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No 080. Julio 1998Boletín Técnico ASOCEM No 080 difundido por ICG

El Cemento Portland y suAplicación en PavimentosEl Cemento Portland y suAplicación en Pavimentos

El cemento Portland ha contribuido decisivamente a larevolución tecnológica que se produjo en la vialidad afines del siglo pasado, modificando las característicasde los pavimentos y los elementos de protección y dre-naje.

El cemento Portland participa en los diferentes elemen-tos que constituyen la estructura de los pavimentos, va-riando su razón de ser según el rol que desempeña ydistinguiéndose de manera práctica por la cantidad deaglomerante utilizado.

En la sub-rasante, capa superficial del terreno que sirvecomo fundación del pavimento, el cemento se utiliza paramejorar las propiedades resistentes. Con el mismo pro-pósito participa en la sub-base, definida como la prime-ra capa intermedia entre la sub-rasante y las losas deconcreto.

Más general es el empleo del cemento en la construc-ción de la base, específicamente en pavimentos flexi-bles, con características estructurales y de durabilidadsuperiores a la subbase.

Sin embargo, el empleo extensivo del cemento se pro-duce en la capa de rodadura, nombre genérico que sedenomina a la superficie por donde transitan los vehícu-los, que debe resistir la fatiga producida por el tránsito yla acción del medio ambiente. Se caracteriza por su sua-vidad, para la cómoda circulación de los vehículos y sutextura para hacerla suficientemente segura.

Clasificación Estructural

Los pavimentos se clasifican como rígidos, flexibles ysemirígidos según como se distribuyen los esfuerzos ydeformaciones producidos por los vehículos a las capasinferiores.

Los pavimentos flexibles están constituidos por capasde materiales de reducida cohesión y de baja rigidez aflexión, permitiendo la transmisión de mayores esfuer-zos en profundidad, por acción de las cargas aplicadassobre su superficie. El prototipo es el pavimento asfáltico.

Los pavimentos rígidos tienen como principal elemento

estructural la losa de concreto de cemento Portland, quese apoya sobre la subbase o directamente sobre la sub-rasante, si ésta es de calidad uniforme. La elevada rigi-dez a flexión que presenta la losa de concreto permitereducir significativamente el esfuerzo en profundidad, poracción de las cargas aplicadas sobre su superficie.

Los pavimentos semirígidos son aquellos que están for-mados por elementos rígidos y tienen comportamientoflexible, como es el caso de los pavimentos de adoqui-nes.

1- Aplicaciones del Cemento en Estabili-zación

a. Suelos modificados.- Son suelos tratados «in situ»con una cantidad relativamente baja de cemento, con elfin primordial de reducir su plasticidad, la permeabili-dad, los cambios de volumen e incrementar su capaci-dad de soporte y la resistencia al corte. El grado de mo-dificación y mejora en las propiedades depende del tipode suelo y de la cantidad de cemento empleado.

El Reglamento Nacional de Construcciones considerael suelo modificado como pavimento apto en las urbani-zaciones tipo D. Los suelos cuyas cantidades de limo yarcilla son inferiores al 35%, comúnmente presentan unainadecuada granulometría y/o excesivos valores de plas-ticidad y son inconvenientes para conformar capas debase o sub-base. El aporte de cemento Portland permitereducir su plasticidad, incrementando su resistencia ypueden ser mezclados con otros suelos para la cons-trucción de capas de base y/o sub-base de pavimentosen vías urbanas, carreteras y aeropuertos.

Los suelos que tienen un contenido de limo y arcilla su-periores al 50% comúnmente se denominan finos, y noson adecuados para conformar la fundación del pavi-mento, porque originan dificultades en el proceso cons-tructivo. El aporte del cemento permite estabilizar lascapas de relleno y sub-rasante, llevándolos a nivelesaceptables de resistencia.

b. Gravas - Cemento.- Se trata de una mezcla de agre-gados naturales o artificiales de granulometría continuay reducida cantidad de finos, el cemento Portland inter-

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viene en proporciones del 3 al 6%, en peso. Se utiliza ensub-base de pavimentos rígidos y capas de base en pavi-mentos asfálticos sujetos a tránsito medio o pesado. Lacompactación se realiza generalmente con rodillosvibratorios y el curado se efectúa con un riego de emul-sión asfáltica, o tratamiento superficial cuando el tránsitoes intenso.

c. Concretos Pobres o Econocreto.- Las mezclas de«concretos pobres» denominadas también econocreto,tienen reducido contenido de cemento y permiten elempleo de agregados de baja calidad cuando es nece-sario, proporcionando pavimentos de bajo costo o capasde base de pavimentos asfálticos.

Los pavimentos de econocreto pueden ser considera-dos como rígidos o semirígidos, de acuerdo al contenidode cemento y el módulo de elasticidad. Generalmentese consideran como semirígidos los pavimentos de con-creto con proporciones cemento/agregado del orden1:20 a 1:24 en volumen. Como rígidos, los constituidosen proporciones más ricas que 1:15. La mayoría de lospavimentos de econocreto encuentran entre las propor-ciones 1:12 a 1 .24. En la última década, se ha desarro-llado una nueva tecnología de pavimentos con concre-tos de bajo contenido de cemento, y alta dosificación depuzolanas (fly ash), con dosificaciones de 140 k/c3 o másde cemento y aproximadamente de 200 a 240 k/m’ depuzolana, con relacio connes de agua cemento de 0.45o menos. Este material se ha utilizado específicamenteen carreteras o vías locales de bajo tráfico.

d. Suelos - Cemento.- El suelo - cemento es una mez-cla íntima de suelo pulverizado, cemento Portland y aguaque, compactada a determinada humedad óptima y den-sidad máxima, produce un material durable, con la re-sistencia mecánica apropiada para la conformación decapas de base para pavimentos urbanos, carreteras yaeropuertos. Cuando el tránsito no es de importanciapuede hacer las veces de capa de rodadura, con graneconomía. El Reglamento Nacional de Construccioneslo prescribe en habilitaciones urbanas del tipo C.

Mediante estudios de laboratorio se determina el conte-nido óptimo de cemento para producir una mezcla conlas características de resistencia y durabilidad deseada.

El rango de utilización de los suelos que se pueden esta-bilizar con cemento es muy amplio exceptuándose aque-llos que presentan un contenido alto de materia orgáni-ca, por inhibir las reacciones de hidratación del cemen-to.

2. Losas de Concreto

Las losas de concreto de cemento Portland se constru-yen con una mezcla de agregados gruesos, cemento yagua, 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 % enpeso de la masa total y, en principio, es el responsable dela resistencia final de la mezcla.

El concreto para las losas presenta resistencias de 60kg/cm2 a [atracción porflexión y 350 kg/cm2 a la com-presión. El comportamiento estructural se caracteriza porsu capacidad de absorber altos esfuerzos a tracción sindeformarse ni fatigarse, lo que constituye el material porexcelencia para pavimentos.

Eventualmente, las losas de concreto de los pavimentosrígidos llevan refuerzo de acero, como son: los pavimen-tos continuos de concreto armado

2.1. Técnicas Nuevas

a. Concreto Compactado con Rodillos.- Son concre-tos secos, de características resistentes similares a losconcretos tradicionales, pero por su consistencia se con-solidan con los sistemas generalmente utilizados para lacompactación de suelos, mediante equipos pesados derodillos vibrantes y/o neumáticos.

La denominación de «seco compactado» se debe a subajo contenido de humedad, entre el 4 y el 7 % en pesode la masa total; el necesario para que se produzca lahidratación del cemento, por lo cual la consistencia dela mezcla es muy áspera y el asentamiento nulo.

Una ventaja comparativa del uso de concretocompactado con rodillo es la posibilidad de ponerlo enservicio a las 24 horas del término de los trabajos, sea encalzadas nuevas como en reparación o bacheo.

En estos concretos se obtiene apreciable economía conrelación a los convencionales, es posible disminuir elcontenido del cemento, para obtener la misma perfor-mance y en su construcción se utilizan procedimientosconstructivos de gran rendimiento, empleando equipospropios de las tecnologías de pavimentos asfálticos ymovimiento de tierras,

b. Concretos Porosos.- El concreto poroso se ha intro-ducido con la finalidad de crear una nueva capa drenanteen el pavimento y/o reducir el ruido del tránsito. Se prevéque el agua que pasa a través del pavimento llegue a unacapa que no sea sensible al agua, por la cual escurre

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hasta los drenajes laterales. Para evitar la segregación,que puede ocurrir si la consolidación se realiza por vi-brado interno, se compacta con rodillos. El curado seefectúa preferentemente con membranas de polietileno,evitando otras técnicas que puedan cerrar los poros su-periores.

Las losas de concreto poroso se han aplicado en bases,con dosificaciones mínimas de 170 k/cm2 y en los ca-sos de capas de rodadura, con dosaje de cemento delorden de 350 k. En varios proyectos se han incorporadoa la mezcla polímeros de los tipos del. butilacrílico/estirol;acrílico puro; epoxi emulsificado; estireno/butadieno.También se ha aplicado la microsílice. Una solucióncontra el ruido son sobre capas de concreto poroso de5cm sobre losas de concreto convencional, estas últi-mas de concreto pobre.

c. Capas de Refuerzo Delgadas, White topping».- Sedenomina White topping (recubrimiento blanco) a unatécnica desarrollada inicialmente en los EE.UU. para elrecapado de pavimentos asfálticos o de concreto, conlosas de concreto de delgado espesor. Este procedimien-to de rehabilitación de pavimentos asfálticos, con capasde 10cm o más, se ha desarrollado últimamente conlosas ultradelgadas de hasta 5cm con refuerzo de aceroo fibras. En estas condiciones la capa de asfalto actúasolamente como una base estabilizada.

d. Concreto Fast Track.- Constituye una tecnología

adecuada para la rehabilitación y refuerzo del pavimen-to, sin mayor alteración del tráfico. Mediante el diseñoapropiado del concreto y el uso de aditivos reductoresde agua de alto rango, aceleradores de resistencia ytécnicas de curado intenso, es posible obtener resisten-cias que permiten la puesta en servicio del pavimento alas 24 horas o menos. El pavimento resultante es deexcepcional calidad, con un costo relativamente bajo yocasiona mínimo de inconvenientes al no exigir mayorparalización del tránsito.

Se ha aplicado en diversos casos, sea en obras nuevas,reconstrucciones, reforzamientos adherentes y noadherentes, en revestimientos sobre pavimentosasfálticos, etc.

3. Adoquines de Concreto

En este tipo de pavimento, la capa de rodadura está con-formada por varios elementos: los adoquines, que sonbloques macizos de concreto, con forma de prisma rec-to, cuyas bases son polígonos con una forma tal quepermiten conformar una superficie completa. Se colo-can sobre una capa delgada de arena, la misma quesirve para rellenarlas juntas existentes entre adoquines.

Si bien su desarrollo actual es reducido, es muy ampliosu campo de aplicación, que va desde la arquitecturapaisajista, a las calles urbanas y a pavimentos en puer-tos y aeropuertos.