Estabilización de suelos con Cal
1.
Definición
Este proceso consiste en la modificación de suelos (preferentemente los arcillosos) mediante la adición de cal, para lograr un propósito en específico (secarlos, modificarlos o estabilizarlos). estabilizarlos).
2.
Terminología
Con la finalidad de promover un mejor entendimiento del tema, a continuación se explican los términos empleados comúnmente en el Tratamiento de Suelos con Cal.
Absorción. Proceso por el cual un líquido o una mezcla de gases y líquidos es absorbido por los poros de un cuerpo sólido, acompañado generalmente por el cambio físico o químico en la materia.
Adsorción. Proceso por el cual un líquido o una mezcla de gases y líquidos quedan suspendidos en la superficie de un cuerpo sólido, sin ingresar a sus poros. La diferencia entre absorción y adsorción se muestra en la Figura 2.
Arcilla. Son un grupo de minerales (filo-silicatos), cuyas propiedades físico-química físico-químicas s dependen de su estructura y de su tamaño de grano, muy fino (< 2 μm ). La arcilla no es un mineral sino un agregado de minerales y de sustancias coloidales (de tamaño diminuto) que se han formado mediante la desintegración química de las rocas alumínicas (fig. 3). Está compuesta principalmente por sílice, alúmina y agua, conteniendo también otras sustancias como fragmentos de rocas, de óxidos hidratados de hierro, álcalis y materiales coloidales.
CBR. Mejor conocida como capacidad de soporte; es un ensayo que mide la resistencia al corte de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad controladas, permitiendo obtener un porcentaje (%) de la relación de soporte. El CBR (California Bearing Ratio) está definido como la fuerza requerida para que un pistón normalizado penetre a una profundidad determinada, expresada en porcentaje de fuerza necesaria para que el pistón penetre a esa misma profundidad y con igual velocidad, en una probeta normalizada constituida por una muestra patrón de material (fig. 4). La expresión que define al CBR es la siguiente: CBR = (Carga unitaria del ensayo / Carga unitaria patrón) x 100 (%).
Filo-silicatos. Son compuestos de sílice que forman estructuras planas (hojas) de anillos hexagonales unidos entre sí. Son los constituyentes básicos de las arcillas (fig. 5). Son en general muy blandos y de peso específico bajo.
Friabilidad. Característica del suelo que le permite desmenuzarse con facilidad en partículas pequeñas bajo la acción de un esfuerzo externo.
Índice de plasticidad. Es un parámetro físico que se relaciona con la facilidad de manejo del suelo, por una parte, y con el contenido y tipo de arcilla presente en el suelo, por otra (fig. 6). Se obtiene de la diferencia entre el limite liquido y el limite plástico: IP = LL – LL – LP > 10 plástico. IP = LL – LL – LP < 10 no plástico.
Límites de Atterberg. Los límites de Atterberg o límites de consistencia se utilizan para caracterizar el comportamiento de los suelos finos. Se basan en el concepto de que en un suelo de grano fino sólo pueden existir cuatro estados de consistencia según su humedad: Sólido, Semisólido, Plástico y Líquido. Los contenidos de humedad en los puntos de transición de un estado al otro, son los que se denominan Límites de Atterberg (fig. 7).
pH. Es una medida de la acidez o alcalinidad (basicidad) de una sustancia, determinada en función de la concentración de iones hidrógeno (ú hidróxidos),
presentes
en
una
solución. Indirectamente, funciona
como un indicativo de la cantidad de iones de calcio, liberados durante la reacción de la cal con el suelo.
Prueba Próctor Estándar. Ensayo empleado para reproducir en laboratorio las condiciones de compactación del suelo en obra. Consiste en compactar el suelo a emplear en tres capas dentro de un molde de forma y dimensiones normalizadas, por medio de 25 golpes en cada una de ellas con un pisón de 2.5 kg de peso, el cual se deja caer libremente desde una altura de 30.5 cm. En la figura 8 se ilustra le equipo para realizar la prueba.
Prueba Próctor Modificada. Es una prueba muy similar a la prueba estándar, la diferencia radica en que se modifican las condiciones de aplicación (aumentando el número de capas de 3 a 5; el número de golpes en cada uno de ellas de 25 a 55; el peso del pisón cambia a 4.5 kg y la altura de caída a 45.7 cm ).
Solución Amortiguadora. Son soluciones preparadas químicamente que amortiguan o minimizan las variaciones del pH y ayudan a mantenerlo constante. Normalmente se emplean en los laboratorios como referencia en la calibración de los medidores de pH.
Sulfato soluble. Compuesto de azufre presente en algunos suelos, que limita el correcto desempeño de la cal en el proceso
de
estabilización, estabilizació n,
formando
compuestos expansivos, como la etringita (sulfoaluminato
tricálcico, ver fig. 10), que pueden llegar a romper las capas ya extendidas y compactadas del suelo.
3. Factores Clave Existen factores de gran importancia que sirven de indicativos para determinar cuándo un suelo es conveniente practicarle un tratamiento con cal. Dentro ellos destacan: a) b) c)
Un Un
índice contenido
Ausencia
de de
de
plasticidad finos
materia
no
igual menor
vegetal,
al como
o
mayor
5%
(tamiz
troncos,
a
10
0.063
mm)
raíces,
etc.
d) Un contenido de sulfatos por abajo del 1% El índice de plasticidad sirve como indicativo de qué tan arcilloso es el suelo. Otro dato que puede ser de utilidad, en este sentido, es el contenido de arcillas, el cual puede determinarse mediante un análisis químico y se recomienda que sea mayor al 7%. Cuando un suelo no contiene este contenido mínimo de arcillas o es del tipo arenoso, podemos mezclarlo con materiales que aumenten este contenido de arcillas o buscando otros alternos, como serían las cenizas
volantes (fly-ash) y escoria de alto horno, que contienen un alto contenido de sílice y alúmina, elementos que nos producen una excelente reacción con la cal para lograr tener un mejor cementante. Por otro lado, el contenido de finos asegura el contacto íntimo entre la cal y las partículas del suelo y por lo tanto se favorecen las reacciones químicas que producen la estabilización permanente. Eliminando la materia vegetal evitamos que haya interferencia en el desempeño de la cal, ya que esta materia absorbe la cal y aumentaría la dosificación en peso de nuestro suelo a tratar. Cuando existen sulfatos y fosfatos solubles en altas concentraciones (arriba del 1%) es conveniente hacer una adecuación al tratamiento para poder lograr tratarlos. Sin embargo, aunque estos factores son una clara referencia para determinar la viabilidad del tratamiento con cal, tampoco son limitativos en el sentido estricto. Es decir, siempre que sea posible, se recomienda efectuar un análisis detallado de todas las características del suelo, a fin de tener una mayor certeza sobre la aplicación de este proceso. También es importante mencionar que en algunos países los factores mencionados arriba, pueden tener algunas variaciones, en función de su legislación o del tipo de uso previsto para el suelo.
4. Tipos de cal Refiriéndonos al tipo de cal de acuerdo a sus componentes,
existen
diversos
tipos
con característic características as
particulares que las hacen más apropiadas para ciertas aplicaciones. En términos generales, podemos afirmar que las más empleadas en el tratamiento de suelos, debido a su reactividad, son las cales del ricas en calcio (High Calcium Lime). Las cales dolomíticas son menos reactivas y por su considerable contenido de magnesio, su uso está limitado al mejoramiento de suelos agrícolas.
Por otro lado, en cuanto al tipo de cal en función de su presentación y con un enfoque a las características físicas del suelo (su contenido de humedad, principalmente), resulta bastante lógico deducir qué tipo de cal emplear y la forma de aplicación más adecuada para nuestro propósito. Así, podemos decir que para un suelo seco, seco, lo recomendable recomendable es emplear una lechada de cal hidratada, hidratada, lo cual permitirá aportar la cantidad de agua necesaria para que se inicien y desarrollen las reacciones físicoquímicas entre los componentes del suelo y la cal. De este modo, el proceso será más rápido y eficiente. Para el caso de un suelo con un contenido de humedad moderada, podemos emplear la cal hidratada en polvo, debido a que no necesita una gran cantidad de humedad para reaccionar y por otro lado, se aprovecha la que posee el suelo, sin llegar a secarlo demasiado.
Finalmente, para el caso extremo de un suelo saturado de humedad, resulta más conveniente emplear cal viva en polvo, ya que además de aportar material seco, producirá un efecto de secado en el suelo, debido a una reacción fuertemente exotérmica, la cual provoca incrementos en la temperatura y evaporación del agua en exceso. Para llevar un control adecuado de la calidad en el proceso del tratamiento de suelos con cal, es necesario seguir las siguientes recomendaciones: 1.
Contenido óptimo óptimo de cal (Prueba de Eades&Grim Eades&Grim ASTM 6276)
2.
Dosificación en campo(Peso del envío/área a aplicar) aplicar)
3.
Profundidad del suelo a tratar tratar (No exceder la del proyecto)
4.
Pulverización del suelo (Contacto íntimo entre la arcilla y la cal)
5.
Mezclado Eficiente (Homogenización de la mezcla suelo + cal)
6.
Humedad óptima (mínimo un 3% arriba del suelo sin tratar, antes y después del mezclado) mezclado)
7.
Compactación mínimo mínimo del 95% 95% es recomendable recomendable con equipo equipo adecuado para suelos finos. finos. (compactador pata de cabra o similar).
Adicionalmente, se se deben tener en cuenta algunos factores, como como el viento, la cercanía con con lugares poblados, la época del año, disponibilidad de agua, equipo de mezclado y compactación adecuado, entre otros, que pueden influir en la determinación del tipo de cal que se va a emplear. Independientemente del tipo de cal a emplear, es importante destacar que el contenido de óxido de calcio disponible para reaccionar deberá ser como mínimo del 85%, ya que de esto depende la eficiencia del producto y la cantidad del mismo.
