El cemento portland y su aplicación en pavimentos

El Cemento Pórtland ha contribuido decisivamente a ala revolución tecnológica que se produce e en la validad en la segunda mitad del siglo pasado, modificando las características de los pavimentos y los elementos de protección y drenaje.

El cemento Pórtland interviene en los diferentes elementos que constituye la estructura de los pavimentos, variando según el rol que desempeña y distinguiéndose generalmente por la cantidad de aglomerante utilizado.

En la sub-rasante capa superficial que sirve fundamento, el cemento se utiliza para mejorar el material superficial desde el punto de vista de diseño y/o transitabilidad. Con el mismo propósito participa en la sub-base, definida como la primera capa que se construye sobre la sub-rasante.

Mas general es el empleo de l cemento en al construcción de la base que se coloca sobre la sub-base, pero dotada de características estructurales y de durabilidad superiores.

El empleo extensivo del cemento se produce en la capa de rodadura, nombre genérico que denomina la superficie por donde circula los vehículos, con características de resistir la fatiga producida por el transito y la acción del medio ambiente. Se caracteriza por su suavidad, para la cómoda circulación de los vehículos y su rugosidad para que sea suficientemente segura.

CLASIFICACIÓN ESTRUCTURAL

Los pavimentos se clasifican como rígidos, semi rígidos y flexibles según como la estructura distribuya los esfuerzos y deformaciones producidas por los vehículos a las capas inferiores.

Los pavimentos flexibles se caracterizan por estar constituidas sus capas con materiales de reducida cohesión, los mismos que presentan una baja rigidez a flexión, permitiendo la transmisión de mayores niveles de esfuerzos en profundidad, por acción de las cargas aplicadas sobre su superficie. El prototipo está constituido por los pavimentos asfálticos.

Los pavimentos rígidos tiene como elemento estructural principal una losa de concreto de cemento Pórtland, la misma que se apoya sobre una capa de sub base, o directamente sobre la sub-rezante, si ésta es de calidad adecuada. La elevada rigidez a flexión que presenta la losa permite reducir enormemente el nivel de esfuerzos en profundidad por acción de las cargas aplicadas sobre su superficie.

APLICACIONES DEL CEMENTO

1. Suelos modificados.- Es un suelo tratado “in situ” con una cantidad relativamente baja de cemento, con el fin primordial de reducirle la plasticidad, la permeabilidad, los cambios e incrementarle la capacidad de soporte y la resistencia al corte. El grado de modificación y mejoría en las propiedades depende del tipo de suelo y de la cantidad de cemento empleado.

El reglamento Nacional de Construcciones considera el suelo modificado como pavimento en las urbanizaciones tipo D.

Los suelos cuyas cantidades de limo y arcilla son inferior al 35%, comúnmente son denominadas suelos granulares.

Muchos de ellos presentan una inadecuada granulometría y/o excesivos valores de plasticidad y son desechados para conformar capas de bases y/o sub-base de pavimentos de vías urbanas, carreteras y aeropuertos.

Los suelos que tiene un contenido de limo y arcilla superiores al 35% son comúnmente denominados finos. No son usados para conformar capas de relleno y sub-rasante, así como conformar capas de sub-base en los pavimentos.

2. Suelos- Cemento.- El suelo-cemento es una mezcla intima de suelo pulverizado, cemento Pórtland y agua que , compacta a su optima humedad y densidad máxima produce (debido a la hidratación del cemento) un material durable y con la resistencia mecánica apropiada para la conformación de capas de base para pavimentos urbanos, carreteras y de aeropuertos. Cuando el tránsito no adquiere importancia, hace las veces de capa de rodadura, permitiendo grandes economías en los programas viales. El reglamento Nacional de Construcciones lo prescribe como tipo C de pavimento.

Mediante estudios de los suelos que se pueden estabilizar con cemento es muy amplio y sólo existe una restricción de empleo con aquellos que presentan un contenido alto de materia orgánica, ya que inhiben las reacciones de hidratación del cemento. Incluso los suelos limosos de difícil estabilización pueden estabilizarse con asfalto, previo pre-tratamiento con cemento Pórtland.

3. Gravas Cemento.- Se trata de una mezcla de agregados, naturales o artificiales de granulometría continua y reducida cantidad de finos y cemento Pórtland en proporciones del 3 al 6%, la misma que permite conformar capas de base y refuerzo en pavimentos rígidos y capas de base y refuerzo en pavimentos asfálticos sujetos a tránsito medio o pesado. La compactación se realiza generalmente con rodillos vibratorios y su curado se efectúa con un riesgo de emulsión asfáltica, o la colocación de un tratamiento superficial cuando el tránsito es intenso.

4. Concretos Porosos.- El concreto poroso se ha introducido recientemente y tiene por finalidad crear una nueva capa drenante en el pavimento. Se prevé que el agua que pasa a través de la base llegue a una capa que no es sensible al agua, por la cual escurre hasta los drenajes naturales. Para evitar la segregación, que puede ocurrir si la consolidación se realiza por vibrado interno, es posible compactar con rodillos. El curado se efectúa preferentemente con membranas de polietileno, evitando otras técnicas que pueden cerrar los poros superiores.

5. Concretos Pobres o Económico.- Las mezclas de económetro denominadas también “concretos pobres”, tienen un bajo contenido de cemento y permiten el empleo de agregados de baja calidad, cuando están disponibles localmente, proporcionado pavimentos de bajo costo o capas de base de pavimentos asfálticos.

Los pavimentos de económetro pueden ser considerados como rígidos, de acuerdo al contenido de cemento y el módulo de elasticidad. Generalmente se consideran como semi rígidos los pavimentos de concreto con proporciones cemento / agregado del orden 1:20 al orden 1:24 en volumen; y como rígidos a los constituidos en proporciones más ricas que 1:15. La mayoría de los actuales pavimentos de económetro se encuentran entre las proporciones 1:12 a 1:24.

6. Adoquines de concreto.- En este tipo de pavimento la capa de rodadura está conformada por varios elementos: los adoquines, que son bloques macizos, con forma de prisma recto, cuyas bases son polígonas con una forma tal que permiten conformar una superficie completa. Se colocan sobre una capa delgada de arena, la misma que sirve para rellenar las juntas existentes entre adoquines.

7. Concreto compactado con rodillos.- Son concretos secos, de características resistentes similares a los concretos tradicionales, pero por su consistencia se consolidan con los sistemas generalmente utilizados para la compactación mediante equipos pesados de rodillos vibrantes y/o reumáticos.

La denominación de seco compactado se debe a su bajo contenido de humedad, entre el 4 y el 7 en peso de la masa total; el necesario para que se produzca la hidratación del cemento, por lo cual la consistencia de la mezcla es muy áspera y el asentamiento nulo.

En estos concretos es posibles disminuir el contenido del cemento, en relación con los convencionales, para obtener la misma performance y permitir que en sus construcción se utilicen procedimientos constructivos de gran rendimiento, empleando equipos propios de las tecnologías de pavimentos asfálticos y movimientos de tierras.

Puede estimarse que el costo de concreto compactado con rodillos es del orden del 80% del concreto tradicional variando, según las condiciones locales, el equipamiento de la empresa, etc.

8. Losas de concreto.- Las losas de concreto de cemento Pórtland se construyen con una mezcla de agregados gruesos, cemento y agua, con dosificaciones seleccionadas en el diseño, con el fin de alcanzar la resistencia especificada.

El contenido de cemento varía entre el 15 y el 20% en peso de la masa total y, en principio, es el responsable de la resistencia final de la mezcla.

El concreto para las losas presenta resistencias a la comprensión hasta de 350 y 60 Kgf/cm² tracción por flexión, respectivamente. Esto hace que el comportamiento estructural sea único, ya que esta capacidad de absorber altos esfuerzos a tracción sin deformarse ni fatigarse, lo convierte en el material por excelencia para pavimentos.

Eventualmente, las losas de concreto de los pavimentos rígidos llevan refuerzo de acero, como son: los pavimentos continuos de concreto armado, los de concreto reforzado con fibras de acero y los pavimentos pretensados utilizados generalmente en aeropuertos.

Otras aplicaciones

9. Mezcla Asfáltica en caliente.- El cemento Pórtland es empleado como “filler” de aporte en las mezclas asfálticas en caliente. En general, las condiciones de calidad de tales mezclas pueden resumirse en tres: estabilidad, flexibilidad y durabilidad, en las cuales el cemento gravita significativamente, cumpliendo tres funciones principales: actuando como material de relleno de vacíos, como espesante de asfalto o mejorando la adherencia del par agregado –asfalto.

10. Reciclado de pavimentos fallados.- Consiste en aprovechar los materiales existentes de pavimentos fallados, la incorporación de cemento Pórtland en el material de base granular y rodadura asfáltica antigua, debidamente escarificados y pulverizados, permite obtener una capa de base de pavimento de gran resistencia, no susceptible al agua o a la acción de las heladas. La economía obtenida es obvia, dada la reducción de los costos de transporte, por culminación material existente y colocación del nuevo material, además del año que causa dicho transporte a vías anexas y el problema de desmonte que ocasiona.