Estado del arte del suelo cemento

Posterior a la segunda guerra mundial, se inician en España y Latinoamérica las primeras experiencias con suelo cemento aplicado en carreteras, siendo Argentina, Colombia y El Salvador los países con más de 60 años en la construcción de caminos de este tipo. Desde 1980 a la fecha, el uso del suelo cemento se ha generalizado en El Salvador.

Existen diversas razones que actualmente determinan un mayor uso del suelo cemento en la construcción de estructuras de pavimentos. Hay consenso por un transporte de calidad, lo que requiere una mayor durabilidad de los materiales y estructuras de pavimento; para lograr dicha durabilidad es indispensable contar con estructuras de pavimento que tengan capas de elevada capacidad de soporte y resistentes a los agentes atmosféricos.

Asimismo, otra de las razones de peso para el uso de suelo cemento en carreteras es el aspecto de protección del medio ambiente, con las crecientes limitaciones para explotación de bancos de materiales. En este caso, es posible incorporar y aprovechar los suelos locales mediante la estabilización con cemento.

Finalmente, la posibilidad de reducir espesores de capas que conforman la estructura del pavimento, sin disminuir la capacidad estructural de la misma, es uno de los logros que pueden obtenerse de las características que tiene el suelo cemento debido a su relativamente elevado módulo de elasticidad.

Debido a las múltiples ventajas que contienen los suelos mezclados con cemento, diversos países lo aplican de forma casi generalizada. En El Salvador el 95% de los caminos rurales pavimentados tienen base de suelo cemento, y en los últimos diez años, el 100% de nuevas vías urbanas e interurbanas se han construido utilizando bases de suelo cemento con excelentes resultados.

Ventajas

El material es durable. Registros de su comportamiento indican que el suelo cemento presenta una mayor durabilidad que otros materiales de pavimentos de similar costo inicial.

Uso de materiales locales. Si el suelo cemento permite la utilización de gran cantidad de tipos de suelo para su elaboración, se reducen los costos de transporte de material de aporte y aumentan los rendimientos de construcción.

Menor impacto ambiental. Debido a la menor dependencia de bancos de material.

Mayor rigidez y distribución de carga aplicada al pavimento. Las propiedades de las mezclas de suelo cemento permiten distribuir la carga aplicada en un área mayor, comparado con una base granular.

Resistencia a los agentes atmosféricos. Ha sido notable su prolongada durabilidad bajo condiciones adversas, se ha probado en forma exhaustiva en los climas más difíciles por lo que se ha usado frecuentemente en lugares con condiciones climáticas muy desfavorables y de América, Europa y Asia.

Aumento de resistencia y menor mantenimiento. La experiencia ha demostrado que las propiedades mecánicas del suelo cemento incrementan con el tiempo, lo que favorece que el mantenimiento del pavimento sea mínimo.

Precauciones

Pero para disfrutar de estas ventajas hay que tener atención en algunos puntos.

Si no es diseñado, dosificado y controlado adecuadamente puede producir demasiada contracción y agrietamiento que se refleje en las capas de rodadura.

Se debe seleccionar el tipo de cemento adecuado y realizar el número de pruebas necesarias, antes de pretender construir capas de suelo cemento con suelos de mediana y alta plasticidad, ya que el mezclado de suelo y cemento podría resultar muy difícil.

El tiempo para ejecutar el mezclado, conformación y compactación, está limitado a evitar el fraguado anticipado del cemento.

Las bases de suelo cemento necesitan de capas de rodadura de concreto asfaltico o capas de rodadura de concreto hidráulico, ya que tienen una limitada resistencia al desgaste.

Definiciones

Por muchos años, se han generado distintas definiciones de “suelo cemento” y clasificaciones en diversos países. Las más reconocidas se presentan abajo.

Según el ACI (American Concrete Institute), el suelo cemento es una mezcla de suelo y una medida de cemento Portland y agua compactada a una alta densidad. Asimismo, el suelo cemento puede ser definido como un material producido por el mezclado, compactación y curado de suelo/agregados, cemento Portland, ocasionalmente aditivos y/o puzolanas y agua, para formar un material endurecido con específicas propiedades ingenieriles. Las partículas suelo/agregados son adheridas por la pasta de cemento, pero a diferencia de cómo sucede en las mezclas de concreto, las partículas individuales no son cubiertas completamente por la pasta de cemento.

Según la PCA (Portland Cement Association), el suelo cemento es una mezcla altamente compactada de suelo/agregado, cemento Portland y agua, siendo el principal uso de este material en estructuras de pavimentos.

Materiales

El suelo a ser estabilizado con cemento puede resultar de la combinación de gravas, arenas, limos y arcillas. Básicamente cualquier suelo puede estabilizarse con cemento a excepción de los suelos orgánicos y con altos contenidos de sales que puedan afectar el desempeño del cemento.

Los requerimientos del cemento varían en función de las propiedades deseadas en la mezcla y del tipo de suelo. El contenido del cemento depende si el suelo va a ser modificado o estabilizado. En El Salvador se han utilizado cementos bajos la norma ASTM C150, ASTM C595 y ASTM C1157 para mezclas de suelo cemento.

En los últimos 12 años se han realizado diversas investigaciones en laboratorio y campo, así como ejecución de proyectos utilizando cemento ASTM C91 tipo M, para elaborar mezclas de suelo cemento con casi todos los tipos de suelo, incluyendo muy finos y de alta plasticidad, con resultados sorprendentes en lo referente al control de la contracción y generación de fisuras, así como en el incremento de las propiedades mecánicas del material.

En principio, cualquier cemento puede utilizarse en la estabilización de suelos siempre y cuando se analice previamente en un diseño de mezcla.

La mayoría de las especificaciones y literatura técnica relacionada con los requisitos del agua a utilizarse en mezclas de suelo cemento, se limitan a indicar que esta debe ser potable o relativamente limpia, libre de álcalis, ácidos o materia orgánica.

Adicional a los requisitos de calidad del agua, están los requisitos de cantidad del agua, ya que deberá lograr la máxima densidad en las mezclas e hidratar adecuadamente el cemento. Por lo general el contenido de humedad deberá estar entre 10 a 13% en peso seco de la mezcla.

* Escrito por Rafael Alejandro González, ingeniero director del Instituto Salvadoreño del Cemento y Concreto. Este artículo es una edición resumida del original