puntos de vista coinciden en que el suelo-cemento forma una base más bien rígida que flexible lo cual se debe a que diseñan para obtener g randes esfuerzos de compresión y flexión. El contenido de cemento usado es del orden del 1 5 al 20 % del peso seco, que es bastante más alto que el usado en la práctica inglesa y americana.

Algunos investigadores argentinos indican que las bases se comportan en primera instancia como una base , rígida, pero. que cuando se exceden los esfuerzos de flexión permisibles se comportan como una base fle­xiblel1 041 .

En conclusión, según sea el diseño que se util ice así será el comportamiento, flexible o rígido, y este además variará conforme pase el tiempo, mejorando la resistencia '3. la compresión �imple de las islas pero aumentando el agrietamiento del conjunto.

7. 1 2.- VALOR R ELATIVO DE SOPORTE. la manefen diseñadores expertos o en todo caso mejor no usarla. Valores del C.B.R. y otras propiedades exigi­das para distintas capas de suelo-cemento se presentan en la tabla 7.4

Los intentos para ligar el proporcionamiento de las mezclas con el valor relativo de soporte (V.R.S. en español y C.B.R . en inglés) no han l levado a resultados concluyentes porque es usual que cualquier suelo-ce­mento, y sobre todo los que contienen suelos granulares gruesos, alcancen sistemáticamente valores tan altos del C.B.R. que su interpretación sea póco confiableraa1.

Como es común que en los diseños de pavimentos se util ice el C.B.R. como variable principal se aconseja solo la manejen diseñadores expertos o en todo caso mejor no usarla. Valores del C.B.R. y otras propiedades exigi­das para distintascapas de suelo-cemento se presentan en la tabla 7.4

7.1 3.- RESISTENCIA AL DESGASTE.

La resistencia al desgaste dependerá principalmente del contenido de cemento, del contenido de finos y de la calidad de la construcción11381• Se ha observado que:

* Cuando se usa superficialmente en carreteras se desgasta rápidamente bajo la acción abrasiva del tránsito, por lo que casí siempre se recurre a proteger las capas de suelo-cemento colocando encima de ella una capa de concreto asfáltico.

* El suelo-cemento es bastante resistente a la acción de erosiva de las l luvias.

* Para su uso en muros y pisos de casas la resis­tencia al desgaste es bastante buena.

PROPIEDADES

* Para su uso en obras de protección contra la erosión de las corrrientes y los oleajes del mar y embalses se considera que su resistencia es muy buena.

* Es bastante resistente para resistir la socavación concentrada de corrientes fluviales.

7.1 4.- RESISTENCIA A LA ABSORCION DEL AGUA Y AL HINCHAMIENTO.

Está resistencia dependerá de la cantidad de finos y de qué t ipo son, así como del contenido de cemento. Aunque en general tendrá suficiente resistencia, es conveniente evitar que el agua lo penetre, sobre todo aquellos construidos con apreciables contenidos de finos plásticos.

Los suelos expansivos dan capas com:ftarativamente blandas después de tratados y colocadosl 1 1. En la figura 7.22 se muestra la disminución de la expansión de una arcilla en partícular por el efecto del tratamiento con cementol31 J. - -

7.1 5.- RESISTENCIA A LA CONGELACION.

El suelo-cemento alcanza una excelente .resistencia a la congelación. La resistencia a la congelación dependerá de la cantidad y tipo del cemento usado, .�sí como del tipo de suelo.

Por alcanzar buenas características de resistencia a la congelación se le utiliza mucho en países de clima frío extremoso. La prueba de congelación de laboratorio se diseño para permitir evaluar las características de las mezclas en forma adecuada para fines ingenieri les l1�5J.

7.1 6.- PERMEABILIDAD.

La permeabilidad dependerá principalmente del tipo de suelo usado. Suelos finos darán capas impermeables. Con suelos predominantemente granulares no debe es­perarse alcanzar siempre permeabilidades lo suficiente bajas como para sellar estructuras de almacenamiento de agua.

Se reporta que se han impermeabilizado con éxito a • macenamientos de agua y se ha observado que e l agregé11 una pasta de cemento al suelo y realizar una compactaciór apropiada permite alcanzar una mejor impermeabilización. (35)

7.17.- CONDUCTIVIDAD TERMICA. Varía mucho con el tipo de suelo usado. Aunque como orden de magnitud se puede estimar que el coeficiente de conductividad térmica varía de 2.8 a 5.5 B.T.U . . Avitia renorta 0.35 a 0.69 K cal/mh. ºC 1 1971 _

PROPIEDADES

7.1 8.- SUCEPTIBILIDAD PARA LIGAR CON CAPAS ADYACENTES.

Es común observar que las carpetas asfálticas y distintas capas de suelo-cemento no se adhieran firmemente a la capa anterior. Por esta causa y por la acción del tráfico se han desprendido con relativa faci lidad unas de otras .:;uando no se toman las medidas pertinentes l14ª· 149 Y 1 501.

Lo conducente es un buen procedimiento de construc­ción y util izar aditivos. En obra cuando se construyan las capas, éstas deben mezclarse y compactarse de manera rápida, en unas dos horas aproximadamente después de colocada; ya que si no el material comienza a endure­cerse y no se produce la liga correcta.

7.1 9.- ANGULO DE FRICCION INTERNA.

Glenn G. Salmer ¡1 191 reporta valores promedios para el ángulo de fricción interna de 0.96 para suelos granulares y de 0.73 para suelos cohesivos.

7.20.- PROPIEDADES DINAMICAS.

Yung-chieh Chiang y Yang S. Chae¡1521 indican que el uso del cemento para estabilizar arenas y arcillas sujetas a cargas dinámicas es muy efectivo para incrementar la rigidez de los suelos y reducir la deformación. Existen varios estudios encaminados a la obtención de las propiedades dinámicas¡1 15, 142, 144, 151 y 1s31.

7.20.1 .- MODULO RESILENTE.

La prueba del módulo resilente o dinámico se está usando actualmente para evaluar los pavimentos estabi­l izados y como base para un método de reciente creaciónl1 13J. Para el suelo-cemento el modulo varía entre 0.4 a 0.9 millones de P .S.t. (A.A.S.H.O. 1 972).

En la fig. 7.23 se muestra el incremento sustancial de este módulo con el aumento del contenido de cemento de la mezcla.

7.21 .- EQUIVALENTE DE ARENA.

La prueba del Equivalente de Arena se usa para detectar la presencia de arci l la indeseable (el volumen de arcil la

46

SUELO-CEMENTO

observado en la probeta está en proporción directa de los efectos nocivos queproduce) . La piedra triturada tiene un equivalente de arena de alrededor de 80 . Arcil las muy expansivas apenas alcanzan valores de O a 5. En la tabla 7.5 siguiente se muestra el efecto del cemento en un suelo arcilloso¡1951.

TABLA 7.5 Valores del equivalente de arena para un suelo modificado con cemento

PORCENTAJE DE CEMENTO EQUIVALENTE D E ARENA EN PESO

o 1 1 1 1 8 2 36 3 59

Suelo de Utah: 33 % paso la malla No. 200, l .P.= 1 1 (con el 3% de cemento l.P.=O ).

ASTM 02419, Valores del equivalente de arena para suelos y agregados finos.

Fuente:1 1951

7.22.- MODIFICACION DE LAS PROPIEDADES INDICE.

La adición agua con cemento en los suelos varia subs­tancialmente las propiedades indice originales. En gene­ral disminuye la fuertemente la plásticidad de los mismos (véase fig. 7.24 y 7.25).

Se puede observar en la fig. 7.24 que e l indice de plásticidad de una arcilla de l l l inois disminuyó importan­temente desde un 22 % hasta un 4%, aproximadamente.

En la figura 7.25 se muestra un suelo l imo-arcil loso que incremento su l ímite de contracción conforme aumento el contenido de cemento de la mezcla.

Las reacciones qu ímicas que ocurren en la mezcla de suelos finos afectan las características físicas de las partículas de arcillas y por tanto su comportamiento. Los cambios de las propiedades se suceden en el tiempo ya que existen reacciones químicas lentas, tal. como se muestra en la figura 7.26, en donde se observa la d is­minución del indice de plásticidad de un suelo arcilloso con el que se construyo el pavimento del aeropuerto de �ots Spring, Ak. , EUAl31 1.

CAPITULO 8

Laboratorio y dosificación de mezclas

8.1 .- PROGRAMACION DE LAS PRUEBAS DE LABORATORIO.

La programación de las pruebas de laboratorio está defi­nidapor los criterios de diseño adoptados, que en general son de durabilidad o de resistencia11601.

Los factores que más influyen en el proyecto son la importancia, el tipo y tamaño de la obra, así como la cantidad y características de los diferentes tipos de suelos suceptibles de tratar170l , el parque de maquinaria y el tiempo disponible para la ejecución, entre otros.

Para proyectos importantes en general se requerirán todo tipo de ensayos detalladosl1 55Y 1561• Para estos casos la relación entre el costo de los trabajos de los laborato­rios y el costo total de la obra tiende a ser insignificante. Aqu í por tanto conviene optimizar la solución buscando disminuir la cantidad de cemento con la que se puedan obtener las propiedades deseables.

Para proyectos que no sean grandes y/o cuando no se dispongan de las facilidades de un laboratorio especiali­zado para hacer ensayes de suelo-cemento, en ocasio­nes puede ser ventajoso no hacer todas las pruebas sino sólo las suficientes para garantizar el comportamiento adecuado; aunque por supuesto no se obtenga nece­sariamente el mínimo de cemento.

Para proyectos pequeños y para proyectos de emer­gencia donde no es posible contar con las facil idades de un laboratorio especializado o bién cuando no sea prác­tico hacer pruebas detalladas porque el tiempo disponible es muy corto, entonces se pueden realizar una serie de ensayos rápidos y simples, que simplificarán el diseño, pero no lo optimizarán.

Realizar la serie de pruebas completas para el diseño del suelo-cemento requiere 38 a 45 días para encontrar las proporciones adecuadas. En vista de lo poco práctico de real izarlo para obras pequeñas por consideraciones de tiempo y costo, la Portland Cement Association (P .C.A.) de los E.U.A. diseñó una serie de pruebas sim­pl ificadas que duran de 1 O a 1 2 d ías solamente.

Los ensayos rápidos diseñados por la P .C.A. consisten esencialmente en hacer granulometrías y la identificación de las muestras de los suelos. A partir de la identificación y del análisis de los resultados de unas pruebas de laboratorio muy sencil las se propone la dosificación. Debe considerarse que este procedimiento tenderá a dar cantidades de cemento que pueden ser apreciablemente mayores que los mínimos estrictamente necesarios.

En la figura 8.1 se muestran los distintos procedimien­tos utilizados por la Portland Cement Association. Por otra parte, en la técnica inglesa se proyecta la mezcla para alcanzar una resistencia determinada l183 Y 2661. General­mente, a los siete días se exige alcanzar una resistencia a la compresión simple de 1 7.6 kg/cm2 cuando el tráfico es ligero y de 28 kg/cm2 cuando es pesado; después siguen .en importancia las otras pruebas que son requeridas, tanto para lograr la durabilidad como para tener otras característi­cas deseables. Las muestras se preparan con el contenido óptimo de humedad y la máxima densidad obtenida en la prueba de compactación, la más de las veces.

Por otro lado, en forma similar, en Alemania las normas vigentes exigen alcanzar resistencias a la compresión simple entre 50 y 1 50 kg/cm2 l158l. Como puede apre­ciarse, el diseño, y por tanto la consecuente programa­ción de las pruebas de laboratorio, dependerá de las

47

LABORATORIO Y DOSIFICACION DE MEZCLAS SUELO-CEMENTO

PROYECTOS IMPORTANTES [ PROYECTOS PEQUEÑOS Y URGENTES ] 1

MUESTREO Y PREPARACION DE SUELOS [ MUESTREO Y PREPARACION DE LOS ] 1 SÜELóS .

PRUEBAS PARA LA IDENTIFICACION el!: SUELOS

SUELOS 11 TODO TIPO DE ARENOSOS SUF.LOS .

1 1 1 1 ,, METODO CORTO '\ METODO DETALLADO METODO BASADO EN LA METODO RAPIDO

1 . Prueba de compactación 1 . Prueba de compactación CLASIFICACION 1 . Prueba de compactación 2. Determinación de la. 2. Prueba de humedecimiento Se emplea una cantidad 2. Ensayes de

proporción de cemento por y secado. de cemento de acuerdo a 'punzonamiento' y gráficas preparadas por· experiencias previas 'golpe seco' la PCA 3. Prueba de resistencia a la

3. Pruebas de resistencia a la compresión simple compresión simple.

" /

Fig. 8.1 Métodos de la P .C.A. para proyectos de tratamientos de suelos con cemento l217I

necesidades y medios naturales existentes en cada país, región y/o lugar.

8.2.- METODOS DE DISEÑO DE LAS MEZCLAS.

Para el diseño de las mezclas se han desarrollado varios criterios. Los más comunes son los siguientes:

8.2.1. -METODO DETALLADO PROPUESTO POR LA PORTLAND CEMENT ASSOCIATION.

Para la Portland Cement Association el cemento r�­querido para la estabilización de un suelo dado se determina usualmente por una serie de pruebas de Mojado-Secado y de Congelamiento-Descongelamiento con especímenes compactados; a ambas las llaman pruebas de DURABILI­DAD. El procedimiento en general es el siguiente:

1 .- Clasificar el suelo y seleccionar varios conternao� Je cementos distintos para la preparación de las mezcla5 niciales. Véase Tabla 8.1 . de la pag. 55.

2.- Preparar especimenes con diversas mezclas para ealizar laspruebas de laboratorio pertinentes. Se

Jreparan dos especímenes de cada mezcla con la i1umedad óptima obtenida en la prueba de compactación.

3.- Someter a uno de los especímenes a la prueba de Mojado-Secado y a l otro a la de Congelación -Descongelación.

4.- Seleccionar el porcentaje de cemento comparando los resultados obtenidos con los de las perdidas admisi-

48

bles. Las pérdidas admisibles determinadas por la PCA se dan más adelante.

5 ... Posteriormente, se sujetan las probetas a pruebas de resistencia a la compresión simple y a las pruebas adicionales que fuesen necesarias según lo determinen las necesidades del proyecto. En general, se especifica un mínimo aproximado de 21 kg/cm2 a la compresión simple, a los siete días.

Según la Portland Cement Association, de los EUA, la dosificación adecuada de cemento es la mínima que cumple las condiciones siguientes:

1.- Las pérdidas de material desagregado durante los doce ciclos, tanto en ensayos de Congelación-Descongelación y Humedad-Secado no deben ser mayores de:

a) 1 4% para suelos A_-1 .a, A-1 .b, A-3, A-2-4, y A-2-5.

b) 1 0 % para suelos A-2-6, A-2-7, A-4 y A-5.

c) 7 % para suelos A-6 y A-7.

11.- El aumento de volumen en las muestras no debe exceder en más del 2% del volumen inicial .

111.- El máximo contenido de agua no debe ser mayor que el necesario para l lenar los huecos del suelo-ce­mento, una vez terminado de compactar.

8.2.2.-METODO CORTO DE LA PORTLAND CEMENT ASSOCIATION.

El método corto no siempre indica el mínimo contenido de cemento con que tratar un suelo arenoso l2111. Pero, casí siempre proporciona un contenido de cemento den-

SUELO-CEMENTO

tro de la seguridad; que estará cercano al obtenido por el método detallado de la PCA.

El método corto· es aplicable únicamente para suelos predominantemente arenosos que tenga la g ranu­lometría siguiente: :·

1 .- El contenido de finos inferior al 50 %.

2.- El contenido de arcilla inferior al 20 %.

3.- El retenido en la malla # 4 menor del 45 %

4.- No existan cantidades apreciables de substancia orgánica.

5.- No se aplica en caliches, margas, cretas, carbones, c�nizas, jales de minas y escoria.

· El método corto tiene dos variantes: la "variante A" para materiales que pasan totalmente la malla No. 4; y para los que se retienen en esta malla No. 4 la "variante B".

El procedimiento general es el siguiente:

i.- Se determina la granulometría del suelo.

i i .-Se determina el peso volumétrico del material re­tenido en la malla # 4.

i i i . -Si el suelo cumple los requisitos para aplicar el método, entonces se escogerá la variante que proceda.

VARIANTE " A ", se desarrolla en los pasos siguientes:

a) Con los datos del análisis granulométrico y la ayuda de la figura No. 8.2, se estima el máximo peso volumétrico promedio inicial .

b) Con los datos del peso volumétrico estimado y del porcentaje de material más fino que 0.05 mm, se acude a la figura No. 8.3 para obtener el contenido de cemento por peso; con el cual se prepararán los especímenes para el ensaye Proctor estándar.

c) A partir de los resultados obtenidos en la prueba Proctor correspondiente se determina el máximo peso volumétrico seco y el contenido de humedad óptimo.

d) Con el máximo peso volumétrico seco obtenido anteriormente se escoge otra vez con ayuda de la figura 8.3 el contenido de cemento requerido para fabricar los especímenes. La PCA indica que las cartas y pro­cedimientos pueden ser modificados de acuerdo con el clima y condiciones locales.

e) Se fabrican tres especímenes para el ensaye de resistencia a la compresión simple, con el peso volumetrico y la humedad óptima determinada en la prueba Proctor.

f) De los resultados de las pruebas realizadas se obtiene la resistencia a la compresión simple promedio de los especímenes con los ensayes de las tres mues­tras, que tienen s iete d ías de curado húmedo y cuatro horas de saturación por inmersión en agua, inme­diatamente antes de ser ensayados.

LABORATORIO Y DOSIFICACION DE MEZCLAS

g) Verificación . . El valor promedio de la compresiones simples obte.nidas deberá ser mayor que el que propor­ciona la figura 8.4. Si el valor obtenido es menor entonces se deberán realizar la serie de las pruebas completas y si resulto mayor se considerará que el contenido de cemento es adecuado.

h ) Para su recomendación de dosificación en la construc­ción, se convierte el contenido de cemento en peso a con­tenido de cemento en volumen por medio de la figura 8.5.

'

VARIANTE " B ", se desarrolla en los pasos siguientes:

a) Obtener el peso volumétrico máximo promedio utili­zando la figura 8.6.

b) Este peso junto con el porcentaje de material menor de 0.05 mm (malla #270) y el porcentaje de material retenido en la malla # 4 se util izaran para determinar el contenido de cemento en peso para el ensayo Proctor estándar por medio de la figura 8.7.

c) Realizar el ensaye Proctor estándar correspondi­ente para obtener el contenido de humedad óptimo y el máximo peso volumétrico seco.

d) Con el máximo .peso volumétrico encontrado se determina el contenido de cemento, en peso, ayudán­dose otra vez de la figura 8.7.

e) Con el contenido de cemento, así como con el máximo peso volumétrico en seco y la humedad óptima obtenidas en el ensayo Proctor se fabrican 3 especíme­nes para hacerles las pruebas de resistencia a la com­presión simple.

f) Del resultado de las pruebas se determina la resis­tencia a la compresión simple promedio de los especíme­nes, probados después de 7 días de curado húmedo y de tenerlos 4 horas de saturación por inmersión en agua, inmediatamente antes de hacer los ensayos.

g) Con la ayuda de la figura 8.8 se determina una resistencia a la compresión mínima permisible para la mezcla de suelo-cemento.

Si la resistencia a la compresión simple obtenida en f) es igual o mayor que la mínima permisible significará que el contenido de cemento requerido es el adecuado. Si el valor obtenido es menor entonces se deberán realizar la serie de pruebas completas.

8.2.3.- METODO RAPIDO (PCA).

Se utiliza para obras de emergencia y para obras de poca importancia. Consiste en:

1 ) La elaboración de especímenes que se compactan con la humedad óptima Proctor y peso volumétrico máximo. La cantidad de cemento inicial aplicada variará en un amplio rango.

2) Después de uno o dos días de curado se someten las probetas a piquetes con punzón o picahielo. Si no es

49

LABORATORIO Y DOSIFICACION DE MEZCLAS SUELO-CEMENTO

21 00

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1 900

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1 700 o 20 40 60

-- 30 % .

40 % ¡

80

% RETENIDO ENTRE LAS MALLAS # 4 Y 60

Fig. 8.2 Estimación del peso volumétrico máximo promedio. Método corto de la P .C.A. C2171

posible penetrar en el especímen más de 0.6 cm. y si al golpearlo se escucha un sonido claro y sólido, se consi -dera que el contenido de cemento es adecuado.

8.2.4. - METODOS BASADOS EN PROPORCIONAR EL CONTENIDO DE CEMENTO DE ACUERDO A SU CLASIFICACION GRANULOMETRICA.

Consisten en clas ificar el suelo y util izar tablas preparadas de antemano para establecer la proporción de cemento.

50

8.2.5. -METODO DE LA PENDIENTE DE LUIS/ANA.

Es un método rápido que tarda unos ocho días en su realización y en el �ue los autores expresan estadísticamente su experiencíal1001• Ellos. probaron 637 tipos de suelos y encontraron que en el 92 % de los casos las predicciones quedaron dentro de más o menos el 2% del obtenido en el método detallado. Consiste esencialmente en utilizar gráficas elaboradas previamente para cada tipo de suelo, como la mostrada en la figura 8.9; en estas gráficas los ejes muestran el contenido de cemento, la resistencia a la

SUELO-CEMENTO LABORATORIO Y DOSIFICACION DE MEZCLAS

I % de cemento por peeo

o 5 10 15 20 25 30 35 40 1 45 501 % DE MATERIAL MENOR QUE .0.05 mm

Fig. 8.3 Obtención de los contenidos de cemento de suelos que retienen material en la malla # 4 l2171

compresión a los 7 días y además el porciento de pérdi· � das obtenidas en la prueba de humedad-secado para cada tipo desuelo que se prueba. Para facilitar el cálculo la curva de resistencia I� hacen recta y la pendiente la calculan dividiendo la diferencia de la resistencia a la compresión simple a los 7 días entre la correspondiente diferencia en el contenido de cemento en peso. Con un punto que se obtiene con una prueba de resistencia y la oendiente (que ya es dato) se determina el porcentaje de cemento de proyecto.

·

8.3.· TIPOS DE ENSA VOS. Las pruebas usuales se pueden dividir en:

8.3. 1.- PRUEBAS PARA LOS SUELOS.

8.3. 1 .1 . - Pruebas para la clasificación de los suelos:

- Análisis granulométrico.

- Límites de consistencia.

MEZCLAS DE SUELOS QUE NO CONTIENEN MATERIAL EN LA MALLA # 4

Material menor que o.os mm, % en peso

Flg. 8.4 Resistencia a la compresión almple a los 7 días.

51

LABORATORIO Y DOSIFICACION DE MEZCLAS

porciento de cemento en peso de un suelo secado en horno �

lb/pulg3 t 18 - 16 1 7

1 600 1 00 15 1 6 1 5 1 4 1 4 1 3 1 3 105 1 2 1 2 1 1

1 10 o 1 800 1 1 'tJ 1 0 cu ('I) o E - cu

C> c. � 9 1 0 E e 1 1 5 o G) o o o -E 8 e

G) ')( 9 E -ca G) E, 120 o o 1

7- - - - - - - o o _ ., __ - - - - ,.... _ _ _ - - _ ..,._ - - - - - - � - - � ...... a; ·¡: ::J --cv 8 en E 2 000 ¿ ::J G) o 1 25 6 E > •::J o o (1) G) > c. 7 e

G) 130 o 5 'E

G) '(j

'l.-o c. 135 6 4

2 300 5

145 3

Fig. 8.5 Obtención del % de cemento en volúmen a partir del % de cemento en peso, PCA. 12171

8.3. 1.2.-Pruebas para determinar las propiedades de los suelos:

- Pruebas índice.

- Pruebas de resistencia.

- Pruebas de flexión.

- Pruebas de tensión.

- Calidad de los agregados

SUELO-CEMENTO

- Pruebas de compactación. 8.3.2.- PRUEBAS PARA EL CEMENTO Y EL AGUA.

- Pruebas de permeabil idad. - Pruebas para determinar la calidad del agua.

52

SUELO-CEMENTO LABORATORIO Y DOSIFICACION DE MEZCLAS

o ,....

� 50 � ...J <( � � 40 z w o o z w tü 30 a: o ._ z w o a: o 20 a.

o

MEZCLAS DE SUELOS QUE CONTIENEN iMATERIAL QUE SE RETIENE EN LA MALLA # 4

1 0 20 30 40

PORCIENTO DE MATERIAL MENOR QUE 0.05

50

Fig. 8.6 Obtención de los pesos volumétricos máximos promedios. 12171

8.3.3.1 .- Pruebas usuales para el suelo-cemento. - Pruebas para determinar las características del ce­mento y la lechada. - Pruebas de HUMEDECIMIENTO-SECADO para de-

8.3.3. - PRUEBAS DE LABORATORIO DISEÑADAS ESPECIALMENTE PARA EL SUELO-CEMENTO.

PRUEBAS QUIMICAS.

- Anál isis mineralógico

- Detección de materia org.ánica y deletereos.

- Detección de su lfatos.

- Reactividad alcali-agregado.

terminar la durabil idad

- Prueba de CONGELACION-DESHI EL0¡1681

- Pruebas de agrietamiento.

- Pruebas de expansión.

- Pruebas de compresión simple.

- Pruebas de compactación.

8.3.3.2. - Pruebas para el Método Corto.

8.3.3.3.- Pruebas para el Método Rápido.

53

LABORATORIO V DOSIFICACION DE MEZCLAS SUELO-CEMENTO

MEZCLAS DE SUELOS QUE CONTIENEN MATERIAL QUE SE RETIENE EN LA MALLA # 4

Contenido de cemento, % en peso

40

.q-30 "'d'

d z

d 20 z

cu

� cu

10 1ij E .m o e Q)

o .m e Q)

o 10 '2 e 20 Q) e 30 � Q) !

o :!;;! e: Q) ... � Jg ... Q) ca E

Q) "O Q) "O

o e .�

' � a.

o ... e:

.� � o a.

Porclento de material menor que 0.05 mm

Flg. 8.7 Obtención de porcentajes de cemento para mezclas de suelo-cemento, PCA. l217l

8.3.3.4. • Pruebas para el Método del Valor de la Pendiente de Lulsslana (Lulsslana Slope Value Method).

8.3.3.5. - Pruebas triaxlales de carga[ 169 Y 1 72 J.

8.3.3.6. · Pruebas triaxiales dinámlcasl 166 ).

8.3.3. 7. - Pruebas especialesl l7 1 Y 1731.

8.4.· SELECCION DE LOS CONTENIDOS DE CEMENTOS PARA INICIAR LAS PRUEBAS ESPECIALES PARA EL SUELO·CEMENTO.

Dependerá del criterio usado. La Portland Cement Asso­ciation presenta tablas que permiten estimar los porcen­tajes Iniciales; como la tabla 8.1

54

8.5.· PRUEBAS ESPECIALMENTE DISEÑADAS PARA EL SUELO-CEMENTO.

A continuación se describirán sucintamente las principa­les pruebas para el suelo-cemento. Para mavor detalle se pueden consultar las referenclasl15s, 156, 1 57, 1 56, 159, 161, 162, 163 y 164, 262, 263, 264 y 265)

8.5. J .• PRUEBA DE RESISTENCIA A LA COMPRESION SIMPLE PARA UN SUELO GRANULAR QUE HA SIDO TRATADO PREVIAMENTE CON CEMENTO.

PROPOSITO: Medir la resistencia a la compresión simple de un suelo granular tratado con cemento Port­land; generalmente a los 2, 7 y 28 días después de preparado

TEORIA: Se utlllza el criterio de Mohr-Coulomb.

DESIGNACION DE LA ESPECIFICACION:

ASTM D1 632, ASTM D1 633

'

SUELO-CEMENTO LABORATORIO Y DOSIFICACION DE MEZCLAS

Tabla No.8.1 Contenidos de-cemento aproximados para proyectar las mezclasde suelo-cemento según la P C A. GRUPO DE SUELO SEGUN LA PORCIENTO DE CEMENTO CONTENIDO DECEMENTO · CONTENIDO DE CEMENTO AASHO (SUCS) REQUERIDO ESTIMADOPARA LA PRUEBA PARA PRUEBA DE

% EN PESO DECOMPACTACION HUMEDAD-SECADO. % EN PESO. ºk EN PESO

A-1 -a 3 - 5 5 3 - 4 - 5 - 7 (GW,GP,SW,SP) A-1 -b 5 - 8 6 4 - 6 - 8 (SW,SP,GM,SM,GP) A-2 5 - 9 7 5 - 7 - 9 CGM,SM,GC,SC) A-3 7 - 1 1 9 7 - 9 - 1 1 CSP) A-4 7 - 1 2 1 0 8 - 1 0- 1 2 CML,OL,CL,SM,SC) A-5 8 - 1 3 1 0 B - 1 0- 1 2 COH MH,ML OL) A-6 9 - 15 1 2 1 0 - 1 2� 1 4 A-7 1 0- 1 6 1 3

-1 1 - 1 3- 1 5 .

Fuente: Portland Cement Association u55 Y 1561

MEZCLAS DE SUELOS QUE CONTIENEN MATERIAL QUE RETIENE. LA MALLA # 4

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50 45 o en Q) c.

40 e: o Q) Cll

40 '?fl CI> CI. ot:f e 1$ CI> � � � E 30 ca E 30 E lt) � o - -ó <o �-- e: CI> -- --- Q) ::l .... _ o C" ... -- -...._ 20 "C o 20 ·e: e --CI> Q) E Q) � ...

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..... m ::¡:

o

o

Fig. 8.8 Obtención de las resistencias a la compresión simple para mezclas, P .C.A. l2171

55

LABORATORIO Y DOSIFICACION DE MEZCLAS

(/) <( e ....... <( z o Cñ w a: a.. � o () :5

FIGURA ESQUEMATICA

pendiente propuesta

o o (3 w '1 o (§ w � => :e

SUELO-CEMENTO

<( <( ü z w t; Cñ w a:

�,-�', , , , ' ' w o <( m w => a: a..

, ,

curva de resistencia real de un suelo dado

o---�����----���-4---��- o o 5 10 15 2 0

PORCI ENTO D E CEMENTO, EN PESO ,

Fig. 8.9 Método del valor de la pendiente de Luissiana

APARATOS: Moldes estándar de compactación de 4 pulgadas o moldes de 2.8 pulgadas y 5.6 pulg. de altura. Además, equipo nonnal para preparar y cargar los especímenes.

PROCEDIMIENTO:

1 .- Compactar la muestra en un molde estándar de compactación, nivelando la superficie.

2.- Obtener el contenido de agua óptimo en la prueba de compactación de la mezcla de suelo con cemento, usando el porcentaje de cemento requerido.

3.- Extraer la muestra del molde y colocarla en el cuarto de curado.

4.- Al tiempo especificado (generalmente 7 días), des­pués del curado, colocar el espécimen en la máquina de compresión y cargarla hasta alcanzar la falla.

56

RESULTADOS: . -

Carga a la falla (kN o kg)

La resistencia a la compresión simple varía entre entre 300 y 800 psi (75 a 1 65 kg/cm2) , en especímenes satura­dos y probados a los 7 días.

CALCULOS:

Esfuerzo a la falla = carga/ área(kg/cm2)

8.5.2. - PRUEBA DE HUMEDECIMIENTO-SECADO.

PROPOSITO: Simular las fuerzas de tensión y com­presión generadas internamente en la masa del suelo-ce­mento compactado debidas a los cambios de humedad para que, por. medio del análisis de las mediciones res­pectivas, se pueda evaluar lo más aproximadamente

SUELO-CEMENTO

posible el comportamiento de los suelos tratados cuando les ocurran cambios de humedad en el campo.

TEORIA: Método empírico. Se trata de simular aproxi­madamente en el laboratorio lo que acontece en la natu­raleza para ajustar posteriormente de acuerdo con los resultados obtenidos en el campo.

DESIGNACION DE LA ESPECIFICACION:

ASTM D559, AASHO T1 35.

VARIANTES: La elaboración de especímenes tiene dos variantes.

Variante a.- Para suelos que contienen material que se retiene en la malla # 4.

Variante b.- Para suelos que no contienen material que se retenga en la malla #4.

APARATOS: Los normales de un laboratorio de Geotecnía.

PROCEDIMIENTO:

1 .-Curado previo de 7 días de los especímenes.

2.-Saturación de los especímenes por inmersión en agua durante 5 horas

3.-Colocación de los especímenes dura;ite 24 horas en un horno a una temperatura de 71 grados centígrados.

4.-Secado después de salir del cuarto húmedo y cepi­llado. Los especímenes se someten a una acción de raspado con un cepillo de alambre, al cual se le aplica una fuerza de 1 .36 kg. Se dan dos pasadas en cada sitio.

5.-En cada espécimen se repite el procedimiento del punto 4 durante 1 2 ciclos.

6.-Se secan los especímenes en un horno a 1 00 grados centígrados.

7.-Se determinan los pesos secos haciendo las corre­c iones p e rt inentes , re lac ionadas con el agua de hidratación.

8.-Se determina la pérdida en peso de los especíme­nes, al que se le denomina "pérdida de suelo-cemento".

RESULTADOS: Se expresan en pérdida de suelo cemento como porcentaje del peso inicial.

CALCULOS: Se utilizan criterios de comparación con la máxima perdida tolerable establecidos previamente y que se muestran en la tabla 8.2 siguiente:

LABORATORIO Y DOSIFICACION DE MEZCLAS

Tabla 8.2 Máxima pérdida permisible en las pruebas de durabilidad recomendada por la Portland Cement Association Tioo de suelo Clasificación AASHO Máximo de oerdidas G�avas y arenas A-1 , A-3, A-2-4, 1 4 %

A-2-5 Suelos limosos A-2-6, A-2-7, A-4, 1 0 %

A-5 Suelos arcillosos A-6, A-7 7 % ... Este criterio puede modificarse de acuerdo + a las condiciones clim�ticas re?ionales, seaún la PCA. Fuente: 155 Y 156

8.5.3. - PRUEBA DE CONGELACION-DESHIELO.

PROPOSITO: Simular lo más aproximadamente posi­ble las condiciones severas de congelamiento y deshielo para que, mediante el análisis de las mediciones respec­tivas, sea posible evaluar aproximadamente las deforma­ciones recurrentes que sufrirán los suelos tratados con cemento cuando estén sujetos en el campo a un intem­perismo de este tipo.

TEORIA: Método empírico. Se trata de simular aproxi­madamente en el laboratorio lo que acontece en la natu­raleza, para ajustar los parámetros posteriormente de acuerdo con los resultados obtenidos en el campo.

VARIANTES: La elaboración de especímenes tiene dos variantes.

Variante a.- Para suelos que contienen material que se retienen en la malla # 4.

Variante b.- Para suelos que no contienen material que se retenga en la malla #4.

DESIGNACION DE LA ESPECIFICACION:

ASTM 0560.

AASHO T1 36.

APARATOS: Los normales de un laboratorio de geotecnía.

PROCEDIMIENTO:

1 .- Curado previo de 7 días de los especímenes.

2.- Colocación de los especímenes durante 24 horas en refrigerador a una temperatura menor de - 23 grados centígrados.

3.- Sacado de los especímenes del refrigerador y su descongelamiento durante 23 horas, en un · cuarto húmedo con temperatura de + 21 grados centígrados y humedad relativa de 1 00 %.

4.- Sacado del cuarto húmedo y cepi l lado. Los especímenes se someten a una acción de raspado con un cepillo de alambre, al cual se le aplica una fuerza de 1 .36 kg. Se dan dos pasadas en cada sitio.

57

LABORATORIO Y DOSIFICACION DE MEZCLAS

5.- En cada especimen se hace el procedimiento indi­cado en el punto 4 durante 1 2 ciclos.

6.- Se secan los especímenes en un horno puesto a 1 00 grados centígrados.

7.- Se determinan los pesos secos haciendo las corre­ciones pertinentes, por agua de hidratación.

8.- Se determina la pérdida en peso de los especíme­nes, al valor se le denomina "pérdida de suelo-cemento"

RESULTADOS: Pérdida de suelo cemento como por­centaje del peso inicial.

CALCULOS:

Se utilizan criterios de comparación con la máxima pérdida tolerable establecidos previamente (véase tabla 8.2) .

8.5.4. - PRUEBA DE COMPACTAC/ON PARA SUELO-CEMENTO.

PROPOSITO: Obtener e l peso volumétrico seco máximo y la humeda9 óptima para un suelo-cemento, cuando se usa un determinado equipo de compactación.

TEORIA: Criterio de Proctor.

DESIGNACION DE LA ESPECIFICACION:

ASTM D558. ·

AASHO T1 34.

APARATOS: Los normales de un laboratorio de Geotecnía.

PROCEDIMIENTO:

1 .- Cribar y seleccionar el material que pasa la malla # 4.

2.- Determinar los pesos y porcentajes de suelo, ce-mento y agua que se utilizarán.

3.- Mezclar el suelo cribado con el cemento.

4.- Adicionar el agua a la mezcla de suelo y cemento.

5.- Introducir el material dentro del molde, sin el collar.

6.- Compactar la mezcla dentro del molde, con el : collar, siguiendo el procedimiento especificado.

7.- Pesar el molde con la mezcla adentro.

8.- Sacar el especimen del molde.

58

SUELO-CEMENTO

9.- Pesar el especimen, el molde y las taras.

1 0.-Repetir los pasos anteriores para cada dosificación.

RESULTADOS: Se presentan junto con las curvas de

compactación respectivas.

CALCULOS:

Los contenidos de humedad, w, se calcu lan como sigue:

A - 8 w = -- * 1 00 8 - C

p = P1

w + 1 00 * 1 00

Donde:

A = Peso del molde y el espécimen de suelo-cemento húmedo.

B = Peso del molde y la mezcla de suelo y cemento secos.

C = Peso del molde.

P = Peso de la mezcla de suelo-cemento seca.

P 1 = Peso de la mezcla humeda.

8.5.5.- PRUEBAS DE CAMPO PARA EL CONTROL DE LA CALIDAD.

Para el control de las mezclas en el campo se han desarrollado varias técnicas. Las más comunes son las siguientes:

1 .- Técnicas Químicas:

a) Método ASTM D 806-57.

b) Método Varsenel661•

c) Método Californial1001•

2.- Método de la Conductividad Eléctrica.

3.- Método del Fotómetro de Flamal97].

4.- Método Termométricol551_

5.- Técnica nuclear2041•

6.- Técnicas de rayos X l2071•

Los detalles de su ejecución pueden verse en las referencias indicadas.

9.1 .- CONSIDERACIONES GENERALES PARA EL DISEÑO DE PAVIMENTOS.

Los criterios que más se util izan son los de durabili l idad y los de resistencia. Los criterios de durabilidad, que persiguen fundamentalmente un buen funcionamiento-a largo plazo bajo condiciones severas de clima, se susten­tan en la experiencia. En lo que respecta a los criterios de resistencia, éstos buscan un buen funcionamiento estructural bajo las condiciones futuras de carga.

Las bases téoricas en que se apoyan son diferentes, por este motivo existen aquel los criterios de diseño en los que el objetivo basico es el aumentar el área de dis­tribución de la carga en la subbase, de modo que la presión máxima transmitida en cualquier punto no afecte peligrosamente la subbase, subrasante y terracerias.

Otros que toman principalmente en cuenta la resisten­cia al esfuerzo cortante en la superiicie de contacto entre la base y la subbase. También existen los criterios que atienden principalmente al efecto de falla por fatiga. Fi­nalmente estan los que consideran como base los diseños que han sido sancionados por la experiencia, mediante la observación del comportamiento real de muchos pavimentos a través de los años de servicio. En todos ellos se da preferencia a alguno pero siempre tratan de alguna manera equil ibrar correctamente todos los factores.

Los diseños actuales en general permiten dar solucio­nes prácticas bastante aceptables para los pavimentos comunes. En este apartado no se pretende dar una recopilación exahustiva de la gran cantidad de métodos que se uti l izan, sólo se presentará un breve resumen de unos de los métodos más usuales cuando se util iza el

CAPITULO 9

Consideraciones de diseño

suelo-cemento como base o subbase. [174• 179• 1 8º· 183• 185• 1 87, 189, 1 91 , 1 93, 195 y 196)

9. 1.1.-EQUIVALENCIA DE ESPESORES.

Bastantes consideraciones de diseño se basan en el supuesto de que "existe suficiente comprobación experi­mental11 de que el espesor de una base granular usual equivale a unos 0.50 a 0.75 veces el espesor de una base de suelo-cemento.

La mayor parte de los estudios relativos a equivalen­cias de espesores han sido experimentales. Las re­comendaciones para las equivalencias están basadas en resultados de comportamientos de los materiales obteni­dos en pruebas realizadas sobre carreteras experimen­tales y en servicio.

Un estudio experimental en donde ha sido comparado, en forma por demás bastante completa, el cqmpor­tamiento de las bases estabilizadas con otros tipos de bases, fue el ensayo realizado por la AASHO en bases de grava, piedra picada, suelo-cemento y asfálticas. La �quivalencia de ciertos espesores de suelo-cemento re­sultó ser un poco superior a 1 .5; esto es, que un cen­tímetro de suelo-cemento es equivalente a algo más de 1 .5 centímetros de una muy buena base de piedra tri­turada.

Sin embargo, la PCA presenta una gráfica que muestra que no existe una equivalencia constante (véase figura 7.21 , pag.40) . Para espesores muy pequeños es cercano a uno y para espesores mayores de 1 7.5 cm la equiva­lencia es mayor de 1 .5; por lo que se considera que la suposición de una equivalencia más o menos· constant� de 1 .5 propuesta anteriormente requiere una revisión a fondo.

59

CCNSIDERACIONES DE DISEÑO

La importancia en el manejo de las equivalencias dé espesores radica en la posibi lidad de aplicar cualquier método de diseño de espesores, para después hacer la transformación correspondiente de piedra triturada usual a esoesores equivalentes de suelo-cemento. En esta forma se logra una gran simpl ificación en el diseño de pavimentos.

9. 1.2.- METODO DE HVEEM Y CARMANY.

En primer término este método considera que el com­portamiento de una base de suelo-cemento será el de un pavimento semiflexible. Dos propiedades de los suelos, principalmente, controlan las deformaciones excesivas: la resistencia por fricción y la cohesión. Para relacionar estos parámetros con las cargas superficiales los autores

. ' fº 1 t' t · 1 1 [ 178 18 1 y 1 82] proporcionan gra 1cas re a 1vamen e senc1 as · .

i...a fórmula propuesta fue obtenida en forma semiem­pírica y está basada en la experiencia del laboratorio y el comportamiento de la obras puestas en servicio.

La fórmula resultante es:

k * IT * ( .90 - R ) e =

Donde:

L C = 2 W * ( 0.20 * H + 0.044 * H )

Pv, Ph y D se obtienen del ensayo con el estabilómetro.

e = espesor del pavimento.

k = 0.095. Calculada para una carga por rueda de 2210 kg y 4.9 kg/cm2 de presión de inflado.

IT = índice de tránsito.

c = valor medido en el cohesiómetro.

Pv = presión vertical aplicada ( 1 1 .3 kg/cm2 )

Ph = presión horizontal originada por Pv.

D = número de revoluciones de la bomba para incre­mentar la presión en el estabilómetro desde 0.35 hasta 7.0 kg/cm2·

L = carga de rotura en gramos, obtenida en el cohe­siómetro.

W = diámetro de la probeta en pulgadas.

H = altura de la probeta en pulgadas.

60

SUELO-CEMENTO

9.1 .3.- METODO DEL INSTITUTO NORTEAMERICANO DEL ASFALTO.

El método está expresamente orientado al diseño estruc­tural de pavimentos asfálticos integralesl2591, pero puede emplearse para el diseño de pavimentos de suelo-ce­mento mediante la utilización de factores de equivalencia debidamente seleccionados1188 Y 1 951•

En esencia, la información requerida para el diseño es

1 .- Datos:

a) Tránsito:

- Tránsito promedio diario inicial, en ambos sentidos, incluyendo la determinación de los respectivos porcenta­jes de autómoviles, vagonetas y camiones.

- Distribución del tránsito en cada dirección.

- Distribución del tránsito en cada carri l de las calzadas, y para cada dirección cuando sea necesario.

- Distribución de cargas por ejes, discriminándolas para ejes sencil los y ejes en tandem.

- Crecimiento anual del volumen de autobuses y del de camiones pesados.

- Período de diseño del pavimento.

b) Subrasante: Capacidad de soporte, medida por: el ensayo del valor relativo de soporte sobre muestra saturada (C.B.R.),la prueba de placa, o por el estabilómetro de Hveem

c) Materiales de construcción:

Se considerará la factibil idad técnica de realizar

los conceptos siguientes de construcción y el costo unitario para cada uno.

- Concreto asfáltico mezclado en planta.

- Concreto asfáltico mezclado en el lugar.

- Tratamientos superficiales.

- Macádam de penetración.

- Base granular de buena calidad.

- Base granular de inferior calidad (subbase) .

- Base granular estabilizada con asfalto.

- Base granular estabilizada con cemento.

- Base de arena-asfalto.

d) Planeación de la construcción:

- Período de tiempo entre cada una de las etapas su cesivas de la construcción.

SUELO-CEMENTO

2.- Análisis del tránsito:

a) Tránsito promedio diario inicial.

Mediante conteos directos o estadísticos, se establece el número promedio diario inicial de vehículos que se espera transiten por la vía durante el primer año de servicio, contándose en dos direcciones cuando así se amerite. Este valor debe discriminarse de acuerdo a su rlistribución por v_e�_í9ulo: automóviles, autobuses y camiones.

b) Distribución direccional del tránsito.

Por medio de conteos o proyecciones estadísticas se determina la distribución del tránsito en cada dirección, tanto para el volumen total como para cada uno de los tipos de vehículos. En circunstancias normales, la dis­tribución del tránsito es aproximadamente igual en ambas direcciones.

c) Distribución del tránsito por carril.

A través de conteos o de estimaciones se establece la distribución del número de vehículos que transitarán por cada carri l .

d) Cálcu lo del número de vagonetas y de camiones que transitarán por el carril de diseño.

Con base en los datos obtenidos anteriormente se estiman el número de vagonetas y de camiones, que se esperan como promedio diario durante el primer año de vida del pavimento.

e) Crecimiento anual del tránsito.

Se estima util izando proyecciones estadísticas para cada tipo de vehículo.

f) Período de diseño.

De acuerdo a las necesidades se establecerá el período de diseño.

g) Factor de conversión por autobus y camión.

Con el propósito de reducir a un factor común la influencia de los distintos tipos de vehículos se ha adop­tado un patrón de medida, que es la carga de 8.2 ton por eje sencil lo.La conversión de un volumen determinado a número de cargas patrones equivalentes se hace por medio de los factores por autobuses y factor por camión.

h) Cálculo del número para diseño del tránsito.

3.- Análisis de la capacidad de soporte de la subrasante.

El nomograma para el diseño del espesor de pavimen­tos sugerido por el Instituto Norteamericano del Asfalto exige la evaluación del CBR sobre muestras saturadas previamente, prueba de placa o estabilómetro.

CONSIDERACIONES DE DISEÑO

4.-Cálculo del espesor del pavimento considerándolo integral.

Se obtiene por medio de nomógramas proporcionados por el Instituto Norteamericano del Asfálto l2501 con los resu ltados .del CBR o prueba de placa o del esta­bilómetro, así como de los datos del tránsito obtenidos previamente.

5.- Cálculo de distintos tipos de base.

Como casi nunca es práctico construir todo el espesor del pavimento con concreto asfáltico, el método permite cambiar parte del espesor por uno equivalente de otro material, dando los criterios respectivos. Contempla las bases siguientes:

i.- Bases de arena-asfalto.

i i .- Bases de macádam bituminoso o bases granulares estabilizadas con asfalto.

i i i .- Bases granulares no tratadas.

iv.- Bases granulares tratadas con cemento.

v.- Bases de suelo-cemento (factor de equivalen­cia = 1 .3).

6.- Calidad de los materiales de construcción.

El método exige ciertas normas de calidad de los diferentes materiales que se utilizarán:

El control de calidad de la construcción es un presu­puesto en que se basa todo método de diseño, pues de nada valdría un diseño cuidadoso si la construcción se realiza con métodos o materiales inadecuados.

7.- Análisis económico.

Se deberán analizar las alternativas de diseño, to­mando en cuenta todos los costos de inversión, in­cluyendo el de operación.

9. 1.4. - METODO DE I.A PORTI.AND CEMENT ASSOCIAT/ON DE LOS EVA.

Los requisitos que debe cumplir la mezcla de suelo-ce­mento

son los de DU RABIL IDAD exigidos por la PCA. Asimismo se exige que la construcción se haga atenién­dose a normas reconocidasl177• 184• 186 Y 1 921·

1 .- Fundamentos principales.

i) El número de .repeticiones de carga que produce la fal la del pavimento es función del radio de curva­tura en flexión.

ii) El comportamiento debido a la fatiga varía amplia­mente de acuerdo al tipo de suelo usado en la mezcla.

,:: -1 U I

CONSIDERACIONES DE DISEÑO

Tabla 9.1 . Coeficientes de consumo de fatiga. P.C.A .

CARGA POR EJE SUELO-CEMENTO SUELO-CEMENTO (ton) Tipo granular Tipo granular con

finos EJES SIMPLES

1 3.6 12 500,000.0 3,530.0 1 2.5 1 270,000.00 1 , 1 30.0 1 1 .8 1 1 3,000.0 337.0 1 0.9 8,650.0 93.0 1 0.0 544.0 23.3 9.1 27.0 5.2 8.2 1 1

7.3 0.250 0. 1 600

6.4 .0004 0.0200

5.4 0.0018

EJES EN TANDEM 22.7 1 2 500,000.0 3,530.0

21 .8 3 21 0,000.0 1 ,790.0 20.8 792,000.0 890.0 20.0 1 86,000.0 431 .0 1 9.0 41 ,400.0 203.0 1 8. 1 8,650.0 93.0

1 7.2 1 ,690.0 41 .1

1 6.3 305.0 1 7.5

1 5.4 50.4 7.1 1 4.5 7.5 2.74

1 3.6 1 1 1 2.5 0.1 200 0.341 0 1 1 .8 0.01 20 0.1 070 1 0.9 0.001 0 0.031 0 1 0.0 0.0081

9.1 0.001 8

Fuente: PORTLAND CEMENT ASSOCIA TIONll77l

SUELO-CEMENTO

TABLA 9.2 Espesores de carpeta asfáltica ESPESOR DEL ESPESOR ESPESOR MINIMO

SUELO-CEMENTO RECOMENDAD DE CARPETA (cm) DE CARPETA (cm)

(cm) 1 2.5 - 1 5 2 - 4 TBSS*

1 7.5 4 - 5 TBSD 20.0 4 - 6.5 2.5 22.5 5 - 7.5 5

*TBSS = Tratamiento asfáltico superficial simple. **TBSD = Tratamiento asfáltico superficial doble.

Fuente:PCA 11771

- Suelos finos: A-2, A-2-7, A-4, A-5, A-6 y A-7.

2.- Procedimiento del método.

Los parámetros que intervienen son:

a) Capacidad de soporte de la subrasante. Evaluada por medio de su módulo de reacción, K, determinado por el ensayo de placa (especificación AASHO T 222-62).

b) Período de diseño.

c) Tránsito.

d) Calidad del suelo-cemento.

Por tal motivo se acordó dividir los suelos én dos grupos: granulares y finos. De acuerdo con la clasi­ficación AASHO son:

Esta calidad del suelo-cemento se mide por su resis­tencia a la falla por fatiga, tomando como "unidad de consumo de fatiga" la correspondiente a mil ejes sencillos de 8.2 ton. En función de ésta unidad se ha cuantificado el consumo de fatiga ocasionado por las d istintas cargas de eje sobre el suelo-cemento granular o sobre el suelo­cemento fino. Los valores de estos coeficientes se mues­tran en la tabla 9 .1 . Basta para ello multiplicar el número esperado de repeticiones de cada eje (tomado en milt�s) por su cor�espondiente coefiCiente de "consumo de fa­tiga" para obtener el 11Factor_fatiga11 de tal eje. La suma de los factores de fatiga por eje proporciona finalmente el "Factor Fatiga del Pavimento de sue lo-cemento".

e) Espesor de la capa de suelo-cemento.

- Suelos granulares: A-1 , A-3, A-2-4 y A-2-5.

TABLA 9.3 Relaciones entre tioos de suelo y valores de módulos de reacción Tioo de suelo Reacción de la subrasante CBR % Valor de R(estabilómetro) Valor de k, oci Granulares con finos; BAJA 3 a 6 20 a 30 1 00 a 1 50 donde predomina el limo y la arcilla. Arenas mal graduadas y MEDIA 7 a 1 0 30 a 45 1 50 a 220 suelos predominantemente arenosos donde existen cantidades moderadas de arcilla v limo. Gravas. Arenas bién ALTA mayor de 1 0 más de 45 más de 220 graduadas y mezclasgravas y arenas relativamente libres de finos.

Fuente: Portland Cement AssociationU77J

62

SUELO-CEMENTO CONSIDERACIONES DE DISEÑO

f3RAFICAS PARA EL DISEÑO DE ESPESORES DE CAPAS DE SUELO·CEM_ENTO P.C.A.

SUELOS GRANULARES SUELOS FINOS

21 .. .__...-"hn--.+-

5 20 .,_.....__"'-"="'��,..........+..-"'T+.i'....._� � 1 9 �.....+>-..;--fl.-�-"i <( " � o 1 8 .-...-" ....... ��� ............ rt-")....+..:=,-�. � ' w 1 1 ���.,.,. o � 1 6 ��..__��-en � 1 5 ....-�-->.-,--...:

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1 4 t-tT-r"�k"-�-J-t----h��-d-�

' ........ 12 ' :-...... 4.0 5.0 6.0 6.5 2.5 3.0 4.0 5.0 6.0 6.5 '

VALORES DE K. kg/cm3 VALORES DE K, kg/cm3

Fig. 9.1 Monogramas para el diseño de espesores de suelo-cemento en pavimentos. PCArm1.

La figura 9 . 1 permite determinar el espesor total en función del módulo K de la subrasante, del factor fatiga del pavimento y del tipo del suelo-cemento (hecho con suelo grueso o fino).

f) Recubrimiento asfáltico.

Como norma general , el suelo-cemento debe estar provisto de un recubrimiento que sirva como capa de rodadura y lo proteja de la erosión causada por el agua y de la abrasión producida por las l lantas en el movimento y la frenada de los veh ículos. Por otra parte, la colocación de un recubrimiento asfáltico contribuye a mejorar la capacidad estructural del pavimento y permite, por tanto, reducir Al espesor calculado de acuerdo con la fígura 9.1 proporcionada por la PCA, o bién por otro criterio. En la tabla 9.2 se indican las recomendaciones de espesores para la carpeta asfáltica de la PCA.

9.1.5.-METODO DE LA PCA PARA EL DISEÑO DE ESPESORES EN ZONAS QUE SOPORTARAN TRAFICO MUY PESADO DEL TIPO INDUSTRIAL.

La Portland Cement Associationl234J p resenta un método aplicable solamente para suelos granulares. En ·sintésis en primer término se establecen dos (o más) áreas :

1 .- Areas de tráfico con cargas pesadas normales.

1 1 .- Areas limitadas en donde se concentraran carg.)s pesadas o habra tráfico intenso.

El cálculo se hace utilizando los datos siguientes:

1 .- Reacción de la subbase y subrasante.

La influencia de la subrasante y subbase se mide en terminas del módulo de reacción de Westergard, k,que se obtiene de pruebas de placa hechas en el lugar.

63

CONSIDERACIONES DE DISEÑO SUELO-CEMENTO

8 º·

REPETICIONES DE CARGA 8 C!. 8 �

PARA RUEDAS METAUCAS Y EJES SENCILLDS

N

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Fig. 9.2a Monograma para el cálculo de espesores para cargas pesadas. P.C.A l2341

Cuando el tiempo o la falta de equipo no permite hacer pruebas entonces se pueden util izar valores aproxi­mados, como los que se presentan en la tabla No. 9.3.

2.- Período de diseño.

Se elige el período de diseño adecuado.

3.- Tráfico.

a) Espectativas para el período de diseño de los pesos y volúmenes que transitarán en el área.

- Determinación de tráfico diario.

- Proyección del tráfico a futuro.

- Determinación de la distribución de las probables cargas por ejes.

- Cálculo del factor fatiga.

b) Configuración de los vehículos pesados.

- Espaciamiento entre ejes y ruedas.

- Areas de contacto de las ruedas.

4.- Cálculos.

Se utiliza la ayuda de los nomogramas de la fígura 9.2.a y 9.2.b para el cálculo de las espesores de las

64

50

45

� 40 c. u) w ....J ID o � 35 <( o w ::> a: (1) :5 30 w o o 1-z w � 25 ü <( D. en w

20

15

VEHICULOS CON EJES DOBLES

"' 0.85 espesor bislco del suelo-cemento. pul� l

\ . · 1 · · r · '}tW \ , - �r - : -- : . ; . , ,

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• • - 1 ,, '

0.80

0.75

0.70

0.65

0.60

o .55

·O .so o

<( (!) � :5 w o <( ü z w ....J � 5 o w w o a: o � u:

Fig. 9.2b Nomograma para el cálculo de espesores para cargas pesadas. P .C.A. l2341

SUELO-CEMENTO

bases. Para condiciones no cubiertas por estos nomo­gramas se utiliza la fórmula siguiente:

p _ ( 2.1 h - 1 ) 2 E¡,000 -288.2 N º·025 A

.

Donde:

P.- Carga por rueda en kips.

h.- Espesor en pulg.

E .- Módulo de elásticidad en psi.

. N.- Número de apl icaciones de las cargas.

A = [1 1 .66 - 1 0.47 log k - 20.875 log a +

+ 1 0.47 log E + 31 .41 log h]

k.- Módulo de Westergard en pci.

a.- Area de contacto en sq.in.

Para condiciones de carga más complejas será nece­sario acudir a métodos numéricos, programas de compu-

CONSIDERACIONES DE DISEÑO

TABLA No. 9.4 Espesores utilizados frecuentemente en los E.U.A. Portland Cement Association

TIPO DE PROYECTO ESPESOR DE LA BASElcmt Tránsito ligero con subrasantes de buen apoyo y condiciones favorables. Caminos secundarios, calles residenciales y aeropistas de tránsito liaero. Carrete.ras estatales de tránsito liaero .

Zonas de tránsito cesado. Aerooistas�

Fuente: PCA 11771·

1 0 - 1 2.5 1

1 5

1 0 - 20

>22.5 25 - 37.5

tadora [packard] o cartas de influencia elaboradas [pick­ett, etc.].

La superficie protectora del recubrimiento asfáltico es de 2.5 a 7.5 cm.

PROTECCION DE TALUDES EN PRESAS CON CAPAS DE SUELO-CEMENTO

RELACION ENTRE ESPESORES, ANCHOS Y PENDIENTES DE PROTECCIONES PARA EMBALSES.

(JI 1 2 UJ a: z 1 1 UJ :i 10 ;1 !Z 9 2 � 8 :e � 7 o ::¡ 6

5

4

Portland Cement Association

--v = 20 cm

- - v = 15 cm 3 .1---.---.---r--r---.,.----.---r--r---r--i---r--r---f

1 .0 1 .2 1 .4 1 .6 1 .8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 3.4 3.6

.ANCHO MINIMO NORMAL TALUD, EN PIES

Fig. 9.3 Gráfica para determinar la relación del espesor vertical al normal del talud. PCA l21 01

65

CONSIDERACIONES DE DISEÑO SUELO-CEMENTO

40' n . ... . �5 :-;:J I

TERRAPLEN

PRESA CASTAIC (caJif.) PRESA MERRIT (Neb.)

f QIBUJOS FUERA DE ESCAIA

TERRAPLEN

PRESA UTE (N. M.)

Fig. 9.4 Protecciones de sueJo-cemento contra el efecto de oleaje en talüdes de presas l177J

9.1.5.- EL CATALOGO FRANCES.

En Francia han optado por hacer un catálogo de proyectos que se adaptan adecuadamente a sus partícu­lares medios l245l_ El catálogo es la sintésis de proyectos previos que les han dado buenos resultados durante su operación. El énfasis principal lo ponen en: a) el control de calidad rápido, oportuno y correcto; b) el conocimiento cabal de las propiedades de los materiales; y c) el cono­cimiento de las condiciones de ejecución de las obras. Por otro lado, impulsan la investigación y estudian un buen número de nuevas soluciones posibles para ser aplicables.

En México es tal la diversidad de medios naturales y condiciones cl imatológicas que la uti l ización de un catálogo de soluciones definitivas para todo e l país se ve muy difícil , al menos inicialmente.

9.2.- ESPESORES COMUNES EN PAVIMENTOS.

La PCA señala que para tráfico moderado las bases de suelo-cemento son de unos 1 5 cm. Para tráfico ligero el

66

espesor se reduce a unos 1 2.5 cm. Para tráfico muy ligero, tales como áreas de estacionamiento de automó­viles, el espesor promedio es de 1 O cm. Para tráfico pesado se usan comúnmente espesores mayores a 20 cm.

En los E.U.A. muchas de las bases de los pavimentos en servicio son de 1 5 cm de espesor. Este espesor ha funcionado satisfactoriamente para carreteras secun­darias, calles y aereopuertos de tráfico ligero. Muchos kilómetros de pavimentos con 1 7 a 20 cm de espesor en su base están en c::orvicio de autopistas y carreteras secundarias de tráfico pesado. Los pavimentos de ca­rreteras con bases de 23 cm o más no son numerosos pero varios aeropuertos han sido constru idos con espesores mayores de 23 cm. Por otra parte, se han hecho un buen número de pavimentos con bases desde 25 hasta 80 cm para zonas con tráfico industrial muy pesado. En la tabla 9.4 se muestran los espesores más comunes, según la Portland Cement Association.

En Alemania se utiliza un mínimo de 1 8 cm y en promedio 20 cm para las carreteras principales previendo un aumento a futuro de tráfico pesado en las carreteras.

SUELO-CEMENTO

TABLA 9.5 Promedios de cemento util izados en protecciones de taludes de presas. GRUPO DE SUELOS sucs PROMEDIO DEL ASSHTO* ASTM** CONTENIDO

CEMENTO, % en oeso***.

A-1 -a GW, GP, SW y SP 7 A-1 -b SW, SP, GM, SM y 8

GP A-2 GM, SM, GC y se 9 A-3 SP 1 1 A-4 ML, OL, CL, SM V se 1 2 A-5 ML v OL 1 2

* AASHTO M 1 45 (Los suelos A-6 y A-7 n o s e utilizan e n protección) ** ASTM D2487 *** Se considera cemento Portland tiP.O 1 Fuente: Portland Cement Associationl177J. LOS VALORES ANTERIORES SOLO DEBEN UTILIZARSE COMO GUIA

En Holanda es común uti1izar de 1 O a 1 5 cm para tránsito gero, de 1 5 cm para tránsito . medio, y de 20 a 30 cm para pesadol104J. _

En el año de 1 959, la Highway Reseach Board . :::;omitee on Soil cement Stabilization h izo un estudio por medios de cuestionarios que envió a 50 estados de los E.U .A. y a 25 países más. Todos los consultados respon­dieron que la máxima capa compactada de una sola vez era de 20 cm {811).

9.3.- CONSIDERACIONES GENERALES PARA EL DISEÑO DE PROTECCIONES DE · TALUDES EN PRESAS.

Las protecciones contra la erosión por el agua en Jo� taludes de las presas pueden hacerse con capas de suelo-cemento. Las proteciones ligeras con espesores de 1 5 a 30 cm, que recubren a lo largo .y ancho la cara, se utilizan únicamente cuando el em�e . tiene un fetch

· efectivo no mayor de 300 m (21 0] . Para embalses gran­des es usual tender capas horizontales superpuestas· de 2.1 o a 2. 70 m de ancho y de 1 5 a 20 cm de espesor-como mínimo, que permiten tener un recubrimiento efectivo de 40 a 75 cm, perpendicular a la superficie cjel talud.

Una amplia variedad de suelos pueden usarse. Para · máxima ecoonomía y construcción más eficiente se re­comienda que el suelo no contenga material retenido en la malla de 2 pulg. ; que al menos el 55 % del material pase la malla No. 4; y que entre el 5 y 35 % pase la malla No. 200.

El equipo normal de construcción se usa para colocar y compactar las capas horizontales (véase figura 9.4). Es conveniente tomar las medidas adecuadas para proteger los extremos superior e inferior, también a ambos lados,

CONSIDERACIONES DE DISEÑO

de las capas de suelo-cemento contra los efectos de erosión concentrada de las corrientes del agua.

Como ayuda de diseño para el cálculo de espesores la PCA presenta la figura 9.3 que se muestra a con­tinuaciónl1771.

Para el diseño de la mezcla se utilizan las pruebas de laboratorio usuales para hacer las mezclas, aunque se toma la providencia de agregar un 2 % más de cemento en las partes más expuestas. Véase tabla 9.5 que sirve unicámente como guía.

Como la capa de suelo-cemento es bastante imperme­able una subida rápida del nivel del agua puede producir una presión ascendente que la empuje hacia arriba y la dañe, por lo que se deben tomar medidas adecuadas como pueden ser: dar peso suficiente a está capa para que el empuje del agua no la pueda levantar, proveer drenajes para disminuir las presiones del agua y colocar capas suficientemente permables abajo de la de suelo­cemento.

Los métodos de construcción para construir, colocar en el sitio y utitizar plantas centrales han sido usados con exito. La PCAr1 981 indica que el método de laplanta'centraJ da · una más rápida producción de material y permite un mayor control 'de las operaciones de mezclado, Jo que en general es deseabte para este tipo de obras.

Se recomienda tener especial cuidado para lograr que las diferentes capas liguen adecuadamente. En general, en unas tres horas después de la compactación, se escarifica totatmente la cara superior hasta unos 6 mm de profundidad. El material suelto y laminado se retira inmediatamente. Se rocía con cemento seco la cara superior con 1/2 kg por metro cuadrado, inmediatamente antes de colocar 1a capa siguiente. El tiempo de coloca­cjón de las diferentes capas debe ser el menor posible.

9.4.· BORDOS DE PRUEBAS.

Al menos hasta que se logre adquirir la experiencia suficiente para cumplir cabalmente los . requisitos de diseño, frecuentemente será muy conveniente para obras importantes construir - en el siHo . de la obra tramos de prueba que permitan tomar en cuenta, de la mejor

· manera:· la sensibilidad de los factores significativos re­queridos para el diseño; la probable variación de las características de los suelos disponibles; la importancia, tipo y tamaño de la obra. Las informaciones obtenidas en un prototipo permitirán sentar luego, firmemente, las con­;lusiones en proyectos ejecutivos.

Los tramos de prueba se construyen a partir de un diseño preliminar y de su observación se puede obtener entre otros:

- El largo y ancho de los tramos por construir, en partes, en el cuerpo del terraplen.

67

CONSIDERACIONES DE DISEÑO

- El espesor conveniente de ias capas por tratar y compactar.

- El contenido de agua conveniente para hacer las mezclas.

- La forma correcta de agregar el agua.

- La forma correcta de dosificar y agregar el cemento y los aditivos.

- La forma conveniente de compactar la mezcla con el equipo disponible.

- Procedimientos eficaces para la liga adecuada entre capas y tramos.

- Procedimientos eficaces para construir adecuada­mente las juntas frías.

68

SUELO-CEMENTO

- La·· forma adecuada de hacer la explotació n , tratamientos, transportación y colocación de los suelos.

- La efectividad de diferentes aditivos.

- Las características físicas de proyecto para los ma-teriales que se emplearán.

El análisis de los resultados obtenidos en el campo y en el laboratorio permitirá concretar con seguridad el diseño definitivo, el procedimiento de construcción, los controles de calidad, las normas y especificaciones. Ásí mismo permitirá diseñar la instrumentación para prevér dificultades y conocer el comportamiento de la obra du­rante su vida úti l de servicio.

CAPITULO 1 0

Construcción de pavimentos

1 0. 1 .- OPERACIONES CONSTRUCTIVAS.

El procedimiento de construcción merece ser cuidadosa­mente meditado para lograr la máxima eficiencia y certeza de éxito. Las dimensiones de las secciones por construir deberán estar acordes con la disposición del equipo, mate­rial y personal, así ' como de las características de los diferentes suelos y de las condiciones climatológicas. Con-

. viene que sea lo suficientemente flexible para adaptarse a los casi seguros cambios de los materiales de los bancos y de sus contenidos naturales de agua. Deberá tomar en cuenta que la presencia de grumos y el exceso de boleas, gravas y finos, junto con el arado, mezclado, secado y humedecimiento de los materiales, entre otros, definirán los tiempos y costos de los tratamientos que se harán.

Debe asegúrarse que estén bien establecidos en el proyecto los l ímites de los diferentes tipos 'de suelos en los bancos que se util izarán, con sus respectivas especi­ficaciones, calendarios de ejecución, cantidades de ma­teriales y demás datos indispensables.

Las principales operaciones constructivas después del levan-tamiento topográf1CO y de los trabajos iniciales nonnales son:

a ) Corrección de zona flojas de la subrasante.

b ) Preparación inicial:

- Limpia de la zona.

- Perfilar las terracerías transversal y longitudinalmente.

- Escarificar.

- Pulverizar el suelo.

- Prehumedecer el suelo si fuese necesario.

- Reperfilar.

c ) Proceso de mezclado. Cuando se hace con pre-mezclado o mezclado en el sitio:

- Dosificación del cemento.

- Dosificación del agua.

- Distribución del cemento en sacos o a granel.

- Aspersión del cemento .

- Aplicación de agua.

- Mezclado de los materiales.

- Colocación.

- Compactación.

- Acabados.

d) Trabajos de compactación.

e) Construcción de juntas.

f ) Trabajos para la liga entre diferentes capas.

g) Realización de curados.

h) Pruebas .de laboratorio para controlar la calidad. /

i) Control general:

1 0.2.- METODOS COMUNES DE CONSTRUCCION

Existen básicamente tres métodos por medio de los cuales se puede pulverizar, mezclar y colocar el suelo-cemento11971:

·

1 .- Mezclado en el lugar.

2.- Premezclado.

69

/

CONSTRUCCION DE PAVIMENTOS

3.- Por medio de plantas mezcladoras viajeras. En general, por economía y rapidez se acostumbra a usar

principalmente el método de 11mezclado en el lugar11• El método de 11premezclado11 permite un mayor control sobre el producto y es recomendable cuando se tienen préstamos no muy lejanos. El método que requiere de las 11plantas mezcladoras viajeras11 necesita maquinaria bastante cara por lo que sólo se justifica económicamente para grandes obras.

10.2. 1.- MEZCLADO EN EL LUGAR.

a ) Construcción en terreno plano: Una vez que se ha preparado la zona de trabajo y se

ha conformado el camino longitudinal y transversalmente, se procede a escarificar y a pulverizar el suelo, pre­humedeciéndolo si es necesario. Después se vuelve a conformar el suelo ya preparado. Sobre éste se coloca el cemento, bien sea a granel por medio de máquinas que lo distribuyan equitativamente en una franja de unos 1 00 a 1 50 m de largo y con un ancho igual al de las .máquinas; o se d istribuye con sacos de cemento igualmente espaciados tanto en sentido longitudinal como transver-

. sal. A continuación se aplica el agua y se hace la :mezcla con el equipo apropiado. La mezcla se tiende y afina hasta · dar el espesor de proyecto. Inmediatamente des­pués· se procede a hacer la compactación, de tal manera que una vez aplicada el agua no pase más de dos horas para terminar completamente el proceso, a fin de evitar el fraguado anticipado del cemento. La construcción se hace en franjas sucesivas hasta obtener el ancho de proyecto. Finalmente se escarifica y limpia la superficie y se hace el acabado, procediéndose a efectuar el curado

· (véase la· fig. 1 0.1 ) . La d iferencia pr inciP.al e ntre uti l izar máquinas

mezcladoras con ejes múltiples o. con ejes sencillos, es que ·

con éstas últimas en general será necesario hacer \lanas ·pasadas para mezclar adecuada�e.nte (véase figyrá . � 0.3) .

.. . b ). Construcción con cabattetes.

SUELO-CEMENTO

doras y las restantes paletas se encargan de completar la mezcla. El suelo-cemento ya mezclado se deposita en un nuevo caballete y rápidamente se distribuye con una motoniveladora. Si se va a util izar un rodil lo 11pata de cabra11 para la compactación, se afloja previamente la mezcla con un cultivador. Hecho esto el material está en condiciones para ser compactado i n mediatamente. Cuando se trabaja con dos caballetes, después que la mezcla ha progresado de 1 00 a 1 50 m as lo largo de uno de el los, la máquina retorna para mezclar el otro en una longitud de 200 a 300 m. (Véase figura 1 0.2).

10.2.2. - PREMEZCLADO.

Cuando se util iza una planta fija de flujo continuo o también por bachadas, el cemento se mezcla con el suelo y luego es llevado a la planta mezcladora, que consta de protecciones para evitar la pérdida del cemento por el efecto del viento. El agua, suelo y cemento correctamente dosificados por peso se mezclan en la planta. La forma en que se aplica el agua y se hace la mezcla dependerá del equipo usado. En seguida con vehículos se tleva rápidamente la mezcla para ser colocada y compactada lo más pronto posible.

·

1 0.3.- TERMINADOS.

Existen bastantes métodos para lograr una terminación aceptable. Estos dependerán del equipo disponible, con­diciones · de trabajo y características de1 suelo. Jnde­p e n d i e nte m e nte d e l método u s a d o , u n a b u e n a compactación cercana . a la . humedad óptima y l a remo-

. ción de planos y partes Hojas tenderán a producir una buena term4nación.

La stiperfieie deberá quedar tersa, densa y Hbre de asperezas, ptedras y grietas.

10.4.- COMPACTACION . . . . . · .

Una vez que s� h� .prepar�do el �ueio, se form�1co�

·el · La compactación se .debe. i·nlciar lo más pronto posible

mtSmo un caballete ut1hzando para ello una motohjv�la(jora: . -:.·después del humedéeiniiento de la mezcla. . En �ida, so�re .el cabaHete se arrastra ·un. emparejádO.r

. · pa�forniar su sección transversal. Esto sehaée porctÜe

los caballetes de seceiones desiguales propician ,cfiferen- . cias en los contenidos de humedad y de cemento� así como variaciones en el espesor de la capa temiinada.

El número y sección de los caballetes es una función de su ancho, espesor de la base y de la capacidad de la máquina usada para el mezclado. Generalmente seran necesarios dos o tres caballetes. El cemento se coloca sobre la parte superior del caballete,ya sea distribuido a granel o en bolsa. A continuación la máquina mezcladora levanta el suelo y el cemento, que son mezclados en seco por las primeras paletas del tambor mezclador. En seguida se incorpora el agua mediante boquillas distribui-

70

. Ül 'cpmpadación se hace en forma simi�ar a la que se h�.ría si los suelos no contuvieran cemento, pero de preferencia $e usan los . rodi l los . patas de cabra por el beneficioso efecfo de amasado que producen. En gene­ral, se utilizarán:

- Rodillos pata de cabra para suelos predominante­mente arcillosos o l imosos.

- Rodillos neumáticos o patas de cabra para suelos arenosos con finos.

- Rodil los con sistemas vibratorios acoplados para suelos predominantemente granulares. ·

- Rodillos lisos simples para los acabados.

SUELO-CEMENTO

Alea da giro

Curado

E �

0 @ Sección

terminada• 1

2 TROCHAS

l 1 ¡ . Marcha Marcha

atrb atrb 1

i 1 t

<D � @ �cl6n

terminada 1

3 TROCHAS

CONSTRUCCION DE PAVIMENTOS

E o 11)

:;¡; J

Fig. 1 0.1 O peraciónes de con:� trucción por capas de suelo-cemento. P.C.A. l1 97J

1 0.5.- CURADO.

La mayoría de los suelos-cementos se curan con riegos asfálticos; aunque otros materiales como papel, plásticos, arena húmeda, etc., pueden dar,resultados satisfactorios. Lo importante es hacer el curado completo y adecuado, ya que tiene mucha influencia en la calidad del producto terminado.

1 0.6.- J UNTAS DE CONSTRUCCION.

Las juntas de construcción y los bordes de l pavimento son puntos críticos en una base de suelo-cemento. Debi­do principalmente a la dificultad de lograr una l iga efectiva

dél material nuevo con el viejo en esas áreas.Se presen­tan tres tipos de juntas constructivas:

1 .- Junta longitudinal adyacente a la zona de suelo-ce­mento parcialmente endurecido durante la construcción.

2.- Junta longitudinal adyacente a la zona de suelo-ce­mento totalmente endurecido durante la construcción.

3.- Junta transversal de construcción l imitada por suelo-cemento ya endurecido.

El material próximo a las juntas deberá de pulverizarse completamente, mezclarse con cemento, humedecerse

71

CONSTRUCCION DE PAVIMENTO�

INICIO

Area de giro

2 CABALLETES

.. -- - - - - - - - -- - - - - --- - - - -� ==-----_-_-_-_:-_-_-::== . = -=- - -:_-----=-�-=-:.. 3 CABALLETES

�� �10!>-150 M 210 · 300 M i

Fig. 1 0.2 Operaciones de construcción utilizando caballetes, Suelo-cemento. P.C.A. l197J

1 0.7.- EQUIPO.

SUELO-CEMENTO

y compactarse enérgicamente, para mejorar el fun­cionamiento de las juntas.

Durante la construcción, al final de cada día de trabajo, quedarán pendientes juntas transversales y longitudinales que al comienzo del siguiente día se atacarán. Es común preparar las juntas utilizando las cortadoras de las máquinas.

Para evitar innecesarios costos por retrasos, conviene checar cuidadosamente el equipo hasta asegurarse que está en buenas condiciones para operar.

Al inicio del día y las labores la junta se l impia y prepara y se empieza a colocar el material para la compactación. Se acostumbra dejar ligeramente más alta la superficie cercana a la junta al principio, para al final del d ía volver a recompactar y dejarla al mismo nivel.

72

El equipo principal es:

1 .- Máquinas mezcladoras viajeras:

a.- Tipo para operar en suelo plano:

- Mezcladoras de eje sencillo.

- Mezcladoras de ejes múltiples.

SUELO-CEMENTO CONSTRUCCION DE PAVIMENTOS

área de giro

2 TROCHAS l-·-1-- -�-: - ----�---! . @ 1

3 TROCHAS

tJF----!---FF--!---± 1 240-450 m n 1 ,,

Orden de traba) o para la con11truccl6n con mezc1ae101 a:

Fig. 1 0.3 Operaciones de construcción utilizando mezcladoras, suelo-cemento. P.C.A. r1 971

b.- Tipo para operar con caballetes.

2.- Plantas mezcladoras centrales:

a.- Para operar con flujo continuo.

b.- Para operar con bachadas.

3.- Equipos de tecnología avanzada.

Los equipos están mejorándose continuamente, en el mercado mundial se ofrecen ya máquinas muy rápidas y eficientes. Así, en 1 9aol2051 se ofrece un equipo capaz de colocar �0.5 m3 por hora

Existen en el mercado un buen número de maquinaria de tecnología avanzada que en una pasada realizan el trabajo de humedecimiento, colocación y compactación. Generalmente constan de sistemas mecánicos que revuelven y pulverizan el material, mezclandolo efi­cazmente y adicionándole el agua necesaria, también con diversos dispositivos se agrega el cemento y los aditivos. La mezcla queda extendida en capas uniformes de espesor determinado que se regulan por dispositivos de control. Algunos equipos adicionalmente tienen com­pactadores vibratorios para prqporcionar la compac­tación inicial a las mezclas colocadas.

73

CONSTRUCCION DE PAVIMENTOS

Cualquiera que sea el equipo usado es necesario lograr:

i.- Contenido correcto de agua, mezclado uniforma­mente para obtener el peso seco máximo.

i i .- Contenido de cemento correcto, uniformemente mezclado.

i i i .-Alcanzar el peso específico seco máximo especifi­cado.

La inversión en equipos modernos de gran rendimiento puede ser muy beneficiosa en trabajos masivos y permitir una mas rápida colocación de las capas, pero siempre será prudente revisar s u funcionamiento con de­tenimiento y con las pruebas pertinentes de que no darán problemas serios durante la construcción.

1 0.8.- LIGA ENTRE LAS CAPAS.

Una capa de 20 cm es prácticamente la máxima para el equipo ordinario; menores de 8 cm son inconvenientes. En casi todos los paises 8 cm es el mínimo utilizado 11041 Cuando es necesario tener mayores espesores se recu­rre a construir varias capas.

Se ha observado que las carpetas asfálticas y las capas de suelo-cemento no siempre se adhieren firme­mente a ia capa vecina anterior de suelo-cemento; esta deficiencia, junto con la acción del tránsito ocasionan que se desprendan a veces con relativa facilidad. La mejor forma de evitarlo es hacer que durante la construcción las

� capas se mezclen efectivamente y proceder a compactar rápidamente ya que en unas dos horas la mezcla comienza a endurecer y después de ese lapso las capas frescas no l igarán bien con las antiguas.

Un tratamiento importante se genera cuando el espesor de la capa es grande y debe hacerse por partes. Debe considerarse que sólo si se toman las medidas pertinentes se producirá una l iga adecuada entré una superficie ya endurecida y una fresca; si no se hace así se puede producir el indeseado efecto del "laminado" y una mala d istribucion de los esfuerzosl99l.

I ngenieros argentinos que trabajan en determinados organismos de su país1531 han adoptado como una regla práctica el criterio �de que durante la compactación debe mantenerse la humedad de la mezcla, al menos a su contenido óptimo, d� preferencia a un contenido algo superior. Según ellos las pruebas de laboratorio que hicieron en general mostraron que el contenido de humedad puede estar hasta dos puntos por arriba del óptimo sin que se altere la calidad. Aunque siempre será conveniente revisar el procedimiento-para evitar que se produzcan agrietamientos fuertes y considerar que en suelos con apreciables contenidos de arcilla lo anterior

74

SUELO-CEMENTO

puede dar lugar a una práctica incorrecta y a que la mezcla se pueda pegar al equipo de construcción.

Deben eliminarse costras y terrones que generalmente arrastran los rodillos compactadores y que al haber fra­guado ya no tienen capacidad de unirse firmemente a la capa compactada. El uso de aditivos para facil itar la l iga puede ser muy útil en estos casos'. Según Arman y Dantin (207] la utilización de lignosulfato de calcio y de ácido carboxílico hidroxilatado han sido efectivos para mejorar _

la unión entre las capas.

1 0.9.- SUPERFICIE PROTECTORA.

El suelo-cemento sin superficie protectora tiende a dete­riorarse rápidamente cuando se somete a tráfico intenso; se forman huecos y puede resultar destruido por el uso continuo. Se han encontrado satisfactorias superficies asfálticas de 3 a 7 .5 cm.

La superficie protectora también es útil para disminuir el paso del agua a la capa subrasante a través del agrietamiento natural del suelo-cemento. Además es úti l para sellar la superficie durante el período de curado del suelo-cemento.

1 0.1 0.- CONTROL.

Además del control de campo del cemento aplicado,se deberá comprobar lo siguiente:

- Existencia del equipo en buenas condiciones.

- Inspección de perfiles longitudinales y transversales.

- Existencia de materiales en buenas condiciones.

- Almacenamientos de materiales apropiados.

- Pulverizado correcto.

- Distribución uniforme del cemento.

- Adecuada cantidad de agua.

- Correcta dosificación de cemento.

- Uniformización de la mezcla.

- Se alcance el grado de compactación especificado.

- Cumplimiento de los tiempos de ejecución pro-gramados.

- Correcto espesor de las capas.

- Curado adecuado.

- Reparación inmediata de defectos.

- Revisión de juntas de construcción.

- Correcta liga entre capas.

GENERALIDADES.

1 1 .1 .- CONSTRUCCION DE CALLES.

El procedimiento de construcción y el diseño de las mezclas para calles es fundamentalmente igual al que se utiliza para los pavimentos de suelo-cemento en las carreteras, aunque naturalmente se le da un mayor énfa­sis a determinados aspectos. Por ejemplo, conviene que el procedimiento sea planeado de tal manera que permita concluir completamente en un solo d ía de construcción todo el ancho y largo de una calle. También, debe pres­társele especial atención a:

1 ) la solución de intersección de calles;

2) la hechura de los agujeros para atarjeas, colc:tderas, drenajes, etc.; . �

3) la terminación de l ímites con las aceras y esquinas; y

4) al control topográfico para asegurar los bombeos correctos de las calles para su desagüe.

El procedimiento de construcción que utiliza plantas mezcladorrs centrales es el que más se usa.

La PCAC197J indica que se acostumbra a dar unos 1 5 c m d e espesor a l a base d e suelo-cemento. Aunque, cuando la subbase es bastante buena y el tráfico ligero entonces un espesor de unos 1 2.5 cm es suficiente. Encima se acostumbra colocar un recubrimiento asfáltico de unos 4 cm.

CAPITULO 1 1 . � ....

: .

Construcción de diversas estructuras

1 1 .2.- CONSTRUCCION DE ESTACIONAMIENTOS Y DE AREAS PARA CARGA Y DESCARGA. El procedimiento de construcción es fundamentalmente igual al que se utiliza para los pavimentos de suelo-ce­mento de las vías terrestres. Comúnmente se utilizan espesores de unos 1 5 cm y de 1 2.5 cm cuando la subba­se es buena11971• Es importante el control adecuado para dar los bombeos correctos para el desagüe y la hechura de los agujeros para las coladeras, atarjeas, etc.

1 1 .3.- CONSTRUCCION DE ACOTAMIENTOS Y HOMBROS DE CAMINOS.

El'diseño de la mezcla es similar al que se utiliza en pavime�tos de carreteras de suelo-cemento.

Los acotamientos tienen espesores de 1 5 a 20 cm por que se proyectan para resistir mayores esfuerzos qut3 los ·que ocurren en el pavimento centra1C1911.

Los hombros generalmente tienen un ancho de 1 5 a 20 cm. Después de la preparación y tratamiento del suelo-cemento se hacen las juntas usando concreto nor­mal.

El equipo usado debe ser el apropiado para trabaJar en espacio limitado dei acotamiento.

1 1 .4.- CONSTRUCCION DE PISTAS PARA AEROPUERTOS.

El diseño de las mezclas de suelo-cemento y procedi­miento de construcción de pistas de aterrizaje para aero­puertos es fundamentalmente igual al que se util iza para

75

CONSTRUCCION DE DIVERSAS ESTRUCTURAS

para los pavimentos de las vías terrestres. Aunque exis­ten principalmente tres aspectos que rilerecen especial· atención, a saber:

1 .- Necesidad de util izar un material de excelente calidad;en cuanto a que los materiales deben presentar bastante dureza de los granos y tener una excelente granulometría. Esto permitirá una dura capa homógenea y un buen acabado de la superficie.

2.- Utilizar un plan de construcción adecuado para cumplir la función de pista. Debe procurarse en lo posible a reducir las juntas de construcción, que son indeseables para tener el óptimo funcionamiento para un suave ate­rrizaje. Los acabados deben hacerse en sentido longitu­dinal para lograr una mejor superficie de aterrizaje.

3.- Prestar especial atención a la construcción y tratamiento de las juntas de construcción.

La PCAl197J señala que para pistas de aeropuertos pequeños y medianos es común usar una base de 1 5 cm de espesor. Instituciones como el U.S. Army Corps of 1

Engineers, La Federal Aviation Agency, y la U.S. Navy y ·

otras instituciones de los EUA han publicado manuales completos para el diseño de aeropuertosl228• 229• 23º· 231 • 232 y 256]. . '

1 1 .5.- CONSTRUCCION DE PAVIMENTOS PARA VEHICU LOS INDUSTRIALES PESADOS.

El procedimiento de construcción es fundamental­mente igual al que se utiliza Viara los pavimentos de suelo-cemento de carreterasl1 9 1. Comúnmente se uti li­zan espesores de unos 25 cm e� zonas de tránsito pesado normal y de 50 a 65 cm, en zonas l imitadas . 6 exclusivas por donde transitarán únicamente maqui­narias muy pesadas y/o donde el tráfico sea demasiado intenso. La construcción de estos espesores tan grandes implica construir por partes, de tres o cuatro capas par­ciales de espesores menores de 20 cm, hasta alcanzar el espesor total de proyecto. La ·construcción por capas requiere especial cuidado y de un control de campo adecuado para evitar el efecto de laminado. También es importante el control adecuado para dar los bombeos correctos para el desagüe y la hechura de los agujeros para las coladera$, atarjeas, etc.l233 Y 2341.

1 1 .6.- CONSTRUCCION DE PISOS.

Pueden hacerse construyendo en el lugar o bién elabo­rando adoquines que posteriormente se colocan en el sitio.

Cuando se construye en el lugar se tiende material preparado, puesto en capas que después se humedecen y compactan inmediatamente.

76

SUELO-CEMENTO

Para la construcción con adoqu ines se hace lo siguiente:

1 .-EI suelo ya preparado y colocado en capas se humedece y compacta. Superficialmente, se coloca una pequeña capa de arena y cemento. No resu ltan conven­ientes los suelos predominantemente finos, que re­quieren cantidades apreciables de cemento y que se agrietan. Cuando el suelo es granular con finos es prác­tica común utilizar cal y cemento.

2.- Para construir los adoquines util izan arenas limpias de granulometrias apropiadas. Las piezas se construyen manualmente o con máquinas. Es normal agregar co­lorantes al cemento para lograr un aspecto agradable.

Los adoquines se colocan a mano entrelazándolos encima de una capa de arena compactada de unos diez centímetros de espesor. No se uti lizan morteros para juntearlos, sino sólo arena. La facilidad de su co.nstruc­ción, su buén comportamiento en suelos que se defor­. marán, tales como arcillas expansivas, la sencillez y economía de su reparación en partes deformadas o excavadas (se quitan, se arregla la parte inferior y se vuelven a colocar), su buén aspecto y economía los hacen muy apreciados para hacer pisos de calles, ban­quetas, patios y estacionamientos. Se util izan exten­samente en todo el país.

1 1 .7.- CONSTRUCCION DE MUROS.

Los muros se pueden construir:

1 ) Utilizando encofrados que se rel lenan con material preparado, puesto en capas que después se humedecen y compactan inmediatamente.

2)Colocando blocks prefabricados que se unen con morteros ¡:>ara formar el muro (236, 237, 238, 239, 240, 241 , 242, 243, 244• 25º·251 • 252Y2581. Los blocks se pueden construir a mano o con máquinas. Una vez conocido el arte del tratamiento es relativamente fácil construir los blocks. En el mercado nacional se ofrecen excelentes máquinas que pueden hacer una gran cantidad de piezas en poco tiempo, con excelente calidad y buen acabado.

Para su tratamiento en muros los suelos preferente­mente deben ser granulares o bien granulares con pocos finos. Los suelos puramente arcillosos o l imosos plásticos no son apropiados por los inconvenientes que presentan (se generan altos costos, fuertes agrietamientos y el procedimiento de construcción es dífici l) . Un suelo pura­mente arcilloso requerirá del orden del 20 al 25 % de cemento en peso, lo cual es bastante costoso. Con estos porcentajes de cemento el agrietamiento por contracción será considerable y la apariencia de las casas deficiente. Aunque la resistencia a la compresión simple aumentará

- notablemente conviene considerar que una gran capaci­dad de soporte no es necesaria para muros de casas habitación de uno a dos pisos, el simple adobe de arcilla

SUELO-CEMENTO

sin tratar podrá alcanzar la capacidad requerida con bastante suficiencia. También, existen otras mejores al­ternativas de solución; por ejemplo, la arci lla se puede cocer en hornos y obtener tabiques recocidos de ex­celente resistencia que ya colocados no presentarán agrietamientos por contracción; o en todo caso, se puede tratar la arcilla con aproximadamente un 4 % de cal Y alcanzar resultados similares o mejores que cuando se pone cemento, ambas posibilidades son en general de menor costo.

Los suelos granulares que requieren poco cemento Y fáciles de hacer son ampliamente usados para · hacer bloques de excelente calil idad. La utilización de coloran­tes en el cemento permite construir piezas de agradable

CONSTRUCCION DE DIVERSAS ESTRUCTURAS

apariencia. En México los blocks y tabicones son muy comunes.

En suelos granulares con finos debe analizarse cui­dadosamente la granulometría; demasiada arcilla o grava son inconvenientes. En caso de deficiencias en la granu-1 ometría se puede ver la posibi l idad de mejorarla liaciendo correcciones como agregar y auitar materiales. utilizar la granulometría correcta permite economías subs tanciales y lograr buenas propiedades (el punto ya fue Jiscutido anteriormente).

Los materiales descritos anteriormente quedan dentro de las definiciones de suelo-cemento y por eso se comen­tan.

77

El examen que hemos realizado nos permite intentar ahora algunas conclusiones sobre los usos futuros del suelo-cemento en nuestro país y hacer algunas proposi­ciones que se antojan viables para el trabajo futuro de los especialistas.

Ahora bien, en la revisión no ha podido menos que impresionarnos la comparación entre la escasez de su uso en nuestro medio y lo contrario en los países indus­trial izados. La modernización del país nos impondrá ne­cesariamente la uti l ización de los más variados materiales. Por sus ventajas el suelo-cemento tiene las más amplias perspectivas para su aplicación, tanto en pequeña como en gran escala. La gran cantidad de obras realizadas con éxito en todo el mundo ha demostrado sin dejar lugar a dudas la factibilidad técnica y ecónomica de su uso masivo.

Por tanto, para su aprovechamiento ventajoso convie­ne considerar cuales son los pasos correctos para su implementación. Consideramos que para el los conviene tomar en cuenta los puntos siguientes:

1 .- Estudiar a fondo los pasos que se han seguido en los lugares en que su aprovechamiento está más avan­zado, para deducir de su análisis cuál es el camino más apropiado para iniciar, con la mayor certeza de éxito, el paso hacia la utilización masiva del suelo-cemento en los pavimentos.

Para esto conviene realizar una crítica de los diferen­tes métodos de diseño actuales , de su aplicabilidad y confiabil idad; primero, para lograr su adaptación y cali­brar su aplicación correcta a cada región; segundo, con el fin de que sirvan de base para el análisis y la con­secuente proposición de las pruebas de laboratorio con­venientes para el diseño.

CAPITU LO 1 2

Conclusiones y proposiciones

Cabe aclarar que el importar una técnica de un país, región o lugar a otro diferente sin hacer un examen crítico riguroso, que permita sentar firmemente las bases sufi­cientes para logar su adaptación adecuada a nuevas necesidades y medios, es un error que siempre ha resul­�ado muy oneroso; ya que toda adaptación irreflexiva no :ilcanza la mayor eficacia. Por otra parte, el deseo y la 1ecesidad de aplicar las técnicas más avanzadas, no significa dejar la responsabilidad a otros de crear nuestra propia tecnología. Hay que aprovechar los caminos abier­tos pero se debe avanzar sin dejar el volante en manos ajenas.

También, se concluye que para la construcción masiva de pavimentos en el país es necesario adquirir, además de la base teórica suficiente de laboratorios, personal y maquinaria especializada.

Se considera que los laboratorios de materiales de suelos que existen en la mayoría de los centros de trabajo son suceptibles de adaptarse sin mucho esfuerzo, ya que con ampliaciónes relativas pequeñas serían suficientes. Tómese en cuenta que para el trabajo del suelo-cemento sólo se requiere un no muy voluminoso equipo extra y un poco de espacio. La preparación del personal para aten­der los trabajos especializados podría lograrse por medio de la instrucción que les impartiera personal ya preparado y también aprovechando centros de enseñanza especiali­zados.·

Debe considerarse como aspecto primordial el tener el apoyo de estudios químicos y de sus pruebas de labora­torio, para el análisis de los materiales y de las reacciones de las mezclas; sin estos difícilmente se podrían controlar los resultados y se presentarán problemas en la construc­ción y vida útil de las obras.

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CONCLUSIONES Y PROPOSICIONES

Los procedimientos de construcción y la maquinaria que conviene utilizar deben ser investigados con mucha acuciosidad, ya que influyen mucho en los costos y el resultado final .

Deben investigarse tanto los procedimientos de cons­·rucción más avanzados como los tradicionales, para que que del análisis de los mismos y de consideraciones que tomen en cuenta las características físicas de nuestro país y sus partículares circunstancias se diseñen los métodos de construcción y de control de calidad más apropiados para cada región.

Una vez que se haya obtenido una amplia perspectiva y profundo conocimiento de los métodos de construcción y diseño existentes, así como las previsiones de las necesidades tanto actuales como futuras, se podrán pro­poner las respectivas pruebas de laboratorio para el control de calidad; tales que sean convenientes en nues­tro medio, que tomen en cuenta las pruebas ya existentes y se adapten al equipo de laboratorio de campo con el que se cuenta.

2.- Estudiar la posibi l idad de su aplicación a la reparación masiva de los balastos y subbalastos sobre los que descansan los durmientes de las vías de ferroca­rri les.

3.- Analizar la posibilidad de su aplicación en gran escala a la reparación de tramos de carretera fallados.

4.- Prever su utilización masiva en la construcción de bases para calles en las regiones donde existe seria escasez de bancos de materiales apropiados, como es i::omún que suceda en importantes ciudades ·de la zona costera del Golfo de México.

5.- Prever su utilización en las regiones de suelos favorables, como son en las regiones donde abundan las cenizas volcánicas, ya que con ellas no se requiere usar

80

SUELO-CEMENTO

mucho cemento. La zona neovolcánica del centro del país tiene estas características.

6.- Considerar sli utilización para la protección contra el efecto del oleaje.

7.- Considerar su aplicación para la protección contra la erosión de corrientes, como son las protecciones de costas y márgenes de rios.

8.- Impulsar su aplicación a la protección de los taludes de las presas de almacenamiento contra el efecto del oleaje.

9.- Analizar la posibil idad de su uso en diferentes tipos de estructuras marítimas, como terminales de carga pe­sadas y rellenos en plataformas y de estructuras en general.

1 O.- Impulsar su uso en las cortinas de presas y en las obras hidrául icas en general.

1 1 .-Realizar estudios para mejorar los diseño$ y pro­cedimientos de construcción en muros de contención.

1 2.- Considerar su aplicación para la estabilización de muros y taludes de presas de jales de las minas.

Como conclusión final , habiendo demostrado el suelo­cemento su gran util idad y potenéialidad , al existi r además una copiosa información en todo el mundo sobre casi todos sus aspectos, el examen de los tratamientos hechos con cemento puede servir de punto de partida para su aplicación inmediata y su correcta adaptación a una gran variedad de climas, suelos y condiciones.

Finalmente, como consecuencia espontánea de su estudio se prevé que un futuro muy promisorio le espera a este material, que ha s ido injustamente desconocido y desatendido en nuestro medio. Le espera un mundo nuevo de realizaciones con el que favorecerá la construc­ción de grandes e innumerables obras en todo el mundo.

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