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 RC, RTI 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.