Evaluación comparativa del diseño de un pavimento rígido con subbase tratada con mínima cantidad de cemento y una sin tratar, utilizando material de la cantera de Quillahuata y aplicado a tráfico variado.

Abstract

En este trabajo de investigación se estudiaron muestras de suelo en estado natural y suelo adicionado con 2, 4 y 6% de cemento, a fin, de determinar la mínima cantidad de cemento necesaria para alcanzar una resistencia de 18 kg/cm2 (mínima requerida según las EG-2013), resultando en un valor de 3.83%, asimismo, se estudió la incidencia en el diseño de pavimentos rígidos de una subbase de 10 cm de espesor tratada con 3.83% de cemento respecto a la incidencia en el diseño de una subbase de 20 cm de espesor de suelo natural, resultando en una reducción del espesor de losa de 3.91 cm a 2.3 cm para tráficos de 150,000 de ESALs a 7’500,000 de ESALs respectivamente. Para ello, se realizaron ensayos de caracterización de los materiales, compactación y resistencia, con la finalidad, de determinar el módulo de reacción combinado, el cual, intervine en el diseño del pavimento rígido. El mínimo contenido de cemento, 3.83%, se determinó mediante la rotura a compresión de especímenes elaborados con 2, 4 y 6% de cemento, a 7 días de curado húmedo, obteniendo resultados de 11.7, 22.0 y 33.9 kg/cm2 respectivamente, luego, se analizó la sensibilidad por humedad y densidad de compactación de la mezcla, obteniendo valores de 18.1, 22.0 y 20.6 kg/cm2 en especímenes elaborados con -1, +0 y +1% de humedad respecto a la óptima y valores de 11.8, 16.2 y 21.5 kg/cm2 en especímenes elaborados al 95, 97 y 100% de la máxima densidad seca. Con ello, se comprobó que la resistencia a compresión no es menor a 18 kg/cm2 para las condiciones de diseño (±1% de humedad y al 100% de la máxima densidad seca). Muestras de suelo natural y muestras adicionadas con 3.83% de cemento, con 7 días de curado húmedo, alcanzaron valores de CBR de 20.34% y 293.03% respectivamente. Con lo cual, se determinó el módulo resiliente del suelo natural por medio de una correlación en función del CBR, obteniendo un valor de 123.07 MPa (17,849.20 psi). El módulo resiliente del suelo cemento, se determinó en función de la velocidad de propagación de onda en especímenes con 3.83% de cemento, compactados en condiciones óptimas y con 7 días de curado húmedo, obteniendo un valor de 4,481.24 MPa (649,925.37 psi) para velocidades de onda longitudinal y transversal de 1,538.97 y 888.52 m/s respectivamente. Luego, con los valores de módulo resiliente se calcularon módulos de reacción combinado de 12.13 MPa/m para la subbase de suelo natural y de 86.66 MPa/m para la subbase tratada con mínima cantidad de cemento.

In this research work soil samples were studied in natural state and soil added with 2, 4 and 6% cement, in order to determine the minimum amount of cement needed to reach a strength of 18 kg/cm2 (minimum required according to the EG-2013), resulting in a value of 3.83%, likewise, the incidence in the design of rigid pavements of a subbase of 10 cm in thickness treated with 3.83% of cement with respect to the incidence in the design of a subbase of 20 cm was studied thickness of natural soil, resulting in a reduction of slab thickness from 3.91 cm to 2.3 cm for traffic from 150,000 ESALs to 7'500,000 ESALs respectively. To this end, material characterization, compaction and resistance tests were carried out, to determine the combined reaction module, which intervened in the design of the rigid pavement. The minimum content of cement, 3.83%, was determined by compression break of specimens made with 2, 4 and 6% cement, to 7 days of wet curing, obtaining results of 11.7, 22.0 and 33.9 kg/cm2 respectively, then , the sensitivity for humidity and density of compaction of the mixture was analyzed, obtaining values of 18.1, 22.0 and 20.6 kg/cm2 in specimens made with -1, +0 and + 1% of humidity with respect to the optimum and values of 11.8, 16.2 and 21.5 kg/cm2 in specimens made at 95, 97 and 100% of the maximum dry density. With this, it was proved that the compressive strength is not less than 18 kg/cm2 for the design conditions (± 1% humidity and 100% of the maximum dry density). Samples of natural soil and samples added with 3.83% cement, with 7 days of wet curing, reached CBR values of 20.34% and 293.03% respectively. With which, the resilient modulus of natural soil was determined by means of a correlation based on the CBR, obtaining a value of 123.07 MPa (17.849.20 psi). The resilient modulus of the soil cement was determined based on the speed of wave propagation in specimens with 3.83% cement, compacted under optimal conditions and with 7 days of wet curing, obtaining a value of 4,481.24 MPa (649.925.37 psi) for speeds of longitudinal and transversal wave of 1,538.97 and 888.52 m/s respectively. Then, with the values of resilient modulus, combined reaction modules of 12.13 MPa/m were calculated for the subbase of natural soil and 86.66 MPa/m for the subbase treated with minimum amount of cement.