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Estabilizaciones Version 1 – S/Rev. - 2004

ESTABIL IZAC IONES Con este título desarrollaremos una de las actividades mas frecuentes en las obras viales. En numerosas ocasiones se está procediendo a estabilizar un suelo de manera inconsciente, sin notar el propósito encarado. Comencemos por repetir un concepto: el objeto de la estabilización es variar sus condiciones elasto-resistentes y de durabilidad para mejorar su respuesta frente a la acción deformante y destructora de las cargas del tránsito, y de los factores climáticos. En palabras mas simples es modificar algunas propiedades naturales del suelo, para poder utilizarlo en reemplazo de otros materiales escasos o demasiado costosos. Cuando la estabilización del suelo se ha logrado, le habremos introducido una modificación, por lo menos en alguna de las principales propiedades del suelo natural que interesan al ingeniero vial, a saber: *] *] *] *] *]

Resistencia mecánica Estabilidad volumétrica Compresibilidad Durabilidad Permeabilidad

Los tipos de estabilizaciones las resumimos en las siguientes: MECANICA FISICA QUIMICA FISICO QUIMICA

MECANICA: Podemos asignarle el carácter de ser la mas importante porque, además de lograr por si misma ciertas mejoras en toda circunstancia, acompaña siempre a las demás. Se logra aportando energía mecánica a la masa de suelo; para obtener los mejores resultados el suelo distribuido en una capa de espesor uniforme, acorde al equipo disponible; se lo humedece teniendo en cuenta que, al porcentaje indicado por los ensayos se le debe adicionar los correspondientes a las pérdidas durante el laboreo (mezclado, evaporación, etc.), y la densificación se debe efectuar con el equipo de compactación adecuado al tipo de material.

FISICA: En nuestro país no se utilizan los medios eléctricos, ni los cambios de temperatura para trocar propiedades de los suelos; es mas, rara vez se hecha mano a utilizar el drenaje como elemento de equilibrio para mantener condiciones de humedad dentro de un rango aceptable, por lo que dentro de este tipo recurriremos solamente al

mejoramiento de textura y adecuación de los límites de consistencia. QUIMICA : Este tipo de estabilización se logra mediante intercambio iónico entre los granos del material a estabilizar y el producto estabilizante, pero el efecto que mas se debe atender es como varían la tensión superficial y la presión de vapor de las soluciones de estos productos respecto del agua sin ellos, para mantener la humedad de compactación. En nuestro país se han utilizado esporádicamente y en forma aislada en algunas provincias para resolver problemas puntuales con resultados aceptables. El agente es una sal: cloruro de calcio, cloruro de sodio y silicato de sodio. En otras regiones del globo se han obtenido aceptables resultados con ácidos inorgánicos como el fosfórico o el fluorhídrico. Deberían incluirse dentro de este tipo el tratamiento con algunos productos que desde hace pocos años se ofrecen comercialmente, de los cuales sus distribuidores o representantes no indican su origen ni composición, pero que podrían tratarse de ácidos y sales orgánicas. También algunos polímeros (catiónicos, aniónicos y no iónicos) y resinas combinadas (anilina derivada del alquitrán con furfural obtenido como subproducto derivado del maíz, o con un derivado del tanino) y algunos desechos obtenidos de la fabricación del papel u otros productos industriales. En mi experiencia personal, los resultados que ofrecen estos productos no han sido satisfactorios o no se han mantenido en el tiempo. Probablemente se hayan utilizado de manera defectuosa o se espere de ellos mas de lo que puede lograrse con su utilización. FISICO QUIMICA: Dentro de este grupo se encuentran las mas tradicionales con cal y con cemento. Algunos autores incluyen dentro de este tipo a las estabilizaciones con asfalto y sus subproductos; siguiendo a ellos aunque sin demasiado convencimiento vamos a considerarlo así también.

Los distintos tipos de estabilizaciones pueden combinarse, y de hecho así ocurre aún cuando quien la recomiende o quien la ejecute no se entere de ello. Como norma general, ya se ha dicho que las tres últimas siempre son complementadas por la estabilización mecánica.

Vamos entonces a describir las condiciones que deben reunir los agentes estabilizantes; luego las diferentes estabilizaciones con análisis de los materiales intervinientes por ser todos ellos los que componen el conjunto de materiales viales, y en forma separada los métodos mas usuales de dosificación. Dejaremos para el final las estabilizaciones bituminosas, luego de haber ahondado en los materiales bituminosos, por la importancia que este tipo de materiales tiene en las construcciones camineras.

CONDICIONES QUE DEBEN CUMPLIR LOS AGENTES ESTABILIZANTES 1)

Ser asequible en grandes cantidades y en calidad normal.

2) 3)

No presentar problemas de transporte, ni ser tóxico. Tener una acción duradera, avalada por experiencias. Dar un material durable y que mantenga la estabilidad a lo largo del tiempo.

4)

Conformar una capa que presente una rigidez compatible con el resto de la estructura; un módulo de elasticidad razonable.

5)

El proceso constructivo debe ser realizable, sencillo y en condiciones climáticas diversas.

6)

El precio unitario del producto y el de la capa terminada deben ser convenientes, dentro del rango del conjunto de valores.

En este tipo de estabilizaciones vamos a concentrarnos en la estabilización granulométrica, conocida también como de ligante arcilla-agua. El origen de las pautas que permiten obtener este material que utilizaremos como base granular, como subbase granular o como calzada enripiada revistiendo caminos de la red sin pavimentar, se remonta a los Estados Unidos de Norteamérica en la crisis de 1930. Suspendidos la construcción de pavimentos de tipo superior, los ingenieros viales se dedicaron a investigar las razones por las cuales algunos revestimientos de este tipo conservaban su estabilidad frente a la acción del tránsito tanto en épocas secas como húmedas; sin deformaciones, ahuellamiento ni pérdida de agregados; y otros requerían de costosos trabajo de mantenimiento para mantenerlos en servicio, y no siempre de manera aceptable. Esas investigaciones permitieron determinar que los revestimientos de mejor comportamiento contaban con materiales de una calidad determinada, conformaban una mezcla bien graduada con un proporcionamiento equilibrado de gravas y arenas, y suficiente cantidad de finos cohesivos que aportaban al mortero de suelo (pasa tamiz Nº 40) la plasticidad necesaria que requería el sistema; y contaban con una densificación próxima a la máxima que podía lograrse en esa época. En función de estas determinaciones se establecieron: las limitaciones de granulometría, fijadas por el huso dado por las especificaciones para las distintas posiciones que puede ocupar en el paquete estructural la mezcla estabilizada; y de plasticidad, para contar con adecuada cantidad de material ligante; además las calidades mínimas que deberían cumplir los componentes y la mezcla, medidas a través de ensayos de aceptación. En cuanto a la densificación ya R.R. Proctor tenía muy avanzados sus

trabajos de compactación, con lo cual se pudo indicar las condiciones de humedad y energía que debería exigirse para estabilizar mecánicamente estas mezclas. Surge entonces el conocido Estabilizado “standard” , que con muy pocas variantes estamos usando hasta estos días del primer año del nuevo siglo (2001), compuesto por:

*]

una fracción GRUESA que comprende el material retenido en el tamiz Nº 10 ( 2,0 mm. ) con tamaño máximo 1” ( 25,4 mm. ) y para casos particulares 2” ( 50,8 mm. ).

Su proporción en la mezcla va desde el 45% al 70%; es el esqueleto que aporta la resistencia al impacto y al desgaste, sus partículas deben mantenerse en contacto entre si y contar con la dureza suficiente para que no se produzcan pulimentos ni roturas. Aportan a la mezcla un porcentaje importante de la fricción . *]

una fracción INTERMEDIA que al principio se la incluía como parte del mortero de suelo; comprende las arenas: gruesa , el material retenido en el tamiz Nº 40 ( 0,42 mm. ) con tamaño máximo en el tamiz Nº 10 ( 2,0 mm. ). mediana y fina, el material retenido en el tamiz Nº 200 ( 0,074 mm. ) con tamaño máximo en el tamiz Nº 40 ( 0,42 mm. ).

Su proporción en la mezcla completa entre el 85% y el 93%; no deben producir la separación de las partículas de la fracción GRUESA , las arenas gruesas cumplen igual función que aquella y las arenas finas sirven al acuñamiento que completarán los limos de la fracción siguiente. Su aporte a la mezcla es prácticamente todo el porcentaje restante de la fricción . *]

una fracción FINA que comprende los limos y las arcillas, el material pasante por el tamiz Nº 200 ( 0,074 mm. ).

Su proporción en la mezcla normalmente está entre el 7% y el 15%; los limos por su forma y textura producen acuñamiento mientras que las arcillas y la inevitable proporción de coloides retienen agua en espesores convenientes para aportar cohesión al sistema. Con un proceso constructivo adecuado -distribución, mezclado, humedecimiento y compactación-; y un proporcionamiento de la mezcla exitoso, el material resultante presenta los valores de estabilidad (resistencia al corte ) mas altos que pueden lograrse con suelos solamente; en algunos casos mayores que el suelo utilizado como referencia por Porter para relacionar el Valor Soporte.

Haremos un breve resumen de las características de calidad, y las condiciones de granulometría y de plasticidad que debe cumplir un suelo estabilizado granulométricamente.

Condiciones de granulometría Siempre es posible, partiendo de un tamaño máximo cualquiera, obtener una curva de gradación tal que, cumplida con una mezcla de materiales, podamos construir un revestimiento perfectamente estable; pero, razones constructivas y de sistematización de especificaciones, han puesto un limite superior a ese tamaño, relacionado con el espesor de las bases a ejecutar. Por razones de facilidad de construcción y lisura superficial, el tamaño máximo del material está comprendido entre 1/3 y 1/4 del espesor corriente de la base a construir. La granulometría de la mezcla de materiales que normalmente se especifica para un revestimiento estabilizado se expresa en porcentajes del peso de materiales, con respecto al peso total de la muestra ensayada , que pasan por cada tamiz de una serie determinada. Si tomamos la especificación clásica correspondiente a un revestimiento estabilizado tipo standard cuyo tamaño máximo es de 1” ( 2,54 cm. ) la granulometría se expresa en la siguiente forma : Abertura de la criba Número del tamiz 1” ¾” 3/8” N° 4 N° 10 N° 40 N° 200

Abertura en mm.

% en peso que pasa por cada tamiz o criba

25,4 19,0 9,5 4,76 2,00 0,42 0,074

100 80 - 100 50 - 90 40 - 75 30 - 55 20 - 35 10 - 20

Estas especificaciones tienen ciertas condiciones complementarias con el fin de permitir cierto margen de tolerancia; así por ejemplo, se puede admitir hasta un 5% de partículas mayores de 1” siempre que ellas pasen totalmente por el tamiz de 1 1/4”. Otra condición complementaria relativa a los finos del suelo estabilizado que son aquellos que pasan por el tamiz Nº 40, compuesto por limo, arcilla y arena fina que controla la proporción de estos materiales en el conjunto, exige que la fracción que pase por el tamiz Nº 200 no exceda de las 2/3 partes de fracción que pasa por el tamiz Nº 40.

PT 200 Pasa Tamiz 200 2 = ⊆ PT 40 Pasa Tamiz 40 3

Representadas las condiciones granulométricas del cuadro anterior, en un gráfico logarítmico del tamaño de las partículas se obtienen las curvas de la figura. La curva media ideal entre ambas, responde muy aproximadamente a la ecuación.

p = 100 ( a / A )1/3 p = porcentaje que pasa por tamiz de abertura a. A = abertura máxima en la serie de tamices.

Con el fin de restringir el empleo de los materiales mas finos, cosa que la experiencia ha demostrado conveniente, para el caso de usar una fórmula de gradación se ha recomendado lo siguiente:

p = 100 ( a / A )1/3 Estas curvas son del mismo tipo de las de Füller, llamadas de máxima compacidad. En rigor para cumplir con la especificación, bastará que la curva obtenida esté dentro del área de las curvas límites, siempre que cumpla las condiciones complementarias a que se ha hecho referencia. Como regla general será preferible una curva regular, aún cuando este cercana a una de las límites, a cualquier otra que presente irregularidades o juegue entre ambos límites. Entre un revestimiento estabilizado, del tipo que tratamos, que debe actuar como superficie de rodamiento, es decir expuesto directamente a las acciones climáticas y de tránsito, y otro que sirva de base ya sea a delgados tratamientos bituminosos o cubiertas de cierto espesor, existen diferencias en cuanto a las funciones que debe desempeñar,

diferencias que influyen sobre las condiciones granulométricas y de plasticidad consideradas adecuadas en uno y otro caso. En el caso del revestimiento que servirá como superficie de rodamiento, este deberá tener: a) estabilidad b) resistencia al efecto abrasivo del tránsito, es decir al desgaste. c) propiedades que impidan la penetración en gran parte de las aguas de lluvia, y la pérdida de humedad sin desecamiento excesivo. El revestimiento que actuará cubierto con mezclas o tratamientos bituminosos flexibles, necesita únicamente : a) estabilidad, ya que la cubierta impermeable absorbe el desgaste del tránsito e impide la penetración del agua de las lluvias y suprime la evaporación, En estas últimas bases, su cohesión en relación directa con su contenido de arcilla, pierde importancia ya que, cubiertas por una capa bituminosa, están prácticamente exentas de desgaste y libres en cierta medida de las acciones climáticas. Un contenido alto de arcillas, o de una arcilla muy activa, puede ser contraproducente por las características expansivas de este material. Las primeras especificaciones granulométricas de la administración General de Vialidad Nacional agrupó las distintas granulometrías en cuatro tipos que designa : grueso, standard, semi-fino y fino según sea el tamaño máximo del material empleado. Estos husos especificados por el organismo son los siguientes:

Tamiz 1 1/2" 1" ¾" ½" 3/8" N° 4 N° 10 N° 40 N° 100 N° 200

Grueso 100 85 - 100 65 - 95 30 - 85 25 - 70 20 - 70 15 - 30 7 - 15

% que Pasa Standard Semi-fino 100 80 - 100 50 - 90 100 40 - 75 75 - 95 30 - 55 55 - 85 20 - 35 35 - 60 25 - 45 10 - 20 20 - 35

Fino 100 50 - 70 30 - 45 20 - 35

Es claro que, cuando el aprovechamiento de materiales locales lo exija, podrán introducirse otros tipos de gradaciones, ya que ello siempre es posible partiendo de un tamaño máximo, siempre que además cumpla con las exigencias físicas restantes y de resistencia mínima de acuerdo a su posición en la estructura del pavimento.. El tipo standard de estabilización (tamaño máximo 1”) es de los que han tenido mas aplicación en el país, en general con resultados satisfactorios.

Las Especificaciones Técnicas en vigencia, en la Sección C. I. indican los husos granulométricos que reflejan la experiencia acumulada desde entonces. La AASHTO (AASHTO Highway Materials - Part I - Specifications ) ha especificado bajo la designación M-147-65 (1996), las condiciones granulométricas y otras para superficies y bases, tendiendo a dar un carácter menos arcilloso a estas últimas. La especificación se refiere a mezclas de diferentes materiales como piedra partida, grava, escoria, arena, arcilla, etc.; libres de materia orgánica u otras impurezas. El material retenido en el tamiz Nº 10 deberá ser durable ( no desintegrarse en ciclos alternados de humedecimiento y secado y de congelación y deshielo ) y tener una resistencia al desgaste, en el ensayo “Los Angeles¨” menor que 50%. Con carácter general se exigen las siguientes condiciones:

P.T. Nº 200 2 ⊆ P.T. Nº 40 3

; L.L ⊆ 25 % ; I.P. ⊆ 6 %

Estas limitaciones las aconsejamos para los estabilizados que se proyecten, agregando que el Indice de Plasticidad debería ser 2% como mínimo. Además como aconseja también AASHTO: Cuando estas superficies de rodamiento deban mantenerse por varios años sin recubrimiento bituminoso o cualquier otro impermeabilizante, deberá especificarse un mínimo de 8 % pasando el tamiz Nº 200 con Límite Líquido ⊆ 35 e Indice de Plasticidad entre 4 y9. Condiciones de Plasticidad Así como la granulometría nos indicaba si la distribución de las partículas era adecuada para obtener una mayor estabilidad mecánica, el índice de plasticidad de la mezcla de materiales que componen el revestimiento, nos dirá si esa estabilidad será temporal o permanente ante la acción de la humedad. El índice de plasticidad esta influenciado por la presencia de una mayor o menor proporción de arcilla, de modo que la circunstancia de que un revestimiento esté o no cubierto por una capa bituminosa impermeable tendrá significación en los valores a adoptar para aquel. Además de esta circunstancia, para fijar el índice de plasticidad deberá considerarse la cantidad de lluvia anual en la zona y la diferencia de altura entre la rasante y el máximo nivel de la napa freática. De acuerdo con esos conceptos, los valores a adoptar son los siguientes: ZONA

LLUVIA

---

mm/año

Base

Superficie

Muy Húmeda

> 1000

< 2

3 - 5

2 - 4

5 - 8

4 - 6

8 - 12

Humedad Media 700 - 1000 < 700 Seca

INDICE DE PLASTICIDAD

Es conveniente hacer notar que después de un período de tendencia a adoptar muy bajos índices de plasticidad para las bases, lo que trajo inconveniente para la conservación de las mismas antes de ser cubiertas con tratamientos bituminosos, se han adoptado índices más altos, dentro de los límites establecidos , lo que se traduce en una mayor facilidad para la compactación y conservación de bases. El criterio general es adoptar índices de plasticidad más bajo, cuando mayores sean las posibilidades de acceso de la humedad, a estos revestimientos estabilizados. Otras condiciones relativas a la calidad de los materiales Los materiales pétreos que constituyen las mezclas, deben tener granos duros y resistentes a la acción de los agentes climáticos. Se suele exigir para los mismos un porcentaje máximo de desgaste: generalmente ¨Los Angeles” < 50% en los comienzos. Actualmente en nuestro país, la experiencia ha hecho aumentar esa exigencia a: < 30% para capa de rodamiento; < 35% para bases; y < 40% para subbases. Debe evitarse el empleo de materiales elásticos o esponjosos, que impedirán la obtención de densidades altas y permanentes; y otros con propiedades capilares perjudiciales , que traerían como consecuencia la expansión de la arcilla de la mezcla. Todos estos inconvenientes son producidos por la presencia de micas, diatomeas y sustancias orgánicas, las que estarían denunciadas por valores altos del límite plástico y en los cuales el límite líquido, conviene que resulte inferior al de la relación:

L. L. ⊆ 1,6 ⋅ I.P. + 14 Debe tenerse en cuenta que el límite líquido es indicador de las propiedades capilares de la mezcla y que la introducción del agua en el revestimiento puede ser la causa del fracaso. La cantidad de materiales a que debe recurrirse para obtener una mezcla estabilizada, dentro de las condiciones establecidas difícilmente pasa de cuatro y excepcionalmente de tres. El caso típico y mas general es el que se cuente con tres materiales diferentes aptos para obtener la mezcla necesaria, a saber . 1) El suelo que vamos a estabilizar, que puede tener cantidades variables de agregado grueso, fino, limo y arcilla. 2) Un agregado grueso, que también puede contener algo de agregado fino, limo y arcilla. 3) Un suelo cohesivo o ligante, mezcla de limo y arcilla, y que igualmente puede contener agregado grueso y fino. Se presenta entonces el problema de determinar las proporciones en que deben ser mezclados esos materiales, cuyas granulometrías y demás características

conocemos por anticipado, para obtener el revestimiento estabilizado que se ha especificado. Analíticamente el problema no tiene dificultades; siempre se podrá hallar un número de ecuaciones igual al numero de incógnitas representadas por las proporciones de cada uno de los materiales intervinientes de acuerdo con los datos que impondremos a nuestra mezcla para cumplir con las condiciones de granulometría exigidas. En la actualidad con la asistencia de programas de computación de utilización sencilla, poco se tarda en hallar la mezcla buscada. No obstante incluiremos dos métodos de mezcla, aún en uso en obra. Estudio de las mezclas de materiales para un revestimiento estabilizado Una de las formas es la preconizada por Woods y el Asphalt Institute. Consiste en el dibujo de un cuadrado donde los lados verticales representan los dos materiales a mezclar desde pasa 0% en la parte inferior hasta 100 % en la parte superior ; en la escala horizontal inferior los porcentajes que interviene en la mezcla el material 2 con la escala de izquierda a derecha, mientras que en la escala horizontal superior los porcentajes que interviene en la mezcla el material 1 con la escala de derecha a izquierda. Marcando sobre la escala correspondiente a los respectivos materiales los porcentajes que pasan de cada fracción, se trazan rectas que los unen y representan, para esa fracción las mezclas posibles de esos dos materiales. Luego sobre cada una pueden demarcarse los límites fijados por la especificación. Las verticales que puedan trazarse dejando al exterior todos los límites son, a su vez, las posibilidades de mezclas de esos dos materiales que cumplan con la especificación fijada.

Para el caso de mezclas de mas materiales, con el mismo criterio se siguen agregando cuadrados; conviene hacerlo hacia la izquierda con los agregados de mayor importancia, es decir iniciar con la mezcla del fino con el intermedio, y luego agregar el grueso, considerando una mezcla de los primeros como un material. Si ocurriera que no hay posibilidad de lograr ninguna mezcla dentro de los límites de especificaciones, se varían las proporciones de agregado fino e intermedio y se efectúa un nuevo tanteo. Aunque raramente estos estabilizados llevan mas de tres materiales, podrían seguirse agregando cuadrados, si fuera el caso. Debe haber uno menos que el total de materiales a mezclar. También es posible que con los materiales disponibles no se consiga ninguna mezcla que cumpla con la especificación.

Pasemos ahora a la resolución mediante el diagrama triangular, que tiene su origen en el recordado triángulo de Witney.

Proyecto de un Revestimiento o Base Estabilizada Granulométricamente Designaremos con las letras X, Y, Z afectadas de subíndices según e material de que se trate a las fracciones del mismo que cumplan las siguientes características: X : Porcentaje del material que pasa por la criba de 1" y es retenido por el tamiz No. 10 Y : Porcentaje del material que pasa por el tamiz No el tamiz No. 10 y es retenido por el tamiz No. 200. Z:

Porcentaje del material que pasa por el tamiz No. 200

Así tendremos para:

Material 1:

X1

Y1

Z1

Material 2:

X2

Y2

Z2

Material 3:

X3

Y3

Z3 Límite superior:

XS

YS

ZS

Límite inferior:

Xi

Yi

Zi

Especificación Standard

Estabilizado:

X

Y

Z

En base a las granulometrías dadas, tendremos: X1 = % P. C. 1” - % P. T. No. 10 = (100 - 13) % = 87% Y1 = % P. T. No. 10 - % P. T. No. 200 = (13 – 1) % = 12% Z1

= % P. T. No. 200 = 1%

X2 = % P.C. 1” - % P. T. No. 10 = (100 - 72) % = 28% Y2 = % P. T. No. 10 - % P. T. No. 200 = (72 - 10) % = 62% Z2 = % P. T. No. 200 = 10% X 3 = % P.C. 1” - % P. T. No. 10 = (100 - 100) % = 0% Y3 = % P. T. No. 10 - % P. T. No. 200 = (100 - 81) % = 19% Z3 = % P. T. No. 200 = 81% XS = % P.C. 1” - % P. T. No. 10 = (100 - 25) % = 75% YS = % P. T. No. 10 - % P. T. No. 200 = (25 - 5) % = 20% ZS = % P. T. No. 200 = 5% Xi

= % P.C. 1” - % P. T. No. 10 = (100 - 50) % = 50%

Yi = % P. T. No. 10 - % P. T. No. 200 = (50 - 15) % = 35% Zi

= % P. T. No. 200 = 15%

Los porcentajes así determinados se llevan al correspondiente triángulo de granulometría y observamos que los límites superior e inferior de la especificación standard nos limitan una zona ABCDA (sombreada en el diagrama) equivalente a la comprendida entre ambos

límites (entre Sti y StS) en el gráfico de granulometría, si dicha granulometría se hubiera efectuado únicamente a través del juego de tamices: 1", No. 10 y No. 200. Por otro lado, las granulometrías de los materiales 1, 2 y 3 nos determinan un triángulo M1 M2 M3 denominado triángulo de granulometría, que nos delimita la zona de mezclas posibles de dichos materiales. La superposición de dicho triángulo con la zona limitada por la especificación standard nos define el "contorno de granulometría" ABCC´D´A en cuyo interior cualquier punto representará la mezcla de los materiales dados que cumple con la especificación establecida. En base a esto quedaría definida la primera condición impuesta a una mezcla estabilizada que es la de cumplir con una cierta granulometría establecida. Por comodidad para la determinación gráfica del problema, transformaremos el triángulo de granulometría M1 M2 M3 en un triángulo de materiales isósceles de manera que cada lado del mismo representa el porcentaje del material respectivo que interviene en la mezcla; en estas condiciones, el "contorno de granulometría" ABCC´D´A se transformará en un contorno de materiales y todo punto de su interior será solución al problema obteniendo sobre los ejes los porcentajes en que cada material interviene en la mezcla. La transformación de un diagrama en otro es una transformación lineal por la cual las condiciones y características geométricas de una figura se mantendrán en la otra a través de la transformación.

C´2 / 12 = 6,6 cm / 12,2 cm = 0,54 C´ : 54% M1 – 46% M2 C´1 / 12 = 1 – 0,54 = 0,46

D´2 / 12 = 6,8 cm / 12,2 cm = 0,56 D´ : 56% M1 – 44% M2 D´1 / 12 = 1 – 0,5 = 0,44

BB´ / 1B´ = 10,0 cm / 14,3 cm = 0,70 (B´3 /23) . [1 – (BB´ /1B)] = (6,2 cm / 13,5 cm) . 0,30 = 0,14

B: 70% M1 – 14% M2 – 16% M3

(B´2 /23) . [1 – (BB´ /1B)] = (7,3 cm / 13,5 cm) . 0,30 = 0,16

CC´´ / 1 C´´ = 5,5 cm / 12,6 cm = 0,44 (C´´3 / 23) . [1 - (C C´´/1C´´)] = (10,5 cm/13,5cm) . 0,56 = 0,44 (C´´2 / 23) . [1 - (C C´´/1C´´)] = (3,0 cm/13,5cm) . 0,56 = 0,12

C: 44% M1 – 44% M2 – 12% M3

Procedemos a ubicar los puntos cuya composición granulométrica acabamos de determinar y, para la fijación del punto A en base a las propiedades geométricas de la transformación efectuada trazamos por el punto B una semirecta paralela al lado CC´ y por D´ otra paralela al lado CB; en la intersección de ambas estará ubicado el punto A al que podemos asignarle la siguiente composición granulométrica aproximada:

A

80,5 %

M1

15,5 %

M2

4%

M3

El estabilizado, además de las condiciones de granulometría debe cumplir las de plasticidad, es decir, su I. P. debe estar comprendido entre 2 y 6 para lo cual se deberán trazar sobre el triángulo de materiales la recta de igual plasticidad y cuyos límites nos reducirán la primitiva zona o contorno de materiales.

El índice de plasticidad en mezclas estabilizadas granulométricamente se puede calcular en forma aproximada por medio de la expresión:

I = I ⋅P =

X ⋅ F1 ⋅ I1 + Y ⋅ F2 ⋅ I 2 + Z ⋅ F3 ⋅ I 3 X ⋅ F11 + Y ⋅ F2 + Z ⋅ F3

(1)

Siendo Fi (i = 1, 2, 3) : cantidad de finos (por ciento que pasa por el tamiz No. 40) correspondiente a cada uno de los materiales. Ii (i = 1, 2, 3) : índice de plasticidad de cada uno de los materiales

Debiendo cumplirse

X +Y + Z = 1

podemos hacer:

Z = 1− X −Y

I = I ⋅P =

I = I ⋅P =

(2)

y sustituyendo en (1) :

X ⋅ F1 ⋅ I1 + Y ⋅ F2 ⋅ I 2 + (1 − X − Y ) ⋅ F3 ⋅ I 3 X ⋅ F11 + Y ⋅ F2 + (1 − X − Y ) ⋅ F3

X ⋅ F1 ⋅ I1 + Y ⋅ F2 ⋅ I 2 + F3 ⋅ I3 − X ⋅ F3 ⋅ I3 − Y ⋅ F3 ⋅ I 3 X ⋅ F1 + Y ⋅ F2 + F3 − X ⋅ F3 − Y ⋅ F3

I ⋅ {X ⋅ [F1 − F3 ] + Y ⋅ [F2 − F3 ] + F3} = X ⋅ [ F1 ⋅ I1 − F3 ⋅ I3 ] + Y ⋅ [F2 ⋅ I2 − F3 ⋅ I3 ] X ⋅ [F1 ⋅ I − F3 ⋅ I ] + Y ⋅ [ F2 ⋅ I − F3 ⋅ I ] + F3 ⋅ I = X ⋅ [F1 ⋅ I1 − F3 ⋅ I3 ] + Y ⋅ [F2 ⋅ I 2 − F3 ⋅ I 3 ] X ⋅ [F1 ⋅ I − F3 ⋅ I − F1 ⋅ I1 − F3 ⋅ I3 ] + Y ⋅ [ F2 ⋅ I − F3 ⋅ I − F2 ⋅ I 2 − F3 ⋅ I3 ] + F3 ⋅ (I − I3 ) = 0 haciendo:

F1 ⋅ ( I − I 1 ) = a F2 ⋅ ( I − I 2 ) = b

F3 ⋅ (I − I 3 ) = c X ⋅ ( a − c ) + Y ⋅ (b − c) + c = 0 X ⋅ ( a − c ) + c = Y ⋅ (c − b)

Y finalmente:

Y =

(a − c ) c ⋅X + (c − b) (c − b)

(3)

siendo:

F1 = 7 F2 = 31 F3 = 90

I1 = 0 I2 = 0 I3 = 9

En base a dichos valores y haciendo variar I obtendremos una familia de rectas representativas de los puntos de igual plasticidad; al efecto construiremos el siguiente cuadro.

I

I-I1

I-I 2

I-I 3

a

b

c

a-c

c-b

1 2 3 4 5 6 7 8 9

1 2 3 4 5 6 7 8 9

1 2 3 4 5 6 7 8 9

-8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0

7 14 21 28 35 42 49 56 63

31 62 93 124 155 186 217 248 279

-720 -630 -540 -450 -360 -270 -180 -90 0

727 644 561 478 395 312 229 146 63

-751 -692 -633 -574 -515 -456 -397 -338 -279

a-c c-b -0,968 -0,931 -0,886 -0,833 -0,767 -0,684 -0,577 -0,432 -0,226

c c-b 0,959 0,910 0,853 0,784 0,699 0,592 0,453 0,266 0

X=0 Y 0,959 0,910 0,853 0,784 0,699 0,592 0,453 0,266 0

Y=0 X 0,990 0,978 0,963 0,941 0,911 0,865 0,786 0,616 0

Trazadas las rectas de igual plasticidad en el triángulo de materiales y dado que la especificación standard nos fija como límites de los valores de plasticidad I.p.

>2 3. La reducción del porcentaje se debe al efecto desplazante de la fracción retenida en dicho tamiz, que no reacciona con cal . Se desconoce la generalización de este ábaco a las condiciones de nuestro país, pero de usárselo debe cuidarse del hecho de que está realizado para cales hidratadas con más de 85% de pasa tamiz N° 200 y 90% o más de hidróxidos alcalino-terreos, expresados en (OH)2 Ca, y que nuestras cales son de menor pureza variando entre 50 y 80% los hidróxidos expresados (OH)2 Ca; además su utilización lleva implícito un cuidado proceso

constructivo: pulverización del suelo hasta más de 60% pasa tamiz N° 4, correcta distribución, mezclado y compactación y cuidados necesarios para evitar exceso de carbonatación. Mc Dowell tiene también presente que solamente los suelos reactivos pueden ser estabilizados con cal por lo que añade la resistencia mínima a la compresión inconfinada, siguiendo la técnica del ensayo de Texas, esto es trabajar con probetas de 14 cm, de diámetro por 20 cm. de altura, compactada a Ds max. Y H opt., luego curado húmedo a temperatura ambiente durante 7 días, secado al aire 6 horas a menos de 60° C, hasta perder de un tercio a un cuarto de la humedad de moldeo, sometiéndolo antes de ser ensayados a succión capilar de agua durante diez días, lo que en cierta forma implica, a la vez, un ensayo de durabilidad. Resistencias Mínimas Requeridas 3,5 Kg./ cm2 para sub - bases 7,0 Kg./cm2 para bases ( máximo pasa a tamiz N° 40: 50% ) Se utilizó como patrón de comparación el ensayo triaxial sobre probetas cilíndricas de relación Altura / Diámetro =2, curadas durante 7 días y con presiones de confinamiento δ III = 0 ; 0,35; 1,05 y 2,10 Kg./ cm 2 llegándose a conclusiones concordantes con el método A: la cal no modifica en forma apreciable al ángulo de fricción interna, solo compensa en parte la reducción de la densidad; los valores de cohesión, módulo de deformación y resistencia a la compresión inconfinada, para bajos porcentajes de cal son del mismo orden que para los suelos sin cal,

pero se nota una reducción de la deformabilidad bajo cargas;

y para

porcentajes mayores, se nota un aumento considerable de las características anteriores pero sigue sin influir en demasía sobre el ángulo de fricción. Se llega a demostrar con este trabajo el error al tomar el valor aislado de la resistencia a compresión inconfinada, por cuanto, la práctica lo muestra habitualmente, hay suelos que sin el agregado de cal cumplen con los valores mínimos establecidos, resultando este valor un parámetro que informa sobre la capacidad del material para desarrollar cohesión cementante a lo largo del tiempo.

Porcentaje óptimo de Cal y Diseño de Espesores La investigación concluyó con la realización de ensayos de valor soporte; en estos se observó que después del embebimiento, para las primeras dos penetraciones las curvas cargas - deformaciones o las más conocidas presiones - penetraciones presentaban un pico, pero que a partir de la tercera, prácticamente sin el aumento de las cargas, crecían las deformaciones, lo que indicaría que una vez producida la rotura de la matriz cementaba el material se comporta como un suelo común. De aquí surge que podríamos utilizar el porcentaje de valor soporte calculado con la cuarta o quinta penetración para diseñar espesores. Por otra parte estos valores coinciden con los que se obtienen con la técnica común para el suelo solo sin embeber. Por lo tanto, el suelo que quiere estabilizarse se determina si es reactivo; si lo es, se le realiza el ensayo de compactación de acuerdo a lo requerido en obra. Al P.U.V.Ssmax. y Humedad óptima se moldean probetas para determinar V.S.R. con las primeras dos penetraciones, de acuerdo con la técnica común SIN EMBEBER ( se relaciona las presiones con las correspondientes a esta condición). Se determina luego el porcentaje de cal con el ábaco de Mc Dowell, corrigiendo de acuerdo a la calidad de cal empleada . Se realiza un ensayo de compactación con la misma energía empleada para el suelo sin tratar , previa adición del porcentaje de cal determinado. Con los valores de P.U.V.Ssmax. y Humedad óptima de dicho ensayo se moldean probetas para medir el V.S.R., que se determina con la cuarta y quinta penetración, después de cuarto días de embebimiento. Como en cualquier ensayo embebido, previo a realizar la penetración se determina el hinchamiento. Si el V.S.R. es menor que el obtenido del suelo solo sin embeber o si el hinchamiento es mayor que el máximo deseable, se agregan porcentajes crecientes de cal hasta lograr que ambas premisas se cumplan. El porcentaje que lo logra será el de diseño. Para las condiciones de obra éste será incrementado en 0.5 o 1% por las mismas razones ya explicadas. Conviene mencionar que aún cuando se han explicado como dos métodos, este último contempla el primero, por cuanto comporta en parte su hipótesis. En el país hubo experiencias prácticas en general con resultados aceptables; las decepciones ocurrieron cuando no se respetaron los pasos y recomendaciones del método, o simplemente se lo aplicó mal. Para terminar con la etapa de proyecto, y a modo de resumen:

PARA CORREGIR O MODIFICAR UN SUELO Determinada la característica que quiera modificarse, elija la cal aérea que tenga la mayor relación Cal Util Vial / Precio y realice ensayos con porcentajes bajos, variando de 0,5 %. Normalmente el valor adecuado estará entre 1 y 5%. Dejar actuar siempre el mismo tiempo -24 hs., 48 hs., etc- el cálcico sobre el suelo en presencia de humedad cercana al límite plástico, antes de efectuar el ensayo. Los límites de consistencia son una guía útil y sencilla, pero sus variaciones no son siempre lineales con otras características como hinchamiento, presión de expansión o permeabilidad. PARA ESTABILIZAR UN SUELO Asegurarse que el suelo es reactivo, elija la cal hidráulica que tenga la mayor relación Indice de Hidraulicidad / Precio; comience a ensayar con 1,0 % menos que el porcentaje que llevó a la mezcla de suelo cal a un pH cercano a 12,4 con el cual determinó la reactividad; variando de 1,0 % en general es suficiente con cuatro valores. Normalmente el valor adecuado estará entre 4 y 10%. En este caso se persigue solamente la resistencia a compresión no confinada; los ensayos de durabilidad orientan sobre la permanencia del fenómeno en el tiempo. En uno u otro caso se debe determinar el contenido óptimo -también llamado punto de fijación- normalmente establecido porcentualmente en peso de cal respecto del peso de suelo seco. Este porcentaje es un valor particular para el suelo en cuestión y la cal que se utiliza, se lo establece porque a partir del mismo la variación del valor de la característica o resistencia es pequeña o nula; por esta razón cualquier aumento en la cantidad de cal agregado que no involucre una incertidumbre constructiva, es un costo innecesario.

Procesos Constructivos: La construcción puede realizarse con mezcla en camino o mezcla en planta , dando esta última un material más uniforme en general; actualmente las recicladoras de una sola pasada logran también materiales de excelente calidad y muy uniformes. Cuando se realice en zonas habitadas, debe considerarse la polución que provoca la distribución y mezcla de cal en polvo, siendo conveniente agregarla en forma de lechada. A diferencia con el suelo cemento, para éstas mezclas el tiempo no es tan crítico aunque deben respetarse los máximos lapsos indicados en las Especificaciones .

Mezcla en camino Con motoniveladora El suelo con una primera pulverización, se acopia en forma de caballete de volumen uniforme o extendido de espesor uniforme , se le agrega la cal en polvo y se lo mezcla con motoniveladora. Para lograr un correcto mezclado y acelerar la acción de la cal, es conveniente el pasaje de rastras que logran la pulverización necesaria, principalmente la de discos, disponiendo estos en forma cruzada. Con mezcladoras mecánicas Una máquina muy usada aun en nuestros días es la pulver-mixer. Puede ser de tracción propia o tirada por un tractor. Cuentan de dos o más ejes con paletas perpendiculares a la dirección de avance, que girando en sentido opuesto producen el mezclado y trituración del material extendido en espesor uniforme. Si el material es muy grueso, puede ser necesario algunas pasadas previas, antes de la incorporación de la cal.

Mezclador rotativo tipo Pulvi - Mixer Hay otras de eje paralelo a la dirección de avance que mezclan y trituran el suelo dispuesto en caballete, detrás la motoniveladora lo distribuye en espesor uniforme.

La incorporación de agua hasta lograr la humedad prevista se realiza mediante camión regador, aunque hay mezcladoras mecánicas que conectadas a un camión tanque incorporan el agua a la vez que producen el mezclado. Vamos a desarrollar un ejemplo de cálculo de cantidades, que puede servir como orientación Ancho de la capa: 7,30 m. Porcentaje de cal a agregar: 5% Espesor del suelo cal compactado: 0,15 m. Densidad seca máxima del suelo cal : 1,650 t./ m3 Humedad óptima: 12,5% Densidad húmeda del suelo suelto: 1,200 t./ m3 Humedad contenida en el suelo: 2% El peso por metro de la capa será ( 7,30 m. x 0, 15 m. x 1,00 m.) / m. X 1,650 t./ m3 = 1,808 t./m. Siendo 5% el porcentaje de cal en peso de suelo seco, la cantidad de suelo seco por metro será: Pss + 0,05 Pss = 1,808 t/m. 1,05 Pss = 1,808 t/m.

Pss = 1,808 t/m. / 1,05 = 1,720 t/m.

El peso del suelo con la humedad contenida es: PsH = (100 + H% ) x Pss / 100 = 1,02 x 1,720 t./ m. = 1,755 t./m. El espesor en que se debe distribuir el suelo suelto, siendo el volumen por metro: V = PsH / D.H.s.suelto = 1,755 t./m. / 1,200 t./ m 3 = 1,463 m 3/m. Está dado por E =

V / Ancho capa

= 1,463 m 3/m. /

7,30 m. = 0,20 m.

La cantidad de cal a esparcir por metro de longitud de camino es: Pcal = 0,05 Pss = 0,05 x 1,720 Kg./ m = 86 Kg./m ; o una bolsa de 40 Kg. de cal cada: Separación : 40 Kg. /

86 Kg./m

= 0,46 m.

Supongamos que agregamos 1,5% de humedad por evaporación y que el suelo como ya dijimos tiene 2% de humedad, la cantidad de agua a regar será:

Agua = H% ( Pss + Pcal ) / 100 = (12,5 + 1,5 - 2,0) / 100 x (1720 + 86) Kg./m = 217 l./m. En estas condiciones, deberá distribuirse el suelo, en un espesor de 0,20 m.; se agregarán 86 kg./m. de cal y luego de mezclarse se regarán 217 l./m. de agua, para lo cual sabiendo que tipo de camión disponemos, se determinará, cuantas pasadas y con que velocidad debe circular el camión para regar esa cantidad. La cal puede ser agregada también en forma de lechada; se mezcla la cal con agua, efectuando su distribución desde camiones tanques provistos de barras de riego y, en los casos que se justifique, de una bomba de recirculación cuyo objeto es mantener una adecuada agitación en el seno del fluido a efectos de evitar el asentamiento de la cal. Al usar esta forma de trabajo debe probarse con diferentes porcentajes o concentraciones de cal. Asimismo, se medirá la velocidad de asentamiento de la cal en cada caso, la eficacia del sistema de agitación y las condiciones de bombeo para distribuir, en forma óptima, el líquido con el equipo de riego disponible en la obra. Una vez logrado esto, habrá que determinar el volumen de lechada que deberá regarse por metro lineal o cuadrado, para incorporar la cantidad de cal establecida previamente. Experiencias realizadas en Austin (U.S.A.) mostraron que a mayor cantidad de agua, mayor era la velocidad de asentamiento. Mezclado en Planta Central Son muy económicas siempre que el suelo pueda ser acopiado

en sus

inmediaciones. Cuenta con una serie de paletas que se entrecruzan y producen una mezcla eficiente. La máquina se alimenta con suelo y cal por medio de cintas transportadoras ; el grado de pulverización del suelo suele ser el siguiente: Pasa criba 1 "

100%

Pasa tamiz N° 4

80%

Pasa tamiz N° 10

60% o más.

La compactación de la mezcla suelo - cal, a la humedad óptima, puede hacerse mediante los equipos de compactación usuales y que mejor se adapten a las características del suelo.

Estos equipos pueden ser rodillos pata de cabra; rodillo neumático, rodillos vibradores, etc. Lo usual es que se comience por rodillos con salientes que pueden ser vibrantes, hasta que no se noten las marcas; luego se termina con rodillos neumáticos con presión alta para sellar . Se hace, la compactación, en ida y vuelta, yendo de los extremos hacia el eje longitudinal del camino. Las operaciones finales son las de control: ancho, espesor, densidad y perfiles pedidos. Los dos primeros pueden realizarse cada 50 o 100 metros. Las perforaciones de borde pueden hacerse a 0,30 o 0,50 m. del mismo. Densidades mayores que las determinadas en laboratorio, lejos de aceptarlo como una mejor compactación, nos están indicando que en esos sectores no ha actuado la cal. A fin de determinar las diferencias de cotas entre ambos bordes se efectúan mediciones que verifican el bombeo transversal de la sección, y a partir de los cuales se puede también determinar la flecha existente.

Este material se ha utilizado por tanto tiempo con óptimos resultados, que es común considerar que cualquier suelo puede estabilizarse con el. Y esto no deja de ser cierto, a punto tal que muchos colegas se animan a recomendar una capa de suelo cemento con 8% de cemento en peso, aún desconociendo el suelo que se va a utilizar; lo que no deja de ser un error grueso, porque tal aseveración no es de certeza absoluta. Es cierto que ese porcentaje de cemento mejora de tal forma la resistencia de cualquier suelo, que en principio para el corto plazo se puede pensar que se ha estabilizado el suelo. No obstante, en una gran cantidad de casos si se hubieran realizado los ensayos de laboratorio, se determinaría que el haber agregado cemento al suelo convenientemente pulverizado, producida la mezcla y luego humectándola con el agua necesaria, para finalmente compactarla hasta los P.U.V.S. exigidos no se habría obtenido una capa de suelo estabilizado con cemento, con las características que debería conllevar esta capa. Digamos solo dos palabras sobre este material por demás conocido. Producido por calcinación de piedras calizas y arcillas a temperaturas mayores a 1200 ° C se obtienen silicatos, aluminatos y ferro aluminatos cálcicos como compuestos básicos, acompañados por una cantidad de otras sustancias adicionadas en el proceso (yeso, óxido de hierro)para obtener algunas características particulares y otras (óxido de sodio, óxido de potasio, óxido de magnesio) que se producen porque las contienen las materias primas utilizadas, que no se presentan como óxidos sino formando estructuras complejas; para nuestros fines consideramos cuatro compuestos que forman el cemento: Silicato tricálcico Silicato dicálcico Aluminato tricálcico Ferroaluminato tetracálcico

(C3S) (C2S) (C3A) (C4AF)

3 CaO 2 CaO 3 CaO 4 CaO

. . . .

SiO 2 SiO 2 Al2O 3 Al2O 3 . Fe2O3

de cuya combinación se obtienen los distintos tipos de cemento portland que se comercializan. Cuando las partículas de cemento, básicamente constituidas por los cuatro compuestos indicados, se hidratan; se obtienen como productos principales: silicatos hidratados, aluminatos hidratados e hidróxido de calcio. Ahora bien, estas estructuras complejas una vez hidratadas dan lugar a otras estructuras, digamos para los ingenieros que no necesariamente somos expertos en química, con un segundo nivel de complejidad; que no pueden definirse con una fórmula única. A modo de ejemplo podríamos indicar que la relación Ca/Si en el silicato de calcio hidratado que produce el principal factor de resistencia que es el silicato tricálcico puede variar entre 0,80 y 1,30. Ref (5)

#

Una hipótesis es que la mejoría de las propiedades se deben al endurecimiento del

cemento. Si esto fuera cierto y la mezcla de suelo cemento se debiera exclusivamente a la hidratación

del cemento, debería considerarse al suelo como un inerte; el cemento ligaría a las partículas adyacentes del suelo formando un esqueleto que encerraría a una matriz de suelo sin alterar. El material resultaría mas impermeable por el solo hecho que el esqueleto obturaría poros haciendo que las partículas de agua recorran un camino de mayor longitud. #

A la luz de lo que acabamos de ver para las mezclas estabilizadas con cal, y

considerando que al mezclar el cemento con agua se libera entre 12 y 18% de hidróxido de calcio la hipótesis anterior pierde sustento, por cuanto los minerales arcillosos son

atacados por la solución

agresiva y transformado en otros compuestos, por lo que el suelo no se comporta como un inerte. Las reacciones adicionales entre los minerales arcillosos y los componentes del cemento generan un material cementante que contribuye a la unión de las partículas del suelo y a las de éste con el cemento endurecido. Para que esto ocurra es esencial que en la fracción arcillosa tenga sílice (Si O2) y alúmina (Al2 O3) solubles.

ESTABILIZACION FÍSICO – QUÍMICA SUELO – CEMENTO Existen factores que han complicado el problema relativo al diseño de las calzadas para determinadas condiciones de las subrasantes, de sus estructuras, y del transito que las usan, y ellos se refieren a: -

La explotación intensiva y progresivo agotamiento, de los yacimientos de materiales

granulares adecuados. -

Los altos costos de ciertos agregados triturados.

-

Los grandes pesos transmitidos por las ruedas de los modernos camiones y su elevada

frecuencia de tránsito en los caminos, factores todos, que en la mayoría de los casos inciden desfavorablemente en la posibilidad económica de ejecución de los pavimentos -

Las dificultades en los transportes de los materiales y los elevados costos de los

mismos.

Esta situación ha orientado a los ingenieros hacia la utilización para la ejecución de las calzadas o

bases del material más barato y abundante de que disponen, es decir del suelo

que

constituye la superficie del camino. De este modo nace la técnica de la estabilización de los suelos, que por razones económicas tiende al uso en gran escala, de los suelos de granos finos, que son los de mayor, disponibilidad.

Dentro de este criterio, la estabilización lograda por el tratamiento de los suelos con cemento portland, da lugar a la obtención del material denominado suelo-cemento.

El suelo-cemento es un material estructural compuesto de suelo y cemento Pórtland mezclados en forma íntima y compactados a máxima densidad con un contenido de humedad óptima antes de la hidratación del cemento. El suelo-cemento compactado contiene adecuada cantidad de cemento para endurecer el suelo, y la humedad óptima de compactación es más que suficiente para permitir la hidratación del cemento ( 3 a 10 veces superior a la necesaria para esa hidratación ).

Una vez endurecida, la mezcla de suelo y cemento Pórtland, preparada con requisitos técnicos bien establecidos y fáciles de

cumplimentar,

tiene la resistencia necesaria y experimenta

reducidos cambios volumétricos, cualquiera sea la cantidad de agua que haya absorbido, condiciones que le permitan soportar las tensiones a que la someten las cargas del tránsito y el intemperismo, pero, como los otros tipos de suelos estabilizados, no posee resistencia a la abrasión, por lo cual se lo emplea en bases protegidas por una carpeta de desgaste.

Materiales para suelo-cemento El suelo-cemento requiere solamente 3 materiales básicos: suelo, cemento portland y agua. El suelo, que representa la mayor parte del suelo-cemento, se encuentra en el lugar o cerca del mismo; y el agua es transportada a cortas distancias.

La palabra suelo, como se la usa en suelo-cemento, significa cualquier combinación de grava, arena, limo y arcilla. Las cantidades de cemento portland y agua a añadir y la densidad a la cual la mezcla debe compactarse se determinan por ensayos. El agua sirve a dos propósitos: ayuda a obtener máxima compactación (densidad), lubricando las partículas de suelo, y es necesaria para la hidratación del cemento, que endurece y liga el suelo en una masa sólida. El suelo-cemento ejecutado correctamente contiene suficiente agua para ambos fines, como ya se dijo.

Cemento Pórtland Puede emplearse cualquier tipo de cemento portland aprobado.

Agua El agua debe ser relativamente limpia y libre de cantidades perjudiciales de álcalis, ácidos o materia orgánica. El agua potable es satisfactoria. En algunos casos en que no posible obtener agua potable se utilizó agua de mar con buenos resultados. Suelo

Prácticamente todos los suelos y combinaciones de suelo pueden endurecerse con cemento portland. No necesitan estar constituidos por agregados bien graduados, ya que la estabilidad se obtiene principalmente por medio de la hidratación del cemento y no por la cohesión y fricción interna propia de los materiales. La adaptabilidad de los suelos para el suelo-cemento puede juzgarse antes de ser ensayados, sobre la base de su gradación y su posición en el Perfil del suelo.

Gradación Sobre la base de la gradación, los suelos para preparar suelo-cemento pueden dividirse en tres amplios grupos:

1- Los suelos arenos os y suelos con grava, con 10 a 35% arcillas combinados, tienen las

aproximadamente de limos y

características mas favorables y generalmente requieren la mínima

cantidad de cemento para el endurecimiento adecuado. Prácticamente todo material granular da buen resultado, si contiene el 55% o mas de material que pasa el tamiz IRAM 4,8 mm. ( N° 4 ). Materiales excepcionalmente bien graduados pueden contener hasta un 65% de grava retenida en el tamiz IRAM 4,8 mm. ( N° 4 ) y suficiente material fino para una adecuado ligazón. Estos suelos son rápidamente pulverizados, fácilmente mezclados y pueden usarse bajo una amplia gama de condiciones climáticas.

2- Los suelos arenosos con deficiencia de partículas finas, tales como arenas de playa, y otros transportados por el viento, permiten obtener un buen suelo-cemento a pesar de que la cantidad de cemento necesaria usualmente para el endurecimiento adecuado es ligeramente mayor que para los del GRUPO 1. Por la gradación pobre y la ausencia de finos en estas arenas, el equipo de construcción puede tener dificultades para la tracción por falta de fricción. La fricción puede mejorarse manteniendo la arena mojada y usando equipo con orugas. Estos suelos resultan probablemente delicados y requieren cuidado

durante la consolidación y la terminación a fin de que se obtenga una superficie densa y lisa.

3- Los suelos limosos y arcillosos permiten preparar un suelo-cemento satisfactorio, pero, los que poseen alto contenido de arcilla son difíciles de pulverizar. Generalmente, cuanto más arcilloso es el suelo requiere mayor porcentaje de cemento para endurecerlo adecuadamente. La construcción con estos suelos depende en mayor grado de las condiciones climáticas.

El Perfil del Suelo El perfil del suelo es un corte vertical del manto superficial de la tierra, que expone los diferentes horizontes o capas de suelo. Los horizontes de suelos difieren generalmente en textura, estructura, y color. El color indica la composición química del suelo. Algunas veces, la textura del suelo es secundaria con respecto a su composición química, por lo menos en lo que respecta a la reacción del suelo con el cemento portland. Por ejemplo, un suelo rojo indica la presencia de hierro y en general reacciona

extraordinariamente bien con el cemento. Por el contrario, un suelo negro vegetal ruejo

puede reaccionar en forma deficiente con el cemento, debido a la presencia de materia orgánica.

Uso del material de viejos caminos Los materiales que se encuentran usualmente en los antiguos caminos de grava o piedra permiten obtener un suelo-cemento excelente. Generalmente son friables se mezclan fácilmente y requieren sólo una mínima cantidad de cemento. Frecuentemente la antigua carpeta si aún existe, puede recuperarse o

bien pulverizarse y mezclarse con el material de la vieja base para ser tratada con

cemento.

Empleo de suelos de préstamo Desde el punto de vista de la construcción o del costo, a veces conviene usar un suelo seleccionado de préstamo en vez del suelo del lugar. El suelo existente puede tener un alto contenido de arcilla y requerir un porcentaje relativamente alto de cemento. -Estos suelos exigen, también, un esfuerzo considerable para su pulverización. Frecuentemente es posible encontrar yacimientos cercanos de suelos granulares o friables que requieren mucho menos cemento y muy poca pulverización, y para usarse paro cubrir el suelo existente o combinarse con él. Los suelos mas favorables se seleccionan a menudo para colocar encima de la rasante. La estimación comparativa de costos indicará cual es el suelo más económico.

Contenido de cemento Antes de comenzar la construcción, los suelos que se encuentran en el trazado deben identificarse y remitirse al laboratorio muestras representativas de cada tipo de suelo para determinar la cantidad de cemento necesaria.

La tabla siguiente da los contenidos normales de cemento para los suelos de los distintos grupos del Highway Research Board.

Grupo de suelo AASHTO

%

%

en volumen

A-1-a A-1-b A-2-4 A-2-5 A-2-6 A-2-7 A A A A A

-

3 4 5 6 7

en peso

% en peso por Compactación

% en peso por Durabilidad

5 - 7 7 - 9

3 - 5 5 - 8

5 6

3 - 4 - 5 4 - 6 - 8

7 - 10

5 - 9

7

5 - 7 - 9

9 10 10 12 13

7 - 9 - 11 8 - 10 - 12 8 - 10 - 12 10 - 12 - 14 11 - 13 - 15

8 8 8 10 10

- 12 - 12 - 12 - 14 - 14

7 7 8 9 10

-

11 12 13 15 16

Para estimaciones groseras de costos pueden usarse contenidos provisorios de cemento y luego confirmarlos o modificarlos una vez que se posean los resultados de los ensayos de laboratorio.

Estos ensayos de laboratorio, llamados de durabilidad son dos: el de mojado y secado y el de congelación y al deshielo, y permiten dosificar adecuadamente una mezcla de suelo y cemento Pórtland.

El ensayo de durabilidad por

mojado y secado consiste en someter probetas

representativas de mezcla de suelo cemento, preparadas con el suelo en estudio y distintas cantidades de cemento, compactadas a máxima densidad y humedad óptima, a 12 ciclos alternados de mojado y secado, después de cada ciclo completo ( 5 horas sumergidas en agua y 42 horas en estufa a 71 °C ) las probetas se cepillan y se determinan las pérdidas de peso que han experimentado. Al término de los 12 ciclos se calcuIan las pérdidas de peso totales referidas al peso seco inicial de la probeta.

El proceso del ensayo de durabilidad por congelación y deshielo es totalmente similar al anterior salvo que los ciclos a que se someten las probetas son de congelación y deshielo ( 24 horas en cámara frigorífica a - 23 °C de temperatura y 23 horas en cámara húmeda ). Al término de 12 ciclos de este tratamiento se calcuIan las pérdidas de peso totales referidas al peso seco inicial de la probeta.

Las pérdidas de peso así

calculadas son un índice de la resistencia estructural y

durabilidad de las probetas-. Se considera, en base a las investigaciones de laboratorio sobre miles de probetas, y la experiencia de las obras, que para que las mezclas cumplan con esa condición, es decir que el suelo-cemento endurecido controle las fuerzas de expansión y contracción, debidas al mojado y

secado y a la congelación y al deshielo, las pérdidas en peso no deben sobrepasar de determinados valores admisibles.

En consecuencia, para obtener la correcta mezcla de suelo y cemento Pórtland, se procederá de la siguiente manera:

1- Fijar un contenido de cemento Portland de acuerdo con los valores dados anteriormente en función del grupo de suelo. Se adopta en general un valor medio. 2- Con este porcentaje de cemento es hace un ensayo de humedad-densidad ( Normas IRAM 10522 // ASTM D-558 // VN E-19 // AASHTO T 134 )

3- Con el valor de la densidad máxima obtenida y : El material retenido en el tamiz N° 4 y el material menor de 0,05 mm (50µ) para los suelos arenosos, el Indice de Grupo y el porcentaje de limo-material entre 0,05 mm (50 µ) y ,005 mm (5 µ) para los suelos arcillosos-limosos. se determina la cantidad de cemento fijado en las tablas 2 (Suelos arenosos) y 3 (suelos arcillolimosos) respectivamente. La tabla 4 da la relación entre el % en peso y en volumen de cemento para distintas densidades de suelo-cemento. Normas IRAM 10523// VN E 20 ) 4- Se moldean probetas para los ensayos de durabilidad por mojado-secado y congelacióndeshielo (Normas IRAM 10524 y 10514 // ASTM D -559 Y D-560 // VN E 21 y E 22 ) con ese contenido de cemento y con contenidos correspondientes a dos unidades porcentuales por debajo y por encima del porcentaje señalado. 5- El porcentaje de cemento portland que permite obtener una probeta que después de los 12 ciclos de durabilidad posea una pérdida menor fue la admisible para el tipo de suelo ensayado se adopta como el optimo para que la mezcla reúna las características de suelo-cemento. Conviene trazar las curvas de perdidas para determinar que ese porcentaje es capaz de tener una perdida menor que la maquina pero que el inmediato menor no presente un valor desproporcionado. A este porcentaje de cemento habra que aumentarlo entre 0,5 y 1% según el metodo constructivo que se adopte

CONTENIDO DE CEMENTO EN FUNCION DE LA DENSIDAD DE LA MEZCLA SUELO -CEMENTO

SUELOS ARENOSOS

Material retenido en el tamiz N° 4 %

0 - 14

15 - 29

30 - 45

Material < 0,05 mm (limo, arcilla y coloides

1680 a 1751

Contenido de Cemento (%en peso) Densidad máxima (Kg/m3) 1752 1832 1912 1992 a a a a 1831 1911 1991 2071

2072 ó más

0 - 19

10

9

8

7

6

5

20 - 39

9

8

7

7

5

5

40 - 50

11

10

9

8

6

5

0 - 19

10

9

8

6

5

5

20 - 39

9

8

7

6

6

5

40 - 50

12

10

9

8

7

6

0 - 19

10

8

7

6

5

5

20 - 39

11

9

8

7

6

5

40 - 50

12

11

10

9

8

6

SUELOS LIMOSOS Y ARCILLAS

Indice de grupo

% de limo (0,05 mm 0,005 mm)

1440 a 1511

Contenido de cemento (% en peso) Densidad máxima (Kg/m3) 1512 1592 1672 1752 1832 a a a a a 1591 1671 1751 1831 1911

1912 ó más

0 - 19

12

11

10

8

8

7

7

20 - 39

12

11

10

9

8

8

7

40 - 59

13

12

11

9

9

8

8

60 ó más

-

-

-

-

-

-

-

0 - 19

13

12

11

9

8

7

7

20 - 39

13

12

11

10

9

8

8

40 - 59

14

13

12

10

10

9

8

60 ó más

15

14

12

11

10

9

9

0 - 19

14

13

11

10

9

8

8

20 - 39

15

13

11

10

9

9

9

40 - 59

16

14

12

11

10

10

9

60 ó más

17

15

13

11

10

10

10

0 - 19

15

14

13

12

11

9

9

20 - 39

16

15

13

12

11

10

10

40 - 59

17

16

14

12

12

11

10

60 ó más

18

16

14

13

12

11

11

0 - 19

17

16

14

13

12

11

10

20 - 39

18

17

15

14

13

11

11

40 - 59

19

18

15

14

14

12

12

60 ó más

20

19

16

15

14

13

12

0 - 3

4 - 7

8 - 11

12 - 15

16 - 20

PORCENTAJE EN VOLUMEN EN FUNCION DEL PORCENTAJE EN PESO

%V = % P ×

%P

P.U .V .Ssc 15 ⋅ (100 + % P )

% V para P.U.V.S. sc (Kg/m3) =

-

1400

1500

1600

1700

1800

1900

2000

2100

2200

2

1,8

2,0

2,1

2,2

2,4

2,5

2,6

2,8

2,9

3

2,7

2,9

3,1

3,3

3,5

3,7

3,9

4,1

4,3

4

3,6

3,8

4,1

4,4

4,6

4,9

5,1

5,4

5,6

5

4,4

4,8

5,1

5,4

5,7

6,0

6,4

6,7

7,0

6

5,3

5,7

6,0

6,4

6,8

7,2

7,6

7,9

8,3

7

6,1

6,6

7,0

7,4

7,8

8,3

8,7

9,2

9,6

8

6,9

7,4

7,9

8,4

8,9

9,4

9,9

10,4

10,9

9

7,7

8,3

8,8

9,4

9,9

10,5

11,0

11,6

12,1

10

8,5

9,1

9,7

10,3

10,9

11,5

12,1

12,7

13,3

11

9,2

9,9

10,6

11,2

11,9

12,6

13,2

13,9

14,6

12

10,0

10,7

11,4

12,1

12,9

13,6

14,3

15,0

15,7

13

10,7

11,5

12,3

13,0

13,8

14,6

15,3

16,1

16,9

14

11,5

12,3

13,1

13,9

14,7

15,6

16,4

17,2

18,0

15

12,2

13,0

13,9

14,8

15,7

16,5

17,4

18,3

19,1

16

12,9

13,8

14,7

15,6

16,6

17,5

18,4

19,3

20,2

Dichas pérdidas admisibles son:

SUELOS

A-1-a; A-1-b;

A-3;

A-2-4

A-2-6;

A-4

y

A-6;

A-2-7;

A-7-5

Y

y

A-2-5

A-5

A-7-6

14% 10% 7%

Además deberá cumplirse que:

a) El volumen máximo, en cualquier instante durante los ensayos de durabilidad no debe exceder el volumen inicial de moldeo en más del 2 % .

b) durabilidad

El contenido máximo de humedad en cualquier instante durante los ensayos de

no debe exceder la cantidad que llene completamente los vacíos de la probeta en el

momento del moldeo.

La experiencia indica que la mayoría de los suelos usados en la estabilización con cemento cumplen estas dos últimas condiciones ; solo sería de interés verificar estos requisitos en suelos altamente expansivos y que puedan hacer crítico este ítem.

Además de los requisitos anteriormente expresados, las resistencias a la compresión de probetas de suelo-cemento, deben aumentar con la edad y con el porcentaje de cemento portland ( Normas ASTM D-1632 y D-1633 ).

Este criterio se especifica teniendo en cuenta que los aumentos de resistencia de las probetas con la edad y con el aumento del contenido de cemento son pruebas evidentes de que el cemento actúa normalmente y que el proceso de hidratación es correcto.

CONTENIDO DE HUMEDAD La cantidad de agua a agregar depende de la humedad existente en el suelo natural y del contenido óptimo de humedad de la mezcla de suelo-cemento, que varía con Ia textura del suelo. La humedad del suelo-cemento que ya ha sido mezclado , y está preparado para la compactación, debe estar cercana a la correspondiente al contenido óptimo. El suelo-cemento a humedad óptima no exuda agua ni está seco, pero contiene suficiente humedad para moldearlo cuando se lo comprime con la mano; el agua no debe salir de la mezcla al comprimirla aunque debe aparecer un poco de humedad en la mano. Con un poco de experiencia, la cantidad correcta de humedad puede determinarse con fines prácticos a sentimiento. Un ligero exceso de humedad es mejor qué la falta de ella.

A los fines prácticos se recomienda mantener el mas alto contenido de humedad que permita la consolidación y el terminado sin que se observe fisuramiento superficial, ondulaciones, huellas o desplazamiento del material durante las operaciones de compactación y terminación.

CONSTRUCCION En la construcción del suelo-cemento el objetivo es mezclar suelo pulverizado con cemento en proporciones correctas, con humedad suficiente para obtener la máxima compactación. Los métodos de construcción son simples y siguen un procedimiento definido:

A.

Preparación previa 1.

Perfilar el camino transversal y longitudinalmente.

2.

Escarificar, pulverizar y comprobar la posibilidad que, previo a la compactación, el material no presentara grumos, cumpliendo : pasa tamiz N° 4 > 80 % y en lo posible pasa tamiz N° 10 > 60 %.

B.

3.

Humedecer previamente el suelo; si fuera posible la noche anterior.

4.

Conformar nuevamente el camino transversal y longitudinalmente.

Proceso constructivo

1.

Distribución del cemento portland.

2.

Mezcla e incorporación de la humedad restante para que la mezcla tenga humedad optima.

3.

Comprobar por tamizado la pulverización, y la distribución uniforme de humedad en el espesor y en la superficie.

4.

Compactación.

5.

Terminación.

6.

Curado.

Si la capa estabilizada con cemento se va a ejecutar directamente sobre el terreno natural, durante las operaciones de nivelación deben ubicarse y corregirse zonas de subrasantes flojas, elásticas y levantadas por las heladas. La subrasante debe estar libre de raíces y otros restos; luego altear, si fuera necesario, de acuerdo a los niveles de apoyo de la capa, humedecer y recompactar hasta densidades que ofrezcan un apoyo confiable de servir de reacción a las compactaciones de las capas superiores. Después de lo cual se perfila transversal y longitudinalmente, con un plano paralelo a la rasante, ubicado a profundidad igual a la sumatoria de espesores de la cubierta. La mayoría de las mezclas de suelo-cemento, se preparan con suelos que requieran poca o ninguna pulverización. En caso de ser necesaria ésta, generalmente se efectúa el día anterior,

adecuando las humedades, aireando, de manera de hacer posible la adecuación de la textura, para que la acción del cálcico sea eficaz.

Esto se realiza con esta secuencia porque las operaciones del proceso constructivo son continuadas y deben ser completadas el mismo día de trabajo.

TIPOS DE EQUIPO DE MEZCLA El suelo-cemento y el agua pueden mezclarse por medio de equipos de diversos tipos:

A - Mezcladoras en tránsito 1.

Para material en caballete.

2.

Para material extendido sobre la calzada.

3.

Mezcladoras rotativas de varias pasadas.

4.

Mezcladoras rotativas de una sola pasada (recicladoras)

B - Mezcladoras fijas 1.

De producción discontinua.

2.

De producción continua.

Cualquiera sea el tipo del equipo utilizado los principios generales y los objetivos son los mismos. Durante la construcción es posible efectuar dos o más operaciones constructivas simultáneamente.

Por ejemplo, algunas mezcladoras en tránsito, combinan dos o más operaciones constructivas. El uso de estas máquinas es habitual hoy en día, tanto con suelo dispuesto en caballete o en capa, del lugar o transportado, y hasta con estructuras existentes que se deben readecuar; generalmente cuentan con depósito de cemento y agua, y operan con varios rotores que fresan o escarifican, pulverizan, mezclan seco y húmedo, y dejan una capa compactada –con mayor o menor densidad, según dispongan de placa o rodillo-.

En las obras que se prevé suelos de transporte, se usan algunas veces plantas mezcladora fijas, con las que se obtiene una mezcla muy uniforme. Actualmente el empleo de arados, discos y cultivadores no es tan habitual, aunque siempre pueden ser utilizados como alternativas ante eventualidades; con éxito si se actúa con criterio. Las modernas mezcladoras mecánicas son muy eficientes, con alto rendimiento y bajo costo de construcción.

PROCESO CONSTRUCTIVO El proceso constructivo del suelo-cemento se ilustra con algunos ejemplos utilizando equipos de varios tipos.

Se exponen las etapas constructivas características y el equipo requerido.

Ejemplo 1 : Construcción con mezcladora en tránsito para material en caballete. ETAPAS CONSTRUCTIVAS A - Preparación : Con suelo del lugar : 1.

Perfilar el camino transversal y longitudinalmente.

2.

Escarificar el suelo del camino.

3.

Pulverizar el suelo si es necesario.

4.

Formar y uniformar el caballete de suelo.

Con suelo de transporte : 1.

Perfilar la subrasante transversal y longitudinalmente.

2.

Compactar la subrasante.

3.

Colocar el suelo de transporte.

4.

Formar y uniformar el caballete de suelo.

B - Proceso del suelo-cemento 1.

Distribución del cemento portland.

2.

Mezcla y aplicación de agua, ajustando hasta humedad optima.

3.

Distribución del caballete mezclado.

4.

Compactación.

5.

Terminación.

6.

Curado.

EQUIPO TIPICO NECESARIO Para la preparación : 1.1.1.-

Pulverizadora, si es necesaria. Motoniveladora con escarificador. Uniformador de caballete o cajón para la distribución.

Para el manipuleo del cemento a granel : 1.1.1.1.-

Transportador de cemento. Tanque para cemento. Bascula portátil para camiones. Distribuidor mecánico de cemento para caballete.

Para la mezcla y aplicación de agua: 1.1.2, necesidades de la obra. 1.-

Mezcladora en tránsito para caballete motopropulsada.. Bomba en el lugar de provisión de agua. ó mas camiones-tanques para la provisión de agua, de acuerdo con las Motoniveladora para la distribución del caballete mezclado.

Ejemplo 2 : Construcción con mezcladora en tránsito para material en capas. ETAPAS CONSTRUCTIVAS A - Preparación : Con suelo del lugar : 1.Perfilar el camino transversal y longitudinalmente. 2.Aflojar el suelo hasta el espesor proyectado cuando sea necesario, y perfilar nuevamente. Con suelo de transporte : 1.Perfilar la subrasante transversal y longitudinalmente. 2.Compactar la subrasante. 3.Colocar el suelo de transporte. 4. Conformar el suelo de transporte. B - Proceso del suelo-cemento 1.Distribución del cemento portland. 2.Mezcla y aplicación de agua, ajustando hasta humedad optima de mezcla. 3.Compactación. 4.Terminación. 5.Curado.

EQUIPO TIPICO NECESARIO Para la preparación : 1.- Motoniveladora. Para el manipuleo del cemento a granel : 1.- Transportador de cemento. 2, ó mas camiones para cemento de acuerdo con las necesidades de la obra 1.- Bascula portátil para camiones. 1.- Distribuidor mecánico de cemento ( 1,80 m. a 3,00 m. de ancho ).

Para la mezcla y aplicación de agua:

1.- Mezcladora en tránsito para material en capas. 1.- Bomba en el lugar de provisión de agua. 2,

ó mas camiones-tanques para la provisión de agua, de acuerdo con las

necesidades de la obra.

Ejemplo 3 : Construcción con mezcladora rotativas en varias pasadas. ETAPAS CONSTRUCTIVAS A - Preparación : Con suelo del lugar : 1.Perfilar el camino transversal y longitudinalmente. 2.Escarificar el suelo del camino. 3.Pulverizar el suelo si es necesario. 4.Humedecer el suelo si es necesario. 5.Conformar el suelo preparado. Con suelo de transporte : 1.Perfilar la subrasante transversal y longitudinalmente. 2.Compactar la subrasante. 3.Colocar el suelo de transporte. 4.Conformar el suelo de transporte.

B - Proceso del suelo-cemento 1.Distribución del cemento portland. 2.Mezcla, incorporación de agua y mezcla húmeda. 3.Verificar mediante tamizados la pulverización. 4.Compactación. 5.Terminación. 6.Curado.

EQUIPO TIPICO NECESARIO Para la preparación : 1.Motoniveladora con escarificador. Mezcladoras rotativas para pulverizar, si es necesario. 1.Camión regador a presión, con barra de distribución; para humedecer el suelo si es necesario. Para el manipuleo del cemento: 1.Transportador de cemento. 2 ó mas camiones para cemento de acuerdo con las necesidades de la obra 1.Bascula portátil para camiones. 1.Distribuidor mecánico de cemento ( 1,80 m. a 3,00 m. de ancho ).

Para la mezcla y aplicación de agua: Mezcladoras rotativas ( las mismas usadas en la preparación ). 1.Bomba en el lugar de provisión de agua. 2, ó mas camiones-tanques para la provisión de agua, de acuerdo con las necesidades de la obra.

Ejemplo 4 : Construcción con mezcladora fijas. ETAPAS CONSTRUCTIVAS A - Preparación : Con suelo de transporte : 1.Perfilar la subrasante transversal y longitudinalmente. 2.Compactar la subrasante. B - Proceso del suelo-cemento 1.Mezcla del suelo, cemento y agua en la planta. 2.Transporte al camino y distribución de la mezcla. 3.Compactación. 4.Terminación. 5.Curado.

EQUIPO TIPICO NECESARIO Para la preparación : 1.Motoniveladora. 1.Rodillo. Para la mezcla : 1.Planta mezcladora central, de producción continua o discontinua con instalaciones para almacenar, manipular y dosificar suelo, cemento y agua. Para la colocación : Camiones transportadores, de acuerdo con las necesidades de la obra. 2.Distribuidores mecánicos.

Ejemplo 5 : Construcción con mezcladora rotativa en una pasada. ETAPAS CONSTRUCTIVAS A - Preparación : Con suelo del lugar o material de camino existente : 1.Si fuera necesario fresar, escarificar y pulverizar el material. 2.Perfilar transversal y longitudinalmente. 3.Abastecimiento de los depósitos del equipo con cemento, agua y material de

aporte o corrección si fuera preciso. B - Proceso del suelo-cemento 1.El equipo a medida que avanza levanta el suelo, lo pulveriza, distribuye el cemento portland de acuerdo a la dosificación, lo mezcla con el suelo; incorpora el agua necesaria, produce la mezcla húmeda, la distribuye encapa de espesor uniforme, y le da una compactación inicial. 2.Compactación. 3.Terminación. 4.Curado.

EQUIPO TIPICO NECESARIO Para la preparación : 1.Motoniveladora con escarificador. 1.Recicladora-mezcladora rotativa para fresar y pulverizar, si es necesario. Para el manipuleo de los materiales que abastecen el equipo: 1.Transportador de cemento. 1, ó mas camiones para transporte del material de aporte o corrección, de acuerdo con las necesidades de la obra. 1.Bascula portátil para camiones. 1.ó mas camiones-tanques para la provisión de agua, de acuerdo con las necesidades de la obra. 1.- Bomba en el lugar de provisión de agua. Para la mezcla y aplicación de agua: 1.Recicladora-mezcladora rotativa ( la misma usada en la preparación ).

COMPACTACION En estos ejemplos figuran la preparación del camino y el proceso constructivo del suelo cemento desde el comienzo hasta el fin de las operaciones de mezcla. Una vez que el suelo cemento ha alcanzado la humedad óptima y ha sido total e íntimamente mezclado, debe ser compactado de inmediato y ejecutadas las operaciones de terminación. La humedad óptima y la densidad máxima se determinarán con el método Proctor ( Normas IRAM 10522 // ASTM D-558 // VN E-19 // AASHTO T 134 ).

Con ligeros riegos se repone el agua perdida por evaporación, durante la compactación.

Hay numerosos tipos de equipos de compactación; los que mas comúnmente se utilizan para densificar estas mezclas son los rodillos “pata de cabra” , las versiones mas modernas de rodillos tipo grilla o segmentados, platos y cilindros vibradores, rodillos neumáticos muy pesados o vibradores, pisones, y el siempre útil cilindro liso.

Los platos vibradores y los rodillos tipo grilla o segmentados se han empleado satisfactoriamente para compactar suelo cemento confeccionado con suelos granulares no plásticos.

Los rodillos "pata de cabra" se usan generalmente para compactar todas las mezclas preparadas

con

suelos

finos

con

plasticidad.

El

máximo

espesor

que

puede

compactarse

satisfactoriamente en una sola capa, con la mayoría de estos rodillos, es de aproximadamente 20 cm., y el material mezclado deberá estar suelto para que las patas puedan llegar hasta el fondo de la capa e ir compactando gradualmente de abajo hacia arriba.

Para compactar mezclas con suelos muy arenosos, con poco o ningún ligante, como las arenas de dunas o médanos, se emplean rodillos neumáticos o segmentados vibrantes; los mismos se utilizan satisfactoriamente también para compactar arenas o gravas, con poca o ninguna plasticidad.

Todo equipo con vibración debe usarse con cuidado especial; personalmente soy restrictivo al respecto, porque si se entrega trabajo vibrante de la mezcla cuando comienza la gelinizacion se puede estropear el suelo-cemento sin remedio porque se logran densidades y muchas veces hasta la resistencia a compresión para el suelo cemento no es de la calidad que se podría obtener, y lejos esta de la mezcla ensayada en laboratorio. Para obtener los mejores resultados con la compactación, ésta debe comenzar inmediatamente después de la terminación de la mezcla de suelo, cemento y agua. En esta forma, las densidades se obtienen rápidamente; hay menos evaporación de agua y el rendimiento aumenta. La mayoría de las especificaciones exigen que el suelo cemento sea compactado hasta densidades que no difieran en más de 80 Kglm3 ( algunas exigen el 95 % ) de la máxima densidad, determinada sobre una muestra extraída de la mezcla húmeda ( Normas IRAM 10522 // ASTM D-558 // VN E-19 // AASHTO T 134 ). Las densidades mayores son beneficiosas.

TERMINACION Hay varios métodos aceptables para, la terminación del suelo cemento. El procedimiento adecuado depende del equipo, condiciones de la obra y características del suelo. Para producir una superficie de alta calidad prescindiendo del método usado, deben cumplirse las exigencias fundamentales para obtener una adecuada compactación, con humedad no inferior a la óptima y la remoción de cualquier plano superficial de compactación. La superficie debe quedar lisa, densa y libre de bordes y grietas.

Los planos superficiales de compactación, son fajas lisas superficiales marcadas por las ruedas del equipo, cuchilla de la motoniveladora o patas del rodillo "pata de cabra”. La capa superficial delgada de suelo cemento compactado, que cubre esas fajas no adhiere adecuadamente a las mismas y posteriormente puede desprenderse aflojarse y fracturarse. Dichas fajas deben ser escarificadas y humedecidas para obtener buena adherencia. Los planos de

compactación se eliminan pasando una rastra de dientes o clavos, el material removido se humedece y recompacta. Posteriormente se raspa con la cuchilla de la motoniveladora para quitar las capas esfoliadas, cuya adherencia no se logró. CURADO El suelo-cemento compactado y terminado contiene suficiente humedad para la hidratación adecuada del cemento. Con el fin de retener esa humedad, inmediatamente después de su terminación se coloca sobre el suelo cemento una cubierta para permitir que se produzca la completa hidratación del cemento. En los últimos años la mayor parte del suelo-cemento construido ha sido curado con material bituminoso, pero existen otros materiales, tales como papel impermeable, paja o tierra humedecidas que son sustitutos probados, enteramente satisfactorios. Los materiales bituminosos más usados son las emulsiones asfálticas. La gama de tenores de aplicación varía desde 0,70 a 1,40 litros por m2. En el momento de aplicar el material bituminoso, la superficie del suelo cemento debe estar libre de todo material extraño suelto y seco. Los materiales para el recubrimiento bituminosos deben aplicarse a una superficie de suelo cemento muy húmeda; es conveniente regar con agua inmediatamente antes de la aplicación bituminosa para que no haya penetración de esta imprimación en la base de suelo cemento, contrariamente a lo que es aconsejable en los demás tipos de estabilización. Un riego de agua en forma de neblina es lo mas adecuado, y si se lo realiza con camión regador convencional, la cantidad debe ser escasa y se debe avanzar con el riego de emulsión inmediatamente después que desaparezca el agua libre de la superficie. Faltan las curvas que muestran como varían la durabilidad y la resistencia con índices de tiempo de compactación.

BIBLIOGRAFIA 1.-

Estabilización de Suelos - Ing. Raúl A. COLOMBO - Fac. Ingeniería U.B.A.

2.-

Las cales argentinas

3.-

Wen-Han Wang, Davidson D.T. y otros. Univ. IOWA U.S.A.-Comparison of various Comercial Limes of Soil Stabilization. H. R. B.

4.-

Le Roux A., Riviere A. - Traitements des sols argileaux par la Chaux - Bull Liaison Nº 40

5.-

Shen C. K., Li S.K. - Lime Stabilization of Sand and Sand-Clay Mixtures - 49th Annual meeting on Lime and Fly Ash Stabilization U.S.A

6.-

Sail – Cement Laboratory Handbook – Portland Cement Association.

7.-

Sail – Cement Construccion Handbook – Portland Cement Association.