Esta segunda entrada dedicada al suelocemento, como ya indiqué en la primera de la serie, está relacionada con la elección de los parámetros mecánicos de este material de cara a introducirlos en los modelos de dimensionamiento analíticos; en concreto, este post trata de su resistencia a la rotura y de su módulo elástico.

Como ya indiqué, es necesario caracterizar correctamente el material para no incurrir en errores que puedan conducir al infradimensionamiento de la sección estructural, que conlleva invariablemente al fallo prematuro, debido a que la reducida pendiente de la ley de fatiga de los materiales tratados con cemento hace que sean muy sensibles a pequeñas variaciones en los valores de los parámetros que definen su comportamiento mecánico.

En este sentido, las normativas suelen adoptar el criterio conservador de considerar como módulo elástico de cálculo un valor elevado dentro del rango habitual para estos materiales, asociado a una resistencia a flexotracción considerablemente reducida. En el dimensionamiento de pavimentos nuevos, esta opción resulta en secciones con espesores razonables y por lo general del lado de la seguridad.

No obstante, no está tan claro que este criterio conservador sea el adecuado cuando se trata de realizar un estudio de sensibilidad de la vida de la sección o de la capa respecto a la variación de sus características mecánicas, cuando lo que se pretende es comparar estructuralmente dos secciones similares o con materiales ligeramente diferentes en cuanto a su comportamiento mecánico, o cuando sencillamente se trata de comprobar el comportamiento de un pavimento en servicio con los parámetros reales obtenidos en ensayos de comportamiento.

Efectivamente, hay que indicar que las características mecánicas del suelocemento (resistencia a la rotura, módulo de elasticidad y resistencia a la fatiga) están íntimamente relacionadas entre sí. En general, cuanto mayor es la resistencia a la rotura, mayor es el módulo elástico y mejor es el comportamiento a fatiga. Nótese que esto entra en contradicción con los valores conservadores que recomiendan las normativas, ya que como se ha indicado suelen adoptarse valores bajos de la resistencia con módulos elásticos asociados bastante elevados.

La resistencia a la rotura es la máxima tensión que puede soportal el material sometido a una carga estática. Hay diversos ensayos que determinan la resistencia a la rotura; dependiendo de la forma de aplicación de la carga fundamentalmente, se pueden distinguir el de compresión, los de tracción (directa e indirecta) y el de flexotracción.

La resistencia a flexotracción es la que mejor representa la forma de trabajo del suelocemento en los pavimentos bajo la aplicación de una carga (y por tanto, como se recordará, interviene directamente en la ley de fatiga del material). Sin embargo, el ensayo para determinarla se realiza sobre probetas prismáticas, cuya fabricación es más compleja que la de probetas cilíndricas que se emplean para la obtención de otros tipos de resistencia. Por este motivo, suele estimarse a partir de los resultados de otros ensayos, generalmente el de resistencia a compresión simple, que además es para la que los correspondientes pliegos de prescripciones suelen especificar valores mínimos (aunque en Francia, por el contrario, las referencias se establecen en base a los ensayos de resistencia a tracción directa).

Por otro lado, es evidente que las resistencias mecánicas del suelocemento evolucionan con la edad. En general, las prescripciones se refieren a las resistencias a edades tempranas (7 días), pero a la hora de caracterizar el material para el dimensionamiento, en la técnica española se suele considerar la resistencia a largo plazo (entendiendo como tal un año), salvo que se quiera estudiar la sección en sus primeros meses de servicio. En otras regiones, se utilizan resistencias a edades intermedias, como 28 o 90 días.

Se acepta que la variación de la resistencia con la edad guarda una relación lineal con el logaritmo de esta última, aumentando la pendiente conforme se incrementa el contenido de cemento. En general, para suelos granulares tratados con cemento puede emplearse una expresión del tipo


donde RCd es la resistencia a compresión simple a la edad d, RCd0 es la resistencia a compresión simple a la edad de referencia d0 y c es el contenido de cemento en %.

Cuando no se disponga de datos precisos, puede suponerse de manera aproximada que la resistencia a compresión a largo plazo es del orden de 2,0-2,5 veces la correspondiente a 7 días, para los tipos y contenidos de cemento habituales en los sueloscemento españoles

En la bibliografía francesa, son habituales las siguientes relaciones teóricas aproximadas para obtener la resistencia a flexotracción a largo plazo a partir de las resistencias a compresión o a tracción directa:


donde RC, RT y RF son respectivamente las resistencias a compresión, a tracción directa y a flexotracción.

Por otro lado, en España es habitual emplear las siguientes correlaciones, recogidas por el CEDEX e IECA en el Manual de firmes con capas tratadas con cemento:


donde RCRTI y RF son respectivamente las resistencias a compresión, a tracción indirecta y a flexotracción. En estas dos últimas correlaciones, se adoptan los valores superiores para los materiales que presentan las resistencias más altas.

En lo que respecta al módulo de elasticidad, se puede estimar a partir de expresiones que lo relacionan con su resistencia a compresión; no obstante, los resultados que ofrecen estas correlaciones presentan una mayor dispersión, en función de la fuente consultada.

En las referencias estadounidense y australiana pueden encontrarse correlaciones simplificadas que relacionan linealmente la resistencia a compresión simple con el módulo de elasticidad:


donde E y RC son el módulo de elasticidad y la resistencia a compresión en MPa respectivamente.

Por otro lado, se pueden considerar los siguientes valores de referencia aproximados para los sueloscemento españoles, obtenidos para diversas edades y características, en función de su resistencia a compresión, que por otro lado se ajustan bastante bien a la expresión anterior:


En definitiva, con las indicaciones dadas en esta entrada se puede ajustar de un modo realista (aunque aproximado) el módulo y la resistencia a flexotracción para caracterizar el suelocemento cuando se empleen métodos de dimensionamiento analítico. Si bien, como se ha señalado reiteradamente, se puede adoptar, y es conveniente, un criterio conservador en el dimensionamiento de pavimentos nuevos, se pueden utilizar estas correlaciones para estudiar el comportamiento de secciones en servicio con los parámetros reales de su caracterización mecánica, y también para realizar estudios de sensibilidad de la vida de la sección frente a la variación de alguno de estos parámetros.

y en la próxima entrada

En la tercera entrada relacionada con el suelocemento en el dimensionamiento analítico se abordará otro tema de interés: los criterios de fatiga y la evolución del comportamiento del suelocemento con el daño acumulado, distinguiendo las fases pre-fisuración y post-fisuración, y cómo tener en cuenta este hecho en los cálculos.

6 comentarios:

  1. Esta línea de razonamiento y análisis, no establece un coeficiente de ajuste para los resultados de resistencia a flexotraccion, lo que genera una indeterminada correlacion entre los valores que se obtienen teóricamente y los que desarrollara la capa de suelo cemento, que se encuentra apoyada en su desempeño practico. Considerando las condiciones elásticas del apoyo de la capa de suelo cemento, los valores de resistencia a flexotraccion, han de variar significativamente respecto de los que medimos en laboratorio, por lo que habrá un "gap" indeterminado entre los predicciones teóricas basadas en ensayos de laboratorio y sus correlaciones, respecto de lo que ocurrirá en la realidad practica. Creo conveniente introducir este concepto y buscar una cuantificación de la influencia de las condiciones de apoyo en el pavimento real, respecto de los valores que obtenemos en el ensayo de resistencia a flexotraccion.

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    1. Buenos días, Eduardo.

      En primer lugar, gracias por visitar PaveIng y por tu comentario.

      En mi opinión, en lo que se refiere a la resistencia a flexotracción, no hay diferencias en cuanto a la que se puede medir en ensayos de laboratorio y la que presentará el suelocemento en servicio. La resistencia a flexotracción es, en este sentido, exclusivamente una característica del material. Otra cosa es que el hecho de que la capa esté apoyada de forma continua y no en dos apoyos puntuales implique que la carga necesaria para alcanzarla sea diferente.

      Otra cuestión distinta es respecto a las leyes de fatiga obtenidas en laboratorio y el comportamiento real en campo. Efectivamente, ahí sí puede haber una diferencia entre los resultados obtenidos, debido a varios factores. Lo lógico es que las leyes de fatiga obtenidas en laboratorio sean más restrictivas, y se deben calibrar con resultados de campo.

      En USA suelen hablar de un shift factor para adaptar los resultados de laboratorio a los esperables en servicio. Pero dar un factor teórico determinado es muy comprometido, ya que la horquilla de valores puede ser tranquilamente de 4 a 10.

      Un saludo.

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  2. Hola Ricardo

    Creo que ya sabes mi opinion sobre el suelocemento, se trata de una capa trampa demasiado utilizada en España para engañar. Mi experiencia me dice y me induce a rechazarla como alternativa: Es curioso como la idea primitiva la gravacemento desaparece de la orctica española y es sustituida por el suelocemento . Uno sabe o puede conocer lo que es la grava pero no sabe abarcar la infinidad deltermino suelo. Ahi empieza uno a aturdirse y es generalizable que del aturdimiento nace la confusion y dese la confususion se propaga el engaño, la manipulacion y la mentira. Por eso desde mi meoria rechazo (en España, no el concepto) el suelocemento porque no es controlable ni cnocible ni reconocible lo que se fabrica o aun pero se pone en obra. Casi nunca ( o nunca) se pueden fabricar probetas como las del foto inicial y mucho menos testigos

    Mi mejor pero no unica alernativa seria recuperar la gravacemento con dterminadas prescripciones

    De todas formas sigues siendo el mejor por no decir el unico que piensa sabe y expone.

    Ramon .

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    1. Buenos días, Ramón,

      Efectivamente, el suelocemento ha sido un material que, siendo una buena idea, aquí a veces ha sido empleado usando la técnica de cojo-cualquier-cosa-que-me-encuentre-añado-un-3%-de-cemento-y-tengo-una-capa-estupenda-de-18cm, lo cual es un evidente error.

      Otra de las cuestiones por las que creo que opinas lo que opinas del suelocemento es porque hasta hace muy poco, y de hecho aún por algunos técnicos, se ha considerado como una capa estable en el tiempo (como si fuese el hermano tonto del hormigón), y es evidente que no es así, sino que el material evoluciona y termina comportándose como un suelo sin estabilizar (o ligeramente mejorado).

      Te recomiendo que leas el paper que David Hernando y Miguel Ángel del Val han publicado recientemente A Comprehensive Overview on Main Distress Mechanisms in Composite Pavements, que es muy interesante e incide en lo que te comento, y que estés atento a la tercera entrada de la serie, en la que voy a hablar de ello.

      Un abrazo.

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  3. Hola Ricardo: cada día más y mejor.

    Ya sabes, lo que me gusta éste tema. Casi podría decirse que llevamos hablando sobre ésto unos meses por mail.

    Sigo muy atento el hilo para la próxima entrada, sólo quería añadir, que al respecto de éste post, a mí me sirvió de ayuda para determinar los parámetros de dimensionamiento el Articulo 17 del recientemente publicado NOVAFIR_1, sobre el "Estudio del comportamiento de firmes reciclados in situ con cemento".

    Estamos de acuerdo en que hay que saber separar el suelo cemento fabricado en central del suelo estabilizado "in situ" con cemento, pero siendo éste último de mayor aplicación en vías de menor entidad, ( o al menos en mi experiencia ), se ven muy fácilmente las diferencias que aparecen con distintos porcentajes de cemento, y en función del tipo de probeta, de los parámetros que se citan en ésta entrada.

    Lo dicho a seguir así, y espero poder seguir disfrutando y aprendiendo de éste magnifico blog.

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  4. Muchas gracias por tus palabras, Jorge.

    El artículo que aparece publicado en NOVAFIR es muy interesante, y además, me complace ver que sus resultados coinciden con las formulaciones teóricas que se incluyeron en la Norma de Secciones de Firme de la Comunitat Valenciana.

    Hay que distinguir entre suelo estabilizado in situ con cemento y suelocemento in situ. Aunque parezca un juego de palabras, tiene su importancia, ya que uno y otro tienen, aparte de, por supuesto, diferentes funciones en la estructura del pavimento, exigencias y especificaciones diferentes.

    Nos leemos en las próximas entradas ;-)

    Un saludo.

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