Resumen ejecutivo

La estabilización cementicia ofrece un método rentable para mejorar el rendimiento a largo plazo y reducir los costos totales del ciclo de vida de los pavimentos modernos de alto tráfico. El agrietamiento es el principal y predominante tipo de deterioro de los materiales cementicios. Existen dos formas principales de agrietamiento:

• Agrietamiento por hidratación y contracción por secado
• Agrietamiento por fatiga.

El problema del agrietamiento por retracción dificulta gravemente la utilidad de la estabilización cementicia en pavimentos. Los métodos convencionales para mitigar este agrietamiento conllevan importantes limitaciones de rendimiento y diseño.

La nanotecnología Renolith es altamente eficaz para prevenir el agrietamiento. Esto permite una mayor variedad de opciones en el diseño de pavimentos y constituye un medio práctico para mejorar sustancialmente la durabilidad de los pavimentos viales y reducir el costo total (económico, social y ambiental).

Estabilización cementicia: ventajas y desventajas.

Guía de Austroads sobre tecnología de pavimentos, Parte 4D: Materiales estabilizados AGPT04D-19 estados:

El uso de tecnología de estabilización para estabilizar y reciclar materiales para la construcción y el mantenimiento de pavimentos es ampliamente aceptado como una método rentable de mejorar rendimiento a largo plazo y reducción de los costos de toda la vida de aceras modernas y muy transitadas.

Los materiales de pavimentación cementicios se producen mediante la adición de ligantes estabilizadores a materiales granulares en cantidades suficientes para producir un material que tenga resistencia a la tracción, siendo esto significativamente más alto para los materiales ligados en comparación con los materiales ligeramente ligados.. Entre los aglutinantes más utilizados se encuentran el cemento y los materiales cementicios.
 
Un material aglomerado actúa como una viga en el pavimento para resistir las cargas del tráfico y presenta una capacidad estructural significativamente mayor en comparación con los materiales granulares no aglomerados y modificados. Sin embargo, es necesario controlar la retracción y el agrietamiento por fatiga prematura en las capas del pavimento.
 
Agrietamiento es el primario y predominante tipo de angustia de materiales ligados con cemento. Existen dos formas principales de agrietamiento:

    • agrietamiento por hidratación y secado contracción
    • fatiga agrietamiento.

La combinación de la restricción del subsuelo, la alta retracción y la resistencia a la tracción en los materiales cementicios ligados puede provocar la aparición de fisuras transversales y/o en bloques ampliamente espaciadas (generalmente de 0,5 a 5,0 m).

agrietamiento por contracción

Guía de Austroads sobre tecnología de pavimentos, parte 2: diseño estructural de pavimentos (AGPT02-24) afirma:

El agrietamiento en los materiales cementados se debe normalmente a las tensiones térmicas y de retracción resultantes de la hidratación del aglutinante.

Agrietamiento por retracción de materiales cementados tiende a ser inevitable. Las fisuras que se propagan hasta la superficie del pavimento facilitan la infiltración de humedad, lo que puede provocar la desunión de las capas dentro del pavimento y/o el debilitamiento de las capas granulares y la subrasante. La extensión y la gravedad de las fisuras dependen de factores como el tipo y la composición del ligante, el tipo de material, el contenido de humedad inicial y las condiciones de secado y curado.

A continuación se resume el problema del agrietamiento por retracción.

Agrietamiento por contracción: inevitable

En Agrietamiento por retracción de suelos y suelos estabilizados con cemento: mecanismos y modelización, Li profundiza en el problema. A continuación, algunos extractos:

Abstracto
La fisuración por retracción del suelo o del suelo cementado puede provocar la infiltración o filtración de agua en el material y dar lugar a fisuras por reflexión en la estructura suprayacente. La fisuración por retracción limita considerablemente el uso de la estabilización cementicia.

2.6.4 Agrietamiento por contracción
El riesgo de agrietamiento por retracción en cualquier estructura dada está relacionado con muchos factores, incluyendo la magnitud y distribución de la retracción libre, la tasa de retracción, el grado de relajación de la tensión, el grado de restricción estructural y cómo se desarrollan la resistencia y rigidez del material (Weiss y Shah 2002).

2.7 CONCLUSIONES DE LA REVISIÓN DE LA LITERATURA
Con base en la revisión de la literatura, las principales conclusiones se enumeran a continuación.

  1. La estabilización cementicia puede mejorar sustancialmente las propiedades de ingeniería de los materiales no ligados, como la resistencia, la rigidez, la durabilidad y la estabilidad, entre otras. Sin embargo, presenta sus propios problemas de ingeniería. Los principales problemas asociados al uso de CSM en pavimentos son el agrietamiento por fatiga inducido por la carga y el agrietamiento por retracción.
  2. Muchos factores influyen en las propiedades del CSM, entre ellos el material huésped, el tipo de aglutinante, el contenido de aglutinante, el contenido de humedad, las condiciones de curado, la edad, etc.
  3. La retracción del CSM se puede clasificar en cuatro categorías: retracción autógena, retracción por secado, retracción térmica y retracción por carbonatación. La retracción autógena es relativamente pequeña. La retracción térmica se puede superponer fácilmente con la retracción por secado. La retracción por carbonatación es una reacción a largo plazo. La retracción por secado predomina en la deformación por retracción. Está directamente relacionada con la pérdida de humedad y es causada por la succión matricial.
  4. La pérdida de humedad en cualquier material poroso depende principalmente de la superficie, la longitud de las vías de migración de la humedad y el entorno de secado. Para describir el proceso de secado del CSM, se debe utilizar la teoría de difusión de humedad no lineal. Si bien existen numerosos estudios sobre la difusión de humedad en el hormigón, pocos se centran en el CSM.
  5. El coeficiente de retracción puede utilizarse para expresar la variación de la deformación por retracción en función de la humedad o la humedad relativa. Existen modelos desarrollados para el coeficiente de retracción del hormigón. Sin embargo, para el hormigón celular, el modelo no está bien establecido.
  6. La tensión de retracción se produce por la restricción de la deformación por retracción. Si se conoce la condición de restricción, la tensión de retracción puede calcularse mediante ecuaciones de equilibrio y compatibilidad. Sin embargo, durante este procedimiento, debe considerarse el cambio de rigidez del material debido a la pérdida de humedad y la hidratación del cemento.
  7. La contracción de los materiales estabilizados va acompañada de relajación. La relajación del material estabilizado reduce las tensiones de contracción y mitiga la aparición de fisuras por contracción.
  8. En la literatura se utilizan diferentes criterios de agrietamiento por retracción, como el criterio basado en principios empíricos, de resistencia a la tracción, de mecánica de fractura y de minimización de energía. El modelo de predicción de agrietamiento por retracción no se verifica suficientemente mediante pruebas para CSM;

Agrietamiento por contracción: implicaciones

En los pavimentos de hormigón, las fisuras por retracción pueden mitigarse mediante juntas de dilatación y armaduras. Esto no es adecuado para pavimentos flexibles estabilizados con cemento. 

Pavimentos de hormigón frente a pavimentos de “tierra-cemento”

Esto da lugar a un dilema:

  1. Los modelos de diseño tienen dificultades para predecir el agrietamiento por retracción.
  2. Los métodos convencionales solo pueden reducir o mitigar (no prevenir) las grietas.
  3. Minimizar el contenido de aglutinante cementicio da como resultado un material más débil y menos útil.
El dilema del agrietamiento por contracción
Pavimentos Renolith sin grietas

El problema del agrietamiento por retracción dificulta gravemente la utilidad de la estabilización cementicia en los pavimentos.

El enfoque convencional para gestionar el agrietamiento consiste en imponer restricciones al diseño. Algunos suelos no se consideran viables. El contenido de ligante suele limitarse al rango de baja cohesión para reducir la gravedad del agrietamiento por retracción, lo que implica limitaciones en el rendimiento del material y en su uso en el pavimento. Además, es difícil tener la certeza de que el pavimento alcanzará la vida útil prevista debido a los efectos combinados de la retracción por secado, el tráfico y los factores ambientales. Esto suele resultar en un pavimento con un rendimiento inferior al esperado o en un pavimento sobredimensionado (y costoso).

La nanotecnología de Renolith resuelve el dilema y elimina las limitaciones.

Renolith mejora significativamente las propiedades de ingeniería de los materiales aglomerados y reduce considerablemente la probabilidad y la gravedad de las fisuras por retracción. Esto permite una mayor flexibilidad en el diseño y la construcción, lo que se traduce en mejores pavimentos. Además, reduce significativamente el riesgo de fallas prematuras, ya que elimina la retracción por secado impredecible.

4. Estabilización con o sin agrietamiento por retracción

El producto Renolith 2.0 puede utilizarse en cualquier pavimento estabilizado con cemento o en aplicaciones de hormigón. Su uso óptimo se da en capas base de pavimentos flexibles ligados o fuertemente ligados (UCS > 2 MPa). Esto permite obtener ventajas de rendimiento similares a las del hormigón, manteniendo la simplicidad y el bajo coste de los pavimentos flexibles estabilizados con cemento.

Sin ligar vs. Estabilizado vs. Hormigón

Los aditivos Renolith se han utilizado en carreteras durante más de 30 años, abarcando más de 70 000 000 m² de bases de pavimento cementicio. No se han reportado casos de retracción o agrietamiento por fatiga. Este fenómeno se explica mediante el modelo de prevención de grietas de Renolith que se presenta a continuación. Este comportamiento "libre de grietas" mejora notablemente la durabilidad de los pavimentos y ofrece la oportunidad de reducir sustancialmente el costo total de producción.

6. Modelo de prevención de grietas de Renolith

Por ejemplo, la imagen a continuación muestra una carretera de prueba construida en la región de Emilia-Romaña de Italia. La construcción del pavimento fue una base cementicia con una capa de rodadura bituminosa delgada. La base del carril derecho (control – sin aditivo) formó una contracción severa. grietas que se propagó a través de la capa de rodadura. El carril izquierdo (mezcla de cemento y Renolith) no se agrietó.

EMILIA-ROMAGNA (ITALIA), CARRETERA DE PRUEBA, 2005
Agrietamiento por fatiga

Guía de Austroads sobre tecnología de pavimentos, parte 2: diseño estructural de pavimentos (AGPT02-24) afirma:

  • Las relaciones de fatiga de los materiales son un factor clave para el diseño de pavimentos modernos con mucho tráfico.
  • Las relaciones de fatiga de los materiales cementados pueden estimarse a partir de la resistencia a la flexión y el módulo elástico.

El aditivo Renolith mejora la resistencia a la flexión y el módulo de elasticidad de los materiales cementados. El grado de mejora depende del material y de la dosis de aglutinante, y suele oscilar entre 20% y 70%.

8. Primeras pruebas de laboratorio de Dow

En un escenario típico que supone una mejora de 30% en la resistencia a la flexión y el módulo elástico en comparación con la estabilización solo con cemento, se puede lograr un aumento masivo en la vida útil calculada por fatiga (es decir, la capacidad de tráfico). Además, es probable que la vida útil real del pavimento supere con creces la vida útil calculada debido a la Propiedades de autorreparación de los materiales mejorados con Renolith.La capacidad de autorreparación no se contempla en el modelo de diseño de Austroads.

9. Teoría de la fatiga

Conclusión

La estabilización cementicia ofrece un método rentable para mejorar el rendimiento a largo plazo y reducir los costos totales del ciclo de vida de los pavimentos viales. El agrietamiento por retracción y el agrietamiento por fatiga son los principales tipos de deterioro en los materiales cementicios. Los métodos convencionales para mitigar el agrietamiento por retracción generan importantes limitaciones en el diseño y el rendimiento.

La nanotecnología Renolith es altamente eficaz para prevenir el agrietamiento. Renolith ofrece un método práctico para mejorar significativamente la durabilidad de los pavimentos de carreteras y reducir los costos operativos (tanto económicos como ambientales).

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