GENERALIDADES Y CARACTERÍSTICAS DEL SUELO-CEMENTO: ¿QUÉ Y PARA QUÉ?

EXPERTO

• 
  OMAR JAVIER SILVA

  Ingeniero Civil

• Materiales
• Constructor
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RESUMEN: 

El suelo-cemento es un producto resultante de una mezcla compactada de suelos finos y/o granulares, cemento y agua, en proporciones establecidas a través de una dosificación racional, ejecutada de acuerdo con las normas aplicables al suelo, el cual se compacta y cura para lograr propiedades mecánicas específicas.

Existen diversas razones que actualmente determinan mayor uso del suelo-cemento en la construcción de estructuras de pavimentos y, para ello, es indispensable disponer de estructuras de este tipo con capas de elevada capacidad de soporte y resistentes a los agentes atmosféricos. Otra razón es la posibilidad de reducir espesores de capas que conforman la estructura del pavimento sin que se disminuya la capacidad estructural, además de ayudar en la protección al medio ambiente, el cual cada vez impone mayores limitaciones a la búsqueda y explotación de bancos de materiales.

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Dentro de las ventajas que el suelo-cemento puede ofrecer están:

• Material durable: numerosos registros de comportamiento indican que el suelo-cemento tiene mayor durabilidad que otros materiales de pavimentos de similar costo inicial.
• Mayor uso de materiales locales: el suelo-cemento permite utilizar gran cantidad de tipos de suelo para su elaboración, con lo que se consigue reducir considerablemente los costos de transporte de material de aporte y aumentar los rendimientos de construcción.
• Reducido impacto ambiental: porque hay menor necesidad de explotar bancos de material.
• Mayor rigidez y mejor distribución de las cargas aplicadas al pavimento: las propiedades de las mezclas de suelo-cementopermiten distribuir la carga aplicada en un área mayor que en el caso de una capa granular; por tanto, a igualdad de capacidad de soporte es posible contar con estructuras de pavimentos de menor espesor o con un menor número de capas.
• Resistencia a los agentes atmosféricos: es notable su prolongada durabilidad bajo condiciones adversas. Esta es la razón por la que se ha usado en lugares con condiciones climáticas muy desfavorables.
• Aumento de resistencia y menos intervenciones de mantenimiento: las propiedades mecánicas del suelo-cemento se incrementan con el tiempo, lo que reduce al mínimo la necesidad de mantenimiento del pavimento, obteniéndose prolongada vida útil y disminución del total de la estructura del pavimento.

A su vez el suelo-cemento también presenta algunas limitaciones, ya que es un material en el que se producen fisuras de contracción que pueden reflejarse en las capas superiores. Sin embargo, es posible controlar en buena parte dicha contracción mediante uso de cementos adecuados, mezclas de cal, cemento y/o técnicas de prefisuración:

• Se deben realizar tantas pruebas como sea necesario con el cemento, antes de pretender construir capas de suelo-cemento con suelos de mediana/alta plasticidad.
• El plazo para ejecutar el mezclado, conformación y compactación está limitado por el tiempo de fraguado del cemento.
• Tiene reducida resistencia al desgaste. Por ello, las bases de suelo-cemento precisan capas de rodadura de concreto asfáltico, tratamientos superficiales o capas de rodadura de concreto hidráulico.

 

¿CÓMO SE CLASIFICA?

El suelo-cemento se ha definido y se ha clasificado desde diversos puntos de vista a partir de diferentes modificaciones realizadas en el material de partida, el contenido de cemento y el tipo de suelo. Las más reconocidas son:

• Suelo-cemento: El contenido de cemento en peso suele ser del orden del 3 al 7% en peso de materiales secos; a largo plazo, su resistencia a compresión suele ser superior a 4 MPa. El contenido de agua se elige para obtener mezclas de consistencia seca que permitan su compactación con rodillo. El suelo-cemento se usa normalmente como capa de apoyo de otros materiales tratados con cemento o de concreto hidráulico, o bien como capa resistente bajo capas bituminosas. Puede fabricarse en planta central o ejecutarse in situ.

 

• Suelo mejorado o modificado con cemento: Se usa en subrasantes o explanadas y se define como una mezcla de suelo y una cantidad pequeña de cemento, generalmente inferior al 2% en peso, añadida con el fin de mejorar algunas propiedades de los suelos. Al contrario que el suelo-cemento, la mezcla resultante sigue teniendo la estructura de un material suelto, al menos a corto plazo. La mejora o modificación con cemento se usa generalmente con suelos de grano fino, plásticos y a veces con humedades naturales excesivas con dificultad de compactación, expansividad y baja capacidad de soporte. El conglomerado modifica moderadamente sus características a corto y largo plazo, haciendo utilizables los suelos. Por su limitada o nula resistenciamecánica se recomienda usarlo como subrasante de pavimentos de tráficos ligeros y medios. Para los casos de tráfico pesado y de alto volumen se sugiere colocar una subrasante de mayor capacidad de soporte sobre el suelo modificado con cemento.

Fuente: Wikipedia – Solelboneh

• Suelo estabilizado con cemento: Se usa también en subrasantes o explanadas, especialmente en estructuras de pavimentos para tráficos pesados. Es una mezcla de suelo, cemento y agua, con un contenido mínimo de conglomerante en peso del 2% a fin de obtener un material dotado de una rigidez y resistencia mecánica.

 

• Suelo-cemento plástico: Consiste en una mezcla de suelo fino, cemento y agua o aditivos suficientes para conseguir una consistencia fluida. Este material se engloba dentro de los denominados por el comité 229R del American Concrete Institute(ACI por sus sigla en inglés) materiales de resistencia controlada. Una de sus aplicaciones está en la construcción de bases de pavimentos, en cuyo caso se usan mezclas plásticas y no fluidas, diseñadas de tal forma que se puedan colocar y enrasar fácilmente teniendo, además, la menor contracción posible. Los valores de resistencia a compresión simple sugeridos por el ACI en capas de base de suelo-cemento plástico varían entre 3 y 8,5 MPa.

 

• Base granular tratada con cemento: La Portland Cement Association (PCA por su sigla en inglés) la define como una mezcla de agregados pétreos, cemento hidráulico y agua, que endurece después de ser compactada y curada para formar un material de pavimento durable. Se usa como capa de base en estructuras de pavimentos, siendo necesaria una capa de rodadura. Las propiedades estructurales de bases granulares tratadas con cemento dependen de los agregados, del contenido de cemento, de las condiciones de compactación y curado y de la edad. Son usuales valores de resistencia a la compresión de 3 a 6 MPa, módulo de rotura de 0,7 a 1 MPa y de módulo de elasticidad de 7.000 a 14.000 MPa. Es importante mencionar que las bases granulares tratadas con cemento son conocidas también con los nombres de bases tratadas con cemento y bases de agregados estabilizados con cemento.

 

• Pavimentos unicapa de alto desempeño: Son estructuras de pavimento formadas por una sola capa usando el suelo existente, mezclado con un porcentaje de cemento hidráulico de entre 11 y 20% en peso que, compactada al porcentaje de diseño, es capaz de soportar las cargas y el desgaste producido por el tráfico, proporcionando a la vez una superficie de rodaje adecuada. La filosofía de este pavimento es similar a la del concreto compactado, pero empleando como material de partida un suelo natural en vez de agregados procesados. Las propiedades estructurales de los pavimentos unicapa dependen del tipo de suelo y del contenido de cemento, así como de la energía de compactación y del curado. Los valores usuales de resistencia a compresión varían entre 5 y 13 MPa, el módulo de rotura entre 1 y 2,3 MPa y el módulo de elasticidad entre 10.000 y 20.000 MPa.

 

• Pavimentos reciclados con cemento: Hay varias razones para optar por la solución de reciclado con cemento. Normalmente se trata de pavimentos agrietados o fisurados debido al volumen de tráfico pesado, al final de su vida útil de servicio, o bien por problemas de drenaje y ahuellamientos. Frente a otras soluciones de rehabilitación, el reciclado de estos pavimentos con cementopermite aprovechar las capas deterioradas logrando recuperar y aumentar la capacidad de soporte y características mecánicas en general, lo que se traduce en mejoramiento del nivel de servicio. Técnicamente se consigue un pavimento mucho más durable y menos susceptible al agua.

 

¿QUÉ SUELOS SE PUEDEN ESTABILIZAR CON CEMENTO?

 

En general, cualquier suelo puede estabilizarse, a excepción de los suelos muy plásticos, orgánicos o con altos contenidos de sales que puedan afectar el desempeño del cemento. Existen diversos criterios en varios países que limitan y especifican las características que debe tener un suelo para considerarse aceptable en la elaboración de una mezcla de suelo-cemento. Al comparar dichos criterios entre sí aparecen diferencias respecto a ciertos requerimientos; sin embargo, todos coinciden en limitar aspectos relativos a la granulometría del suelo, proceso constructivo y cumplimiento de requisitos del diseño de mezcla y de la estructura del pavimento.

El objetivo de limitar características del suelo, principalmente el índice de plasticidad y los requerimientos granulométricos, es obtener una mezcla económica en cantidad de cemento y buen comportamiento estructural. Los suelos estabilizados con cemento no deben considerarse como materiales inertes. La adición de agua y cemento al suelo produce reacciones químicas y cambios a través del tiempo que modifican sus propiedades físicas a corto, medio y largo plazo.

Fuente: Wikipedia – Solelboneh

Nota aclaratoria de responsabilidad: Las observaciones contenidas en este documento son de carácter informativo y deben ser aplicadas y/o evaluadas por el constructor o usuario solamente en caso de considerarlas pertinentes. Por lo tanto, estas observaciones no comprometen a Argos, a sus filiales o a sus subordinados.

La mejora o modificación con cemento se usa generalmente con suelos de grano fino, plásticos y a veces con humedades naturales excesivas con dificultad de compactación, expansividad y baja capacidad de soporte.

CONCLUSIÓN

El uso del suelo-cemento da versatilidad a una estructura de pavimento y los beneficios que otorga pueden traducirse en ahorros de materiales y aumento en los rendimientos de construcción, además de beneficios ambientales por evitar la explotación de materiales adicionales en el desarrollo de proyectos.

• TEMAS CLAVE: Cemento, Materiales durables para suelos, Suelo cemento plástico

ACERCA DEL AUTOR

• 
  OMAR JAVIER SILVA

  Ingeniero Civil

  Colombia

  Mi primer acercamiento con el concreto lo encontré de niño en uno de mis hobbies: los carros. Sabía que el concreto lo llevaban en unos camiones muy grandes, con algo atrás que daba vueltas. Esos vehículos siempre despertaban mi interés, además de que mi abuelo era ingeniero civil, constructor, y tal vez el concreto venía en la sangre... Soy ingeniero civil de la Pontificia Universidad Javeriana, con especialización en Tecnología de Construcción de Edificaciones de esa misma universidad. Desde el año 2007 estoy vinculado con la Asociación Colombiana de Productores de Concreto – Asocreto-, donde me desempeño como Jefe de Publicaciones.

  'El concreto más que un material de construcción es un estilo de vida'.