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Resistencia a compresión simple
La resistencia a compresión simple en las mezclas de Suelo-cemento es un indicador del grado de reacción del suelo con el cemento y el agua. La resistencia a compresión simple aumenta progresivamente con el tiempo. Los valores obtenidos dependen de muchos factores, entre los que pueden destacarse: el contenido y tipo de cemento; la energía de compactación aplicada; la eficiencia lograda en el mezclado; el tipo y cantidad de materia orgánica, sales y materiales deletereos existentes en el suelo; la cantidad y calidad del agua; el tiempo transcurrido después de realizado el mezclado y compactación; la duración y forma de hacer el curado; las características y eficacia de los aditivos o adiciones utilizadas y el tamaño y forma del espécimen de ensayo.

Es importante mencionar que la resistencia a compresión simple aumenta apreciablemente con el tiempo. La resistencia a compresión simple aumenta considerablemente en los primeros 90 días, de una a tres veces más que a los 7 días, según el tipo de suelo, tipo y contenido de cemento, mientras que a edades posteriores se ha observado en general un crecimiento mucho más lento.

Resistencia a flexión
EI comportamiento del Suelo-cemento respecto a su resistencia a la flexión se ha conocido directa e indirectamente a través de diversos ensayos. En general se distinguen dos grupos o conjuntos de valores: los correspondientes a los suelos finos y los obtenidos en mezclas con suelos granulares.
Se ha observado que la resistencia a la flexión varía directamente con la resistencia a la compresión simple y con el peso volumétrico seco máximo de la mezcla. En este sentido, diversos autores coinciden que la resistencia a la flexión puede variar de 1/3 a 1/5 de la resistencia a la compresión del Suelo-cemento.
Ello proporciona una idea de la rigidez y la gran capacidad de distribución de cargas que pueden obtenerse en estructuras de pavimentos utilizando este tipo de mezclas. En lo referente a la evolución de la resistencia a la flexión con la edad, se puede afirmar, que su crecimiento es más moderado que el de la resistencia a compresión.

Contracción
La contracción en las mezclas de Suelo-cemento es el resultado de la pérdida de agua por secado y de las reacciones ocurridas durante la hidratación del cemento. Los factores que influyen en el grado de agrietamiento como consecuencia de la misma son numerosos y complejos, entre ellos están: el tipo y cantidad de cemento utilizado; el contenido de agua aplicado en el campo; las propiedades de los agregados; los procedimientos de curado realizados; las condiciones de clima; el tiempo de colocación y el rozamiento entre la capa de Suelo-cemento y la subyacente.

Módulo de elasticidad
En el diseño estructural de un pavimento es importante que tenga una capacidad suficiente de soporte para distribuir de forma adecuada las cargas impuestas por el tráfico vehicular, generando las menores deformaciones posibles. Esto se logra teniendo altos módulos de elasticidad en una a dos capas de la estructura de pavimento. El tratamiento de suelos con cemento eleva considerablemente los módulos de elasticidad, generando una rigidez tal que puede ser aprovechada en beneficio de una conveniente distribución de carga y un buen desempeño de la estructura del pavimento durante la vida de diseño.
Los valores del módulo de elasticidad, tanto estático como dinámico y del coeficiente de Poisson son muy variables, dependiendo del tipo de suelo y contenido de cemento en la mezcla. En general dichos valores de los módulos son bajos comparados con los del concreto y muy altos con respecto a los de los suelos naturales compactados. Los valores típicos a 28 días del módulo de elasticidad estático en mezclas de Suelo-cemento elaboradas con suelos con una cierta proporción de elementos granulares varían entre 4,000 y 7,000 Mpa. Cabe decir, que la determinación de los módulos de elasticidad dinámicos a estáticos no es una práctica habitual en el diseño y construcción de capas de Suelo-cemento en la mayoría de los países; por lo general, este tipo de ensayos se ha realizado en trabajos de investigación.

Resistencia al desgaste
Esta propiedad no es evaluada en el Suelo-cemento cuando se utiliza en estructuras de pavimentos, ya que tal como lo ha demostrado la experiencia y diversas investigaciones, es un material excelente para soportar esfuerzos perpendiculares a la superficie, pero muy deficiente para resistir las fuerzas abrasivas del tránsito circulando directamente sobre el. En este tipo de aplicaciones se recurre a proteger las capas de Suelo-cemento colocando sobre ella una capa de rodadura de concreto hidráulico, concreto asfáltico, o tratamientos superficiales asfálticos.
Se ha observado una mejora en la resistencia al desgaste cuando se incrementa el contenido de cemento y se utilizan suelos granulares no plásticos. EI Suelo- cemento presenta una mayor resistencia al desgaste provocado por la acción erosiva de las lluvias, que por la acción erosiva del tráfico vehicular. Los pavimentos unicapa de alto desempeño presentan una mejor resistencia al desgaste que el Suelo-cemento ordinario. Los concretos compactados también pueden soportar directamente el paso continuado de vehículos. Es importante mencionar que un material resistente al desgaste bajo una capa de rodadura de concreto hidráulico ayuda a reducir problemas de bombeo de finos y escalonamiento.

Permeabilidad
La permeabilidad de la mayoría de suelos se disminuye con la adición de cemento Portland. Dicha reducción de la permeabilidad, depende principalmente del tipo de suelo, contenido de cemento y de una compactación adecuada. Cuando se diseñan mezclas de Suelo-cemento con fines de impermeabilización,
como el caso de cimentaciones de rellenos sanitarios, estanques u otro tipos de obras para almacenamiento permanente o temporal de agua. Las mezclas de Suelo-cemento elaboradas con suelos finos son las que presentan y mantienen con el tiempo una menor permeabilidad.

Los valores típicos del coeficiente de permeabilidad K de mezclas de Suelo-cemento elaboradas con suelos areno-limosos, varían entre 0.4 x l 0 y 3 x 10 cm/s. EI porcentaje de cemento en estos casos suele ser inferior al 5% en peso.

Generalidades del diseño de mezclas
Existen diversos métodos para realizar el diseño de mezclas de Suelo-cemento. La mayoría de ellos tienen como requerimiento principal el cumplimiento de una resistencia a compresión y de algunos aspectos relacionados con la durabilidad. El procedimiento general o común en los métodos de diseño de mezclas se puede resumir en los siguientes pasos:
1. Determinar la granulometría del material a estabilizar Los resultados de la granulometría del material a utilizar en la mezcla de Suelo-cemento se comparan con granulometrías específicas recomendadas. En el caso de que no cumplan, deben adaptarse a partir de los métodos tradicionales de mezcla de materiales granulares. Adicionalmente, para que la mezcla trabaje de una forma óptima deben controlarse los contenidos de materia orgánica, sulfatos y otras sustancias que pueden influir en la reacción del cemento, con el material a estabilizar.
2. Seleccionar un contenido de cemento inicial Se elige en función de recomendaciones según el método a utilizar en el diseño de la mezcla. Por lo general el contenido inicial de cemento se selecciona en función del tipo de suelo. En algunos casos se exige un contenido mínimo para garantizar una adecuada homogeneidad de la mezcla. El informe ACI 230.1 R recomienda una serie de porcentajes de cemento en función del tipo de suelo. Estos no deben considerarse como valores de diseño, sino como una estimación
inicial del contenido de cemento en un procedimiento de proporcionamiento y diseño de mezclas.
3. Ejecutar pruebas de humedad-densidad Se realizan para obtener el contenido óptimo de humedad que garantice la máxima densidad seca y cumpla con los requisitos de resistencia y durabilidad. En la actualidad existe una tendencia a utilizar ensayos con una energía de compactación elevada.
4. Realizar ensayos de resistencia a compresión y en caso necesario, de durabilidad Esta etapa tiene como objetivo verificar a través de ensayos que la mezcla de Suelo-cemento se comporte adecuadamente en las condiciones reales. Para ello se realizan pruebas de compresión simple, así como ensayos de durabilidad (por ejemplo, pruebas de humedecimiento y secado) siempre y cuando el Suelo-cemento este sometido a condiciones climáticas adversas durante su operación.
5. Seleccionar el contenido óptimo de cemento Se elige de acuerdo a las pruebas de resistencia a compresión simple y durabilidad. Corresponde al porcentaje mínimo de cemento que cumple los requerimientos de acuerdo a las recomendaciones de los diferentes métodos.

Aspectos generales sobre las reacciones químicas durante el mezclado
Las reacciones del cemento con el suelo son de naturaleza físico-química.
La reacción química producida depende de las características de los componentes químicos que existen en la mezcla; de sus concentraciones; tiempo; tipo de suelo; tipo de agua; tipo y cantidad de cemento y los aditivos o adiciones utilizadas, así como del curado de la mezcla. La reacción química entre el cemento y los suelos granulares no plásticos es menos compleja que con los suelos finos y plásticos, en este último caso la reacción del cemento con la arcilla no se puede considerar como la reacción de un cementante con un material inerte; por el contrario, los minerales arcillosos reaccionan y cambian durante el proceso, alterando su estructura interna. Registros de diversas fuentes coinciden que en los Suelos-cementos obtenidos a partir de suelos plásticos, el cemento no se hidrata completamente hasta después de 43 días,
valor que se reduce a unos 28 días con suelos granulares no plásticos.
En resumen, la dosificación de un Suelo-cemento debe de realizarse partiendo de valores orientativos especificados o sugeridos por la metodología de diseño de mezcla a utilizar, por ejemplo en función del tipo de suelo.

Diseño de espesores
Los fundamentos de los diversos métodos de diseño de espesores son diferentes. Algunos están basados en criterios obtenidos mediante la observación del comportamiento real de diversos pavimentos durante su periodo de servicio, mientras que otros se fundamentan en conceptos de fatiga y esfuerzos admisibles. En la actualidad se encuentran en fase de desarrollo algunos métodos avanzados de cálculo basados en teorías mecanicistas o empíricomecanicistas, en los que se hacen intervenir parámetros como el clima de la zona y los módulos dinámicos de los materiales de las distintas capas del pavimento:
este es el caso, por ejemplo, de la Guía de Diseño AASHTO 2002.
Finalmente, es importante mencionar la existencia de catálogos de estructuras normalizadas de pavimentos, los cuales han sido desarrollados y aplicados con éxito en países como España y Francia. Todos estos métodos han proporcionado buenos resultados cuando el diseño estructural del pavimento se ha realizado adecuadamente. Es muy importante destacar este aspecto, ya que la determinación del espesor de Suelo-cemento es solamente una parte del diseño estructural total del pavimento. EI buen juicio en el diseño de las restantes capas que conforman también el pavimento y una interrelación adecuada entre todas ellas influirán en el buen desempeño del mismo.

Procedimiento general de diseño
Como en la mayoría de los métodos de diseño de pavimentos, para el cálculo de espesores de Suelo-cemento se suelen precisar los siguientes datos generales: Volumen y tipo de tráfico; período de diseño y capacidad de soporte de la subrasante. De acuerdo con el procedimiento particular de cada método de diseño, se han generado ecuaciones, gráficas y programas computacionales que permiten procesar la información y proporcionar un resultado confiable del espesor de Suelo-cemento a colocar, en función generalmente de algunos de los parámetros de resistencia mecánica discutidos en este documento.

Método racional de diseño según la experiencia colombiana
EI Manual de Diseño de Pavimentos para Bogota DC(2002) incluye un procedimiento mecanicista que utiliza como parámetro de verificación la rotura por fatiga de la parte inferior de la capa del material tratado. Para ello se hace necesario adoptar leyes de fatiga que determinen el esfuerzo de tensión admisible en función del número de repeticiones de las cargas. Adicionalmente, para la utilización de esta metodología racional, es necesario estimar los parámetros elásticos de los materiales tales como el módulo de elasticidad y el coeficiente de Poisson. De acuerdo con el Manual de Diseño, el esfuerzo a tensión admisible del Suelo-cemento puede determinarse mediante la siguiente ecuación:
s =s6 •(N/106 )b donde:
s: tensión a tensión admisible del Suelo-cemento para N aplicaciones de carga.
s6=resistencia a flexión para 106 aplicaciones de carga.
N: número de aplicaciones de carga provocando una tensión de tensión s.
b: constante que es función del valor de la pendiente a de la ley de fatiga para 106 ciclos de carga y que se calcula mediante la expresión.
b=-0.5 log ((1+5a) / (1+7a)).
El valor de a varía entre 0.6 y 0.85.

Con el análisis racional de diseño de espesores se logra optimizar el comportamiento estructural que tendrá el Suelo-cemento, ya que se conoce previamente su desempeño ante un número limitado de repeticiones de carga.
Cabe decir que muchas bases de Suelo-cemento de estructuras de pavimentos de carreteras secundarias, calles y aeropuertos de tráfico ligero son de 15 cm de espesor. Para calles residenciales y estacionamientos de vehículos ligeros los espesores más comunes están entre 10 y 13 cm. No obstante, los valores anteriores se consideran como espesores mínimos propensos a experimentar fatiga prematura si el tráfico experimenta un aumento en volumen y/o peso.
Los espesores colocados con mayor frecuencia en carreteras de tráfico pesado y autopistas varían entre 18 y 25 cm. Para tráficos más pesados pueden ser necesarios espesores de hasta 35 cm.

Otras propiedades
En los suelos a utilizar para la construcción de pavimentos, algunas propiedades o parámetros de interés para el diseño estructural se ven mejoradas o incrementadas con la adición de cemento, por ejemplo, el coeficiente de capa o de aporte estructural, conocido como a, que se utiliza en el diseño estructural de pavimentos de acuerdo con el método AASHTO 1993. Según el informe ACI 230.1 R, dicho coeficiente puede alcanzar valores entre 0.18 y 0.23 para mezclas con resistencia a compresión simple entre 2.5 y 4.5 MPa respectivamente. Asimismo, existen distintas correlaciones para la determinación de dicho coeficiente
de aporte a en función de la resistencia a compresión.