12 Jul 17

Control de calidad: Componentes, caracterización mecánica y durabilidad en vías de suelo cemento

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El sector de la construcción ha venido preparándose y ejecutando nuevos proyectos viales correspondientes a marcadas necesidades en las muy diversas zonas del país. Ampliamente aceptadas desde el punto de vista macroeconómico, las ventajas de estas obras corresponden, además del evidente bienestar, al posterior desarrollo económico que trae para las regiones. Si bien puede existir diversidad de opiniones en cuanto a los números que describen el potencial crecimiento asociado a la ejecución de este tipo de infraestructuras y a los componentes anexos para que encajen en un modelo de desarrollo regional exitoso, existe un aspecto fundamental que se convierte en el apoyo esencial para que lo proyectado se haga realidad: calidad en lo construido.

Por supuesto, hablar de la calidad en el desarrollo de la infraestructura, empieza justamente desde la concepción, la comprensión de los retos que exige la zona donde se emplazarán las obras, la aplicación de las técnicas constructivas adecuadas, los planes de mantenimiento y, dentro de ello, por supuesto, la selección eficiente de los materiales a emplear. El control de calidad de los materiales deberá contar con la ingeniería eficiente en la selección y concepción de un plan de calidad que brinde la rigurosidad requerida para asegurar el estándar de calidad previsto.

Las estructuras concebidas con suelo-cemento no son ajenas a esta necesidad. Particularmente me refiero al aporte que hace el proceso de selección en el nivel de calidad del producto final. No es suficiente proponer una mezcla entre suelo, cemento y agua, buscando una densidad óptima; es esencial satisfacer requisitos de durabilidad o resistencia.

Desde 1915, cuando se inició el empleo del suelo-cemento, se consideró como opción versátil y con mucha proyección en la ingeniería de carreteras. Su desarrollo coincide con su incorporación en las especificaciones generales de construcción de carreteras de Colombia, emitidas por el Instituto Nacional de vías – INVÍAS 2013. Existen además ejemplos exitosos de su uso como base para pavimentos en carreteras regionales, calles residenciales o áreas de estacionamiento, aeropuertos y muchas más. En cada uno de ellos se cita su relativo bajo costo y su versatilidad. Pero se debe recordar que, como toda solución constructiva, debe contar con unos requisitos para garantizar lo esperado y la selección de las materias primas tiene mucho que ver en ello.

Características del suelo cemento

Selección de materias primas

En el artículo 350-13 de las especificaciones INVÍAS se reconocen dos criterios de diseño para la mezcla: SC-D por durabilidad y SC-R por resistencia y durabilidad, conceptos que también utiliza la PCA y USACE en sus procedimientos de dosificación. No obstante, será la selección de los componentes de la mezcla lo que permitirá conseguir que los requisitos mínimos de diseño sean satisfechos. Para el material suelo a ser mezclado dicho capítulo presenta seis ensayos que deben ser observados antes de considerar que el material es apto para lograr una solución estructural mezclando con cemento.

Cuando el propósito es diseñar una base tratada con cemento, según el artículo 351-13 de INVÍAS los requisitos del material granular alcanzan dieciséis ensayos tal como se muestran en la Tabla 1. El material deberá cumplir con los requisitos de dureza, durabilidad, limpieza, geometría, resistencia, contenido químico y de composición; todo ello para garantizar un material que permita la compactación y que no tenga contaminantes que afecten su durabilidad.

Vías de suelo cemento

Otras especificaciones que pueden servir como referencia en la selección de las materias primas son las del Manual de estabilizaciones del Instituto Español del Cemento y sus Aplicaciones – IECA. En él se sugiere adicionalmente realizar los siguientes ensayos al suelo.

Vías de suelo cemento

Adicionalmente contempla una recomendación en la sección ensayos químicos: “Hay que advertir que los límites fijados en las especificaciones son en ocasiones demasiado conservadores. En el caso de ser superados de una manera no excesiva, se deberían realizar ensayos para determinar de forma precisa la aptitud del suelo para ser estabilizado”. Algo similar expresa el artículo 350 del INVÍAS en la tabla 350-2: “Si los documentos del proyecto lo permiten, estos límites se pueden exceder siempre y cuando el constructor demuestra al interventor que el equipo de construcción tiene una capacidad de disgregación suficientes para conseguir una mezcla íntima y homogénea de un suelo más plástico con el cemento.

Si bien el propósito es generar una estructura que sea adecuadamente resistente junto con una coherente durabilidad, las especificaciones coinciden en permitir que haya experimentación adicional. Esto admite que se puedan construir tramos de prueba que dejen corroborar el comportamiento de la estructura, la resistencia del material y simultáneamente el sistema constructivo empleado.

El siguiente material a seleccionar es el cemento hidráulico, que deberá cumplir con la normativa vigente y que debe estar en condiciones aptas para el uso, esto es: inalterado en su empaque y sin que haya estado expuesto a humedad preliminarmente a su uso, de lo contrario no podrá considerarse como material ligante idóneo.

Para el agua el INVÍAS indica que el pH debe estar entre 5,5 y 8,0. Además, limita el contenido de sulfatos S04 a máximo 1 g/l. El manual de estabilizaciones de IECA además propone otros ensayos para el agua y expresa la causa de la limitación como se observa en la Tabla 3.

Vías de suelo cemento

En este apartado de selección de materias primas el último elemento que debe considerarse es el aditivo cuando sea pertinente para mejorar manejabilidad u otra característica de la mezcla. INVÍAS hace una recomendación para la consideración de aditivos que permitan extender el tiempo del trabajo. En igual sentido se expresa el manual de IECA, aportando además que frente a los modificadores de fraguado se deben considerar aquellas variables que cambian su eficacia: tipo de cemento, suelo utilizado, contenido de cemento y de agua, tipo de aditivo y dosis empleada; por ello, la fase experimental en el laboratorio y su reproducibilidad en campo se sugieren como esenciales para garantizar que el proceso constructivo tendrá menor probabilidad de riesgos durante el mezclado y colocación.

Durabilidad, humedad y resistencia

Una vez superada la fase de cualificación de las materias primas se continúa con la fase de experimentación en laboratorio de los diseños de mezcla. Para las especificaciones 2013 del INVÍAS, se debe expresar la fórmula de trabajo como resultado del diseño describiendo: granulometría, tipo y marca de cemento, aditivos, contenido de cemento, pérdida por durabilidad, resistencia a los 7 días y los porcentajes de agua para mezcla y compactación.

Actualmente la durabilidad se evalúa en la fase experimental mediante el procedimiento de la INVE-612 “Humedecimiento y secado de probetas de suelo cemento” donde, además de a la inmersión, las probetas son sometidas a un proceso de cepillado mecánico. Si bien está en la normativa y es el que se debe seguir, IECA no lo considera por la experiencia que se ha recopilado y por lo prolongado en su ejecución. Pero ese mismo manual contempla otros parámetros a obtener en laboratorio con el mismo tipo de probetas como son la tracción indirecta y el módulo de elasticidad.

La guía de bases tratadas con cemento de la PCA contempla, además, un nuevo procedimiento denominado “Prueba de succión de tubo (TST)”. Esta ayuda a identificar materiales que pueden ser sensibles a la degradación de la humedad en el campo, midiendo el movimiento del agua en una muestra de material estabilizado para identificar si el contenido de cemento de la mezcla reduce la permeabilidad y capilaridad del espécimen.

Vías de suelo cemento

La resistencia a compresión que en el laboratorio se obtuvo con ensayos en probetas cilíndricas compactadas que, en un proceso de curado normalizado se ensayaron a compresión simple luego de siete (7) días de compactación en la obra, según el artículo 350-13, se obtiene conformando como mínimo dos probetas por muestra para realizar posteriormente el ensayo de resistencia a siete (7) días, manteniendo como criterio mínimo el tomar dos muestras por lote. En este caso la resistencia media de las cuatro o más probetas debe ser igual o superior al 92% de la resistencia especificada por el diseño, sin que existan resultados inferiores al 90%. Como alternativa de verificación luego de la instalación se puede considerar la extracción de núcleos con relación diámetro/altura 2:1, en los que la refrigeración del extractor sea neumática para evitar el daño a la muestra cuando se hace con agua. No obstante antes de contemplar esta situación es mejor tener un plan de calidad que evite dudas sobre lo construido.

Conclusión

La generación de una fórmula de trabajo no puede ser ajena al seguimiento y el consiguiente ajuste luego de realizar las pruebas a nivel industrial. Afortunadamente este sistema de construcción permite que el ingeniero a cargo haga uso de su buen criterio para demostrar que se pueden hacer mejoras continuas dentro de un proyecto específico.

 

Nota aclaratoria de responsabilidad: Las observaciones contenidas en este documento son de carácter informativo y deben ser aplicadas y/o evaluadas por el constructor o usuario solamente en caso de considerarlas pertinentes. Por lo tanto, estas observaciones no comprometen a Argos, a sus filiales o a sus subordinados.


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Sobre el autor

Omar Javier Silva Ingeniero Civil Ciudad: Bogotá País: Colombia

Mi primer acercamiento con el concreto lo encontré de niño en uno de mis hobbies: los carros. Sabía que el concreto lo llevaban en unos camiones muy grandes, con algo atrás que daba vueltas. Esos vehículos siempre despertaban mi interés, además de que mi abuelo era ingeniero civil, constructor, y tal vez el concreto venía en la sangre... Soy ingeniero civil de la Pontificia Universidad Javeriana, con especialización en Tecnología de Construcción de Edificaciones de esa misma universidad. Desde el año 2007 estoy vinculado con la Asociación Colombiana de Productores de Concreto – Asocreto-, donde me desempeño como Jefe de Publicaciones.


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One Response to Control de calidad: Componentes, caracterización mecánica y durabilidad en vías de suelo cemento

    Hola, muy buenos dias, un saludo cordial, tengo una duda que espero me puedas aclaras. Cuales son los ensayos en el laboratorio de suelos que se consideran como descarte y cuales son los que se consideran como control de calidad?. Muchas Gracias, espero tu respuesta

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