Dosificación de estabilizaciones con cemento

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Contenido

Concepto

La dosificación de un suelo estabilizado con cemento para una explanada tiene como objetivo obtener la combinación óptima de cemento, suelo, agua y, eventualmente, aditivos, que cumpla las especificaciones técnicas fijadas sobre sus características en estado fresco y endurecido. Además, la dosificación debe tener en cuenta las condiciones de ejecución, especialmente la trabajabilidad, la calidad pretendida y la economía de la obra.

En este proceso se debe determinar el contenido óptimo de agua, la dosificación de cemento y la del retardador de fraguado, en el caso de que se utilizara. El proceso de dosificación, hasta determinar la fórmula de trabajo, consta de las siguientes fases.

Contenido óptimo de agua

La cantidad de agua para hidratar el cemento es pequeña, del orden del 2%, por lo que el contenido óptimo de agua se determinará por la necesidad de esta para facilitar la compactación. Así pues, este proceso consiste en hallar el contenido óptimo de agua para la compactación de una mezcla de suelo y cemento. El ensayo de referencia para estimar la humedad óptima de compactación es el Ensayo Proctor modificado, aunque en ocasiones, como en el control de obra, se sustituye por el martillo vibrante, que es más cómodo de utilizar.

Esta mezcla, con la que se determinará el contenido óptimo de agua para su compactación, tendrá la dotación de cemento que se haya estimado aproximadamente para obtener con ella el Indice CBR, en el caso de que sea este el parámetro exigido, o la resistencia especificada, en el caso de que sea este el parámetro a evaluar.

En el caso de suelos en los que se exige solamente un determinado índice CBR (S-EST1 y S-EST2), se adoptará un contenido en cemento correspondiente al valor mínimo indicado por el PG-3, que es del 2% para el S-EST1 y del 3% para el S-EST2. En el caso en los que es la resistencia el parámetro especificado (S-EST3), se pueden adoptar valores de contenido en cemento del 3% para zahorras y suelos granulares y del 5% para suelos finos cohesivos.

Generalmente, el contenido de cemento obtenido finalmente en la dosificación será distinto a este valor tomado para la determinación del contenido óptimo de agua, por lo que se debería volver a realizar el ensayo Proctor modificado con el contenido de cemento final, pero esto no se considera necesario ya que una variación de este orden del contenido de cemento no tiene una influencia significativa en el valor de la humedad óptima.

Por tanto, la cantidad de agua que se incluirá en la fórmula de trabajo del material, es el correspondiente a la humedad óptima retenida en el ensayo Proctor modificado, es decir, la humedad determinada después del ensayo, que puede no ser la misma que la humedad de la probeta antes de este.

Puede ocurrir que en la puesta en obra del material, se reduzca este contenido en agua ligeramente, del orden de medio punto, buscando por un lado una resistencia superior, ya que las resistencias máximas se suelen obtener con humedades entre 0,5 y 1 punto porcentual menos que la óptima Proctor, y por otro lado para evitar que las tolerancias de los Pliegos de prescripciones puedan originar mezclas con humedades en el lado húmedo de la curva Proctor, lo que puede producir caídas de resistencia.

Sin embargo, esta estabilización del lado seco puede presentar problemas de trabajabilidad, por lo que para tomar la decisión final se hace necesario un estudio de sensibilidad al contenido de agua, en el que se evalúe, además de la densidad y la resistencia, la trabajabilidad.

Dosificación del cemento

Con el valor del contenido de agua óptimo para la compactación, se procede a la obtención de la dosificación de cemento mediante la realización de ensayos. El procedimiento consiste en la fabricación y curado de series de probetas, fabricada con el contenido óptimo de agua de compactación y la densidad exigida en obra. El curado se deberá realizar, si es posible, en cámara húmeda.

Sobre estas probetas se realizarán los ensayos correspondientes al tipo de suelo estabilizado. En el caso de los suelos S-EST1 y S-EST2, se realizará el Ensayo CBR a los 7 días, con el que se evaluará la capacidad de soporte de estos. Si se trata de un suelo S-EST3, se evaluará su resistencia mecánica mediante el ensayo de compresión simple, también realizado a los 7 días, y cuyo valor mínimo de resistencia a compresión en estos suelos debe ser de 1,5 MPa.

Con los ensayos realizados, se representan gráficamente los valores obtenidos en función del contenido en cemento. La dosificación de cemento, en el caso de suelos S-EST1 y S-EST2, se elegirá de estas gráficas teniendo en cuenta que debe ser superior al 2%, y que debe permitir obtener el valor del índice CBR especificado con la densidad exigida en obra. Finalmente se incrementará este valor sumándole 0,5 puntos porcentuales, para tener en cuenta las condiciones de obra.

En los suelos estabilizados S-EST3, la dosificación de cemento también se determina en la gráfica de resistencia a compresión simple en función del contenido de cemento, teniendo en cuenta que debe ser superior al 3% en masa del suelo seco, y que con la densidad exigida en obra debe superar la resistencia exigida, preferiblemente incrementada en un 20%, es decir, según las especificaciones del PG-3, la resistencia mínima pasaría a ser 1,8 MPa.

Con el contenido en cemento así determinado, se debe evaluar la sensibilidad de la mezcla a pequeñas variaciones de la densidad y la humedad de compactación. En el primer caso se fabrican probetas con densidades entre 3 puntos porcentuales por debajo y 2 puntos porcentuales por arriba de la densidad especificada, y en el segundo caso se fabrican probetas con humedades entre 1 punto porcentual por debajo y medio punto por encima de la óptima Proctor modificado. Se debe comprobar que en todos los casos de densidades y humedades ensayados, se supera el índice CBR o la resistencia especificada.

Determinación del plazo de trabajabilidad

El plazo de trabajabilidad de un suelo estabilizado con cemento se realizará mediante el ensayo de compactación diferida, en el que se considera que dicho plazo viene dado por el tiempo transcurrido desde la mezcla de los componentes hasta que se produce una caída de dos puntos porcentuales respecto a la densidad máxima obtenida tras fabricar el material.

Para esta determinación, en el ensayo se han determinado las densidades de varias probetas, fabricadas con la dosificación obtenida anteriormente, a edades crecientes, y a una temperatura similar a la temperatura media del aire en las horas más calurosas del día estimada para el emplazamiento de la obra en la época de la construcción. Esta temperatura es importante, y se tiene que indicar siempre junto con el resultado de plazo de trabajabilidad. Además, a mayor temperatura menor plazo de trabajabilidad, por lo que si el ensayo se realiza a una temperatura algo superior a la que se espera, se tienen resultados del lado de la seguridad.

El suelo estabilizado in situ con cemento deberá tener un plazo de trabajabilidad no inferior a 2 horas en el caso de puesta en obra de la anchura completa y en el caso de puesta en obra por franjas de 3 horas. Estos plazos es difícil conseguirlos sin retardadores del fraguado. Además, hay que comprobar que se cumplen incluso con el contenido de humedad óptimo menos la tolerancia.

La trabajabilidad debe ser la máxima posible, es recomendable, por tanto, disponer de plazos de trabajabilidad superiores a los mínimos establecidos.

Comprobación de hinchamiento y colapso

En la normativa española (PG-3) se indica que en los suelos estabilizados, en cualquier caso, no existe hinchamiento en el ensayo de expansión, ni asiento en el ensayo de colapso. Si el suelo original sí los presentara, se deberá comprobar que desaparecen en el suelo estabilizado realizando los ensayos 24 horas después de la mezcla con el conglomerante. Si persistieran en ese plazo, se repetirán a los 3 o 7 días.

Aunque la especificación de que el suelo no presente ningún hinchamiento puede resultar excesiva. En algunos países se permiten ciertos hinchamientos.

Ajuste final de la dosificación

La dosificación, finalmente, se debe ajustar para que con la densidad de referencia exigida en obra, se obtengan el índice CBR o la resistencia mínima a compresión especificada para la mezcla, ajustando el contenido de cemento si no fuese el caso.

También se deberá tener en cuenta que para pequeñas variaciones en el contenido de humedad, el índice CBR y la resistencia no sean inferiores al valor prescrito, y el plazo de trabajabilidad sea superior al mínimo especificado.

En suelos S-EST3 es conveniente, tras ajustar los contenidos finales de cemento y agua, realizar ensayos de resistencia a medio o largo plazo, 28 ó 90 días, y comprobar que no se da una evolución anómala de las resistencias, y sobre todo en el caso de utilizar retardadores del fraguado, que pueden afectar a dicha evolución.

Fórmula de trabajo

Tras todas las fases anteriores se define la fórmula de trabajo del suelo estabilizado, que debe incluir:

     - La dosificación mínima de conglomerante, indicando su tipo y clase, referida a la masa total de suelo seco y, en su caso, por metro cuadrado de superficie.

     - El contenido de humedad, según la UNE 103300, del suelo inmediatamente antes de su mezcla con el cemento, y el de la mezcla en el momento de su compactación.

     - La compacidad a obtener, mediante el valor mínimo de la densidad.

     - El contenido de retardador de fraguado, en si caso.

     - El índice CBR a 7 días o la resistencia a compresión simple a la misma edad, según el tipo de suelo estabilizado.

     - El plazo de trabajabilidad.


Véase también



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IV Edicin del "Premio Internacional a la Innovacin en Carretera Juan Antonio Fernandez del Campo"