Estabilizacion de Suelos (1)

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

ESTABILIZACIÓN DE SUELOS INTEGRANTES COBEÑAS ABAD Mirella JAIME AQUIÑO Alexandro Chingel Cruz Leonardo Rodriguez Medina Alicia Curso: Mecánica de suelos Prof. Ing. Rocio Collantes

CICLO 2015-1

INDICE I.

INTRODUCCION

II.

IMPORTANCIA DE LA ESTABILIZACION SE SUELOS

III.

MARCO TEORICO 3.1 CONCEPTO 3.2 ESTABILIZACION FISICA 3.2.1 ESTABILIZACION CON GEOSINTETICOS 3.2.2 ESTABILIZACION MEDIANTE MEZCLA DE AGREGADOS 3.3 ESTABILIZACION QUIMICA

3.3.1 ESTABILIZACION CON CEMENTO 3.3.2 ESTABILIZACION CON CAL 3.3.3 ESTABILIZACION DE SUELOS CON ASFALTO 3.3.4 ESTABILIZACION CON CLORURO DE SODIO 3.3.5 ESTABILIZACIÓN DE SUELOS POR ESCORIAS DE FUNDACION 3.4 ESTABILIZACION MECÀNICA

3.4.1 ESTABILIZACIÓN DE SUELOS POR COMPACTACIÓN 3.5 ESTABILIZACION DE TALUDES IV.

CONCLUSIONES

V.

BILBIOGRAFIA

I.

INTRODUCCION

Cualquier tipo de suelo que no presente resistencias suficientes para no sufrir deformaciones ni alteraciones consideradas inadmisibles para el uso habitual o que directamente los agentes atmosféricos (lluvia, sequia, heladas) alteren su comportamiento o estructura, se puede estabilizar. SI no conserva, por lo tanto, esta condición duradera que debe exigirse en una inversión de este tipo de infraestructura. Si tan siquiera bajo los efectos climatológicos normales en la localidad no resiste, ni soporta el uso habitual al que está destinada la vía, hablamos entonces de que el suelo no es estable o no se ha estabilizado correctamente. Para estabilizar o consolidar cualquier tipo de suelo es necesario aportar un producto que encapsule, proteja y mejore su capacidad auto portante. Algunas veces es cierto que el terreno natural posee la composición granulométrica, la plasticidad y el grado de humedad necesario para que, una vez apisonado, presente las características mecánicas que lo hacen utilizable como firme de un camino. Pero lo que no ocurre nunca, es que estas condiciones óptimas de uso permanezcan a lo largo de la vida útil estimada del camino, provocándose degradación general y puntual en muchos casos a los pocos meses del trabajo de compactación realizado e incluso debido a fuertes lluvias, de forma casi inmediata a la finalización de los trabajos. Por si solos, los terrenos no pueden defenderse de estas adversidades. Para corregir este efecto habitual negativo, hay que estabilizar el terreno para preservar la calidad del trabajo aportado por maquinaria y personal y ofrecer un buen rendimiento económico a la inversión. De forma general, todos los suelos pueden ser estabilizados, lo que ocurre es que si la estabilización ideal ha de lograrse con aportaciones de otros suelos (mejora de la granulometría) o por medios de otros elementos (cemento, cal, cloruro de sodio, etc.) el costo de la mejora puede resultar demasiado alto si el suelo que se trata de corregir no cumple determinadas condiciones de estructura interna.

II.

IMPORTANCIA DE LA ESTABILIZACIÓN DE SUELOS

El suelo se deforma bajo la acción de las cargas, específicamente las transmitidas por las capas del firme. Los suelos son resistentes y aptos para la rodadura mientras las cargas no vencen su resistencia al corte. Esta resistencia depende del rozamiento en el caso de gravas o arenas, y de la cohesión en los suelos arcillosos.

Con frecuencia sin embargo, los suelos no tienen las

características adecuadas. Con la estabilización de suelos se persigue fundamentalmente un aumento de la capacidad de carga y una disminución de su sensibilidad frente al agua y otras condiciones medioambientales desfavorables. Es sabido que, especialmente en ciertos tipos de suelo, su resistencia varía ampliamente al cambiar la proporción del agua que contiene. Con la estabilización se pretende, en primer término lograr, que dentro de unas condiciones normales, el agua del suelo varíe entre límites muy pequeños. Se tendrá así una resistencia conocida y estable. Para ello se añaden y mezclan con el suelo diferentes productos, que transmiten esta propiedad al suelo, estabilizando sus características. Así sucede con los suelos predominantemente arcillosos y con los limosos, capaces de absorber y retener proporciones elevadas de agua. Cuando están secos se disgregan y presentan una apreciable resistencia. Pero cuando tienen una cierta cantidad de agua se hacen plásticos y deformables llegando incluso a fluidificarse. El cemento, los productos bituminosos y las diferentes clases de resinas y plásticos que se emplean en la estabilización, limitan la cantidad de agua que el suelo pueda contener, estabilizándolo. El material estabilizador tiene una doble función, dar al conjunto una determinada rigidez y mantener esta característica evitando que la posible absorción de agua exceda los límites convenientes. La estabilización exige el cumplimiento de una serie de condiciones comunes, que son las siguientes: 1. El suelo estabilizado deberá tener la resistencia precisa para soportar las cargas a que ha de estar sometido, esta resistencia mínima habrá de lograrse en las condiciones extremas, de humedad y acción del hielo, que se han de prever, según las características meteorológicas y de drenaje. 2. El cumplimiento de la condición anterior obligará a corregir el suelo natural, bien por la aportación de otros agregados o por la adición de cemento, betún o diferentes productos químicos. La conveniencia del empleo de uno u otros, es cuestión económica. 3.- Tipos de Estabilización.- Existen diversos tipos de estabilización y mejoramientos de suelos en donde es importante tener conocimiento de conceptos teóricos, prácticos y experimentales sobre

características y propiedades de los suelos en especial el comportamiento de los suelos finos, con la finalidad de obtener el método apropiado de estabilización que puede ser mecánica o química, para un tipo de suelo en especial teniendo en cuenta consideraciones climatológicas, regionales, criterios técnicos de resistencia-durabilidad y aspectos económicos.

III.

MARCO TEORICO

Tipos de estabilización 3.1 Estabilización Física Se utiliza para mejorar el suelo produciendo cambios físicos en el mismo. Hay varios métodos como lo son: Mezclas de Suelos: este tipo de estabilización es de amplio uso pero por si sola no logra producir los efectos deseados, necesitándose siempre de por lo menos la compactación como complemento. Por ejemplo los suelos de grano grueso como las gravas – arenas tienen una alta fricción interna lo que permiten soportar grandes esfuerzos pero esta cualidad no hace que sea estable como capa de asiento del firme de una carretera ya que, al no tener cohesión sus partículas se mueven libremente y con el paso de los vehículos se pueden separar. Las arcillas, por el contrario tienen una gran cohesión y muy poca fricción lo que provoca que pierdan estabilidad cuando hay mucha humedad. La mezcla adecuada de estos dos tipos de materiales se suelo puede dar como resultado un material estable en que se puede aprovechar la fricción interna de uno y la cohesión del otro para que las partículas se mantengan unidas Otro de los métodos físicos usados para la estabilización de suelos son los geosintéticos 3.1.1 ESTABILIZACIÓN CON MATERIALES GEOSINTÉTICOS Este tipo de estabilización se aplica en la construcción de pavimentos, por eso primero vamos a ver cómo trabaja la subrasante.

Los parámetros determinantes en la respuesta de la Subrasante El comportamiento de una subrasante generalmente depende de tres características básicas, las cuales se hallan interrelacionadas entre sí, siendo estas las siguientes: a) La capacidad portante. La subrasante debe tener la capacidad de soportar las cargas transmitidas por la estructura del pavimento. El propósito del pavimento es proporcionar una superficie confortable al tránsito de vehículos. Consecuentemente, es necesario que la

subrasante sea capaz de soportar un número grande de repeticiones de carga sin presentar deformaciones. b) Contenido de humedad .El diferente grado de humedad de la subrasante afecta en forma determinante su capacidad de carga, pudiendo además llegar a provocar inclusive contracciones y/o expansiones indeseables, especialmente en el caso de la presencia de suelos finos. El contenido de humedad es afectado principalmente por las condiciones de drenaje, elevación del nivel freático, infiltración etc. Una subrasante con un elevado contenido de humedad sufrirá deformaciones prematuras ante el paso de las cargas de solicitación de los vehículos. c) Contracción y/o expansión. Algunos suelos se contraen o se expanden, dependiendo de su grado de plasticidad y su contenido de humedad. Cualquier pavimento construido sobre estos suelos, si no se adoptan las medidas pertinentes, tenderán a deformarse y/o deteriorarse prematuramente. Para evitar que las deflexiones admisibles en la subrasante excedan los límites establecidos, debe cumplirse que la presión transmitida por la carga se mantenga por debajo del valor de la carga máxima transmitida al suelo, para lo cual deberá tomarse en cuenta el tránsito de diseño a través del número de repeticiones de carga, las deflexiones máximas esperadas y el CBR del material con el que se ejecutará el mejoramiento. El ensayo de C.B.R. mide la resistencia al corte (esfuerzo cortante) de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad controladas, la ASTM denomina a este ensayo, simplemente como “Relación de soporte” y esta normado con el número ASTM D 1883-73. El ensayo más utilizado es el CBR, el cual representa la relación, en porcentaje, entre el esfuerzo requerido para penetrar un pistón cierta profundidad dentro del suelo ensayado y el esfuerzo requerido para penetrar un pistón igual, la misma profundidad, dentro de una muestra patrón de piedra triturada.

Principales tipo de geo sintéticos Geomallas Las geomallas son elementos compuestos por filamentos, que pueden ser extruidos (una sola pieza), tejidos o soldados, que forman un entramado y que en combinación a un elemento de relleno ofrece el trabajo de tensión. Su función es aumentar la capacidad de carga de un terreno; esto se logra por medio de la distribución de cargas, resultado de la interacción o fricción a la que es sometido. Tipos de geomallas 

Uniaxial



Biaxial



Triaxial

Geotextiles La telas para las aplicaciones con geotextil se pueden producir a partir de fibras tejidas mediante procesos de tejido o entrelazado, o pueden formar parte de los materiales llamados no tejidos. La selección de la tela óptima depende de los requerimientos funcionales de la instalación. En general, las telas tejidas son resistentes a la tensión, tienen un módulo elevado de elasticidad y elongación baja. Geoceldas Son estructuras tridimensionales con forma de nido de abeja, realizada de polietileno mediante extrusión en continuo, sin soldaduras excesivas. Son estructuras monolíticas, muy resistentes a la tracción. Dependiendo del fabricante, algunas se pueden abrir como un acordeón formando así una seria de celdas hexagonales unidas todas entre sí, por ello, pueden ser transportadas y almacenadas en condiciones de mínimo estorbo. Uso de los geosintéticos Los deterioros en el pavimento pueden ser debidos a las cargas de los vehículos o a factores ambientales. La aplicación reiterada de las cargas de tráfico a través de las ruedas puede originar una falla estructural o funcional del pavimento. Las cargas ambientales son inducidas por las condiciones climáticas, como por ejemplo las variaciones en la temperatura o la humedad en la subrasante, que pueden causar irregularidades superficiales o deterioros estructurales. Los ciclos de humedad y sequedad (o congelación y descongelación) pueden causar el deterioro del material de la capa de base. Los procedimientos constructivos también afectan el comportamiento del pavimento. Por ejemplo, el uso de áridos con un exceso de finos puede ocasionar un rápido deterioro del pavimento. Los diversos mecanismos de deterioro producidos por el tráfico y las cargas ambientales pueden ser aminorados mediante el uso de geosintéticos.

El mezclado de los materiales de base y el terreno de cimentación reduce la resistencia y la rigidez de la base. Cuando no se aplica ningún geosintético, es necesario que se proporcione un espesor de base adicional para poder compensar la

pérdida material de la base que se incrusta en el

terreno. En la construcción de vías terrestres se presentan frecuentemente problemas de asentamientos diferenciales en zonas arcillosas, o bien en zonas arenosas, donde se produce el fenómeno de licuación, las cuales se pueden estabilizar por medio de Geomallas. En este caso, las Geomallas Biaxiales tienen la función de distribuir, en un área mayor, las cargas transmitidas por los vehículos, aumentando la capacidad de carga de los suelos de base, reduciendo las deformaciones sobre la superficie de rodamiento, otorgando mayor vida útil a las estructuras de pavimento y ahorros en futuras rehabilitaciones.

2.3 FUNCIONES PRINCIPALES DE LOS GEOSINTÉTICOS SEPARACIÓN Se puede usar los geosintéticos (geotextiles), para separar las capas entre el suelo de la subrasante y las capas granulares. El paso de los vehículos sobre la capa de rodamiento, causa el movimiento de las partículas de las capas inferiores, como resultado de esto, los finos de la subrasante pueden mezclarse con el terraplén, dentro de las capas granulares, reduciendo la resistencia y la capacidad de drenaje de esas capas. Además, los geosintéticos pueden reducir la penetración de las partículas granulares dentro de una subrasante blanda, manteniendo de esta manera el espesor y la integridad de las capas granulares, incrementando además la vida de servicio de la vía. Para cumplir con esta función, el geosintético debe cumplir con los siguientes aspectos: 

Ser resistente a los esfuerzos de tracción y punzonamiento.



Tener aberturas compatibles con los tamaños de las partículas del material a ser retenido.

Para que un geotextiles cumpla correctamente la función de separación entre un suelo de subrasante y una capa de material granular, el CBR de la subrasante debe estar entre 3% y 10%

En efecto, dentro de este rango se asume que la deformación del suelo de subrasante no es lo suficientemente importante para generar grandes esfuerzos de tensión en el geotextil, el cual se diseña como separación y no como refuerzo. Cuando el CBR es menor, del 3% el geotextil asume grandes deformaciones y comienza a absorber esfuerzos a tensión que lo inducen a trabajar como refuerzo, factor que afecta totalmente el diseño por separación. En los casos en que el CBR de la subrasante sea menor del 3% se debe hacer un diseño por refuerzo y verificar los criterios del diseño por separación cuando el geotextil se coloca entre dos materiales de diferentes características

METODOLOGÍA DE DISEÑO

Este diseño permite escoger el tipo de geotextil adecuado para colocar en la interfaz subrasante capa granular, que tiene como función principal la separación de suelos adyacentes con propiedades y características diferentes y la estabilización de la subrasante durante el periodo de vida útil de la estructura de una vía. Para eso debemos tener en cuenta los tipos de esfuerzos a los que estará sometido el geotextil y así asegurar su óptimo funcionamiento. Resistencia al Estallido (Mullen Burst) El geotextil que se coloca en la interfaz subrasante - capa granular debe cumplir una resistencia mínima para que no falle por estallido.

Resistencia al Punzonamiento Se debe calcular la fuerza vertical que actuará sobre el geotextil bajo estas condiciones, y verificar que el geotextil que se coloque resista el punzonamiento que se genere.

REFUERZO Mientras que la función de refuerzo, a menudo, se ha logrado usando geomallas, los geotextiles también se han utilizado como refuerzo en aplicaciones de transporte. El refuerzo con geosintético se coloca a menudo en la interfaz entre las capas de base y subbase, o subbase y subrasante, o en el interior de la base del pavimento flexible. Así se reducen las tensiones sobre la subrasante en relación con los pavimentos flexibles sin este refuerzo. El mejor comportamiento del pavimento debido al refuerzo con geosintéticos ha sido atribuido a tres mecanismos: (1) la restricción lateral, (2) el aumento de la capacidad de soporte, y (3) efecto membrana tensionada.

Confinamiento lateral de la base o subbase El confinamiento lateral de los materiales granulares (Base o Subbase) se logra a través de la fricción y trabazón de la Geomalla con el agregado. Cuando una capa de pavimento compuesta por árido es sometida a la carga de tráfico, el árido constituyente de la capa tiende a moverse lateralmente a menos que su movimiento se encuentre impedido por la subrasante o por el refuerzo con el geosintético. La interacción entre los áridos de la capa de base y el geosintético permite la transferencia del esfuerzo cortante desde la capa de base a un esfuerzo de tracción en el geosintético. La rigidez a tracción del geosintético limita las deformaciones laterales en la capa de base. Además, el geosintético confina la capa de base, lo que aumenta su tensión media y por tanto aumenta la resistencia al esfuerzo cortante. Ambas características, de fricción y de confinamiento en la interfaz entre el suelo Confinamiento lateral

y el geosintético, contribuyen a este mecanismo. Por consiguiente, las aberturas de la geomalla y el tamaño del material de la capa de base deben estar en consonancia. Un geotextil con una buena capacidad de fricción también puede proporcionar resistencia a la tracción para el movimiento lateral de los áridos.

Mejoramiento de la capacidad portante El mejoramiento de la capacidad portante se logra desplazando la superficie de falla del sistema del terreno natural blando hacia la capa granular de mucha más resistencia. El mecanismo de aumento de la capacidad portante causada por el refuerzo ocurre debido a que la presencia de los geosintéticos facilita el desarrollo de una superficie alternativa de falla. Este nuevo plano alternativo proporciona una superior capacidad de soporte. El refuerzo que aporta el geosintético puede disminuir los esfuerzos cortantes trasladados a la subbase y proporcionar confinamiento vertical fuera de la zona de carga.

Efecto de la Membrana tensionada Asimismo es previsible que el geosintético actúe como una membrana tensionada, que soporta las cargas de rueda. En este caso, el refuerzo proporciona una reacción de componente vertical a la carga de la rueda aplicada. Este efecto membrana tensionada es inducido por las deformaciones verticales, dando lugar a que el geosintético adopte una

forma cóncava. Las tensiones originadas en el geosintético contribuyen a soportar la carga de la rueda y reducen la tensión vertical sobre la subrasante. Sólo hay constancia de la aparición de este fenómeno cuando el CBR de la subrasante es inferior a 3%.

3.3 Estabilización química Se refiere a la utilización de ciertas sustancias químicas patentizadas y cuyo uso involucra la sustitución de iones metálicos y cambios en la constitución de los suelos involucrados en el proceso. Dentro de este gripo de estabilización, las sustancias químicas, más comunes son: cal y cemento.

3.3.1 ESTABILIZACIÓN DE SUELOS CON CEMENTO Básicamente cualquier suelo puede estabilizarse con cemento a excepción de los suelos muy plásticos, orgánicos o con altos contenidos de sales que puedan afectar el desempeño del cemento. Existen diversos criterios en varios países, que limitan y especifican las características que debe tener un suelo para considerarse aceptable en la elaboración de una mezcla de suelo-cemento. Si se comparan dichos criterios entre sí, existen diferencias respecto a ciertos requerimientos; sin embargo, todos coinciden en limitar aspectos relativos a la granulometría del suelo, proceso constructivo y cumplimiento de requerimientos del diseño de mezcla y de la estructura del pavimento. Una comparación de requisitos granulométricos exigidos para algunas entidades se presenta en tablas en este documento. El objetivo de limitar características del suelo, principalmente el índice de plasticidad y los requerimientos granulométricos, es obtener una mezcla económica en términos de la cantidad de cemento y de buen comportamiento estructural. Los suelos estabilizados con cemento, no deben considerarse como materiales inertes. La adición de agua y cemento al suelo hace que reaccione químicamente, produciéndose cambios a través del tiempo y modificando sus propiedades físicas a corto, medio y largo plazo. Dichas reacciones químicas se explican al final de este artículo. Otras consideraciones que deben tomarse en cuenta para la selección del suelo a utilizar en mezclas de suelo- cemento, son los aspectos constructivos y de cumplimiento de los requisitos estructurales, ya que algunos suelos presentan mayor facilidad de mezclado y de compactación que otros.

CEMENTO Los requerimientos del cemento varían en función de las propiedades deseadas en la mezcla y del tipo de suelo a utilizar, mientras que el contenido de cemento a emplear depende de si el suelo va a ser modificado o estabilizado. Se han usado con éxito cementos hidráulicos con adiciones de acuerdo con lanorma ASTM C 595 o bien los cementos hidráulicos por desempeño tipo HE o GU según la norma ASTM C ll57. Muchos autores opinan que la tendencia al agrietamiento en general, aumenta con el contenido de cemento y con el uso de suelos finos y plásticos, disminuyendo la resistencia del conjunto. Para estos suelos es viable emplear para su estabilización cal o mezclas de cal y cemento. En principio, cualquier cemento puede usarse en la estabilización de suelos, siempre y cuando se analice previamente en un diseño de mezcla. Debe tenerse cuidado con suelos ricos en sulfatos, puesto que los estudios han mostrado que contenidos de sulfatos mayores de 0.2% se traducen en una reducción de la resistencia a compresión. Los cementos tipo V de ASTM C l50 han resistido favorablemente. Siendo los suelos por lo general un conjunto de partículas inertes granulares con otras activas de diversos grados de plasticidad, la acción que en ellos produce el cemento es doble. Por una parte actúa como conglomerante de las gravas, arenas y limos desempeñando el mismo papel que en el hormigón. Por otra parte, el hidrato de calcio, que se forma al contacto del cemento con el agua, libera iones de calcio quepor su gran afinidad con el agua roban algunas de las moléculas de ésta interpuestas entre cada dos laminillas de arcilla. El resultado de este proceso es la disminución de la porosidad y de la plasticidad así como un aumento en la resistencia y en la durabilidad. Se pueden utilizar todos los tipos de cementos, pero en general se emplean los de fraguado y endurecimiento normales. En algunos casos, para contrarrestar los efectos de la materia orgánica son recomendables los cementos de alta resistencia y si las temperaturas son bajas se puede recurrir a cementos de fraguado rápido o al cloruro de calcio como aditivo. Este tipo de estabilización es de uso cada vez más frecuente y consiste comúnmente en agregar cemento Portland en proporción de un 7% a un 16% por volumen de mezcla. Al mejorar un material con cemento Portland se piensa principalmente en aumentar su resistencia, pero además de esto, también se disminuye la plasticidad, es muy importante para que se logren estos efectos, que el material por mejorar tenga un porcentaje máximo de materia orgánica del 34%. Casi todos los tipos de suelo que encontramos pueden estabilizarse con cemento con excepción de los que contienen altos porcentajes de materia orgánica. Por otra parte, los suelos de arcilla o limo requerirán un mayor porcentaje de cemento para lograr los resultados esperados. Por lo general, la capa que se estabiliza tiene un espesor de 10 a 15cms. y podrá coronarse con

una capa de rodadura de poco espesor (ya sea para tránsito ligero omedio); también podrá servir de apoyo a un pavimento rígido o flexible de alta calidad. Para la utilización del cemento, lo que tiene verdadera importancia es que el suelo no contenga materias que perjudiquen el fraguado o la resistencia. Interesa también para la economía de la obra limitar el porcentaje de cemento necesario y prever el comportamiento de las arcillas. En este orden hay que tomar en cuenta las aptitudes intrínsecas del suelo para la estabilización como son la Granulometría, lo que implica que los suelos a mejorarse no deben contener piedras de tamaño superior a 60mm (es decir, que el porcentaje que pasa por el tamiz #200 sea menor del 50%); y la Plasticidad, lo que determinará la calidad de las arcillas, estableciendo un Límite Líquido menor de 50% (<40%) y un Índice de Plasticidad menor de 25% (<18%).

CEMENTOS MÁS ADECUADOS PARA LA ESTABILIZACIÓN CON CEMENTO

En los suelos estabilizados con cemento el tipo de conglomerante tiene una importancia menor en comparación con la dosificación del mismo o la densidad alcanzada en la compactación. Es posible utilizar la gran mayoría de los cementos comercializados en España, por lo que, como ya se ha mencionado en muchos casos su elección dependerá de la disponibilidad y precio de los mismos. No obstante, algunas recomendaciones de tipo práctico pueden mejorar ciertos aspectos.

A continuación, se mencionará los cementos más adecuados que deben usarse en este tipo de tratamiento:

 Inicio y final de fraguado suficientemente largos, de forma que se tenga un elevado plazo de trabajabilidad.

 Moderado calor de hidratación, para limitar los efectos de la fisuración por retracción (ancho de fisuras y distancia entre las mismas), principalmente en épocas calurosas.

 Desarrollo lento de resistencias y módulos de rigidez a edades tempranas, recuperándolas a largo plazo. Con ello se consigue limpiar el efecto de la retracción y los fenómenos iniciales de fatiga inducidos por las cargas del tráfico.

Los cementos que más se aproximan a las cualidades anteriores son aquellos con mayor contenido de adiciones activas, como pueden ser los tipos CEM III, CEM IV, CEM V o ESP VI. No se deben emplear cementos de aluminato de calcio, ni mezclas de cemento con adiciones que no hayan sido realizadas en la fábrica de cemento. Si la capa estabilizada se tiene que disponer sobre terrenos yesíferos o que contengan sulfato de magnesio es conveniente aislarla y, en cualquier caso, utilizar cementos resistentes a los sulfatos o con alto contenido de adiciones (ceniza volante, escoria de horno alto o puzolana).

DOSIFICACIÓN DEL CEMENTO Si mediante el análisis granulométrico y la determinación de los límites de Atterberg se ha procedido a la clasificación del suelo de acuerdo a la H.R.B. (Highway Research Board o Departamento de Investigación Sobre Carreteras) se puede adoptar ladosificación de cemento de la siguiente tabla:

Tipos de Suelo

Suelo Estabilizado

Suelo-Cemento

A-1 y A-3

3-8

5-8

Límite de A-3 y A-2

5-10

6-10

Límite de A-2 y A-4

7-12

9-14

A-5 y A-6

8-15

No económico

A-7

10-16

Existen dos formas o métodos para estabilizar con cemento Pórtland, una es la llamada estabilización del tipo flexible, en el cual el porcentaje de cemento varía del 1 al 4%, con esto solo se logra disminuir la plasticidad y el incremento en la resistencia resulta muy bajo, las pruebas que se les efectúan a este tipo de muestras son semejantes a las que se hacen a los materiales estabilizados con cal. Otra forma de mejorar el suelo con cemento, se conoce como estabilización rígida, en ella el porcentaje de cemento varía del 6 al 14%, este tipo de mejoramiento es muy común en las bases, ya que resulta muy importante que éstas y la carpeta presenten un módulo de elasticidad semejante, ya que con ello se evita una probable fractura de la carpeta, ya que ambos trabajan en conjunto; para conocer el porcentajeóptimo a emplear se efectúan pruebas de laboratorio con diferentes contenidos de cemento.

PROCESO

VENTAJAS

VENTAJAS MEDIOAMBIENTALES 

El empleo de suelos de la traza evita explotar nuevos yacimientos y disminuye la necesidad devertederos.



La eliminación del transporte de los suelos disminuye las emisiones de CO2 y otros contaminantes y reduce el daño que generan los combustibles y aceites, así como los impactos colaterales (polvo, erosiones y otros) que provoca sobre las carreteras y flora adyacentes.



Se trata de una técnica especialmente adaptada al empleo de cementos con alto contenido de adiciones. Esto se traduce en una disminución de las emisiones durante su fabricación, al reducir la cantidad de clinker empleado e incorporar subproductos industriales como escorias o cenizas volantes, lo que favorece el cumplimiento del protocolo de Kioto y de los compromisos de desarrollo sostenible.



Es una técnica en frío que consume poca energía. Se disminuyen con ello notablemente la contaminación y las emisiones de vapores nocivos.

VENTAJAS TÉCNICAS 

Permite el empleo de los suelos de la traza, mejorando sus características hasta el grado deseado.



Proporciona una elevada capacidad de soporte a la explanada, disminuyendo las tensiones que llegan a las capas del firme, con lo que aumenta la vida de servicio del mismo.



Asegura la estabilidad de los suelos, tanto por la reducción de su sensibilidad al agua y a la helada, como por el incremento de su resistencia a la erosión.



Puede permitir en ciertos casos el paso inmediato del tráfico de obra.



Se disminuyen las molestias por el tráfico de obra y los daños a la red de carreteras adyacentes debido a que se evita transportar los suelos a vertedero y aportar otros nuevos.

VENTAJAS ECONÓMICAS 

El empleo de los suelos de la traza y la eliminación del transporte suponen una reducción



importante de costes.



La obtención de cimientos de mayor calidad permite una economía en losfirmes y en el volumen total de áridos empleados en los mismos.



Se reducen los plazos de ejecución dado que la estabilización se realiza con equipos de alto rendimiento y que se disminuye el espesor total de la explanada frente a las alternativas con suelos sin tratar.



Las ventajas técnicas y ambientales citadas también se traducen en beneficios económicos.

DESVENTAJAS Laslimitacionesquepresenta elsuelo-cemento son:



Es un material en el que se producen grietas de contracción, las cuales pueden reflejarse en las capas bituminosas superiores. Sin embargo, es posible controlar considerablemente dicha contracción mediante uso de cementos adecuados,mezclas de cal, cemento y/o técnicas de prefisuración.



Se debe seleccionar el tipo de cemento adecuado y realizar el número depruebas necesarias antes de pretender construir capas de suelo-cemento con suelos de mediana alta plasticidad.



El tiempo para ejecutar el mezclado, conformación y compactación estálimitado por el del fraguado del cemento.



Tiene una reducida resistencia al desgaste. Por ello, las bases de suelo-cemento precisan capas de rodadura de concreto asfáltico, tratamientos superficiales o capas de rodadura de concreto hidráulico,

EFECTOS DE LA ESTABILIZACIÓN DE SUELOS CON CEMENTO De preferencia, se busca que tenga efectos a largo plazo. Resultan del fraguado y endurecimiento del conglomerante, los cuales proporcionan a los suelos tratados una resistencia mecánica que puede ser predominante en su comportamiento. El valor de esta resistencia varía ampliamente y es función, principalmente, del tipo de conglomerante y de la dosificación del mismo. Puede considerarse que el fraguado se desarrolla en tres etapas. La duración de cada una de ellas depende de la naturaleza de cada conglomerante y de la temperatura de la mezcla.  La primera etapa es la del comienzo del fraguado. Comprende el tiempo necesario para disolver y precipitar en forma de gel los silicoferroaluminatos de calcio en el agua libre del suelo. Este tiempo que corresponde al plazo de trabajabilidad, puede variar entre 2, 24 o más horas después de la fabricación de la mezcla. Dicho plazo es muy importante en las operaciones de tratamiento de suelos, puesto que fija un límite máximo a las operaciones de puesta en obra.  La segunda etapa corresponde al desarrollo de la cristalización del gel y por tanto de la rigidización de la mezcla que provoca el fraguado propiamente dicho. Se extiende desde algunos días en los conglomerantes con una proporción importante de clinker hasta algunas semanas en los de fraguado lento, como es el caso de algunos conglomerantes especiales para carreteras.  Finalmente, una vez completado el fraguado, es decir, después de la formación de la casi totalidad de los ferrosilicoaluminatos hidratados, hay un periodo durante el cual continúan creciendo las resistencias mecánicas. En climas templados su duración puede variar, siempre dependiendo de la naturaleza de los conglomerantes, entre algunas semanas y varios meses.

Se puede considerar que el fraguado de los conglomerantes hidráulicos se interrumpe una vez que la temperatura de la mezcla desciende por debajo de cero grados centígrados, lo que puede llevar en algunos casos a tener que repetir el tratamiento. Los efectos a largo plazo de la incorporación del cemento son diferentes según se trate de suelos granulares o de suelos finos. En los primeros, la acción cementante es similar a la que se produce en el hormigón vibrado, con la diferencia de que el conglomerante no rellena completamente los huecos del esqueleto granular. En las arenas, la cementación se produce únicamente en los

puntos de contacto entre granos. Cuanto más continua sea la granulometría, más reducidos serán los huecos entre partículas, más numerosas y de mayor tamaño las zonas de contacto entre ellas y más eficaz el efecto cementante. Por el contrario, las arenas monogranulares, como las de playa, requieren una dotación elevada de cemento para ser estabilizadas. En los suelos finos (arcillosos y limosos con plasticidad no elevada), la hidratación del cemento crea unos enlaces resistentes entre las partículas, formando una matriz que envuelve a las mismas. Esta matriz tiene una estructura de panal de la cual depende la resistencia de la mezcla, puesto que las aglomeraciones de partí- culas dentro de las “celdas” tienen una resistencia muy reducida y contribuyen muy poco a la del conjunto. La matriz fija las partículas, de forma que ya no pueden deslizar las unas sobre las otras. Es decir, el cemento reduce la plasticidad y aumenta la resistencia a esfuerzos cortantes. El efecto químico de superficie del cemento reduce la afinidad por el agua y con ello la capacidad de retención de la misma de los suelos arcillosos. Debido a esta menor afinidad por el agua y a la resistencia de la matriz, los cambios de volumen (hinchamientos) provocados por la absorción de agua y los efectos de la congelación y el deshielo disminuyen notablemente.

PROPIEDADES DE LOS SUELOS ESTABILIZADOS CON CEMENTO La principal diferencia entre los suelos estabilizados con cemento para explanadas y los utilizados en capas de firme radica en el contenido más elevado de cemento de los segundos, lo que se traduce en una superior resistencia mecánica y en una mayor homogeneidad. Varias características de estos materiales los diferencian de las mezclas con otros agentes estabilizadores:  comportamiento en estado fresco: el proceso de puesta en obra de los suelos estabilizados con cemento, es decir, el conjunto de operaciones entre la mezcla del suelo con el conglomerante y el agua y el final de su compactación, debe realizarse dentro del llamado plazo de trabajabilidad. A medida que se va desarrollando el proceso de hidratación del conglomerante, empiezan a formarse enlaces cristalinos entre las partículas del suelo, los cuales pueden ser destruidos, sin posibilidad de regenerarse, por los esfuerzos originados por la compactación. En consecuencia, ésta debe completarse antes de que se haya formado un número demasiado elevado de enlaces cuya rotura perjudicaría de forma apreciable el comportamiento posterior del material. El intervalo máximo dentro del cual deben efectuarse las operaciones de compactación es lo que se denomina plazo de trabajabilidad. Este concepto no debe confundirse con el tiempo de fraguado del conglomerante, que lógicamente es uno de los parámetros

que lo influencian, pero no el único; la naturaleza del suelo, el contenido de agua o la temperatura de la obra son también otros factores a tener en cuenta. Asimismo no hay que pensar que una vez transcurrido el plazo de trabajabilidad, la mezcla no pueda ser compactada, al menos durante un cierto tiempo; pero se corre el peligro de romper una gran cantidad de enlaces, con una significativa caída posterior de las resistencias mecánicas; y por otra parte, a medida que se va rigidizando el material, más difícil resulta su compactación

 estabilidad inmediata: la posibilidad de apertura inmediata a la circulación una vez compactada la mezcla depende del tipo de suelo, aumentando con el porcentaje de elementos gruesos. Ello es debido a que a medida que crece el mismo, la estabilidad que adquiere el esqueleto mineral es cada vez mayor, con lo que las deformaciones originadas por los vehículos no son suficientes para romper los en- laces entre las partículas. Con ello no se interrumpe el proceso de ganancia de resistencias mecánicas, responsable del comportamiento a largo plazo del material  capacidad de reparto de cargas: la capacidad de reparto de cargas a las capas inferiores del cimiento del firme y de disminución de las tensiones en este último dependen asimismo de la naturaleza del suelo (cuanto mayor sea la proporción de elementos granulares, más elevado será el módulo de elasticidad) y del contenido de cemento.

 dependencia de las resistencias mecánicas frente al grado de compactación alcanzado: a título de ejemplo, un descenso del 5 % en la densidad realmente obtenida puede traducirse en una disminución del 25 % en las resistencias mecánicas. Por ello, en todos estos materiales es esencial que, durante su puesta en obra, el proceso de compactación se realice de forma eficaz.

 Evolución de resistencias: en suelos estabilizados con cemento en las que se exigen resistencias, éstas tienen un desarrollo rápido, alcanzando ya a edades tempranas unos valores apreciables. Ésta es una diferencia fundamental frente a las mezclas tratadas con otros tipos de conglomerantes de fraguado y endurecimiento más lento (escorias de alto horno, cenizas volantes, puzolana, algunos conglomerantes hidráulicos para carreteras), cuyas resistencias a 7 días son muy pequeñas. La curva de evolución depende del contenido de adiciones activas del cemento utilizado: cuanto mayor es

éste, mayor es la relación entre las resistencias a 7 y 90 o 180 días. A un año las resistencias pueden considerarse estabilizadas.

 comportamiento a fatiga: la curva de fatiga de los suelos estabilizados con cemento tiene una pendiente muy reducida. Ello se traduce en que una pequeña disminución de las tensiones, provocada por ejemplo por un ligero sobre espesor, aumenta mucho el número de repeticiones admisibles, y en consecuencia la durabilidad de la capa tratada; por el contrario, un débil aumento de las tensiones, debido por ejemplo a una pequeña merma de espesor, trae consigo una fuerte reducción en dicha durabilidad.

 fisuración por retracción térmica: debido a su rigidez, con módulos de elasticidad en algunas ocasiones elevados, y a su coeficiente de dilatación térmica (del orden de 107/ºC), las tensiones que se originan en un suelo estabilizado con cemento como consecuencia de las variaciones de temperatura pueden llegar a rebasar las de rotura del material en el período en que la explanada se encuentra al descubierto, antes de comenzar a extender las capas del firme. En consecuencia, la fisuración a intervalos más o menos regulares de los suelos estabilizados con cemento es un hecho inherente a su naturaleza, y no debe ser atribuida en general a fallos de ejecución de los mismos. Por otra parte, y debido al gran espesor del firme, estas fisuras no se reflejan en general en la superficie. Por ello no es preciso recurrir a la prefisuración de las capas estabilizadas de las explanadas;

 resistencia a la abrasión: los suelos estabilizados con cemento tienen unas características de resistencia a la abrasión que los hacen inadecuados para soportar el paso frecuente de vehículos pesados sobre los mismos sin que se produzcan importantes desgastes. Por ello, en el caso de que deban soportar un tráfico de obra importante, debe disponerse encima de ellos un tratamiento superficial o como mínimo una capa de árido de cobertura sobre el riego de curado.

SUELO-CEMENTO EN LA ACTUALIDAD Existen diversas razones que actualmente determinan un mayor uso del suelo- cemento en la construcción de estructuras de pavimentos. Tanto consultores como entidades encargadas

de la administración vial coinciden en que la demanda de untransporte de calidad requiere una mayor durabilidad de los materiales, estructuras de pavimentos y sub-rasantes. Para lograr la misma, es indispensable contar con estructuras de pavimento con capas de elevada capacidad de soporte y resistentes alos agentes atmosféricos.

Otra razón para usar suelo-cemento en carreteras es el aspecto de protección del medio ambiente, el cual cada vez impone mayores limitaciones para la búsqueda y explotación de bancos de materiales, práctica por muchos años utilizada. Finalmente, la posibilidad de reducir espesores de capas que conforman la estructura del pavimento sin disminuir la capacidad estructural de la misma, es uno de los logros que pueden obtenerse de las características que tiene el suelo-cemento, debido a su relativamente elevado módulo de elasticidad. Esto se traduce en ahorros de materiales y aumento en los rendimientos de construcción. Debido a las múltiples ventajas que tienen los suelos tratados con cemento, diversos países lo aplican de forma casi generalizada.

Por ejemplo, en El Salvador, el 95% de los caminos rurales pavimentados tiene base de suelocemento y en los últimos 10 años, el 100% de nuevas vías urbanas e interurbanas y pisos industriales tienen bases de suelo-cemento.

3.3.2 ESTABILIZACIÓN DE SUELOS CON CAL ¿QUÉ ES LA CAL? Iniciaremos por indicar que para el tratamiento de suelos se puede utilizar cal viva (óxido de calcio – CaO), cal hidratada (hidróxido de calcio – Ca[OH]2 ) o una lechada de cal.1 La cal viva se produce de la transformación química del carbonato de calcio (piedra caliza – CaCO3) en óxido de calcio. La cal hidratada se obtiene cuando la cal viva reacciona químicamente con el agua. La cal hidratada (hidróxido de calcio) es la que reacciona con las partículas arcillosas y las transforma permanentemente en una fuerte matriz cementante. La cal más utilizada para el tratamiento de suelos es la cal alta en calcio, que contiene un máximo de 5% de óxido o hidróxido de magnesio. Sin embargo, en algunas ocasiones se utiliza cal dolomítica. La cal dolomítica contiene de 35 a 46% de óxido o hidróxido de magnesio. Con la cal dolomítica se puede lograr la estabilización, aunque la fracción de magnesio reacciona más lentamente que la fracción de calcio. Algunas veces el término “cal” se utiliza para referirse a la cal agrícola que, por lo general, es piedra caliza finamente molida, un útil correctivo agrícola que no tiene la suficiente reactividad química para lograr la estabilización del suelo. Otras veces el término “cal” es utilizado para referirse a los subproductos del proceso de fabricación de cal (como el polvo de horno de cal), que, aunque contienen alguna cal reactiva, generalmente sólo posee una fracción del óxido o el contenido de hidróxido del producto fabricado. En este manual, "cal" significa cal viva, cal hidratada, o la lechada de cal hidratada.

La cal es el único producto capaz de proveer una variedad de beneficios, puede ser utilizada en suelos inestables para: 

Secar



Modificar

 Estabilizar

LA QUÍMICA DEL TRATAMIENTO CON CAL Cuando la cal y el agua se añaden a un suelo arcilloso, comienzan a ocurrir reacciones químicas casi inmediatamente. 1. Secado: Si se usa la cal viva, la misma se hidrata inmediatamente (i.e., químicamente se combina con el agua) y libera calor. Los suelos se secan, porque el agua presente en el suelo participa en esta reacción, y porque el calor generado puede evaporar la humedad adicional. La cal hidratada producida por estas reacciones iniciales, posteriormente reaccionará con las partículas de arcilla (como se discute posteriormente). Estas reacciones subsecuentes, lentamente producirán un secado adicional porque las mismas reducen la humedad, mejorando el soporte. Si se utilizan la cal hidratada o la lechada de cal hidratada, en lugar de la cal viva, el secado ocurre sólo por los cambios químicos del suelo, que reducen su capacidad para retener agua y aumentan su estabilidad.

El tratamiento con óxido de calcio transforma las características y el desempeño de suelos arcillosos. En estas imágenes se muestra el mismo suelo antes (izquierda) y después (derecha) de haberlo tratado con cal viva).

2. Modificación: Después de la mezcla inicial, los iones de calcio (Ca++) de la cal hidratada emigran a la superficie de las partículas arcillosas y desplazan el agua y otros iones. El suelo se hace friable y granular, haciéndolo más fácil para trabajar y compactar. En esta etapa, el Índice de Plasticidad del suelo disminuye drásticamente, así como lo hace su tendencia a hincharse y contraerse. El proceso, llamado "floculación y aglomeración", generalmente ocurre en el transcurso de horas.

3. Estabilización: Cuando se añaden las cantidades adecuadas de cal y agua, el pH del suelo aumenta rápidamente arriba de 10.5, lo que permite romper las partículas de arcilla. La determinación de la cantidad de cal necesaria es parte del proceso de diseño y se estima

por pruebas como la de Eades y Grim (ASTM D6276). Se liberan la sílice y la alúmina y reaccionan con el calcio de la cal para formar hidratos de calcio-silicatos (CSH) e hidratos de calcio-aluminatos (CAH). CSH y CAH que son productos cementantes similares a aquellos formados en el cemento de Portland. Ellos forman la matriz que contribuye a la resistencia de las capas de suelo estabilizadas con cal Cuando se forma esta matriz, el suelo se transforma de un material arenoso granular, a una capa dura relativamente impermeable, con una capacidad de carga significativa. El proceso se inicia en unas horas y puede continuar durante años, en un sistema diseñado correctamente. La matriz formada es permanente, duradera, y significativamente impermeable, produciendo una capa estructural que es tan fuerte como flexible.

La adición de cal a un suelo con una fracción de partículas finas relevante modifica su comportamiento por una conjunción de sus propiedades. En este apartado se describen los mecanismos que intervienen en este proceso, que se resume fundamentalmente en dos manifestaciones típicas:

a) Una modificación de la textura del suelo; y b) Un incremento de su resistencia.

Estos hechos se producen en mayor o menor medida según el tipo de suelos, su granulometría y mineralogía, y el de la cal empleada, en función de su riqueza y actividad. Su justificación está en la alteración del estado natural de ambos materiales por las reacciones químicas que se producen en la interacción de sus estructuras. Si bien es cierto que no existe unanimidad entre los técnicos sobre la totalidad de los mecanismos que intervienen en la reacción entre la cal y las partículas arcillosas de un suelo, sí es posible describir, y así se hace a continuación, los esquemas más generalmente aceptados y que justifican el comportamiento final obtenido.

En la mezcla de la cal con un suelo arcilloso se producen dos tipos de reacción que se pueden agrupar según sus manifestaciones en:

a) Una modificación “inmediata” de las condiciones de granulometría, textura y compacidad originada por: * Intercambio de iones entre la arcilla y la cal

* Floculación de las partículas de arcilla * Reducción de la cantidad de agua adsorbida por la arcilla. b) Una mejora de las características resistentes del suelo a medio y largo plazo, producida por: * Reacción puzolánica de cementación * Carbonatación Amén de por los tipos de efectos, es posible definir una serie de diferencias entre los grupos citados que justifican la clasificación expuesta. Una primera diferencia entre ambos grupos de mecanismos es, como se ha citado, su carácter temporal, ya que las modificaciones de textura son casi inmediatas, mientras que las resistentes suelen conllevar un plazo mayor. La segunda diferencia estriba en su generalización. Mientras que el primer grupo de modificaciones es aplicable a casi todos los tipos de suelos arcillosos, las mejoras de resistencia se producen en mayor o menor medida, o incluso no llegan a ocurrir, en función de la mineralogía y tipos de suelos.

Finalmente, la tercera gran diferencia es la necesidad de cal precisa para alcanzar los efectos. En la mayoría de los casos la frontera o delimitación a partir de la cual se inicia el segundo grupo de mecanismos es la cantidad de cal. Puede decirse que las primeras dosis de cal van destinadas a la modificación de la textura y granulometría, y que para mejorar las características resistentes es preciso superar esta primera proporción. En caso contrario, no existirá adición activa o cal que facilite dichas reacciones.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS DIFERENTES MÉTODOS DE APLICACIÓN DE CAL

La técnica de estabilización con cal utilizada en un proyecto debería estar basada en múltiples consideraciones, tales como la experiencia del contratista, la disponibilidad de equipo, la ubicación del proyecto (rural o urbano) y la disponibilidad de una fuente cercana y adecuada de agua. Algunas ventajas y desventajas de los diferentes métodos de aplicación de cal son los siguientes:

Cal hidratada en polvo

Ventajas: Puede ser aplicada más rápidamente que la lechada. La cal hidratada en polvo puede ser utilizada para secar arcillas, pero no es tan eficaz como la cal viva. Desventajas: Las partículas hidratadas de cal son finas. De modo que el polvo puede ser un problema y este tipo de uso generalmente es inadecuado en áreas pobladas.

Cal viva en seco

Ventajas: Económica porque la cal viva es una forma más concentrada de cal que la cal hidratada, conteniendo de 20 a 24 por ciento más de óxido de calcio "disponible".

El tiempo de ejecución puede ampliarse debido a que la reacción exotérmica causada por el agua y la cal viva puede calentar el suelo. La cal viva seca es excelente para secar suelos mojados. Tamaños de partícula más grandes pueden reducir la generación de polvo. Desventajas: La cal viva requiere 32 por ciento de su peso en agua para convertirse en cal hidratada y puede haber pérdida adicional por la evaporación significativa debido al calor de hidratación. Se debe tener cuidado con el empleo de la cal viva para asegurar una adecuada adición de agua, fraguado y mezcla. Estos mayores requerimientos de agua pueden plantear un problema de logística o costos en áreas remotas sin una fuente cercana de agua. La cal viva puede requerir más mezcla que la cal hidratada seca o que las lechadas de cal, porque las partículas de cal viva, que son más grandes, primero deben reaccionar con el agua para formar la cal hidratada y luego debe ser mezclada con el suelo. Lechada de cal

Ventajas: Aplicación libre de polvo. Es más fácil lograr la distribución. Se aprovecha la aplicación por rociado. Se requiere menos agua adicional para la mezcla final. Desventajas: Velocidad lenta de aplicación. Costos más altos debido al equipo extra requerido. Puede no ser práctico en suelos muy mojados. No es práctico para secar.

PROBLEMAS DE ESTABILIZACIÓN EN CARRETERAS

Ejemplo de fracaso de pavimento por suelos inestables

Comparación de arcilla plástica sin tratar y arcilla tratada con cal, después de la mezcla inicial y fraguado.

ESTABILIZACIÓN O LA MODIFICACIÓN DE SUBRASANTES (SUBBASES) Y CAPAS DE BASE

Descripción detallada de los pasos constructivos.

ENTREGA Cal viva o hidratada seca La cal viva o la cal hidratada seca, puede ser entregada en bolsas de papel o bien en pipas. Cuando se transporta en pipa es común que, cada carga de cal seca entregada en un sitio de trabajo lleve una boleta certificando la cantidad de cal a bordo. Además, algunas entidades requieren la certificación de las características químicas de la cal entregada. Ocasionalmente, la cal viva se entrega en el sitio en camiones de volteo. En este caso, requieren cubiertas de lona fuerte para prevenir la pérdida de polvo durante el tránsito.

Lechada de cal La lechada de cal puede ser producida a partir de la cal viva o de la cal hidratada. Puede ser entregada desde una planta de mezcla central o puede producirse en el lugar de trabajo. Las instalaciones de preparación de la lechada deberían ser aprobadas por el ingeniero de proyecto. Independientemente de la ubicación, la lechada producida a partir de cal viva está caliente debido a que la reacción química entre la cal viva y el agua es exotérmica. Las lechadas elaboradas por la mezcla de cal hidratada y agua no se calientan. La lechada puede prepararse en un tanque de mezcla, con agitación para mezclar la cal y el agua utilizando paletas deflectoras, aire comprimido, y/o bombas de recirculación. Los mezcladores utilizados en el lugar, usualmente manejan de 20 a 25 toneladas de cal viva a la vez.

Tanques mezcladores para preparar la lechada de cal en el lugar.

ESTABILIZACIÓN DE SUBRASANTE (O SUBBASE)

1. Escarificación y pulverización inicial La subrasante puede ser escarificada a la profundidad y ancho especificados y luego pulverizarse parcialmente. Es deseable remover los materiales que no sean suelos y que sean mayores que 3 pulgadas, como troncos, raíces, césped y piedras. Una subrasante escarificada o pulverizada ofrece más área de contacto superficial de suelo para la cal en el momento de la aplicación. En el pasado era una práctica común escarificar antes de la aplicación. Hoy en día, debido a la disponibilidad de mezcladores superiores, la cal a menudo es aplicada sin la escarificación. Los camiones de cal también pueden transitar la carretera con más facilidad si está compactada, más bien que escarificada, en particular sobre suelos mojados. La principal desventaja de este procedimiento, sin embargo, se da por factores meteorológicos; cuando la cal es colocada sobre una superficie lisa, hay mayor posibilidad para la pérdida debido al viento y al proceso, particularmente si la mezcla no se realiza de inmediato. Para eliminar la pérdida hacia los lados, se puede construir un pequeño camellón, utilizando material del camino.

Si la cal viva se descarga en “volcanes”, es deseable una superficie lisa, de modo que se alcance una aplicación uniforme con la hoja de la motoniveladora. Por lo anterior, el suelo no debería ser escarificado antes de que la cal viva sea aplicada de esta manera. Equipo: motoniveladora con escarificador o escarificador de discos; estabilizadora de suelos para pulverización inicial.

Escarificación antes de aplicación de cal

2. Aplicación de la cal Cal viva Existen dos formas en que la cal viva seca puede ser aplicada. La primera, los camiones autodescargables o trailers pueden distribuir la cal viva neumática o mecánicamente a la anchura completa del camión. Debido a que el flujo de cal viva granular y sin triturar es más controlable que el de la cal hidratada, resulta una práctica común usar camiones con aplicadores incorporados. Para el empleo de una barra de extensión neumática, la cal viva se muele (¼ " por 0) para fluir libremente. Aplicador mecánico sobre la parte posterior de un camión o trailer, o una caja separada puede manejar la cal viva menos fina - comúnmente hasta ½ " de diámetro. La subbase puede ser escarificada para este tipo de uso. Este uso trabaja bien en condiciones de suelo muy mojadas. Para asegurar que se aplica la cantidad correcta de cal, se puede colocar sobre el suelo una bandeja o un paño de área conocida, entre las ruedas del camión que esparce la cal. La bandeja o paño, donde se recolectó la cal, se pesa para verificar que la cantidad de cal es la correcta. Otro método para aplicar la cal viva, es por gravedad, dejándola caer formando un camellón. Es usual utilizar camiones graneleros con sistemas de compuertas inferiores neumáticas. Una motoniveladora se utiliza, ocasionalmente, para esparcir la cal viva. Se puede utilizar cal hasta un tamaño de ¾ ". Este método requiere que el área sea nivelada y esté suficientemente seca, para que el suelo no se ahuelle bajo las llantas del camión, lo que evitaría la extensión uniforme. Es difícil de medir la proporción de aplicación de cal cuando se extiende utilizando una

motoniveladora. El mejor método es marcar un área en la cual se extenderá una cantidad conocida de cal y observar la motoniveladora para asegurar que es extendida uniformemente.

Cal hidratada seca La cal hidratada debe ser uniformemente extendida en el porcentaje especificado desde camiones adecuadamente equipados. Un aplicador aprobado es preferible para la distribución uniforme. La cantidad de cal hidratada seca puede ser medida usando el mismo método que descrito encima para la cal viva. La cal hidratada seca no debería ser extendida en condiciones de viento debido al polvo excesivo. En condiciones de viento, en áreas pobladas, o en zonas adyacentes al tráfico de vehículos pesados, la aplicación de lechada o una aplicación adecuada de cal viva pueden reducir al mínimo los problemas relacionados con el polvo. Equipo para aplicación de cal hidratada seca: Para envíos en camión, los camiones con tanques autodescargables son los más eficientes para transportar y esparcir la cal porque no se requiere ningún manejo adicional. La descarga se realiza neumáticamente o por uno o varios transportadores de tornillo. La extensión puede ser lograda por una paleta mecánica colocada en la parte posterior u otros dispositivos. Si se utiliza transporte de palangana, los mismos deben ser cubiertos para prevenir el polvo durante el viaje al lugar de aplicación y durante la extensión de la cal. La extensión, al utilizar transporte de palangana, deberá realizarse ajustándole un esparcidor mecánico en la parte posterior. No se recomienda descargar la cal en solo “volcán” para realizar posteriormente la extensión con motoniveladora.

Lechada de cal En este uso, el suelo generalmente es escarificado y la lechada se aplica con camiones distribuidores. Debido a que la cal en la forma de lechada está menos concentrada que la cal seca, a menudo se requiere dos o más pasadas para proporcionar la cantidad especificada de sólidos de cal. Para prevenir la pérdida y la consecuente no uniformidad en la distribución de cal, la lechada se mezcla con el suelo inmediatamente después de cada pasada. La proporción real utilizada depende del porcentaje de cal especificada para el tipo de suelo, y el porcentaje de sólidos de cal en la lechada. Los sólidos en la lechada generalmente están en el rango entre 30 y 35 por ciento, aunque existe la tecnología para aumentar los sólidos arriba del 40 por ciento para reducir el número de pasadas de por los camiones esparcidores. Los sólidos contenidos en la lechadada (y, por consiguiente, la cantidad de cal disponible) pueden ser fácilmente medidos en los tanques de mezcla o en los camiones, utilizando un dispositivo de

gravedad específica. Una vez que se conoce el contenido de sólidos de la lechada, las cargas pueden ser extendidas sobre áreas de extensión conocida para asegurar la cantidad correcta de aplicación. Equipo para aplicación de la lechada: Se recomiendan camiones distribuidores con recirculación, capaces de mantener la lechada en la suspensión. Si el tiempo de viaje es corto, se pueden utilizar camiones sin bombas de recirculación. La extensión desde los camiones de tanque se lleva a cabo por gravedad o por barras de rocío a presión. Los distribuidores de presión son preferidos porque ellos proporcionan una aplicación más uniforme.

3. Mezcla preliminar y aplicación de agua Se requiere una mezcla preliminar para distribuir la cal dentro del suelo y para pulverizar inicialmente el suelo para preparar la adición de agua que inicie la reacción química para la estabilización. Esta mezcla puede iniciar con la escarificación. La escarificación puede realizarse aún sin mezcladoras modernas. Durante este proceso o inmediatamente después, el agua deberá agregarse.

Escarificación después de extensión de cal.

Adición de agua después de aplicación de cal seca. Las estabilizadoras de suelos (Ej. CAT SS-250B) pueden ser utilizadas para asegurar la mezcla cuidadosa de la cal, el suelo, y el agua. Con muchas estabilizadoras de suelos, el agua puede añadirse al tambor de mezcla durante el proceso. Este es el método óptimo de adición de agua a la cal (cal viva o hidratada) y al suelo seco, durante la mezcla preliminar y la etapa de riego. Independientemente del método usado para la adición de agua, es esencial que la cantidad de agua agregada sea la adecuada para asegurar la completa hidratación y llevar el contenido de humedad del suelo 3% arriba del óptimo, antes de la compactación. Para hidratar la cal viva seca, puede ser necesaria agua adicional. El equilibrio de la operación de estabilización con cal viva es similar al obtenido utilizando cal hidratada o lechada de cal. Un requerimiento clave cuando se utiliza cal viva es asegurar la completa hidratación previa a que la mezcla sea completada y se inicie la compactación. Es recomendable realizar verificaciones puntuales, utilizando una pala, para asegurar que en el suelo no han quedado remanentes de cal viva sin hidratar. Si se observara cantidades excesivas de cal viva (por ejemplo, debido a una pobre distribución), se requerirá agregar más agua y una mezcla adicional necesarios para asegurar la completa hidratación y un proyecto de estabilización de calidad.

Para asegurar que la sección estabilizada tiene la profundidad correcta, se pueden cavar pequeños agujeros al azar y el suelo puede ser rociado con un indicador de pH, tal como la fenoftaleína. La fenoftaleína cambia de transparente a rosada entre un pH de 8.3 y 10. El cambio en color indica que el suelo en proceso de estabilización se encuentra en el límite inferior de pH requerido. Se pueden requerir otros indicadores de pH que cambian de color a niveles más altos (por ejemplo, fenoftaleína), si existieran sospechas de que la mezcla de cal y suelo es inadecuada.

En donde están siendo estabilizadas arcillas muy plásticas, generalmente es necesario mezclar la capa de arcilla y cal en dos etapas, permitiendo un lapso de 24 a 48 horas de período de fraguado. Durante este período de fraguado, la arcilla se hace friable de modo que la pulverización pueda ser fácilmente lograda durante la mezcla final. Después de que se completa la mezcla, la capa tratada con cal debe ser afinada y compactada ligeramente con un Rodo para reducir al mínimo la pérdida por evaporación o mojado excesivo debido a posibles lluvias durante el fraguado. Equipo: Estabilizadora de suelos, camión de agua y “rodo patas de cabras” o compactador neumático.

4. Período de fraguado La mezcla de suelo y cal debería fraguar suficientemente para permitir la reacción química que cambia las propiedades del material. La duración de este período de fraguado debería basarse en el juicio de ingeniería y depende del tipo de suelo. El período de fraguado, comúnmente, es de 1 a 7 días. Después del fraguado, el suelo deberá ser mezclado, de nuevo, antes de la compactación. Para suelos con Índice de Plasticidad bajos, o cuando el objetivo es el secado o la modificación, por lo general, el fraguado no es necesario.

5. Mezcla final y pulverización

Para alcanzar la estabilización completa, es esencial una adecuada pulverización final de la fracción arcillosa y la completa distribución de la cal dentro del suelo. La mezcla y la pulverización deberían continuar hasta que el 100 por ciento de material pase el tamiz de 1 pulgada y al menos el 60 por ciento de material pase el tamiz No. 4.

Si se utiliza la cal viva, es esencial que todas las partículas estén hidratada y que hayan sido mezcladas. En el caso de cal viva seca, después del mezclado final, antes de la compactación, inspeccione visualmente el suelo para asegurar que la mezcla ha sido alcanzada. El uso de cal viva seca, a menudo produce manchas ligeras en el suelo, que no merecen atención ya que no son partículas sin hidratar. Si existe la duda, coloque una muestra de estas partículas en agua. Si no se disuelven, son partículas inertes. Si se disuelven, son partículas de cal, que indican que se requiere mezcla adicional antes de la compactación final. Se puede requerir agua adicional durante la mezcla de final (antes de la compactación) para llevar el suelo a un 3 por ciento arriba del contenido de humedad óptima del material tratado.

Si hay certeza que los requerimientos de pulverización se pueden completar durante la mezcla preliminar, entonces los pasos de fraguado y mezcla final (pasos No. 4 y No. 5) pueden eliminarse. Equipo: Estabilizadora de suelos.

6. Compactación La mezcla suelo-cal deberá ser compactada a la densidad requerida por la especificación, comúnmente, al menos, al 95 por ciento de la densidad máxima obtenida en el ensayo AASHTO T99 (Proctor estándar). El valor de densidad deberá basarse en la curva Proctor de una muestra representativa de la mezcla de suelo-cal – y no del suelo sin tratar. La compactación deberá iniciar inmediatamente después de la mezcla final. Si esto no es posible, los retrasos de hasta cuatro días no deberían ser un problema si la mezcla es ligeramente compactada y se mantiene húmeda mientras se lleva a cabo la compactación. Para demoras más largas, puede ser necesario incorporar una pequeña cantidad adicional de cal en el suelo. Equipo: para asegurar una compactación adecuada, el equipo deberá adaptarse a la profundidad de la capa. La compactación puede lograrse utilizando compactador pesado de neumáticos o rodo vibratorio o una combinación de la “pata de cabra” y un

compactador

ligero

“de

almohadilla”.

Comúnmente, la superficie final de compactación se completa utilizando un rodo liso.

Compactadores: pata de cabra (arriba), almohadilla (abajo).

7. Curado final Antes de la colocación de la siguiente capa de subbase (o capa de base), se debe permitir que la subrasante compactada (o subbase) se endurezca hasta que camiones pesados operar sin ahuellar la superficie. Durante este tiempo, la superficie de suelo tratado con cal deberá mantenerse húmeda para ayudar al incremento de resistencia. Esto se conoce como "curando" y puede hacerse de dos maneras: (a) curado húmedo, que consiste en mantener la superficie en una condición húmeda a través de un rociado leve y compactándolo cuando sea necesario.

(b) curado con membrana, que implica el sellado de la capa compactada con una emulsión bituminosa, ya sea en una o varias aplicaciones. Una dosificación típica de aplicación es de 0.12 a 0.30 galones por metro cuadrado.

ESTABILIZACIÓN DE BASES La cal a menudo trabaja bien para estabilizar caminos que están siendo reconstruidos utilizando "la recuperación de espesor total". Además, esto puede ser usado mejorar la calidad de los materiales de base, particularmente aquellos que contienen cantidad excesiva de finos arcillosos. El empleo de cal, en ambos casos, puede contribuir al empleo de los materiales que de otra manera serían desperdiciados, transformándolos en materiales estructurales de alta calidad.

Recuperación de espesor completo La recuperación de espesor completo es una alternativa atractiva cuando los caminos tienen un inadecuado material de base y necesitan reconstrucción. Pulverizando la capa de superficie y mezclándola con la base existente y la subrasante, se puede lograr una base estructuralmente mejorada para recibir una nueva capa. A menudo, la adición de un pequeño porcentaje de cal (generalmente de 2 a 3 por ciento) puede mejorar dramáticamente las propiedades de la base recuperada debido a la reacción puzolánica de los contaminantes arcilloso, cementando la matriz resultante. En algunos casos, el polvo de horno de cal o la ceniza volante con la cal son utilizados para aumentar la actividad puzolánica. Los procedimientos de construcción son similares a los mencionados anteriormente:

1. Escarificación y pulverización – Comúnmente, se utiliza una recuperadora o recuperadoraestabilizadora para romper el pavimento existente y mezclarlo con los materiales de base y subrasante hasta el espesor completo de diseño. Dependiendo del espesor del pavimento, se puede requerir más de una pasada de la máquina para reducirel tamaño de los trozos de pavimento hasta un tamaño adecuado para la mezcla. La mayoría de las especificaciones requieren que la capa de asfalto sea pulverizado de modo que el 100 por ciento pase un tamiz de 2 pulgadas; esto hace necesario el empleo de una recuperadora. En algunas ocasiones, el camino puede ser escarificado primero utilizando una motoniveladora, un tractor con ripper o una compactadora “patas de cabra”. Máquinas recuperadoras grandes y modernas pueden pulverizar asfaltos más gruesos sin que sea necesario romper la superficie inicialmente. 2. Extensión de la cal - Vea lo indicado anteriormente.

3. Mezcla y adición de agua. Es importante mezclar completamente la cal en todas partes de la nueva sección. Debe agregarse suficiente agua para asegurar que la cal se hidrata por completo (en el caso de la cal viva) y que pueda reaccionar con la arcilla de la mezcla. Los tambores de mezclado de la mayoría de los mezcladores rotatorios están equipados con accesorios tales como mangueras para conectarse a los camiones de agua. Esta es una forma común para introducir agua dentro de la nueva capa mezclada de espesor total. Si dicha característica no está disponible, la capa recuperada deberá mezclarse, después que la superficie sea mojada y la sección remezclada. Se requerir más de una aplicación de agua y de mezcla. El contenido de humedad final debería ser al menos al 2 por ciento arriba del óptimo para proporcionar suficiente agua para que las reacciones químicas de cal/suelo se lleven a cabo. Este porcentaje difiere de lo mencionado anteriormente, porque hay un porcentaje inferior de material fino en la recuperación de espesor completo que en la estabilización de arcillas.

4. La compactación - la compactación inicial, por lo general, se realiza tan pronto sea posible después de la mezcla, utilizando un compactador de “pata de cabra” o un compactador vibratorio “de almohadillas”. Después que la sección se afina, la compactación final puede ser alcanzada utilizando un rodo liso. El equipo deberá ser apropiado para la profundidad de la sección que está siendo construida.

5. Curado - Como con cualquier capa estructural estabilizada con cal, la superficie de la base recuperada deberá mantenerse húmeda hasta que esté cubierta por la capa de rodadura. Se deberá utilizar los métodos de curado con agua o con membrana de curado descritos anteriormente. La capa deberá ser curada hasta que el equipo de construcción pueda transitar sin dejar ahuellamiento.

Capa de base granular – Mezclado en planta Pequeños porcentajes de cal (generalmente de 1 a 2 por ciento) pueden ser adicionados a la base que contiene exceso de finos; transformando a menudo los materiales fuera de especificación en bases de calidad superior. Si el exceso de finos es arcilloso, la cal reacciona con ellos puzolánicamente para transformarlos en aglomeraciones cementantes. Con finos no reactivos, la recarbonatación de la cal a menudo cementará los finos en partículas más grandes que contribuyen a la resistencia estructural de la base.

1. Mezcla - la cal puede ser medida en la faja transportadora del agregado de base, inmediatamente seguida de la aspersión de agua para hidratar la cal (en el caso de cal viva) y para promover su reacción química con las arcillas y otros finos. El agregado deberá ser transportado hasta un mezclador para asegurar la mezcla adecuada antes de su almacenamiento.

2. Colocación del material - la base tratada deberá colocarse sobre la plataforma de terracería utilizando los métodos comunes. 3. Compactación y curado - Vea la discusión anterior.

Cal para secado y modificación Generalmente, los tratamiento con cal para materiales de base granular (secado y modificación) se llevan a cabo en la planta de mezclado. Para el secado y la modificación de materiales finos de subrasante, cal y el suelo se mezclan generalmente en el lugar. Materiales de base – Cuando se utiliza una planta de mezclado, se siguen los mismos pasos que cuando que utiliza la mezcla en planta de capa de base granular: distribuyendo la mezcla calagregado con un esparcidor, compactación y curando. Con la mezcla en el lugar, se aplican los cinco pasos presentados para la recuperación de espesor total. Sin embargo, el período de curación para bases modificadas con cal puede evitarse, ya que no se pretende que la capa tratada desarrolle tanta resistencia como una estabilización convencional de base. Materiales de Subrasante – se aplican los mismos pasos constructivos descritos para la estabilización de subrasante, con la excepción que el período de curado se puede eliminar, y entonces la compactación puede seguir inmediatamente después de la mezcla. El grado fino de pulverización requerida para la estabilización no es esencial para la modificación. Debido a esto, la utilización de discos escarificadores es suficiente para la mezcla en condiciones sumamente húmedas, aunque aún se prefieren las estabilizadoras de suelo para condiciones más pesadas. Debido a que el objetivo del tratamiento es reducir el contenido de agua del suelo y/o mejorar temporalmente la trabajabilidad y resistencia, los requerimientos de compactación pueden reducirse debajo del 95% de densidad, sujeto a la aprobación del ingeniero de proyecto. Esto es particularmente cierto donde la modificación con cal es empleada para producir una plataforma de trabajo; en este caso, el tránsito de equipo pesado de construcción sobre la superficie (comúnmente llamado " el rodamiento de prueba ") puede ser todo lo que se requiere. Donde la cal es usada para acondicionar un suelo de arcilla pesada para la posterior estabilización con cemento o asfalto, el procedimiento general es mezclar la cal y el suelo, sellar

la capa, curar durante 24 a 48 horas, re-mezclar, y entonces, aplicar el segundo aditivo, remezclar, compactar y curar hasta por 7 días.

OTRAS APLICACIONES El tratamiento de cal se utiliza en un sinnúmero de aplicaciones tanto para la modificación como para la estabilización. Las aplicaciones no estructurales (modificación) se diseñan para secar el lodo y crear plataformas de trabajo en una variedad de construcciones. Los usos estructurales (estabilización) incluyen otros pavimentos tales como aeropuertos, estacionamientos, caminos secundarios, pistas de carreras; y otros usos como cimentaciones de edificios y estabilización de terraplenes. Las técnicas constructivas de tratamiento con cal se utilizan, esencialmente, de la misma forma descrita anteriormente para la estabilización y modificación con cal en la construcción de carreteras.

AEROPUERTOS La cal tiene una historia extensa como una opción de tratamiento de suelos para la construcción de aeropuertos. Los ejemplos incluyen el Aeropuerto Internacional de Denver, el Aeropuerto Dallas Ft. Worth y Newark. Muchos aeropuertos en los Estados Unidos se amplían alargando las pistas de aterrizaje y despegue.

Proyecto de estabilización de un aeropuerto

La mayor parte de aeropuertos construyen en propiedades existentes o compran propiedades adyacentes, y por lo tanto tienen poco control sobre el terreno y las condiciones del suelo. Si se encuentran suelos con condiciones marginales o pobres, el propietario puede decidir quitar y sustituir los suelos existentes o tratarlos. Las técnicas constructivas para el tratamiento de suelos con cal, en la construcción de aeropuertos son esencialmente las mismas que aquellas para carreteras. Sin embargo, la Administración Federal de la Aviación (FAA) tiene especificaciones para los métodos de construcción y tratamiento de suelos.

Estabilización de suelos: La construcción de fundaciones bajo pistas de aterrizaje y despegue es crítica. La lechada de cal se ha convertido en la opción de tratamiento de cal más especificada debido a que la cal seca puede empolvar los aviones y el equipo mecánico. Modificación y secado de suelo: La construcción de aeropuertos a menudo procede bajo limitaciones de tiempo. El empleo de cal para secar y modificar los suelos marginales y pobres puede ayudad en mantener los proyectos dentro de la programación durante la época lluviosa, proporcionando una plataforma de trabajo y permitiendo el retorno al trabajo de forma más rápida después de las lluvias.

URBANIZACIONES El desarrollo de las actividades inicia con el establecimiento de vías de acceso y facilidades relacionadas, seguidas de la construcción de aceras, calles y viviendas. La estabilización con cal puede utilizarse para construir fundaciones estructurales para edificaciones, aceras y calles. La modificación con cal ofrece una técnica de construcción conveniente para reducir al mínimo los efectos del clima y suelos de mala calidad. A menudo, la construcción de urbanizaciones continúa a lo largo de todas las estaciones, húmeda o seca, porque el capital necesario requiere de programas ajustados de ejecución. La capacidad de reducir los retrasos es una manera de aumentar las utilidades. Los procedimientos de tratamiento de suelos son similares a aquellos descritos anteriormente. Construcción de calles: El contratista inicia trabajando calles y facilidades. En algunas urbanizaciones el trabajo inicial consiste en la excavación de zanjas para alcantarillas, agua, gas y electricidad. Al excavar estas zanjas se corre el riesgo que las mismas se conviertan en áreas con lodo y muchas veces impasables. Una forma de mitigar este problema es utilizar la cal en la fase inicial de la construcción para modificar el suelo y luego usar tratamientos adicionales para secar el material de los rellenos de las zanjas. Los suelos estabilizados también pueden ser utilizados como fundación para el pavimento final. Los suelos bajo las aceras también pueden ser estabilizados para reducir al mínimo los hundimientos.

Compactación de suelos estabilizado con cal en una urbanización

Casas individuales: El contratista puede usar la cal para modificar y estabilizar el área de acceso y la plataforma de la casa, lo que creará un área de trabajo libre de lodo, para recibir los materiales de construcción y colocar los equipos. Cuando la construcción se ha completado, la casa tendrá un acceso y fundación de mejor calidad, con menor probabilidad de asentamientos y grietas. ESTABILIZACIÓN DE TERRAPLENES A menudo, los materiales de préstamo muy húmedos son usados para construir terraplenes. El tratamiento con cal puede utilizarse para estabilizar estos suelos, cuando son utilizados por primera vez o como parte de la reparación de un terraplén que ha fallado. Por lo general, el suelo inestable se transporta a un área de mezcla, donde se puede utilizar el equipo de construcción para llevar a cabo las operaciones descritas anteriormente. Para suelos con un alto contenido de arcilla, se utiliza cal; mientras que para suelos con contenido bajo de arcilla, se utilizan mezclas de cal-puzolanas (por ejemplo, ceniza volante). Estos suelos tratados, deberán tener un contenido de agua de 1 a 3 por ciento del óptimo, para asegurar que la reacción con la cal tiene suficiente agua para completarse. Después de la mezcla, la adición de agua y el fraguado, el material es devuelto al terraplén, afinado y compactado según las especificaciones. A medida que el fraguado ocurres en las pilas de reservas de materiales, se ahorra tiempo de construcción. El material con cal se compacta sin demoras mientras se devuelve al terraplén. Para terraplenes donde es prioritario el secado de los suelos, el suelo a menudo es tratado con la cal después de que es traído al terraplén. El suelo no tratado coloca en capas, típicamente 8 a 12 pulgadas de espesor. Cada capa se trata con cal y se mezcla, reduciendo el contenido de humedad del suelo. La capa se compacta y otra capa de suelo se coloca y el proceso se repite hasta que el completa el terraplén. De nuevo, es importante asegurar que existe una humedad adecuada, en particular si se utiliza cal viva. Si se usa cal viva, es esencial que todas las partículas hayan sido hidratadas.

Mezcla preliminar de cal y suelos de terraplén en el área de mezcla.

3.3.3 ESTABILIZACION DE SUELOS CON ASFALTO El asfalto, también denominado betún, es un material viscoso, pegajoso y de color negro. Se utiliza mezclado con arena o gravilla para pavimentar caminos y como revestimiento impermeabilizante de muros y tejados. En las mezclas asfálticas es usado como aglomerante para la construcción de carreteras, autovías o autopistas. Está presente en el petróleo crudo y compuesto casi por completo de betún bitumen. El asfalto es una sustancia que constituye la fracción más pesada del petróleo crudo. Se encuentra a veces en grandes depósitos naturales, como en el lago Asfaltites o mar Muerto, lo que se llamó betún de Judea. Su nombre recuerda el lago Asfaltites (el mar Muerto), en la cuenca del río Jordán.

Además del sitio mencionado, se encuentra en estado natural formando una mezcla compleja de hidrocarburos sólidos en lagunas de algunas cuencas petroleras, como sucede en el lago de asfalto de Guanoco, el lago de asfalto más extenso del mundo (Estado Sucre, Venezuela), con 4 km² de extensión y 75 millones de barriles de asfalto natural. Le sigue en extensión e importancia el lago de asfalto de La Brea, en la isla de Trinidad.

A pesar de la fácil explotación y excelente calidad del asfalto natural, no suele explotarse desde hace mucho tiempo ya que, al obtenerse en las refinerías petroleras como subproducto sólido en el craqueo o fragmentación que se produce en las torres de destilación, resulta mucho más económica su obtención de este modo. Sucede algo parecido con la obtención del gas, que también resulta un subproducto casi indeseable en el proceso de obtención de gasolina y otros derivados del petróleo.

Como el asfalto es un material muy impermeable, adherente y cohesivo, capaz de resistir altos esfuerzos instantáneos y fluir bajo la acción de cargas permanentes, presenta las propiedades ideales para la construcción de pavimentos cumpliendo las siguientes funciones: 

Impermeabilizar la estructura del pavimento, haciéndolo poco sensible a la humedad y eficaz contra la penetración del agua proveniente de la precipitación.



Proporciona una íntima unión y cohesión entre agregados, capaz de resistir la acción mecánica de disgregación producida por las cargas de los vehículos. Igualmente mejora la capacidad portante de la estructura, permitiendo disminuir su capacidad.



También se puede utilizar para hacer techos.

Un recubrimiento de asfalto cortado formulado principalmente como un recubrimiento contra humedad y protectora en superficies de mampostería y metal. El grueso máximo nunca debe de exceder .8 mm (1/32 pulgada). SAKRETE Recubrimiento de Cimentación se puede aplicar como en preservador de madera en poste de cercas de baja calidad. No usar como un saturante para techado. Usar SAKRETE Recubrimiento de Techado con Fibras. No usar este producto como un agregado ligante para aplicaciones de techado

ensamblado. COMPOSICION: Asfalto de petróleo, esencia mineral refinada. PROPIEDADES: Cumple la especificación ASTM D-3019, Tipo 1, Grado 1. INSTRUCCIONES: Todas

Las superficies deben de estar limpias y secas. Mezclar el material completamente y aplicar con brocha o atomizador. Almacenar el producto en un lugar caliente durante por lo menos 24 horas antes de usar cuando la temperatura está por debajo de 4.44oC (40o F). Dejar pasar de 1 a 2 días entre cada capa en clima caliente y de 3 a 4 horas en clima frio. Las herramientas se pueden limpiar con esencia mineral. Usar precaución cuando se usan solventes. Mantener el envase cubierto cuando no se esté usando. NO ADELGAZAR. COBERTURA: Variara de acuerdo con las condiciones y porosidad de la superficie. Cobertura promedio es de 4.65 metros cuadrados (50 pies cuadrados) por 3.79 L (1 galón) a .8 mm (1/32 pulgada) de grueso.

Ahora, teniendo una idea de lo que vendría a ser asfalto, nos toca hablar sobre el tema de Estabilización de Suelos con Asfalto

Con la adición de productos bituminosos se busca disminuir la absorción de agua y sus efectos posteriores, lográndose muros durables, sin revestimiento y de mejor apariencia.

TEORÍA DE LA ESTABILIZACIÓN DE LOS SUELOS CON ASFALTO

La estabilización de bloques con asfalto se fundamenta en el hecho de que la arcilla es el único componente del suelo que es inestable en presencia de humedad. El asfalto emulsificado que se usa como estabilizador de

suelos consiste de glóbulos microscópicos de asfalto que están rodeados y suspendidos en medio acuoso. Se recomienda mantener el estabilizador a una temperatura superior a 0° centígrado. El estabilizador hace contacto con la parte arcillosa del suelo y a medida que se realiza la evaporación del agua, los glóbulos de asfalto forman una fina película que rodea a las partículas de arcilla, cuando está totalmente seca, la masa tratada con la emulsión de asfalto mantiene aproximadamente la misma firmeza y resistencia a la compresión que un suelo que ha sido mezclado solamente con agua. Pese a que un contacto con el agua puede producir cierta absorción, las partículas de arcilla no se expandirán o penderán cohesión.

Suelos Apropiados Se recomienda suelos con una composición básica de arena y arcilla, la segunda actuará, como un cementante de la primera. La fracción fina de un suelo debe contener suficiente arcilla para formar una pasta delgada alrededor de las partículas más gruesas. Suelos arcillosos ocasionan demasiado encogimiento y rajaduras, además el constante aumento y disminución de volumen en presencia de agua producen adobes fácilmente erosionables; suelos con excesiva arena no tienen suficiente ligazón entre partículas, generando adobes de poca fuerza cohesiva que se desmoronan. Suelos con excesivo contenido de materia orgánica no son aptos por su gran encogimiento, baja resistencia y poca duración ante la humedad. Las sales y álcalis aún en cantidades reducidas ocasionan deterioro en los adobes expuestos a ciclos de humedecido y secado. El problema principal radica en la identificación de los elementos nocivos y en los porcentajes máximos admisibles. Requisitos de Selección Como la adición de asfalto no altera significativamente la resistencia mecánica, el encogimiento, ni la trabajabilidad del barro se han tomado como especificaciones de partida las usualmente empleadas para adobes comunes secados al sol.

Granulometría: Según el sistema SUCS, las partículas que pasan la malla ASTM N° 200 son clasificados como limos y arcillas. Los tipos de suelos requeridos deben tener un contenido de 55% a 75% de arena (retenidas en la N° 200) y de 25% a 45% de materiales finos (limos más arcillas). La proporción ideal de arcilla sería el 15%, según la "Clasificación Internacional" arena (2 a 0.02 mm.), limo (0.02 a 0.002 mm.), arcilla (0.002 a 0.0002 mm.) Contenido de Sales Solubles en agua: El máximo porcentaje permisible sería el 0.2%. Resistencia Mecánica: Son las mismas que para suelo estabilizado. Ensayos de Campo: Existe una serie de ensayos de campo, para estimar la factibilidad de un suelo, dichos ensayos se especificarán más adelante. Estabilizadores Asfálticos Empleados: Asfalto RC - 250 Llamado popularmente "Asfalto de Caminos", sustancia viscosa de color oscuro, disponible en cilindros de 54 galones a granel, transportado en camiones cisternas.

La temperatura ideal de mezclado varía de 27 °C a 66°C.

Otros:

La utilización de emulsiones asfálticas se ve limitada en nuestro medio por la restringida producción, proyecciones de costos denotan un precio 2 veces mayor que el asfalto RC - 250 y los ensayos realizados con emulsiones mostraron un consumo requerido 3 veces mayor.

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 líquido de la fracción fina no puede ser mayor de 40 ni el índice plástico superior a 18. Cuando los materiales bituminosos se emplean como agentes estabilizantes de los suelos, tienden a producir distintos efectos según el tipo de suelo que deba estabilizarse. En líneas generales, los efectos se dividen en tres grupos principales:

a) Suministrar resistencia cohesiva a suelos sin cohesión propia, tales como arenas limpias, donde el asfalto actúa como agente ligante de las partículas. Este tipo de estabilización es generalmente llamada "arena-asfalto". b) Estabilizar el contenido de humedad de los suelos finos cohesivos. Este tipo de estabilización se denomina "suelo-asfalto". c) Suministrar resistencia cohesiva e impermeabilizar suelos granulares que poseen altos valores de resistencia friccional. Cuando en este tipo de estabilización se utilizan gravas de yacimiento, se la conoce con el nombre de "grava-arena-asfalto".

Los asfaltos son también usados en caminos de tierra o grava a los efectos de lograr una superficie libre de polvo, impermeable al agua y resistente a la abrasión del tránsito Este

tratamiento se utiliza para suelos gruesos o finos con plasticidad donde sólo se desea un tipo inferior de camino. Sobre estas bases el HIGHWAY RESEARCH BOARD (HRB) establece cuatro tipos de estabilización bituminosa de uso común, y de acuerdo con la composición física del suelo disponible en cada caso y la función del asfalto incorporado, las designa de la siguiente forma: a) Suelo-asfalto: es un sistema de suelo cohesivo a prueba de agua (impermeabilizado). b) Arena-asfalto: es un sistema en el cual las arenas de playa, médanos, yacimientos o de ríos, que cumplen determinadas condiciones mínimas de estabilidad, son cementadas con material bituminoso. c) Estabilización granular impermeabilizada: es un sistema en el cual suelo grueso natural o mezcla granular, que posee buena graduación de partículas de gruesas a finas, es cementado e impermeabilizado mediante la distribución uniforme de pequeñas cantidades de asfalto. d) Suelo-aceitado (o emulsionado): es una superficie de camino de tierra o grava resistente al agua y a la abrasión del tránsito mediante la aplicación de “road-oils”, asfaltos diluidos de curado lento y medio, o emulsiones asfálticas de rotura lenta.

PRINCIPIOS DE LA ESTABILIZACIÓN BITUMINOSA Cuando se tratan los suelos con o sin cohesión propia con ligantes bituminosos con un único propósito, lograr su estabilización, se debe destacar que existe una marcada diferencia en la conformación y comportamiento de la estructura inerte-betún según se utilice uno u otro material como árido. Por lo tanto, para comprender el papel que desempeña en dicha estructura cada uno de sus componentes, debe efectuarse el análisis teórico considerando las dos estructuras separadamente. a) Sistema suelo-betún. b) Sistema arena-betún. c) Sistema granular-betún (grava-arena-asfalto o suelo arena-asfalto) a) En el primer sistema la estabilidad de la estructura depende esencialmente de la fricción interna del árido y de la cohesión del ligante arcilla-agua del mismo. El

betún actúa corno agente impermeabilizante impidiendo así el acceso de agua al suelo y su acción perjudicial sobre el ligante arcilla-agua.

Como concepto fundamental se debe destacar que en este sistema la función primordial del betún no es producir cohesión sino proteger la cohesión del ligante arcilla-agua. Con respecto a la forma como actúa el asfalto para producir el efecto impermeabilizante en los suelos se admite que el ligante bituminoso obtura los conductos capilares del suelo impidiendo el acceso de agua una vez que la humedad de la mezcla se vaya parcialmente evaporando, permitiendo así adquirir a la misma, la estabilidad necesaria para soportar las solicitaciones a que estará sometida. En apoyo a estas hipótesis puede citarse el hecho de que aumentando el tiempo de mezclado del suelo con el material bituminoso, más allá de ciertos límites, se verificaría una sensible disminución de la estabilidad de la mezcla a causa de una mayor distribuci6n del betún que va recubriendo paulatinamente las partículas del suelo perturbando así el efecto cohesivo del ligante arcilla-agua. Por otra parte, es fácil verificar mediante observaciones con lupa de gran aumento que el betún se fija en los conductos capilares del suelo.

Asimismo, si a un suelo con plasticidad se le adiciona una cantidad excesiva de asfalto como para recubrir sus partículas, se observaría una sensible pérdida de estabilidad como consecuencia del mismo fenómeno. b) En el segundo sistema donde el árido, de fricción interna adecuada, carece de cohesión propia, esta debe ser aportada por el betún y por ello se observa que la cantidad de asfalto que interviene en estas estabilizaciones es superior a la del sistema anteriormente mencionado. En consecuencia la estabilización de estas arenas con materiales asfálticos implica la incorporación, hasta cierto límite, de mayores porcentajes de betún hasta recubrir las partículas y producir así el efecto ligante entre ellas. Un exceso de asfalto puede afectar la estabilidad del sistema por una disminución de la resistencia friccional de la arena.c) Por último, debe destacarse que pueden existir estabilizaciones bituminosas donde el betún cumpla, con ambas funciones, es decir, aportando cohesión faltan

Estabilización de suelo con asfalto MATERIALES Se describen a continuación los materiales más apropiados para las estabilizaciones bituminosas. 1. Arena -Asfalto Arenas: las arenas pueden ser de río, playa, médanos o de yacimiento, libres de terrones de arcilla, vegetales y materia orgánica. La granulometría no es restrictiva ya que como se indica en la Tabla 1, puede utilizarse un amplio rango para la misma. El índice de plasticidad debe ser inferior a 10 y si es posible menor que 6. La textura rugosa y angular de la arena le confiere alta estabilidad. Las arenas con partículas lisas y redondeadas poseen bajas estabilidades pudiéndose incrementar estas últimas mediante la incorporación de un material más fino, como relleno mineral o filler. Materiales Bituminosos: son de aplicación los asfaltos diluidos de endurecimiento rápido: ER-1, ER-2 y ER-3 y las emulsiones de rotura lenta EB-L.

2. Suelo-Asfalto Suelos: las arenas limosas o arcillosas, las arcillas arenosas o limosas constituyen los suelos más apropiados para este tipo de estabilizaciones. Antes de mezclar el suelo con el material bituminoso, éste debe estar suficientemente húmedo para facilitar la distribución del material asfáltico durante el mezclado y el desmenuzamiento de los terrones de suelo que pudieren existir.

Aunque se admite un amplio rango de tipos de suelos que pueden ser estabilizados con materiales bituminosos, solo los suelos que cumplen con los requisitos indicados en la Tabla N0 1 permiten lograr resultados satisfactorios Debe

tratarse

que los suelos sean

bien

graduados y con cierta plasticidad sin

superar

el

límite indicado y no

contener

materias orgánicas.

3.3.4 ESTABILIZACIÓN CON CLORURO DE SODIO (NACL) y ESCORIAS DE FUNDACION

3.3.4.1 ESTABILIZACIÓN DE SUELOS POR ESCORIAS DE FUNDICIÓN Las escorias son un subproducto de la fundición de la mena para purificar los metales. Se pueden considerar como una mezcla de óxidos metálicos; sin embargo, pueden contener sulfuros de metal y átomos de metal en forma de elemento. Aunque la escoria suele utilizarse como un mecanismo de eliminación de residuos en la fundición del metal, también pueden servir para otros propósitos, como ayudar en el control de la temperatura durante la fundición y minimizar la re-oxidación del metal líquido final antes de pasar al molde. La escoria tiene muchos usos comerciales y raramente se desecha. A menudo se vuelve a procesar para separar algún otro metal que contenga. Los restos de esta recuperación se pueden utilizar como balasto para el ferrocarril y como fertilizante. Se ha utilizado como metal para pavimentación y como una forma barata y duradera de fortalecer las paredes inclinadas de los rompeolas para frenar el movimiento de las olas. En la Estabilización de suelos se utiliza comúnmente en carpetas asfálticas para darle mayor resistencia, impermeabilizarla y prolongar su vida útil. Las Escorias y sus variedades, resultan un elemento esencial en el proceso de mejorado y construcción de suelos y caminos, agregando valores tales como: 

ACCESIBILIDAD EN TIEMPO Y LUGAR



TRANSITABILIDAD



AGILIDAD

Las escorias siderúrgicas están constituidas por productos resultantes de procesos industriales destinados a obtener, en primer lugar el arrabio, y en segundo lugar el acero, hoy consideradas universalmente como una fuente potencial de materias primas artificiales de bajo costo.

3.3.4.2 ESTABILIZACIÓN CON CLORURO DE CALCIO (CACL2) El cloruro de calcio se obtiene como un subproducto en forma de salmuera en algunos procesos industriales, aunque también se puede obtener de algunos arroyos y pozos naturales siendo la fuente más común el obtenido en la elaboración de carbonato de sodio mediante procedimientos químicos. La solubilidad del cloruro de calcio es de 60 g aproximadamente, por cada 100 c.c. de agua destilada a 0º C, o de 159 g aproximadamente, por cada 100 c.c. de agua destilada a 100º C. El cloruro cálcico es uno de los agentes estabilizadores de suelos más económicos, siendo usado, por los beneficios que reporta, tanto en la construcción de capas de sub-base y base para autopistas y carreteras, como en capas de rodadura de caminos ordinarios de tierra. El cloruro, debe advertirse, no convierte un suelo en un material con las características del suelo - cemento, por ejemplo, sino que origina cambios en el suelo que son a veces intangibles, pero que mejoran la estabilidad de los pavimentos y reducen el coste de la conservación.

Se ha demostrado que con la adición de cloruro de calcio disminuyen las fuerzas de repulsión entre las arcillas, pero hay autores que inclusive aseguran que la película de agua que rodea a las partículas se ve eléctricamente reforzada con la adición del cloruro de calcio, a tal grado que se incrementa notablemente la cohesión aparente. Como en el intercambio catiónico se sustituye un ión Ca++ por 2 iones Na+, la doble capa se ve reducida en su espesor lo que hace que se reduzca el potencial eléctrico y en consecuencia se reduzcan las fuerzas de repulsión entre las partículas.

Se ha encontrado un incremento en los pesos volumétricos hasta en un 11% con la adición de 0.5 a 3% de cloruro de calcio, según el tipo de suelo. Sin embargo, existen datos que reportan disminuciones en el peso volumétrico con respecto a un suelo arcilloso que no contenga el cloruro de calcio.

Así también se tiene que el cloruro de calcio ayuda a mantener constante la humedad en un suelo pero desafortunadamente esta sal es muy fácilmente lavable. Se reduce la evaporación y es capaz de absorber hasta 10 veces su propio peso cuando las condiciones de humedad son altas en el medio ambiente, pudiéndose mantener dicha humedad en sus dos terceras partes durante un día de calor seco, lo que hace de esta sal un producto muy

eficaz cuando se trata de evitar la formación de polvo en terracerías, lo que acepta el Cuerpo de Ingenieros para el caso de caminos con tránsito muy ligero. Efectos en los Suelo El cloruro cálcico es una sal delicuescente. Puede disolverse completamente absorbiendo humedad de la atmósfera cuando la humedad relativa del aire está por encima de ciertos valores. (Figura 1). Una solución de cloruro tiene una presión de vapor más baja que el agua pura, por lo que las moléculas de agua en la solución se evaporan más lentamente que las moléculas del agua pura. Debido a estas propiedades es por lo que se usa el cloruro como paliativo del polvo. La humedad que imparte la adición de cloruro a la superficie de un camino de tierra mantiene los áridos más estables que en uno sin tratar. Al perderse menos áridos se realiza una economía importante en la conservación de los caminos La propiedad del cloruro cálcico de retener el agua de la solución es beneficiosa durante el proceso de compactación. Al evaporarse el agua con más dificultad, se requieren menos pasadas con el tanque regador para mantener la humedad cercana a la óptima para el esfuerzo de compactación usado. Esto es beneficioso en regiones áridas, donde escasea el agua. Para un mismo esfuerzo de compactación los suelos tratados con cloruro suelen producir una densidad seca mayor. (Figura 2). Como la resistencia es función de la densidad, los beneficios de obtener una mayor densidad son obvios (Figura 3). Con la adición de cloruro cálcico se puede obtener una densidad determinada con un número menor de pases con el equipo compactador. El aumento en densidad parece estar originado por una modificación en el estado de floculación de las partículas arcillosas del suelo, unido a una mayor facilidad para que las partículas gruesas cambien de posición durante el proceso de compactación. El estado de floculación o dispersión de las partículas de arcilla depende de la concentración de la sal. En el suelo de la Figura 2 cantidades de cloruro mayores que un 1 % cambian el estado de floculación, disminuyendo la densidad máxima para el mismo esfuerzo de compactación. Una solución de la sal cloruro cálcico se congela a una temperatura menor que el agua pura. La temperatura de congelación de la solución depende de la concentración de la sal (Figura 4). Por consiguiente los suelos tratados con cloruro cálcico sufren menos los efectos del hielo y deshielo, debido a que están helados por un tiempo total menor.

Los suelos tratados con cloruro experimentan una densificación, o encalque, debido exclusivamente al cloruro. A esta densificación se la identifica como el “curado·, porque tiene lugar después de la compactación. El aumento en densidad durante el curado parece estar relacionado con la disminución en el espesor de las películas de agua que rodean las partículas del suelo debida a la pérdida de parte de la humedad de la capa estabilizada. La pérdida de humedad durante el curado favorece también la concentración de la solución de cloruro, aumentando la tensión superficial de la concentración, lo que también puede contribuir al incremento en la densidad observado. Este aumento en la densidad durante el periodo de curado contribuye según Burggraf (2) con un 90 % en la estabilidad de los suelos tratados con cloruro.

Otras de las propiedades del cloruro es que suministra iones de calcio que pueden ser intercambia- dos por otros iones en la superficie de las partículas de arcilla, mejorando sensiblemente la plasticidad de las arcillas montmorilloníticas y reduciendo el hinchamiento de las mismas cuando absorben agua.

Para obtener el máximo beneficio del tratamiento con cloruro cálcico se requieren pocas cantidades de este producto (Figuras 2 y 3). La cantidad de cloruro a añadir es generalmente entre 3 y 10 kilogramos por tonelada métrica de suelo a tratar para la construcción de cimientos (bases y sub-bases) de pavimentos. En aplicaciones superficiales se puede emplear medio kilo por metro cuadrado, repitiendo la aplicación cada vez que se observe excesiva sequedad en la superficie de la carretera, y siempre que la humedad relativa sea mayor que la crítica para la temperatura del pavimento durante parte del día.

Limitaciones de su Empleo Se recomienda el uso de cloruro en suelos bien graduados y que cumplan, si es posible, con las recomendaciones dadas en la Norma D 1242 de la ASTM o la M 147 de la AASHTO. Con suelos diferentes de los anteriores se deben efectuar ensayos previos de laboratorio para determinar si el cloruro aumenta la densidad del suelo, si es éste el fin que se persigue.

Uno de los inconvenientes de su empleo es que al disolverse fácilmente en agua puede ser arrastrado por las aguas de lluvia; de aquí que sea necesario repetir el tratamiento

periódicamente cuando se emplea como paliativo del polvo.

Cuando se usa en tratamientos superficiales, parte del cloruro se puede acumular debajo de las aletas, o en otras partes, de los vehículos. Como el cloruro es bastante higroscópico, mantiene la humedad allí donde se acumula. Esto puede acentuar la corrosión de las partes metálicas de los vehículos. Afortunadamente los constructores de automóviles están modificándolos para disminuir la posible acumulación de las sales presentes en la superficie de los caminos estabilizados y sobre todo, de las sales usadas para acelerar el deshielo en épocas de nevadas. Últimamente se ha generalizado el cubrir las partes descubiertas debajo de los vehículos con una película de caucho. En fin otro método de luchar contra la acumulación de sales debajo de los vehículos es lavarlos de vez en cuando.

Construcción

En los trabajos de estabilización de suelos es necesario utilizar maquinaria de distintos tipos. Sin embargo, en esta necesidad radica la economía de los métodos de estabilización de suelos, pues el realizar las dosificaciones, mezclado, distribución, compactación, etc. a mano, sin maquinaria, sería una tarea muy costosa aun en los países en los que la mano de obra es barata. Además, el producto final trabajado a mano sería de una calidad tan inferior que no se podrían construir pavimentos duraderos con él. Afortunadamente se pueden usar varios tipos de maquinaria en cada una de las fases de la estabilización de suelos, aunque se ha de reconocer que unos tipos producen mejor material, más uniforme, o son más económicos de manejar que otros.

La dosificación y mezcla de los materiales es más perfecta cuando se usan plantas estacionarias; sin embargo, estas plantas sólo pueden utilizarse en canteras que producen áridos con la granulometría deseada mezclando otros áridos de tamaños diferentes. La incorporación del cloruro en plantas estacionarias se puede realizar de un modo automático utilizando dosificadores y cintas transportadoras existentes en la planta o adaptando dosificadores especiales para aditivos. Las plantas que producen suelo tratado con productos estabilizadores deben estar dotadas de un mezclador de paletas para producir una mezcla uniforme.

La distribución del cloruro en el campo, para mezclas “in-situ” o para tratamientos superficiales, varía según se emplee el cloruro en estado sólido o en solución acuosa. Existen

aparatos especiales para la distribución en estado sólido que se montan en la

parte

posterior de camiones con caja volquete. Se puede también distribuir a pala desde un camión marchando a poca velocidad. La distribución del cloruro en solución puede hacerse utilizando los camiones-cisterna regadores.

El mezclado del cloruro con los agregados se puede efectuar “insitu” con rotomezcladores de varias pasadas, tipo “pulvimixer”, o con los que requieren solamente una pasada. Estos rotamezcladores producen una mezcla muy uniforme y son los que se aconseja usar. Si no se dispone de rotomezcladores, se puede efectuar un mezclado bastante adecuado sirviéndose de motoniveladoras o, en última instancia, de los arados de discos. En ocasiones será necesario escarificar previamente el material existente para poder realizar el proceso del mezclado. La compactación no presenta generalmente muchas dificultades pues todo contratista suele disponer de un surtido de máquinas compactadoras. Si el cloruro se utiliza para estabilizar un suelo friable, suelto, los rodillos de pata de cabra no podrán compactar este material. La combinación de compactadores de neumáticos, de ruedas planas de acero, vibradores, etc. y el número de pases con cada compactador depende de las condiciones de trabajo, tipo de suelo y compactadores disponibles. La experiencia del ingeniero encargado es la que debe dictar el orden de empleo de cada compactador y número de pases necesarios para obtener la densidad deseada de la manera más económica posible.

Después de terminada la compactación se aconseja dejar el pavimento estabilizado que se cure por un periodo de dos a siete días, según las condiciones atmosféricas locales.

El extendido y nivelación, en los caminos en los que se emplee el cloruro como tratamiento superficial, deben hacerse de tal manera que el perfil transversal del pavimento quede terminado en forma de A, y no en forma parabólica o circular. La pendiente transversal debe ser del 3,5 al 4%, para que las aguas de lluvia escurran con facilidad y el cloruro que arrastren sea mínimo.

Conservación La conservación de capas de base o sub-base tratadas con cloruro cubiertas con capas de rodadura es prácticamente nula, como se puede comprender, en lo que se refiere al suelo

estabilizado con cloruro. En este caso la conservación se reduce a mantener la capa de rodadura en buen estado.

En tratamientos superficiales es muy necesaria la conservación si se desea prolongar la vida del pavimento. Se debe aplicar cloruro cada vez que se note una excesiva seque- dad en la superficie. El número de pasadas con motoniveladora en carreteras tratadas con cloruro es menor que en carreteras sin tratar, pero no debe descuidarse el dar una pasada con la motoniveladora cuando la carretera lo necesite, y a ser posible después de una lluvia.

Efectos del cloruro cálcico como agente estabilizador de suelos EFECTOS BENEFICIOSOS a) Mantienen estable la humedad durante el proceso de compactación. b) Aumenta la densidad máxima para un mismo esfuerzo de compactación. c) Mantiene la superficie del pavimento húmeda, reduciendo la formación de

polvo con el tránsido y reteniendo los agregados en la carretera. d) Rebaja la temperatura de congelación del agua, por lo que los suelos sufren

menos los efectos de la helada. e) Aumenta la densidad durante el “curado”. f) Suministra cationes de calcio, que pueden mejorar las características de las

arcillas del grupo mont morillonítico. LIMITACIONES a) Se recomienda emplear con suelos bien graduados. b) Se disuelve y es arrastrado por las aguas de lluvia. c) Para usarse como paliativo del polvo la humedad relativa debe de ser

mayor que la crítica durante parte del día. d) Cuando se usa en tratamientos superficiales, partículas de cloruro se pueden

depositar en los vehículos acentuando la corrosión de las partes metálicas. e) Que en el medio ambiente se tenga una humedad relativa superior al 30% f) Que se tengan minerales que pasen la malla 200 y que estos reaccionen

favorablemente con la sal. g) Que el nivel freático no se encuentre a distancias que provoquen la

emigración de la sal.

ESTABILIZACIÓN CON CLORURO DE SODIO (NACL) El cloruro de sodio se produce mediante 3 métodos. El más antiguo consiste en el empleo del calor solar para producir la evaporación del agua salada, con lo que se obtienen los residuos de sal. Otro método consiste en la extracción directa de las minas de sal y el método más reciente consiste en la evaporación del agua de mar mediante el empleo de hornos.

El cloruro de sodio se presenta en forma de cristales, fácilmente solubles en agua, los cuales son higroscópicos y se les consigue en el mercado constituyendo cristales grandes o polvo fino y con diferentes grados de pureza (la ASTM y la AASHTO han fijado especificaciones al respecto).

Con la adición de sal al agua, se puede abatir la temperatura de congelamiento de ésta última. Se han reportado casos en los que el empleo de 2 a 3% de sal abatió el punto de congelamiento de un suelo hasta 2º C.

Las soluciones que contengan cloruro de sodio (NaCl) disuelto, presentan una mayor tensión superficial que en el caso del agua destilada y en 1% de sal incrementa la tensión superficial en 1 a 2 dinas por cm2, asimismo, la adición de sal al agua abate la presión de vapor. Los cambios en el agua, debidos a la adición de sal, tanto en el punto de congelación como en la tensión superficial y la presión de vapor, dependen de la solubilidad de la sal. Ahora bien, la sal se adiciona al agua en pequeños porcentajes, ésta se disuelve rápidamente pero a medida que el porcentaje adicionado va siendo más elevado, la sal se disuelve con más dificultad y se tendrá un cierto porcentaje más allá del cual la sal ya no se disuelve.

En lo que respecta a la estabilización de suelos con Cloruro de Sodio se ha discutido mucho en lo concerniente al cambio en el peso volumétrico de una arcilla con la adición de esta sal, pues mientras algunos investigadores aseguran un pequeño incremento, otros no han encontrado tal cosa; pero en lo que sí parece existir un común acuerdo, es en que la adición de sal hace que se disminuya la humedad óptima. Se admite teóricamente que el cloruro de sodio ocasiona que la arcilla se estructure en forma dispersa, produciéndose así un acercamiento entre las partículas y en consecuencia un mayor peso volumétrico, pero en la práctica este criterio no se ha verificado en todos los casos, por lo que no se debe generalizar.

Al agregar la sal se considera que se reduce la evaporación del agua debido al incremento en la tensión superficial. Sin embargo, cuando la aportación de agua a la superficie expuesta es menor que la evaporación, la superficie se empieza a secar y el cloruro de sodio se cristaliza en la superficie y en los vacíos, lo que puede ayudar a formar una barrera que impedirá posteriores evaporaciones.

En el caso del empleo del cloruro de sodio se han tenido en México aplicaciones exitosas, como en las terracerías de las salinas de Guerrero Negro, California, en donde éstas están constituidas por arenas de mar compactadas con agua de mar y cuya condición salina se mantiene siempre constante, pero existen otras experiencias como las de las aeropistas de Loreto e Islas Marías, cuyas bases fueron compactadas con agua de mar y los tratamientos superficiales posteriormente colocados, se han desprendido formando ámpulas que se destruyen fácilmente por los efectos abrasivos de las llantas. De lo anterior se deduce que es de suma importancia tener conocimiento de la reacción íntima entre la sal y el suelo, así como la permanencia a través del tiempo de la estabilización lograda y sus efectos colaterales que causaría, en algunos elementos de la estructura del camino.

Se tiene que se ha logrado mayor efectividad y durabilidad de los efectos de la sal a medida que el límite líquido es más alto. Según lo manifiestan algunos investigadores, la adición de sal en una arcilla produce un decremento en la contracción volumétrica o lineal y estos cambios físicos, la formación de costra superficial y la reducción de la variación en la humedad, mantienen más unidas las partículas no arcillosas y cuando estas se encuentran en la superficie, se desprenden con menor facilidad cuando sufren los ataques abrasivos del tránsito.

Las técnicas empleadas para la incorporación de sal a un suelo, son generalmente las mismas empleadas en otros tipos de aditivos y varían desde la sofisticada mezcla en plantas con alto grado de control, hasta la simple mezcla en el lugar realizada con el equipo tradicional en la construcción de pavimentos.

Si se desea utilizar el equipo tradicional, los pasos a seguir son: 

Escarificación y Disgregación: Consiste, en la disgregación de la superficie del terreno y su posterior compactación a efectos de homogeneizar la superficie de

apoyo, confiriéndole las características prefijadas de acuerdo con su situación en la obra.



Adición de cloruro de sodio: Se añade el cloruro de sodio a la superficie disgregada



Adición del agua: Se agrega Agua al Cloruro de Sodio



Mezclado con motoconformadora: Todo se Mezcla con maquinaria.



Tendido y compactación

Cuando el mezclado se hace en planta ha sido práctica común adicionar la sal en forma de solución y cuando se intente la estabilización con sal deberán tenerse presentes las siguientes limitaciones: 

El cloruro de sodio es muy útil en climas con problemas de congelamiento.



Se puede esperar un mejor resultado si el suelo contiene material fino que reaccione con la sal.



La materia orgánica inhibe la acción de la sal.



El rodillo pata de cabra no ha dado buenos resultados en la compactación de suelos con sal adicionada.



Es indispensable la intervención de un técnico especializado en todo estudio de estabilización con sal, incluyendo las pruebas correspondientes.

Comportamiento de suelos estabilizados con cloruro de sodio Pocos son los trabajos publicados que presentan en detalle el comportamiento esfuerzodeformación de suelos estabilizados con cloruro de sodio.

Existen varios autores que han estudiado el efecto del cloruro de sodio en las propiedades de los suelos, principalmente en las propiedades físicas y entre las principales observaciones podemos citar las siguientes:

a. El peso volumétrico seco y la resistencia a la compresión se incrementan al adicionar

cloruro de sodio hasta en un 3%.

El límite líquido y el índice plástico se reducen al adicionar cloruro de sodio.

b. La cohesión y el ángulo de fricción interna parecen disminuir al adicionar cloruro de sodio y en especímenes en los que no se permita la pérdida de humedad. Parece que si se permite el secado antes de ensayar los especímenes tanto la cohesión como el ángulo de fricción aumentan de manera importante.

c. Las partículas de roca caliza parecen ser solubles a soluciones de cloruro de sodio.

d. La capacidad de retención de humedad aumenta en los suelos tratados con cloruro de sodio.