libro: manual práctico para la estabilización de suelos con cal

MANUAL PRACTICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE SUELOS CON CAL 1

LIBRO: MANUAL PRÁCTICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE SUELOS CON CAL

PARTE: 1. TÉRMINOS DE REFERENCIA

TÍTULO: 02. TERMINOLOGÍA

Capítulo 1

TERMINOLOGÍA

Hacer un glosario de términos, para que el usuario del manual logre un claro aprendizaje en las explicaciones de procesos, pruebas y resultados por obtener. En el presente capítulo se presenta un glosario de términos, para que el usuario del manual logre un claro aprendizaje en las explicaciones de procesos, pruebas y resultados por obtener. Esto se hace con objeto de evitar confusiones terminológicas que provienen de la amplia acepción que tiene el idioma Castellano o Español, de acuerdo a los diferentes países, regiones, zonas y áreas de aplicación tecnológica en donde se usa o aplica. Los términos que a continuación se presentan son los usados en este manual y quizás puedan variar al consultar otras referencias o autores. Terminología

Arcilla: Es un suelo constituido por agregados de silicatos de aluminio hidratados, procedentes de la descomposición de rocas que contienen feldespatos. El diámetro de sus partículas arcilla es inferior a 0.002 mm. Químicamente la arcilla es un silicato hidratado de alúmina, cuya fórmula química es: Al2O3 · 2SiO2 · H2O. Se caracteriza por adquirir plasticidad al ser mezclada con agua. Base: Término utilizado para describir una capa de la estructura del pavimento. Base hidráulica: Es una capa de estructura del pavimento compuesta de materiales granulares triturados y arenas libre de componentes orgánicos. Base cementada: Es una capa de estructura del pavimento compuesta de materiales granulares y algún cementante más agua. Cal: Óxido de calcio obtenido de la calcinación de la piedra caliza. Cal hidratada: Óxido de calcio más agua (Cal apagada, Hidróxido de Calcio) Cal viva: Óxido de calcio que en contacto con el agua desprende grandes cantidades de calor. Compactación: Es el proceso mediante el cual se obtiene una mejor cohesión del suelo con el porcentaje adecuado de incorporación de agua para lograr una mayor capacidad de carga en este. Consolidación: Proceso mediante el cual un suelo reduce su volumen. Contenido de humedad: cantidad de agua para lograr un porcentaje de compactación adecuado o requerido. Detrítico: Partículas sedimentadas por proceso de decantación, por consecuencia de la pérdida de energía del medio de transporte.


Esmectitas: Son una categoría de minerales de arcilla, de la familia de las montmorilonitas, que tienen una estructura cristalina de tres capas (una capa de alúmina y dos capas de sílice) y que presentan la característica común de hinchamiento o expansividad por hidratación cuando se exponen al agua. Estabilización: Proceso mediante el cual se logra homogenizar los materiales de una capa de terracería o estructura de pavimento para lograr un mejor comportamiento al deterioro natural. Mitigación: Disminución del daño causado por algún evento natural o deliberado. Modificación: Transformación temporal de algún material o capa tratada. Índice de plasticidad: Es el rango de humedades que un suelo tiene para tener un comportamiento plástico. Límites de consistencia: Son los valores que se utilizan para caracterizar los suelos finos. (Límites de Atterberg) Límite de contracción: Es un porcentaje de humedad que hace que un suelo después del secado en horno no cambie su volumen. Limite líquido: Es el contenido de humedad por debajo del cual el suelo se comporta como un material plástico. Limite plástico: El límite plástico de un suelo es el menor contenido de humedad, bajo el método por el cual el suelo permanece plástico. SUCS: Sistema Unificado de Clasificación de Suelos Terracerías: Materiales que sirven para los rellenos de construcción para la formación de vías terrestres. Terraplén: Material que sirve para levantar los niveles de un terreno con el fin de obtener un apoyo adecuado para una obra determinada. CBR: Ensayo de Relación Soporte California, prueba que mide los esfuerzos cortantes de una capa en la estructura de un pavimento. Próctor: Es una prueba para ver la relación que existe entre el contenido de humedad de un suelo y su peso unitario seco compacto. Manual: libro en que se resume lo más sustancioso de una o más materias, en este caso, la cal. Montmorilonita: Es un silicato que pertenece a la familia de las arcillas. Silicatos: Mineral compuesto de silicio y el oxígeno. Sinterización: es el tratamiento térmico de un polvo a una temperatura inferior a la de fusión de la mezcla, para incrementar la fuerza y su resistencia, creando enlaces fuertes entre sus partículas. En la sinterización las partículas coalescen por difusión al estado sólido a muy altas temperaturas, pero por debajo del punto de fusión o vitrificación del compuesto que se desea sinterizar. En el proceso, se produce difusión atómica entre las superficies de contacto de las partículas, lo que provoca que resulten químicamente unidas. Coalescer: atracción y unión de una partícula con otra.

http://es.wikipedia.org/wiki/Polvo

http://es.wikipedia.org/wiki/Grano_(mineral)

http://es.wikipedia.org/wiki/Polvo

http://es.wikipedia.org/wiki/Temperatura

http://es.wikipedia.org/wiki/Fundici%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Vitrificaci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81tomo


Sesquióxido: Un sesquióxido es un óxido que contiene tres átomos de oxígeno con dos átomos (o radicales) de otro elemento, por ejemplo el óxido de aluminio (Al2O3) es un sesquióxido. Los sesquióxidos de hierro y aluminio se encuentran en gran medida en el suelo. Exotérmica (reacción): Es una reacción térmica que es provocada por la reacción del agua con el óxido de calcio. Estequiometría: es el cálculo de las relaciones cuantitativas entre los reactivos y productos en el transcurso de una reacción química. Estas relaciones se pueden deducir a partir de la teoría atómica. Suelo: Se denomina suelo a la parte superficial de la corteza terrestre, que proviene de la desintegración o alteración física y química de las rocas y de los residuos de las actividades de seres vivos que se asientan sobre ella. Son muchos los procesos que pueden contribuir a crear un suelo particular, algunos de estos son: la deposición eólica, sedimentación en cursos de agua, meteorización, y deposición de material orgánico. Roca: es el material sólido que constituye la corteza exterior de la tierra y está formada por arreglos minerales. Mineral: es un compuesto químico presente en la naturaleza y formado por un procedimiento geológico. Compuesto químico: es un arreglo de elementos químicos.

http://es.wikipedia.org/wiki/Reactivo

http://es.wikipedia.org/wiki/Reacci%C3%B3n_qu%C3%ADmica

http://es.wikipedia.org/wiki/Teor%C3%ADa_at%C3%B3mica


LIBRO: MANUAL PRÁCTICO PARA LA ESTABILIZACIÓN

DE SUELOS CON CAL PARTE: 1. DEFINICIÓN DE CAL, USOS, APLICACIONES.

TÍTULO: 02. DEFINICIÓN CAL Y USO EN INGENIERÍA

Capítulo 2

Definir que es la cal, para que se usa, aplicaciones en ingeniería, presentaciones para su venta, etc.

Contenido

¿Qué es la cal?

Bibliografía

La cal, ya sea viva o hidratada, calcítica o dolomítica, es un efectivo estabilizador para un amplio rango de suelos, sobre todo en las arcillas, y en especial aquellas en donde el índice de plasticidad sea mayor a 10 % y el porcentaje de partículas que pasen la malla 200 exceda el 25 %. En este proceso de la adición de cal para la estabilización de suelos se usa una nomenclatura que por momentos pudiera confundir a los usuarios, por lo que a continuación se presentan algunas definiciones especificas a la cal, así como sus diferentes presentaciones de acuerdo a alguno de los múltiples usos que ella tiene en las diversas actividades económicas y tecnológicas, así como a su presentación de acuerdo a su granulometría y su grado de molienda y el uso al que pueda quedar destinada. También se definen las distintas rocas calizas que se encuentran, tanto en la naturaleza como en el mercado, con sus características, su mineralogía y sus principales aplicaciones. Cal agrícola – Se presenta en una forma relativamente gruesa, sin refinar, ya sea de la cal hidratada o cal viva que se utiliza principalmente para neutralizar la acidez del suelo, donde no es necesaria la cal de alta pureza ni uniformidad. Caliza agrícola – Es caliche o piedra caliza pulverizada, cuyo calcio y/o magnesio contenido en carbonatos es capaz de neutralizar la acidez del suelo, pero sin que la calcinación de la caliza haya tenido lugar. Cal disponible – Representa la cal libre total (CaO) contenida en la cal viva o hidratada. Este es el componente activo y se utiliza como un medio para evaluar la concentración de cal. Este término se usa con frecuencia cuando se compara la reactividad de diversos estabilizadores de suelo químicos con el suelo y sus agregados. Es muy importante entender el significado de este término al evaluar los méritos relativos de diversos estabilizadores. Carburo de cal – Es el residuo de un subproducto del hidrato de cal de la generación de acetileno de carburo de calcio y puede presentarse como un lodo húmedo o polvo seco de muy diversos grados de pureza y tamaño de partícula. Cal dolomítica – Indica la presencia de 20 o más por ciento de carbonato de magnesio en la piedra caliza donde se formó el material. Cal alta en calcio o cal calcítica – Indica la presencia de 0 a 5 por ciento de carbonato de magnesio, en la piedra caliza donde se formó el material.


Cal hidratada – Es un polvo seco obtenido mediante la hidratación de la cal viva con suficiente agua para satisfacer la afinidad química, formando un hidróxido debido a su tipo de combinación química con el agua. La cal hidratada puede provenir de la cal alta en calcio o de la cal dolomítica. Piedra caliza – Es una roca sedimentaria formada por carbonatos de calcio o de carbonatos de calcio y de magnesio. La piedra caliza puede ser de alto contenido de calcio, magnesio o forma dolomítica. Caliza dolomítica – Caliza que contiene 20 por ciento de carbonatos de magnesio. Caliza de magnesio – Caliza que contiene del 5 a 35 por ciento de carbonatos de magnesio. Cal viva – Es un óxido de calcio formado por la calcinación de la piedra caliza, con lo que se libera el dióxido de carbono. Puede que sea alta en calcio, magnesiana o dolomítica y de diferentes grados de pureza. La cal viva puede venir en muchos tamaños, desde muy fina a muy gruesa. La cal viva está disponible en un número de tamaños más o menos estándar, de la siguiente manera: Terrón de Cal – Producto con un tamaño máximo de 20 cm (8 pulgadas) de diámetro y hacia abajo hasta tamaños de 5 a 7.5 cm (2 a 3 pulgadas). Triturados de caliza – Es la forma más común; varía en tamaño desde unos 5 cm a 0.5 cm. Cal granular – Es el producto obtenido a partir de altos hornos que forman un rango de tamaño de partículas cuyo 100 % pasa la malla # 8 (2.38 mm de abertura) y el 90 % se retiene en la malla 80. Lechada de cal viva – Es una mezcla de cal viva y agua, en una reacción exotérmica que produce cal hidratada en forma de suspensión. Esta suspensión se compone de una mezcla homogénea de partículas de cal finamente dividida, suspendida en agua. Cal apagada – Es la forma hidratada de cal, como un polvo seco, masilla o suspensión acuosa. Sólo se le agrega el agua necesaria para llegar a la cal hidratada seca, en oposición al agua en exceso que se necesita para producir una lechada de cal viva. Cal hidratada tipo S – También se le llama cal hidratada especial. Es una designación que da la ASTM para diferenciar a un hidrato estructural (denominado tipo S) de una cal hidratada normal (denominada tipo N). La cal hidratada Tipo S cumple con los requisitos de plasticidad, retención de agua y de graduación especificados. Puede ser dolomítica o calcítica y se muele con mayor precisión que la cal hidratada del tipo N. La cal para los procesos de la industria de la construcción en el renglón de infraestructura se ofrece como óxido de calcio, cal hidratada y lechada de cal. La presentación para la venta del óxido de calcio puede ser a granel en tolvas a gravedad o presurizadas y en sacos de una tonelada, la granulometría varía según especificaciones particulares en cada obra. En el caso de la cal hidratada su presentación a la venta es en sacos de 25 kgs, a granel o en tolvas a gravedad o presurizadas.



PARTE: 1. PRODUCCIÓN Y ELABORACIÓN DE LA CAL

TÍTULO: 02. PROCESO INDUSTRIALIZACIÓN

Capítulo 3.

¿Cómo se produce? Resumen: Explicar el proceso de producción brevemente, cuál es la materia prima, industrialización, calidades de producto, ingrediente activo etc., así como las diferencias básicas entre la cal viva e hidratada. Desde el punto de vista químico, la cal se relaciona con el óxido de calcio (CaO); sin embargo, en el uso común, el término incluye los productos de la calcinación de calizas – calcíticas o dolomíticas. Las calizas calcíticas (alto contenido de calcio) se producen mediante la calcinación de rocas calcáreas (calcitas, calizas calcíticas, conchuelas, etc...), las cuales contienen del 95 al 99% de carbonato de calcio (Ca CO3). Las calizas dolomíticas se producen a partir de la calcinación de calizas dolomíticas o de dolomitas que contengan de 30 a 40% de carbonato de magnesio (MgCO3), siendo el resto, carbonato de calcio (CaCO3). A la presión atmosférica, las calizas calcíticas se descomponen a una temperatura de 880° a 900° C para formar óxido de calcio (CaO) y bióxido de carbono (CO2). La descomposición de la dolomita CaMg (CO3)2 es un proceso que se realiza en dos etapas. A la temperatura de 730° C aproximadamente, la dolomita se descompone para formar óxido de magnesio (MgO), bióxido de carbono (CO2) y carbonato de calcio (CaCO3). Es necesario elevar posteriormente la temperatura hasta aproximadamente 900° C para descomponer el carbonato de calcio. La temperatura máxima a la que se sujeten las calizas durante su calcinación afectará a las propiedades de los óxidos que se obtengan. El tiempo que dure la calcinación es también importante (“tiempo de retención”). Los mecanismos involucrados en la sinterización son sumamente complejos, pero los resultados usuales son que se tienen incrementos en el peso específico, menor porosidad, y un mayor crecimiento, tanto de las partículas como de los cristales de los óxidos. Estos cambios hacen que la reactividad del producto sinterizado sea menor. La presencia de impurezas incrementa la susceptibilidad a la sinterización del compuesto puro; y en general mientras más alta sea la temperatura de calcinación, mayor será la posibilidad de sinterización. Como ya se mencionó anteriormente, se deberá alcanzar cuando menos una temperatura de 900° C para descomponer totalmente a una caliza calcítica. Esta temperatura también será necesaria para calcinar una caliza dolomítica, pero debido a que esta temperatura es mayor que la necesaria para la formación de óxido de magnesio (MgO), éste sufre una sinterización muy severa. En consecuencia, las temperaturas de calcinación muy altas tienen un efecto definitivamente negativo en la reactividad de cales dolomíticas y específicamente en el componente MgO. Parte de este decremento en la reactividad del óxido de magnesio se ha atribuido también a la obtención de cristales mayores, a medida que se incrementa la temperatura de calcinación y el tiempo de retención. Al reaccionar la cal con el agua se produce su hidratación, lo que se acompaña por un incremento en


volumen. La reacción, que se presenta es exotérmica, mayor en el óxido de calcio, que en el de magnesio; ésta es tal vez la causa de que la hidratación del MgO sea más lenta. Existe la probabilidad de que también tenga una importancia decisiva el sobrecalentamiento del óxido de magnesio durante la calcinación. En la calcinación comercial de las calizas se cuenta con dos tipos de caleras. La calera cilíndrica vertical y la calera rotatoria. La calera cilíndrica vertical consiste de un cilindro metálico vertical recubierto con tabique refractario y con tolvas en la parte superior. La aplicación del calor se efectúa en la base de la calera y en intervalos periódicos de aproximadamente 8 horas, se remueve del fondo al producto calcinado. La calera rotatoria consiste también de un cilindro metálico recubierto con tabique refractario, pero en una posición casi horizontal. La longitud de estas caleras es muchas veces mayor que la longitud de las anteriormente mencionadas y se colocan con una inclinación de 1.0 a 1.5%. En ambos tipos de caleras se utiliza el mismo tipo de combustible. En las caleras rotatorias se tritura a la caliza hasta un tamaño máximo de 5 cm y posteriormente se divide en varios tamaños, cada uno de los cuales se introduce en forma separada en la calera a una velocidad que depende del tamaño de la partícula. El rango apropiado de cada grupo de partículas para obtener una calcinación uniforme debe ser tal que el diámetro de la partícula más grande sea el doble de la más pequeña; si se tiene un rango muy amplio no se obtendrá una calcinación uniforme. Debido al movimiento rotatorio y a la inclinación de la calera las partículas se mueven en forma continua a través de los dispositivos de aplicación de calor hasta que son descargados en el extremo más bajo de la calera. Después de la calcinación se enfría al producto para su posterior procesamiento. El producto calcinado en caleras rotatorias queda redondeado; en las caleras verticales queda anguloso. Antes del apagado, se muele a ambos tipos de materiales hasta tener un tamaño uniforme, generalmente menor que la malla de 2" y se criba. Posteriormente se produce la cal seca hidratada aplicando a la cal viva (producto obtenido de la calcinación) agua suficiente para satisfacer su afinidad química para la humedad bajo condiciones de hidratación. El producto hidratado es esencialmente seco. La cal con alto contenido en óxido de calcio reacciona rápidamente con el agua para producir cal hidratada, en la cual todo el óxido de calcio CaO se transforma en hidróxido de calcio Ca (OH)2 o cal hidratada. Las cales dolomíticas, es decir las que contienen óxido de magnesio MgO, que es menos reactivo, no se hidratan tan rápidamente en los equipos normales de procesamiento. Las cales dolomíticas, hidratadas con equipos operados a la presión atmosférica y con tiempo de retención bajo, se conocen como cales monohidratadas o cales dolomíticas normalmente hidratadas y son esencialmente hidróxido de calcio con óxido de magnesio (Ca (OH)2 + MgO). La porción de óxido de magnesio de una cal dolomítica puede también hidratarse mediante el uso de equipos especiales y tiempos de retención más largos o bien bajo temperaturas y presiones elevadas. Estas cales hidratadas a alta presión, se conocen como cales dolomíticas dihidratadas, o cales hidratadas especiales y contienen hidróxidos de calcio y de magnesio (Ca (OH)2 + Mg (OH)2. Durante el proceso de hidratación de la cal se desprende calor, lo que se conoce como reacción exotérmica, debido a que al hidratarse la cal se produce un incremento de volumen; los grumos de cal se transforman en polvo durante este proceso. Se puede remover cualquier cal no hidratada del producto terminado, simplemente mediante su


cribado a través de la malla No. 30, o bien utilizando un sistema de separación mediante la aplicación de aire. Después del apagado, se almacena al producto durante 48 h en tanques especiales, para permitir la evaporación del exceso de humedad.



PARTE: 1. DEFINICIÓN DE SUELO

TÍTULO: 02. SUELOS CON SULFATOS Y FOSFATOS

Capítulo 4: Definición de suelo. Suelos con sulfatos y fosfatos

Definir suelo, y la fisicoquímica de su composición, ya que es el aliado de la cal bajo ciertas circunstancias. Características especiales de los suelos con alto contenido de materia orgánica. Suelos con sulfatos y fosfatos. Se denomina suelo a la parte superficial de la corteza terrestre, que proviene de la desintegración o alteración física y química de las rocas y de los residuos de las actividades de seres vivos que se asientan sobre ella. Son muchos los procesos que pueden contribuir a crear un suelo particular, algunos de estos son: la deposición eólica, sedimentación en cursos de agua, meteorización, y deposición de material orgánico. La inmensa mayoría de los suelos están formados por sílico-aluminatos y por dióxido de silicio, aunque también hay algunos otros que tienen la presencia de iones de azufre, de carbono y de fósforo. De acuerdo a su tamaño de grano – granulometría – los suelos se clasifican en: gravas (G), arenas (S), limos (M), arcillas (C). Se les da el nombre de arcilla a los suelos que están formados por partículas sólidas con diámetros menores que la malla N° 200 (0,075 mm de abertura), cuya masa tiene la propiedad de volverse “plástica” al hidratarse. Químicamente, las arcillas son sílico-aluminatos, los cuales a su vez pueden ser de sodio (Na+), calcio (Ca++) o potasio (K+), formando respectivamente tres tipos de arcillas: montmorilonitas, calcitas o ilitas. Estos compuestos se agrupan en forma de láminas formadas alrededor del silicio y crecen al agruparse como conjuntos. De acuerdo con su arreglo reticular los minerales de arcilla se pueden clasificar en tres grupos básicos, que son: Las montmorilonitas se forman por la superposición indefinida de una lámina alumínica entre dos láminas silícicas, pero con una unión débil entre ellas (Fig. 1.4.), lo que hace que el agua pueda penetrar en su estructura con facilidad. Estas arcillas sufren fuerte expansión en contacto con agua, lo que provoca su inestabilidad.


Las caolinitas, que proceden de la carbonatación de la ortoclasa (feldespato potásico), están formadas por una lámina silícica y una lámina alumínica superpuestas de manera indefinida (Fig. 1.3) y con una unión tal entre sus retículas que no permiten la penetración de moléculas de agua entre ellas, pues producen una capa electrónicamente neutral, lo que induce, desde luego, a que estas arcillas sean estables en presencia del agua.

Las ilitas son producto de la hidratación de las micas y presentan un arreglo reticular similar al de las montmorilonitas (Fig. 1.5), pero con la tendencia a formar grumos por la presencia de iones de potasio (K), lo que reduce el área expuesta al agua, razón por la cual no son tan expansivas como las arcillas montmoriloníticas.

Suelos con sulfatos

La presencia de sales de sulfato solubles puede dar problemas cuando los suelos se estabilizan con cualquier aditivo a base de calcio (por ejemplo: cal o cualquier cementante como la ceniza volante). Se pueden encontrar sulfatos en algunos suelos debido a la presencia natural de yeso, aunque los suelos contaminados con sulfatos industriales o materiales sintéticos bajos en yeso también puedan provocar problemas. Los sulfatos en el suelo se combinan con el calcio y alúmina de la arcilla, y con el agua, formando los minerales etringita y taumasita, en una reacción expansiva. La formación de estos minerales después de la compactación puede causar deterioro significativo del pavimento y pérdida de resistencia. Las concentraciones de sulfato en el suelo menores que 3,000 ppm (0.3 %) difícilmente causan problemas. Las concentraciones de 3,000 a 5,000 ppm (0.5 %) pueden ser estabilizadas fácilmente si se tiene cuidado para seguir buenas prácticas constructivas, tales como el usar mucha agua y permitir un buen tiempo para que la mezcla de cal y suelo fragüen. Las concentraciones mayores que 5,000 ppm, frecuentemente se tratan con dos aplicaciones de cal: la primera antes de la mezcla inicial (mitad de la dosificación total de cal) y la segunda después del período de fraguado (segunda mitad de la dosificación total de cal), con un periodo intermedio de 48 hrs entre aplicaciones. El contenido de humedad del suelo se lleva hasta 5 por ciento encima del óptimo, durante un día de fraguado múltiple para poder así solubilizar tantos sulfatos como sea posible


y forzar a la etringita a formarse antes de la compactación. Una vez formada, la etringita es relativamente estable y es improbable que cause problemas posteriores. Después del período de fraguado, se añade más cal al suelo y la construcción procede de manera normal.

Los sulfatos raras vez están distribuidos uniformemente en un sitio de construcción, sino que se encuentran en vetas y bolsas aisladas. Suelos con fosfatos El fósforo se encuentra en algunos suelos y en algunos minerales, como la fosforita y los apatitos. También se encuentra en suelos orgánicos precipitado en geles de aluminio y de hierro o como fosfatos cálcicos en suelos básicos o alcalinos (pH > 9). Agrologicamente se les conoce como Histosoles (HS) y se caracterizan por tener al menos 40 cm de suelo orgánico, pudiendo ser de varios tipos: fólicos, térricos, fíbricos, tiónicos o gélicos. El fósforo se encuentra en el suelo en compuestos orgánicos y en minerales, sin embargo, la cantidad del fósforo libre en el suelo es muy baja. El fósforo se encuentra en los suelos tanto en forma orgánica como inorgánica y su solubilidad en el suelo es baja. Existe un equilibrio entre el fósforo en la fase sólida del suelo y el fósforo en la solución del suelo. Las plantas pueden absorber solamente el fósforo disuelto en la solución del suelo, y puesto que la mayor parte del fósforo en el suelo existe en compuestos químicos estables, sólo una pequeña cantidad de fósforo está disponible para la planta en cualquier momento dado. Al absorber el fósforo de la solución del suelo por las raíces, parte del fósforo adsorbido a la fase sólida del suelo es liberado a la solución del suelo, para mantener un equilibrio químico. Los tipos de compuestos de fósforo que existen en el suelo son principalmente determinados por el pH del suelo y por el tipo y la cantidad de los minerales en el suelo. Por lo general, los compuestos minerales que forma el fósforo son compuestos de aluminio, hierro, manganeso y calcio. En suelos ácidos el fósforo tiende a reaccionar con aluminio, hierro y manganeso, mientras que en suelos alcalinos, la fijación dominante es con el calcio. El rango de pH óptimo para la disponibilidad máxima del fósforo es de 6.0-7.0. En muchos suelos la descomposición de la materia orgánica y los residuos de cultivos contribuyen al fósforo disponible. El análisis de fósforo en el suelo El nivel del fósforo en los análisis de suelos, da una medida de la capacidad del suelo para suministrar fósforo a la solución del suelo. El análisis del suelo no indica la cantidad total del fósforo en el suelo, porque la cantidad de fósforo disponible es mucho menor que la cantidad total. Asimismo, el nivel del fósforo en los análisis de suelos tampoco es el nivel del fósforo en la solución del suelo, porque la concentración de fósforo en la solución del suelo es generalmente muy baja y no representa apropiadamente la cantidad de fósforo que las plantas potencialmente pueden absorber durante la temporada de crecimiento. El nivel de fósforo en los análisis de suelos es, en realidad, un índice que ayuda a predecir los requerimientos de los fertilizantes fosfatados de los cultivos. Diferentes métodos de análisis de suelos resultan en valores diferentes, por tanto, la ubicación exacta de donde se toman las muestras del suelo puede afectar el resultado de manera considerable. Al igual que los suelos con sulfatos el procedimiento para estabilizar es el mismo, se divide la dosis total del tratamiento con cal en dos fases, mitad de la dosificación en cada una de ellas, mucha hidratación por arriba del rango normal para la compactación, dejar la mezcla en contacto con los sulfatos durante 48 hrs y volver a aplicar la otra mitad de la dosis de cal homogenizar, hidratar y compactar, con esto evitaremos el problema de expansión y contracción que sufren al tratar de estabilizarlos correctamente.



PARTE: 1.PROCESOS DE MODIFICACIÓN Y ESTABILIZACIÓN

TÍTULO: 02. MODIFICACIÓN Y ESTABILIZACIÓN EN SUELOS ARCILLOSOS

Capítulo 5: Modificación y estabilización de suelos arcillosos

Describir de manera clara propósito específico para los procesos de: modificación y estabilización de suelos. La cal es un efectivo estabilizador para un amplio rango de suelos, sobre todo las arcillas, que al reaccionar con éstas, les modifica su capacidad para retener agua en su superficie y crea una acción cementante que incrementa su resistencia. En un sistema suelo – cal ocurren dos fases de estabilización: la primera involucra reacciones prácticamente inmediatas de intercambio catiónico y floculación – aglomeración. Estas reacciones ocurren en alguna medida en todos los suelos de partículas finas. Gracias a los cambios en la estructura causados por estas reacciones, se incrementa la estabilidad y resistencia a la humedad en estos suelos. Estas mejoras se reflejan en una mayor trabajabilidad, mayor resistencia y se minimizan los cambios volumétricos. La ganancia en resistencia a largo plazo, inducida puzolánicamente, es más caprichosa, ya que su éxito depende tanto de una reacción cooperativa entre la cal y la arcilla, así como de la mineralogía de ésta. Muchas arcillas, cuando son reactivas y están estabilizadas con cal, pueden triplicar o cuadruplicar fácilmente su resistencia. En algunos casos, se ha incrementado del orden de 10 o más.

Como una regla sencilla, la cal debiera ser considerada como estabilizador para todos los suelos en que el índice de plasticidad sea mayor a 10 % y el porcentaje de partículas que pasen la malla 200 exceda el 7 %. 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. Secado Al incorporar una cantidad pequeña (1% en peso del suelo a tratar) de cal viva, la misma se hidrata inmediatamente (químicamente se combina con el agua) y libera calor en una reacción exotérmica. 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. Estas reacciones subsecuentes, lentamente producirán un secado adicional porque las mismas reducen la humedad, mejorando la resistencia. 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.


Modificación Si incorporamos una cantidad mayor (2% en peso del suelo a tratar), 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 friable1 y granular, haciéndolo más fácil para trabajar y compactar. En esta etapa, el Índice de Plasticidad (IP) 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. Estabilización Pero cuando se añaden las cantidades adecuadas de cal y agua, el suelo se alcaliniza rápidamente y aumenta su pH por 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 el 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), que son productos cementantes similares a aquellos que se forman en el cemento 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. Mezclas de Cal – Puzolanas para suelos con cantidades bajas de arcilla La cal por sí misma puede reaccionar con suelos que contienen tan poca arcilla como 7% e Índices de Plasticidad (IP) tan bajos como 10%. Si el suelo no es suficientemente reactivo, la cal puede ser combinada con una fuente adicional de sílice y alúmina; tales puzolanas incluyen la ceniza volante y la escoria de alto horno. El sílice y alúmina adicional de las puzolanas reaccionan con la cal para formar la fuerte matriz cementante que caracteriza a una capa estabilizada con cal. Las mezclas correctamente proporcionadas de cal y puzolanas pueden modificar o estabilizar casi cualquier suelo, pero comúnmente se usan para suelos con plasticidad de baja a media. La ceniza volante es la puzolana más comúnmente usada. Esta ceniza es el residuo fino que es resultado de la combustión de carbón pulverizado en calderas de centrales eléctricas, que es transportado de la cámara de combustión a la chimenea de los gases. El empleo de ceniza o polvo de horno de cal (LKD por sus siglas en inglés) es una alternativa cada vez más popular. El LKD es el residuo fino que resulta de la combustión de carbón y el tratamiento de caliza en un horno, para procesar la piedra en cal y que es removido de los gases de escape del horno. El LKD por lo general contiene una cantidad significativa de cal, aluminio y silicio – es en esencia una premezcla de puzolana y cal. La cantidad de cal, silicio y aluminio en el LKD varía, principalmente dependiendo de la caliza, el combustible y el tipo de operaciones del horno usadas durante el proceso de fabricación de cal.

1 Friable: Que se desmenuza fácilmente: la arcilla es un material friable.



PARTE: 1. USO DE LA CAL PARA ESTABILIZACIONES

TÍTULO: 02. MODIFICACIÓN Y ESTABILIZACIÓN EN LA REPÚBLICA MEXICANA

Capítulo 6

Uso de la cal en la república mexicana

Definir mediante las características de los suelos, los que son más propicios para hacer uso de la cal en ellos, anexando un mapa de la República Mexicana, haciendo referencia de la conveniencia en su uso para, modificación y estabilización.

Clasificación por terreno natural de la REPÚBLICA MEXICANA

Suelos de la REPÚBLICA MEXICANA

Se denomina suelo a la parte superficial de la corteza terrestre, biológicamente activa, que tiende a desarrollarse en la superficie de las rocas emergidas por la influencia de la intemperie y de los seres vivos (meteorización). Los suelos son sistemas complejos donde ocurren una vasta gama de procesos químicos, físicos y biológicos que se ven reflejados en la gran variedad de suelos existentes en la tierra. Son muchos los procesos que pueden contribuir a crear un suelo particular, algunos de estos son la deposición eólica, sedimentación en cursos de agua, meteorización, y deposición de material orgánico. De un modo simplificado puede decirse que las etapas implicadas en la formación del suelo son las siguientes: Disgregación mecánica de las rocas. Meteorización química de los materiales, detríticos liberados. Instalación de los seres vivos (microorganismos, líquenes, musgos, etc.) sobre ese sustrato inorgánico. Esta es la fase más significativa, ya que con sus procesos vitales y metabólicos, continúan la meteorización de los minerales, iniciada por mecanismos inorgánicos. Además, los restos vegetales y animales a través de la fermentación y la putrefacción enriquecen ese sustrato. Mezcla de todos estos elementos entre sí, y con agua y aire intersticiales. Los suelos se pueden clasificar por sus características físicas y por su funcionalidad.

Por características físicas

De acuerdo a la Edafología, los suelos se pueden clasificar como sigue a continuación: Litosoles: Se considera un tipo de suelo que aparece en laderas y afloramientos rocosos; su espesor es menor a 10 cm y sostiene una vegetación baja. Se conoce también como leptosoles, que viene del griego leptos que significa delgado. Cambisoles: Son suelos jóvenes, con proceso inicial de acumulación de arcilla. Se divide en vértigos, gleycos, eutrícos y crómicos.


Luvisoles: Presentan un horizonte de acumulación de arcilla con saturación superior al 50%. Acrisoles: Presentan un marcado horizonte de acumulación de arcilla y bajo saturación de bases al 50%. Gleysoles: Presentan agua en forma permanente o semipermanente con fluctuaciones de nivel freático en los primeros 50 cm. Fluvisoles: Son suelos jóvenes formados por depósitos fluviales; la mayoría son ricos en calcio. Rendzina: Presenta un horizonte de aproximadamente 50 cm de profundidad. Es un suelo rico en materia orgánica sobre roca caliza. Vertisoles: Son suelos arcillosos de color negro; presentan procesos de contracción y expansión. Se localizan en superficies de poca pendiente y cercanos escurrimientos superficiales. Por su funcionalidad

Suelos arenosos: No retienen el agua, tienen muy poca materia orgánica y no son aptos para la agricultura. Suelos calizos: Tienen abundancia de sales calcáreas; son de color blanco, secos y áridos, y no son buenos para la agricultura (caliche). Suelos humíferos (tierra negra): Tienen abundante materia orgánica en descomposición; son de color oscuro, retienen bien el agua y son excelentes para el cultivo. Suelos arcillosos: Están formados por granos finos de color amarillento y retienen el agua formando charcos. Si se mezclan con humus pueden ser buenos para cultivar. Suelos pedregosos: Formados por rocas de todos los tamaños; no retienen el agua y no son buenos para el cultivo. Suelos mixtos: Tiene características intermedias entre los suelos arenosos y los suelos arcillosos. Rocas de la REPÚBLICA MEXICANA

El terreno natural no solo está compuesto por suelos, sino también puede estar conformado por rocas. Por su formación histórica del suelo como “Roca Madre”, la FAO-UNESCO ha clasificado el suelo de la siguiente manera:

Roca de formación tectónica.

Roca corrosiva.

Roca permeable consolidada.

Roca inestable.

Roca impermeable.

Roca de magma solidificado.

Así también, por su geología, las rocas se pueden clasificar de la siguiente manera:

Rocas ígneas intrusivas (plutónicas).

Rocas ígneas extrusivas (efusivas).

Rocas sedimentarias.

Rocas metamórficas.


Clasificación de suelos según el SUCS

Para la elaboración del catálogo de secciones estructurales los suelos se usó el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS). La clasificación SUCS es un sistema de clasificación de suelos usado en ingeniería y geología para describir la textura y el tamaño de las partículas de un suelo. Este sistema de clasificación puede ser aplicado a la mayoría de los materiales sin consolidar y se representa mediante un símbolo con dos letras. Cada letra es descrita debajo. Para clasificar el suelo hay que realizar previamente una granulometría del suelo mediante tamizado.

Símbolo Definición

G grava

S arena

M limo

C arcilla

O orgánico

Para su clasificación se usa la siguiente gráfica

Letra Definición

P pobremente gradado (tamaño de partícula uniforme)

W bien gradado (tamaños de partícula diversos)

H alta plasticidad

L baja plasticidad

http://es.wikipedia.org/wiki/Grava

http://es.wikipedia.org/wiki/Arena

http://es.wikipedia.org/wiki/Limo

http://es.wikipedia.org/wiki/Arcilla

http://es.wikipedia.org/wiki/Materia_org%C3%A1nica

http://es.wikipedia.org/wiki/Plasticidad



Se obtuvo la información base la cual se integra por los datos del terreno natural, mismo que fue proporcionada por la DGST de la SCT. Debido a que el terreno natural es un factor fundamental para el diseño de pavimentos, se planeó una regionalización usando el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS). Con la información proporcionada por la DGST, se obtuvieron 18 diferentes tipos de suelos:

1. GW – Grava bien graduada, grava fina a gruesa. 2. GP – Gravas mal graduadas, mezcla de arena y grava pocas arcillas. 3. GC – Gravas arcillosas, mezclas mal graduadas de grava, arena y arcilla. 4. GM – Gravas limosas, mezclas mal graduadas de grava, arena y limo. 5. SC – Arenas arcillosas, mezclas mal graduadas y arenas y arcillas. 6. SM – Arenas limosas, mezclas de arena y limo mal graduadas. 7. SW – Arena bien graduada, arena fina a gruesa. 8. SP – Arenas mal graduadas, arenas con grava con pocos finos o sin ellos. 9. SP-SC – Arenas mal graduadas, arenas con grava y pocas arcillas. 10. SP-SM – Arenas mal graduadas, arenas con grava y pocos limos 11. ML – Limos inorgánicos y arenas muy finas polvo de roca, arenas finas limosas o arcillosas

con ligera plasticidad. 12. CL – Arcillas inorgánicas de plasticidad baja a media, arcillas con grava, arcillas arenosas,

arcillas limosas. 13. OL – Limo orgánico de plasticidad de baja a media. 14. MH – Limos inorgánicos, suelos limosos o arenosos finos micáceos o con diatomeas, suelos

limosos. 15. CH – Arcillas inorgánicas de plasticidad elevada, arcillas grasas. 16. OH – Arcillas orgánicas de plasticidad media a alta. 17. Fmg – Fragmento medianos mezclados con fragmentos grandes, predominando los medianos

sobre los grandes con menos del 10% de fragmentos chicos o de suelo. 18. Pt – Turba, suelos altamente orgánicos.

De la misma manera, los terrenos rocosos, se pueden clasificar de la siguiente manera:

1. Rie – Rocas Ígneas Extrusivas 2. Rii – Rocas Ígneas Intrusivas 3. Rs – Rocas Sedimentarias 4. Rm – Rocas Metamórficas.

Con los datos e información obtenida, que se puede encontrar en los Anexo I y Anexo II, se pudo realizar una zonificación por Terreno Natural sin tomar en cuenta las entidades federativas. Esta zonificación dio un resultado preliminar como se muestra en la Figura I.


Figura I. Regionalización de la República Mexicana según el registro del terreno natural usando la clasificación S.U.C.S. Rangos de aplicación de la cal

La cal se utiliza para la estabilización de materiales principalmente arcillosos, finos, limos plásticos, arenas finas limosas, ya que les produce un aumento en el límite líquido y una disminución en el índice plástico; también aumenta la estabilidad volumétrica, la resistencia a la compresión simple y el CBR. El mejoramiento de suelos y su ulterior estabilización con cal siempre se hará preferentemente en suelos finos o cuando su porción fina tenga un índice plástico superior a diez (10%) por ciento y contengan siete (7%) por ciento o más de partículas finas. Se puede aplicar en prácticamente todos los suelos, desde Litosoles donde exista arcilla en un porcentaje mayor al 7%, Cambisoles, Luvisoles, Acrisoles, Gleysoles, Fluvisoles, Rendzina, y Vertisoles, pero además es aplicable para mejorar y estabilizar suelos de los siguientes tipos (de acuerdo al SUCS):

1. GP – Cuando contiene arcillas en su parte fina. 2. GC – Gravas arcillosas, mezclas mal graduadas de grava, arena y arcilla. 3. GM – Cuando contiene limos, preferentemente plásticos. 4. SC – Arenas arcillosas. 5. SM – Arenas con limos plásticos, mezclas de arena y limo plástico. 6. SP – Arenas mal graduadas, arenas con grava con pocos finos especialmente plásticos. 7. SP-SC – Arenas mal graduadas con arcillas. 8. SP-SM – Arenas mal graduadas con limos plásticos. 9. ML – Limos plásticos inorgánicos, arenas finas limosas o arcillosas. 10. CL – Arcillas inorgánicas de plasticidad baja a media, arcillas con grava, arcillas arenosas,

arcillas limosas. 11. OL – Limo orgánico de plasticidad de baja a media. 12. MH – Limos inorgánicos, suelos limosos. 13. CH – Arcillas inorgánicas de plasticidad elevada. 14. OH – Arcillas orgánicas de plasticidad media a alta. 15. Pt – Turba, suelos altamente orgánicos.


Aplicación de la cal por zonas y estados de la república La posibilidad de aplicación de la cal, como se observa del mapa de la república (Fig. 1) es prácticamente generalizada y se puede usar en toda la república. La experiencia ha demostrado que la cal reacciona con suelos de partículas medias, moderadamente finas y finas, disminuyéndoles su plasticidad y dilatación e incrementando la resistencia y trabajabilidad. En términos generales, se puede decir que todos los suelos clasificados por el SUCS como CH, CL, MH, SC, SM, GC, SW-SC, SP-SC, SM-SC, GP-GC o GM-GC, son potencialmente capaces de ser estabilizados con cal. Los suelos arenosos son los únicos que no son aptos para estabilizar con cal, ya que no contienen el sílice y alúmina que hacen que reaccione la cal en ellos.

El material parental, o regolita, en ciencia del suelo, significa el material geológico inalterado (generalmente roca madre o de un depósito superficial o arrastrado) en donde se irán formando los horizontes del suelo. Los suelos típicamente tienen un gran compromiso estructural y de minerales desde su material parental. El material parental hecho de minerales consolidados o no consolidados que son sometidos a algún grado de meteorización física o química o biológica. (Depósitos de pie de monte) En el esquema aquí al lado, se notan los horizontes de un suelo. El primero, de 0 a 2’ (60 cm) es un suelo organico “O”. A continuación, hasta 10’ (3 m), se presenta lo que es el suelo en sí, “A”. Enseguida sigue el subsbuelo, “B” que va hasta 30’ de profundidad, (9m), subyacido por el material parental.

Regolito es el término general usado para designar la capa de materiales no consolidados, alterados, como fragmentos de roca, granos minerales y todos los otros depósitos superficiales, que descansan sobre roca sólida inalterada. Alcanza su máximo desarrollo en los trópicos húmedos, donde se encuentran profundidades de varios centenares de metros de roca alterada. Su límite inferior es el frente de meteorización.

También se define como regolito la capa continua de material fragmentario, incoherente, producida por impactos meteoríticos, que forma normalmente los depósitos superficiales en planetas, satélites y asteroides, donde la atmósfera es delgada o ausente; el ejemplo clásico es el regolito lunar, con varios metros de espesor, con componentes que varían desde bloques de tamaño métrico hasta polvo microscópico y partículas de vidrio.



PARTE: 1. PROCESO ESTABILIZACIÓN SUELOS

TÍTULO: 02. MITOS DE PROCESO REVERSIBLE

Capítulo 7

Proceso de estabilización, en qué se transforma un suelo estabilizado y desmitificar que el proceso es reversible. El proceso de estabilización

En el capítulo cinco ya se mencionaba la química del tratamiento con cal de los suelos, especialmente los finos, las arcillas y suelos plásticos, principalmente. Cuando se les comienza a mezclar con cal, estos suelos van mejorando su comportamiento: primeramente se secan; a continuación modifican su estructura, mejorándola desde el punto de vista mecanicista y finalmente, al mezclarse con una cantidad adecuada de cal, se estabilizan por completo, modificando su pH, el cual aumenta rápidamente por arriba de 10.5, lo que permite romper las partículas de arcilla. Eades y Grim (ASTM D6276).

Cuando se estabiliza un suelo con cal, éste se transforma en una capa dura, relativamente impermeable, con una capacidad de carga importante. El proceso se inicia en unas horas y puede continuar durante años, en un sistema diseñado correctamente, siempre y cuando se haya alcanzado el nivel de estabilización, no solo el de modificación o el del secado, que lo hace hábil para poderse compactar. La matriz formada, en que se transforma ese suelo, principalmente arcilloso, es permanente, duradera, y significativamente impermeable, produciendo una capa estructural que es tan fuerte como flexible.

Longevidad de los suelos tratados con cal

La longevidad o permanencia de los suelos tratados con cal, a menudo ha sido cuestionada. Eades y Grim (1960) pusieron en duda la permanencia de la cal en el suelo y llevaron a cabo experimentos con cal en minerales arcillosos puros. Ellos especularon que si la estabilización se debió sólo a la floculación y al intercambio de iones, la filtración de agua subterránea podría reemplazar al calcio. Sin embargo, también llegaron a la conclusión de que la formación de nuevos compuestos, tales como silicatos cálcicos y los hidratos de aluminio, son productos de reacción permanentes y no son susceptibles a la lixiviación. Kennedy (1988) fundamentó esta conclusión al afirmar que una vez que se forman los hidratos de silicato de calcio, en el proceso de estabilización, estos son permanentes y no son reversibles. Sin embargo, Kennedy no negó la posibilidad de reversión o degeneración de efectos de suelo-cal para las áreas donde se hubieran añadido pequeñas cantidades de cal, menores que las necesarias para estabilizar totalmente el suelo. Otro estudio, realizado por Kelley (1977), demostró que los suelos con índice plásticos IP’s de 12 a 50 % pueden ser estabilizados "permanentemente" y alcanzar altas resistencias a la compresión, tales como 2240 a 12547 kPa (224 a 1,255 Ton/m2). También demostró un aumento continuo de su resistencia con el tiempo.


El Canal de Friant-Kern en California es un ejemplo bien documentado de durabilidad bajo algunas de las condiciones más adversas en que una capa estabilizada podría ser sometida. En este proyecto se añadió el 4 por ciento de cal viva para estabilizar una arcilla con IP de 46%. El canal pasa por condiciones cíclicas de sumergido (100% saturado) a seco, sobre una base anual y durante dos meses del año, el canal está completamente seco. Sin embargo, el canal sigue funcionando bien y conserva una alta resistencia a la erosión y un alto nivel de estabilidad de taludes. Además de las historias de buen servicio bien documentados de las bases militares del sudoeste de los Estados Unidos y el canal de Friant-Kern, hay otros numerosos proyectos de construcción que han resultado exitosos al estabilizarlos con cal, tal vez el más significativo de los cuales es el Aeropuerto Internacional de Dallas-Fort Worth (DFW). En ese aeropuerto se construyeron aproximadamente 2.04 millones de metros cuadrados de pistas de aterrizaje y calles de rodaje usando para ello un material de subrasante estabilizado con cal. Se especificaron 25 cm de suelo tratado con cal colocado debajo de las calles de rodaje y pistas de aterrizaje, mientras que por debajo de las plataformas terminales se colocaron 50 cm de ese mismo material arcilloso, estabilizado con cal. Según el personal de mantenimiento e ingeniería de DFW, el aeropuerto ha proporcionado un servicio continuo y sin mantenimiento mayor y fue capaz de ofrecer un buen servicio más allá de su vida de diseño original (Long, 1989).

Lixiviado de las mezclas suelo – cal Probablemente la mayor preocupación, en términos de la durabilidad de los suelos y bases tratados con cal, es el efecto de la lixiviación de estos suelos. El lavado o la lixiviación de estos suelos por el agua que se infiltra, tiene el potencial de reaccionar con la mezcla de suelo – cal en una de tres maneras:

1. Puede que no se produzca ningún cambio apreciable en el sistema agua – suelo; 2. el agua que se infiltra puede reaccionar con los suelos para alterarlos a través de la disolución

de las ligas químicas (cementantes), de intercambio de cationes o de otros procesos, o 3. la propia agua que se infiltra se puede drenar sin efectos significativos en el suelo.

De estos posibles resultados, la segunda es la que causa preocupación en cuanto al efecto cíclico de humedecimiento y secado en las mezclas de suelo – cal. Estas condiciones de mojado y secado cíclicos pueden ser causadas por periodos de lluvias y sequías, la fluctuación de los niveles freáticos o por los períodos de escurrimiento de agua seguidos de períodos secos. Un estudio exhaustivo de lixiviados de suelos estabilizados con cal se llevó a cabo por McCallister y Petry (1990). En este estudio siete laboratorios prepararon muestras de arcilla tratada con cal, de tres suelos expansivos diferentes, en la zona norte central de Texas. Los suelos tratados fueron sometidos a lixiviación acelerada continua durante 45 y 90 días. Constantes en las pruebas eran: tipos de suelos, la presión del flujo, las condiciones de curado y el esfuerzo de compactación. Las variables fueron: contenido de cal, el contenido de humedad inicial y la duración del ciclo de lixiviación.

Las principales conclusiones del estudio fueron que:

1. La magnitud de los cambios en las propiedades físicas y químicas de los suelos tratados con cal y sometidos a lixiviación depende en gran medida del contenido de cal de la mezcla.

2. Los suelos estabilizados con 6 a 7 % de cal demostraron los menores cambios en sus propiedades físicas y químicas. De hecho, los cambios físicos de los suelos tratados con este nivel de cal, relativamente alto, fueron por lo general insignificantes, y:

3. Los mayores cambios ocurrieron a una tasa inferior de estabilización de 3 a 4% de cal. Estos cambios fueron significativos y a menudo sustanciales.

La diferencia entre las mezclas de suelo – cal, estabilizados con altos y bajos porcentajes de cal, se debe probablemente al efecto puzolánico. Los suelos estabilizados con bajos porcentajes de cal no pueden desarrollar la reacción puzolánica o al menos no completamente como para producir cambios


permanentes y resistir daños por humedad o por lixiviado. Los cambios en las propiedades químicas específicas señaladas en el estudio de McCallister y Petry que sustentan la importancia del uso de cal suficiente para la estabilización "completa" fueron:

1. una disminución significativa del pH en los suelos estabilizados con cal se notó en la lixiviación, pero esta disminución del pH parece estar directamente relacionada con la difusión de la cal causada por el fluido de lixiviación, que de este modo diluye directamente los compuestos de hidrógeno complejos;

2. la cantidad de cal necesaria para compensar la difusión de cal parece ser aproximadamente igual al contenido de cal que produce el nivel óptimo para la estabilización (la que produce la más alta resistencia a la compresión no confinada). McCallister y Petry le llaman a esta la estabilización con cal óptima o LSO.

Por tanto, una conclusión importante del estudio McCallister y Petry es que con el fin de proporcionar la mayor salvaguardia posible contra daños por lixiviados y daños de la humedad en general, la estrategia adecuada es utilizar el contenido óptimo de cal para producir la resistencia a la compresión más alta en el diseño del proceso de la mezcla (la LSO). Este proceso y esta filosofía, aseguran que el máximo potencial para el desarrollo de la ganancia de resistencia puzolánica se producirá y que el "depósito" o la fuente de iones de calcio necesarios para conducir la reacción puzolánica es adecuada, incluso durante periodos de daño potencial. Este "depósito" de calcio proporciona el potencial para el efecto curativo autógena durante los períodos favorables para el curado. Esta filosofía corrobora las hipótesis de Eades y Grim (1960) y Kennedy (1988), que los productos de reacción puzolánica son permanentes.



PARTE: 1. CONTROL DE CALIDAD

TÍTULO: 02. SUELOS TRATADOS CON CAL

Capítulo 8 Control de Calidad

Discusión amplia sobre las pruebas que se deberán hacer tanto al suelo antes y después del proceso de estabilización como a la cal a utilizar. Ventajas en el uso del producto hidratado y sin hidratar. Para el uso de la cal se deberá analizar previamente el tipo de suelo sobre del cual se va a hacer la aplicación, para conocer si realmente es susceptible de mejorarse y en qué proporción se debe aplicar la cal, para el mejor resultado que se pretenda. Ya se ha visto, en capítulos anteriores, que la cal puede aplicarse simplemente para el secado del suelo, para mejorarlo o bien, para estabilizarlo de manera permanente. El porcentaje de cal por aplicar es el que decide cuál de estas tres operaciones es la que se llevará a cabo y cómo se llevará a cabo. También se había visto ya, en capítulos anteriores, que hay varios tipos de cal comercial: la cal viva u óxido de calcio y la cal hidratada. ¿Cuál de las dos usar ?. En igualdad de circunstancias, cuando se dispone de ambas, se deberá seleccionar el óxido de cal o cal viva porque el óxido de calcio contiene más calcio disponible que la cal hidratada, debido a su peso molecular. El peso molecular del óxido de calcio (cal viva) es Ca O = 56, en tanto que el de la cal hidratada es Ca (OH)2 = 74

56/74 = 0.76,

Por lo tanto, la cal hidratada Ca (OH)2 contiene 76% del Ca O en peso y entonces requiere de un 30% más de cal hidratada por kilogramo de óxido de calcio. El peso volumétrico del óxido de calcio (cal viva) es aproximadamente de 1 Ton/m3 y la cal hidratada pesa aproximadamente 0.6 Ton/ m3, por tanto, el transporte de la cal hidratada es más caro, ya que ocupa más volumen para su traslado. Además que el hidrato, al ser más ligero que el óxido de calcio, es más difícil de controlar en presencia de viento, para su correcta dosificación en la obra. Pruebas previas a la construcción Dentro de las pruebas previas al uso de la cal, deberá caracterizarse el tipo de suelo al que se le va a aplicar, y para ello, deberá muestrearse el terreno natural y llevarse al laboratorio, en donde se le determinarán:

Contenido de humedad (%),

Límites de plasticidad (líquido y plástico),

Contracción lineal,

Granulometría,

Clasificación del suelo (SUCS)

Peso volumétrico seco máximo y humedad optima Próctor estándar (AASHTO T99) y Próctor, modificada (AASHTO T180),

CBR y expansión,

Compresión simple (ASTM D 2166)


Igualmente necesario es determinar la posición del nivel freático y el origen geológico de los suelos por estabilizar. Luego de los ensayes anteriores se procederá a realizar la prueba ASTM C 977: “Estabilización de suelos con cal viva”, [Malla No. 40, 0.425 mm, 500 g], con la cal que va usarse en la obra y agua destilada libre de CO2. A partir de este ensaye se obtiene la proporción de cal por utilizarse en la obra. Conociendo la proporción necesaria de cal (ASTM C 977), se deberán preparar nuevas pruebas a los suelos modificados con cal y que vayan a usarse en la obra, mismas que deberán dejarse “curar” un mínimo de 36 horas. Las pruebas que se les deberán realizar son:

Límites de Atterberg de mezclas de suelos estabilizados con cal y curadas 36 horas (SCT).

Contracción lineal (SCT).

Contracción unidimensional (ASTM D 3877).

CBR y expansión (SCT).

Compresión simple con curado acelerado VTM-11. El curado se dará en horno a temperatura constante de 60° C y después de haber colocado los especímenes en botes metálicos herméticos.

Peso volumétrico seco máximo y humedad óptima Próctor estándar (AASHTO T99) y Próctor modificada (AASHTO T180).

Compresión simple de mezclas de suelos estabilizados con cal (ASTM D 5102).

Pruebas durante la construcción

Durante el procedimiento constructivo que se lleve a cabo, se deberán realizar las siguientes pruebas:

Grado de pulverización

Humedad (>2% del óptimo Próctor estándar AASHTO T99).

Compactación (como sigue).

Se recomiendan las siguientes compactaciones mínimas, siempre tomando en cuenta las condiciones de drenaje y subdrenaje, así como la capacidad de carga y características mecánicas de suelos y rellenos bajo la estructura del pavimento:

Suelos y materiales de préstamo modificados con cal y con más de 50% que pasa la malla núm. 200 (0.075 mm), respecto de la prueba Próctor estándar (AASTHO T99): bases 98%, subbases 95%, subrasante del 90% al 95%, subyacente y terracerías 90%.

Suelos y materiales de préstamo modificados con cal y con más de 50% retenido en la malla núm. 200 (0.075 mm), respecto de la prueba Próctor modificada (AASHTO T180): bases 98%, subbases 95%, subrasante del 90% al 95%, subyacente y terracerías 90%.

Uniformidad de la mezcla (titulación con fenolftaleína) (NLA). La fenolftaleína es un indicador sensitivo al calor del pH, y dado que la mezcla de suelo-cal muestra un elevado pH, el indicador se puede usar exitosamente para indicar la presencia de cal. Se rocía a la mezcla de suelo-cal; si está presente la cal se desarrollará un color rosa intenso. Esta verificación se hace en el sentido transversal al camino (superficialmente) y en el sentido vertical (a la profundidad de la capa que se está tratando).

Compresión simple de mezclas de suelos con cal (ASTM D 5102).

Eficiencia de mezclado

La eficiencia del mezclado de campo es de importancia crítica dado que las reacciones básicas no pueden proceder con buen éxito ni óptimamente sin un mezclado eficiente.

Un procedimiento simple para evaluar la eficiencia del mezclado es:

1. Obtenga una muestra de la mezcla de suelo-cal en campo.


2. Divida en dos la muestra, 3. Prepare especímenes para examinar el esfuerzo a la compresión sin confinar de una de las

porciones; 4. Vuelva a mezclar completamente la otra porción de mezcla de campo para asegurar casi 100

% de mezclado; 5. Prepare especímenes del material vuelto a mezclar; 6. Cure ambos especímenes y pruébelos; y 7. Calcule la eficiencia de mezclado como resistencia de la mezcla de campo.

Porcentaje de la Eficiencia de Mezclado = (Resistencia de la mezcla de Campo/ Resistencia de la mezcla del Laboratorio) X 100.

Para operaciones de mezclado en el lugar, las eficacias de mezclado normalmente varían de un 60 a 80 %. En algunos tipos de operaciones de mezclado de suelo-cal son aceptables valores más bajos.



PARTE: 1. CONTROL DE CALIDAD

TÍTULO: 02. SUELOS TRATADOS CON CAL

Capítulo 8 Control de Calidad

Discusión amplia sobre las pruebas que se deberán hacer tanto al suelo antes y después del proceso de estabilización como a la cal a utilizar. Ventajas en el uso del producto hidratado y sin hidratar. Para el uso de la cal se deberá analizar previamente el tipo de suelo sobre del cual se va a hacer la aplicación, para conocer si realmente es susceptible de mejorarse y en qué proporción se debe aplicar la cal, para el mejor resultado que se pretenda. Ya se ha visto, en capítulos anteriores, que la cal puede aplicarse simplemente para el secado del suelo, para mejorarlo o bien, para estabilizarlo de manera permanente. El porcentaje de cal por aplicar es el que decide cuál de estas tres operaciones es la que se llevará a cabo y cómo se llevará a cabo. También se había visto ya, en capítulos anteriores, que hay varios tipos de cal comercial: la cal viva u óxido de calcio y la cal hidratada. ¿Cuál de las dos usar ?. En igualdad de circunstancias, cuando se dispone de ambas, se deberá seleccionar el óxido de cal o cal viva porque el óxido de calcio contiene más calcio disponible que la cal hidratada, debido a su peso molecular. El peso molecular del óxido de calcio (cal viva) es Ca O = 56, en tanto que el de la cal hidratada es Ca (OH)2 = 74

56/74 = 0.76,

Por lo tanto, la cal hidratada Ca (OH)2 contiene 76% del Ca O en peso y entonces requiere de un 30% más de cal hidratada por kilogramo de óxido de calcio. El peso volumétrico del óxido de calcio (cal viva) es aproximadamente de 1 Ton/m3 y la cal hidratada pesa aproximadamente 0.6 Ton/ m3, por tanto, el transporte de la cal hidratada es más caro, ya que ocupa más volumen para su traslado. Además que el hidrato, al ser más ligero que el óxido de calcio, es más difícil de controlar en presencia de viento, para su correcta dosificación en la obra. Pruebas previas a la construcción Dentro de las pruebas previas al uso de la cal, deberá caracterizarse el tipo de suelo al que se le va a aplicar, y para ello, deberá muestrearse el terreno natural y llevarse al laboratorio, en donde se le determinarán:

Contenido de humedad (%),

Límites de plasticidad (líquido y plástico),

Contracción lineal,

Granulometría,

Clasificación del suelo (SUCS)

Peso volumétrico seco máximo y humedad optima Próctor estándar (AASHTO T99) y Próctor, modificada (AASHTO T180),

CBR y expansión,

Compresión simple (ASTM D 2166)


Igualmente necesario es determinar la posición del nivel freático y el origen geológico de los suelos por estabilizar. Luego de los ensayes anteriores se procederá a realizar la prueba ASTM C 977: “Estabilización de suelos con cal viva”, [Malla No. 40, 0.425 mm, 500 g], con la cal que va usarse en la obra y agua destilada libre de CO2. A partir de este ensaye se obtiene la proporción de cal por utilizarse en la obra. Conociendo la proporción necesaria de cal (ASTM C 977), se deberán preparar nuevas pruebas a los suelos modificados con cal y que vayan a usarse en la obra, mismas que deberán dejarse “curar” un mínimo de 36 horas. Las pruebas que se les deberán realizar son:

Límites de Atterberg de mezclas de suelos estabilizados con cal y curadas 36 horas (SCT).

Contracción lineal (SCT).

Contracción unidimensional (ASTM D 3877).

CBR y expansión (SCT).

Compresión simple con curado acelerado VTM-11. El curado se dará en horno a temperatura constante de 60° C y después de haber colocado los especímenes en botes metálicos herméticos.

Peso volumétrico seco máximo y humedad óptima Próctor estándar (AASHTO T99) y Próctor modificada (AASHTO T180).

Compresión simple de mezclas de suelos estabilizados con cal (ASTM D 5102).

Pruebas durante la construcción

Durante el procedimiento constructivo que se lleve a cabo, se deberán realizar las siguientes pruebas:

Grado de pulverización

Humedad (>2% del óptimo Próctor estándar AASHTO T99).

Compactación (como sigue).

Se recomiendan las siguientes compactaciones mínimas, siempre tomando en cuenta las condiciones de drenaje y subdrenaje, así como la capacidad de carga y características mecánicas de suelos y rellenos bajo la estructura del pavimento:

Suelos y materiales de préstamo modificados con cal y con más de 50% que pasa la malla núm. 200 (0.075 mm), respecto de la prueba Próctor estándar (AASTHO T99): bases 98%, subbases 95%, subrasante del 90% al 95%, subyacente y terracerías 90%.

Suelos y materiales de préstamo modificados con cal y con más de 50% retenido en la malla núm. 200 (0.075 mm), respecto de la prueba Próctor modificada (AASHTO T180): bases 98%, subbases 95%, subrasante del 90% al 95%, subyacente y terracerías 90%.

Uniformidad de la mezcla (titulación con fenolftaleína) (NLA). La fenolftaleína es un indicador sensitivo al calor del pH, y dado que la mezcla de suelo-cal muestra un elevado pH, el indicador se puede usar exitosamente para indicar la presencia de cal. Se rocía a la mezcla de suelo-cal; si está presente la cal se desarrollará un color rosa intenso. Esta verificación se hace en el sentido transversal al camino (superficialmente) y en el sentido vertical (a la profundidad de la capa que se está tratando).

Compresión simple de mezclas de suelos con cal (ASTM D 5102).

Eficiencia de mezclado

La eficiencia del mezclado de campo es de importancia crítica dado que las reacciones básicas no pueden proceder con buen éxito ni óptimamente sin un mezclado eficiente.

Un procedimiento simple para evaluar la eficiencia del mezclado es:

8. Obtenga una muestra de la mezcla de suelo-cal en campo.


9. Divida en dos la muestra, 10. Prepare especímenes para examinar el esfuerzo a la compresión sin confinar de una de las

porciones; 11. Vuelva a mezclar completamente la otra porción de mezcla de campo para asegurar casi 100

% de mezclado; 12. Prepare especímenes del material vuelto a mezclar; 13. Cure ambos especímenes y pruébelos; y 14. Calcule la eficiencia de mezclado como resistencia de la mezcla de campo.

Porcentaje de la Eficiencia de Mezclado = (Resistencia de la mezcla de Campo/ Resistencia de la mezcla del Laboratorio) X 100.

Para operaciones de mezclado en el lugar, las eficacias de mezclado normalmente varían de un 60 a 80 %. En algunos tipos de operaciones de mezclado de suelo-cal son aceptables valores más bajos.



PARTE: 1. EQUIPO Y HERRAMIENTA NECESARIO PARA ESTABILIZAR CON CAL

TÍTULO: 02. DESCRIPCIÓN Y MANEJO

Capítulo 10

Descripción, uso y manejo adecuado de los equipos según las condiciones en las que se trabaje para lograr una adecuada homogenización y por lo tanto lograr el resultado para su modificación o estabilización en su caso.

Para la elaboración correcta de una mezcla suelo-cal es indispensable su correcta preparación y homogenización, misma que se puede lograr tanto en campo como en laboratorio siguiente los procedimientos adecuados para cada caso. En este capítulo se describen los diferentes equipos que se deben usar y su adecuado manejo para alcanzar los fines que se persiguen. 6.3 GUÍA DE RECURSOS PARA EL PROCESO CONSTRUCTIVO DE SUELOS ESTABILIZADOS CON CAL.

1. EQUIPO Y HERRAMIENTA:

1. A. Topografía

1 Estación Total

1 Nivel Fijo

1 Estadal

1 Cinta (20 m)

2 Plomadas

1. B. Construcción

1 Motoconformadora

1 Tractor agrícola de más de 60 HP, o Estabilizadora de Suelos

1 Rastra con discos de 24” de Ø o mayor

1 Arado con discos de 28” de Ø

1 o 2 Pipas para agua (más de 8000 l.) con barra de riego.

2 Bombas para agua de 2” a 4” de Ø, con motor a gasolina, con mangueras de carga y descarga.

1 Equipo de compactación, de preferencia sobre neumáticos, de más de 10 ton. Y Pata de Cabra.

1 Petrolizadora con aditamentos para aplicar asfalto.


1. C.Laboratorio de Campo

1 Báscula de 2 kg (+/- 0.1 g)

1 Estufa de gas de dos hornillas portátil y tanque de gas de 5 kg.

10 Bolsas de lona para guardar muestras de suelo

5 Cápsulas de aluminio para control de humedades, con tapa.

1 Barreta

1 Probeta graduada de 1,000 0 2,000 ml

10 Kg de arena clasificada para calas de compactación.

2 Charolas metálicas de 40 cm x 60 cm

1 Charola metálica o sartén para secar material.

1 Flexómetro

1 Malla de 1” (25 mm)

1 Malla de ¾” (19 mm)

1 Malla No. 4 (4.75 mm)

1 Charolas de fondo de tamiz

1 Tapa para tamices

1. MATERIALES

- Cal. - Agua, 250 a 400 lts por m³ de suelo estabilizado. - Emulsión asfáltica rebajada de rompimiento lento tipo RL-2K, o emulsión asfáltica de rompimiento

medio, tipo RM-2K con dosificación de 1.0 a 1.5 l., por m² de base. - Arena para sello cuando, sea necesario proteger la base impregnada, 8 a 10 l., por m² de base. - Estacas de madera (+ 30 cm), 1 por cada 50 m². - Maestras de ladrillo, 1 por cada 20 m². - Meca hilo, 200 m. - Combustibles, lubricantes, aceites y grasa con engrasador, suficientes para todo el equipo.

1. PERSONAL

1 Técnico constructor o Sobrestante

1 Laboratorista

1 Ayudante de Laboratorista

1 Topógrafo

1 Cabo de línea

1 Camioneta Pick Up o camión de más de 1 ton.

2 Carretillas

4 Picos

4 Palas

2 Rastrillos ciegos

2 Marros de más de 3 kg


1 Cadenero

6 Peones o ayudantes en general

1 Operador de Motoconformadora

1 Operador de tractor agrícola, o Estabilizadora de Suelos

1 o 2 Operadores de Pipa de agua

1 Operador de bombas de agua

1 Operador de equipo de compactación

1 Operador de Petrolizadora

1 Ayudante de Petrolizadora

1 Chofer de camioneta

1 Mecánico Universal con herramienta y 2 gatos de 2 ton

ALCANCES PARA SU CORRECTA HOMOGENIZACION DE LAS CAPAS TRATADAS PARA ESTABILIZAR SUELOS CON CAL. Es de suma importancia lograr que el suelo y la cal estén en contacto permanente y con alta presencia de humedad (por arriba del óptimo del suelo a tratar y compactar). Para ello, los puntos relevantes a confirmar durante su proceso de estabilización son los siguientes:

1.- Porcentaje de cal adecuado proveniente de una de las pruebas comprobadas para lograr la estabilización.

2.- Correcta distribución y homogenización del material a tratar con la cal, esto se observa cuando el material tratado no tiene grumos y se ha perdido a simple vista la incorporación de la cal en el suelo, se ha disgregado e incorporado correctamente.

3.- La compactación con pata de cabra para suelos finos es indispensable y para delinear la superficie terminada se pasará un rodillo liso.

4.- La superficie final tratada se deberá impregnar con el objeto de que no pierda humedad la capa y siga haciendo reacción la cal con el suelo arcilloso, logrando una estabilización eficiente y segura.

5.- Si se abre al tráfico, se deberá incorporar sello o arena que impida se levante la impregnación aplicada, antes de recibir alguna carpeta asfáltica o riego de sello definitivo para su uso final.



PARTE: 1. ETAPAS PARA LOGRAR ESTABILIZACIÓN DE SUELOS CON CAL

TÍTULO: 02. PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO

Capítulo 11

Descripción por etapas del proceso constructivo ilustrado para poder hacer una modificación o estabilización de suelos con cal, explicando por cada una de ellas el objetivo y meta.

Procedimiento constructivo

Para iniciar el procedimiento constructivo primeramente se deberá definir con perfecta claridad cuáles son los objetivos que se persiguen con la inclusión de cal en la mezcla de suelo que se pretenda utilizar. Pueden existir tres casos:

1. Reducir el contenido de agua del suelo local, preferentemente arcilloso o fino, limoso, plástico, en época de lluvias o material “lodoso”, para volverlo trabajable y compactable, acercándolo así a su humedad óptima.

2. Mejorar su trabajabilidad, reducir su índice de plasticidad IP, aumentar su resistencia CBR a tenerla dentro de los limites señalados por la normatividad, en particular la de SCT, para el nivel donde se desee colocar: terracerías, subbases o bases.

3. Estabilizar completamente el suelo fino que se desee trabajar, arcilloso o limo plástico, aumentando su resistencia a la compresión, su CBR, sus condiciones de plasticidad: IP %, y sobretodo, hacer trabajar su reacción puzolánica a largo plazo, formando así mezclas irreversibles en el tiempo.

Todo lo anterior va perfectamente ligado a la cantidad de cal por utilizar. En el primer caso con 1 a 2% de inclusión de cal es suficiente para los propósitos de secado. Cuando se aumenta el porcentaje de cal entre 2 % y 3 %, se pueden conseguir muy rápidamente grandes beneficios instantáneos para el suelo fino que se desea utilizar, pero si se aumenta un poco más el porcentaje de cal, a rangos de 4 % a 7%, la mezcla alcanza propiedades mecánicas muy altas e irreversibles, luego de un tiempo de curado de 28 días, en que ya se verificaron las reacciones puzolánicas

Los porcentajes exactos de cal para las mezclas dependerán del tipo de material que se desee mejorar, sus condiciones de humedad y sus condiciones de drenaje en el sitio. El valor exacto para los tres casos mencionados lo debe determinar con exactitud el laboratorio, aplicando la pruebas ASTM C 977-02 y ASTM C 911-99e1.

De acuerdo con la "National Lime Association" de Estados Unidos de Norteamérica, el procedimiento de construcción de una estabilización con cal debe sujetarse a lo siguiente:

- Se deberá utilizar cal de buena calidad y que cumpla con las especificaciones respectivas. - En general, la estabilización deberá realizarse por capas, teniendo éstas un espesor igual o menor a

20 cm, aunque pudieran variar de acuerdo al equipo con el que cuente el contratista. - Para obtener una completa estabilización es esencial una disgregación adecuada de la fracción

arcillosa. Consecuentemente en donde se tengan arcillas francas, es necesario generalmente efectuar el mezclado en dos etapas, permitiendo entre ambas un cierto período de curado y empleando en cada etapa la mitad del porcentaje de cal obtenida en el diseño. Durante el período inicia! de curado, la arcilla forma grumos pequeños, lo que facilita la pulverización en la etapa final.


Figura 11. 1 Método de la AASHTO para las estabilizaciones con cal.

- Escarificación y disgregación. Una vez que se ha descubierto al suelo hasta el nivel superior de la capa que se desea estabilizar se conforma a dicha superficie y se escarifica hasta la profundidad deseada y posteriormente se pulveriza en forma parcial. Se deberán tomar las medidas necesarias para no incluir las raíces, turba, materia orgánica o agregados mayores de 7.5 cm en el suelo por estabilizar. El escarificado inicial podrá efectuarse con una motoconformadora y posteriormente se disgrega con arado de discos o mezcladoras móviles rotatorias.

Se entra a la gráfica de la Fig. 11.1 con el índice plástico en la parte superior y se traza una línea paralela a la familia de curvas, la cual deberá intersectarse con el porcentaje de finos, por el punto de intersección se traza una vertical hasta intersectar las abscisas de la parte superior. Se determina el porcentaje de cal (en peso) efectuando una interpolación entre las curvas en que se localice esta última intersección.

- Adición de cal. Se adiciona la cal dosificándola con respecto al peso seco del suelo y se extiende en

forma uniforme ya sea en seco o en forma de lechada. Si el extendido se lleva a cabo en seco se pueden colocar las bolsas de cal sobre el camino, o bien se puede colocar con el auxilio de camiones de volteo debidamente equipados. El uso de un rociador es lo más adecuado para lograr una distribución uniforme.

Si se emplea cal seca, se le deberá rociar un poco de agua para evitar que el aire la “vuele”. Si la cal se coloca en bolsas, deberá distribuirse, a la cal depositada, con rastras antes de iniciar el mezclado. Nunca deberá utilizarse motoconformadora para distribuir la cal. No se deberá colocar la cal en polvo cuando se tenga viento excesivo, para evitar pérdidas y contaminaciones. En tales casos o en áreas populosas, se recomienda utilizar el procedimiento de lechada. Sólo se colocará la cal que pueda ser mezclada con el suelo en el mismo día de su aplicación. Para evitar que el viento la remueva o bien que se carbonate, deberá mezclarse a la cal con el suelo antes de que transcurran 6 horas de su aplicación. Si se utiliza el procedimiento de lechada, el equipo de preparación deberá revisarse por el ingeniero residente o la supervisión.


Deberá contarse con un agitador adaptado al camión de distribución para evitar el asentamiento de la cal.

La aplicación de la cal en seco puede efectuarse por medio de camiones - tanques o pipas, que son más eficientes para el transporte y colocación de la cal. La descarga puede efectuarse en forma neumática, a través de los aspersores, con bombas o por algún otro sistema. El rociado puede efectuarse mediante rociadores mecánicos colocados en la parte posterior de la pipa o por algún otro sistema. Si se utilizan camiones de volteo, deberá cubrirse a la cal durante el transporte a la obra y durante el rociado para minimizar la formación de polvo. Al utilizar camiones de volteo deberá efectuarse la aplicación utilizando un rociador mecánico en la parte posterior del vehículo, no siendo recomendable el uso de compuertas regulables ni el uso de motoconformadoras para esta distribución. Si la aplicación se efectúa con cal en bolsas, éstas se deberán colocar a mano en los puntos que se seleccionen para obtener una distribución uniforme y tomando en cuenta que una vez aplicada la cal, ésta debe estar en la proporción indicada por el laboratorio o la plasmada en proyecto, respecto al peso del suelo compactado. Con un cuchillo se rasgan las bolsas y se vacían formando pilas que posteriormente se nivelan y distribuyen con dispositivos manuales.

En el caso de que se aplique la cal en forma de lechada, esta deberá prepararse en un tanque central de mezclado provisto con sistema de agitación a base de paletas integrales, aire comprimido y/o bombas de recirculación. Otro método involucra la adición de agua y cal al carro-tanque o pipa, de tal forma que el mezclado se efectúe con bombas de recirculación durante el traslado. Para tener el debido proporcionamiento deberán controlarse los pesos de cal y volúmenes de agua que se utilicen. Para la distribución de la lechada se pueden utilizar camiones-pipa normales o camiones tanque distribuidores de asfalto, con o sin distribuidores de presión. Desde luego se prefiere que se tengan distribuidores de presión para lograr una distribución más uniforme. Debido a que la cal aplicada en forma de lechada corresponde a aplicaciones menos concentradas que en el caso de cal seca, usualmente son necesarias dos o más pasadas para proveer la cantidad requerida de sólidos de cal.

- Mezclado y humedecimiento iniciales. Es necesario efectuar un mezclado preliminar para poder

distribuir la cal en forma uniforme y completa en el suelo así como para poder disgregarla hasta tamaños menores de 5 cm. Durante esta etapa deberá agregarse agua para elevar el contenido de humedad de la mezcla suelo-cal hasta un 5% por arriba de la humedad óptima. También resulta deseable efectuar el mezclado mediante máquinas rotatorias. Después del mezclado inicial deberá conformarse a la capa tratada con cal hasta tener aproximadamente la sección deseada y deberá asimismo efectuarse una ligera compactación antes del curado inicial, con objeto de minimizar las pérdidas por evaporación y la carbonatación de la cal.

El equipo necesario para esta operación puede consistir en mezcladoras rotatorias o arados de disco (rastras de tractor agrícola), un carro tanque y un rodillo neumático ligero.

- Curado inicial. Para permitir que el agua y la cal rompan los grumos de arcilla, es necesario permitir

un tiempo de curado de 12 a 48 horas, pero este tiempo puede ser mayor dependiendo del juicio del ingeniero, ya que puede ser hasta de más de 7 días en el caso de suelos muy arcillosos.

- Mezclado final y disgregación. Deberá nuevamente efectuarse el mezclado y la disgregación hasta

que todos los grumos pasen por la malla de 1" y cuando menos el 60% pase la malla No. 4 (excepto las partículas sólidas de suelo). Puede requerirse la adición de agua para alcanzar la humedad óptima de compactación antes de compactar. En esta etapa resulta muy recomendable el uso de mezcladoras rotatorias.

- Compactación. Deberá compactarse a la mezcla suelo-cal de acuerdo con lo indicado en el proyecto

y tomando en cuenta los resultados del estudio de laboratorio. La compactación podrá iniciarse inmediatamente después del mezclado final y en ningún caso deberá permitirse un retraso mayor de una semana. La compactación deberá efectuarse en capas con espesor máximo de 20 cm, utilizando rodillos neumáticos pesados, o rodillos vibratorios o una combinación de rodillo pata de cabra y rodillo ligero. En ningún caso deberá permitirse la compactación con rodillo neumático


ligero, de capas iguales o mayores de 15 cm. En caso de que el equipo disponible consista de rodillos neumáticos ligeros el espesor de las capas deberá ser de 3 a 5 cm.

- Curado final. De acuerdo con observaciones de campo y/o pruebas de laboratorio, se fijará el tiempo

de curado para que la capa estabilizada adquiera las características deseadas antes de colocar las capas superiores. Este tiempo generalmente es de 3 a 7 días. El ingeniero residente deberá decidir este lapso de tiempo, pudiendo efectuar el curado en alguna de las siguientes formas:

- Curando con adición de agua, que consiste en mantener húmeda a la superficie mediante ligeros

rociados con agua en forma periódica y recompactando cuando se necesario. - Impermeabilización de la superficie con la aplicación de un riego asfáltico o similar.

Maquinaria especial. Se han aplicado con éxito y eficiencia algunas máquinas que generalmente en una sola pasada pulverizan, humedecen, mezclan y distribuyen el material. Estas máquinas, en general, son móviles y realizan su trabajo in situ, aunque también existen instalaciones fijas que fabrican la mezcla en un punto del cual se recoge en camiones que la trasladan al lugar para su colocación.

Fig. 11.2 Mezcladora Móvil

En la Figura 11.2 se presenta una mezcladora que en una sola pasada efectúa la operación total. Consta de dispositivos giratorios que cortan y pulverizan al material extendido, mezclándolo en una forma eficaz; posteriormente adiciona el agua distribuyéndola uniformemente junto con los productos modificadores. El operador de la máquina regula los diferentes dispositivos de control. La compuerta regulable extiende a la mezcla, con el espesor predeterminado, en una forma uniforme. Se puede contar adicionalmente con dispositivos compactadores vibratorios para proporcionar una compactación inicial a la mezcla tendida. El sistema motor consiste de un tractor con oruga que en la plataforma lleva los mandos que regulan el espesor de la mezcla tendida, volumen de agua, etc. Existe también en el mercado, otro tipo de máquinas como la ilustrada en la Figura 11. 3. Este tipo de mezcladora recoge al material previamente acamellonado, lo eleva mediante sistemas de cangilones, lo mezcla adicionando el agua necesaria y el aditivo y lo deposita finalmente en camellones. Este tipo de máquina es menos eficiente que la anteriormente mencionada, principalmente debido a que es necesario el posterior extendido del material.


Se cuenta finalmente con mezcladoras fijas que pueden ser de producción continua o por “bachadas”; tienen como elementos fundamentales los siguientes sistemas: el de secado, el de pulverización, el de cribado, el de dosificación y el de mezclado y vertido. Los suelos que se pretende estabilizar deben ser excavados, transportados a la planta, mezclados con la cal y llevados al lugar para su extendido y compactación. Es muy importante que se tenga un perfecto equilibrio, no solamente en cada una de las etapas mencionadas anteriormente, sino también en los diferentes elementos que componen a la planta.

Algunas veces se pueden utilizar plantas del tipo de las utilizadas para el mezclado de cementos Portland, cuando se tienen agregados no cohesivos, pero sin embargo, deben preferirse aquellas que produzcan la pulverización. El tipo de mezcladoras para concretos asfálticos puede dar buenos resultados cuando se tienen suelos cohesivos. Existe en el mercado un gran número de fabricantes de maquinaria de la anteriormente mencionada, todos ellos ponderan las ventajas olvidando algunas veces las desventajas que algunos equipos presenten con respecto a otros. Las máquinas que efectúan todas las operaciones en una sola pasada son muy atractivas pero costosas por lo que su empleo queda generalmente sujeto a obras muy importantes; además presentan a veces algunas desventajas como puede ser el caso en que se tengan agregados granulares muy gruesos pues el sistema de pulverización puede trabarse. Por otro lado, si se tiene un control adecuado y rígido durante la construcción, con el equipo tradicional de arados, escarificadores, motoconformadoras, etc., puede obtenerse una mezcla tan buena como la que se obtendría con equipos especiales.

Detalles importantes: Si el suelo se encuentra sumamente seco puede ser necesaria la aplicación de agua para facilitar el disgregado inicial. No obstante que la práctica general indica la escarificación antes de la colocación de la cal, puede recomendarse el procedimiento inverso, con objeto de facilitar la pulverización inicial, así como la más fácil circulación de los vehículos que se utilicen para la aplicación de la cal. La principal desventaja de este procedimiento se refiere al medio ambiente, pues si se tiene viento o lluvia existe más facilidad para perder cal, ya que ésta se encontrará colocada sobre una superficie prácticamente lisa, a menos que se efectúe la escarificación tan pronto se extienda la cal. Para eliminar pérdidas laterales se pueden construir acamellonamientos en los hombros empleando el mismo material. Para evitar la formación de polvo es aconsejable rociar la superficie antes de colocar la cal. Como se mencionó anteriormente en el caso de que se tengan arcillas con límites plásticos del orden de 50% ó mayores, es ventajoso aplicar la cal en dos partes iguales: la primera parte facilita la disgregación del suelo y la segunda completa su estabilización.

Durante la compactación puede requerirse de un ligero rociado para compensar por las pérdidas por evaporación.



PARTE: 1. NORMAS Y ESPECIFICACIONES

TÍTULO: 02. PARA PROCESOS DE CONSTRUCCIÓN Y CONTROL DE CALIDAD Capítulo 12 Sumario de normas y especificaciones (internacionales y mexicanas) que se seguirán, para lograr un proceso de construcción y control, para la modificación o estabilización de suelos, en campo y laboratorio. Normativa mexicana La norma mexicana que habla sobre la modificación de suelos arcillosos con cal, para ser aplicados en carreteras, a nivel de terracerías: subrasante, subbase, base, es la norma N-CMT-4-03-001/02, del libro: CMT, Características de los materiales, parte 4, Materiales para pavimentos, Título 03, Materiales para estabilizaciones, Capítulo 001, “Cal para estabilizaciones”, publicada en el año 2002. Asociados con la norma anterior, N-CMT-4-03-001/02, se encuentran varios manuales, también de la SCT:

1. Muestreo de Cal para estabilización y

2. Mejoramiento de Mezclas Asfálticas ............................... M-MMP-4-02-001

3. Residuo y Características Granulométricas de la

Cal ......................................................................................... M-MMP-4-02-003

4. Pérdida por Ignición en la Cal y Contenido de

Bases No-Volátiles................................................................ M-MMP-402-004

5. Contenido de Óxido de Calcio en la Cal ............................ M-MMP-402005

6. Contenido de Óxido de Magnesio en la Cal ................. M-MMP-4-02-006

7. Bióxido de Carbono en la Cal .......................................... M-MMP-4-02-007

8. Contenido de Agua Libre en la Cal Hidratada M-MMP-4-02-008

9. Contenido de Óxido de Calcio Libre en la Cal

10. Hidratada al Alto Calcio ...................................................... M-MMP-4-02-009

11. Calor de Hidratación de la Cal Viva ...................................... M-MMP-4-02-010

12. Preparación de Muestras de Material Estabilizado

con Cal, Utilizando Mezclador Mecánico ................................... M-MMP-4-02-012

13. Contenido de Sílice, Alúmina y Óxidos de Fierro en

la Cal .......................................................................................... M-MMP-4-02-020

A la fecha de elaboración del presente manual, 2015, ninguno de los once manuales mencionados ha sido publicado.

Igualmente ligados con la norma N-CMT-4-03-001/02, existe la norma oficial mexicana NOM-002-SCFI-1993, Productos Preenvasados-Contenido Neto, Tolerancias y Métodos de Verificación y la norma NOM-030-SCFI-1993, Información Comercial-Declaración de Cantidad en la Etiqueta, publicadas por la Secretaría de Economía y la norma mexicana NMX-C-003-1996-ONNCCE, Industria de la Construcción - Cal Hidratada -Especificaciones y Métodos de Prueba.

Otra norma editada por la SCT, relacionada con Cal, es la norma N-CMT-2-01-004/02, del libro: CMT, Características de los materiales, parte 2, Materiales para estructuras, Título 01, Materiales para


mamposterías, Capítulo 004, “Morteros”, publicada en el año 2002. Esta norma, aunque también trata de la cal, está enfocada a morteros y no tiene aplicación directa en terracerías, objeto de este manual.

Otras normas mexicanas, no forzosamente ligadas con la cal, aunque sí con el proceso de estabilización de terracerías con cal (subrasantes, subbases o bases), serían las que se enlistan a continuación:

SCT NORMATIVA

M-MMP-1-11/08: Manual para determinar el CBR y la expansión de los materiales usados en terracerías a que se refieren las normas

N-CMT-CAR-1-01/02: Materiales para terraplén,

N-CMT-CAR-1-02/02: Materiales para subyacente,

N-CMT-CAR-1-03/02: Materiales para subrasante.

N-CMT-CAR-1-01/02: Características de los materiales para terraplén,

N-CMT-CAR-1-02/02: Características de los materiales para subyacente,

N-CMT-CAR-1-03/02: Características de los materiales para subrasante.

N-CMT-CAR-1-04-002/11: Subbases y Bases,

N-CMT-CAR-4-02-001/11: Características de los materiales para subbase,

N-CMT-CAR-4-02-002/11: Características de los materiales para bases hidráulicas,

M-MMP-1-01: Manual de muestreo de materiales para terracerías,

M-MMP-1-02: Manual de clasificación de fragmentos de roca y suelos,

M-MMP-1-04: Manual para la determinación del contenido de agua,

M-MMP-1-07: Manual para la determinación de los límites de consistencia,

M-MMP-1-09: Manual para la ejecución de la compactación AASHTO,

M-MMP-1-10: Manual para la determinación del grado de compactación.

Normativa internacional

La normativa internacional, específicamente la normativa americana o estadounidense a la cual con frecuencia se refiere uno al buscar los porcentajes de cal necesarios para una mezcla dada, está plasmada en:

1. AASHTO T 220-66 (86). Este es uno de los métodos más utilizados para el diseño de mezclas de suelos con cal. Consiste en la ejecución de pruebas de compresión simple, previa determinación del contenido de cal por emplear.

2. American Society for Testing and Materials (ASTM), C977-10, Standard Specification for

Quicklime and Hydrated Lime for Soil Stabilization. Esta prueba determina el contenido de cal por emplear, y complementa a la prueba anterior.

Otra norma Americana, también de la ASTM, aunque con un enfoque químico, es:

1. American Society for Testing and Materials (ASTM), C911-99e1, Standard Specification for

Quicklime, Hydrated Lime, and Limestone for Chemical Uses.

Otras normas americanas, no forzosamente ligadas con la cal, aunque sí con el proceso de estabilización de terracerías con cal (subrasantes, subbases o bases), serían las que se enlistan a continuación:

Especificaciones AASHTO (AMERICAN ASSOCIATION OF STATE HIGHWAY AND TRANSPORTATION OFFICIALS)

M216-84 Cal viva y cal hidratada para la estabilización de suelos.


T87-86 Preparación seco de la distribución de suelos y agregados del suelo para Las muestras para la prueba.

T89-86 Determinación del Límite Líquido de los suelos.

T90-86 Determinación del límite plástico y del índice de plasticidad IP de los suelos.

TI02-83 Prueba de la mancha de materiales asfálticos.

T193-81 (86) Prueba CBR (California Bearing Ratio)

T219-86 Ensayo de cal para componentes químicos y tamaños de partículas

T220-66 (86) Determinación de la resistencia de las mezclas suelo-cal.

Especificaciones (ASTM) (AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS)

C25 Análisis químico de la caliza, cal viva y cal hidratada.

C51 Definición de términos relacionados con la cal y con la caliza.

C110 Pruebas físicas de la cal viva, cal hidratada y caliza.

C977 Cal viva y cal hidratada para la estabilización de suelos.

D558 Relaciones humedad-peso volumétrico de las mezclas de suelo-cemento.

D559 Pruebas saturadas y secas de mezclas de suelo-cemento compactadas.

D698 Métodos de prueba para compactación del suelo en el laboratorio utilizando un esfuerzo estándar.

D977 Asfalto emulsificado.

DI556 Determinación del peso volumétrico del suelo in situ por el método del cono de arena.

DI557 Relaciones humedad- peso volumétrico del suelo y mezclas suelo-agregados utilizando un pisón de 4.5 kg de peso y una caída de 45.7 cm.

DI633 Resistencia a la compresión de cilindros de suelo-cementante.

D2397 Emulsión catiónica de asfalto.

D2487 Método Estándar para la Clasificación de Suelos, para propósitos de Ingeniería.

D2922 peso volumétrico del Suelo y del suelo-agregado in situ, por métodos nucleares (someros, a poca profundidad).

D3017 Contenido de humedad del suelo-agregado in situ, por métodos nucleares (someros, a poca profundidad).

D3155 Contenido de cal de mezclas suelo-cal sin curar.

D3551 Método estándar para la preparación en laboratorio de mezclas de suelo-cal usando de un mezclador mecánico.

D3668 Método estándar de prueba para la capacidad de carga de mezclas de suelo-cal compactadas en laboratorio.

D3877 Métodos de prueba estándar para expansión unidimensional, contracción y presión de expansión de mezclas de suelo-cal.

D4318 Límite líquido, límite plástico e índice de plasticidad IP de los suelos.

D5093 Método de prueba estándar para la medición en campo de la velocidad de infiltración utilizando una Infiltrómetro de doble anillo con un anillo de sellado interior (Puede usarse para mezclas suelo-cal),

D5102 Compresión no confinada de mezclas de suelo-cal,

D6276 Método de prueba estándar para el uso del pH para estimar la cantidad de cal necesaria para la estabilización de suelos,

D6236 Guía estándar para registrar y muestrear núcleos de mezclas de suelos estabilizados con cal o cemento,

E1266 Práctica estándar para procesar de mezclas de cal, cenizas volantes y residuos de metales pesados en rellenos estructurales y otras aplicaciones de construcción.

Otras especificaciones y publicaciones importantes son:

Especificación AASHTO para la estabilización de suelos con cal (M 216-841) (ASTM Designación C 977-02),

AASHTO T 99 Prueba Próctor estándar,


AASHTO T-180, Prueba de compactación modificada,

AASHTO T 294 Prueba Convencional del módulo resiliente,

AASHTO, (1981). "Pavement Determination and Documentation, an International Guide on

Project Procedures."

AASHTO Guide for Design of Pavement Structures, 1993.

Especificaciones AASHTO para Construcción de Carreteras, 1986 (Sección 307 de Subrasante tratada con cal).

Cuerpo de Ingenieros de EE.UU. (U.S. Corps of Engineers). "Manual de ingeniería y diseño para la estabilización de suelos de carreteras y calles”. CE 807.32, de diciembre de 1961 (parcialmente revisados en febrero de 1971).

Asociación Nacional de la cal. "Estabilización de construcciones con cal”. Boletín 326, 1991.

Air Force Engineering and Service Center (AFESC). "Estabilización de suelos para carreteras y aeropuertos", de julio de 1987.

Transportation Research Board (TRB) "Informe del Estado del Arte 5, Estabilización con cal", ("State of the Art Report 5, Lime Stabilization"), 1987.

Normativa Española y Europea

Norma UNE 80 502: “Cales vivas o hidratadas utilizadas en la mejora y/o estabilización de suelos”. Norma UNE-EN 459-1 “Cales para la construcción. Parte 1: Definiciones, especificaciones y criterios de conformidad”. Norma UNE-EN 459-2 “Cales para la construcción. Parte 2: Métodos de ensayo”. Norma UNE-EN 459-3 “Cales para la construcción. Parte 3: Evaluación de la conformidad”.

Por otro lado, deberá tenerse en cuenta también las siguientes publicaciones:

“Instrucción para la recepción de cales en obras de estabilización de suelos (RCA-92)”,

Artículo 200 “Cales para estabilización de suelos” (OM 27/12/99) y

Artículo 512 “Suelos estabilizados in situ” (OC 10/2002) del Pliego de Prescripciones Técnicas Generales para Obras de Carreteras y Puentes (PG-3), de la D.G. de Carreteras del Ministerio de Fomento. España, 2002.



PARTE: 1. VENTAJAS DE USO CAL VIVA, HIDRATADA O LECHADA

TÍTULO: 02. POR LUGARES DE APLICACIÓN Y PROCESO DE CONSTRUCCIÓN

Capítulo 13

Diferencias entre las ventajas del uso de cal hidratada y cal viva dependiendo de su lugar de aplicación, objetivo y proceso de construcción.

13.1 Métodos para el tratamiento con cal

Para las distintas aplicaciones de la cal, en sus diferentes formas, también hay diferencias importantes entre el usar la cal hidratada o la cal viva. Hay tres procesos básicos para el tratamiento de suelos con cal (TRB State of the Art Report No. 5, 1987):

1. Mezclado in situ, 2. Planta de mezclado 3. Presión de inyección.

13.1.1 Mezclado in situ Dentro del mezclado in situ existen tres casos:

1) La mezcla de cal con material ya existente en el sitio de la construcción, 2) La mezcla de cal con material de préstamo al exterior del sitio y transportado al sitio, ya mezclado, para el mezclado final y su compactación, y 3) La mezcla de cal con material de préstamo transportado al sitio de construcción para el proceso constructivo.

En todos los casos, los pasos a seguir son:

1. Añadir cal pulverizada al suelo y mezclarlo. En este procedimiento, el mezclado y la

compactación es una sola operación, sin periodo de curado.

2. Añadir cal al suelo y permitirle a la mezcla que se repose durante un periodo de 1 a 7 días,

para permitir el rompimiento de la plasticidad en arcillas muy plásticas y facilitar el consiguiente

mezclado.

3. Añadir cal pulverizada al suelo, como pretratamiento anterior al tratamiento con un segundo

estabilizador, que pudiera ser algún asfalto.

4. Añadir cal para modificar el suelo y que funcione como una plataforma de trabajo para

construcción. Generalmente se necesita cerrar con rodillo y cumplir las especificaciones

relacionadas con las necesidades de pulverización y compactación.

5. Añadir un doble incremento de cal para dificultar la pulverización de los suelos con un periodo

de reposo intermedio entre los dos incrementos, para permitir que se fragmente y mejore el

problema del suelo.

6. Añadir cal de manera profunda, que podrá realizarse por cualquiera de dos maneras:

a. Añadiendo cal para modificar al suelo a una profundidad de aproximadamente 60 cm. Una

segunda aplicación se hace en la parte superior, entre 15 a 30 cm de profundidad y se

completa el proceso de estabilización. En este proceso, la operación de rompimiento podrá


realizarse con rastras agrícolas o con desgarradores profundos o con equipo de mezclado

profundo.

b. Añadiendo cal para completar la estabilización del suelo a una profundidad de 45 cm. Se

usarán mezcladores mecánicos para pulverizar la mezcla suelo-cal en profundidad por

cortes progresivos, como sigue: a 15 cm la primera pasada, a 23 cm la segunda, a 38 cm la

tercera y a 45 cm la cuarta y última pasada. Se compacta todo con un equipo pesado

convencional, un rodillo vibratorio.

13.1.2 Planta de mezclado La planta de mezclado involucra un patio de maniobras y una planta central donde se mezclen el suelo, la cal y el agua de manera uniforme. La mezcla se transporta al sitio de construcción.

13.1.3 Presión de inyección

Para controlar la expansión de suelos inestables en subrasantes, terracerías o suelos de cimentación, se realizan inyecciones de lechadas de cal a presión, a profundidades de 2 a 3 m. El espaciamiento es a cada 1.50 m y se intenta colocar los inyectores horizontales de lechada de cal a cada 20 o 30 cm. La parte superior, 15 a 30 cm, por lo general se estabilizan por métodos convencionales.

13.2 Procedimiento constructivo

13.2.1 Preparación del suelo

El suelo de la subrasante debe dejarse a nivel de proyecto y bien alineado. Sin embargo, la elevación de la rasante podría variar debido a la acción potencial del esponjado de la capa estabilizada con cal, resultado del hecho de que algunos suelos tienen a aumentar de volumen cuando se mezclan con cal y con agua. Este volumen de cambio puede ser exagerado cunado las mezclas suelo-cal se vuelven a mezclar en un periodo largo de tiempo, especialmente con un contenido de humedad menor que el óptimo para compactación. Generalmente se minimiza el esponjado si el agua que se le añade es adecuada y se coloca antes de añadirle la cal. Para suelos que tienden a esponjarse con la cal, la elevación de la subrasante deberá dejarse ligeramente por debajo del acabado. Este acabado puede terminarse con un recorte de material sobre el hombro de los taludes del terraplén.

Es importante entender que el cambio de volumen por el “esponjado” al tratar a los suelos con cal, se debe principalmente al efecto de la floculación del tratamiento con cal y no a la expansividad producida por la hidratación de las capas de arcilla. El cambio de una estructura dispersa a una floculada es un buen cambio pues reduce el potencial de expansión y los ulteriores cambios volumétricos, además de mejorar la resistencia al corte.

Si se añade cal por vía seca, se necesita desgarrar y escarificar el suelo natural para que pueda completarse la estabilización antes o después de añadirle la cal. Si la cal se añade por medio de una lechada, es mejor escarificar el suelo natural antes de añadirle la cal.

Sera necesario recortar para remover los primeros 5 mm de la mezcla suelo-cal antes de colocar la capa del pavimento. Esto se hace ya que la capa superficial queda expuesta a la carbonatación y a la pérdida de cal debido al tránsito, a las lluvias y al agua superficial. Estos 5 mm se suponen como “poco cementados”.

13.2.2 Aplicación de la cal.

13.2.2.1 Cal hidratada seca

La cal hidratada seca puede aplicarse tanto en forma granular como en sacos. La aplicación en sacos es el método más simple, pero es el más caro. Esto se debe a que los sacos de cal son de 25.0 kg y


necesitan una gran cantidad de tiempo y de mano de obra para abrirlos. Luego de que se colocan los sacos, se rompen y se acamellona la cal en el sentido transversal a la carretera y a continuación se nivela, ya sea a mano, con rastra manual o con una rastra jalada por un tractor o camión. Es necesario esparcir de inmediata la cal para reducir el polvo.

A pesar de los altos costos y lentitud de la operación asociada con el uso de sacos de cal, es quizás el método más práctico para los proyectos pequeños o para los proyectos en los cuales es difícil utilizar equipo mayor (Boletín 326: “Lime Stabilization Construction Manual”, Manual de construcción para la estabilización con cal, de la National Lime Association). La aplicación de la cal en forma granular es la práctica más común para estabilización de grandes proyectos, particularmente cuando el polvo puede ser una gran preocupación, por sus repercusiones ambientales, sobre todo en zonas urbanas o sub-urbanas. En esta operación, la cal se entrega en el sitio por medio de camiones; estos camiones y/o góndolas pueden transportar de 8 a 20 Ton. En algunos casos pueden tener “gusanos” helicoidales para la descarga en su parte trasera o unidades neumáticas para expulsar la cal de los compartimentos interiores a través de un tubo o manguera a un esparcidor ciclónico o una barra o tubería esparcidora, montada en la parte trasera. Cuando se usan camiones con tornillos en espiral, “augers”, el extendido se maneja por medio de extendedores portátiles unidos a la parte trasera del camión o a través de compuertas que se extienden a partir de los tornillos distribuidores. Los extendedores mecánicos tienen un cinturón incorporado, un tornillo, una veleta rotatoria o una cadena de distribución para repartir de manera uniforme la cal a través del ancho de la compuerta. Cuando se usan botas o “canalones” (spouts), la cal se deposita en camellones: pero debido a su naturaleza polvorosa y a su facilidad de flujo, la cal se distribuye de manera uniforme a través de las compuertas. Sin importar el mecanismo de extendido seleccionado, la velocidad de la aplicación de la cal puede regularse al abrir las aberturas del obturador, para proporcionar la cantidad de cal que se necesite, en una o más pasadas.

Los camiones neumáticos generalmente emplean rociadores o esparcidores ciclónicos, montados en la parte de atrás del camión. Este tipo de esparcidores distribuyen la cal a través de una ranura de salida o con una barra esparcidora provista con una serie de perforaciones en el tubo. Luego de hacer los ajustes a la presión del aire a través de los controles de una consola en el mismo camión, esto permite al conductor el llevar a cabo un esparcido rápido y eficiente a todo lo ancho de la carretera.

13.2.2.2 Cal viva seca

La cal viva, como la cal hidratada, puede aplicarse en sacos o a granel. Dado el alto costo de la cal en sacos, solo se usa para secar pequeños lotes de suelo o en trabajos pequeños. La distribución de sacos de cal viva es similar a la distribución de los sacos de cal hidratada, excepto que se requiere una mayor seguridad que en el caso de la cal hidratada. Con la cal hidratada en saco, el énfasis debe colocarse en el riego inmediato con agua y el mezclado con el suelo, para minimizar el peligro de quemaduras. La cal viva puede aplicarse en forma de gravas gruesas de aproximadamente 1 cm de diámetro o pulverizada.

La cal viva granulada puede extenderse por peso propio o con camiones neumáticos, de manera similar a la cal hidratada seca, sin embargo, dado que su tamaño de grano y su peso volumétrico son mayores, la cal viva puede extenderse a volteo, a través de una tolva.

La cal viva es anhídrida y genera calor en contacto con el agua, por lo que se requiere de un cuidado especial para evitar quemaduras causadas por la hidratación de la cal viva con el agua añadida. Cuando se especifica la cal viva, es importante que el contratista le proporcione medidas de seguridad, precauciones y tratamiento de emergencias disponible en el sitio. Este programa debe incluir el equipo de protección para los ojos, boca, nariz y piel, así como un botiquín de primeros auxilios que cuente con un “lavabo” para los ojos.


13.2.2.3 Método de lechada

13.2.2.3.1 Método de lechada con cal hidratada

Las lechadas de cal hidratada-agua se producen en un tanque de mezclado central o una pipa mezcladora. La lechada se extiende sobre una superficie de suelo escarificad por medio de una pipa equipada con barras de esparcido.

Se pueden requerir de una o más pasadas sobre de un área para alcanzar el porcentaje especificado, en base al contenido de sólidos de cal. Una proporción de lechada típica es de 0.9 Ton de cal por 1295 litros de agua, lo cual produce aproximadamente 2271 litros de lechada con un 30 % de contenido de sólidos de cal. En ocasiones es difícil bombear concentraciones más altas que el 31 %, sin embargo, con los nuevos equipos y técnicas pronto se podrá superar estos límites. El 40 % de sólidos es un máximo para bombear las lechadas. La proporción que se usa actualmente para las lechadas depende del porcentaje de cal especificada, del tipo de suelos por estabilizar y de su condición de humedad. Cuando se necesitan porcentajes bajos de cal, las proporciones de la lechada se pueden reducir a 0.9 Ton de cal por 2650 a 3028 litros de agua. Cuando la húmeda del suelo es cercana al óptimo, se puede necesitar una mayor concentración de cal. Las plantas de mezclado central emplean un agitado usando aire comprimido y recirculación por bombeo. La planta de lechadas típica incluye grandes tanques, suficientes para manejar pipas de cal hidratada de aproximadamente 18 m

3.

Los mezcladores compactos de lechadas son un método eficiente de producción. El agua a 482 kPa y la cal hidratada se cargan de manera continua en una relación de pesos de 65:35 en un depósito mezclador de lechada donde ésta se produce de manera instantánea. El mezclador y el equipo auxiliar pueden montarse en un tráiler y transportarse al sitio de trabajo de manera fácil, dándole así gran flexibilidad al trabajo.

Un tercer tipo de fabricación de lechadas es medir por separado las cantidades de agua y cal que se cargan en una pipa y se mezclan, ya sea por aire comprimido o por una bomba de recirculación montada en la parte trasera. El agua se dosifica y la cal se suministra por volumen o por medio de dosificadores de peso. Ambos utilizan plantas de concreto portátiles y permanentes. El mezclado con aire se realiza en la planta. Los chorros de aire se activan durante la operación de carga, y permanecen activos hasta que la lechada se mezcla por completo, lo que dura aproximadamente 10 o 15 minutos. El uso de bombas de recirculación permite el mezclado que se produzca durante el traslado al trabajo.

El esparcido de lechada se hace por gravedad a través distribuidores o por barras de esparcido a presión, siendo preferido este último, debido a una mejor distribución. También se recomienda el uso de deflectores de pulverización para una buena distribución. La práctica general para el esparcido es darle una o dos pasadas por carga o por tramo. Sin embargo, pueden ser necesarias varias pasadas, con el fin de distribuir la cantidad necesaria de cal. El número total de pasadas dependerá de la cantidad de cal, la humedad óptima, del suelo y el tipo de mezcla empleada. El mezclado con la motoconformadora generalmente requiere varias pasadas.

13.2.2.3.2 Método de lechada con cal viva

Se ha desarrollado un sistema de unidad de apagado para la fabricación de lechada de cal de cal viva. La unidad consta de un tanque de 3 m de diámetro por 12 m de longitud, que incorpora un agitador de eje único de 1.50 m de diámetro operado por un motor diesel de 100 caballos de fuerza (McKennon, 1990). El porta-bachas de apagado puede manejar de 18 a 22 toneladas métricas de la cal viva y cerca de 94 m

3 de agua. La producción de la lechada toma aproximadamente de 1 a 1.5


horas. Debido a la acción exotérmica de la cal viva en agua, la suspensión se produce a una temperatura de aproximadamente 85 a 93° C.

En el proceso de apagado de cal, el tanque se llena primero con cerca de 58 m

3 de agua. Un camión

completo de cal viva se descarga neumáticamente por debajo del nivel del agua, con el agua que sirve para lavar el polvo de cal. El sistema de paletas agita el agua conforme se agrega la cal. Conforme se apaga la cal, el calor exotérmico se utiliza para mantener la temperatura de apagado de aproximadamente 93.3 °C. Esto produce pequeñas partícula de cal hidratada con gran área superficial. En este proceso, el apagado de la cal viva la transforma en cal hidratada sin dejar partículas no hidratadas. La reacción tarda 10 minutos, luego de descargar el camión. Así, una descarga de 22.7 toneladas de cal viva se convierte en aproximadamente 29.5 toneladas de cal hidratada sobre una base seca, disuelta en una lechada con 30 a 35 % de sólidos, todo en aproximadamente 1 hora.

Un problema con el apagado de la cal viva, se presenta con el pesado de la cal, para efectos de pago. La mayoría de las especificaciones expresan la base de pago en toneladas de cal hidratada seca utilizadas. En este método, el problema se produce porque la cal se fabrica en el lugar de trabajo donde la cal viva (CaO) se convierte en cal hidratada (Ca (OH 2)). Cuarenta y cinco Kg de cal viva se convierten en 58 a 59 Kg de cal hidratada en función de la pureza de la cal viva o en un una relación de 100:129 o 100:131, cal viva a cal hidratada.

El cálculo del peso de la cal hidratada convertida se basa en el método de cálculo. Con este procedimiento, en cada carga de cal viva entrante se comprueba el CaO disponible antes de salir de la planta de producción de cal viva. Con el uso de una relación normalizada de peso molecular, se puede calcular el tonelaje exacto de la cal hidratada en la lechada que se produce. Un 90 por ciento de cal viva, CaO, se convierte en cal hidratada seca, en una proporción de 128.8; un 93 % de la cal viva disponible CaO, que es típico de la cal viva producida por la mayoría de fabricantes de cal, convierte a una relación de 129.7, y un 95 por ciento disponible de cal viva, CaO, se convierte en una proporción 130.4. Este método se utiliza ampliamente en muchos estados y ha producido resultados confiables. En la tabla a continuación se presentan las conversiones químicas de la cal viva a la cal hidratada:

Porcentaje de CaO disponible

Libras de Ca(OH)2 seca por 100 libras de CaO

90 128.8

93 129.7

95 130.4

1 libra = 0.454 Kg

Actualmente es posible producir lechadas de cal de alta calidad en el sitio de trabajo, ya sea con un proceso de apagado de cal viva, como se ha discutido anteriormente, o con mezclas de lechada de alto volumen, las cuales mezclan los agregados de cal hidratada para producir lechadas de alto volumen. 13.2.3 Ventajas y desventajas de las diferentes aplicaciones de la cal La selección del mejor tipo de aplicación se debe basar en las ventajas y desventajas de cada uno. Algunos de ellos se enumeran y describen a continuación.

Cal hidratada a. Ventajas:

La cal seca se puede aplicar dos o tres veces más rápido que una lechada y es muy eficaz en la desecación de los suelos húmedos o lodosos.

b. Desventajas:

La cal seca produce polvos que la vuelven indeseable en zonas urbanas y su secado


requiere una cantidad excesiva de agua durante las estaciones cálidas o secas.

Cal viva a. Ventajas Es más económica, ya que contiene aproximadamente 30 % más cal disponible, Tiene partículas mayores y mayor peso volumétrico, por lo que requiere silos de

almacenamiento de menor tamaño, Tiene acción de secado más rápido en suelos húmedos y Reacciona más rápido con los suelos. b. Desventajas: La hidratación en campo puede ser menos eficaz que el usar hidratadores comerciales,

produciendo un material más grueso con una peor distribución granulométrica del suelo, sin embargo, el apagado de la cal viva para formar una lechada de cal es un método muy eficaz de hidratación,

La cal viva requiere más agua que la cal hidrata para la estabilización, lo que puede presentar un problema en zonas secas.

Lechadas de cal

a. Ventajas:

La aplicación es libre de polvo y es más conveniente desde el punto de vista del medio ambiente, Se logra una mejor distribución con lechada, Las operaciones de aspersión y rociado se combinan, lo que reduce los costos, Durante los meses de verano, su aplicación pre-humedece el suelo y reduce al mínimo la acción de secado y, La mezcla final requiere menos agua.

b. Desventajas:

La velocidad de aplicación es más lenta, Se requiere equipo adicional, por tanto, los costos son más altos, Puede necesitarse una manipulación adicional para la época de lluvias o en días fríos, No se recomienda usarla sobre suelos lodosos o saturados.

13.2.4 Pulverización y mezclado

La pulverización y el mezclado adecuados son absolutamente esenciales para lograr resultados satisfactorios en la estabilización con cal. Aunque la mayoría de los suelos sólo pueden requerir mezclas de una etapa, suelos más plásticos, requieren de mezclados múltiples.

13.2.4.1 Mezclas de una etapa

Las mezclas de una etapa se pueden lograr eficazmente con tractor de cuchilla o con mezcladora rotativa o con una combinación de ambos. Se prefieren mezcladoras rotativas, ya que proporciona un mezclado más uniforme, pulverización más fina y un proceso de mezclado más rápido.

13.2.4.2 Mezclas de dos etapas

El proceso de dos etapas consta de un mezclado preliminar, el curado húmedo durante un período que varía de aproximadamente 24 a 72 horas o incluso más y de la mezcla final. En la operación de mezclado preliminar, el objetivo es distribuir la cal a través del suelo y de ese modo permitir que la operación de curado tenga lugar. Con el fin de optimizar las reacciones químicas de intercambio catiónico y alguna reactividad puzolánica, necesarias para facilitar el proceso de maduración, es necesario reducir los terrones de arcilla a tamaños menores de 5 cm de diámetro. Antes de la maduración, el suelo se debe regar abundantemente para llevarlo a por lo menos dos puntos porcentuales por encima de la humedad óptima, que ayuda en la reducción o desintegración de la arcilla.


Cuando hace calor, es difícil añadir mucha agua; sin embargo, en clima húmedo o fresco puede ser necesario ajustar el agua utilizada en la mezcla preliminar a niveles algo más bajos. Tan pronto como sea posible, después de la mezcla preliminar, deberá sellarse la carretera dándole una pasada con un rodillo neumático. Este procedimiento proporciona una subrasante compacta que rechaza el agua y evita que el suelo la absorba, lo que podría dar lugar a retrasos en la construcción. Generalmente después de un reposo de 24 a 48 horas, la arcilla se vuelve lo suficientemente deleznable para lograr fácilmente la pulverización deseada en la mezcla final. Una humedad o rociado adicional puede ser necesaria durante el mezclado final para llevar el suelo a la humedad óptima o ligeramente por encima. Con tiempo cálido es necesario una humedad mayor que la óptima para compensar la pérdida de agua por evaporación. Los tractores agrícolas, las rastras de discos y los escarificadores de las motoconformadoras pueden ser adecuados para la mezcla preliminar, sin embargo se requieren mezcladores rotatorios de alta velocidad para la mezcla final. Las motoconformadoras son generalmente insatisfactorias para mezclar la cal con las arcillas muy plásticas.

13.2.4.3 Mezclado con tractor Cuando se utiliza la cuchilla de un bulldozer para mezclar el suelo con cal seca, el suelo es generalmente recortado en dos camellones, uno a cada lado de la carretera. Se extiende la cal entre los camellones. El suelo recortado se coloca por encima de la cal, para su mezclado. Después de cubrir la cal con el suelo, se continúa el mezclado recortando el otro lado de la carretera. Después de que se completó la mezcla en seco, se añade agua, ligeramente por encima del contenido de humedad óptimo, y se realiza un mezclado final.

Cuando la cuchilla del tractor mezcla una lechada y el suelo, el mezclado se hace en capas delgadas, que son acamellonados. Un procedimiento consiste en comenzar con el material en un camellón central. A continuación se recorta de un lado una capa delgada, luego se le coloca la lechada y se acamellona. Este material acamellonado se extiende y compacta a lo largo y ancho de la carretera, siempre con un contenido de humedad óptimo o ligeramente por arriba de él.

Una práctica alterna es comenzar con un camellón lateral y luego recortar 5 cm de la superficie y añadir un incremento de cal. A continuación se recorta esta capa y se acamellona en el lado opuesto de la carretera.

13.2.4.4 Mezclado por rotación Cuando se utilizan mezcladores rotatorios de alta velocidad, la cal generalmente se extiende de manera uniforme sobre toda la carretera, y la mezcla se comienza desde la parte superior hacia abajo. Con la mayoría de los suelos la mezcla completa se realiza normalmente de una a tres pasadas, siempre y cuando se esté utilizando el equipo adecuado. El contenido de humedad de la mezcla deseada para la operación es generalmente cercano al óptimo. El agua se puede añadir por camiones con aspersores o por pulverización en la cámara de mezclado. Se prefiere el último método, ya que proporciona un contacto más íntimo de cal, agua y suelo, y facilita la descomposición química y su pulverización. 13.2.4.5 Mezcladora central y mejoramiento de mezclas con cal El mejoramiento del material para bases granulares con cal se está volviendo muy popular. Los beneficios de este proceso de mejoramiento se hacen más evidentes a medida que se conocen los resultados de la investigación. La grava o base granular por lo general deben ser procesadas para cumplir con las especificaciones de granulometría. Es entonces una cuestión relativamente simple para el contratista el instalar un


contenedor de cal, un alimentador y una trituradora en la planta de cribado.

En algunas casos la cal se usa para modificar los agregada pétreos en los que el contenido de finos (menores que la malla 40) es relativamente alto, como es la plasticidad de los finos, que se indica por el índice de plasticidad (IP %). Se añade cal para bajar el IP o para reducirlo a un estado no plástico. Un segundo caso es añadir cal al agregado para eliminar la película de arcilla de los materiales granulares que se van a utilizar en la producción de concreto, hidráulico o asfáltico o gravas y arenas. Además de reducir el IP y aumentar el equivalente de arena, la adición de cal a los agregados que contienen finos plásticos puede mejorar la respuesta de la mezcla y las características estructurales. Además la vida útil de ciertos bancos de arena y grava y canteras de piedra triturada puede extenderse por años, modificando con éxito los finos plásticos y la producción de agregados con fines comerciales. Para agregados con IP menores de 20 %, se utiliza normalmente un contenido de cal de entre el 0.5 a 1.5 % (en peso del agregado total). Para agregados con IP mayor de 20 %, se requiere de más cal, entre 1 y 3 %. Se necesita el siguiente equipo para alimentar de cal al agregado en la planta de proceso: recipiente de almacenamiento para la cal viva, alimentador de paletas de velocidad variable, para depositar la cal en el agregado (y el sistema de distribución de agua para hidratar la cal viva por completo, si se añade cal viva en lugar de cal hidratada). Si se añade cal viva, se tendrá que instalar un sistema de distribución de agua que debe consistir en una tubería de aproximadamente 3 m de largo y de 1/2 pulgada de diámetro (1.25 cm). El tubo deberá ser de 20 cm y estar perforado y roscado para aceptar boquillas de pulverización de gran volumen. La tubería de distribución debe estar centrada sobre la cinta transportadora, un poco más allá de la toma de alimentación de cal, por lo que estará en posición para pulverizar la cal viva e hidratar el material completo. Se recomienda usar una serie de arados de correa para mezclar la cal a fondo con los agregados. También se recomienda la instalación de un "flipper" o dispositivo de "rueda de paletas" o una trituradora en la polea motriz de descarga final. Este dispositivo mejorará la acción de la mezcla de cal / agregado y evitará la segregación. Después de que se haya añadido la cal, esta se apagará y se mezclará de manera adecuada con los agregados. Se recomienda un periodo de curado de aproximadamente 48 horas para asegurar la reacción completa de la cal viva con la porción de arcilla del material tratado. El almacenamiento es el procedimiento normal.

Durante y después del período de curado, la cal aglomera los finos de arcilla y los convierte en materiales gruesos, en partículas desmenuzables. Esto hace que las partículas finas de arcilla se peguen entre sí y se vuelvan lo suficientemente grandes como para asentarse durante una prueba de equivalente de arena (SE).

Las ventajas de las bases mejoradas con cal incluye:

1. impermeabilidad, 2. mayor resistencia, 3. mejor rigidez y la contribución estructural, 4. durabilidad mejorada y 5. mejor consistencia y uniformidad.

13.2.4.6 Características de la pulverización y el mezclado

Los requisitos de pulverización y mezclado suelen especificarse en términos de los porcentajes que pasan la malla 4. Lo normal es que el 100 % del material pase la malla de una pulgada (2.54 cm) y que el 60 % pase la malla 4, y que no sea material lajeado. En algunos casos, se eliminan los


requisitos formales y la "pulverización y el mezclado se hacen con la “aprobación” del ingeniero supervisor.

13.2.5 Compactación

Para asegurar que se alcance la máxima resistencia y durabilidad es importante que la mezcla se compacte correctamente. En muchos casos se requiere por lo menos del 95 % de compactación, AASHTO T-99, para las capas de subbase y 98 % para las bases. En algunas ocasiones se pide el 95 % de la compactación AASHTO T-180. Aunque sí se pueden conseguir estos últimos valores, para la mayoría de las mezclas suelo-cal, son difíciles de lograr.

Las capas gruesas de mezcla suelo-cal se pueden compactar adecuadamente en una sola pasada de equipo. Una especificación típica para tal operación es del 95 % de AASHTO T 99 en los primeros 15 a 20 cm. En la parte inferior se observan menores compactaciones.

Para suelos granulares la compactación debe comenzar tan pronto como sea posible, después del mezclado, aunque se pueden aceptar retrasos de hasta dos días sin que sean perjudiciales. Sin embargo, si se permite que el suelo se seque mucho durante el tiempo de fraguado, y si se permite que se produzca la carbonatación excesiva, los resultados sí pueden ser perjudiciales.

Los suelos finos también se pueden compactar tan pronto esté lista la mezcla, aunque se pueden aceptar retrasos de hasta cuatro días sin que sean perjudiciales. Cuando los retrasos sean más largos (dos semanas o más) y no se pueden evitar, será necesario incorporar una cantidad adicional de cal en la mezcladora para compensar la cal perdida debido a la formación de polvo y/o a la carbonatación.

La práctica más común en la estabilización con cal es compactar la primera capa estabilizada utilizando un rodillo pata de cabra y luego cerrar con un rodillo neumático de varias ruedas. En algunos casos, se puede utilizar un rodillo de acero de rueda plana para el acabado. También se puede conseguir el acabado compactando con un rodillo de impacto vibratorio, con rodillos neumáticos o con rodillos de ruedas de acero.

13.2.6 Curado

Para lograr la máxima resistencia y durabilidad se requiere de un curado adecuado, así como de una buena compactación. Las temperaturas superiores a 15° C y el contenido de humedad alrededor de la óptima para la compactación son necesarios para un curado adecuado. En algunas ocasiones se requiere un período de curado de entre 3 y 7 días antes de la colocación de las capas estructurales superiores. Sin embargo, en otras ocasiones se permite la aplicación inmediata de las capas superiores. Este enfoque tiene la ventaja de proteger la mezcla de suelo-cal y evitar el curado, si la mezcla de cal-suelo es lo suficientemente fuerte como para evitar la formación de roderas al momento de construir las capas estructurales superiores.

Existen dos tipos de curado que se pueden utilizar: el de la membrana húmeda y el de la membrana asfáltica. En la primera, la superficie se mantiene húmeda por riego con los rodillos ligeros pasando para mantener cerrada la superficie. En el curado de membrana asfáltica, el suelo estabilizado: (a) se sella con una pasada de asfalto a razón de 0.5 a 1.2 lts por m2, un día después de compactar la terracería, o (b) se impregna con emulsión asfáltica aplicándola varias veces durante el período de curado. Una práctica común es aplicar dos dosis de emulsión asfáltica el primer día y una diaria a partir de entonces durante cuatro días, hasta alcanzar de 0.5 a 1.2 lts por m2.

13.3 Consideraciones de construcción para aplicaciones de cal

Entre las ventajas de las mezclas de cal para su uso en la construcción de pavimentos son: la facilidad de construcción y el hecho de que no se necesita ningún equipo especial para su construcción. Los principales requisitos durante la construcción para el uso eficaz de los materiales


son: que estén bien mezclados, repartidos de manera uniforme con el espesor adecuado y que se compacten adecuadamente. Estas operaciones todo se puede lograr con los equipos de construcción que normalmente se encuentran en un sitio de construcción de pavimentos. Mientras que los procedimientos de construcción aceptados son bastante simples, se enfatiza que los malos procedimientos de construcción dan por resultado una mala calidad en el producto final, con una mala confiabilidad en el rendimiento.

Las plantas centrales exitosas para la producción de mezclas necesitan los siguientes componentes principales: 1. Una buena fuente de agregados pétreos y una tolva con control de la alimentación, 2. Una tolva y cinta de alimentación con controles, 3. Una unidad de almacenamiento de cal con tolvas y controles de alimentación, 4. Tanques de almacenamiento de agua con control de alimentación y 5. Una trituradora para mezclar los materiales.

También han habido excelentes trabajos en los que los componentes se extendieron sobre una plataforma y se mezclaron en el lugar. La experiencia con el mezclado in situ y el tipo de mezcla, muestra que, en general, la calidad de las mezclas finales no es tan buena como cuando se mezclan los materiales en una planta central. Se han utilizado con éxito cajas de rociado para extender los materiales entregados. Otro procedimiento que se ha realizado con éxito es acamellonar la mezcla preparada y extenderla con una motoconformadora. Se debe tener especial cuidado con este método de operación para evitar la segregación de las partículas. Un tercer método de extender la mezcla, que proporciona un alto grado de control de espesores es colocar la mezcla con equipo autonivelante, que controla directamente el nivel de la mezcla. Con todos los métodos, se debe tener cuidado para producir una capa de espesor uniforme y para evitar la segregación de material durante la descarga y extendido. Se han usado con éxito equipos con ruedas de acero, rodillos vibratorios y rodillos neumáticos para compactar mezclas. También son eficaces los compactadores vibratorios de placa para esta operación. Dado que el material es básicamente de naturaleza granular, con poca o ninguna cohesión, los rodillos vibratorios, los neumáticos y las placas vibratorias son por lo general los más eficaces para alcanzar las altas compactaciones deseadas. Los rodillos con ruedas de acero se utilizan normalmente para la capa final, lisa, después de la compactación inicial con otros tipos de compactadores. Una de las ventajas de las mezclas de cal sobre otros materiales estabilizados es que se pueden compactar en cualquier momento después del mezclado, hasta 24 horas o más. Es común el compactar 4 a 8 horas después de la mezcla y ha habido casos en los que la compactación se completó en más de 48 horas después de que el material había sido mezclado y colocado. El tiempo que puede transcurrir entre la mezcla y la compactación final es función de las condiciones climáticas. En general se deben evitar los retrasos de 24 horas o más. La obtención de un alto grado de compactación es una necesidad absoluta para la obtención de un producto de calidad. La compactación tiene un efecto profundo, tanto en resistencia a la compresión como en durabilidad. En general, se puede permitir el tráfico sobre una mezcla compactada inmediatamente después de su colocación. Para reducir los efectos abrasivos del tráfico, se recomienda que se coloque una capa de rodadura se coloca sobre el material, tan pronto como sea posible. Esta capa de rodadura también evita la evaporación de humedad.



PARTE: 1. CLASIFICACIÓN DE SUELOS EN MÉXICO

TÍTULO: 02. SUELOS SUSCEPTIBLES A ESTABILIZAR Capítulo 14 Y 15

Clasificación por zonas de suelos susceptibles a modificar o estabilizar en México.

La república mexicana se encuentra enmarcada dentro de dos grandes cordilleras: la Sierra Madre Oriental y la Occidental. Además de ella existe otra gran serranía: la Sierra Madre del Sur. Estas cordilleras separan y formas diversas zonas y planicies, con características fisiográficas particulares, de las que enseguida se hacen algunos comentarios.

14.1 Planicie del Golfo de México

Del lado Oriental se encuentra el Golfo de México y la Planicie del Golfo, tierras que han emergido del mar y que en su evolución han creado planicies, muchas de ellas pantanosas, lodosas, y que hasta la fecha son de difícil construcción debido a la presencia de arcillas, muchas de ellas de alta plasticidad. La parte con mayores problemas es la zona norte, desde el Rio Bravo hasta el sur del puerto de Veracruz, en la zona de la Tinaja. A partir de ese punto la planicie recibe el nombre de Córdoba – Yucatán, y es altamente problemática hasta el estado de Tabasco y aun en la parte sur del estado de Campeche y norte de Chiapas, en la zona de Reforma. En todas estas zonas existen gran cantidad de suelos arcillosos que pueden ser estabilizados con cal. 14.2 Península de Yucatán

Hacia ciudad de Campeche y el estado de Yucatán, sobretodo del lado de la costa, afloran rocas calizas, aunque también existen lagunas litorales y zonas con suelos problemáticos, al igual que en el estado de Quintana Roo, estos suelos no son recomendables para estabilizar con cal. 14.3 Océano Pacífico En el lado del Pacífico mexicano se encuentran suelos de origen ígneo, generalmente silicatosos, arcillosos, con diferentes tipos de problemática. En el caso de los puertos de Manzanillo y Lázaro Cárdenas su problema es que son del tipo licuable, aunque están rodeados de lagunas y esteros, desembocaduras de ríos, zonas de remanso de agua, que generan suelos arcillosos de bajas resistencias, los cuales son susceptibles a estabilizar con cal. 14.4 Altiplano Central Se encuentra entre las sierras madre oriental y occidental; comprende principalmente los estados de Guanajuato, Querétaro, Aguascalientes y parte de los estados de Michoacán, Jalisco, Zacatecas, Hidalgo y México. Se caracteriza por estar formado de suelos residuales, producto de la lixiviación de los suelos de las sierras que lo bordean y que se han ido acumulando a lo largo del tiempo. En general, predominan ampliamente los suelos arcillosos, que presentan una fuerte expansividad y que por lo tanto son susceptibles a estabilizar con cal. 14.5 Sierra Madre del Sur Abarca parte de los estados de Guerrero, Puebla, Oaxaca y Chiapas. Se caracteriza por tener rocas del tipo metamórfica intercaladas con rocas de otros tipos: ígneas y sedimentarias, empacadas


generalmente en suelos residuales, casi siempre, arcillosos y por lo tanto susceptibles a estabilizarse con cal. A continuación se reproduce un documento que describe los diferentes suelos de la república mexicana, primeramente de acuerdo a la edafología y luego a la clasificación del Sistema Unificado de Clasificación de Suelos, SUCS. 14.6 Clasificación por terreno natural de la república mexicana. Se denomina suelo a la parte superficial de la corteza terrestre, biológicamente activa, que tiende a desarrollarse en la superficie de las rocas emergidas por la influencia de la intemperie y de los seres vivos (meteorización). Los suelos son sistemas complejos donde ocurren una vasta gama de procesos químicos, físicos y biológicos que se ven reflejados en la gran variedad de suelos existentes en la tierra. Son muchos los procesos que pueden contribuir a crear un suelo particular, algunos de estos son la deposición eólica, sedimentación en cursos de agua, meteorización, y deposición de material orgánico. De un modo simplificado puede decirse que las etapas implicadas en la formación del suelo son las siguientes:

Disgregación mecánica de las rocas.

Meteorización química de los materiales regolíticos, liberados.

Instalación de los seres vivos (microorganismos, líquenes, musgos, etc.) sobre ese sustrato inorgánico. Esta es la fase más significativa, ya que con sus procesos vitales y metabólicos, continúan la meteorización de los minerales, iniciada por mecanismos inorgánicos. Además, los restos vegetales y animales a través de la fermentación y la putrefacción enriquecen ese sustrato.

Mezcla de todos estos elementos entre sí, y con agua y aire intersticiales.

Los suelos se pueden clasificar por su funcionalidad y por sus características físicas. Por sus características físicas pueden ser:

Litosoles: Se considera un tipo de suelo que aparece en escarpas y afloramientos rocosos, su espesor es menor a 10 cm y sostiene una vegetación baja, se conoce también como leptosales que viene del griego leptos que significa delgado.

Cambisoles: Son suelos jóvenes con proceso inicial de acumulación de arcilla. Se divide en vértigos, gleycos, eutrícos y crómicos.

Luvisoles: Presentan un horizonte de acumulación de arcilla con saturación superior al 50%.

Acrisoles: Presentan un marcado horizonte de acumulación de arcilla y bajo saturación de bases al 50%.

Gleysoles: Presentan agua en forma permanente o semipermanente con fluctuaciones de nivel freático en los primeros 50 cm.

Fluvisoles: Son suelos jóvenes formados por depósitos fluviales, la mayoría son ricos en calcio.

Rendzina: Presenta un horizonte de aproximadamente 50 cm de profundidad. Es un suelo rico en materia orgánica sobre roca caliza.

Vertisoles: Son suelos arcillosos de color negro, presentan procesos de contracción y expansión, se localizan en superficies de poca pendiente y cercanos escurrimientos superficiales.

Por su funcionalidad

Suelos arenosos: No retienen el agua, tienen muy poca materia orgánica y no son aptos para la agricultura, ya que por eso son tan coherentes.

Suelos calizos: Tienen abundancia de sales calcáreas, son de color blanco, secos y áridos, y no son buenos para la agricultura.


Suelos humíferos (tierra negra): Tienen abundante materia orgánica en descomposición, de color oscuro, retienen bien el agua y son excelentes para el cultivo.

Suelos arcillosos: Están formados por granos finos de color amarillento y retienen el agua formando charcos. Si se mezclan con humus pueden ser buenos para cultivar.

Suelos pedregosos: Formados por rocas de todos los tamaños, no retienen el agua y no son buenos para el cultivo.

Suelos mixtos: Tiene características intermedias entre los suelos arenosos y los suelos arcillosos.

El terreno natural no solo está compuesto por suelos, sino también puede estar conformado por rocas. Por su formación histórica del suelo como “Roca Madre”, la FAO-UNESCO ha clasificado el suelo de la siguiente manera:

Roca de formación tectónica,

Roca corrosiva,

Roca permeable consolidada,

Roca inestable,

Roca impermeable,

Roca de magma solidificado.

Así también, por su geología, las rocas se pueden clasificar de la siguiente manera.

Rocas ígneas intrusivas (plutónicas).

Rocas ígneas extrusivas (volcánicas).

Rocas sedimentarias.

Rocas metamórficas.

14.7. Clasificación de suelos SUCS Para la elaboración del catálogo de secciones estructurales de los suelos se usó el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS). La clasificación SUCS es un sistema de clasificación de suelos usado en ingeniería y geología para describir la textura y el tamaño de las partículas de un suelo. Este sistema de clasificación puede aplicarse a la mayoría de los materiales sin consolidar y se representa mediante un símbolo con dos letras. Cada letra es descrita a continuación. Para clasificar el suelo hay que realizar previamente una granulometría del suelo mediante tamizado.

Símbolo Definición

G grava

S arena

M limo

C arcilla

O orgánico

Letra Definición

P Mal graduado (tamaño de partícula uniforme)

W bien graduado (tamaños de partícula diversos)

H alta plasticidad

L baja plasticidad

http://es.wikipedia.org/wiki/Grava

http://es.wikipedia.org/wiki/Arena

http://es.wikipedia.org/wiki/Limo

http://es.wikipedia.org/wiki/Arcilla

http://es.wikipedia.org/wiki/Materia_org%C3%A1nica




Para su clasificación se usa la siguiente gráfica:

Se obtuvo la información base la cual se integra por los datos del terreno natural, mismo que fue proporcionada por la DGST. Debido a que el terreno natural es un factor fundamental para el diseño de pavimentos se planeó una regionalización usando el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS). Con la información proporcionada por la DGST, se obtuvieron 18 diferentes tipos de suelos:

GW – Grava bien graduada, grava fina a gruesa.

GP – Gravas mal graduadas, mezcla de arena y grava pocas arcillas.

GC – Gravas arcillosas, mezclas mal graduadas de grava, arena y arcilla.

GM – Gravas limosas, mezclas mal graduadas de grava, arena y limo.

SC – Arenas arcillosas, mezclas mal graduadas y arenas y arcillas.

SM – Arenas limosas, mezclas de arena y limo mal graduadas.

SW – Arena bien graduada, arena fina a gruesa.

SP – Arenas mal graduadas, arenas con grava con pocos finos o sin ellos.

SP-SC – Arenas mal graduadas, arenas con grava y pocas arcillas.

SP-SM – Arenas mal graduadas, arenas con grava y pocos limos

ML – Limos inorgánicos y arenas muy finas polvo de roca, arenas finas limosas o arcillosas con ligera plasticidad.

CL – Arcillas inorgánicas de plasticidad baja a media, arcillas con grava, arcillas arenosas, arcillas limosas.

OL – Limo orgánico de plasticidad de baja a media.

MH – Limos inorgánicos, suelos limosos o arenosos finos micáceos o con diatomeas, suelos limosos.

CH – Arcillas inorgánicas de plasticidad elevada, arcillas grasas.

OH – Arcillas orgánicas de plasticidad media a alta.

Fmg – Fragmento medianos mezclados con fragmentos grandes, predominando los medianos sobre los grandes con menos del 10% de fragmentos chicos o de suelo.

Pt – Turba, suelos altamente orgánicos.


De igual forma, teniendo un terreno rocoso se clasificó de la siguiente manera:

Rie – Rocas Ígneas Extrusivas

Rii – Rocas Ígneas Intrusivas

Rs – Rocas Sedimentarias

Rm – Rocas Metamórficas.

Con los datos e información obtenida se pudo realizar una zonificación por Terreno Natural sin tomar en cuenta las entidades federativas. Esta zonificación dio un resultado una distribución geográfica de suelos que se muestra en la Figura 1.

Figura 1. Regionalización de la República Mexicana según el registro del terreno natural usando la clasificación S.U.C.S. 14.8 Regionalización de suelos estabilizables con cal Los suelos arcillosos y en general, los suelos de cualquier tipo que contengan desde el 7% de arcillas o más de partículas finas son los indicados para ser estabilizados con cal, independientemente que se vayan a colocar como terracerías, revestimientos, subbases, bases o materiales recuperados obtenidos de los trabajos de conservación o reconstrucción de pavimentos. De esta forma, de los 18 diferentes tipos de suelos que existen en la república mexicana, los siguientes serían candidatos a estabilizarse con cal:

GP – Gravas mal graduadas, mezcla de arena y grava pocas arcillas.

GC – Gravas arcillosas, mezclas mal graduadas de grava, arena y arcilla.

GM – Gravas limosas, mezclas mal graduadas de grava, arena y limo.

SC – Arenas arcillosas, mezclas mal graduadas y arenas y arcillas.

SM – Arenas limosas, mezclas de arena y limo mal graduadas.

SP – Arenas mal graduadas, arenas con grava con pocos finos.


SP-SC – Arenas mal graduadas, arenas con grava y pocas arcillas.

SP-SM – Arenas mal graduadas, arenas con grava y pocos limos.

ML – Limos inorgánicos y arenas muy finas polvo de roca, arenas finas limosas o arcillosas con ligera plasticidad.

CL – Arcillas inorgánicas de plasticidad baja a media, arcillas con grava, arcillas arenosas, arcillas limosas.

MH – Limos inorgánicos, suelos limosos o arenosos finos micáceos o con diatomeas, suelos limosos.

CH – Arcillas inorgánicas de alta plasticidad.

Fmg – Fragmento medianos mezclados con fragmentos grandes, predominando los medianos sobre los grandes con menos del 10% de fragmentos chicos o de suelo.

El tratamiento dependerá del contenido de arcilla, las pruebas que se hagan para determinar el porcentaje de cal necesario, su forma de aplicarlo y el fin específico a que se vaya a dedicar el material ya estabilizado. Todo esto ya fue descrito ampliamente en los capítulos anteriores.



PARTE: 1. CASOS PRÁCTICOS

TÍTULO: 02. DENTRO Y FUERA DE MÉXICO

Capítulo 16

Casos dentro y fuera de México de éxito en el tratamiento de suelos con cal.

Los ejemplos de estabilización de suelos fuera de México son múltiples, algunos de los más importantes y que han demostrado su utilidad y duración en el tiempo son el canal Friant – Kern y el Aeropuerto internacional de Dallas-Fort Worth, Denver y Newark.

En ambos casos tanto el del canal como el de los aeropuertos tienen más de 40 años de operación y siguen funcionando sus suelos estabilizados con cal.

En la república mexicana tenemos muchos casos también de éxito entre los cuales se encuentran, por mencionar algunos, la estabilización de terraplenes en la autopista México-Tuxpan, la estabilización de caminos saca cosechas en el municipio de San Fernando Tamaulipas para la CNA, la modernización de la carretera Monterrey-Miguel Alemán y muchas obras de diferente magnitud y tamaño donde el efecto de la cal en los suelos arcillosos ha sido duradero.

A continuación anexamos algunas fotos de trabajos realizados con el proceso de estabilización de suelos con cal:

DALLAS FORT WORTH

http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0CAcQjRw&url=http://cenews.com/article/5075/moisturizing-stabilizing-and-forecasting&ei=0EFSVefBN8L7sAWC0YD4BA&psig=AFQjCNEFOEUb6DqwQjO8oIQWXAbKL1AKMQ&ust=1431540487680768


DALLAS FORT WORTH

PARQUE INDUSTRIAL EN CUAUTITLAN EDO DE MEXICO

http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0CAcQjRw&url=http://www.thebluebook.com/cv/htm/0071382000007.shtml&ei=J0JSVdW9Kou4sAWej4GgCg&psig=AFQjCNEFOEUb6DqwQjO8oIQWXAbKL1AKMQ&ust=1431540487680768


PLATAFORMAS PARA LA TOSCANA EN LERMA EDO DE MEXICO

PLANTA NISSAN AGUASCALIENTES

CAMINO VALLES CHANTOL LAS HUERTAS EN SLP


DESPLANTE PARA NAVES INDUSTRIALES EN CEDIS PARQUE FINSA

DESPLANTE PARA NAVES INDUSTRIALES EN CEDIS PARQUE FINSA



PARTE: 1. BIBLIOGRAFÍA

Capítulo 17

Crespo Villalaz. Loaiza Lambe Poulos, H. G. & Davis, E. H., Elastic Solutions for soil and rock mechanics, Wiley, NY, USA, 1974. Abel Díaz. medida. National Lime Association Dallas Little Stabilization of pavement subgrades and base courses with lime Walker/Hardy/Hoffman/Stanley Innovations and uses for lime Strafford Holmes and Michael Wingate Building with lime ASTM ASHTO SCT

libro: manual práctico para la estabilización de suelos con cal

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