La determinación del porcentaje óptimo de asfalto que debe intervenir en la estabilización, depende básicamente del objetivo buscado. En el caso de suelos friccionantes. a los cuales el asfalto les brinda la cohesión que no tienen, lo que se intenta es obtener la máxima resistencia posible, lo cual se logra añadiéndoles el contenido óptimo de asfalto determinado por medio de algunos de los ensayos corrientes de estabilidad como el Hubbard.Field modificado, el Marshall para mezclas con asfaltos líquidos o el del penetrómetro de cono.

Cuando se estabiliza un suelo cohesivo, lo que se pretende es que el asfalto le brinde estabilidad ante el agua, caso en el cual la dosificación puede obtenerse a partir de ensayos de absorción de agua.

Son ensayos corrientes en este caso, el de absorción de agua, normalizado por el Instituto del Petróleo y el de extrusión, con el cual puede determinarse también la máxima resistencia.

En el caso de suelos granulares de buena gradaci6n, peo con finos excedidos de plasticidad, (a estabilización con asfalto produce un buen medio para neutralizar su acción perjudicial y hacer apto el material para la construcción de bases. En este caso el ensayo más utilizado es el C.B.R. con el cual se busca que la mezcla presente buena resistencia y a la vez estabilidad suficiente a la absorción cuando se somete a inmersión antes de la penetración. Las especificaciones aceptan generalmente un C.B.R. de 80, previa inmersión en agua, para hacer aceptable la estabilización como capa de base de un pavimento semirrigido.

Se aprecia que al aumentar el porcentaje de asfalto disminuye la densidad máxima, quizás a causa de la mayor viscosidad de la película de fluído que rodea las partículas. Al mismo tiempo, se observa un incremento en el porcentaje óptimo del fluido.

La disminución de la densidad no es muy importante si se tiene en cuenta que las propiedades mecánicas mejoran, obteniéndose, por ejemplo, aumentos de resistencia disminuciones en la capacidad de absorción de agua. 

Se ha podido demostrar también, que la estabilidad de las mezclas suelo-agua asfalto líquido depende del tiempo que dure la mezcla de los ingredientes. En efecto, la estabilidad aumenta con el tiempo de mezclado hasta alcanzar un máximo a partir del cual comienza a decrecer. En este aspecto, los materiales bituminosos se diferencian de los demás estabilizantes en cuanto al hecho de que puede no ser aconsejable obtener una mezcla lo más íntima posible. La absorción de agua de probetas compactadas, que puede tomarse corno medida inversa de su resistencia, decrece hasta cierto instante en el cual aumenta, reduciendo la impermeabilización, Corno explicación, puede decirse que los grumos de suelo que ha cubierto el asfalto, se rompen por el mezclado excesivo y por consiguiente, el asfalto debe extenderse sobre una superficie mayor en forma de una película más fina que ya no es tan impermeable.

Uno de los requisitos más importantes de este tipo de estabilización, es la necesidad de que las condiciones metereológicas sean adecuadas. En zonas húmedas, por ejemplo, la cantidad de agua de un suelo fino es bastante alta durante la mayor parte del año y la adición de más fluídos (asfaltos líquidos o emulsiones), puede dar lugar no sólo a una pérdida de resistencia, sino que el suelo puede alcanzar una consistencia que hace muy difícil la compactación.

Por último, el tiempo de curado de las mezclas, la temperatura a la que se realice, es muy influyente en La resistencia obtenida. A mayor temperatura de curado, más resistencia y si la temperatura es alta, tanto mejor, porque más rápidamente se evaporan los solventes y se ha encontrado que la resistencia es inversamente proporcional al contenido del solvente en el momento del ensayo. La temperatura en el momento del ensayo produce, en cambio, un efecto contrario. Entre más alta sea, menor será la resistencia, a causa del reblandecimiento del asfalto por el calor.

En la estabilización con productos bituminosos tales como asfaltos líquidos, emulsiones asfálticas y alquitrán.

La estabilización con estos productos persigue uno o ambos de los siguientes fines:

1. En suelos no plásticos o arenosos, se trata de que ejerza una acción ligante que unida a la fricción propia del suelo, evite deformaciones de la capa mejorada bajo la acción del tránsito.

2. En suelos cohesivos, se busca que el estabilizante aglomere las partículas de ardua y obture los vados, impermeabilizando al suelo y protegiéndolo contra la acción del agua.

En el país, la estabilización de suelos arenosos es en la que existe mayor experiencia. Aunque prácticamente todos los suelos responden a la estabilización con asfalto, los mejores resultados se obtienen con las arenas y las gravas arenosas, materiales a los que el asfalto da cohesión e impermeabilidad. Aunque la granulometría del material por ser estabilizado no es esencial se exigen los siguientes requerimientos:

— Tamaño máximo de partícula menor a 1/3 del espesor de la capa compactada.
— Más del 50% del material debe pasar el tamiz de 4.76 mm. Y más del 35 el de 0.425 mm,
— Entre 10 y 15% debe pasar el tamiz de 0.074 mm.
— El límite liquido de la fracción fina no puede ser mayor de 40 ni el indice plástico superior a 18.

El proceso para construir una base o subase de suelo-cemento puede resumirse en las siguientes operaciones.

1. Se perfila el camino transversal y longitudinalmente.

2. Se escarifica el suelo en el espesor adecuado de acuerdo al diseño del pavimento.

3. En caso de que se vaya a estabilizar una superficie existente se pulveriza el suelo escarificado, empleando rastras, arados de discos o mezcladoras rotativas. La pulverización se adelanta hasta que el 100% del suelo, excluidas las partículas de grava, pase por el tamiz de 25.4 mm. y al menos el 80% pase por el de 4.76 mm.

4. Se distribuye el cemento Portland sobre el suelo por tratar. La distribución, en la cantidad previamente definida según los ensayos de laboratorio, puede hacerse a granel por medio de camiones o por medio de bolsas colocadas a separaciones adecuadas.

5. Se mezcla el suelo con el cemento y se aplica la cantidad correcta de agua para una buena compactación y para la adecuada hidratación del cemento. El equipo más apropiado es la mezcladora en tránsito de paso sencillo, máquina que en una sola pasada pulveriza el suelo, le añade eL cemento y el agua, los mezcla y los deja extendidos listos para la compactación.

Sí no se dispone de dicho equipo, la mezcla puede hacerse con una mezcladora de paso múltiple o un arado de discos.

6. luego del mezclado se procede a la compactación a la mayor brevedad posible hasta alcanzar la densidad mínima exigida por las especificaciones, la cual debe ser el 98% de la máxima de la prueba Proctor estándar.

7. Se eliminan con una rastra de clavos los planos de compactación que se presentan, los cuales son costras superficiales que desmejoran la calidad de la capa estabilizada. Se perfila la superficie con motoniveladora y se hace una compactación final con un rodillo neumático.

8. La última operación Consistente en el curado de la capa compactada para asegurar que ésta conserva la humedad suficiente para la hidratación del cemento. El curado se realiza, por lo general, aplicando una película de emulsión asfáltica y Tipo CRR-1 en proporción de 0,4 litros/m2 sobre la superficie del suelo cemento, la cual debe encontrarse muy húmeda y libre de materiales extraños sueltos.

Aunque es deseable mantener la capa sin tránsito por una semana, esto no es siempre posible y por lo tanto debe aplicarse sobre el sello de curado, un riego de arena que permita la circulación segura de los vehículos.

El tipo de suelo
Tiene influencia principalmente por su composición química y su granulometría. Los suelos que pueden ser tratados con cemento con fines viales para obtener una estabilización económica se obtiene cuando el suelo no contiene partículas mayores de 7.5 cm o de un tercio del espesor de la capa tratada, menos del 50% de él pasa el tamiz de 0.074 mm, el límite líquido es inferior a 40 y el índice plástico menor a 18.
Algunas arcillas muy plásticas, que se salen de los límites anteriores, han sido exitosamente tratadas con cemento después de un tratamiento previo con 2 6 3% del mismo cemento o de cal hidratada, con el que se logra dar al suelo mayor trabajabilidad y abatir su plasticidad. El tiempo de curado para este tratamiento previo no suele exceder de 2 ó 3 días.

La cantidad de cemento
La dosificación de las mezclas de suelo-cemento viene a ser a fin de cuentas la cuestión fundamental pues el cemento, es el elemento mas costoso y fijar su proporción determina la factibilidad técnica de la estabilización, aparte de que as propiedades que se logren para la mezcla dependen también esencialmente de la cantidad de cemento que se emplee.

El diseño de la mezcla se hace en el laboratorio, siendo los ensayos que mas se utilizan para ello, el de durabilidad, llamado también de humedecimiento y secado y el de compresión simple sobre probetas compactadas bajo condiciones especificadas. Con relación al primero, las especificaciones fijan los valores aceptables en función del tipo de suelo que se estabilice, mientras que con respecto al segundo, fueron los ingleses quienes establecieron el ensayo de compresión para el diseño, luego de encontrar que para su medio ambiente, una resistencia a la compresión de 17.5 k/cm2 sobre probetas curadas a 15°C durante 7 días, equivalía a los resultados del ensayo de humedecimiento y secado.

En Colombia no se ha encontrado una relación consistente entre los resulta, dos de los dos ensayos y se fija un valor mínimo de 21 kg/cm2 cuando se diseña con base a compresión.

De otra parte no debe olvidarse que la resistencia de una mezcla de suelo-cemento se ve favorecida por el aumento de temperatura, lo que es benéfico en áreas tropicales, donde las temperaturas de curado suelen ser Superiores a las recomendadas por las normas utilizadas por países ubicados en zonas templadas.

Teniendo en cuenta que al fabricar mezclas de suelo-cemento, se llegan a obtener altas resistencias a la compresión (70 kg/cm2 ó más), las cuales no son convenientes por su susceptibilidad al agrietamiento, pues, finalmente se reflejan en la capa de rodadura; en la actualidad se fija un límite superior de 56 kg/cm2, valor hasta el cual se considera que el suelo-cemento presenta un comportamiento acorde con las exigencias de un pavimento flexible.

Si la mezcla de suelo-cemento se diseña mediante el ensayo de humedecimiento secado (norma de ensayo INVE-807), el contenido de cemento debe ser tal, que la pérdida de peso de la mezcla compactada, al ser sometida al ensayo de durabilidad (humedecimiento-secado), no supere los siguientes límites de acuerdo con la clasificación que presente el suelo por estabilizar. 

La cantidad de agua que se agrega a la mezcla

La incidencia de la humedad en calidad de la mezcla tiene su mayor importancia durante la compactación. 

Una buena compactación, debe obtenerse para una alta densidad seca y ella sólo se obtiene cuando el suelo tiene la humedad óptima. En los diseños de suelo cemento se usa generalmente como ensayo de control el 

Proctor normal en lugar del modificado, por cuanto aquel tiene una humedad óptima mayor, que proporciona la cantidad de agua adecuada para ¡a correcta hidratación del cemento. Además, como la densidad máxima del ensayo normal es menor, se evita el riesgo de obtener compactaciones muy elevadas y resistencias demasiado altas que, como ya se indicó, resultan también inconvenientes.

La compactación de la mezcla
Una mezcla satisfactoria de suelo cemento sólo puede obtenerse si se compacta adecuadamente.

Las demoras entre las mezclas y la compactación producen también una disminución de la densidad que puede alcanzarse al compactar la mezcla y por lo tanto de su resistencia. Por este motivo, en casi todos los países se prohíbe que pasen mas de 2 horas entre la mezcla y la compactación.

Debe tenerse presente que las mezclas de laboratorio presentan una resistencia mucho mayor que las que se elaboran en la obra. El TRRL ha encontrado valores de resistencia a la compresión del orden de 40 a 60% para mezclas elaboradas con equipo agrícola y de 60 a 80% al emplear un mezclador de tipo rotativo.

Curado de la mezcla compactada
La resistencia a la compresión de la mezcla de suelo-cemento, también se ve influida por su tiempo de curado. Experiencias de laboratorio indican que ésta aumenta cuando crece el tiempo de curado a que se somete la mezcla después de ser compactada.

La estabilización de suelos con cemento se inicia desde 1917, cuando Amies patentó un primer procedimiento de mejoramiento de suelos a base de mezclarles proporciones variables de cemento tipo Portland; desde entonces se ha popularizado la utilización del suelo-cemento, que es el nombre que se ha popularizado para referirse a la mezcla en mención.

La acción estabilizadora del cemento consta de varias etapas, la primera de las cuales es la acción de la naturaleza fibrosa del silicato de calcio que se forma cuando los granos del cemento entran en contacto con el agua. Debido a esta reacción se forman masas de fibras minúsculas que se traban fuertemente unas con otras y con otros cuerpos. La solución formada por la mezcla cemento y agua reacciona con las partículas del suelo, reacción en la que los iones de calcio tienden a agrumar las partículas de suelo cargadas negativamente produciéndose su floculación por acción de la gravedad. Por último, si se compacta la mezcla, se produce una reacción del calcio con la sílice y alúmina de tamaños coloidales produciéndose complejos compuestos de silicatos y aluminatos que aumentan lentamente la resistencia de la mezcla con el tiempo. A esta acción se la llama puzzolánica.

La reacción favorable suelo-cemento se ve muy impedida o nulificada cuando el primero contiene materia orgánica, pues los ácidos orgánicos poseen gran avidez por los iones de calcio que ¡ibera la reacción original del cemento y los captan, dificultando la acción aglutinante del propio cemento en los suelos gruesos o la estabilización de las partículas laminares en las arcillas. Por esta razón, las especificaciones de casi todos los países exigen que el contenido de materia orgánica en un suelo no sobrepase 1 a 2%, en peso, si ha de ser considerado apropiado para ser estabilizado con cemento. Es también nociva la presencia de sulfatos u otras materias ávidas de agua por cuanto privan al cemento de la humedad necesaria para el cumplimiento de sus funciones. Pero salvo estos dos inconvenientes, los demás suelos pueden tratarse con cemento para mejorar su comportamiento mecánico, siendo la principal limitación la dificultad que puede presentarse para obtener un buen mezclado con ¡as arcillas, motivo por el cual, en este caso, algunos recomiendan añadir previamente al suelo una pequeña cantidad de cal que facilite su manejo y pulverización y permita la posterior incorporación del cemento sin dificultad.

La adecuada construcción de una capa de pavimento con un material obtenido por estabilización granular depende fundamentalmente en la adecuada colocación de los diversos materiales sobre la vía para que a mezclarlos en vía, la mezcla se haga en las proporciones previamente calculadas y el producto obtenido tenga la gradación exigida. Una vez se haga la mezcla en seco, se incorpora la cantidad de agua necesaria, se hace la mezcla húmeda y se compacta y termina como cualquier base o subbase granular.