El Cemento para La Estabilización

Suficiente cemento va a dar la resistencia requerida en una gran variedad de suelos, sin embargo, no es lo ideal. El mundo ha recorrido un gran camino cuando de aplicaciones viales del cemento se trata. El utilizar cemento para mejorar las propiedades mecánicas del suelo natural (o casi natural) y crear la capa base de la vía con suficiente capacidad de soporte, se ha vuelto una técnica altamente común por sus grandes beneficios. A pesar de lo anterior, es equívoco asumir que esta es una solución universal que aumenta la resistencia del suelo de forma “milagrosa”. Equivocaciones en la concepción del mejoramiento de suelos con materiales alternativos, pueden hacer perder toneladas de cemento o químicos.

El cemento, generalmente el cemento gris, puede ser utilizado en una amplia gama de suelos como agente estabilizador, desde suelos arcillosos, suelos finos, limosos, arenosos, entre otros, siempre y cuando cumpla con unas características determinadas, tales como el contenido de materia orgánica, contenido de sulfatos (ataque químico), entre otros. Una exitosa estabilización del suelo con cemento necesariamente requiere un análisis de todos los factores involucrados en el trabajo en los estudios previos, tal como el grado de humedad, humedad natural, humedad óptima, características del suelo, tipo de cemento, cantidad de cemento, entre otros factores. Más allá del análisis previo, compatibilidad del suelo, entre otros, el proceso constructivo también juega un rol fundamental en la calidad de la capa final de los trabajos. 

Lo anterior deberá ser realizado teniendo en cuenta los costos asociados a los trabajos en función de la fórmula de trabajo, contenido de agua, equipos y demás particularidades del proyecto, y en general, de las aplicaciones viales. Los suelos estabilizados con buena resistencia a compresión, durabilidad, entre otros, no sirven de nada si no son económicamente viables. En dado caso, deberán ser analizados otros componentes suplementarios o complementarios que le permitan al suelo llegar a mayores resistencias con menor dinero por metro cúbico utilizando el contenido mínimo de productos por metro cúbico mediante la optimización del diseño de la estabilización. Es importante considerar que no siempre los materiales cementantes resuelven la resistencia de los suelos, puede ser sumamente valioso el aporte de estabilizantes iónicos o acrílicos para obtener una estructura de suelo de alta calidad con menor dinero por metro cúbico. 

La dosificación y contenido de cemento

Cuando se trabaja con materiales tratados con cemento para la estabilización de suelos, un factor fundamental para garantizar la calidad de las obras, es la consistencia para que el resultado de la modificación con cemento del suelo sea constante. La consistencia parte del diseño donde se deben tener en cuenta una serie de factores tales como el tráfico, si es tráfico pesado o liviano, período de diseño de la vía, la capa de rodadura, las capas que van a conformar la estructura tales como la capa de base, el tipo de maquinaria a utilizar y por ejemplo, la densidad que puede lograr la compactación con rodillo determinado o bien las condiciones de compactación requerida para lograr la densidad deseada, entre muchos otros factores que afectan el diseño. En el diseño se determina una fórmula de trabajo o una relación de productos cementantes y/o químicos con respecto a la cantidad de material suelto, material seco o material a estabilizar, siempre tomando como material de partida el terreno natural de la vía (es lo recomendado). En caso que el desempeño del cemento no sea suficiente para lograr una capa resistente, se deberán considerar productos alternativos o complementarios como pro ejemplo el PREI-16 o PREA-03. Lo anterior siempre deberá ir de la mano con la consistencia de los trabajos y los diseños; la consistencia con los materiales o materias primas utilizadas para el diseño del suelo cemento entre los estudios realizados, deben ser las mismas a utilizar en campo para el suelo estabilizado, solo así se podrá garantizar la capacidad de soporte del suelo. El proceso de fabricación del suelo debe tener los mismos materiales de construcción (suelo + cemento + agua) que fueron utilizados durante la etapa de diseño, o similares, ya que variaciones en el cemento, marca o tipo, puede implicar variaciones en la composición química del mismo y arrojar resultados diferentes… Nunca asumir que por ser cemento gris, va a ser igual a cualquier otra marca de cemento gris, cemento de uso general o cemento portland. Las diferentes marcas, inclusive, cemento de la misma marca pero de diferentes regiones de un país, tienen diferente características, ya sea por sus características físicas o químicas o bien por su proceso de fabricación o las materias primas con las que se fabrica. Por tanto, los productos de cementos no siempre son los mismos, y se debe utilizar lo mismo en el diseño que se utilizará en el suelo estabilizado en obra. Lo anterior, buscando que la construcción de suelos con cemento, tenga la máxima fidelidad a el procedimiento realizado durante la etapa del diseño; desde el suelo natural hasta los contenidos de cemento utilizados. 

Tipos de Cemento

El cemento es un material de construcción importante ya que se utiliza para hacer hormigón o bien, en este caso, suelo estabilizado con cemento. Existen muchos tipos de cemento, pero para sintetizar y no desviar el tema principal, estos se pueden separar en dos: de origen arcilloso obtenidos a partir de la arcilla – caliza en proporción 1 a 4 aproximadamente o bien de origen puzolánico, donde el origen puede ser bien orgánico o volcánico. La puzolana es un tipo de ceniza volcánica que se ha utilizado como material de construcción desde la antigüedad. También se conoce como ‘arena volcánica’ porque originalmente se extrajo de los volcanes. Comúnmente se mezcla con cal para formar una especie de hormigón llamado cemento puzolánico. Este cemento fragua duro cuando se expone al aire o al agua. El puerto de Cosa se construyó mezclando cal y puzolana. Esta mezcla se utilizó luego para hacer la pared del puerto. Después de 2.100 años, este muro sigue intacto. La puzolana se puede encontrar fácilmente. En un cemento moderno, debe agregar productos químicos adicionales para obtener el mismo efecto.El clínker Portland está compuesto por 55-70% cemento Portland, 30-45% puzolana y 2-4% yeso, mientras que puzolana se combina con cal para formar un cemento con bajo calor de hidratación. Por lo tanto, este tipo de cemento es adecuado para su uso en climas cálidos o fundición a gran escala.Los impermeables están hechos de tela cauchutada. El caucho es resistente al agua y a los productos químicos. Este material es muy duradero.

¿Dónde es recomendable utilizarlo?

Lo primero para saber si se debe utilizar o no cemento, es analizar las características del suelo, bien su contenido de materia orgánica y si es posible, la cantidad de sales que contiene para saber si es un suelo dispersivo, susceptible a propiciar un ataque químico o bien si tiene un alto contenido de sulfatos. En dado caso, será necesario analizar si un cemento gris es suficiente para lograr un suelo estabilizado o bien deberá ser acompañado o complementado con aditivos como el PREI-16 o con cal. Al fin y al cabo, la meta de las obras viales de esta índole es lograr una resistencia mecánica y unas características determinadas, independientemente si son suelos con cemento o construcción de estructuras de suelos químicos o todas las anteriores. Posteriormente, deberá hacerse un diseño de mezcla para determinar el contenido óptimo de cemento para lograr la resistencia mecánica deseada en los suelos estabilizados, bien sea un trabajo en suelos arcillosos, suelos finos, granulares, siempre se deberá realizar un diseño de mezcla en base a la resistencia a compresión obtenida con las diferentes dosificaciones de cemento. Se deberá proyectar sobre una gráfica de compresión simple (idealmente – MPa) vs. dosificación, y trazar una línea sobre la misma. Previo al diseño, se deberá conocer el cemento disponible para la realización de las obras, para así poder utilizar el mismo cemento en el laboratorio, bien sea portland, emento especializado, cemento uso estabilización, etc. 

Preparación

Lo primeo que se deberá realizar para el mejoramiento de suelos es el escarificado del suelo nativo hasta la profundidad deseada para la estructura del suelo. Posteriormente deberá esparcirse el cemento sobre le suelo nativo para su posterior mezclas de suelo. Luego de que el cemento esté mezclado con el suelo tratado, hasta que tenga un color uniforme, sin vetas, idealmente mezclado con un equipo reciclador, el suelo tratado deberá ser hidratado con agua hasta que el mismo llegue a su humedad óptima de compactación, idealmente 1-2% por encima si se está en una zona de alta temperatura para compensar por la evaporación del agua a razón de las altas temperaturas. El Fraguado del Cemento viene luego, que deberá tomar siete días como mínimo, donde se recomienda cerrar al tráfico o bien compensar por la pérdida de precarga con exceso de cemento. Lo ideal es que las partículas de cemento queden bien incorporadas para luego ser mezcladas con la cantidad de agua que le permita una reacción que llegue a la resistencia mecánica deseada. Todos los procesos son importantísimos, aunque muchas veces se descuida el fraguado del cemento, que es igual de importante que todos los pasos. Deberá seguir hidratándose en la superficie del suelo estabilizado con cemento para evitar el fisuramiento y microfisuramiento del suelo estabilizado con cemento. 

Durante la construcción y posteriormente, se deberán realizar los controles respectivos tales como los contenidos de cemento, densidades, contenido de humedad, resistencia a la compresión del suelo, hinchamiento del suelo, entre otros, para así garantizar la calidad y durabilidad de los trabajos.

El suelo cemento se ha convertido en una alternativa altamente atractiva en la construcción de carreteras a lo largo y ancho del mercado nacional, o bien, del mercado internacional dada su optimización de costos, tiempos y excelentes resultados en la durabilidad de la construcción de carreteras. 

Generalidades sobre el cemento para la estabilización de suelos

Con perspectiva, se puede entender que el fin de este tipo de trabajos es el mismo que cualquiera: generar una estructura de pavimento duradera y estable dentro de un presupuesto determinado. Generalmente se trata de convertir un suelo de baja capacidad, mediante la mezcla de suelo con cemento y/o aditivos suficientes para lograr  en un material tratado que cumpla con las condiciones de desempeño requeridas en un diseño, sea la capa superior, subrasante o una capa intermedia de una estructura. Dicha capa deberá cumplir con las condiciones requeridas en las estructuras de pavimento mediante las modificaciones realizadas al suelo para mejorar sus condiciones. Altos contenidos de cemento y/o aditivos generan que las obras sean anti-económicas y no generen los beneficios totales que deberían generar este tipo de obras en las diferentes capas del firme. La mezcla con cemento y otros aditivos busca el ahorro en costos, tiempos de ejecución, reducir la huella de carbono entre otros beneficios. Independientemente de las capas de rodadura que se consideren para colocar sobre las capas del firme, este se diseña con la misma finalidad, puede que varíe el espesor o condiciones de resistencia a la compresión, pero la finalidad va a ser la misma. 

En Pro-Road construimos estructuras de alta calidad, optimizando los diseños con una serie de herramientas exclusivas y propias del abanico de tecnología de materiales que tiene el grupo de empresas. No solo proveemos una mezcla de suelo con cemento, sino con otros aditivos para generar una capa o capas con propiedades estructurales que crean una estructura del pavimento duradera y a un precio muy competitivo, generalmente, el más competitivo.