Fuente/Contexto
El artículo contiene un resumen traducido aproximadamente y extractos del Informe Científico: V. Prikhodko y E. Kotlyarsk, “Construcción de una sección experimental de la cimentación con suelo reforzado con cemento Portland utilizando el aditivo Renolith en la base educativa y científica MADI (STU)”, Ministerio de Educación y Ciencia de la Federación Rusa, Moscú, 2008.
- Idioma original: alemán: Bau von einer Versuchsstrecke des Untergrundes aus dem mit Portlandzement verfestigten Boden, mit Einsatz von Renolith auf der Untersuchungsstation von MADI (STU)
- Español, traducido automáticamente por Google: Construcción de una sección de prueba del subsuelo a partir del suelo consolidado con cemento Portland, utilizando Renolith en la Estación de Investigación MADI (STU).
Descripción general
La investigación y los trabajos de construcción de capas de pavimento hechas de suelo consolidado con cemento Portland y aditivo Renolith se llevaron a cabo entre junio y julio de 2008 en el campo de pruebas de la Universidad Técnica Estatal (STU) del Instituto de Construcción Automotriz y Vial de Moscú (MADI).
Los objetivos eran:
- Aprobación de la tecnología de preparación de mezclas de suelo y cemento con el uso del aditivo Renolith en la planta de mezcla móvil “BERTOLI”;
- Determinación de las propiedades físico-mecánicas tecnológicas de la mezcla de suelo-cemento y del suelo-cemento en las capas constructivas de los terraplenes de carreteras.
Introducción
Debido al continuo aumento del transporte pesado en Rusia y los países vecinos, es necesario adaptarse rápidamente al creciente volumen de tráfico y ampliar la red vial. Este problema puede resolverse gracias a las nuevas tecnologías, que permiten utilizar el suelo local para la subestructura de la carretera y, por lo tanto, reducir considerablemente la dependencia de materiales extranjeros en la construcción vial. El uso de suelos estabilizados con diversos materiales aglutinantes se está extendiendo cada vez más en la construcción de carreteras. La consolidación (estabilización) de los suelos locales permite una gama mucho más amplia de materiales utilizables en la construcción vial. El reciclaje y el uso del suelo local implican la reducción de los materiales que deben transportarse (por ejemplo, grava, arena gruesa y fina), lo que disminuye los costos y los gastos de transporte para la construcción de las capas base en la construcción vial.
Los suelos existentes, con la adición de cemento y un aditivo especial (Renolith), pueden utilizarse para la construcción de la subestructura vial y lograr las propiedades físico-mecánicas necesarias (resistencia a la presión y a la deformación, resistencia a las heladas). Se puede alcanzar una alta capacidad de carga en la subestructura vial. La principal ventaja de utilizar este ligante es que las mezclas pueden prepararse directamente en obra. Se requieren plantas de mezclado especiales, como fresadoras viales y plantas de mezclado estacionarias. En general, estos métodos resultan eficaces desde el punto de vista técnico y económico en la construcción de carreteras. Sin embargo, los métodos tradicionales de estabilización presentan varias desventajas importantes:
- Su uso está restringido en la construcción de carreteras, ya que no todos los tipos de suelo pueden estabilizarse.
- El material disponible suele presentar un alto grado de heterogeneidad y, por lo tanto, no es apto para la construcción de carreteras tradicionales.
- Resulta muy difícil estabilizar suelos con alto contenido de agua y lograr la capacidad de carga requerida.
- El asfalto colocado sobre capas base tradicionales elaboradas con suelos estabilizados únicamente con cemento tiende a formar grietas transversales, lo que provoca una rápida destrucción.
Para mejorar las propiedades estructurales de los suelos cementados, se utilizan diversos aditivos tanto a nivel nacional como internacional. Estos aditivos pueden hacer que los suelos y agregados sean hidrófobos y aumentar la resistencia a las heladas del material, o bien mejorar las interacciones físico-químicas con las partículas finas del suelo para formar una estructura más densa y firme.
El aditivo que se va a examinar, Renolith, puede permitir que suelos que de otro modo no serían aptos se utilicen en la base de carreteras.
Campo de pruebas #1
El primer campo de pruebas se construyó el 5 de junio de 2008. La composición de la mezcla de suelo solidificado fue:
- Arena 100%
- Cemento Portland 8%
- Aditivo Renolith – 10% de masa de cemento
El suelo arenoso tenía un contenido de humedad de 10%. Se obtuvieron 500 m3 de arena de grano grueso de una cantera cerca de Moscú, con una densidad aparente de 1,5 g/cm³.
Almacenamiento de la arena en el campo de pruebas MADI.
El cemento Portland marca 400, fabricado en Turquía, se entregó en sacos a granel. Debido a un almacenamiento o transporte inadecuado, el cemento perdió parte de su eficacia. Además, se acumularon grumos, lo que provocó fallos parciales en el dispositivo de dosificación y afectó la homogeneidad de las mezclas.
La preparación de la composición anterior se realizó utilizando una mezcladora de la marca Bertoli. Esta planta de mezclado tiene una capacidad de 100 m³/h.
Planta de mezcla de Bertoli
La entrega de la mezcla al lugar de instalación no superó los 200 metros. El transporte se realizó mediante camiones Kamaz con una capacidad de carga de 15 toneladas.
La aplicación se realizó con adoquines de la marca Vogele, con un espesor de capa de 18 cm.
Entrega de la mezcla de cemento y tierra en camión y su descarga en el búnker del buque. Aplicación de la sección de prueba al pasillo de bomberos del campo de pruebas MADI.
El pavimento se compactó con un rodillo vibratorio de dos rodillos marca DU 82 de 12 toneladas a una velocidad de 1,3 km/h. Se necesitaron entre 5 y 6 pasadas en cada carril para lograr una compactación completa.
Compactación de la mezcla con un rodillo grande.
Durante el proceso de trabajo, se utilizó el laboratorio especializado de MADI para determinar las propiedades de los ingredientes y la mezcla. Se elaboraron muestras de referencia con 20 kg de arena, 5 kg de cemento Portland y 2 litros de aditivo Renolith.
Durante el proceso de instalación, se comprobó la densidad, el espesor y el ancho de la capa de la mezcla aplicada, así como el número de pasadas de compactación.
Tras un periodo de curado de 28 días, se perforaron 9 series de muestras de núcleos (un total de 63 cilindros).
Esquema de la pista de pruebas en el campo de pruebas MADI con indicación de los lugares donde se tomaron las muestras de la mezcla de cemento y suelo (9 lugares).
Las pruebas de laboratorio se realizaron de acuerdo con GOST 23558-94.
Campo de pruebas #2
El segundo campo de pruebas se construyó el 15 de junio de 2008. La tecnología para la construcción de esta plataforma vial, así como la maquinaria, los mecanismos y la mezcla de tierra, fueron los mismos que para el campo de pruebas #1.
Tras 28 días de curado, se tomaron muestras del núcleo de la base instalada. El método de muestreo para las muestras del núcleo fue similar al del campo de pruebas #1.
Perforación de núcleo de muestra
Muestra de núcleo perforado
Se prepararon muestras de control y se almacenaron durante 28 días en una cámara con temperatura controlada. Se determinaron las propiedades físico-mecánicas de las muestras de núcleo y de las muestras de control.
Pruebas
Se realizaron pruebas en especímenes y muestras de núcleos para determinar:
- Resistencia a la compresión
- Absorción de agua
- Deformación relativa
- Resistencia a la flexión/tracción
Ensayo de absorción capilar de agua en muestras de suelo cementado.
Ensayo de resistencia a la flexión de una muestra curada durante 28 días.
Análisis
La relación entre la resistencia a la compresión y la resistencia a la flexión caracteriza, en cierta medida, la resistencia al agrietamiento de los pavimentos de hormigón asfáltico sobre bases de suelo reforzadas con ligantes minerales. Las relaciones entre la resistencia a la compresión y la resistencia a la flexión (tracción) obtenidas a partir de los resultados de los ensayos de muestras y núcleos con fiabilidad 95% se encuentran en el rango de 2,38 a 2,81. De acuerdo con los requisitos de GOST 23558-94, Estas proporciones no deben ser superiores a 5,00. Las proporciones obtenidas de resistencia a la compresión y resistencia a la tracción durante la flexión sugieren una mayor resistencia al agrietamiento de los suelos reforzados con cemento Portland y aditivo Renolith, lo que aumenta la resistencia al agrietamiento de los pavimentos de hormigón asfáltico sobre bases de cemento y suelo.
La absorción de agua de las muestras de núcleo seleccionadas de la capa base del sitio de prueba se determinó de acuerdo con la cláusula 6.1 de GOST 23558-94. Para ello, las muestras se colocaron en un baño lleno de agua hasta un tercio de la altura del cilindro. Tras 6 horas, se llenaron completamente de agua y se mantuvieron en remojo durante 42 horas. Cabe destacar los bajos valores de absorción de agua (los valores promedio oscilaron entre 0,75 y 1,09 M·L), lo que crea las condiciones necesarias para obtener un material con alta resistencia al agua y a las heladas.
Conclusiones y sugerencias
- Es posible obtener mezclas base que cumplan con las normas GOST 23558-94, marcas M10 a M75, utilizando suelo arenoso con cemento y aditivo Renolith:
- M10 (1 MPa <= resistencia a la compresión <= 5,00 * resistencia a la tracción)
- M75 (7,5 MPa <= resistencia a la compresión <= 5,00 * resistencia a la tracción)
- La capacidad de absorción de agua de las capas base es baja. Esto significa que estas capas base tienen una alta resistencia al agua y a las heladas.
- El uso de las plantas de mezcla “Bertoli” permite mezclar el suelo local de manera oportuna. Gracias al uso de materiales locales y plantas de mezcla, se consiguen rutas de transporte más cortas. Los costes de transporte se reducen enormemente y los materiales de pavimentación alcanzan una alta capacidad de carga.
- Durante los trabajos experimentales y de construcción, se observó una mezcla no homogénea de la base de cemento. Las causas pueden presentarse en la construcción continua de carreteras y pueden prevenirse técnicamente. Las causas fueron:
- Falta de uniformidad en los materiales utilizados (variación en la granulometría y la humedad de la arena);
- Baja calidad del cemento Portland fabricado en Turquía y pérdidas de actividad durante el transporte y el almacenamiento;
- Pérdida de control de la dosificación durante la preparación de la mezcla de cemento y suelo en la planta de mezclado debido a la presencia de grumos de cemento;
- Calidad insuficiente del subsuelo con exceso de humedad;
- Consideramos conveniente evaluar la mejora de las capas base lograda con Renolith en otros tipos de suelo.
- Es necesario añadir el aditivo Renolith para certificar y expedir el certificado de conformidad.
- Es necesario contar en el futuro con una normativa tecnológica para las mezclas de bases de cemento con aditivos para los distintos tipos de maquinaria de construcción de carreteras.
- La relación entre la resistencia a la compresión y la resistencia a la tracción permite una mayor resistencia al agrietamiento de las mezclas de suelo con cemento Portland y el aditivo Renolith. Esto reduce el riesgo de agrietamiento por reflexión desde la capa base hasta la capa asfáltica.
- La subestructura de la carretera puede construirse con materiales locales mediante el uso de aglutinantes hidráulicos y el aditivo Renolith, moderno y eficiente. De esta forma, resulta más fácil regular las propiedades tecnológicas y estructurales de la carretera, lo que permite la construcción de capas base permanentes con las propiedades de transporte y operación requeridas.
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