tesis_completa

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CÓRDOBA

FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS, FÍSICAS Y NATURALES

TESIS DOCTORAL

RELACIÓN ENTRE LAS PROPIEDADES GEOTÉCNICAS

Y LOS COMPONENTES PUZOLÁNICOS DE LOS

SEDIMENTOS PAMPEANOS.

Por

Enrique Quintana Crespo

Ingeniero Geólogo

- 2005 -


FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS, FÍSICAS Y NATURALES

TESIS DOCTORAL

RELACIÓN ENTRE LAS PROPIEDADES GEOTÉCNICAS Y LOS

COMPONENTES PUZOLÁNICOS DE LOS SEDIMENTOS PAMPEANOS.

DIRECTOR:

DR. EMILIO R. REDOLFI


TRIBUNAL ESPECIAL DE TESIS:

DRA. VIVIANA RAHHAL

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DE BUENOS AIRES

DR. VICTOR RINALDI

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CORDOBA

DR. CLAUDIO ROCCO

UNIVERSIDAD NACIONAL DE LA PLATA

- 2005 -

“........la especulación es un gran arte, vital para excitar vibraciones resonantes en otros y disminuir la energía libre del autor.....” (Handy et al., 1965).

“........ puede afirmarse ya desde ahora que el papel del cemento importado está terminado; ....puesto que la superabundancia de materias primas ...vulgarmente llama-

das toscas... en todas las serranías centrales del país, permiten la preparación de una cal medianamente hidráu-lica o de un cemento romano de fraguado rápido ”. (Döering A., 1891),

Relación entre las propiedades geotécnicas y los componentes puzolánicos de los sedimentos pampeanos.

Tesis Doctoral – Ing. Enrique Quintana Crespo

AGRADECIMIENTOS

Deseo expresar mi gratitud a todas las personas que influyeron

positivamente en este largo camino que culmina con la presentación de mi Tesis

Doctoral:

A los integrantes de mi Comisión Asesora, Dres. Emilio Redolfi, Marcelo

Zeballos y Fernando Reyna.

A mis profesores de posgrado Dres. Luis Godoy, Pedro Depetris y Victor

Rinaldi.

A mis colegas del Área Geotecnia Ing. Ricardo Rocca, Ing. Gabriela Goio,

Dr. Ernesto Abril, Dr. Juan Clariá, Dr. Franco Francisca e Ing. Julio Capdevila.

Al Dr. Aldo Bonalumi por su asesoramiento en el análisis mineralógico de

los sedimentos loésicos.

A la Dra. Silvana Herrera por el aporte de sus conocimientos sobre

estratigrafía y mineralogía de cenizas volcánicas.

Al Ing. Francisco Simian por las fructíferas conversaciones sobre las

posibilidades de uso de las puzolanas del territorio provincial en la industria

cementera.

A la Dra. María Angélica Clariá y a la cementera Juan Minetti S.A. por

haber facilitado sus laboratorios para la realización de los ensayos sobre

puzolanas.

Al Dr. Ernesto Villar-Cociña de la Universidad de Santa Clara, Cuba, por su

gran disponibilidad y ayuda en la interpretación de las curvas conductimétricas.



A la Dra. Mar Astiz y al Dr. Ramón Ortiz, del Consejo Superior de

Investigaciones Científicas de España, por los conocimientos transmitidos sobre

los materiales volcánicos modernos de las Islas Canarias.

A la Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales de la Universidad

Nacional de Córdoba, donde recibí gran parte de mi formación universitaria.

Al Consejo de Investigaciones Científicas y Técnicas de la Provincia de

Córdoba – Conicor - (hoy Agencia Córdoba Ciencia) y a la Secretaría de Ciencia y

Técnica de la Universidad Nacional de Córdoba, por los subsidios recibidos en el

transcurso de esta investigación.

A mi Madre y hermanas que me apoyaron y acompañaron durante estos

años y a Soledad, Sebastián, Gonzalo, Genoveva, Javier y Gaspar, mujer e hijos

que solidariamente caminaron a mi lado en todo momento.

Finalmente, es mi deseo que los resultados de esta Tesis retornen a

nuestra sociedad -con cuyo esfuerzo se hace posible la formación en

universidades públicas- y de ese modo materializar el inmenso agradecimiento a

Dios y a la vida, el cual no alcanza con solo enunciarlo.

A los 15 días del mes de Julio de 2005 en la Ciudad de Córdoba, República

Argentina.

Enrique Quintana Crespo


Ing. Enrique Quintana Crespo Página - i -

ÍNDICE GENERAL

RESUMEN 1 ABSTRACT 4 RÉSUMÉ 6

1 INTRODUCCIÓN 9 1.1 Planteo general 9 1.2 Objetivos de la investigación 11 1.3 Alcance de la investigación 12 1.4 Contenido 13 2 CARACTERIZACIÓN DE LOS SEDIMENTOS LOÉSICOS 17 2.1 Definiciones y Terminología 17 2.2 Procesos de formación 19 2.2.1 Producción de materiales loésicos 19 2.2.2 Transporte y sedimentación 25 2.2.3 Procesos postdeposicionales 26 2.2.3.1 Procesos de meteorización y cementación 27 2.2.3.2 Procesos edafogenéticos 31 2.3 Distribución geográfica 32 2.4 Características geológicas 34 2.4.1 Composición mineralógica 39 2.4.1.1 Minerales arcillosos 47 2.4.2 Composición química 50 2.4.3 Petrografía 52 2.5 Características geotécnicas 55 2.5.1 Granulometría 55 2.5.2 Plasticidad 56 2.5.3 Peso Específico 57 2.5.4 Colapsibilidad y cementación 58 2.5.5 Carácter puzolánico 61 2.5.6 Resumen del capítulo 62 3 MATERIALES Y REACCIONES PUZOLÁNICAS 66


Ing. Enrique Quintana Crespo Página - ii -

3.1 Materiales puzolánicos 66 3.1.1 Origen e historia del término puzolana 66 3.1.2 Definiciones de puzolana 67 3.1.3 Tipos de materiales puzolánicos 68 3.2 La reacción puzolánica 71 3.2.1 Modelos descriptivos de la reacción puzolánica 73 3.2.2 Solubilidad de los compuestos de sílice 78 3.2.3 Relación entre el tamaño de partícula y la actividad

puzolánica 82

3.2.4 Productos de la reacción puzolánica 86 3.2.5 Mecanismo de la reacción puzolánica 95 3.3 Ensayos de laboratorio para caracterización de la fracción

puzolánica 98

3.4 Resumen del capítulo 101 4 ESTABILIZACIÓN DE SUELOS CON CAL 103 4.1 Introducción 103 4.1.1 Evolución del conocimiento de la estabilización con cal 104 4.1.2 Importancia del tipo de cal 110 4.2 Reacciones suelo – cal 113 4.2.1 Acción de la cal sobre los Límites de Atterberg 116 4.2.2 Requerimiento de cal 126 4.2.3 Acción de la cal en la granulometría de los suelos 129 4.2.4 Acción de la cal sobre las características de

compactación 130 4.2.5 Resistencia a la compresión simple de mezclas de suelo – cal 131 4.2.6 Autosellado de fisuras 134 4.2.7 Valor soporte de mezclas suelo - cal 135 4.2.8 Resistencia a la compresión triaxial de mezclas

suelo – cal 141 4.2.9 Comportamiento en condiciones dinámicas de mezclas

suelo – cal 144

4.3 Protocolos de ensayos de mezclas de suelo – cal 148 4.4 Resumen del capítulo 152


Ing. Enrique Quintana Crespo Página - iii -

5 METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN 155 5.1 Sedimentos investigados 155 5.2 Ensayos de laboratorio 156 5.2.1 Composición granulométrica 157 5.2.2 Límites de Atterberg 158 5.2.3 Determinación de la superficie específica 158 5.2.4 Determinación de peso específico 159 5.2.5 Composición química 159 5.2.6 Determinación de la actividad puzolánica con cemento portland 160 5.2.7 Composición mineralógica 163 5.2.8.1 Determinación de la Conductividad eléctrica 164 5.2.8.2 Implementación del ensayo de conductividad 168 5.2.9 Análisis químicos de cales 178 5.2.10 Requerimiento de cal 178 5.2.11 Compactación de mezclas suelo-cal 179 5.2.12 Ensayos de compresión simple de mezclas suelo- cal 180 5.2.13 Ensayos de compresión triaxial de mezclas suelo- cal 181 5.2.14 Valor soporte de mezclas suelo- cal 181 5.2.15 Solicitaciones dinámicas de mezclas suelo- cal 182 5.2.16 Resumen del capítulo 183 6 UBICACIÓN GEOGRÁFICA Y TOMA DE MUESTRAS 184 6.1 Ubicación geográfica del área de estudio 184 6.2 Sitios y características del muestreo 185 6.3 Resumen del capítulo 202 7 RESULTADOS DEL 1er CONJUNTO DE MUESTRAS 205 7.1 Introducción 205 7.2 Análisis Granulométrico 205 7.3 Límites de Atterberg 206 7.4 Clasificación Unificada y del HRB 207 7.5 Análisis químicos 207 7.6 Superficie específica 208 7.7 Peso específico 210 7.8 Actividad puzolánica con cemento portland 210 7.9 Conclusiones respecto al 1er conjunto de muestras 214 7.10 Resumen del Capítulo 215 8 RESULTADOS DEL 2º CONJUNTO DE MUESTRAS 218


Ing. Enrique Quintana Crespo Página - iv -

8.1 Introducción 218 8.2 Análisis Granulométrico 220 8.3 Límites de Atterberg 227 8.4 Actividad 222 8.5 Clasificación Unificada y del HRB 223 8.6 Análisis Mineralógico 224 8.7 Actividad puzolánica por conductimetría 231 8.8 Conclusiones respecto al 2º conjunto de muestras 234 8.9 Resumen del Capítulo 235 9 RESULTADOS DEL 3er CONJUNTO DE MUESTRAS 238 9.1 Introducción 238 9.2 Análisis Granulométrico 238 9.3 Límites de Atterberg 239 9.4 Clasificación Unificada y del HRB 240 9.5 Reactividad de los materiales 240 9.6 Conclusiones respecto al 3er conjunto de muestras 244 9.7 Resumen del Capítulo 245 10 RELACIÓN ACTIVIDAD PUZOLÁNICA –

PROPIEDADES GEOTÉCNICAS 247 10.1 Introducción 247 10.2 Relación reactividad - resistencia a la compresión 247 10.3 Comportamiento tensión - deformación 250 10.4 Comportamiento dinámico de las mezclas 253 10.5 Resumen del Capítulo 261 11 PROTOCOLO DE ENSAYOS PARA ESTABILIZACIÓN DE SEDIMENTOS LOÉSICOS CON CAL 263 11.1 Introducción 263 11.2 Protocolo de ensayos para mezclas de suelos puzolánicos con cal 263 11.3 Resumen del Capítulo 268 12 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 271 12.1 Conclusiones 271 12.2 Recomendaciones 280 BIBLIOGRAFÍA 283 A APÉNDICE A: MÉTODOS DE LABORATORIO PARA LA CARACTERIZACIÓN DE LA FRACCIÓN

PUZOLÁNICA A1


Ing. Enrique Quintana Crespo Página - v -

A.1 Caracterización de la fracción puzolánica A1

B APÉNDICE B: CARACTERIZACIÓN Y NORMATIVA DE CALES B1 B.1 Tipos de cales B1 B.2 Normas y especificaciones sobre cales B6 B.3 Procedimiento para la determinación de la cal útil vial B13 C. APÉNDICE C: PLANILLAS DE ENSAYOS C1 C.1 Análisis granulométricos C1 C.2 Análisis químicos C6 C.3 Ensayos de resistencia a la compresión simple C7


Tesis Doctoral Ing. Enrique Quintana Crespo Página - vi -

INDICE DE FIGURAS PÁGINA

Figura Nº 2.1: Formación de loess . Liu Tungsheng, 1985 19

Figura Nº 2.2: Diagrama de evolución del loess. Liu Tungsheng, 1985 27

Figura Nº 2.3: Solubilidad de la sílice amorfa. Loughnan, 1969 31

Figura Nº 2.4: Carta de Plasticidad de loess s/ Redolfi et al., 1986 56

Figura Nº 3.1: Diagrama de materiales puzolánicos. Deloye, 1993 71

Figura Nº 3.2: Modelo de Núcleo Decreciente. Villar-Cociña, 2003 75

Figura Nº 3.3: Solubilidad de la sílice amorfa. Le Roux et al., 1999 79

Figura Nº 3.4: Disolución de la sílice. Le Roux et al., 1999 79

Figura Nº 3.5: Reacción puzolánica. Benezet y Benhassaine, 1999 82

Figura Nº 3.6: Relación finura – SEB. Benezet y Benhassaine, 1999 84

Figura Nº 3.7: Relación finura –SEB. Pichon et al.,1996 86

Figura Nº 3.8: Análisis del sistema OCa- Al2O3 –SiO2 – H2O. Dron, 1975 94

Figura Nº 3.9: Formación de sulfoaluminatos Dron, 1975 95

Figura Nº 4.1: Gráfico de Mc Dowell para porcentaje de cal 108

Figura Nº 4.2: Límites de Atterberg de mezclas con cal. Ruiz , 1973 126

Figura Nº 4.3: Curvas penetración – presión. Valle Rodas, 1970 137

Figura Nº 4.4: Curva de suelos cohesivos – cal. Ruiz, 1973 139

Figura Nº 4.5: Curva tensión deformación Burleson clay, Little, 1995 143

Figura Nº 4.6: Variación módulo resiliente. Angelone y Martinez, 1994 145

Figura Nº 5.1: Relación conductividad – granulometría en toscas T058 171

Figura Nº 5.2: Influencia de la granulometría en la conductividad 172

Figura Nº 5.3: Curva de calibración conductividad – concentración 173

Figura Nº 5.4: Variación de la conductividad. Muestras C057 y M002 174

Figura Nº 5.5: Valores experimentales y curva de Jander M016 177

Figura Nº 5.6: Línea de regresión M016 177

Figura Nº 6.1: Ubicación de los Perfiles - Sitio 1 186

Figura Nº 6.2: Ubicación de los perfiles 1 A- 1B- 1C- 1F 187

Figura Nº 8.1: Curvas granulométricas Sitio 1 - Perfil 1F 221

Figura Nº 8.2: Rectas de regresión de mediciones conductimétricas 233


Tesis Doctoral Ing. Enrique Quintana Crespo Página - vii -

INDICE DE FIGURAS PÁGINA

Figura Nº 7.9: Relación conductividad – granulometría de toscas 220

Figura Nº 9.1: Rectas de regresión conductimétricas. Sitios 3 y 4. 242

Figura Nº 9.2: Rectas de regresión muestra A044. Sitio 5. 233

Figura Nº 9.3: Rectas de regresión. Sitios 6 y 7. 243

Figura Nº 10.1: Relación RCS – reactividad 249

Figura Nº 10.2: Curva tensión – deformación muestra S052 252

Figura Nº 10.3: Requerimiento de cal de la muestra M042 254

Figura Nº 10.4: Curvas de compactación M042 con cal 256

Figura Nº 10.5: Mesa de choques con molde colocado 258


Tesis Doctoral Ing. Enrique Quintana Crespo Página - viii -

INDICE DE TABLAS PÁGINA

Tabla Nº 2.1: Formación Pampeana. Döering, 1907 36

Tabla Nº 2.2: Nomenclatura estratigráfica de Frenguelli 37

Tabla Nº 2.3: Volcanes de la Cordillera. Gonzalez Ferrán, 1997 43

Tabla Nº 2.4: Mineralogía de los loess. Teruggi, 1956 46

Tabla Nº 2.5: Mineralogía de la Fm. La Invernada. Cantú, 1992 47

Tabla Nº 2.6: Mineralogía de loess. Karlsson, 1993 48

Tabla Nº 2.7: Análisis mineralógicos del loess pampeano. 49

Tabla Nº 2.8: Mineralogía de loess y cenizas volcánicas 51

Tabla Nº 2.9: Granulometrías de loess del mundo 55

Tabla Nº 2.10: Carac. de cenizas volantes. Pardo de Santayana, 1993 58

Tabla Nº 3.1: Polvos de cuarzo. Benezet y Benhassaine, 1999 81

Tabla Nº 3.2: Requisitos para las puzolanas de uso vial 83

Tabla Nº 3.3: Superficies específicas de diversos materiales 85

Tabla Nº 4.1: Comportamientos de las cales Musuruana et al. 1964 112

Tabla Nº 4.2: Reacciones con la cal. Diamond and Kinter, 1971 115

Tabla Nº 4.3: Variación de los límites con la cal. Ayuso Muñoz, 1982 121

Tabla Nº 4.4: Diversas mezclas de minerales arcillosos. Bell, 1989, 1996 122

Tabla Nº 4.5: Variación de los límites con la cal. Bell, 1989, 1996 122

Tabla Nº 4.6: Suelos estabilizados con cal. Alvarez y Pautasso, 1964 123

Tabla Nº 4.7: Cales utilizadas. Alvarez y Pautasso, 1964 124

Tabla Nº 4.8: Suelos estabilizados con cal. Alvarez y Pautasso, 1964 125

Tabla Nº 4.9: Acción de la cal en la granulometría del suelo. Lilli, 1973 126

Tabla Nº 4.10: Incrementos de RCS con el agregado de cal. Little, 2000 133

Tabla Nº 4.11: Energía - Humedad de compactación – RCS. Little, 2000 133

Tabla Nº 4.12: Curvas CBR patrón. Valle Rodas, 1970 137

Tabla Nº 4.13: Ensayos triaxiales suelos arcillosos – cal. Ruiz, 1973 142


Tesis Doctoral Ing. Enrique Quintana Crespo Página - ix -

ÍNDICE DE TABLAS (continuación) PÁGINA

Tabla Nº 4.14: Módulos de elasticidad para diversos suelos 143

Tabla Nº 4.15: Resistencias y Módulos de suelos-cal. Little, 2000 147

Tabla Nº 5.1: Granulometría de la arena normalizada 162

Tabla Nº 5.2: Categorización de los materiales. Luxan et al., 1989 167

Tabla Nº 5.3: Variación de la conductividad con la temperatura 170

Tabla Nº 5.4: Valores de concentración y conductividad 172

Tabla Nº 5.5: Características de las cales utilizadas en la investigación 178

Tabla Nº 6.1: Cuadro de ubicación de las muestras utilizadas 185

Tabla Nº 6.2: Descripción del muestreo realizado en el Sitio 1 190


Tabla Nº 6.4: Descripción del muestreo realizado en el Perfil 1F 194








Tabla Nº 7.1: Datos estadísticos de la fracción limo-arcillosa 206

Tabla Nº 7.2: Plasticidad de las muestras 206

Tabla Nº 7.3: Clasificación Unificada y del HRB 207

Tabla Nº 7.4: Análisis químicos de las muestras analizadas 209

Tabla Nº 7.5: Superficie Específica Blaine 211

Tabla Nº 7.6: Peso específico de los sedimentos analizados 212

Tabla Nº 7.7: Índice de Puzolanicidad de los sedimentos investigados 213

Tabla Nº 8.1: Datos estadísticos de la fracción inferior a 74 micras 220

Tabla Nº 8.2: Fracciones granulométricas de los sedimentos 221

Tabla Nº 8.3: Limites de Atterberg correspondientes al Perfil 1F 222

Tabla Nº 8.4: Actividades de los sedimentos analizados 223


Tesis Doctoral Ing. Enrique Quintana Crespo Página - x -


Tabla Nº 8.5: Actividad de diversos minerales arcillosos Mitchel, 1976 223

Tabla Nº 8.6: Clasificación de suelos correspondientes al Perfil 1F 224

Tabla Nº 8.7: Análisis mineralógico de la M016 225




Tabla Nº 8.11 Análisis mineralógico de la M021 228








Tabla Nº 8.19: Reactividad de los sedimentos Perfil 1F- superior 232

Tabla Nº 8.20: Reactividad de los sedimentos Perfil 1F- intermedio 232

Tabla Nº 8.21: Reactividad de los sedimentos Perfil 1F- intermedio 233

Tabla Nº 9.1: Datos estadísticos de la fracción inferior a 74 micras 239

Tabla Nº 9.2: Limites de Atterberg. Tercer conjunto muestras 240

Tabla Nº 9.3: Clasificación de suelos. Tercer conjunto muestras 241

Tabla Nº 9.4: Velocidad de reacción K de sedimentos de Sitios 3 y 4 241

Tabla Nº 9.5: Velocidad de reacción K de sedimentos de Sitio 5 243

Tabla Nº 9.6: Velocidad de reacción K de sedimentos de Sitios 6 y 7 243



Tabla Nº 10.1: Características de muestras y ensayos realizados 248

Tabla Nº 10.2: Variación de la RCS con la reactividad 249

Tabla Nº 10.3: Características de la muestra S052 251

Tabla Nº 10.3: Características de la muestra S052 251


Tesis Doctoral Ing. Enrique Quintana Crespo Página - xi -


Tabla Nº 10.4: Módulo de elasticidad E para diversos confinamientos 253

Tabla Nº 10.5: Relación DM – HO para la M042 Sitio 4 y cal. 255

Tabla Nº 10.6: RCS de mezclas M042 con cal 257

Tabla Nº 10.7: Valor soporte de muestra M042 con y sin cal 258

Tabla Nº 10.8: Valor soporte en diversas condiciones de curado 260

INDICE DE MAPAS PÁGINA

Mapa Nº 2.1: Distribución del loess argentino. Teruggi,1956 33

Mapa Nº 2.2: Sistema Eólico Pampeano. Iriondo, 1995 40

Mapa Nº 2.3: Actividad volcánica cordillerana y local. 44

Mapa Nº 2.4: Alcance de plumas volcánicas. Gonzalez Ferrán,1997 45

Mapa Nº 6.1: Ubicación de los sitios de muestreo. 189


Tesis Doctoral Ing. Enrique Quintana Crespo Página - xii -

ABREVIATURAS UTILIZADAS

O Angulo de fricción interna

M Primer invariante de tensiones

Kd Tensor desviador

c Cohesión

C2S Silicato Dicálcico

C3A Aluminato Tricálcico

C3S Silicato Tricálcico

C4AF Aluminato Ferrito Tetracálcico

CBR California Bearing Ratio

CIC Capacidad de intercambio catiónico

CU Clasificación Unificada de suelos

De Coeficiente de difusión efectivo

DM Densidad Máxima

0 Pérdida relativa de concentración del hidróxido de calcio

FPL Faja Periférica Loésica

Gs Gravedad Específica

HO Humedad Óptima

HRB Highway Research Board

IG Índice de Grupo

IP Índice Plástico

IP Índice de Puzolanicidad

K Constante de velocidad de reacción

Km Coeficiente de transferencia de masa externa

LL Límite Líquido

LP Límite Plástico

MAP Mar de Arena Pampeano

Mr Módulo resiliente

pH Concentración de iones Hidrógeno

PMO Punto de modificación óptimo de cal


Tesis Doctoral Ing. Enrique Quintana Crespo Página - xiii -

ABREVIATURAS UTILIZADAS

PT200 Porcentaje pasante el tamiz 200 (0,074 mm)

RCS Resistencia a la compresión simple

SCH Silicato de calcio hidratado

J Densidad

CE Conductividad Eléctrica

I Intensidad de corriente eléctrica

E Voltaje eléctrico

R Resistencia eléctrica

r Resistividad eléctrica

SEB Superficie específica Blaine


Tesis Doctoral - Ing. Enrique Quintana Crespo - Página 1 -

RELACIÓN ENTRE LAS PROPIEDADES GEOTÉCNICAS Y LOS

COMPONENTES PUZOLÁNICOS DE LOS SEDIMENTOS PAMPEANOS

RESUMEN

Los sedimentos que conforman el subsuelo de la llanura pampeana

argentina incluyen una gran variedad de depósitos eólicos y fluviales, con

granulometría predominantemente limosa, depositados durante fines de Terciario y

el Cuaternario.

En tales períodos geológicos existieron vientos con circulación permanente

suroeste - noreste, que barrieron las grandes superficies rocosas expuestas en los

sectores cordilleranos y patagónicos, trasladando partículas minerales y

depositándolas sobre las estepas de gramíneas de las llanuras centrales

argentinas. Conjuntamente con ellas y en mayor o menor porcentaje, los vientos

trasladaron y depositaron cenizas volcánicas correspondientes a la intensa

actividad volcánica explosiva cordillerana registrada en estos mismos períodos.

Consecuentemente pueden diferenciarse en los sedimentos loésicos

pampeanos dos poblaciones minerales: una constituida por cenizas volcánicas y

otra por minerales cristalinos provenientes de la deflación de rocas ígneas

intrusivas y rocas metamórficas.

Las cenizas volcánicas conjuntamente con los minerales amorfos o

débilmente cristalizados, constituyen la denominada “fracción puzolánica”, capaz

de reaccionar con cal en presencia de agua para formar compuestos cementicios.



Los minerales provenientes de la deflación de rocas del basamento cristalino

-justamente por su elevado grado de cristalización- son inertes o manifiestan

escasa actividad química.

De la composición e importancia de la “fracción puzolánica” dependerá el

grado de cementación alcanzado por los sedimentos en los cuales se han

producido naturalmente las condiciones necesarias para que ocurra la reacción

puzolánica, como así también la obtención de buenos resultados en la

estabilización de suelos con cal, cuando se efectúa dicha reacción en laboratorio.

Esta cementación influye sobremanera en la resistencia a la compresión

simple y triaxial, el valor soporte y otras propiedades geotécnicas de estos

sedimentos.

En esta investigación se ha llevado a cabo un análisis inicial del cual se

desprende que tal influencia no es bien conocida e interpretada, sobre todo cuando

la reacción puzolánica es realizada en laboratorio y toma como punto de partida las

propiedades índices (granulometría y plasticidad) de los materiales. Por lo tanto se

ha planteado una metodología de estudio sobre materiales representativos de la

amplia gama de sedimentos que conforman el subsuelo de las pampas argentinas.

Dicha metodología incluye:

a) un muestreo sistemático orientado a investigar la posible existencia de

relaciones entre el comportamiento puzolánico y las propiedades

geotécnicas;

b) la identificación y clasificación geotécnica de los materiales sobre la base de

ensayos convencionales;

c) la determinación de la fracción puzolánica mediante análisis, químicos

físicos y mineralógicos;



d) la demostración de que la reacción puzolánica ocurre naturalmente en las

columnas sedimentarias loésicas y son una de las causas de origen de la

presencia de capas cementadas denominadas “toscas”;

e) la determinación en forma rápida y directa de la reactividad del suelo con la

cal mediante medición de la conductividad eléctrica;

f) la obtención de la resistencia a la compresión simple, triaxial y valor soporte

en los sedimentos cuya fracción puzolánica ya se encuentra definida;

g) la adecuación de los protocolos de ensayos existentes a las características

especiales de los sedimentos loésicos pampeanos.



ABSTRACT

The sediments that conform the subsoil of the Argentine Pampean plain

include a great variety of aeolian and fluvial deposits, with predominantly silty

granulometry, deposited during the end of Tertiary and Quaternary.

In such geologic periods winds with permanent circulation south-western –

north-east existed, that swept the great exposed rocky surfaces in the Andean and

Patagonic regions, transporting mineral particles and depositing them on grassy

steppes of the Argentine central plains. Jointly with them and in greater or smaller

percentage, the winds transported and deposited volcanic ashes corresponding to

the explosive volcanic activity registered en the Andes Range in these same

periods.

Consequently two mineral populations exists in Pampean loessic

sediments: one constituted by volcanic ashes and another originated by deflation

of intrusive igneous and metamorphic rocks.

The volcanic ashes jointly with weakly crystallized or amorphous minerals,

constitute the denominated pozzolanic fraction able to react with lime in the

presence of water to form cementicios compounds. The minerals originated by

the deflation of crystalline rocks - just by his high degree of crystallization - are

inert or they show little chemical activity.

Of the composition and importance of the pozzolanic fraction will depend

the degree of cementation reached about the sediments in which the necessary

conditions so that the pozzolanic reaction happens have taken place naturally, like

thus also the obtaining of good results in the ground stabilization with lime, when

this reaction takes place in laboratory.



This cementation influences greatly in the simple and triaxial compressive

strength, bearing ratio and other geotechnical properties of these sediments.

In this investigation an initial analysis has been carried out which mainly

recognize that such influence is not well-known and interpreted, when the

pozzolanic reaction it is made in laboratory and it takes like departure point the

index properties (granulometry and plasticity) from the materials. Therefore a

study methodology has considered on representative materials of the ample

sediment range that conforms the subsoil of Argentine Pampas.

This methodology includes:

a) a systematic sampling oriented to investigate the possible existence of

relations between the pozzolanic behaviour and the geotechnical

properties;

b) the identification and geotechnical classification of the materials on the

base of conventional tests;

c) the determination of the pozzolanic fraction by means of mineralogical,

chemical and physical analyses;

d) the demonstration that pozzolanic reaction naturally occur, being one of the

causes of cementation in sedimentary columns of loess;

e) the development of a test to determine quickly and directly the reactivity of

the sediment with the lime by means of measurement of the electrical

conductivity;

f) the determination of the simple, triaxial compressive strength and bearing

ratio has supported in the sediments whose pozzolanic fraction already is

defined;

g) the modification of existing protocols to take into account the special

characteristics of pampean aeolian sediments.



RÉSUMÉ

Les sédiments déposés dans les plaines de l'Argentine sont constitués de

une grande variété de dépôts éoliens et fluviaux, avec granulométrie

principalement silteux, déposé pendant le Tertiaire et le Quaternaire.

Á cettes périodes géologiques des vents de circulation permanent du sud-

ouest - le nord-est a existé, agissant sur les grandes surfaces rocheuses

exposées dans les secteurs patagoniques et de la Cordillère, transfert particules

minérales et les déposant sur des steppes des plaines central de l'Argentine. En

commun avec elles et dans un plus grand ou plus petit pourcentage, les vents ont

transféré et ont déposé les cendres volcaniques correspondant au d'activité

volcanique explosif intense de la Cordillére enregistré en quelques ces mêmes

périodes.

En conséquence deux populations minérales peuvent être différentes elles-

mêmes au dépôt des sediments éoliens des plaines de l’Argentine: on a constitué

par les cendres volcaniques et des les minerais cristallins du deflación des roches

plutoniques et métamorphiques.

Les cendres volcaniques en commun avec les minerais faiblement

cristallisés ou amorphes, constituent le dénommé fraction pouzzolanique, capable

réagir avec la chaux en présence de l'eau et de forme des composés stables.

Les minerais des roches du basement cristalline érodés par le vent, sont

inertes ou elles montrent peu d'activité chimique, par son degré élevé de

cristallisation.

De l‘composition et de l'importance du fraction pouzzolanique dépendra le

degré de cémentation atteint au sujet des sédiments en lesquels les conditions



nécessaires ont eu lieu naturellement de sorte qu'il se produise la réaction

pouzzolanique, comme ainsi également l'obtention de bons résultats dans la

stabilisation au sol avec la chaux, quand cette réaction dans le laboratoire a lieu.

Cette cémentation influence excessivement dans le résistances en

compression simple et triaxial, et d'autres propriétés géotechniques de ces

sédiments.

Dans cette recherche on a effectué une première analyse que

principalement elle est dégagé ce un tel puits d'influence bien connu et n'est pas

interprété, quand la réaction de puzolánica il est faite dans le laboratoire et elle

prend comme le point de départ les index de propriétés (granulométrie et

plasticité) des matériaux. Par conséquent une méthodologie d'étude a considéré

sur les matériaux représentatifs de la gamme suffisante de sédiment qui se

conforme le sous-sol de l'Argentine Pampas.

Cette méthodologie inclut :

a) un prélèvement systématique orienté pour étudier l'existence possible des

relations entre le comportement pouzzolanique et les propriétés

géotechniques;

b) l'identification et la classification géotechniques des matériaux sur la base

des essais conventionnels;

c) la détermination de la fraction pouzzolanique au moyen de essai

minéralogiques, chimique et analyses physiques;

d) la démonstration que la réaction pouzzolanique se produisent

naturellement, étant l'une des causes de la cémentation dans les sédiment

loessic;



e) l'accomplissement d'un essai à déterminer sous la forme rapide et directe

la réactivité de le sédiment avec la chaux au moyen de mesure de la

conductivité électrique ;

f) la détermination du résistance compressifs simples et triaxial a soutenu

dans les sédiments dont la fraction pouzzolanique déjà est définie.

g) la modification des protocoles existants pour tenir compte des

caractéristiques spéciales des sédiments éoliens pampean.



CAPITULO 1

INTRODUCCIÓN

1.1 Planteo general

Los sedimentos loésicos pampeanos poseen componentes minerales

puzolánicos, es decir capaces de reaccionar con el hidróxido de calcio para formar

compuestos cementicios.

Esta reacción puede ocurrir bajo determinadas circunstancias naturales

dando lugar a la presencia de capas cementadas denominados localmente “toscas”

y que contrastan con el carácter friable y pulverulento de los sedimentos loésicos

sin cementar. Además la reacción puzolánica constituye uno de los principales

procesos químicos que ocurren al adicionar cal al suelo a fin de mejorarlo o

estabilizarlo con fines ingenieriles (estabilización de calles, caminos, capas de

fundación, etc).

Los sedimentos estudiados poseen una “fracción puzolánica” integrada por

un importante componente de cenizas volcánicas, producto de la intensa actividad

volcánica explosiva cordillerana ocurrida durante el Cuaternario, a la cual se

agregan en menor cantidad otros minerales productos de la meteorización de

feldespatos y coloides silico-aluminosos.

Cuando las cenizas volcánicas y los minerales capaces de reaccionar con el

óxido de calcio no encuentran a lo largo de su historia geológica condiciones

propicias para el desarrollo de la reacción puzolánica, mantienen su condición

original pudiendo ser objeto de una cementación en laboratorio, que simulando el

proceso natural, lleve a un producto final de características similares a las toscas.



Las propiedades químicas y mineralógicas de la fracción puzolánica afectan

a muchas de las características geotécnicas de los sedimentos loésicos naturales o

estabilizados con cal debido a su potencial reactividad y a la cementación que ella

implica.

No obstante en la mayoría de las especificaciones técnicas para la

construcción de capas estabilizadas, no existen precisiones sobre la necesidad de

determinar la actividad puzolánica de los suelos con que se va a construir.

Esto ocurre como consecuencia de que la mayor parte de los ensayos que

permiten conocer dicha actividad son complejos y no pueden ser fácilmente

instrumentados en laboratorios geotécnicos de rutina.

Como una simplificación, se vienen utilizando históricamente especi-

ficaciones basadas en características tales como la granulometría y plasticidad de

los sedimentos a estabilizar con cal. De este modo se ha tenido en cuenta la

presencia de arcillas, uno de los minerales que conforman la fracción puzolánica,

dejando de lado a todos los otros integrantes de dicha fracción y limitando el uso de

la cal solo a la estabilización de suelos arcillosos.

Los sedimentos loésicos pampeanos con características predominante-

mente limo arenosas y baja o nula plasticidad, presentan un comportamiento muy

variable al ser estabilizados con cal, generando un amplio rango de resistencias a la

compresión, sin que existan correlaciones con sus propiedades índices.

Esta es una lógica consecuencia del desconocimiento de la fracción

puzolánica de los mismos, en donde el mineral arcilloso esta muy subordinado a

otros minerales constituidos por sílice coloidal o débilmente cristalizada,

sumamente reactivos.



1.2 Objetivos de la investigación

Los objetivos fundamentales de esta investigación son los siguientes:

Comprobar la existencia de la reacción puzolánica en los sedimentos

loésicos pampeanos, mediante el uso de técnicas tradicionales, propias de la

industria del cemento. Estas consisten en la realización de análisis químicos, físicos

y mecánicos que permiten verificar la presencia de cantidades importantes de sílice

y alúmina y la consiguiente formación de compuestos cementicios mediante

reacciones con el hidróxido de calcio.

Demostrar que en los sedimentos loésicos pampeanos las reacciones

puzolánicas ocurren naturalmente, cuando se dan las condiciones apropiadas para

ello, constituyendo una forma de origen de las capas cementadas denominadas

localmente “toscas" y donde juega un rol fundamental la mineralogía no arcillosa de

estos sedimentos.

Interpretar los resultados de ensayos geotécnicos tradicionales realizados

sobre mezclas de suelo-cal, tales como la resistencia a la compresión simple,

triaxial, de valor soporte y ensayos dinámicos, a la luz de la actividad puzolánica

que presentan los sedimentos loésicos pampeanos.

Comprobar que la actividad puzolánica de los sedimentos loésicos

pampeanos tiene una relación más directa con la mineralogía, que con la

granulometría y plasticidad de los mismos, propiedades en que se basan la mayoría

de los protocolos de diseño de mezclas estabilizadas con cal para predecir su

comportamiento resistente.

Desarrollar un protocolo de ensayos específico para estabilizados de suelos

puzolánicos-cal para uso vial.



A fin de cumplimentar con tales objetivos se ha debido realizar el análisis del

estado del arte referido a la estratigrafía y mineralogía de los sedimentos loésicos

pampeanos, a la existencia de minerales químicamente reactivos, a la generación

de la reacción puzolánica y a la estabilización de estos sedimentos con cal.

1.3 Alcance de la investigación.

Esta investigación pretende establecer con claridad la influencia de la

actividad puzolánica y la consecuente cementación que esta produce en una

importante variedad de los sedimentos loésicos que componen el subsuelo de las

llanuras de la Provincia de Córdoba.

De este modo, se puede optimizar el uso de una técnica muy ventajosa para

la estabilización de estos materiales como lo son las mezclas con cal.

La campaña de muestreo abarcó gran parte de la unidad geográfica

denominada Llanura Pampeana de la Provincia de Córdoba, habiéndose tomado 3

conjuntos de muestras:

Sobre un Primer Conjunto se determinó la actividad puzolánica de los

sedimentos loésicos pampeanos, mediante los procedimientos tradicionales,

obteniendo su caracterización geotécnica, composición química, superficie

específica y actividad puzolánica con cemento portland.

En base a los resultados se observó la necesidad de efectuar un muestreo

detallado de una columna estratigráfica, obteniéndose un Segundo Conjunto de

muestras, que pueden suponerse homogéneas desde el punto de vista de su

historia geológica, granulometría y plasticidad y en las que se determinó la actividad

puzolánica mediante una técnica conductimétrica que aporta una serie de

parámetros propios de cada sedimento y que permite su categorización.



Adicionalmente se llevaron a cabo análisis mineralógicos para conocer el

porcentaje de vidrio volcánico de estos materiales.

Debido a que todos los materiales investigados corresponden a una misma

clase geotécnica se tomó un Tercer Conjunto de muestras con el fin de ampliar el

muestreo hacia sedimentos pampeanos con características de plasticidad y

granulometría que los ubican en clases geotécnicas diferentes.

Los ensayos en que se apoya el grueso de la investigación intentan ser

sencillos, rápidos y suficientemente expeditivos, como para ser utilizados en

laboratorios de rutina, en las fases de anteproyecto, proyecto y control de obra.

1.4 Contenido

A efectos de la presentación se ha dividido el contenido de esta tesis en 12

capítulos, el primero de ellos de introducción y los otros estructurados en tres

partes:

Parte A: Estado del conocimiento

En el Capítulo 2 se resume el estado del conocimiento sobre los sedimentos

loésicos pampeanos, haciendo hincapié en las asociaciones mineralógicas

volcánico –piroclásticas y detríticas, en los análisis químicos y en los esquemas

estratigráficos históricos y actuales.

El Capítulo 3 se dedica al estudio de todos los factores que hacen a la

actividad puzolánica, analizando la reacción puzolánica en su conjunto, los

materiales puzolánicos, tanto naturales como artificiales, los productos químicos

que se generan como resultado de esta reacción y la forma de caracterizar

mediante ensayos a la fracción puzolánica.



El Capítulo 4 incluye un análisis de los distintos métodos de estabilización de

suelo con cal, su evolución histórica desde tiempos remotos, los distintos tipos de

cales, los protocolos que rigen los ensayos y las normas que reglamentan su

utilización.

Parte B: Desarrollos experimentales

El Capítulo 5 detalla la metodología de la investigación, resumiendo los

criterios de selección de muestras y las normas seguidas para la realización de los

ensayos de laboratorio. Los avances en la investigación hicieron necesaria la toma

de tres conjuntos de muestras a fin de cumplimentar los diversos objetivos

planteados.

El Capítulo 6 se refiere la forma en que se llevó a cabo la toma de los tres

conjuntos de muestras. Se incluyen planos y croquis de ubicación geográfica de los

sitios y los perfiles estratigráficos correspondientes, con la identificación y

numeración de las muestras.

En el Capítulo 7 se incluyen los resultados de los ensayos de laboratorio

realizados sobre el Primer Conjunto de muestras. Se comienza con los ensayos de

identificación, a fin de efectuar la clasificación correspondiente de acuerdo a los

criterios de la práctica ingenieril. A continuación se lleva a cabo el análisis de los

resultados de ensayos químicos, de determinación de superficie específica y de

actividad puzolánica de los sedimentos, cuando son incorporados dentro de un

mortero realizado con cemento portland. De este modo se llevan a cabo los

ensayos que tradicionalmente se utilizan en la industria cementera para verificar la

calidad de una puzolana que pueda ser agregada al clinker para la fabricación del

cemento portland puzolánico.

El Capítulo 8 se dedica al análisis de los resultados de los ensayos

correspondientes al Segundo Conjunto de muestras. Este muestreo detallado se

realiza a fin de efectuar la determinación de la actividad puzolánica mediante



mediciones conductimétricas y relacionarlas con la existencia de minerales

puzolánicos.

El Capítulo 9 corresponde a los resultados de ensayos del Tercer Conjunto

de muestras, el cual fue tomado con el propósito de ampliar los resultados de la

investigación hacia otros sedimentos del territorio provincial, con características

tales que los ubican en diferentes clases geotécnicas de acuerdo a las

clasificaciones más utilizadas.

El Capitulo 10 se dedica al análisis de las relaciones entre la actividad

puzolánica de diversas muestras y su resistencia a la compresión simple, triaxial y

valor soporte. Se preparan diversas mezclas de suelo estabilizado con cal

variándose las condiciones y tiempo de curado y se establecen relaciones entre los

incrementos de resistencia debido a reacciones puzolánicas y la velocidad de

reacción puzolánica determinada a través de mediciones conductimétricas.

Igualmente se analizan los grados de rigidización logrados en estas mezclas bajo

solicitaciones estáticas y dinámicas.

Parte C: Protocolo de ensayos, conclusiones y recomendaciones.

En el Capítulo 11 se analizan comparativamente diversos protocolos de

ensayos y normas nacionales, e internacionales proponiéndose una serie de

modificaciones para adaptarlos a las particularidades de los sedimentos loésicos

pampeanos.

Finalmente en el Capítulo 12 se resumen las conclusiones obtenidas y se

proponen futuras líneas de actuación para la continuación y profundización de

ciertos aspectos de interés que surgen del presente estudio.

Acompañan a esta Tesis una serie de Apéndices en los que se incluye

información sobre normas y metodologías de uso común para las deter-



minaciones puzolánicas y los resultados detallado de los ensayos en que se

basa esta tesis.

En el Apéndice A se incluyen diversos métodos de laboratorio para

caracterización de la fracción puzolánica.

El Apéndice B está dedicado a analizar los diversos tipos de cales, los

procesos industriales que las generan y las propiedades técnicas de las mismas,

como así también las normas nacionales e internacionales que regulan sus usos.

El Apéndice C presenta las planillas con el detalle de los ensayos en que se

basa esta investigación.


Tesis Doctoral - Ing. Enrique Quintana Crespo -Página 17 -

CAPÍTULO 2

CARACTERIZACIÓN DE LOS SEDIMENTOS LOÉSICOS

2.1 Definiciones y terminología

El término “sedimentos pampeanos” comprende un conjunto de sedimentos

cuaternarios, formados por partículas mayoritariamente limosas, de apariencia

uniforme, de color pardo, depositados en gran parte de las pampas argentinas e

incluidos dentro del concepto global de Formación Pampeana propuesto por F.

Ameghino (1885).

Estos materiales fueron designados como “loess” por primera vez en 1866

por dos investigadores de origen suizo Heusser y Claraz, dada la similitud que

presentaban con los loess europeos del Alto Rhin y como “loess pampeano” por

varios científicos europeos (Bodenbender, 1890; Döering, 1891; etc.)

El término “loess” está basado en la denominación alemana “Loesch” que la

población local hace de los sedimentos sueltos del valle del Rhin y que tiene

equivalentes en la mayoría de los idiomas de los países con extensiones

importantes de estos sedimentos. Ellos son Löss, Loess, +ëcc, Leuss y Huang-tu en

Alemán, Inglés, Ruso, Francés y Chino respectivamente (Liu Tung Sheng et al.,

1985).

Richthofen (1882) realizó comparaciones de loess de diversos lugares del

mundo caracterizándolos como: “limos calcáreos, color gris amarillento claro,

sueltos, porosos, formados por capas espesas, no estratificadas, con fisuración

vertical, que se mantiene en taludes verticales y contiene a menudo moluscos

terrestres”.

Gibbs y Holland (1960) en estudios realizados sobre el loess de Estados

Unidos coinciden en destacar que se trata de depósitos continentales, muy sueltos,

con apreciable cantidad de vacíos cuando se encuentran en su estado original,



compuesto primariamente por limo producido por la abrasión resultante del

movimiento de glaciares continentales y transportado, seleccionado y depositado

eólicamente.

Liu Tungsheng et al., (1985) realizó investigaciones del loess de China

definiéndolo como ”sedimentos limosos, amarillentos, de deposición continental,

derivados del viento, no disturbados secundariamente, no estratificados, calcáreos,

porosos”.

Frenguelli (1955) efectuó una diferenciación de los loess de las pampas

argentinas, desde el punto de vista genético, separándolos en “limos” y “loess”,

reservando este último nombre para los depósitos de acumulación eólica sobre

superficies secas y considerando como limos a los sedimentos de cauces y de

cuencas, cuya sedimentación se efectuó con el concurso de las aguas de ríos, lagos

y pantanos.

Entre las diversas terminologías que se utilizan para diferenciar

características peculiares de estos sedimentos, se encuentran las siguientes:

• loess primarios: sedimentos depositados en ciclos cuaternarios de baja

pluviosidad, que se han mantenido desde entonces sin sufrir mayores

alteraciones.

• loess secundarios: sedimentos conformados sobre la base de un loess,

compactados o cementados por procesos postdeposicionales.

• limos loésicos, loessoides o loessiformes: sedimentos conformados sobre la

base de un loess, removidos y redepositados por procesos hídricos (fluviales,

glaciales, etc.)

• paleosuelos, edafización realizada sobre el loess en ciclos húmedos

cuaternarios.

• toscas, capas limosas con cementación carbonática o silícea.



2.2. Procesos de formación

Una visión integral del proceso de formación de los sedimentos loésicos,

debe contemplar la producción, transporte y deposición del loess (Figura Nº 2.1) y

los cambios posdeposicionales.

Figura Nº 2.1: Formación de loess (Liu Tungsheng et al., 1985)

2.2.1 Producción de materiales loésicos

Los materiales loésicos se encuentran asociados en todo el mundo a

fenómenos de denudación de grandes superficies, asociados a los ciclos glaciales e

interglaciales y pluviales e interpluviales que tuvieron lugar en todo el planeta

durante el Cuaternario.



En Europa del Norte y Norteamérica, el loess se compone del material más

fino derivado de las morenas glaciales, removidos de su lugar por lavado y luego

acarreados por el viento. (Windhausen, 1931; Flint, 1947). Los ciclos climáticos

cuaternarios alternaron épocas de gran crecimiento de los glaciares, seguidos de

importantes retrocesos. En las primeras, la acción de los glaciares, produjo una gran

cantidad de partículas separadas de la roca subyacente, trituradas y transformadas

en material suelto, que posteriormente al ocurrir el retroceso del glaciar asociado a

épocas más cálidas, quedan expuestas a la erosión fluvial y eólica. Estas grandes

planicies fluvio-glacial constituyen una fuente importante de material eólico.

Otro efecto importante de las glaciaciones es la disminución en el nivel del

mar, con la consecuente regresión marina y la formación de planicies que sirven de

fuente de material suelto para la formación de loess. En Francia, en la zona de la

Normandía, este proceso genera un inmenso estuario del Sena, que es reconocido

como el origen de los materiales loésicos del área (Lautridou, 1969).

En China la distribución del loess se encuentra muy ligada a los desiertos (Liu

Tungsheng et al., 1985), en los cuales la acción de los agentes atmosféricos es muy

intensa y asociada a la carencia de cobertura vegetal, teniendo como resultado la

producción permanente de cantidades de partículas que son removidas y

transportadas por el viento.

Con respecto a los sedimentos eólicos pampeanos existen dos orígenes

complementarios de materiales constitutivos: uno basado en la intensa actividad

volcánica explosiva de fines del Terciario y Cuaternario en la zona cordillerana

andina y en la provincia de Córdoba y otro caracterizado por la acción eólica sobre

las Sierras Pampeanas (Iriondo y Kröling, 1995).

Los estudios de Frenguelli (1955) sobre los loess y limos parten de la base

de una acumulación en la región pampeana de partículas limosas constituidas por

silicatos solubles (feldespatoides, coloides siliceos, etc.) derivados de la alteración

hidrolítica de rocas volcánicas y tobaceas del este y noroeste argentino. Dicha

alteración habría ocurrido “in situ” bajo condiciones de profunda disgregación física



de las rocas y elevado grado de disociación hidrolítica de las aguas meteóricas bajo

un régimen subdesértico. Desde las regiones de origen estos materiales habrían

sido transportados por vía eólica, junto con partículas limosas y arenosas de

cuarzo, silicatos insolubles y proporciones variables de cenizas volcánicas. Los

sedimentos eólicos de tipo médano serían consecuencia de un arrastre directo, en

cambio las partículas limosas conjuntamente con las cenizas volcánicas habrían

alcanzado las corrientes aéreas superiores, para caer luego en forma de lluvias de

polvos meteóricos.

Bloom (1992) coincide en considerar que la mayor parte de las rocas de

origen del loess fueron meteorizadas durante un primer proceso de transporte

fluvial, eólico y glacial, dentro de la misma zona andina y antes de ser exportados a

las Pampas por vientos del oeste de gran altitud.

Basándose en muestras de loess de la Provincia de Buenos Aires, con gran

contenido de minerales volcánicos, Teruggi (1956) especula sobre la zona de

origen de los materiales adjudicándola a los amplios valles patagónicos y zonas

cordilleranas del sur del territorio, donde hay una predominancia absoluta de

andesitas, basaltos, tufas ácidas y riolitas, todas litologías de las que pueden

desprenderse la mineralogía encontrada.

Zarate y Blasi (1991) trabajando en la misma zona (suroeste de la

Provincia de Buenos Aires) y sobre la base de los mismos argumentos consideran

al volcanismo explosivo como el proceso predominante en la formación de

partículas, reconociendo dos mecanismos principales de abastecimiento: a)

directo mediante lluvia de cenizas volcánicas y b) indirecto mediante tormentas de

polvo. Estas últimas serían generadas por deflación de vientos del suroeste

sobre la planicie aluvial del Río Colorado.

Estos mismos autores al igual que Mazzoni y Destefano (1992) sugieren

mecanismos de transporte similares para los sedimentos loésicos cuaternarios y las

cenizas volcánicas.



Iriondo y Kröhling (1995) establecen como zona de origen de los materiales

la zona de alta cordillera, precordillera y piedemonte cordillerano, limitada por la

cuenca del Bermejo-Desaguadero-Salado que abarca partes de:

• Cordillera Principal, con un subsuelo caracterizado por andesitas, porfiritas,

areniscas y margas. Sufrió volcanismo durante todo el Cenozoico y

procesos criogénicos hasta la actualidad. Comprende un área de 25.000

km2.

• Cordillera Frontal, formada por sedimentitas oceánicas metamorfizadas,

andesitas, pórfidos e intrusiones graníticas. Extensión similar a la anterior.

• Precordillera, constituida por rocas sedimentarias afectadas por una

importante actividad magmática, intrusiva y efusiva permo-triásica. Abarca

17.000 km2.

• Bloque de San Rafael, compuesto por pórfidos, tobas y areniscas

paleozoicas y triásicas, abarca unos 10.000 km2.

• Alrededor de 150.000 km2 de la cuenca del Desaguadero, que están por

encima de los mil metros de altitud, lo que deja una extensa superficie

sujeta a criogénesis durante los períodos fríos del Cuaternario.

Por otra parte Blarasin y Sánchez (1987) reconoce a las asociaciones

minerales de muestras analizadas en el sur de la Provincia de Córdoba, como

provenientes de las Sierras Pampeanas, complejo ígneo - metamórfico ubicado

entre los 27º y 34 º S.

Kröling (1993) reconoce en sedimentos eólicos aflorantes en la costa sur de

la Laguna de Mar Chiquita (Provincia de Córdoba) dos poblaciones minerales

diferentes, con predominio de los materiales de basamento cristalino de Sierras

Pampeanas sobre los materiales volcánicos y piroclásticos. En otros estudios

realizados por la misma autora en la cuenca del río Carcaraña (Prov. de Santa Fe)

se observan asociaciones minerales de naturaleza volcánico - piroclástica con

escasa o nula participación de minerales de Sierras Pampeanas (Kröling, 1995).



Posiblemente en toda la zona de deposición de sedimentos loésicos se

combinen las teorías exógena y endógena sobre la proveniencia de los

materiales, como se puede deducir de los estudios de Eric (Eric,1986 en

Cantú,1992), quien trabajando sobre muestras de la denominada Formación

Pampeano (Fidalgo et al, 1973), caracterizada por más de 30 m. de limos eólicos

de tipo loésico, ubicados en la zona de deposición eólica periserrana, encontró un

mineralogía que refleja la litología del basamento cristalino de Sierras Pampeanas

(cuarzo, feldespatos, biotita, epidoto, turmalina, etc.) combinada con vidrio

volcánico en porcentajes del 11 al 30% como elemento exógeno. Esta Formación

tiene asignada una edad Pleistoceno medio a superior.

Otro evento loéssico importante es el desarrollado en el límite Pleistoceno -

Holoceno, denominado Fm. General Paz por Santa Cruz (1978), quien la ubica en

el valle del Río Suquía y registra la presencia de dos grandes asociaciones: una

plutónico – metamórfica constituida por cuarzo, oligoclasa, microclino y ortoclasa

y otra volcánico – piroclástica a quien corresponden la andesina, labradorita,

hipersteno, lamprobolita y augita dentro de la fase volcánica y las trizas de vidrio

volcánico ácido como representante de la fase piroclástica.

Es también de importancia tener en cuenta la actividad volcánica moderna

en la Provincia de Córdoba, con aporte de cenizas y sedimentos piroclásticos

provenientes de las siguientes regiones:

• Cordón occidental de las Sierras de Córdoba (Zona Volcánica de Pocho):

Sobre el cordón occidental de la Sierra de Córdoba, al norte de la Pampa

de Pocho aparece una serie de elevaciones de morfología típica compuestas por

restos de chimeneas volcánicas con espesores crecientes hacia el Este de

depósitos piroclásticos y tufíticos semierosionados.

En el sector oriental los depósitos tufíticos y piroclásticos ocupan una

extensión de 250 km2, con espesores de hasta 150 mts. (Cº Poca). Incluyen

capas de aglomerados volcánicos con piroclastos de varios m3, brechas, tufas y



tobas. Se trato de un tipo de volcanismo con erupciones centrales de carácter

muy explosivo, que originó volcanes mixtos o estratovolcanes.

El principal volcán es el Cº Veliz. Se trata de una chimenea andesítica que

se eleva hasta los 1.300 metros s.n.m., conformada por traquiandesitas con

fenocristales de feldespato: sanidina y plagioclasa, con inclusiones vítreas

importantes, anfíboles, augita y magnetita.

Los depósitos piroclásticos están constituidos por tobas que cubren más

de 200 km2. Se las observa en Salsacate, La Argentina, Ninalquín y más allá de

Ojo de agua. Su gran difusión denuncia el carácter extraordinariamente explosivo

de la actividad volcánica. Están constituidos por andesitas, formando desde

brechas muy gruesas hasta capas importantes de cenizas volcánicas.

Estos materiales fueron originalmente considerados de edad Terciaria por

Bodenbender, Stelzner, etc., lo cual se comprueba por capas de loess y Estratos

de los Llanos de edad Miocena que yacen por debajo del complejo inferior de

tobas, completamente libre en su composición de material volcánico. Esto

indicaría un comienzo de las erupciones volcánicas en el Plioceno.

En el complejo superior se ha observado loess con fragmentos de

andesitas, piedra pómez y materiales de origen volcánico. A este complejo se lo

ha considerado de edad Pleistoceno y sobre él se encuentran acumulaciones no

muy potentes, que permitirían deducir que las últimas manifestaciones eruptivas

se prolongaron hasta el Pleistoceno (Quiroga, 1945).

• Extremo sur de las Sierras de Córdoba. (Región de Chaján).

Se elevan cuatro cerritos basálticos (Cº La Leoncita, Cº Piedra, Cº

Garrapata, Cº Madera), que sobresalen 60 a 80 mts. de la llanura circundante. En

el Cº La Leoncita la chimenea basáltica corta areniscas terciarias y el escorial

periférico de la cúpula está mezclado con toscas de edad Cuaternaria. Se trata de

basaltos nefelínicos (Gordillo y Lencinas, 1972).



2.2.2 Transporte y sedimentación

Existe una coincidencia generalizada en señalar al medio de transporte

eólico para todos los depósitos loésicos del mundo, quienes se encuentran en

áreas peridesérticas o periglaciales, vinculadas con el lugar de procedencia de los

materiales a través de zonas intermedias compuestas por sedimentos de

granulometría decreciente entre los tamaños arena y limo (Swineford y Frye,

1955).

Estos esquemas son reiterados por investigadores de diversas zonas

loésicas del mundo:

• Paepe R. y Vanhoorne R.,(1967): definen una zona cubierta de arena

(coversand area), un área de transición (transitional area) y un área de

loess (loess area) para el Norte de Europa.

• Liu Tung Sheng et al., (1985): establece zonas de división del loess del

tramo medio del río Huanghe, con granulometrías decrecientes (loess

arenoso, loess y loess arcilloso) desde la zona de origen (Montes Baiyu,

Huanglong y Qinling).

• Davidson y Sheeler (1953 en Gibbs y Holland,1960): confirman la relación

entre la granulometría del loess y la distancia a la zona de probable origen

del material, observando para las mayores regiones loéssicas de Nebraska

y Kansas en Estados Unidos, la deposición de loess arenoso cerca del

lugar de origen y la predominancia de loess arcilloso a mayor distancia del

mismo.

• Iriondo (1994): en Argentina, define el Mar de Arena Pampeano constituido

por médanos, en el suroeste de la Llanura Pampeana y la Faja Periférica

Loésica hacia el centro y noreste de la misma.

Como bien lo explica Frenguelli (1955) para el loess argentino, desde las

regiones de origen los materiales son transportados por vía eólica a través de las

corrientes inferiores, que se complementan con las corrientes superiores. A estas

últimas -de mayor alcance e importancia que las primeras- se les asigna el



transporte de las cenizas volcánicas desde su lejano centro de emisión hasta su

sedimentación en la llanura pampeana. Del mismo modo que las cenizas, las

partículas limosas del loess habrían alcanzado las capas aéreas superiores, para

caer luego, en forma de lluvia de polvos meteóricos. La caída de estas partículas

puede suceder acompañada de lluvia o bien directamente durante las épocas

secas del Cuaternario, enturbiando el aire y recubriendo el suelo de finas capas

de polvo. Los polvos atmosféricos se comportan como los vapores, necesitando

determinadas condiciones meteóricas que provoquen la condensación y

aglutinación de partículas limosas y que pueden incluir también procesos de

ionización, formando esferulitas que caen cuando han adquirido suficiente peso y

volumen.

Estos fenómenos pueden apreciarse en la actualidad durante las

“tormentas de tierra” que suelen sucederse en los meses de Agosto y Septiembre

en la Llanura Pampeana.

Con respecto al clima reinante durante la formación del loess, se coincide

en el establecimiento de condiciones de baja pluviosidad con temperaturas

elevadas como es el caso de los loess pampeanos o con temperaturas muy bajas

como las reinantes en el norte de Europa durante los períodos glaciales. (Bowen,

1980).

2.2.3 Procesos postdeposicionales

El polvo atmosférico depositado sobre la superficie en regiones áridas o

semiáridas, es afectado por la lluvia, nieve, actividad biológica, congelamiento,

etc. (Liu Tungsheng et al., 1985). Una visión completa de los procesos de

evolución del loess más comunes se muestra en la Figura Nº 2.2.



Figura Nº 2.2: Diagrama de evolución del loess (Liu Tungsheng et al., 1985).

2.2.3.1 Procesos de meteorización y cementación

Dentro de las modificaciones postdeposicionales sufridas por el loess

pampeano, Frenguelli (1955) reconoce: meteorización superficial con

decalcificación producida por alteración meteórica; oxidación de sustancias

orgánicas; disolución de sales solubles a las filtraciones meteóricas y

concentración de estas en varias formas. Dicho autor discierne entre la

concentración del carbonato en capas calcáreas y las concreciones aisladas. Las

primeras originadas por ascenso capilar de soluciones calcáreas desde el

subsuelo y su concrecionamiento en presencia del oxígeno del aire, procesos

edáficos, cementación ligada a antiguas capas freáticas situadas sobre capas

poco permeables y lechos de tobas y cretas lacustres o fluviopalustres donde el

carbonato de calcio cementa las partículas limosas, conjuntamente con un

contenido de fósiles típicos de tales ambientes de deposición, tales como células

silíceas de gramíneas, espículas de esponjas, caparazones de rizópodos,

diatomeas, etc.

Las concreciones calcáreas aisladas, denominadas tosquillas o muñequitas

de tosca se originan por concrecionamiento del carbonato de calcio que las aguas



meteóricas de filtración, cargadas de oxígeno y anhídrido carbónico quitan a la

parte superior del depósito, saturándose y abandonando parte de su carga

alrededor de determinados centros de atracción, antes de llegar al nivel freático.

Iriondo (1994) realiza un análisis muy similar de los diversos tipos de

precipitados de carbonato de calcio diferenciándolos en:

• Concreciones edafogénicas botroidales de carbonato impuro de 0.5 a 5 cm.

de largo, con distribución vertical, originadas en los períodos húmedos del

Cuaternario superior.

• Precipitados en forma de tabiques horizontales y subhorizontales, con

espesores de varios milímetros a centímetros, formados en la faja de

oscilación del nivel freático.

• Concreciones pequeñas redondeadas, muy irregulares de hasta 2 cm de

diámetro, formadas en ambientes palustres permanentes.

• Proporciones significativas de carbonatos dispersos en el loess, de origen

atmosférico con el calcio proveniente de la alteración de los minerales

ferromagnésicos y feldespatos.

Sanchez (1948) por su parte, sintetiza diversos mecanismos de cementación

post-deposicional:

• El agua de lluvia, que se infiltra en el suelo, rica en CO2 disuelto de la

atmósfera, actúa como un agente químico activo sobre el carbonato de

calcio disperso en el suelo, produciendo la solubilización del mismo. Se

forman así bicarbonatos de calcio - Ca(CO3)H2 - que no son estables y

existen solo en solución acuosa en presencia de cierta cantidad de ácido

carbónico - (CO3)H2 - libre. Una disminución de este último compuesto

produce la precipitación en forma de carbonatos. La disminución de ácido

carbónico libre puede ocurrir por calentamiento y evaporación de agua o

cambio en los contenidos de CO2 en el aire en contacto con el agua.

• Los horizontes edafológicos en clima semiárido de estepa, presentan debajo

del horizonte A, un horizonte iluvial (B) donde se acumulan carbonatos. El



agua de lluvia, que se infiltra en el suelo, rica en CO2 disuelto de la

atmósfera, disuelve los carbonatos de Ca y Mg llevándolos hasta el

denominado “horizonte muerto” debido a su humedad constante durante

todo el año, a una profundidad de 3 a 5 m. desde la superficie. Al finalizar las

épocas de lluvias se reemplaza la corriente descendente por una

ascendente durante la cual el agua sube por capilaridad. En el límite inferior

del horizonte edafológico hay una marcada disminución del tamaño de poros

capilares, produciéndose evaporación de agua y precipitación de carbonatos

en forma de concreciones calcáreas. En épocas de intensa evaporación y

ausencia de horizontes edáficos, llegan hasta la superficie tanto los

carbonatos como otras sales precipitando en forma de costras. En loess se

acepta entre un 2 a un 7% de carbonatos formados por este proceso.

• Cuando las aguas enriquecidas en CO2 encuentran en su carrera

descendente capas con porcentajes elevados de minerales constituidos por

sílice amorfa o débilmente cristalizada, ya sean cenizas volcánicas o bien

subproductos de alteración de silicatos, los atacan fuertemente generando

compuestos químicos de tipo silicatos y aluminatos hidratados. Estos

cementantes irreversibles producen un gran endurecimiento de la masa de

suelo.

• En todos los casos se producen horizontes cementados denominados

bancos de tosca, que constituyen uno o varios niveles distribuidos a

diferentes profundidades en la columna estratigráfica. Los bancos de tosca

se diferencian según su mayor contenido de carbonatos o silicatos. Así el

autor diferencia toscas blandas y toscas duras o moras, determinando

experimentalmente la mayor importancia de la cementación silícea sobre la

carbonática en la resistencia al desgaste del material.

Estas reacciones pueden sintetizarse en diversas fórmulas donde se

muestran estos mecanismos que finalmente generan incrementos del pH en el

agua subterránea (Smedley et.al, 2002):



• Mecanismo de disolución de los carbonatos de calcio del suelo por las

aguas ácidas, con incremento del pH en el agua subterránea, por aportes

de iones Ca:

CaCO3 + CO2 + H2O Ca2+ + 2HCO3- (2.1)

• Mecanismo de meteorización de minerales silicatados con incremento del

pH por liberación de cationes tales como el Na+ o el Ca+2, ej: formación de

caolinita (Al2Si2O5(OH)4)a partir de la albita (NaAlSi3O8) o de la anortita:

2NaAlSi3O8 + 2H+ + 9H2O Al2Si2O5(OH)4 + 2Na+ + 4H4SiO4 (2.2)

albita caolinita

Anortita + agua caolinita + Ca +2, OH- (2.3)

Una vez que las aguas subterráneas se han transformado en alcalinas -

alcanzando pH de hasta 8,7 según mediciones de Osterrieth y Martinez (1993) en

acuíferos pampeanos- los procesos arriba mencionados de concentración por

evaporación, percolación, etc., producen la saturación de las aguas, solubilizando

la sílice amorfa contenida fundamentalmente en los vidrios volcánicos y

subproductos de la meteorización y generando las reacciones de tipo puzolánico

(Benezet y Benhassaine, 1999):

SiO2 + CaO + H2O xCaO.ySiO2.zH2O (2.4)

Gidigasu (1976) realizó una recopilación de los trabajos de Loughnan

(1969), sobre la solubilidad y movilidad de los principales componentes

involucrados en la meteorización de los silicatos con relación al pH del medio,

observando la variación de la solubilidad de la sílice amorfa generada por este

proceso químico (Figura Nº 2.3).

Por su parte Hem (1992) haciendo referencia a diversas experiencias de

laboratorio, señala las siguientes solubilidades de minerales siliceos en agua pura

a 25ºC: cuarzo: 6,0 mg/l; cristobalita: 27 mg/l y silice amorfa: 115 mg/l.



0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

pH

Solu

bili

dad (m

ilim

ol/l) .

Figura Nº 2.3: Relación solubilidad de la sílice amorfa - pH (según Loughnan, 1969).

2.2.3.2 Procesos edafogenéticos

Cuando se produce la alternancia climática propia del Cuaternario y se

inician los ciclos pluviales, se generan condiciones propicias para el desarrollo de

procesos edafogenéticos. Estos traen aparejados una modificación en las capas

de loess acumulados en los períodos de sequía y la formación de horizontes

denominados paleosuelos.

La alternancia loess – paleosuelos es una condición típica de las grandes

columnas estratigráficas loéssicas del mundo (Paepe y Vanhoorne, 1976; Han

Jiamao, 1982) y representan épocas de marcada estabilidad en la corteza

terrestre.

Los paleosuelos presentan una estructura más estables que los loess, con

prismas bien desarrollados, materia orgánica, carbonatos y arcillas.

Existen varios ejemplos en la provincia de Córdoba (Cantú, 1992), tales

como el Suelo Eª El Cerrito, descrito en el área periserrana al Oeste de la ciudad

de Río Cuarto, el Suelo Las Tapias, desarrollado sobre los sedimentos eólicos de

la Fm. La Invernada, etc.



2.3 Distribución geográfica.

Existe una indefinición sobre las superficies cubiertas y los espesores

correspondientes a los sedimentos pampeanos, dado que la Llanura Pampeana

constituye una gran cuenca sedimentaria rellena de limos y arenas, de origen

fluvio-eólico, donde -como se explicó anteriormente– se han producido procesos

eólicos alternados con procesos fluviales y edafogenéticos.

Diversos autores han obtenido conclusiones muy variadas de acuerdo a la

forma estricta o amplia en que hayan efectuado los cálculos tanto de las áreas de

los distintos sectores geográficos como de los períodos de tiempo involucrados en

el desarrollo de la sedimentación.

Teruggi (1956) elaboró un mapa que muestra toda la zona del territorio

argentino cubierta por depósitos loésicos (Mapa 2.1) a los que les atribuye un

espesor de entre 30 y 60 m.

Bloom (1992) calculó un volumen de 34.000 a 45.000 kilómetros cúbicos

para los loess pampeanos argentinos, estimando un espesor promedio de 30 a 40

metros y un período de deposición de 2.500.000 años. En forma muy general este

autor estima que los materiales han provenido de la región Andina situada entre

25º y 35º de latitud sur (alrededor de 1.100 kilómetros de longitud), a partir de una

zona elevada, de 200 kilómetros de ancho. De esta forma se presentaría un área

de origen de 220.000 kilómetros cuadrados, los cuales han sido denudados 150

metros en los últimos 2.500.000 años a una velocidad de denudación de 6 cm

cada 1000 años.



P A R A G U A Y

B R A S I L

C H I L E

U R U G U A Y

L o e s s

L í m i t e s P r o v i n c i a l e s

5 0 0 0 5 0 0 K m

Mapa Nº 2.1: Distribución del loess argentino (según Teruggi, 1956)



2.4 Características Geológicas

Los sedimentos pampeanos comenzaron a ser estudiados hace más de un

siglo por investigadores que dedicaron a ello un gran esfuerzo. Las ideas

prevalecientes en esas épocas propiciaban la implantación de los modelos

clásicos generados en Europa, (Modelo Alpino de Penck, de Europa del Norte,

etc.), en las columnas estratigráficas que se analizaban en cualquier otra región

del planeta.

Las tareas de descripción de perfiles estratigráficos, fueron llevadas a cabo

principalmente por Ameghino (1880,1885), Bodenbender (1890), Döering (1907),

Castellanos (1918) y otros investigadores, permitiendo sentar las bases para el

estudio sistemático de los sedimentos modernos.

Döering (1907) estableció una columna estratigráfica tipo para la

Formación Pampeana de Córdoba, utilizando letras para identificar los distintos

horizontes, basando su separación en rasgos claramente observables en los

afloramientos y perfiles estudiados, como la mineralogía, litología, textura,

presencia de capas guía, etc., y encasillando a los mismos en unidades

cronoestratigráficas (Tabla 2.1). De ese modo se identifican 3 pisos: uno superior

de 20 metros de espesor formado fundamentalmente por loess y cenizas

volcánicas; uno intermedio de 10 metros de espesor, compuesto por gravas y

arenas fluviales, separadas por una capa de loess de 0.5 a 2 mts. de espesor y

finalmente un piso inferior de espesor indefinido, formado por materiales similares

al superior, pero más compacto con capas de cenizas de diferentes naturalezas.

Este esquema de Döering ha sido reconocido en numerosas perforaciones

efectuadas en el subsuelo de la Provincia de Córdoba y utilizado para la

sistematización de la información geotécnica (Quintana Crespo,1988,1991; Rocca

et al., 1995).

Posteriormente Frenguelli (1955) efectúa su propia interpretación (Tabla

2.2) y correlaciona sus unidades con las definidas previamente por Döering y



Bodenbender, manteniendo el esquema de 4 ciclos pluviales y sus respectivos

interpluviales durante el Cuaternario. Según este modelo, en los ciclos

interpluviales se produce la deposición de las principales camadas de loess

(Bonaerense, Platense, Cordobense), interrumpidas por limos loésicos,

sedimentos fluviales y paleosuelos durante los ciclos pluviales. Una importante

contribución de este estudio de Frenguelli es la identificación de loess primarios y

loess secundarios o limos loésicos retrabajados posteriormente a su deposición.

Dentro de los modelos estratigráficos – geomorfológicos modernos se

encuentra el denominado Sistema Eólico Pampeano (Iriondo y Kröhling, 1995), en

el cual se distinguen una zona de deposición de arenas eólicas denominado Mar

de Arena Pampeano y otra de deposición de loess, denominada Faja Periférica

Loésica (FPL). (Mapa 2.2.).

Con el nombre de Sistema Eólico Pampeano, Iriondo y Kröhling engloban a

toda la secuencia de sedimentos depositados por el viento en la Llanura

Pampeana, en la primera parte de la última glaciación pleistocénica y

posteriormente retrabajado en las fases climáticas sucesivas. El Mar de Arena

Pampeano (MAP) se constituye por arena que mediante saltación y arrastre es

transportada por los vientos desde los campos de hielo. Con una superficie de

200.000 km2 está constituido por arena fina a limosa, con arcillas

predominantemente del grupo de las illitas. El espesor es de unos pocos metros

en la zona este y norte donde sobreyace a limos endurecidos del Pleistoceno

medio y no se define en las zonas oeste donde cubre a formaciones arenosas

muy similares.

La Faja Periférica Loésica surge por los vientos que transportan en

suspensión limos y arcillas en formas de nubes de polvo, las cuales quedan

atrapadas por la vegetación herbácea en las zonas peridesérticas, formando

capas de loess.



Estrato Espesor Características

a= 0.40 m. Tierra Vegetal

b= 3.0 m. Loess eólico pulverulento, de color pardo claro.

c= 0.15 m. Ceniza volcánica tipo α - Tosca.

d= 3.00 m. Loess eólico

e= 4.00 m. Loess eólico con trazas de estratificación.

f= 0.50 m. Ceniza volcánica tipo β - color verde oscuro.

g= 5.00 m. Loess eólico sin estratificación

h= 1.20 m. Arena micacea

i= 2.50 m. Capa estratificada en bandas onduladas de arcillas y loess lacustres.

k= 1.00 m. Loess eólico no estratificado, compacto

l= 2.50 m. Loess lacustre estratificado, capas alternativas arcillosas y arenosas.

m= 4.00 m. Arenas fluviales rosadas, con gravillas y gravas.

n= 1.00 m. Loess eólico y lacustre, muy arcilloso y compacto.

0= 4.00 m Base inferior de arenas fluviales y gravas.

p = 10.00 – 15.00 m. Formación pampeana inferior, capas de loess eólico; cenizas volcánicas, arenas y toscas.

q = 0.5 – 2.00 m. Capa espesa y continua de tosca coherente. Ceniza volcánica metamorfizada.

Tabla Nº 2.1: Formación Pampeana de Córdoba. Döering, 1907.


Tesis Doctoral - Ing. Enrique Quintana Crespo - - Página 37 -

Pisos Características Series Ciclos Climáticos Cuaternarios Aimarense Humus Antiguo

Superior (loess) Cordobense

Inferior (limos)

Superior (loess) V Epipluviar

Platense Inferior (limos)

Epipampiano

Querandinense (estuárico) IV Pluviar

Lujanense (limos) Neopampiano

Post-pampiano

Superior (loess) III

Interpluviar 00 ooooooooooooooooo Pluviar

Bonaerense

Inferior (limos)

Interpluviar Superior (loesoides)

Ensenadense Medio (Interensenadense)

II

Pluviar Inferior (limos)

Mesopampiano

Interpluviar Superior (loesoide)

I

Pluviar

Chapalmalense

Limos

Eopampiano

Pampiano

Plioceno Superior Puelchense Entrerriano – Parte Superior

Tabla Nº 2.2: Nomenclatura Estratigráfica de Frenguelli.

La FPL bordea al MAP a lo largo de 1.800 km., con un ancho medio de 250

a 300 km. Los espesores de loess típicos son de 7 a 10 m. y sus características

de limos pardos, friables, dificultan su identificación con respecto a otros

sedimentos de origen fluvial: limos loésicos y loesoides, Frenguelli (1925).

Carignano (1996) realiza un estudio de la evolución geomorfológica-

climática reciente de las llanuras pampeanas cordobesas, distinguiendo diversos

períodos:

• Desde la Penúltima Glaciación hasta 50.000 años A.P. (antes del

presente):

Clima seco, semiárido y árido. Vientos del suroeste. Temperaturas algo

más frías que las actuales. Importante acumulación de loess, limos loésico,

arenas eólicas, limos y arenas fluviales.



En la región oeste y noroeste de la provincia se desarrolla una amplia

planicie aluvial de piedemonte.

En el sur y sureste, se deposita un extenso campo de arenas eólicas.

En la planicie del este hay acumulación de loess.

• Desde 50.000 años A.P. hasta 30.000 años A.P.:

Clima tropical húmedo o de sabana. Expansión de la red de drenaje con

aumentos de caudal de 5 a 6 veces el actual.

Conocido como Pampeano Lacustre o Lujanense. Se produce una pausa

en la formación del loess y se produce la fijación del mismo.

• Desde 30.000 años hasta 9.000 años A.P.:

Clima árido o semiárido. Escasas lluvias. Marcada estacionalidad.

Nueva formación de dunas en el sur provincial.

Deposición de un manto de 1 a 10 m. de loess compuesto por un limo

arenoso fino, con carbonatos y una cantidad notable de vidrio volcánico.

• Desde 9.000 años hasta 3.000 años A.P.:

Clima subtropical húmedo, formación de lagos y expansión de las llanuras.

Ausencia de grandes formas de acumulación de sedimentos.

Existen depósitos de limos con alto contenido de diatomeas.

Periodo asociado con los sedimentos del Piso Platense.

• Desde 3.000 años hasta aproximadamente 1.000 años A.P.:

Clima cálido y semiárido a árido. Temperaturas más elevadas que en el

presente. Precipitaciones más escasas. Vientos constantes del norte.

Deflación y erosión de suelos intensa en el sur, centro y este de la planicie

provincial. Grandes cubetas de deflación en el este.

Deposición del loess Cordobense en las zonas central y oriental de la

provincia, constituido por limos pardo grisáceo a amarillento, con espesores

de 0.5 a 3.0 m.

• Desde 1.000 años A.P. hasta fines del Siglo XIV:



Clima subhúmedo y templado. Crecimiento de lagunas. Elevación del nivel

freático.

Incremento de los procesos edafogenéticos.

• Desde principios del Siglo XV hasta mediados del Siglo XIX:

Clima árido a semiárido y frío, con precipitaciones escasas. Mundialmente

conocido como Pequeña Edad del Hielo.

Desaparecen por completo los lagos del noroeste y la Laguna Mar Chiquita

sufre una notable retracción.

Se reactivan los procesos erosivos eólicos, con pequeños barjanes, dunas

y cubetas de deflación.

2.4.1 Composición Mineralógica.

La composición mineralógica de los diversos depósitos de loess del mundo

se encuentra relacionada con el lugar de procedencia de los materiales

transportados eólicamente y de la coexistencia de procesos eólicos con otros tales

como los volcánicos capaces de aportar grandes cantidades de partículas sólidas a

la atmósfera.

Gibbs y Holland (1960) obtuvieron para el loess de Nebraska (EU) los

siguientes rangos:

Cuarzo: 25 a 37%

Feldespatos: 10 a 22%

Vidrio volcánico ácido: 5 a 10%

Biotita y Muscovita: 4 a 6%

Hornblenda y Calcedonia: 0,5 a 1%

Por su parte Lobdell (1981) en análisis efectuados sobre el loess del sureste

del Estado de Washington y Noroeste de Idaho (Palousse Loess), obtuvo los

siguientes porcentajes: Cuarzo –32%; Feldespatos –25%; Micas -21% y Pumicita

2%.



C a m p o s d e h i e l o L o e s s M a r d e a r e n a L í m i t e s P r o v i n c i a l e s

N

D i r e c c i ó n d e l v i e n t o

Mapa Nº 2.2: Sistema Eólico Pampeano (según Iriondo, 1995).


Tesis Doctoral - Ing. Enrique Quintana Crespo Página 41

Frenguelli (1925) estableció una importante diferencia desde el punto de

vista mineralógico entre los loess europeos y los argentinos, ya que los primeros

presentan una mineralogía predominante de elementos detríticos (cuarzo,

feldespato y minerales accesorios en partículas sumamente finas) procedentes de

un largo e intenso proceso de trituración mecánica, en cambio en el loess

pampeano predominan materiales derivados de un intenso proceso de descom-

posición hidrolítica (silicatos solubles, etc.) y abundantes partículas de cenizas

volcánicas constituido por vidrios con estriaciones, burbujas e inclusiones

gaseosas. Los silicatos solubles representan según dicho autor al menos un 30%,

siendo solubles en ClH y han sido considerados por Döering (1908) de naturaleza

zeolítica y por otros autores (Kantor, 1922) como simples sustancias hidratadas

derivadas de la hidrólisis de feldespatos, piroxenos, hornblenda, micas y vidrios

volcánicos.

La influencia del volcanismo en la mineralogía pudo comprobarse con la

erupción del Volcán Quizapú, en el año 1932, cuyas cenizas fueron transportadas

hasta las regiones más orientales de Argentina y Uruguay. En una de las

erupciones más violentas que ser recuerda, que se desarrollara entre 1930 y

1932- el volcán Quizapú, ubicado al oriente de Linares (Chile), arrojó cenizas que

cubrieron desde Rancagua a Chillán en el vecino país. También provocaron

daños en la agricultura en Mendoza, e incluso cayó ceniza en lugares tan alejados

como Buenos Aires, Montevideo y el sur de Brasil.

La importancia de los componentes volcánicos queda manifiesta en la Tabla

2.3 y los Mapas 2.3 y 2.4 donde puede observarse la cantidad de volcanes

cordilleranos y la zona de influencia de sus plumas gaseosas, además de las zonas

de volcanismo local de la Provincia de Córdoba.

Tricart (1969) llegó a definir a los sedimentos loésicos no como verdaderos

loess, sino más bien como eolocineritas, producto de la intensa actividad volcánica

explosiva cordillerana ocurrida durante el Cuaternario antiguo.

Döering (1891) reconoció dos especies principales de cenizas volcánicas en

loess:



• Ceniza volcánica α ácida o silícea, compuesta por polisilicatos ácidos

generalmente de naturaleza traqui - andesítica con escaso contenido de

hierro, formada principalmente por fragmentos aciculares (agujillas) de

sustancias feldespáticas

• Ceniza volcánica β compuesta por silicatos básicos, generalmente de

naturaleza basáltica, muy ferruginosos. Ambas especies de cenizas se

encuentran diseminadas dentro de la masa de loess con porcentajes

variables, desde muy bajos hasta capas puramente cineríticas.

Ricci (1966) efectuó análisis mineralógicos sobre el loess de la zona de Río

Tercero encontrando un 50% de vidrio volcánico en la fracción inferior a 0.50 mm y

un porcentaje considerablemente mayor en las fracciones inferiores a 0,045 mm.,

con fragmentos líticos alterados con texturas vitroclásticas muy definidas. El cuarzo

está representado en un 20 a 30%, existiendo un 10% de plagioclasas y un menor

porcentaje de feldespatos alcalinos (ortoclasa, microclino).

Sánchez (1948) en un estudio sobre sedimentos loésicos del sur de la

provincia de Córdoba, determinó porcentajes de sílice soluble en ácido clorhídrico

de entre 35 y 54% y de óxidos de calcio de 18 a 30%.

Posteriormente Sánchez (1964) distinguió en análisis mineralógicos de

muestras de loess de diversos sitios de la llanura cordobesa (Córdoba Capital,

Pascanas, Colonia Marina) una fracción clástica compuesta por 45% de Cuarzo

con características microscópicas de origen mixto (ígneo – metamórfico), 30% a

40% de vidrio volcánico que sería derivado de la asociación Andesita - Riolita, 10 a

20% de Biotita y -como accesorios- Feldespatos, Opacos, Zeolitas y Anfíboles en

un 5% del total. Los cementos son predominantemente calcita, sílice solubilizada y

óxidos de hierro y a gran aumento se observan micas arcillosas derivadas del vidrio

volcánico. También se detectó la presencia de geles coloidales de sílice

recubriendo aproximadamente un 50% de los granos de cuarzo en los loess y que

constituyen un componente sumamente activo en las reacciones puzolánicas.



Volcán Localización Actividad Principales Erupciones

Tatio Chile Activo Holocenas

Putana Chile Activo 1810, 1972

San Pedro Chile Activo 1870-77-91, 1901-11-16-23-38-60

Lascar Chile Activo Holocenas,1848-53-54-75-83, 1902-

33-40-51-72-86-90-91-93

Socompa Salta– Chile Histórico Holocenas

Llullaillaco Salta – Chile Activo 1854-68-77

Ojos del Salado Catamarca – Chile Activo Holocenas, actual fumarólica.

Bonete La Rioja Histórico Holocenas

Tupungatito Mendoza – Chile Activo 1829-35-61-81-89-97, 1901-07-25-45-

58-59-60-61-64-80-86

San José –Marmolejo Chile Histórico 1822-81-95, 1931-41-59-60

Maipo Mendoza – Chile Histórico 1822-26, 1905-12

Peteroa-Planchón Mendoza – Chile Activo 1660, 1752, 1835-37-42-60-69-72-78-

89, 1937-38-59-60-62-67-91

Descabezado Mendoza – Chile Activo Históricas y 1932

Quizapú Mendoza – Chile Activo 1846, 1903-06-07-13-14-16-32-49-67

Domuyo Neuquen Dormido Holocenas

Tromen Neuquen Dormido Holocenas, 1822?

Copahue Neuquen – Chile Activo 1750-69, 1867, 1937-61-92

Chillán Chile Activo 1650, 1750, 1861-98, 1906-23-72-73

Lonquimay Chile Activo 1853-87, 1933-40-88

Llaima Chile Activo Holocenas y entre 1907 – 1922.

Villarrica Chile Activo Holocenas y entre 1906 – 1922.

Lanín Neuquen - Chile Dormido Holocenas

Puyehué Neuquen – Chile Histórico Holocenas e históricas

Osorno Chile Activo 1575, 1640-44, 1719-90, 1834--51--69

Calbuco Chile Activo 1893-06-07-09-11-17-29-61

Hudson Chile Activo Holocenas, históricas, 1971-91

Lautaro Chile Activo 1878-79, 1945-60-61

Reclus Chile Activo Holocenas e históricas

Aguilera Chile Activo Holocenas e históricas

Monte Burney Chile Activo Históricas, 1910

Isla Decepción Islas del Atlántico Sur Activo Holocenas e históricas

Tabla 2.3: Principales volcanes de la Cordillera, erupciones y grado de actividad

(Gonzalez Ferrán, 1997).



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M o n t e B u r n e y

V o l c á n V i e d m a

C e r r o H u d s o n

H u e q u i C o r d ó n C a u l l e

V i l l a r i c a L l a i m a

L o n q u i m a y C o p a h u e

N e v a d o s d e C h i l l á n C e r r o A z u l - Q u i z a p ú

P l a n c h ó n - P e t e r o a M a i p o

S a n J o s é T u p u n g a t i t o

P o c h o

C h a j á n

S a n P e d r o P u t a n a

L a s c a r A r a c a r

C a m p o s d e h i e l o L í m i t e s P r o v i n c i a l e s

� A c t i v i d a d V o l c á n i c a

3 0 0 0 3 0 0 6 0 0 9 0 0 1 2 0 0 K m

N

R E F E R E N C I A S

V i e n t o s d o m i n a n t e s

Mapa Nº 2.3: Actividad volcánica cordillerana y local relacionada con la formación de

loess. Elaboración propia.

Relación entre las propiedades geotécnicas y los componentes puzolánicos de los sedimentos pampeanos


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M o n t e B u r n e y

V o l c á n V i e d m a

C e r r o H u d s o n

H u e q u i C o r d ó n C a u l l e

V i l l a r i c a L l a i m a

L o n q u i m a y C o p a h u e

N e v a d o s d e C h i l l á n C e r r o A z u l - Q u i z a p ú

P l a n c h ó n - P e t e r o a M a i p o

S a n J o s é T u p u n g a t i t o

P o c h o

C h a j á n

S a n P e d r o P u t a n a L a s c a r

A r a c a r

C a m p o s d e h i e l o

Z o n a d e d e p o s i c i ó n d e c e n i z a

L í m i t e s P r o v i n c i a l e s

� A c t i v i d a d V o l c á n i c a

3 0 0 0 3 0 0 6 0 0 9 0 0 1 2 0 0 K m

N

R E F E R E N C I A S

V i e n t o s d o m i n a n t e s

Mapa 2.4: Alcance de las plumas volcánicas en erupciones recientes. (Gonzalez Ferrán,

1997).

Teruggi (1956) sostiene el origen volcánico de la mayoría de los minerales

que conforman los loess de la Provincia de Buenos Aires, encontrando las

siguientes asociaciones minerales (Tabla 2.4).



Dicho autor considera a las plagioclasas como derivadas de rocas

volcánicas y piroclásticas, el cuarzo sería de origen ígneo y los feldespatos

potásicos serían provenientes de riolitas y vulcanitas ácidas. Con respecto a los

anfíboles los considera derivados de cenizas volcánicas.

Fracción Plagioclasas Cuarzo F. Potásico Vidrio volcánico

Arena

( > 0.062 mm) 20 – 65 % 2 - 30 % Escaso 1 - 25 %

Limo Grueso

(0.062 - 0.031 mm)

Disminuyen pero manteniendo su relación de

magnitud.

15 - 60 %

Limo Medio

(0.031 - 0.011 mm)


magnitud.

> 60 %

Limo Fino

(0.011 - 0.004 mm)


magnitud.

> 75 %

Tabla 2.4: Mineralogía de los loess de Provincia de Buenos Aires (Teruggi, 1956).

El vidrio volcánico es considerado como proveniente de la erosión eólica de

depósitos piroclásticos y de las explosiones volcánicas intermitentes durante el

Cuaternario y concentrado por la actividad eólica. Se encuentra formado por

partículas aciculares, incoloras, con estructuras fluidales. Estos vidrios son ácidos y

sin alteración en la fracción arena, apareciendo arcillas montmorilloníticas como

subproducto de alteración a medida que disminuye el tamaño de grano.

Cantú (1992) efectúa una comparación de la mineralogía de la Fm. La

Invernada -a quien correlaciona con la Fm. General Paz de Santa Cruz- según

datos provenientes de diversos autores y que se reproducen parcialmente a

continuación (Tabla 2.5).

Karlsson (1993) realizó determinaciones sobre la fracción de 100 a 60

micrones, de muestras de sedimentos loésicos de dos regiones geográficas:

Zonas serranas-periserranas y Llanura Pampeana (Tabla 2.6). Surge de estos

datos una variación muy importante en las cantidades de minerales presentes en

cada zona. En las zonas serranas y periserranas el vidrio volcánico representa un



4% del total, con un valor máximo de 13,2% en una sola muestra, llegando a ser

inexistente en la mayoría de las otras. En las muestras correspondientes a la

llanura pampeana se observa un valor promedio de 17% para el vidrio volcánico,

con un máximo de 38,7% y un mínimo de 14,3%.

Tabla 2.5: Mineralogía de la Fm. La Invernada (Cantú, 1992)

Minerales Hernandez * Allione ** Becker ***

Cuarzo 5.29 9.10 3.17

Feldespatos alcalinos 24.80 36.42 17.80

Feldespatos mesosilícicos ---- 9.17 22.77

Feldespatos cálcicos 10.59 ---- 0.67

Vidrios volcánicos 34.39 8.53 22.64

Lititos volcánicos 4.63 13.15 24.42

Alteritas 5.33 19.82 6.37

* Hernandez (1984 en Cantú 1992) % en volumen – semicuantitativo

** Allione (1987 en Cantú 1992) % en volumen – semicuantitativo

*** Becker (1987 en Cantú 1992) % en peso – cuantitativo.

Para completar el panorama de la mineralogía del loess se citan análisis

efectuados por diversos autores y en variadas zonas (Tabla 2.7).

2.4.1.1 Minerales arcillosos

Los minerales de arcillas presentes en los sedimentos loésicos, se

encuentran relacionados con la zona de procedencia de los materiales y con las

condiciones climáticas reinantes en el momento de formación de las diversas capas

de loess.

Uno de los más grandes depósitos de loess del mundo, ubicado en las

planicies centrales de China, muestra un predominio de la illita (50%), sobre la

caolinita (20%), montmorillonita (10%) y clorita y vermiculita (5%), según

determinaciones realizadas con rayos X por Han Jiamao (1982).



El loess de Estados Unidos presenta minerales arcillosos actuando como

conectores entre granos de limo, constituidos fundamentalmente por mont-

morillonita y pequeñas cantidades de illita (Gibbs y Holland, 1960; Lobdell, 1981).

Tabla 2.6: Análisis mineralógicos de sedimentos loésicos pampéanos (Karlsson, 1993)

Perfil Prof. Muestra Cuarzo Vidrio Lititos Feldesp. Mica Hornbl. Otros

0.00 –0.88 1 16.2 1.1 3.2 61.6 1.9 1.3 1.2 P1

> 0.88 2 3.3 13.2 6.4 63.2 5.7 0.8 0.8

0.00 –0.40 3 17.9 0.3 2.1 62.9 3.3 2.8 1.3

0.40 –0.63 4 11.5 0.3 2.2 71.4 2.0 2.3 1.2 P2

> 0.63 5 5.9 8.9 5.0 64.7 5.0 1.8 1.0

0.00 –

0.77 6 10.0 0.4 6.2 61.4 7.4 5.4 2.0

P3

> 0.77 7 4.8 0.9 20.4 50.0 15.6 2.7 1.4

0.00 –0.60 8 26.3 27.8 21.1 11.0 0.2 0.5 2.7 P4

> 0.60 9 34.2 9.3 9.4 43.0 0.6 0.4 1.5

0.00 –

0.47 10 38.7 10.6 30.9 19.4 0.0 0.0 0.1

0.47 –1.20 11 22.3 15.0 32.5 29.6 0.0 0.0 0.0 P5

> 1.20 12 14.7 15.7 32.6 36.5 0.0 0.0 0.0

0.00 –

0.21 13 20.5 11.3 16.9 32.9 2.1 1.1 1.2

0.21 –0.92 14 36.7 8.8 9.1 19.3 3.4 1.2 1.3 P6

> 0.92 15 14.3 33.5 17.2 39.9 5.2 1.1 1.3

Perfil P1 =Atum Pampa – Pampa Interserrana; P2 = Athos Pampa – Pampa

Interserrana; P3 = Quilino – Bolsón Interserrano; P4 = Remedios – Valle fluvial; P5 =

Noetinger – Llanura Pampeana; P6 Impira – Paleocauce

Con respecto al loess pampeano, Gonzalez Bonorino (1965) determinó en el

área de Buenos Aires una zona superior con predominio de illita, cuyo origen sería

la meteorización de las rocas antiguas de las Sierras Pampeanas de Córdoba y



San Luis incorporadas eolicamente y una inferior montmorillonítica proveniente de

la alteración de los vidrios volcánicos.

Tabla 2.7: Análisis mineralógicos del loess pampeano.

Autor Zona Cuarzo F. Potásico Plagioclasas Vidrio volc. Otros

Strasser (1985) 1 San Luis 14 % 53 % 9 % 10 % 14 %

Strasser (1985) 2 San Luis 27 % 42 % 4 % 7 % 20 %

Kröling (1993) 3 Córdoba 27 % 27 % 14 % 20 % 12 %

Kröling (1993) 4 Córdoba 18 % 11 % 9 % 55 % 7 %

Bidart (1992) 5 Maggiolo 20 % 18 % 15 % 31 % 16 %

Bidart (1992) 5 Rufino 33 % 10 % 14 % 18 % 25 %

Bidart (1992) 5 Rufino 29 % 13 % 15 % 22 % 21 %

Kröling (1993) 6 Córdoba 15 % 6 % 1 % 76 % 2 %

Strasser (1985)1 -Muestras de arena muy fina en San Luis.

Strasser (1985)2 -Muestras de arena muy fina (0.074 a 0.125 mm) del MAP, en la

Estancia Sayapé al sur de Villa Mercedes.

Kröling (1993)3 -Muestras de fracción arena fina del SEP, en la costa sur de la Laguna

Mar Chiquita. En la fracción arcillosa se observan illitas, cuarzo y en menor cantidad

ortoclasa, gibbsita, caolinita y vidrio. Los minerales pesados son netamente meta-

mórficos de Sierras Pampeanas al igual que en las muestras 2.

Kröling (1993)4 -Muestras de arena fina de una formación de arena eólica en la costa

sur de la Laguna Mar Chiquita.

Bidart (1992)5 -Fracción modal de arena del margen oriental del MAP. Los minerales

livianos indican un neto predominio de materiales de origen volcánico, sobre los

originados en Sierras Pampeanas, considerándose como indicador regional de estas al

porcentaje de feldespato potásico.

Bidart (1992) 5 -Fracción arena muy fina del loess. Se considera sumado al vidrio

volcánico el porcentaje de alteritas volcánicas.

La zona illítica es correlacionada por Santa Cruz (1978) en el territorio

cordobés, con la Formación General Paz en la cual se obtuvieron mediante

análisis de difractometría de rayos X valores de 89% de illita, un 8% de

montmorillonita y menos de un 5% de caolinita.



2.4.2 Composición química

Los sedimentos loésicos presentan elevados porcentajes de SiO2 y Al2O3,

como consecuencia de su mineralogía en la que predomina los silicatos tales como

el cuarzo, feldespatos, micas y las cenizas volcánicas.

Así como ocurre con el tamaño de grano de las partículas y la composición

mineralógica, la composición química puede variar dentro de la masa de loess,

tanto vertical como horizontalmente y ser modificado por procesos de meteorización

o edafogenéticos.

Los procesos de meteorización influyen en la concentración de algunos

compuestos químicos tales como el Fe2O3, Al2O3, K2O, MgO y SiO2 y en la

disminución de otros como el CaO y Na2O. (Liu Tungsheng, 1985).

Por su parte las cenizas volcánicas presentan una composición química muy

similar a los depósitos loésicos, en cuanto a la preponderancia de la sílice y

alúmina. En la Tabla 2.8, pueden apreciarse valores correspondientes a loess y

cenizas de diversos lugares del mundo y de la Llanura Pampeana.

Los carbonatos de calcio constituyen un compuesto químico de gran

importancia en loess, habiendo sido distinguido sobre la base de su génesis en

primarios y secundarios.

En diversos loess del mundo los carbonatos primarios están constituidos por

minerales carbonáticos de origen fundamentalmente detrítico, tales como la Calcita,

en cambio los secundarios presentan una gran variedad de formas que van desde

grandes a pequeños cristales, microcristales diseminados, películas, costras y

nódulos. (Gibbs y Holland, 1960; Liu Tungsheng 1985; Lobdell, 1981).



Tabla 2.8: Comparación entre los componentes químicos de diversos loess y cenizas

volcánicas del mundo y de la Llanura Pampeana.

MATERIALES %SiO2 %Al2O3 %Fe2O3 %CaO %MgO %Na2O %K2O

Loess Luochuan (China) (1) > 50 > 10 3 - 6 7,5 –

10 1,5 -5 1,2 – 2,3

1,5 -

2,5

Volcán Guagua Pichincha

(México) (2) 63,4 16,4 5,4 5,1 - 4,3 1,8

Volcán Paricutín (México) (2) 57,6 17,2 7,4 7,0 5,2 4,2 1,4

Loess (Córdoba) (3) 59,2 13,6 4,3 6,5 1,1 3,1 2,2

Loess (Buenos Aires) (4) 45,5 8,0 5,8 3,0 0,7 - 3,5

Loess (La Plata) (5) 63,3 16,1 5,1 3,5 1,6 5,8

Loess (La Plata) (5) 63,3 17,7 4,9 2,3 1,8 4,3

(1) Liu Tungsheng (1985), (2) Zayas et.al. (1999), (3) Ricci J. (1966), (4) Huergo P.J.

(1968), (5) Teruggi (1957)

En nuestro país Frenguelli (1955) utilizó el carbonato de calcio, como uno de

los criterios para diferenciar los loess de los limos pampeanos, fijando valores

inferiores al 1% de carbonato de calcio primario en los limos y entre 3 a 10% en los

loess y distinguiendo las concreciones calcáreas de origen secundario,

denominadas “tosquillas” (loesskindeln, poupées du loess, calcarelli) de acuerdo a

su morfología según se trate de uno u otro sedimento.

Según Teruggi (1957) en el loess pampeano los porcentajes de carbonato

de calcio primario oscilan en el 8% de promedio, muy inferior al loess norte-

americano (15 a 20%) o al alemán (25 a 30%).

En análisis posteriores efectuados por Ricci (1966) sobre 15 muestras de la

zona de Río Tercero (Provincia de Córdoba) se obtuvo un valor medio de 7% de

carbonato de calcio, que confirma los datos de Teruggi.



2.4.3 Petrografía

La consideración petrográfica del loess se realiza mediante el análisis de

las características de su fábrica, es decir el arreglo espacial de las partículas

sólidas, grupo de partículas y vacíos asociados (Mitchell, 1976), a través de la

observación visual directa (macrofábrica), como mediante técnicas especiales de

microscopia de barrido electrónico, raxos X, etc., que permiten conocer la

microfábrica.

Los conceptos más antiguos relacionados con la fábrica de los sedimentos

corresponden a modelos particulares asociados a ciertos ambientes de depo-

sición, siendo el más conocido, el de Terzaghi desarrollado en 1925 y

complementado por Casagrande en 1932, que postulaba la organización de las

partículas en forma de “panel de abejas” para arcillas marinas sensitivas.

El esquema de Casagrande (1932) consistía en un arreglo de partículas

limosas, que dejaban pequeños espacios entre ellas, rellenos con arcilla

altamente comprimida a la que llamó “ligante arcilloso” y grandes espacios

rellenados con arcillas ligeramente comprimidas denominadas “matriz arcillosa”.

Este modelo resulta de interés ya que se corresponde al tradicionalmente

utilizado en rocas sedimentarias, en las que se diferencian los “granos minerales

o fragmentos líticos mayores”, la “matriz” constituida por conjuntos de granos de

menor tamaño y el “cemento” que produce la fijación permanente del conjunto.

Collins y McGown (1974) efectuaron la observación de microfábricas,

mediante microscopía de barrido electrónico, dividiendo las características

encontradas en 3 tipos:

• Partículas elementales: partículas individuales de arena, limo y arcilla o

interacción entre pequeños grupos de partículas de arcilla o partículas de

limo o arena cubiertas por arcilla.



• Conjuntos de partículas: definidos como un arreglo de partículas

considerado como una unidad, con límites físicos y una función mecánica

específica y constituidos por grupos de partículas elementales.

• Poros o espacios vacíos entre y dentro de los tipos anteriores.

En suelos loésicos (arcilla = 15%, CO3Ca = 3%, comportamiento colap-

sable) de la zona de Tongrinne (Bélgica), estos investigadores observaron una

microfábrica de naturaleza granular, con conjuntos de partículas de limo fino y

arcillas en varias configuraciones, con contactos entre partículas granulares

limpias entre sí o con otras cubiertas por arcilla y matrices constituidas por

partículas granulares con escasa cantidad de arcilla. Por su parte Barden et al.

(1973) trabajando con loess de la misma procedencia, realizó una separación

entre loess conformados por un rango completo de partículas limosas y loess

arcillosos donde las partículas de arcilla establecen puentes conjuntamente con el

limo fino y conectan el limo grueso y las arenas.

Liu Tungsheng (1985) observó en el loess de China diversos tipos de

fábricas en columnas estratigráficas loésicas, debido a la meteorización elevada

de las capas loésicas o a procesos edafogenéticos, que producen fábricas

porfíricas, en la cual los granos gruesos del esqueleto granular se conectan

mediante una matriz que deja muy pocos vacíos restantes. Si la matriz es

arcillosa, los granos del esqueleto quedan embebidos en una masa de coloides,

generando una fábrica coloporfirítica. La cantidad de material coloidal de esta

fábrica comparada con la fábrica granular, indica la intensidad de los procesos

postdeposicionales que han actuado sobre estos loess.

Las investigaciones de Gibb y Holland (1960) sobre los potentes depósitos

loésicos de los Estados Unidos, concluyen en la existencia de una relación directa

entre la fábrica y la mineralogía, con las propiedades geotécnicas de los mismos,

de tal modo que si dos sedimentos loésicos poseen la misma fábrica y

mineralogía y son sujetos a ensayos físico-mecánicos, debería esperarse un

comportamiento similar.



Lobdell (1981) establece importantes diferencias entre diversos loess de

los Estados Unidos, relacionando propiedades tales como el peso unitario, con la

densidad de la fábrica y ciclos de humedecimiento y desecación sufridos durante

la deposición del material.

Los estudios clásicos sobre la petrografía del loess llevados a cabo por

Frenguelli (1925) hablan de una fábrica migajosa muy fina, debida a un especial

estado de aglomeración de las partículas, que se yuxtaponen -sin el concurso

aparente de un cemento- en forma de esferulitas con diámetros variables entre

0.015 y 0.65 mm. Estas esferulitas dejan entre sí cavidades capilares que

agregadas a los canalículos verticales son la causa de la gran capilaridad del

loess.

Estudios petrográficos realizados por Huergo (1968) sobre muestras de

loess pampeanos de la Provincia de Buenos Aires muestran una fábrica granular

formada por un esqueleto muy suelto de partículas limosas unidas entre ellas por

ligamentos arcillosos. Los contactos sólidos entre granos son pocos numerosos y

la estabilidad de la estructura está asegurada casi enteramente por la matriz

intergranular arcillosa. Existe gran cantidad de poros, de dimensiones muy

diferentes al igual que su repartición en la masa del sedimento. Los vacíos están

dispuestos en agrupamientos que muestran ejes de simetría mayormente

verticales, de donde surgen direcciones preferenciales de clivaje vertical.

En el caso de los loess de la Provincia de Córdoba, Sánchez (1964)

observó la presencia de una matriz arcillo limosa componiendo el 40% de la roca

y que rellena parcialmente los intersticios granulares de una fábrica sumamente

abierta, donde no existen contactos por granos y los elementos clásticos no

presentan una orientación preferencial. El cemento predominante está constituido

por la calcita, sílice solubilizada y óxidos de hierro que rellenan los intersticios,

mezclándose con la matriz.



2.5 Características Geotécnicas

2.5.1 Granulometría

La granulometría de los sedimentos loésicos está conformada principal-

mente por partículas limosas, con cantidades subordinadas de arena fina y arcilla,

que varían en función de la distancia de transporte y de los fenómenos post-

deposicionales.

Las partículas de tamaños comprendidos entre 10 y 50 E son las más

abundantes en estos sedimentos siendo denominada “fracción básica” (basic

fraction) o “fracción loessial” (loessial fraction) según diversos autores (Liu

Tungsheng, 1985; Browzin, 1966, 1978 en Leoni et al. 1981).

La Tabla Nº 2.9 muestra una comparación entre las principales fracciones

granulométricas de loess de diversas partes del mundo y del país.

Tabla Nº 2.9: Comparación de granulometrías de diversos loess del mundo.

Loess Arena

(> 50E)

Limo

(5 –50 E)

Arcilla

(< 5 E)

Palouse Loess (EU) (1) 25% 43% 32%

Luochuan (China) (2) 3 – 10% 45 – 70% 10 – 20%

Hainaut (Bélgica) (3) 20 – 38% 55 – 65% 15 – 25%

Buenos Aires (Argentina) (3) 15 –30% 58 -60% 12 –25%

Estados Unidos(4) 10 – 70% 50 – 65% 5 – 40%

Rumania(5) 10 – 30% 55 - 63% 12 – 35% (1) Lobdell (1981); (2) Liu Tungsheng (1985); (3) Huergo (1968); (4)Holtz y Gibbs (1951); (5)Beles y Stanculescu (1961).

En nuestro país Frenguelli (1955) estableció un criterio de diferenciación de

importancia entre loess y limos pampeanos, basándose en el análisis granulo-

métrico, observando una mayor uniformidad para la fracción limosa en los loess y

mayores variaciones en las cantidades de arena fina en los limos.



2.5.2 Plasticidad

A pesar de la gran diversidad de minerales de arcilla que pueden

encontrarse en las regiones loéssicas del mundo, la escasa importancia cuantitativa

de la fracción arcillosa hace que los valores de plasticidad sean moderados.

Gibbs y Holland (1960) establecen un rango de 5 a 12% para el Índice

Plástico y 25 a 35% para el Límite Líquido del loess de Norteamérica. Zheng y Zhai

(en Liu Tungsheng,1985) obtienen valores muy similares para un importante

muestreo realizado sobre el loess de China.

Figura Nº 2.4: Carta de Plasticidad de sedimentos loésicos pampeanos (Redolfi et al.,

1986).

En la Figura Nº 2.4 se encuentran graficados valores correspondientes a

cinco series de muestras de loess pampeanos de alrededores de la Ciudad de

Córdoba (Redolfi et al., 1986).

0

10

20

30

0 10 20 30 40 50 60LL

IP

Serie 1 Serie2 Serie 3 Serie 4 Serie 5

ML

Línea A

MH - OH

CL

ML - OLCL - ML

CH

CL



2.5.3 Peso Específico

El Peso Específico es un parámetro dependiente de las proporciones

relativas de los diversos minerales y fragmentos líticos que se encuentran en el

sedimento.

El rango de valores de peso específico obtenido en una columna

estratigráfica loésica de Gembloux, Bélgica es de 26 a 27 kN/m3 (Quintana

Crespo, 1987) y el encontrado por Huergo (1967) para los loess de la Provincia

de Buenos Aires es de 26,1 a 26,5 kN/m3

En sedimentos loésicos se han diferenciando los minerales provenientes

principalmente de rocas ígneas y metamórficas en: livianos (cuarzo, feldespatos,

etc.) y pesados (anfíboles, piroxenos, micas, minerales opacos, etc.). A su vez los

minerales de origen volcánico tales como el vidrio presentan inclusiones

gaseosas, vesículas con aire ocluido, estrías, etc., que permite categorizarlos

como muy livianos.

En un análisis realizado sobre la fracción de 100 a 60 micras en loess y

limos loésicos pampeanos, Karlsson (1993) llevó a cabo una separación de

minerales, por flotación en líquidos de peso específico conocido, obteniendo los

siguientes datos:

• Minerales muy livianos: vidrio volcánico y lititos vítreos con peso específico

menor a 23,7 kN/m3

• Minerales livianos: cuarzo, feldespatos y lititos con peso específico menor

a 31,1 kN/m3

• Minerales pesados (micas, anfíboles, y opacos) con peso específico mayor

a 31,1 kN/m3.

El límite de 23 kN/ m3 coincide con el valor encontrado por Ortiz Ramis

(1992) para vidrios no vesiculados en cenizas de las Islas Canarias, España.



La influencia de los poros y huecos en el peso específico de las partículas

minerales queda evidenciado mediante la comparación con las cenizas volantes,

cuya materia sólida presenta los valores que se muestran en la Tabla Nº 2.10

(Pardo de Santayana Carrillo, 1993).

Origen de la ceniza volante País Peso Específico kN/m3.

Bold Gran Bretaña 22,56

Agecroft Gran Bretaña 20,50

St. Clair Estados Unidos 24,80

Trenton Channel Estados Unidos 23,60

Castle Domington Gran Bretaña 19,20

Cliff Quay Gran Bretaña 20,17

High Marnham Gran Bretaña 21,50

Los Barrios España 22,40

Puertollano España 20,70

Tabla Nº 2.10: Pesos Específicos de cenizas volantes. (Pardo de Santayana Carrillo,

1993).

2.5.4 Colapsibilidad y cementación

La colapsibilidad ha sido profundamente investigada en los diversos países

que cuentan en su geografía con áreas cubiertas por loess (Feda 1965, Jennings y

Knight 1957, Gibbs y Holland 1960, Sultan 1969, Dudley 1970, Handy 1973,

Audric y Bouquier 1976, Lin y Liang 1982, Houston, Houston y Spadola 1988,

etc.).

Con respecto al comportamiento colapsible de los loess pampeanos, este ha

sido estudiado por diversos grupos de investigadores y con diferentes aproxi-

maciones (Reginatto 1970, Varde et al. 1970, Moll y Reginatto 1972, Bolognesi

1977, Redolfi 1980, Leoni et al. 1981, Rocca 1985, Moll y Rocca 1991, Rocca et al.

1992, Rocca y Quintana Crespo 1997, Rinaldi et al. 1998, Rinaldi y Clariá 1999,

Rocca y Goio 2000, Zeballos et al. 2002).



El fenómeno de colapso en suelos indica un proceso rápido de derrumbe de

la fábrica macroporosa, por ablandamiento de los vínculos intergranulares, debido

a un incremento en las condiciones de humedad.

Barden et.al (1969) resumen las condiciones necesarias para el colapso del

siguiente modo:

• Una estructura abierta, potencialmente inestable, parcialmente saturada.

• Un valor de tensión suficientemente elevado, como para producir una

condición de equilibrio metaestable.

• Un valor elevado de succión o cementación, que estabilice los contactos

intergranulares y cuya reducción por humedecimiento lleve al colapso.

De acuerdo a estas condiciones se puede considerar a la colapsibilidad,

como una característica geotécnica del loess estrechamente ligada a la mineralogía

petrografía e historia geológica de estos sedimentos.

El análisis mineralógico revela la existencia o no de minerales reactivos,

capaces de generar vínculos cementicios permanentes o reversibles en

determinadas condiciones.

El estudio petrográfico determina la existencia de una fábrica con vacíos

suficientes para producir reducciones de volumen importantes y la historia

geológica revela la existencia de procesos postdeposicionales, tales como la

compactación, desecación, etc., capaces de modificar la fábrica original, haciendo

evolucionar al sedimento hacia una mayor estabilidad estructural.

Gibbs y Holland (1960) remarcaron la importancia de la mineralogía,

observando que variaciones en los minerales cristalinos, tales como el cuarzo,

feldespato, etc., no afectan a las propiedades físico-mecánicas del sedimento

loésico, pero si lo hacen los cambios por vidrio volcánico u otro tipo de mineral

químicamente activo.



Collins y McGown (1974) relacionaron el comportamiento colapsable con

ciertas características de la microfábrica tales como las matrices de partículas

granulares recubiertas por arcillas y conectores formados por conjuntos de

partículas finas, actuando en una microfábrica esencialmente granular con grandes

poros.

Liu Zu Dian et al. (1985) confirmaron una microfábrica constituida por granos

limpios en contacto directo, con vacíos de diámetros mayores a las de las partículas

que los forman, para los loess colapsables de China.

En cuanto a la influencia de la historia geológica de los sedimentos loésicos,

la misma es evidente debido a que durante la formación de los mismos ocurrido

durante el Cuaternario, han existido períodos climáticos secos y húmedos, fríos y

cálidos, estableciendo alternativamente condiciones adecuadas para la formación

de loess y para la edafogénesis, de modo tal que los fenómenos de humede-

cimiento, desecación, congelamiento, etc., han sido frecuentes y acompañados

además por ascensos y descensos del nivel del mar, etc.

Todos estos procesos se traducen en una compactación del loess,

consolidación por desecación, cementación y argilitización etc., lo cual lleva a

disminuir la porosidad y la relación de vacíos y consecuentemente el grado de

colapsibilidad de estos sedimentos.

Un estudio completo de una columna estratigráfica del loess de Gembloux

(Tongrinne, Bélgica) fue realizado por el autor (Quintana Crespo, 1987, 1988;

Huergo y Quintana Crespo, 1988) correlacionando la historia geológica con

diversas variables geotécnicas (relación de vacíos, presión de preconsolidación,

grado de colapsibilidad, etc.).

Bolognesi (1977) elaboró un estudio completo de la compresibilidad de los

sedimentos pampeanos, relacionando la mineralogía y la estratigrafía con

propiedades geotécnicas tales como la relación de vacíos, presión de

preconsolidación, etc. y sus variaciones en función de las ingresiones y regresiones



marinas a que estuvieron sujetos durante el Cuaternario y a los consecuentes

procesos de inundación.

En las definiciones dadas por Terzaghi y Peck (1973) con respecto al loess

se establece que se trata de sedimentos eólicos, con tamaños de partículas

mayoritariamente limosas y cuya cohesión es debida a la presencia de un

cementante de naturaleza calcárea o arcillosa. La saturación de los loess produce

que el cementante se ablande y ocurran asentamientos. Por su parte la “tosca” es

considerada como el producto de una fuerte impregnación calcárea de suelos en

general limosos de origen eólico-fluvial.

Gibbs y Holland (1960) remarcan el carácter arcilloso del cemento de los

loess norteamericanos y como consecuencia de ello la susceptibilidad al

humedecimiento y el colapso, descartando una cementación calcárea que sería

permanente y no sujeta a variaciones por los cambios de humedad.

Xiaohong Bai and Peter Smart (2002) profundizaron el análisis de los loess

de China, estableciendo la presencia de capas de loess más densas y otras más

sueltas y afirmando la inexistencia de cementación como consecuencia de una

mineralogía no reactiva.

Se puede entonces concluir basándose en las referencias bibliográficas

que, en extremos opuestos de resistencia, coexisten en las columnas

sedimentarias loéssicas, capas de loess primarios sumamente susceptibles al

colapso por humedecimiento, con capas menos colapsables de materiales con

similar constitución limosa y otras no colapsables que presentan cementación

permanente.

2.5.5 Carácter puzolánico

Los sedimentos loésicos pampeanos presentan condiciones para la

generación de reacciones puzolánicas en su seno. La existencia de cenizas

volcánicas de fino tamaño en cantidades importantes, combinada con aguas del



suelo de elevado pH, producidas por la solubilización de carbonatos, lleva a la

formación de silicatos y aluminatos de calcio y a la consecuente cementación

puzolánica.

Ya en 1891, Döering estableció una relación entre la presencia de capas de

toscas y la aparición de capas de cenizas volcánicas comentando: “... no sería del

todo imposible que la presencia de estas mismas capas de ceniza volcánica, los

procesos de su alteración y descomposición consecutiva, tuviesen alguna parte

en el génesis de los calcáreos respectivos...”.

Bolognesi (1977) estudió un perfil completo de 70 metros de profundidad que

atraviesa toda la Formación Pampeano en la Provincia de Buenos Aires,

correlacionando la existencia de capas cineríticas -con abundante vidrio volcánico-

con elevadas resistencias a la penetración en el ensayo de Terzaghi (SPT> 40

golpes), como consecuencia de un proceso de cementación. El mismo autor

concluye que la cementación no es producida por carbonato de calcio, ya que el

mismo aparece como nódulos y planchas de poco espesor, constituyendo un inerte

en la masa del suelo y presenta una serie de análisis químicos, que revelan un

exceso de óxidos de calcio y magnesio con respecto al CO2 necesario para

transformarlos en carbonatos, especulando sobre la posibilidad de una reacción de

tipo puzolánico.

2.5.6 Resumen del Capítulo

El término “sedimentos pampeanos” comprende un conjunto de sedimentos

cuaternarios, limosos, depositados en gran parte de las pampas argentinas y

denominados desde el punto de vista estratigráfico como “Formación Pampeana”

que incluyen: loess primarios, loess secundarios, limos loésicos, loessoides o

loessiformes, paleosuelos, toscas, etc.

Su origen está asociado en todo el mundo a fenómenos de denudación de

grandes superficies, debidas a ciclos glaciales e interglaciales y pluviales e

interpluviales y a los desiertos.



Con respecto a los sedimentos eólicos pampeanos existen dos orígenes

complementarios de materiales constitutivos: uno basado en la intensa actividad

volcánica explosiva andina y otro caracterizado por la acción eólica sobre las

Sierras Pampeanas.

Existen coincidencias en señalar como medio de transporte al eólico para

los depósitos loésicos, tanto de áreas peridesérticas como periglaciales y vincu-

larlos con el lugar de procedencia de los materiales a través de zonas intermedias

compuestas por sedimentos de granulometría decreciente entre los tamaños

arena y limo.

Con respecto al clima reinante durante la formación del loess, se coincide

en el establecimiento de condiciones de baja pluviosidad con temperaturas ele-

vadas o muy bajas.

El polvo atmosférico depositado sobre la superficie en regiones áridas o

semiáridas, es afectado por diversos procesos postdeposicionales tales como la

acción de la lluvia, nieve, actividad biológica, congelamiento, etc., generándose

importantes diferenciaciones en el sedimento.

Dentro de las modificaciones postdeposicionales sufridas por el loess

pampeano, se han reconocido: la meteorización superficial con decalcificación

producida por alteración meteórica; oxidación de sustancias orgánicas; disolución

de sales solubles y concentración de estas en varias formas (concentración del

carbonato en capas calcáreas y concreciones aisladas denominadas tosquillas o

muñequitas de tosca).

Las aguas subterráneas alcalinas, solubilizan la sílice amorfa contenida

fundamentalmente en los vidrios volcánicos y subproductos de la meteorización y

generan reacciones de tipo puzolánico.

Los ciclos pluviales del Cuaternario generan condiciones propicias para el

desarrollo de procesos edafogenéticos. Estos traen aparejados una modificación



en las capas de loess acumulados en los períodos de sequía y la formación de

horizontes denominados paleosuelos. Estos presentan una estructura más

estables que los loess, con prismas bien desarrollados, materia orgánica,

carbonatos y arcillas.

Existe una indefinición sobre las superficies cubiertas y los espesores

correspondientes a los sedimentos pampeanos, dado que la Llanura Pampeana

constituye una gran cuenca sedimentaria rellena de limos y arenas, de origen

fluvio-eólico, donde se han producido procesos eólicos alternados con procesos

fluviales y edafogenéticos.

Los modelos estratigráficos convencionales han mantenido el esquema de

4 ciclos pluviales y sus respectivos interpluviales durante el Cuaternario. Según

ellos, en los ciclos interpluviales se produce la deposición de las principales

camadas de loess (Bonaerense, Platense, Cordobense), interrumpidas por limos

loésicos, sedimentos fluviales y paleosuelos durante los ciclos pluviales.

Los modelos estratigráficos – geomorfológicos modernos desarrollan el

denominado Sistema Eólico Pampeano, en el cual se distinguen una zona de

deposición de arenas eólicas denominado Mar de Arena Pampeano y otra de

deposición de loess, denominada Faja Periférica Loésica .

Existe una importante diferencia desde el punto de vista mineralógico entre

los loess europeos y los argentinos, ya que los primeros presentan una mineralogía

predominante de elementos detríticos (cuarzo, feldespato y minerales accesorios en

partículas sumamente finas), en cambio en el loess pampeano predominan

materiales derivados de un intenso proceso de descomposición hidrolítica (silicatos

solubles, etc.) y abundantes partículas de cenizas volcánicas constituido por vidrios

con estriaciones, burbujas e inclusiones gaseosas.

Se ha definido a los sedimentos loésicos como eolocineritas, debido a la

importante cantidad de ceniza volcánica que contienen. Por su parte dentro de los

minerales arcillosos la illita es la que más abunda en el territorio cordobés.



La granulometría de los sedimentos loésicos está conformada principal-

mente por partículas limosas, con cantidades subordinadas de arena fina y arcilla,

que varían en función de la distancia de transporte y de los fenómenos post-

deposicionales.

A pesar de la gran diversidad de minerales de arcilla que pueden

encontrarse en las regiones loésicas del mundo, la escasa importancia cuantitativa

de la fracción arcillosa se refleja en valores de plasticidad moderados.

El Peso Específico es un parámetro dependiente de las proporciones

relativas de los diversos minerales y fragmentos líticos que conforman los

sedimentos. En los depósitos loésicos se han diferenciado los minerales muy

livianos (vidrio volcánico con inclusiones gaseosas, vesículas con aire ocluido,

estrías, etc.), livianos (cuarzo, feldespato, etc.) y pesados (anfíboles, piroxenos,

micas, minerales opacos, etc.).

El fenómeno de colapso en suelos loésicos es una de sus características

geotécnicas más estudiada, e indica un proceso rápido de derrumbe de la fábrica

macroporosa, por ablandamiento de los vínculos intergranulares, debido a un

incremento en las condiciones de humedad.

La colapsibilidad del loess está estrechamente ligada a la mineralogía,

petrografía e historia geológica de estos sedimentos y es por ello que, en extremos

opuestos de resistencia, coexisten en las columnas sedimentarias loéssicas, capas

de loess primarios sumamente susceptibles al colapso por humedecimiento, con

capas menos colapsables de materiales con similar constitución limosa y otras no

colapsables que presentan cementación permanente.

Los sedimentos loésicos pampeanos presentan condiciones para la

generación de reacciones puzolánicas. La existencia de cenizas volcánicas de fino

tamaño en cantidades importantes, combinada con aguas del suelo de elevado pH,

producidas por la solubilización de carbonatos, lleva a la formación de silicatos y

aluminatos de calcio y a la consecuente cementación puzolánica.



CAPÍTULO 3

MATERIALES Y REACCIONES PUZOLÁNICAS

3.1. Materiales Puzolánicos

3.1.1. Origen e historia del término puzolana

Es a la civilización romana a quien se le debe el origen del nombre de

puzolanas, como derivado del término “pozzuolana”, con el que se referían a unas

cenizas volcánicas consolidadas, encontradas en las proximidades del sitio de

Pozzuoli o Puzzoli, cerca de Nápoles y con las que constituían los celebres

morteros romanos. Vitruvio en el siglo I a.c. ya menciona el uso de estos aditivos

al mortero que se confeccionaba en la proporción de una unidad de cal por tres de

arena o dos por cinco - según la calidad de la arena- con el agregado de cenizas

volcánicas.

No obstante existen antecedentes previos sobre el uso de este tipo de

morteros:

• En Grecia – particularmente en la ciudad de Thera - alrededor del 1400

a.c., se introdujo a la mezcla cal-arena, el polvo volcánico de la "tierra de

Santorin", explotada en la isla, obteniéndose así morteros estables al agua.

Esta forma de actuar era conocida fuera de la isla, ya que se ha encontrado

"tierra de Santorin" en estatuas que adornaban el "Hephaisteion" de

Atenas.

• A falta de roca volcánica en otras latitudes, se utilizaba teja o ladrillo picado

(tejoleta) registrándose su uso en la época de la construcción de los aljibes

de Jerusalén (bajo el mandato de Salomón, siglo X a.c). Esta costumbre

parece haber sido introducida por los obreros fenicios que construyeron el

templo de dicho rey y que conocían empíricamente las propiedades de los

materiales llamados actualmente puzolanas artificiales.



• En la isla de Bali, al este de Java, los habitantes utilizan desde hace más

de dos mil años para la construcción de muros y terrazas, una mezcla de

caliza coralina, nueces de coco cocidas y cenizas de su volcán sagrado –

el Agung – que toman de las partes finas de las arenas de playa (Deloye,

1993).

3.1.2 Definiciones de puzolana

El U.S. Bureau of Reclamation (1952) brinda una definición del término

puzolana, incorporada en las normas ASTM (1958) y mantenida hasta hoy como

la definición 618-78 (ASTM,1992) que dice: "las puzolanas son materiales siliceos

o alumino-síliceos quienes por sí solos poseen poco o ningún valor cementante,

pero cuando se encuentran finamente divididos y están en presencia de agua,

reaccionan químicamente con el hidróxido de calcio a temperatura ambiente para

formar compuestos con propiedades cementantes".

En Europa, en forma similar se utiliza la definición de puzolanas dada por

Massaza en el Quinto Congreso Internacional de la Química del cemento del año

1974, que dice: "se define como puzolanas a aquellos materiales naturales o

artificiales, ricos en sílice y alumina, capaces de reaccionar con cal en presencia de

agua y formar por esta reacción compuestos con propiedades cementicias".

Del análisis de las definiciones previas surgen como necesarios para la

reacción puzolánica una determinada finura del material, que se expresa

fundamentalmente por la superficie específica de sus partículas; un activador -

como el hidróxido de calcio- que genere un ambiente con elevado pH a fin de

lograr la solubilización de los compuestos silíceos o aluminosos de débil

cristalinidad y la presencia de agua en el medio reaccionante.



3.1.3. Tipos de materiales puzolánicos

Los materiales con actividad puzolánica se originan naturalmente en la

corteza terrestre o a través de procesos industriales.

Puzolanas Naturales:

• Materiales sedimentarios clásticos: Minerales arcillosos como la caolinita,

la illita, la montmorillonita, que forman parte de sedimentos finos de

origen eólico, hídrico, residual, etc. Son comunes en los sedimentos de la

llanura pampeana.

• Materiales sedimentarios químicos: sedimentos silicios como la ftanita y el

pedernal constituidos por 95 % o más de sílice fibrosa microcristalina y

sílice amorfa u ópalo y cuarzo criptocristalino, cuyo origen se debe a la

precipitación de la sílice contenida en el agua de mar. Tierras silíceas, de

diatomeas o radiolarios, constituidas por caparazones de diatomeas o

radiolarios marinos, formados por sílice amorfa u opalina, por ej.: las

diatomeas de Quilino en el Norte de la Provincia de Córdoba.

• Materiales volcánicos: la efusión del magma y el contacto del mismo con

la atmósfera produce un enfriamiento brusco, con la consiguiente

formación de rocas duras en las que parte de los minerales no han

alcanzado a cristalizar, quedando en estado amorfo. La obsidiana o vidrio

volcánico que constituye parte importante de los basaltos, andesitas y

otras rocas de enfriamiento rápido está constituida por sílice amorfa.

Ejemplos: basaltos de Los Cóndores, Chaján, etc., andesitas de Pocho.



• Materiales Piroclásticos: La obsidiana o vidrio volcánico está también

presente en tobas, tufas, y bombas volcánicas como las existentes en

Pocho y en cenizas volcánicas procedentes del volcanismo local y

cordillerano. Estas últimas se encuentran presentes en diversas propor-

ciones en los sedimentos pampeanos como consecuencia de la actividad

volcánica cordillerana de fines del Terciario y del Cuaternario (5 millones

de años).

Puzolanas industriales:

• Cenizas Volantes: producto de la combustión del carbón en las usinas

termoeléctricas, donde son recogidas a través de electro filtros. Se dividen

en dos categorías, según la Norma ASTM C-618:

Clase F: son cenizas volantes con menos del 10% de óxido de calcio,

resultantes de la combustión de la antracita y carbón bituminoso. Presentan

un alto contenido de aluminosilicatos amorfos y en menor proporción

aluminosilicatos cristalinos, cuarzo, magnetita, hematita y hasta un 10 % de

carbón sin quemar. Presentan solo actividad puzolánica.

Clase C: de alto contenido de óxido de calcio (entre 15 y 35%), resultantes

de la combustión del lignito y carbón sub bituminoso. Presentan elevados

contenidos de aluminosilicatos amorfos y pequeñas cantidades de minerales

cristalinos como aluminatos tricálcicos y sulfatos alcalinos con menos de un

1% de carbón sin quemar. Un elevado porcentaje de los minerales cristalinos

presentes resulta reactivo y le confiere a la ceniza propiedades cementicias,

las que se suman a la actividad puzolánica.

En territorio argentino no existe prácticamente producción de cenizas

volantes, ya que la mayoría de las usinas térmicas son alimentadas con

combustibles líquidos o gaseosos.

• Escorias de alto horno: surgen del proceso de reducción del mineral de

hierro. Cuando la escoria es enfriada rápidamente con agua o aire, la mayor

parte de la sílice, magnesio, alumina y cal adoptan un estado amorfo, con las



consecuentes propiedades hidraúlicas. Como subproductos industriales

pueden obtenerse: escorias enfriadas lentamente al aire, escoria expandida

mediante agregado de agua en el estado de fusión, escoria granulada

enfriada rápidamente en agua, escoria pelletizada, etc.

• Humos de Sílice: subproducto de las industrias que elaboran metales

silíceos o aleaciones ferro-silíceas. En la reducción del cuarzo a silicio, a

elevadas temperaturas, se produce óxido de silicio gaseoso, el cual es

transportado a zonas de menor temperatura. En contacto con el aire se

oxida y se condensa en forma de pequeñas esfera de sílice amorfa. Este

material, de elevada superficie específica, es recogido mediante filtrado de

los gases.

• Cenizas de cáscaras de arroz: obtenidas durante la industrialización del

arroz en el proceso de quemado controlado, en un determinado rango de

temperatura. Las cenizas contienen sílice amorfa, con partículas angulosas,

de elevada porosidad y superficies específicas elevadas.

• Cenizas de caña de azúcar: obtenidas durante la producción del azúcar de

caña, quemadas a temperaturas de 800º a 1000º.

• Sílice condensada: partículas esféricas de elevada área superficial y tamaño

menor a una micra, generadas por la condensación de vapores en la

producción de carburo de silicio.

• Sílice geotérmica, partículas de tamaño submicrónico, de elevada área

superficial, producidas como incrustaciones en líneas de vapor geotermal en

plantas de generación de electricidad.

• Arcillas termo-activadas: Con tº entre 600º y 1000º se produce la

descomposición del mineral arcilloso en sílico-aluminatos de estructura

amorfa.

Si colocamos en un diagrama triangular los diversos materiales que se

utilizan en la práctica (Figura 3.1) se puede apreciar que la cal grasa ocupa el

vértice CaO, las puzolanas y cenizas volantes, están sobre la línea SiO2 – Al2O3,

en el primer tercio, partiendo de SiO2. La recta que atraviesa el área de las



puzolanas hasta el polo CaO, cruza una zona común para las escorias de alto

horno, los clinker del cemento portland, las cales hidráulicas, las magras para

terminar en el polo mismo representativo de las cales grasas.

CaO Al2O3

Vidrios

100

80

60

40

20

0 100

80

60

40

20

00 20 40 60 80 100

Puzolanas y Cenizas Volantes

Escorias de alto horno

SiO2

Cemento Portland

Cal magra

Cal grasa

Cal hidraúlica Cementos Aluminosos

Figura 3.1: Diagrama de materiales puzolánicos (Deloye, 1993)

3.2. La reacción puzolánica.

La reacción puzolánica consiste en la solubilización de los compuestos de

sílice y alúmina amorfos o débilmente cristalizados en un medio altamente

alcalino como el creado por una solución de hidróxido de calcio, generándose

aluminosilicatos dicálcicos y tricálcicos similares a los obtenidos en el fraguado

del cemento portland. Es decir que es un proceso natural de formación de

cemento. Esta reacción es irreversible y puede escribirse esquemáticamente del

siguiente modo:



Minnick (en Transport Research Board Nº 37, 1967) presenta una lista de

las reacciones que normalmente ocurren entre la cal y puzolanas industriales

como las cenizas volantes:

Hidratación del Óxido de Calcio:

CaO H2O Ca(OH) 2 (3.1)

Hidratación y Carbonatación conjunta del Óxido de Calcio

CaO H2O; CO2 CaCO3 + H2O (3.2)

Carbonatación del Hidróxido de Calcio:

Ca(OH) 2 CO2 CaCO3 + H2O (3.3)

Combinación del Hidróxido de Calcio con Sílice y agua:

Ca(OH) 2 + SiO2 H2O xCaO.ySiO2.zH2O (3.4)

Combinación del Hidróxido de Calcio con Alúmina y agua:

Ca(OH) 2 + Al2O3 H2O xCaO.yAl2O3.zH2O (3.5)

Combinación del Hidróxido de Calcio con Alúmina, Sílice y agua:

Ca(OH) 2 + Al2O3 + SiO2 H2O xCaO.yAl2O3.zSiO2 .wH2O (3.6)

Combinación del Hidróxido de Calcio con cenizas volantes sulfocálcicas:

Ca(OH) 2 + SO3 -- + Al2O3 H2O xCaO.yAl2O3. zCaSO4 .wH2O (3.7)

El catión Ca++ puede ser reemplazado en las fórmulas por el catión Mg++

o por combinaciones de ambos.

Sílice Silicato Cálcico Hidratado + Óxido de Calcio + Agua Alumina Aluminato Cálcico Hidratado



3.2.1 Modelos descriptivos de la reacción puzolánica

Existen diversos modelos que describen la reacción puzolánica, siendo

algunos de ellos ampliamente reportados y reconocidos en la literatura (Cabrera

y Rojas, 2001; Qingge et al., 2003; Jong-Gyu et al., 2005). En tales

investigaciones se ha mostrado que el mecanismo de la reacción puzolánica

puede ser satisfactoriamente descripto por el modelo de Jander (1927), basado

en la ley parabólica de difusión de Fick, que explica correctamente la reacción

puzolánica hasta un determinado tiempo de reacción.

El modelo de Jander asume que la interfase de reacción es una esfera

que se contrae y se expresa en la ecuación (3.8):

F(x) = [1-(1- x)1/3]2 = 2kt / r2 = K.t (3.8)

donde:

x = fracción de la esfera que ha reaccionado;

r = radio inicial de la esfera

K = constante proporcional a k

k = constante de velocidad de reacción parabólica

Para la utilización de la ecuación de Jander en la reacción puzolánica se

asimila x con el grado de reacción del hidróxido de calcio o pérdida relativa de

concentración del hidróxido de calcio� 0� �&o - Ct) /Co, donde Co es la

conductividad inicial de la solución y Ct la conductividad para los diferentes

tiempos de reacción t. K es la constante aparente de velocidad de reacción,

definida por la pendiente de la recta en un gráfico F(0��YV�WLHPSR�

De acuerdo a datos publicados por Cabrera y Rojas (2001) los valores de

la constante K para diversas puzolanas varían entre 1,6 x 10-4 para vidrios



naturales; 2,40 x 10-4 para caolín; 20 x 10-4 para cenizas volantes muy finas y

27 x 10-4 para microsílice.

Ramezanianpour y Cabrera (1989) utilizan una modificación de la

ecuación (3.8), propuesta por Ginstling y Brounshtein (1950), Ec. (3.9) basada

en un modelo de difusión esférica, para describir el mecanismo de reacción en

sistemas vidrio-hidróxido de calcio y microsilice- hidróxido de calcio.

F(0� = 1-2/3 0 -(1- 0)1/3 = K.t (3.9)

El Modelo de Núcleo Decreciente, (Smith J., 1991) parte de analizar que:

cuando una solución A con una concentración dada Cb, reacciona sobre la

superficie de un sólido reactivo B (con radio inicial rs), una capa del producto de

la reacción F se forma alrededor del núcleo del sólido B que aún no ha

reaccionado (núcleo sin reaccionar, con radio rc) el cual decrece gradualmente.

Si la capa F es porosa, la reacción se desarrolla por difusión de A, a través de la

capa F y hasta la superficie del núcleo sin reaccionar. La temperatura se

considera uniforme en todas las regiones heterogéneas.

La reacción puzolánica se considera heterogénea y del tipo sólido –

solución:

A(L) + bB(S) E(L) + F(S) (3.10)

E(L) está constituido por los productos fluidos que se originan durante la

reacción. Este modelo asume que:

• Las partículas sólidas son esféricas y su forma se mantiene durante la

reacción; en forma similar la densidad de F y B es la misma.



• El radio total de las partículas rs (considerando la capa del producto de la

reacción y el núcleo sin reaccionar) no cambia con el tiempo y no existe

una región intermedia entre el núcleo y la capa del producto de la

reacción.

• La velocidad del movimiento de la interfase de reacción drc / dt es

pequeña en comparación con la velocidad de difusión de A, a través de la

capa del producto de la reacción (estado seudo-estable). Esto es válido

cuando la densidad del fluido en los poros de F es menor que la densidad

del sólido reactivo, lo cual es generalmente cierto.

En la Figura 3.2 se muestra un esquema de los perfiles de concentración

de acuerdo al Modelo de Núcleo Decreciente, siendo CAb la concentración en la

fase líquida, CAs la correspondiente a la superficie del granulo de radio rs y CAc

la correspondiente al radio rc del núcleo sin reaccionar.

rc

rs

Producto F

Reactivo B

OrcrsO

CAc

CAs

CAb

Figura 3.2: Esquema que muestra las variaciones de concentración de acuerdo al Modelo

de Núcleo Decreciente (Villar-Cociña et al., 2003).



En el caso de los sistemas conformados por una solución de hidróxido de

calcio y partículas de puzolana, la reacción ocurre según las siguientes etapas:

• Difusión de los iones Ca2+ desde la solución a la superficie de las

partículas puzolánicas.

• Adsorción de los iones Ca2+ en la superficie de las partículas puzolánicas.

• Difusión de los iones Ca2+ a través de la capa del producto de la reacción.

• Reacción química entre los iones Ca2+ y las partículas puzolánicas.

Bajo condiciones seudo-estables las ecuaciones de la velocidad,

expresadas como moles de solución A (solución de hidróxido de calcio) que

desaparecen por unidad de tiempo por partícula, son idénticas:

dNA / dt = 4� rs2 Km [CAb– CAs] difusión externa (3.11)

dNA / dt = 4� rs2De[dCA /dr] r = rc difusión a través del (3.12)

producto de reacción

dNA / dt = 4� rc2KCAc reacción en la (3.13)

interfase r = rc

(reacción química de primer nivel

e irreversible)

Km es el coeficiente de transferencia de masa externa, De es el coeficiente de

difusión efectivo de A a través de la capa porosa del producto F y K es una

constante de velocidad de reacción.



De las ecuaciones anteriores se puede relacionar el decrecimiento del

núcleo en términos de la concentración exterior del hidróxido de calcio con el

tiempo:

bMBKCAb

-drc /dt = (3.14)

!B[1+( rc2 / r s

2) (K/Km) + (Krc /De)(1-( rc / rs))]

donde MB y�!B son la masa y densidad del sólido reactivo

Villar-Cociña et al. (2003) desarrolló un modelo difusivo-cinético de la

reacción puzolánica, mediante el uso de la ecuación (3.14) y datos experi-

mentales consistentes en la variación de la conductividad de la solución de

hidróxido de calcio y material puzolánico, correlacionada con la concentración

de iones calcio CAb.

A fin de poder utilizar la ecuación (3.14) se debe conocer la dependencia

de rc con el tiempo. En base al tamaño pequeño de las partículas involucradas y

la morfología del producto de la reacción, se supone que el decrecimiento del

núcleo al reaccionar es similar a los cambios de la concentración en la solución

externa. Estos cambios muestran un rápido decrecimiento inicial y un

comportamiento asintótico a largo plazo, con una dependencia de rc del tipo:

rc = rs exp (-nt)

donde n está relacionado con la velocidad de disminución del núcleo.

Por lo tanto la Ec. 3.12 queda:

CtK(4/3)Hrs3 (3.15)

nrs exp (-nt) =

[1+ (( rs exp (-nt))2 / r s2) (K/Km) + (Krs exp (-nt) /De) (1-( rs exp (-nt) / rs)]

donde bMB /�!B = V = 4/3 Hr3 es el volumen de la partícula y CAb = Ct



Dado que el tiempo de desplazamiento de los iones en la solución puede

considerarse muy inferior al necesario para la difusión y reacción dentro de la

partícula, lo que implica un coeficiente de transferencia de masa muy grande, el

modelo difusivo-cinético propuesto por Villar-Cociña et al.(2003), queda

representado de la siguiente forma:

Ct = 1,59153 exp(-3nt)[-1+exp(nt)]n / De +10,61032 exp(-nt)n / K (3.16)

para rs= 0.15 mm

La importancia de este modelo radica en que el mismo reproduce

fielmente los resultados experimentales, obtenidos sobre materiales puzolánicos

conformados por residuos de caña de azúcar calcinados a 800º y 1000º. En las

cenizas calcinadas a 800º se apreció un comportamiento cinético, determinado

por la velocidad de la reacción química, determinándose por lo tanto los valores

de n y K. En cambio en las cenizas calcinadas a 1000º el comportamiento es

difusivo-cinético, es decir que la velocidad de la reacción química y la velocidad

de difusión son similares, utilizándose el modelo completo, con la determinación

de n, De y K.

Las conclusiones de la utilización del modelo permiten establecer que la

reactividad de las cenizas de la caña de azúcar disminuye con el incremento de

la temperatura de calcinación y la consecuente mayor cristalinidad de los

compuestos de sílice formados y que los coeficientes cinéticos dan una medida

exacta de la reactividad o actividad puzolánica de los materiales analizados.

3.2.2 Solubilidad de los compuestos de sílice

La solubilidad de la sílice depende de diversas variables, como el grado

de cristalización, la alcalinidad de las soluciones, el tamaño de grano, etc.



Las Figuras Nº 3.3 y 3.4 muestran el incremento de la solubilidad de la

sílice con el pH de la solución de ataque y en función del grado de cristalización

(Le Roux et al., 1999, en Guédon-Dubied y Martineau,1999).

1

10

100

1000

0 2 4 6 8 10 12 14

pH

Sol

ubill

idad

( m

g/l )

Figura Nº 3.3 : Solubilidad de la sílice amorfa en función del pH (Le Roux et al., 1999)

0

10

20

30

40

50

60

70

0 10 20 30 40Tiempo (días)

Sol

ubili

dad

(mg/

l)

Cuarzo

Cristobalita

Opalo

Sílice amorfa

Figura Nº 3.4: Disolución de diferentes formas de sílice con grados diversos de

cristalización (Le Roux et al., 1999).



Históricamente la actividad puzolánica ha sido relacionada con el contenido

de sílice amorfa o débilmente cristalizada contenida en minerales tales como la

obsidiana, el ópalo, etc.

Benezet y Benhassaine (1999) demostraron la existencia de actividad

puzolánica en polvos finos de cuarzo, los cuales eran considerados químicamente

inertes por la existencia de una estructura cristalina muy bien formada.

Trabajando sobre polvos de cuarzo de diversas granulometrías estos autores

concluyen que los granos de sílice cristalina reaccionan con el hidróxido de calcio,

cuando sus partículas presentan un “tamaño crítico” asociada a una “superficie

específica crítica”. Para los materiales analizados este tamaño crítico es de 5

micras y la superficie crítica es de 10.000 cm2/gr. Las partículas menores de 5

micras, contribuyen fuertemente a la reacción puzolánica de los polvos de cuarzo,

en cambio la población constituida por partículas mayores participa muy

escasamente en la reacción puzolánica y su contribución es independiente de la

variación de tamaño de partícula.

Por debajo de las 5 micras la reactividad de las partículas depende

fuertemente de su dimensión. Una variación de una micra en el diámetro de las

partículas producirá un fuerte aumento de la superficie que puede ser atacada por

las soluciones de hidróxido de calcio.

El seguimiento de la reacción puzolánica se ha llevado a cabo

tradicionalmente mediante el estudio del consumo del hidróxido de calcio de una

solución por parte de las partículas puzolánicas (Largent, 1978). Benezet y

Benhassaine (1999) trabajan con el grado de avance de la reacción puzolánica,

calculado mediante el conocimiento de las cantidades de cal y de cuarzo

introducidos inicialmente y midiendo el consumo de cal después de ocurrida la

reacción por dosaje complejométrico del calcio libre con una solución de EDTA.

Se parte de reconocer la validez de la siguiente reacción puzolánica:

SiO2 + CaO + H2O (CaO)1,1 (SiO2).H2O (3.17)



Esta reacción necesita 1,1 vez más moles de CaO que moles de SiO2.

Conociendo las masas molares de la sílice (60 g/mol) y de la cal (56 g/mol) se

puede deducir de la masa de sílice introducida en la reacción (m) y de la masa de

CaO (n), el grado de avance de la reacción igual a:

moles de CaO consumidos = n /56 (3.18)

moles de CaO para la reacción completa 1,1 (m/60)

La Tabla Nº 3.1 muestra las características de los polvos de cuarzo

estudiados por estos autores y la Figura Nº 3.5 el grado de avance de la reacción

puzolánica de donde surge la definición de la “dimensión crítica”.

La variación del grado de avance de la reacción puzolánica de los polvos

de cuarzo es similar al consumo de óxido de calcio en miligramos. La relación

entre estos parámetros y el diámetro d50 -diámetro del tamiz para el cual el 50%

de las partículas es menor - muestran que las partículas más finas consumen más

óxido de calcio durante el avance de la reacción puzolánica en vez que las

partículas más gruesas (E400 y E10) presentan un bajo consumo.

Producto P700 E600 P525 P500 P475 E450 E400 E10

d50 (µm) 1 2 3.6 5.5 7.7 10 14 19

OCa consumido (mg) 826 740 593 427 408 338 260 240

Grado de avance 0.61 0.55 0.45 0.31 0.30 0.25 0.20 0.18

Tabla Nº 3.1: Diámetro medio de los diferentes productos en el agua (Benezet y

Benhassaine,1999).

Como puede apreciarse en la Figura Nº 3.5 el grado de avance

representado en función del diámetro medio d50 hace suponer en primera

aproximación que existe una relación de tipo 1/x. Pero analizando el grafico como

dos poblaciones, una inferior y otra superior a 5 micras -representadas por las dos

líneas de tendencias dibujadas- pueden comprenderse las conclusiones de los

autores.



Figura Nº 3.5: Grado de avance de la reacción en función del diámetro de la población

(Benezet y Benhassaine,1999).

3.2.3 Relación entre el tamaño de partícula y la actividad puzolánica

Existen ciertas normativas que brindan pautas sobre límites granulo-

métricos para la fracción puzolánica, estando las mismas relacionadas con los

diversos tipos de aplicaciones que existen para las puzolanas.

Puzolanas en la industria cementera.

Cuando se requiere la utilización de puzolanas para la fabricación de

cementos especiales, se fija una tolerancia con respecto al tamaño máximo de

sus partículas en concordancia con los requisitos de finura establecidos en la

norma IRAM 1668 (Puzolanas. Características y muestreo):

• 0DWHULDO�UHWHQLGR�VREUH�HO�WDPL]�,5$0��1º 325) < 12%.

• Superficie específica > 3000 cm2/gr. (Determinada mediante Permeabilí-

metro de Blaine – Norma IRAM 1623)

0.15

P700

E600

P525

P525-1

P500P475

E450

E400P500-1

P475-1E450-1E10-1

E10 E10-2

E450-2

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Diámetro (micras)

Gra

do d

e av

ance

de

la r

eacc

ión



Puzolanas en la actividad vial

Cuando las puzolanas van a ser utilizadas como ligantes hidráulicos para

uso vial en combinación con la cal, los requisitos granulométricos varían. Existen

diversos antecedentes de especificaciones técnicas, como la del Departamento de

Transporte del Estado de Illinois (US (Transport Research Board Report Nº 37,

1976) que establece los siguientes requisitos para las puzolanas que van a integrar

una capa de base (Tabla 3.2):

Tamiz % Pasa mínimo

1/2” (12.5 mm) 100

3/8” (9.5 mm) 95

Nº 10 (2.00 mm) 75

Tabla 3.2: Requisitos para las puzolanas que van a integrar una capa de base según el

Departamento de Transporte del Estado de Illinois.EU ;TRB Report Nº 37, 1976.

Los estudios llevados a cabo en Francia (Fournier y Geoffray, 1978) parten

de un tratamiento de la puzolana consistente en una separación preliminar de las

partículas superiores a 20 mm, mediante lavado sobre una malla con esa

dimensión. Posteriormente se efectúa una primera trituración a fin de lograr una

granulometría 0–20, para posteriormente realizar una molienda que permita la

obtención de una arena 0-2 mm.

En cuanto a los valores de finura expresada mediante la Superficie

Específica Blaine (SEB), se deben recordar las consideraciones referentes al

rango de aplicación del ensayo (1000 a 9000 cm2/gr).

Es importante destacar la gran amplitud de valores de la superficie

específica de los materiales, por ej: en las arcillas - que se caracterizan por la

forma laminar de sus partículas - la superficie específica se define como el área

de la superficie externa más el área de la superficie interna por unidad de masa,

obteniéndose resultados elevados para los cuales el método de Blaine no es



válido siendo de aplicación métodos fundamentalmente químicos. El método de

absorción es uno de ellos y consiste en medir el volumen de un gas adsorbido

(físicamente fijado) en una capa mono-molecular en la superficie de las

partículas, suministrando un valor que tiene en cuenta todas las fisuras y poros

que puedan existir en su superficie, razón por la cual los valores obtenidos son

siempre mayores que cuando se mide por permeametría.

En la Tabla 3.3 se muestran valores de superficies específicas de diversos

materiales. L superficie específica determinada mediante el permeabilímetro de

Blaine muestra una relación creciente en función de la finura de las partículas.

La finura de las partículas -representada por su d50 y la superficie

específica Blaine manifiestan esta relación claramente, cuando se trata de un

mismo material molido a diversos grados de finuras, como puede observarse en

la Figura 3.6 realizado en base a investigaciones de Benezet y Benhassaine

(1999) efectuadas sobre polvo de cuarzo.

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20d50 (micras)

Sup

. Esp

. Bla

ine

(cm

2 /gr)

Figura 3.6: Relación entra la finura de las partículas representada por su d50 y la

superficie específica Blaine. (Datos tomados de Benezet y Benhassaine, 1999).



Tabla Nº 3.3: Superficies específicas de diversos materiales.

MATERIALES Superficie Específica (cm2/g)

Caolinita de elevada cristalinidad 1 150.000

Caolinita de baja cristalinidad 1 500.000

Halloisita 1 600.000

Illita 1 500.000

Montmorillonita1 800.000 a 3.000.000

Sepiolita 1 1.000.000 a 2.400.000

Paligorskita 1 1.000.000 a 2.000.000

Cerámicas finas 2 6.400 a 8.500

Cenizas volantes 2 3.200

Cenizas volantes 4 2.000 a 8.000

Caolín (no calcinado) 2 11.000

Humos de sílice 2 170.000

Zeolitas 2 3.900

Cuarzo molido 2 2.500

CuDU]R�PROLGR��D��5 2.900 a 28.000

Puzolanas de Paugniat 3 1.200 a 1.400

Puzolanas de Spase-Thueyts 3 1.400 a 1.900

Portlandita 2 12.000

Cal 3 11.500

Cemento portland 6 2.500 a 4.500

1 García Romero y Suárez Barrios (2000); 2 Tashiro et al. (1994); 3 Fournier y

Geoffray (1978); 4 TRB 37 (1976); 5 Benezet y Benhassaine (1999); 6 Venaut y

Papadakis (1966).

Cuando se trabaja sobre materiales puzolánicos de distinta naturaleza

geológica la relación no es tan evidente como lo demuestran los estudios de Pichon

et al. (1996) realizados sobre escorias, pómez, vidrio y basaltos molidos de Devès,

de la cadena de Puys y del monte Dore en Francia (Figura 3.7).

Las diferencias tienen su explicación si se consideran las diversas formas

superficiales, porosidad, etc., de los granos de pómez, vidrio, etc.



2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

3 5 7 9 11d50 (micras)

Sup

. Esp

. Bla

ine

(cm

2/g

r)

Escorias Pomez Vidrio Basaltos

Figura 3.7: Relación entra la finura de las partículas representada por su d50 y la

superficie específica Blaine. Pichon et al. (1996).

3.2.4 Productos de la reacción puzolánica

Muchos de los compuestos formados por la reacción puzolánica son

similares a los que se originan durante la fabricación, hidratación y fraguado del

cemento portland, razón por la cual la nomenclatura utilizada proviene

generalmente de la industria química del cemento. Es conveniente realizar

entonces, una síntesis de los componentes del cemento portland.

Composición del cemento portland.

El cemento portland es una mezcla de OCa, SiO2, Al2O3, Fe2O3. Además

contiene SO3 proveniente de las materias primas o añadido en forma de yeso



antes de la trituración a fin de regularizar el fraguado y óxidos (OMg, ONa2, OK2)

en cantidades menores. (Venuat y Papadakis, 1966).

Nomenclatura : C = OCa; S = SiO2; A= Al2O3 ; F= Fe2O3 ; H = H2O

El conjunto Al2O3+ Fe2O3 puede representarse por R2O3

La materia prima llega a la zona de cocción bajo la forma de polvo, se

logra la fusión parcial mediante temperaturas de 1300 a 1500 ºC, apareciendo

una fase líquida, que favorece las reacciones entre los granos sólidos y la

combinación de los diversos componentes. Se supone que los compuestos se

forman de la siguiente manera: Una parte de OCa es absorbida por Al2O3 y

Fe2O3 para formar la fase líquida. El SiO2 y la fracción restante de OCa

reaccionan para formar silicato bicálcico (C2S) que se transforma en silicato

tricálcico (C3S) en tanto quede OCa. El OMg no entra en combinación y los

álcalis ONa2, OK2 se combinan con los elementos principales C, A, S, quedando

formado una masa denominada clinker que al enfriarse adquiere una

consistencia muy dura. El clinker está constituido por los siguientes

compuestos:

Silicato tricálcico (C3S): 3OCa SiO2

Silicato bicálcico (C2S): 2OCa SiO2

Aluminato tricálcico (C3A): 3OCa Al2O3

Aluminato-ferrito tetracálcico (C4AF): 4OCa Al2O3 Fe2O3

El C3S es el compuesto activo del cemento Portland. En el clinker se lo

encuentra bajo la forma de alite (C3S con impurezas en suspensión) cuyas

propiedades son un tanto diferentes de las del C3S puro. Desarrolla la

resistencia inicial y se presenta bajo el aspecto de cristales poligonales de 50

micras de tamaño medio. Se disocia a más de 1900 ºC para dar C2S y también

si se mantiene el clinker demasiado tiempo a 1100 ºC dando C2S y OCa.



El C2S es el compuesto que contribuye a aumentar la resistencia a largo

plazo, constituyendo conjuntamente con algunas impurezas la belite del clinker.

Se conocen 4 formas de este compuesto a las siguientes temperaturas:

C2S. = 1470º - 2130º ; C2S� = 675º - 1470º ; C2S� < 675º ; C2S� < 820º

El C3A posee el fraguado más rápido, formando cristales pequeños si el

enfriamiento es rápido o grandes y rectangulares en el caso contrario.

El C4AF no contribuye a la resistencia, encontrándose en la fase

intersticial del clinker.

Cuando el cemento portland se mezcla con agua forma una pasta y

aparecen dos fenómenos distintos:

• Aumento de la viscosidad y temperatura: comienzo del fraguado.

• Rigidización progresiva de la pasta: comienzo del endurecimiento (fin del

fraguado).

Existen dos antiguas teorías que explican de diversos modos estos

fenómenos:

Teoría coloidal: propuesta por Michaelis a fines del siglo XIX, sostiene

que se produce primeramente un fenómeno de disolución que provoca una

hinchazón de los granos de cemento y la aparición de una solución muy

concentrada de cal. Esta solución actúa sobre los silicatos generando un gel de

silicato cálcico hidratado prácticamente insoluble. Este gel absorbe más cal,

aumentando poco a poco de volumen y volviéndose más denso e impermeable,

estrechando los granos de cemento que continúan hidratándose por succión del



agua contenida en él. La pérdida de agua del gel comienza a aumentar su

resistencia. Se explica así el fraguado bajo el agua, constituyendo el gel una

masa protectora, endurecedora y nutritiva para los granos de cemento y el

proceso de contracción y de hinchazón de las pastas de cemento.

Teoría cristalina: enunciada en 1887 por Henry Le Chatelier, sostiene

que cuando se pone un cemento en presencia de agua se produce una reacción

química de hidratación, disolviéndose el cemento anhidro en agua y dando

lugar a una solución saturada, que posteriormente se cristalizará. En la solución

saturada aparecen sales hidratadas cuya solubilidad es mucho más débil que la

de las sales anhidras, produciéndose una sobresaturación y precipitando las

sales hidratadas bajo forma de microcristales. La solución restante puede

entonces disolver nuevas partículas anhidras y las reacciones se continúan

hasta la puesta en solución de la totalidad del cemento. Es lo que constituye el

principio del fraguado. Se produce por último el endurecimiento debido a la

multiplicación y adherencia de los cristales formados.

Estudios posteriores (Sierra, 1968) han permitido reconocer la validez y el

carácter complementario de ambas teorías, observándose al microscopio

electrónico la existencia del gel de tobermorita formado por cristales muy

pequeños que precipitan poco a poco en una masa coloidal (por su tamaño) y

que constituye el principio del fraguado, para luego conformar una estructura

cristalina con una red de finas agujas entrecruzadas que permiten adquirir a la

pasta su coherencia y dureza. El tamaño tan pequeño de las partículas fue una

de las principales razones por la cual durante muchos años la estructura

cristalina no se pudo detectar mediante los ensayos de difracción de rayos X.

El fraguado y endurecimiento inicial del cemento Portland son debidos a

las siguientes reacciones:



Hidratación del C3A:

Al2O3 . 3OCa + OCa + 12 H2O Al2O3 . 4OCa . 12 (ó 14) H2O (3.19)

Este compuesto es inestable, descomponiéndose y cristalizando como:

Al2O3 . 3OCa . 6 H2O (3.20)

Esta reacción es tan rápida que debe ser retardada mediante el agregado

de yeso al clinker en el proceso de molienda. El yeso con agua forma una

solución saturada y reacciona con los aluminatos dando un sulfoaluminato de

calcio que recubre las partículas de AC3 frenando su hidratación:

Al2O3 . 3OCa + 3SO4Ca . 2 H2O + 26 H2O

Al2O3 . 3OCa . 3SO4Ca . 32 H2O (3.21)

Etringita

La etringita en una segunda etapa se transforma en monosulfoaluminato:

Al2O3 . 3OCa. SO4Ca . 12 (ó 14) H2O (3.22)

Hidratación del SC3: se produce la disolución del SC3 en agua hasta

saturación y precipitación de cristales de los compuestos hidratados, menos

solubles que los anhidros, formándose estructuras cristalinas de crecimiento

continuo:

2 (SiO2 . 3OCa) + 6 H2O 2 SiO2 . 3OCa . 3 H2O + 3 Ca(OH)2 (3.23)

tobermorita portlandita

Hidratación del SC2 : es una reacción tardía y se lleva a cabo en estado

sólido, sin pasar por la disolución:

2 (SiO2 . 2OCa) + 4 H2O 2 SiO2 . 3OCa . 3 H2O + 3 Ca(OH)2 (3.24)

tobermorita portlandita



Hidratación del FC4 :

4OCa. Al2O3.Fe2O3 +2 Ca(OH)2 + 10 H2O

OCa. Al2O3. 6 H2O + Fe2O3 .3 CaO . 6 H2O (3.25)

Los estudios con microscopio electrónico han permitido distinguir 3 fases

en las pastas de cemento (Sierra, 1968):

• La fase C-S-H constituida por los silicatos di y tricálcicos es la más

importante (entre el 60 y el 80% de la pasta de cemento) conformando

al hidratarse la totalidad del gel de tobermorita.

• La fase del gel C-A-H constituida principalmente por plaquetas

hexagonales de C4AH12, gruesas agujas de etringita y cristales cúbicos

provenientes de la hidratación de C4AF.

• La fase cal constituida por partículas multiformes. En la química del

cemento recibe el nombre de Portlandita y proviene sobretodo de la

hidratación de los constituyentes cálcicos del clinker. La cal liberada por

la hidrólisis de los silicatos cálcicos pasa por una fase amorfa que

subsiste hasta el fin de la sobresaturación de la solución, fenómeno que

ocurre por una velocidad de hidrólisis del C3S muy superior a la

velocidad de precipitación de la cal, llegando a un máximo a la pocas

horas y cesando alrededor de las 24 horas. Durante el endurecimiento

las partículas toman gran cantidad de formas diferentes que luego en la

pasta ya endurecida, se constituyen exclusivamente como plaquetas

hexagonales apiladas.

Estas tres fases no pueden ser distinguidas macroscópicamente. En el

contacto con el agua, la superficie de los granos de cemento se cubre con

pequeñas plaquetas delgadas, que dos horas más tarde, ceden su lugar a

excrecencias aciculares. La proliferación de estas agujillas produce la multipli-

cación de los contactos intergranulares. Después de 48 horas su densificación

es tal que no es posible discernir los detalles de la estructura. La pasta de



cemento aparece como una matriz de sustancia criptocristalina, donde se

reconocen algunas partículas netamente cristalizadas: augillas de etringita o de

C-S-H y plaquetas hexagonales de C4AH y sobretodo de cal.

El compuesto 2SiO2.3OCa.3H2O puede sufrir grandes variaciones

estequiométricas a medida que cambian las relaciones C/S y H/S, las cuales en

respuesta a la forma de preparación pueden oscilar entre 0,75 a 1,7 y de 1 a 2

respectivamente (Diamond et al., 1964). No obstante, estas variaciones en la

composición química no significan cambios importantes en las características

estructurales, representando variaciones semicristalizadas y cuasiamorfas del

silicato cálcico hidratado natural conocido como tobermorita.

Los compuestos semicristalizados pueden ser obtenidos a temperatura

ambiente, a partir de mezclas sílice - hidróxido de calcio tales como las que se

producen por ataque con aguas cálcicas al cuarzo o arcillas. Con relaciones

C/S inferiores a 1,33 se producen los compuestos conocidos como CSH (I) y

con C/S superior a 1,5 los CSH (II).

Los compuestos cuasiamorfos se forman en las pastas de cemento

cuando las relaciones agua / sólidos son poco elevadas y es justamente su

característica cuasi amorfa que le da el nombre de gel de tobermorita,

caracterizado por la extrema pequeñez de sus partículas con superficies

específicas del orden de los 300 m2/gr.

Diversos estudios microscópicos han confirmado las diversas morfologías

de estos compuestos CSH. El CSH (I) presenta formas floculadas tabulares en

cambio el CSH (II) y el gel de tobermorita se encuentran bajo formas fibrosas,

aciculares o cilíndricas.



Composición de las puzolanas

En función de numerosos estudios concernientes a la naturaleza de las

fases producidas por la reacción puzolánica se ha concluido que los compuestos

formados en todas las circunstancias, son (Dron, 1978):

• Silicato de calcio hidratado SCH, presentado como un gel de baja

cristalinidad.

• Aluminato tetracálcico hidratado AC4H13, hexagonal.

Ocasionalmente y bajo determinadas condiciones puede también

encontrarse:

• Silico-aluminato hidratado de calcio - Ghelenita ASC2H8

• Etringita 3OCa. Al2O3. 3SO4Ca. 32H2O y

• Monosulfoaluminato 3OCa. Al2O3. SO4Ca. 12H2O

Moore (1987) resume la reacciones más típicas que ocurren cuando se

estabilizan suelos arcillosos con hidróxido de calcio como sigue:

Ca(OH)2 Ca++ + 2(OH)- (3.26)

Ca++ + 2(OH)- + SiO2 SCH (3.27)

Ca++ + 2(OH)- + Al2O3 ACH (3.28)

Massazza (1974) y Dron (1975) coinciden en los resultados

termodinámicos deducidos del análisis del sistema OCa- Al2O3 –SiO2 – H2O y

que pueden resumirse por medio de un gráfico triangular (Figura 3.8) válido para

todas las mezclas silico-alumino-cálcicas en ausencia de sulfatos:



S

Z

Si(OH)4

C2ASH8

AC

CSH

II

I

O

Ca(OH)2Al(OH)3

C4AH13 C2AH8

o

Figura 3.8: Análisis del sistema OCa- Al2O3 –SiO2 – H2O. (Dron, 1975)

La composición base de una puzolana representada por la suma de OCa

+ SiO2 + Al2O3 está dada por el punto Z del diagrama ternario. La mezcla

puzolana + hidróxido de calcio se sitúa sobre la recta ZC. Los productos de

hidratación tendrán la misma composición global que la mezcla puzolana –

hidróxido de calcio que les han dado origen. Esta composición por lo tanto está

representada por el mismo punto Z. Las fases presentes corresponderán al

vértice del triángulo en el que se ubica el punto representativo de la compo-

sición. En consecuencia si se agrega gran cantidad de hidróxido de calcio, el

punto representativo quedará incluido en la zona II del gráfico, limitado por el

hidróxido de calcio (correspondiente a un exceso de hidróxido de calcio) y dos

fases nuevas: el silicato de calcio hidratado y el aluminato tetracálcico hidratado.

Si la adición de hidróxido de calcio es menor, el punto representativo se ubicará

en la zona I. Como el sistema está en equilibrio, no habrá más hidróxido de

calcio libre formándose 3 fases nuevas, las dos precedentes y la ghelenita

hidratada.



O

C3AS3H32

Ca(OH)2C

II

I

Al(OH)3

A

Si(OH)4

Z

S

o

Figura 3.9: Formación de sulfoaluminatos. (Dron, 1975)

En el caso de operar en presencia de sulfato de calcio (cuando se trabaja

con cenizas volantes sulfatadas), pueden formarse los sulfoaluminatos que se

muestran en la Figura 3.9 (Dron, 1975).

Siguiendo los mismos razonamientos que en el caso anterior, por una

adición suficiente de hidróxido de calcio se llegará a la zona II, con dos fases

nuevas: el silicato de calcio hidratado y la etringita.

3.2.5 Mecanismo de la reacción puzolánica

Los trabajos realizados por Struillou (1969) sobre la alterabilidad de rocas

ígneas ácidas en medios altamente alcalinos, sugieren un mecanismo de

degradación fundamentalmente de los feldespatos, que puede asimilarse a lo

que ocurre con los minerales puzolánicos.



Los feldespatos al igual que todos los minerales del grupo de los

tectosilicatos poseen una estructura cristalina conformada por un arreglo de

tetraedros Si+4(O-2)4 y Al+3(O-2)4 en el que cada oxígeno es común a dos

tetraedros. Todo ión Si+4 o Al+3 tiene asociado en realidad dos iones O-2 de

forma tal que el edificio formado es equivalente a un ensamble de SiO2 neutro e

iones aluminatos AlO–2 . Los tetraedros se organizan en edificios complejos en

los que se ubican los cationes alcalinos y alcalino térreos. El mecanismo

propuesto implica la posibilidad de ataque alcalino a través de los planos

cristalográficos, superficies de clivaje, fractura, etc., en estos últimos y

consecuentemente una cierta actividad puzolánica.

En los trabajos originales de Wyart et al. (1959) sobre la reacción del

agua sobre los tectosilicatos y de Struillou (1969) sobre el lavado de rocas

feldespáticas por el agua sugieren el mecanismo siguiente:

• Etapa de ataque:

Se considera un arreglo tetraédrico con oxígenos comunes, donde

existirán tetraedros superficiales, que a diferencia de los ubicados en el

interior de la masa cuyos vértices están ocupados por iones O-2, tendrán

un vértice ocupado por un ión OH- y por lo tanto un exceso de carga igual

a -1. El ataque de estos tetraedros superficiales por una solución básica

se realiza del siguiente modo:

Un ión OH- es extraído del ión central (Si4+o Al3+), expulsando el O

vinculante y provocando el basculamiento del tetraedro superficial que

queda solo unido por un lado, sobre el cual puede movilizarse y con un

exceso de carga igual a –1, lo cual le confiere una fuerte afinidad con el

agua (Figura Nº 3.10).

El mismo proceso provocará la ruptura de los vínculos restantes, además

de la presencia de una carga negativa excedente que tiende a separar a

los iones OH-.



Figura Nº 3.10: Mecanismo de ataque alcalino a tectosilicatos (Dron, 1978).

H

OH-

H

H2O

H 2O

H

-

H -

H

H

H H

H



La afinidad con el agua del sitio iónico creado, favorecerá igualmente la

separación de las moléculas de H2O, liberando así iones tetraédricos del tipo

SiO4H-3 y AlO4H

-4.

• Etapa de difusión: El ión liberado en la etapa de ataque se difunde en la

solución separándose progresivamente de la superficie original y dirigién-

dose a los puntos de concentración constituidos por los gérmenes de

cristalización de las moléculas hidratadas.

• Etapa de cristalización de los hidratos: La presencia dentro de la solución

del ión Ca+2 provoca, a partir de una cierta concentración de los iones

silicato y aluminato determinada por los productos solubles de los

hidratos, una inestabilidad termodinámica que va a generar la cristaliza-

ción de estos últimos. Esta cristalización que se realiza sobre las super-

ficies minerales presentes, los recubrirá de una capa ligante que es el

origen de desarrollo de la cementación. El material puzolánico se recubre

igualmente que las superficies inertes, en un proceso que tiende a frenar

el ataque hasta inhibirlo totalmente.

Los minerales puzolánicos tales como los vidrios volcánicos están consti-

tuidos por los mismos tetraedros de sílice, pero con un arreglo desordenado

propio del estado amorfo. La estructura desordenada que posee el vidrio

volcánico presenta una mayor oportunidad de encontrar tetraedros superficiales,

con vértices libres, lo cual explica la gran reactividad de los vidrios con respecto

a los feldespatos u otros minerales cristalinos (Dron, 1978).

3.3 Ensayos de laboratorio para caracterización de la fracción puzolánica

Como consecuencia de la definición de puzolanas que incluye "aquellos

materiales naturales o artificiales, ricos en sílice y alumina, capaces de reaccionar

con cal en presencia de agua y formar por esta reacción compuestos con



propiedades cementicias", se han concebido dos categorías de ensayos de

laboratorio:

• Aquellos que tienden a caracterizar la existencia de la reacción puzolánica,

poniendo en evidencia la formación de productos de hidratación específicos

(silicatos y aluminatos de calcio hidratados) ;

• Los que intentan probar que estos productos tienen influencia sobre las

características físico-mecánicas del sedimento.

Estos ensayos se resumen a continuación brindándose un detalle de los

mismos en el Apéndice A.

Ensayos que ponen en evidencia la reacción puzolánica

La primera categoría de ensayos se basa fundamentalmente en determi-

naciones que permitan identificar dentro del sedimento, la presencia de material

que manifieste potencialmente aptitud para reaccionar con la cal. Este material

debe satisfacer tres condiciones (Largent R., 1978):

• Ser ácido, es decir contener una fuerte proporción de sílice y alúmina.

• Contener una proporción importante de fase vítrea o débilmente cristalizada.

• Presentar una gran superficie específica.

Métodos para comprobar la primera condición, basados en el dosaje de

componentes activos solubilizados por ataques ácidos y básicos:

Método Voinovich et al. (1968).

Método Florentin. (Benoit O., 1967).

Método Poliet y Chausson. (Benoit O., 1967).

Norma española UNE 80-225/93.

Norma IRAM 1654: Puzolanas.

Norma ASTM C.379-56-T.



Método Pichon et al. (1996).

Métodos para comprobar la primera condición, basados en el dosaje de la

cal fijada por la fracción puzolánica:

Método Fratini. (Fratini N., 1949).

Norma IRAM 1651 – Parte II – 1982: Cemento Portland Puzolánico.

Método Chapelle. (Benoit O., 1967).

Método Guillaume (AFNOR P 15-301).

Método Luxan et al. (1989).

Método Raask y Bhaskar (1975).

Método Tashiro et al. (1994).

Método Mc Carter y Tran (1996).

Método Payá et al. (2001).

Métodos para comprobar la segunda condición, mediante la determinación

de las fases vítreas o débilmente cristalizadas:

Difracción de rayos X

Microscopía Óptica

Microscopía de Barrido Electrónico

Métodos para comprobar la tercera condición, mediante la medición de la

superficie específica.

Norma Iram 1623. Método de Blaine

Norma ASTM C-204-61 (Fineness of portland cement by air

permeability apparatus).

Ensayos que ponen en evidencia las propiedades ligantes

Norma Iram 1654 - 1968. Puzolanas. Método de ensayo generales.

Índice de Actividad Puzolánica con cemento portland y con cal.



Coeficiente K de Feret.

Ensayos de resistencia a la compresión simple y triaxial.

3.4 Resumen del Capítulo

El término puzolana, deriva de “pozzuolana”, nombre que los romanos

utilizaban para referirse a unas cenizas volcánicas consolidadas, encontradas en

las proximidades del sitio de Pozzuoli o Puzzoli.

Según la definición del U.S. Bureau of Reclamation "las puzolanas son

materiales silíceos o alumino-silíceos, quienes por sí solos poseen poco o ningún

valor cementante, pero cuando se encuentran finamente divididos y están en

presencia de agua, reaccionan químicamente con el hidróxido de calcio a

temperatura ambiente para formar compuestos con propiedades cementantes".

Los materiales con actividad puzolánica son de dos tipos según su origen

sea natural o industrial. Dentro de los primeros se encuentran: materiales

sedimentarios clásticos: arcillas; materiales sedimentarios químicos: sedimentos

silíceos como la ftanita y el pedernal, tierras silíceas, de diatomeas o radiolarios;

materiales volcánicos: la obsidiana o vidrio volcánico; materiales piroclásticos:

tobas, tufas, y bombas volcánicas. Las puzolanas industriales están compuestas

por: cenizas volantes, escorias de alto horno, humos de sílice, cenizas de cáscaras

de arroz, sílice condensada, sílice geotérmica, etc.

La reacción puzolánica consiste en la solubilización de los compuestos de

sílice y alúmina amorfos o débilmente cristalizados en un medio altamente

alcalino como el creado por una solución de hidróxido de calcio, generándose

aluminosilicatos dicálcicos y tricálcicos similares a los obtenidos en el fraguado

del cemento portland.

La solubilidad de la sílice se incrementa con el pH de la solución de

ataque y en función del grado de cristalización.



Según investigaciones recientes la sílice cristalizada en forma de cuarzo

también presenta reacción puzolánica en partículas inferiores a las 5 micras y

superficie específica mayor a 10.000 cm2/gr.

Existen dos categorías de ensayos de laboratorio: aquellos que tienden a

caracterizar la existencia de la reacción puzolánica, poniendo en evidencia la

formación de productos de hidratación y los que intentan probar que estos

productos tienen influencia sobre las características físico-mecánicas del

sedimento.


Tesis Doctoral – Ing. Enrique Quintana Crespo Página 103

CAPÍTULO 4

ESTABILIZACIÓN DE SUELOS CON CAL

4.1 Introducción

Existe una gran cantidad de investigaciones geotécnicas desarrolladas

sobre el método de estabilización de suelos con cal, en sus diferentes formas:

viva (OCa) o hidratada (CA(OH)2. La mayoría de ellas han sido desarrolladas

sobre suelos arcillosos, debido a que los procesos físicos y químicos de inter-

acción de los minerales arcillosos con la cal suelen manifestarse macroscó-

picamente, a través de grandes disminuciones de la plasticidad, cambios en la

trabajabilidad, y en las características de compactación.

Este sesgo en la investigación, ha traído aparejado una normativa y

especificaciones técnicas válidas para suelos arcillosos, pero no siempre para

aquellos otros como los loess y limos pampeanos, donde la reactividad con la cal

proviene de la presencia de minerales puzolánicos.

De tenerse en cuenta la mayoría de las especificaciones técnicas

nacionales e internacionales referentes al uso de agentes estabilizadores, se

debería descartar el uso de la cal en los suelos loésicos con poca o nula plasti-

cidad, desaprovechándose de este modo una técnica económica y eficiente que

utiliza dos materiales constructivos –suelo y cal– de gran abundancia en nuestro

país.

Las experiencias de estabilización de suelos loésicos con cal tanto en el

país como en el extranjero, han sido efectuadas siguiendo las normativas vigentes

que privilegian el análisis granulométrico y los límites de plasticidad como elemen-

tos de selección de suelos, razón por la cual no se ha arribado aún a conclusiones

definitivas sobre el particular.



También sobre la base de investigaciones desarrolladas en el extranjero

para la estabilización de suelos limo– arenosos, se sugiere el agregado de cal y

aditivos puzolánicos (cenizas volantes, etc.), partiendo de antemano de la

consideración de los sedimentos no arcillosos como inertes.

Fernández Loaisa (1982) citando los trabajos de C. Shen y S. Li sobre

mezclas de arcilla-arena-cal, llama la atención sobre el particular, resaltando la

necesidad de tomar en cuenta la composición química de todo el suelo y no solo

la fracción arcillosa.

Se registra un vacío entonces, en cuanto a la existencia de un protocolo de

ensayos que contemple la totalidad de los componentes del suelo que intervienen

en las reacciones del suelo con cal.

4.1.1. Evolución del conocimiento de la estabilización con cal.

Los antecedentes más conocidos de aplicación de suelos estabilizados con

cal en obras de ingeniería de gran magnitud corresponden a la Muralla China y

caminos y acueductos del Imperio Romano (Fernández Loaiza,1982).

Se han desarrollado diversas etapas en la evolución del conocimiento de

esta técnica:

Etapa Observacional

Inicialmente los proyectos de estabilización con la técnica de suelo-cal se

desarrollaron mediante la observación del comportamiento de obras construidas,

utilizando un cierto grado de racionalismo afirmado en consideraciones teóricas

muy modestas.

En nuestro país se comenzó el estudio de la estabilización con cal

mediante la observación práctica del fenómeno de disminución de plasticidad y

aumento del valor soporte en suelos arcillosos. Se registran antecedentes de esta



etapa observacional en diversos trabajos presentados en congresos, siendo uno

de los primeros el de Minuto (1937) donde se recomienda la adición de cal para la

estabilización de subrasantes y se aconseja la realización de un programa de

ensayos comparativos.

En 1944 se llevan a cabo las primeras tentativas de estabilizar suelos

mediante la adición de cal en capas de sub base de las pistas del Aeropuerto de

Ezeiza, tareas que no pudieron llegar a buen término por la falta de conocimientos

teóricos (Moreau, 1964).

Hacia 1947 el estado de Texas -pionero en el desarrollo de estas técnicas-

ya había construido 75 millas de calzadas tratadas con cal y comienza a divulgar

la bibliografía técnica respectiva.

Etapa experimental

A comienzos de la década del 50 comenzó una fase experimental más

rigurosa, con la concreción de un tramo experimental en el año 1951 en Ezeiza de

donde surgen las primeras publicaciones al respecto en el país. (Lanne y Moreau,

1953). Esta etapa está caracterizada por la búsqueda de relaciones entre pará-

metros físicos y mecánicos (tales como el pasante tamiz 200 y el Índice Plástico)

y la reactividad del suelo con la cal. La reactividad suelo-cal es cuantificada a

través de ensayos de compresión simple realizados después de un tiempo de

curado en condiciones especiales y a diversos intervalos de tiempo, siendo los 7 y

28 días los referentes más usuales.

Dentro de los principales trabajos internacionales correspondientes a esta

etapa, se destacan los realizados por Grim y sus colaboradores en la Universidad

de Illinois (Grim,1953; Eades y Grim,1960,1962; Thompson,1966,1969a,1969b,

1970a,1970b; Thompson and Harty, 1973), las investigaciones de la Universidad

de Iowa (Goldberg and Klein, 1952; Hilt y Davison, 1960; Davidson, Mateos y

Barnes, 1960; Ruff y Davison, 1960; Mateos, 1964), del M.I.T. (Ladd, Moh y

Lambe, 1960), de Lund y Ramsey (1959) en Nebraska, McDonald (1969) en



South Dakota, Dumbleton (1962) en Inglaterra; Le Roux y Riviere (1969) en

Francia; publicaciones de la National Lime Association (1954) y diversos Boletines

del H.R.B (Nº 129, 183, 193, 231, 262, 304 y 335, de los años 1960 a 1962)

dedicados al particular.

La vía de acercamiento experimental tuvo su máximo exponente en el

estado de Texas (Estados Unidos) a partir del año 1945, impulsado por los

estudios del Ingeniero Mc’Dowell, (Dawson y Mc’Dowell,1961; Mc’Dowell,1966) y

extendiéndose luego a otros países como Francia, Alemania, Inglaterra y

Argentina (Hervot et al., 1964).

Mc’Dowell (1966) condensa toda la experiencia de Texas en un gráfico que

permite seleccionar el porcentaje de cal necesario para su estabilización según el

Índice de Plasticidad. Ese gráfico pasa luego a integrar la Norma AASHO-DT 220-

66 I y se divulga en la comunidad científica internacional. Como puede apreciarse

en la Figura 4.1, los suelos con IP menor de 3 directamente son descartados para

su estabilización con cal, es decir que se asocia el concepto de plasticidad y

consecuentemente la presencia de minerales arcillosos en el suelo con la

reactividad del mismo con la cal. Este concepto se mantiene hasta la fecha,

dejando de lado la reactividad proveniente de otras mineralogías como los vidrios

volcánicos, diatomeas, etc.

En Argentina, durante el Vº Congreso de Vialidad y Tránsito llevado a cabo

en el año 1964 en la ciudad de Embalse, Provincia de Córdoba, se realizó un

concurso de trabajos sobre suelo-cal, que resume el estado del conocimiento a

esa fecha. En varios de los trabajos allí presentados se descarta el uso de la cal

en materiales no arcillosos:

Moreau (1964) dice textualmente: “La estabilización con cal es sólo efectiva en

los suelos que contienen arcillas. Manuel Mateos y Donald T. Davison hicieron

definitivas pruebas de laboratorio en las que comprobaron la imposibilidad de

estabilizar con cal la arena de médanos. En la Argentina hemos observado el

mismo fenómeno desde los primeros momentos...”. Los resultados de la



investigación desarrollada por Mateos y Davison (1962) de la cual se extrae la

conclusión sobre el carácter inerte de los médanos, fueron trasladados a nuestro

país sin tener en cuenta las diferencias en la mineralogía de los sedimentos

pampeanos que presentan una especial reactividad con la cal, como se señala en

esta investigación.

Por su parte Pelaez (1964) concluye que: “es precisamente esta fracción

(la arcillosa) de los suelos la que constituye la parte activa de los mismos, dadas

las características estructurales y físico-químicas de estas partículas cuando en el

sistema interviene el agua”.

Basándose en las experiencias realizadas en obras viales de la Provincia

de Buenos Aires, Lilli (1964) sintetiza las ventajas de la estabilización con cal,

concluyendo que “los mejores resultados se logran en los suelos plásticos o

medianamente plásticos....... en cambio para suelos de muy escasa plasticidad o

para materiales granulares se requiere la incorporación de materiales puzolánicos

que ayuden a la cementación”.

Posteriormente Lilli (1975) cita el Gráfico de Mc’Dowell y recomienda el

uso del método gráfico del Bureau of Public Roads de Estados Unidos de

Norteamérica, para selección de estabilizantes para suelos, que está basado en el

porcentaje de material pasante Tamiz 200 (partículas inferiores a las 74 micras) y

en el Índice de Plasticidad y recomendando el uso de la cal cuando este último

supera el valor de 20, con lo cual se descartaría el uso de la cal en loess, ya que

raramente estos poseen un IP superior a 20.

Con posterioridad y hasta la fecha se siguen repitiendo estos criterios que -

sin lugar a duda- son válidos en la mayoría de los sedimentos del planeta, pero

que han sido absolutamente generalizados, sin tener en cuenta la presencia de

casos particulares como los de los suelos argentinos. A continuación se citan

otros ejemplos sobre el particular:



Figura Nº 4.1: Cantidades de cal recomendadas para estabilización de suelos

según Mc’Dowell.



Angelone y Martinez (1994) se expresan respecto a la conveniencia de

tratar un suelo con cal en función de sus características de granulometría y plas-

ticidad y determinan experimentalmente el punto de fijación de cal basándose en

la técnica de variación del Índice de Plasticidad. Los autores citan además

especificaciones técnicas vigentes en USA que aconsejan el uso de cal cuando

los suelos cumplen los siguientes criterios:

• Estado de Illinois:

Más del 7% de partículas de arcilla (< 2 micras).

Índice Plástico mayor de 8.

• National Lime Association:


• Fuerza Aérea de los Estados Unidos:


El Manual para estabilización de suelos para pavimentos (TM 5-822-14 /

AFJMAN 32-1019) desarrollado por la Armada y Fuerza Aérea de los Estados

Unidos (1994), realiza una guía para seleccionar el agente estabilizante en

función del tipo de suelo, según la Clasificación Unificada, recomendando el uso

de cal para todos los grupos de suelos (SW-SP, SM-SC, GW-GP, GM-GC, CH-

CL, MH-ML), pero siempre que exhiban un Índice de Plasticidad superior a 12.

En el protocolo de ensayos para estabilización de suelos con cal realizado

por Little (2000), se cita el Sistema de Estabilización de suelos de la Fuerza Aérea

de los Estados Unidos (U.S. Air Force Soil Stabilization Index System. SSIS,

1976), donde se establece que: “un suelo será candidato para su estabilización

con cal si tiene un pasante del 25% del Tamiz 200 y un Índice de Plasticidad de

10 como mínimo”.



Como muestran estos ejemplos desde el año 1945 hasta el presente, las

reglamentaciones y especificaciones técnicas, privilegian el uso de la cal en los

suelos arcillosos, descartando a los suelos no plásticos.

Esto es consecuencia del evidente mejoramiento que sufren los suelos

arcillosos con la adición de cal y del carácter inerte o de baja reactividad con la

cal, que presentan las mineralogías típicas de los materiales limosos o limo-

arenosos, generalmente conformados por cuarzo, feldespatos, micas, etc. Para

estos últimos la recomendación adiciona al agregado de cal, el de puzolanas

(cenizas volantes, etc.)

Es evidente la originalidad de los suelos loésicos pampeanos, debida a la

inclusión de porcentajes elevados de cenizas volcánicas en su fracción limosa, lo

cual le da una gran reactividad con la cal, sin necesidad de otros aditivos y a

través de la reacción puzolánica.

La etapa experimental no ha dado lugar aún, a una etapa científica que

desarrolle una teoría general abarcativa de todos los aspectos (químicos,

mineralógicos y físicos) intervinientes en la estabilización de suelos y que a través

de ensayos específicos, permita predecir el comportamiento de estas mezclas.

De lo anteriormente citado surge la importancia de puntualizar diversos

aspectos tanto de las cales utilizadas como de los suelos a estabilizar.

4.1.2. IMPORTANCIA DEL TIPO DE CAL

Existen diversos tipos de cales con características particulares que las

hacen más apropiadas para ciertas aplicaciones. En las mezclas suelo -cal

resultan de utilidad algunos componentes de la cal que serían indeseables para

otros usos como por ejemplo la albañilería.

Dentro de los factores más importantes se han considerado los siguientes:



Cales cálcicas y dolomíticas

La menor reactividad de las cales dolomíticas con respecto a las cálcicas

como consecuencia del proceso de calcinación, se traduce luego en una hidra-

tación más lenta, por lo tanto cuando la estabilización del suelo se realiza con cal

viva, deberá contemplarse el tipo de cal si se va a establecer como referencia la

resistencia a la compresión en un período de tiempo determinado, normalmente 7

días – ya que la baja reactividad del OMg precisaría de tiempos mayores para

llegar a las resistencias requeridas.

Cales aéreas e hidraúlicas.

Las cales aéreas son aquellas que endurecen por la acción de la

carbonatación en contacto con el aire atmosférico o con el anhídrido carbónico

disuelto en el agua de amasado. A diferencia de ellas existen las denominadas

cales hidráulicas que endurecen bajo el agua.

Las cales hidráulicas se logran mediante la calcinación de rocas calcáreas

impuras, con contenidos de arcillas o minerales compuestos por aluminatos y

silicatos en cantidades entre 8 a 20%. Como puede apreciarse los componentes

que dan hidraulicidad a una cal, son en definitiva compuestos alumino silicatados

-como las arcillas- activados por temperatura y combinadas con el Ca(OH)2 para

formar silicatos y aluminatos de calcio. Estos compuestos son los mismos que

componen la fracción puzolánica natural de los suelos loésicos, en consecuencia

cuando se agrega una cal hidráulica a un suelo se está incrementando la

actividad puzolánica de estos, con lo cual los resultados diferirán en el tiempo de

los correspondientes a las mezclas con cales aéreas.

Se puede establecer la siguiente comparación entre cales cálcicas y

magnesianas en la estabilización de suelos (Musuruana et al., 1964) (Tabla Nº

4.1):



Propiedades Cales Cálcicas Cales Magnesianas Resistencia Menor Mayor

Disminución de Plasticidad Mayor Menor

Disminución de Dens. Máx. Mayor Menor

Incremento de H. Opt. Mayor Menor

Tabla Nº 4.1: Diferentes comportamientos de las cales en los suelos, según su

composición química. (Musuruana et al., 1964).

En el Apéndice B se detallan los procesos y materiales involucrados en la

fabricación de la cal, como así también la normativa y especificaciones vigentes.

4.2. Reacciones suelo - cal

Las reacciones que ocurren dentro del proceso de estabilización de suelos

con cal comprenden un conjunto de procesos físico químicos que han sido

referidos en la literatura con los siguientes términos:

Mejoramiento: son los fenómenos que ocurren inmediatamente al agregar

la cal, también denominados “de corto plazo” tales como floculación y aglome-

ración de partículas, disminución de plasticidad y potencial de hinchamiento,

aumento de la trabajabilidad, durabilidad y constancia volumétrica, etc.

Existe alguna controversia al respecto de las causas por la que ocurren

estos fenómenos. La mayoría de los investigadores coinciden en que se

producen reacciones químicas como el intercambio catiónico, por el cual los

minerales arcillosos, constituidos por láminas de sílice y alúmina negativamente

cargadas, compensan dicha carga mediante la adsorción de los iones solubles

de la fase líquida del suelo.

Cementación: comprende los fenómenos denominados de largo plazo,

consistentes en una serie de reacciones químicas entre la sílice y la alúmina del

suelo y la cal, denominadas reacciones puzolánicas.


Tesis Doctoral - Ing. Enrique Quintana Crespo

Página 113

Como se ha visto, estas reacciones comprenden la solubilización de los

compuestos de sílice y alúmina amorfos o débilmente cristalizados en la solución

de hidróxido de calcio, generándose alumino-silicatos dicálcicos y tricálcicos

similares a los obtenidos en el fraguado del cemento Pórtland. Los beneficios que

trae aparejada la cementación puzolánica a medida que la reacción progresa en

el tiempo son: una continuación de la reducción en plasticidad y potencial de

hinchamiento y en el incremento en el tamaño efectivo de grano y la trabajabilidad

y un sustancial incremento en la resistencia al corte y rigidez de la mezcla.

Carbonatación de la cal utilizada en la mezcla, por reversión del hidróxido

de calcio a carbonato de calcio, mediante la reacción de la cal con el anhídrido

carbónico atmosférico. Esta reacción es perjudicial durante la fase constructiva

del suelo cal ya que el carbonato de calcio es un cementante débil, que extrae el

calcio libre necesario para el proceso de estabilización.

Diamond y Kinter (1971) realizaron la experiencia de agregar cal (4% en

peso de arcilla) a una suspensión de bentonita que había sido saturada con calcio

de modo de neutralizar la capacidad de intercambio catiónico de las mismas. Se

realizó el seguimiento de la evolución de la conductividad eléctrica de la

suspensión en el tiempo, comprobando el decrecimiento de la misma hasta

valores muy bajos en menos de 24 horas. Esto fue considerado como una

indicación de que la cal era rápidamente adsorbida, con la consiguiente

disminución en la concentración de cal electrolítica en la solución. Sobre la base

de esa y otras investigaciones (Diamond 1964, en Diamond and Kinter, 1971) los

autores concluyeron que dentro de las reacciones inmediatas entre la arcilla y

la cal ocurren las siguientes:

• Adsorción física del hidróxido de calcio de la solución a una velocidad muy

rápida por las arcillas saturadas con calcio. Fenómeno reversible en las

etapas muy tempranas de la reacción.

• Reacción casi instantánea entre los bordes de apoyo de la alúmina de gran

área superficial de las partículas de arcilla y la cal adsorbida sobre las



Página 114

superficies arcillosas para producir aluminato tetracálcico hidratado AC4H13,

similar al producido por la hidratación del AC3 en el cemento portland.

• Formación del gel de tobermorita (SCH) en los puntos de contacto entre

borde y cara de las partículas de arcillas en un período de varias horas.

• La formación de esos aluminatos y silicatos en forma rápida es de difícil

demostración, debido a la muy pequeña cantidad de estos productos

involucrados y a la naturaleza del sistema

Como productos de la reacción a largo plazo entre la cal y la arcilla los

mismos autores reconocen la existencia de:

• El gel de tobermorita (SCH).

• Compuestos del tipo SCH (I) y SCH (II) poco cristalizados y difícil de

reconocer, pero similares a los que se producen en las reacciones del

cemento portland, en condiciones atmosféricas normales.

• Aluminatos de calcio hidratados con la composición AC4H12CO2 cuando se

generan a temperatura ambiente y AC3H6 cuando la temperatura supera los

30º permaneciendo luego estables a temperatura ambiente.

En la recopilación de investigaciones llevada a cabo por Diamond y Kinter

(1971) se citan interesantes resultados relacionados con las reacciones de los

minerales no arcillosos con la cal, que se resumen en la Tabla Nº 4.2.

Investigaciones recientes desarrolladas por Narasimha y Rajasekaran

(1996) sobre arcillas marinas (montmorillonita = 1,5% - clorita y caolinita = 9%,

vermiculita y cuarzo = 36% - sepiolita = 13%) estabilizadas con cal, confirmaron

mediante técnicas de difracción de rayos X, la presencia de productos de reacción

tales como:

ACH = reacción de la cal con caolinita;

SCH (I) y (II) = reacción de la cal con la montmorillonita;

SCH = reacción del cuarzo con la cal.



Página 115

Además mediante estudios con microscopio electrónico de barrido (SEM)

estos autores observaron que el tratamiento con cal resultó en un arreglo de

fábrica abierta, donde los compuestos forman un agregado de partículas que

produce un corrimiento de las curvas granulométricas hacía partículas más

gruesas.

Autores Resultados

Glenn y Handy (1963) Reacciones de la cal con la muscovita

y vermiculita

Eades, Nichols y Grim (1962)

Reacciones de la cal con suelos

cuarzo-micáceos: formación de un gel

cementicio sobre y dentro de los

granos

Diamond, White y Dolch

Reacciones de la cal con illita, pirofilita

y cuarzo, con producción de gel de

tobermorita.

Ariizumi, et.al. (1962)

Reacciones de la cal con alófano de

suelos tipo loam, con formación de

gehlenita hidratada y aluminato de

calcio hidratado.

Tabla Nº 4.2: Reacciones de los minerales no arcillosos con la cal. (Diamond y

Kinter,1971).

Sobre los suelos loéssicos pampeanos, Sánchez (1964) realizó estudios

microscópicos en corte delgado, de probetas estabilizadas con 3% de cal,

después de 7 días de curado, observando la presencia de nuevos minerales

constituidos por geles coloidales que recubren parte de los granos de cuarzo y

vidrios volcánicos. Estos minerales de neoformación son totalmente insolubles en

ebullición con hidróxido de sodio, a diferencia del gel de sílice detectado en la

mineralogía original de estos suelos, que es altamente soluble en iguales

condiciones químicas. Este autor concluye que: “la sílice entra en reacción con la

cal en medios fuertemente alcalinos, que la parte más reactiva esta constituida



Página 116

por geles coloidales de sílice, vidrios volcánicos y minerales arcillosos de la

mineralogía original del suelo y que la cementación del suelo se produce por

formación de nuevos minerales de sílice constituidos por geles alumino-silicatos

complejos insolubles”.

Las reacciones inmediatas también han sido reconocidas por investi-

gaciones llevadas a cabo por Rinaldi (1994), sobre mezclas de loess con

cemento, donde se observaron reacciones secundarias entre el cemento y el

suelo similares a las del suelo-cal. Utilizando suelos loéssicos mezclados con 5 a

14% de cemento y 25% en peso de agua se conformaron pastas en las que se

pudieron observar tres zonas en las curvas conductividad – tiempo:

• Zona 1: decrecimiento lento de la conductividad (0 a 3 horas).

• Zona 2: caída muy rápida de la conductividad (3 a 20 horas).

• Zona 3: decrecimiento lento de la conductividad (de 20 hs. en adelante).

La explicación dada por ese autor sobre la existencia de estas tres zonas

radica básicamente en la captación de iones por la fracción arcillosa del loess.

4.2.1 Acción de la cal sobre los Límites de Atterberg

Los límites de Atterberg han sido quizás los parámetros que más

significativamente han manifestado la acción de la cal, produciendo resultados

sorprendentes en las primeras investigaciones realizadas sobre el particular.

Como se sabe los Límites Líquido y Plástico reflejan los porcentajes de

humedad mínimo y máximo, dentro de los cuales el suelo se encuentra en estado

plástico siendo capaz de soportar deformaciones permanentes, sin rebote

elástico, sin variación volumétrica apreciable y sin agrietarse.

Estos límites han sido fijados en forma arbitraria intentando representar

-mediante ensayos- los valores de humedad para los cuales el suelo pierde su



Página 117

resistencia al corte, pasando al estado líquido y no soporta más deformaciones

plásticas, pasando al estado semisólido.

El significado físico de los límites de consistencia se encuentra relacionado

con las características del agua del suelo. Esta puede encontrase como agua libre

sujeta fundamentalmente a la acción de la gravedad; como humedad higroscópica

absorbida de la humedad del aire con relación directa al contenido de sales del

suelo; como humedad capilar gobernada por la tensión superficial y las leyes del

movimiento capilar y como agua adsorbida.

El agua adsorbida constituye una fina película ligada mediante vínculos

electroquímicos muy fuertes a las partículas sólidas. Presenta sus moléculas

polarizadas con los iones H+ atraídos por la carga superficial negativa del suelo.

Cerca de la superficie de las partículas del suelo el agua tiene las propiedades de

un sólido y a medida que aumenta la distancia se transforma en un líquido

viscoso, para convertirse en un líquido normal en la cercanía del límite de esta

capa de agua adsorbida (aproximadamente entre 400 Å y 0,1�).

Conjuntamente con el agua disociada, se ligan por adsorción a las

superficies de las partículas del suelo, iones individuales de distintos minerales,

tales como el Na+, K+, Ca++, Mg++, Fe+++, etc. con vínculos más fuertes mientras

mayor es su carga eléctrica. Estos iones a su vez pueden polarizarse y adsorber

otras moléculas de agua, lo cual también es función de la carga y el radio iónico.

Así un catión Ca++ de mayor radio iónico que el Na+ adsorbe más moléculas

de agua por unidad, pero dada la carga eléctrica de ambos, por cada Ca++ pueden

adsorberse dos Na+, resultando finalmente una capa adsorbida más gruesa en los

suelos sódicos.

Los cationes adsorbidos son fácilmente intercambiables en función del tipo

y concentración de la fase líquida y determinan la denominada Capacidad de

Intercambio Catiónico (CIC) de los suelos. La CIC aumenta con la superficie

específica y con la acidez del suelo, esta última determinada mediante el pH.



Página 118

Mientras mayor es el espesor de la capa adsorbida -también denominada

“doble capa”- mayor es la cantidad de agua que se encuentra en un estado sólido-

viscoso y por lo tanto mayor será el Límite Líquido, es decir el porcentaje de

humedad a partir del cual el suelo comienza a comportarse como un líquido. De

igual forma el Límite Plástico y el Índice de Plasticidad dependen del espesor de

la capa adsorbida. Cuanto más gruesa es ésta, más plástico es el suelo, es decir

tanto más se puede deformar sin separar a las partículas, sin agrietarse ni

fisurarse.

La fuerza del vínculo entre partículas debido al agua adsorbida será menor

mientras más gruesa es la misma. Como se vio anteriormente los cationes

adsorbidos ejercen una influencia en el espesor de la capa adsorbida, que en

forma general aumenta en el siguiente orden:

NH4+ < H+ < K+ < Fe+++ < Al+++ < Mg++ < Ba++ < Ca++ < Na+ < Li+

La adsorción de agua y cationes es un fenómeno superficial, por lo tanto

su importancia aumenta a medida que disminuye el tamaño de partículas del

suelo, incrementándose su superficie específica. Las partículas de arcillas son

consideradas coloidales y por lo tanto controladas por fuerzas superficiales en

lugar de las de masa (se ha propuesto una superficie de 25 m2/gr como límite

inferior de la fracción coloidal, Lambe y Whitman 1984).

Esta relación resulta de interés cuando se trata de la estabilización de

suelos con cal, dado que permite establecer importantes diferencias de magnitud,

entre las partículas de arcilla con superficies específicas que oscilan entre 15

m2/gr para la caolinita y 300 m2/gr para la montmorillonita y suelos como los limos

loéssicos pampeanos y cenizas volcánicas con valores entre 0,14 y 0,44 m2/gr .

La superficie específica de la cal es de alrededor de 1 m2/gr.

Bell y Coulthard (1991) concluyen que la naturaleza de los cationes de

intercambio no es de gran importancia en los suelos arcillosos caoliníticos, pero sí

en los montmorilloníticos.



Página 119

Existen en la literatura una abundante cantidad de ensayos realizados

sobre mezclas naturales o artificiales de suelos con una mineralogía arcillosa

conocida, observándose una tendencia generalizada a la disminución del Índice

de Plasticidad, como consecuencia de un incremento del Límite Plástico con el

agregado de cal.

Le Roux y Riviere (1969) llevaron a cabo una cuantiosa investigación sobre

la influencia de la cal en arcillas identificando la mineralogía de las mismas, como

así también su composición química y otros parámetros físico-químicos. Ellos

utilizaron 3 suelos arcillosos naturales (Arcilla Barremiana caolinítica, Arcilla

Albiana illítica y Arcilla de Valentigy illítica-montmorillonítica) y 3 minerales arcillo-

sos puros (caolín, montmorillonita y bentonita). Los ensayos sobre los suelos

naturales les permitieron concluir que para porcentajes de cal entre 3 y 7% y

períodos de curado de 1, 28 y 90 días, se observa un notable incremento del

Límite Plástico en las primeras 24 horas que se mantiene con posterioridad por

encima del valor original del suelo solo. El Límite Líquido aumenta sustan-

cialmente después de 24 horas de contacto con un 3% de cal, decreciendo para

mayores porcentajes y llegando casi al mismo valor inicial, con un 7% de cal a los

90 días. El proceso de estabilización en los suelos naturales resulta en una

reducción final del Índice Plástico.

Los minerales arcillosos puros fueron tratados directamente con un 20% de

cal observándose una reacción muy fuerte. En la caolinita se produjo un incre-

mento en el LL hasta los 28 días, para luego caer bruscamente a los 90 días. En

forma similar varió el LP y consecuentemente se registró en el comienzo del

experimento un incremento en el IP y una notable disminución al finalizar el

mismo

En la montmorillonita y bentonita disminuyen sustancialmente los LL y se

incrementan los LP desde el primer momento, lográndose disminuciones intensas

del IP, con la transformación del material en friable al finalizar el experimento.



Página 120

En todos los casos los resultados a 28 y 90 días sufren la influencia de los

compuestos cementantes originados por la reacción suelo-cal, superando amplia-

mente la influencia del intercambio catiónico.

Ayuso Muñoz (1982) en un estudio realizado sobre un suelo arcilloso

expansivo del Valle de Guadalquivir del tipo CH (arcilla inorgánica de alta

plasticidad según la Clasificación Unificada) o A7-6 según el criterio de la AASHO

efectuó la estabilización con cal obteniendo los siguientes resultados (Tabla Nº

4.3). Se registraron reducciones del IP por incrementos del LP en todos los casos

y un aumento del LL el primer día, para luego decrecer hasta el fin del

experimento.

La cantidad de cal necesaria para satisfacer la capacidad de intercambio

catiónico de los minerales arcillosos ha sido denominada originalmente “point

fixation o punto de fijación” de cal (Hilt y Davidson, 1960), más correctamente

conocido como “punto de retención de cal” o “punto de modificación óptimo de cal

- PMO”, dado que el término “fijación” indica una adsorción irreversible de la cal,

que no sucede en la realidad. El PMO se determina agregando diversos porcen-

tajes de cal al suelo, dejando en reposo la mezcla un tiempo que puede ir entre 2

horas y 24 horas según el tipo de suelo y determinando durante el mismo los

límites hasta que las variaciones en los mismos sean mínimas. El PMO corres-

ponde al punto en que la pendiente de la curva %cal – LP se aproxima a cero o

bien realiza una inflexión. A partir de ese punto el LP no se incrementa más,

llegando incluso a descender. Para determinar los factores responsables de los

incrementos en el LP, estos autores definen el LP como “el contenido de

humedad más bajo en el cual la unión entre las partículas de suelo puede ser

constantemente removida”.

La ligadura entre partículas es debida no solo al intercambio catiónico,

debiendo contemplarse adicionalmente reacciones cementicias inmediatas y los

cambios en la tensión superficial del agua que ejerce también fuerzas de

atracción en las partículas del suelo afectando al LP.

Relación entre las propiedades geotécnica y los componentes puzolánicos de los sedimentos pampeanos.

Tesis Doctoral – Ing. Enrique Quintana Crespo Pagina 121

LL LP IP Suelo %

cal 1d. 3 d. 7 d. 1d. 3 d. 7 d. 1d. 3 d. 7 d.

0 58,2 27,1 31,1

1 62,0 62,1 62,8 34,0 34,4 35,8 28,0 27,7 27,0

2 54,6 54,5 54,3 37,3 37,4 37,7 17,3 17,1 16,6

3 53,2 53,0 52,9 39,6 39,8 40,0 13,6 13,2 12,9

Arcilla de Guadalquivir:

70% montmorillonita

20% illita

10% caolinita y clorita

4 51,5 38,2 13,3

Tabla Nº 4.3: Variación de los límites de consistencia con la cal. (Ayuso Muñoz, 1982).

Sobre la base de una serie de ensayos realizados en arcillas

montmorilloníticas, Hilt y Davison (1960) establecieron una relación lineal entre el

PMO y el contenido de arcilla expresada por la ecuación:

PMO = ( % arcilla / 35) + 1,25 (4.1)

En la investigación de Ayuso Muñoz (1982), utilizando dicha expresión para

el suelo empleado (arcilla < 0.002 mm = 61%) se obtendría un PMO de 2,99 % de

cal hidratada, similar al obtenido experimentalmente que es el 3%.

Bell (1989,1996) desarrolló una serie de investigaciones sobre 3 mezclas

artificiales conformadas con porcentaje variables de caolinita, cuarzo molido a

menos de 5 micras y montmorillonita (Tabla Nº 4.4)

El tratamiento con 2 a 8% de cal resultó en un marcado incremento del IP

del suelo caolinítico, debido a un aumento en el LL superior al LP. Cuando la

mezcla es mayoritariamente de cuarzo el comportamiento de los límites de

consistencia es similar, en cambio para la mezcla preponderantemente mont-

morillonítica el IP disminuye en forma marcada, registrándose un aumento del LP

y manteniéndose prácticamente constante el LL (Tabla Nº 4.5).



Mezcla % caolinita ��FXDU]R�� % montmorillonita

A 70 20 10

B 10 70 20

C 20 10 70

Tabla Nº 4.4: Diversas mezclas de minerales arcillosos (Bell, 1989, 1996)

Cantidad de cal agregada (%) Suelo Propiedades

0 2 4 6 8

A

LP

LL

IP

45

77

32

49

106

57

47

102

55

47

100

53

43

99

56

B

LP

LL

IP

37

60

23

46

79

33

44

75

31

44

74

30

43

73

30

C

LP

LL

IP

54

86

32

59

84

25

63

84

21

58

80

22

57

79

22

Tabla Nº 4.5: Variación de los límites de consistencia con la cal (Bell, 1989, 1996).

Lamentablemente no se consignaron los tiempos de curado a los que se

realizaron las determinaciones, lo cual lleva a pensar que los incrementos de

plasticidad para las mezclas A y B formadas por caolín y cuarzo pueden

asimilarse a lo ocurrido en la investigación de Le Roux y Riviere (1969) durante

las primeras 24 horas de reacción.

En Little (2000) se brinda información sobre disminución de la plasticidad

en suelos limo arcillosos con Índices de Plasticidad de 24 y 29 a 4 y 9 respec-

tivamente, con una adición del 5% de cal y en arcillas plásticas con IP = 38 a IP =

10 con el agregado de un 6% de cal.

En nuestro país Alvarez y Pautasso (1964) ensayaron un perfil completo de

suelos típicos de la Provincia de Santa Fé (Tabla Nº 4.6) constituidos por los



horizontes A, B, C y una capa de suelo cementado (tosca). Los suelos fueron

mezclados con dos tipos de cal (Tabla Nº 4.7), humedecidos hasta un contenido

de agua próximo al LP y curados durante 48 horas encontrándose los resultados

que se presentan en la Tabla Nº 4.8.

Tabla Nº 4.6: Suelos estabilizados con cal. Alvarez y Pautasso (1964)

Suelos LL LP IP HRB coloides

%

arcilla

%

mineral

arcilloso

limo

% pH

CIC

meq/100

gr.

M1

Horizonte

A

31,4 25,4 6,0 A4 3 25

(I) y

pequeña

cantidad

de (C)

57 6,5 18,21

M2

Horizonte

B

47,7 24,6 23,1 A7-6 17 40 (I) y (M)

interestr. 52 7,6 25,23

M3

Horizonte

C

38,2 24,8 13,4 A6 5 35 (I) 55 9,0 24,20

M4

Tosca 35,9 22,4 13,5 A6 6 26

(I) y (M)

interestr.

c/ (D)

42 9,0 24,65

(I)= Illita – (M) = Montmorillonita – (C) = Caolinita – (D) = Dickita

El efecto de la cal sobre el límite plástico se refleja en la Tabla Nº 4.8

donde pequeñas cantidades de cal producen un aumento del LP, hasta un

porcentaje particular a partir del cual los incrementos cambian tendiendo a cero.

El porcentaje de cal donde se produce el cambio en los incrementos difiere para

los distintos tipos de cal utilizados, habiendo también variaciones de acuerdo al

suelo tratado. En todos los casos el cambio ocurre para un porcentaje de cal

menor cuando se trata de cal aérea cálcica hidratada (tipo A) que la cal hidráulica

hidratada (tipo B).



Cal Tipo A (aérea) Cal Tipo B (hidráulica)

Óxido de calcio total 71,6% 60,0%

Óxido de calcio útil 66,8% 39,7%

Cal útil expresada en Ca(OH)2 88,4% 52,5%

Óxido de magnesio 2,7% 4,4%

Sílice soluble 0,6% 13,7%

Tabla Nº 4.7: Características de las cales utilizadas en la investigación. Alvarez y

Pautasso (1964).

Para los suelos ensayados se observa que este porcentaje se encuentra

alrededor del 3% para la cal tipo A y del 5% para la tipo B y que coinciden si se

expresan en porcentajes de cal útil vial:

Cal Tipo A: Ca(OH)2 = 0,03 x 88,4 =2,65

Cal Tipo B: Ca(OH)2 = 0,05 x 52,5 =2,63.

Ruiz (1973) llevó a cabo un estudio sobre suelos arcillosos de tipo A6(9) de

la zona de Entre Ríos (Ruiz,1973), a los cuales se le adicionaron cantidades

crecientes de cal (1- 2- 3- 4 y 5%), mezclando la misma con la humedad natural

del suelo y humedeciendo la mezcla hasta un porcentaje similar al Límite Plástico,

estado en el que se dejó reposar en períodos de 2 horas y 24 horas sin pérdida

de agua, para realizar luego los ensayos de Atterberg. En dicho estudio se pudo

observar (Figura Nº 4.2) un marcado incremento del LP con bajos porcentajes de

cal, acompañado de un aumento también del LL, lo cual produce cambios

menores en el IP.

Puede concluirse que la reducción de la plasticidad con el agregado de cal

es una realidad en todos los tipos de suelos a medida que la cal reacciona con las

arcillas. La reacción es dependiente de la mineralogía y puede llegar a trans-

formar suelos muy plásticos en friables. Ciertos resultados contradictorios debe-

rían analizarse en función del tiempo y forma de curado, tipos y porcentajes de cal

empleados.



% cal aérea hidratada

0 1 2 3 4 5 6 7

LP 25,4 29,2 30,0 30,2 30,5 30,5 31,1 31,3 M1 û/3 0,0 3,8 0,8 0,2 0,3 0,0 0,6 0,2

LP 24,6 33,0 34,5 35,8 36,0 36,0 35,8 36,5 M2 û/3 0,0 8,4 1,5 1,3 0,2 0,0 -0,2 0,5

M3 LP 24,8 28,5 30,4 32,3 32,0 32,5 33,0 33,0

û/3 0,0 3,7 1,9 1,9 -0,3 0,5 0,5 0,0

M4 LP 22,4 26,0 28,4 30,2 31,7 31,0 32,0 31,0

û/3 0,0 3,6 2,4 1,8 1,5 -0,7 1,0 -1,0

% cal hidráulica hidratada

0 1 2 3 4 5 6 7

M1 LP 25,4 26,6 29,0 29,6 30,6 30,8 31,0 31,0

û/3 0,0 1,2 2,4 0,6 1,0 0,2 0,2 0,0

M2 LP 24,6 31,4 31,7 32,2 32,7 34,0 34,0 34,1

û/3 0,0 6,8 0,3 0,5 0,5 1,3 0,0 0,1

M3 LP 24,8 28,0 29,0 31,0 34,2 35,0 35,0 34,8

û/3 0,0 3,2 1,0 2,0 3,2 0,8 0,0 -0,2

M4 LP 22,4 24,5 27,0 28,0 30,7 31,0 31,3 31,0

û/3 0,0 2,1 1,5 1,0 2,7 0,3 0,3 -0,3

Tabla Nº 4.8: Acción de la cal sobre el límite plástico. Alvarez y Pautasso (1964)

De acuerdo a experiencias del autor realizadas sobre mezclas de

sedimentos loéssicos pampeanos (A4-8 según la Clasificación Unificada) con 2

horas y 24 horas respectivamente de curado y porcentajes de cal de 1 a 5%, la

influencia de esta en los límites de consistencia es moderada, acorde a la baja

plasticidad que presentan los mismos y que refleja la existencia de una fracción

arcillosa subordinada ( Tabla Nº 4.9).



LL -24 hs LL - 2 hs

LP - 2 hsLP - 24hs

0

10

20

30

40

50

0 2 4 6cal %

Hum

edad

%

Figura Nº 4.2.: Influencia del porcentaje de cal en los Límites de Atterberg (Ruiz,

1973).

LL LP IP CU Tiempo curado 2 hs 24 hs 2 hs 24 hs 2 hs 24 hs

% de cal A4 (8) 0 35.10 35.10 26.20 26.20 8.90 8.90

1 36.20 34.60 29.10 27.80 7.10 6.80 3 36.30 36.50 28.20 28.50 8.10 8.00 5 35.70 37.30 29.20 31.40 6.50 5.90

A4 (8) 0 31.10 31.10 24.30 24.30 6.80 6.80 1 32.50 31.90 27.70 27.20 4.80 4.70 3 34.80 34.50 28.90 28.70 5.90 5.80 5 33.70 32.80 27.30 27.60 6.40 5.20

A4(8) 0 35.10 35.10 26.20 26.20 8.90 8.90 1 37.70 36.70 30.90 30.30 6.80 6.40 3 36.80 37.90 30.40 30.60 6.40 7.30 5 36.70 40.80 30.40 35.70 6.30 5.10

Tabla Nº 4.9.: Influencia del porcentaje de cal en los Límites de Atterberg (Datos del

autor).

4.2.2 Requerimiento de cal

Con un concepto similar a la utilización de los límites de consistencia, se

desarrolló el ensayo de pH (Eades et al.,1962, Eades and Grim,1966) que luego

fuera recomendado en normas internacionales (Norma ASTM D6276), para

determinar el requerimiento de cal del suelo, entendiendo como tal a la cantidad



de cal mínima que satisface la capacidad de absorción de cal por intercambio

iónico.

Como es conocido el pH representa la concentración de iones H+ ,que es

dependiente de la relación suelo-agua, utilizándose en forma más corriente las

siguientes:

1:5 (20 gr. de suelo seco en 100 cm3 de agua destilada).



Este ensayo se encuentra orientado a los suelos arcillosos, partiendo de la

base que la capacidad de intercambio catiónico de los minerales arcillosos es la

causante de la desaparición de los iones Ca de la solución acuosa. Por lo tanto

cuando se satisface dicha capacidad de intercambio, se obtienen valores de pH

en la solución acuosa de alrededor de 12, lo cual corresponde a la solución

saturada de hidróxido de calcio. Otro elemento adicional que se tiene en cuenta

en este ensayo es la presencia de materia orgánica que confiere acidez al medio,

consumiendo activamente el Ca.

En materiales arcillosos se define claramente una cantidad óptima de cal

para la cual el pH medido en la solución supera los 12.40 y permanece constante

con el agregado adicional de cal. Khattab et al. (2001) establece un valor de 4%

como el requerimiento de cal en arcillas altamente expansivas, considerando inútil

toda cantidad extra para los procesos de reducción de la plasticidad o de los

cambios volumétricos.

Lilli (1975) concluye -sobre la base de una importante revisión bibliográfica-

que con valores entre 2 y 3% de cal se producen las reacciones que llevan al

mejoramiento de los suelos arcillosos, es decir disminución de la plasticidad, del

hinchamiento, etc., sin un incremento importante de la resistencia a la

compresión. Esto último se explica como una consecuencia de la adsorción de la



cal por el suelo mediante intercambio catiónico, con la consecuente disminución

de la cal disponible para las reacciones de cementación puzolánica.

La escasa resistencia a la compresión simple que presentan los suelos

tratados con porcentajes bajos de cal (2 – 3%), es usualmente explicado como

una consecuencia de la adsorción de la cal por el suelo mediante intercambio

catiónico, con la consecuente disminución de la cal disponible para las reacciones

de cementación puzolánica. En suelos no plásticos y de acuerdo a estudios

recientes de Huang (1997) la explicación debe buscarse en base a los siguientes

conceptos:

• La relación inicial (Ca / Si) y (OH- / Si) de la fase líquida afecta las especies

de hidratos formados. Si la relación es baja, predominará en los hidratos un

gel de sílice de muy baja a nula capacidad de cementación. Al crecer la

relación crece la capacidad cementante del SCH formado.

• En los suelos estabilizados, cuando la fase líquida no está saturada con

Ca(OH)2, debido al consumo de Ca++ y OH- por parte del suelo, habrá

menos de dicha sustancia para la formación de SCH cementante.

• El consumo del Ca++, OH- y OCa por parte del suelo a temprana edad,

resultará en una relación inicial (Ca / Si) y (OH- / Si) de la fase líquida baja,

lo cual llevará a un incremento de los geles de sílice de bajo poder

cementante, en desmedro de los SCH cementantes y por lo tanto en una

resistencia menor de la mezcla estabilizada, lo cual ha sido comprobado

experimentalmente.



Página 129

4.2.3 Acción de la cal en la granulometría de los suelos

La cal reacciona con los suelos arcillosos, produciendo un intercambio

iónico y una saturación del mineral arcilloso con el ión calcio. De ese modo se

altera la densidad de las cargas eléctricas que rodean la partícula de arcilla,

permitiendo que las mismas sean atraídas fuertemente unas a otras para formar

flocs, en un proceso denominado floculación. Esto trae como consecuencia una

aglomeración de las partículas de arcillas (menores de 5 micras), en conjuntos de

partículas de tamaño limo (entre 5 y 50 micras) y arena fina ( entre 50 micras y

100 micras). Por lo tanto la curva granulométrica del material se hace más gruesa.

Este proceso -conjuntamente con la disminución en la plasticidad analizada en el

apartado anteriores responsable de modificaciones de las propiedades geotéc-

nicas de los suelos arcillosos (Sherwood, 1993).

Rajasekaran et al. (1997) realizaron observaciones con microscopio elec-

trónico de barrido sobre muestras de arcillas marinas estabilizadas con cal obser-

vando la microfábrica de las mezclas, donde pudo constatarse la presencia de

grupos de flóculos cementados con productos de reacción del suelo con la cal. A

medida que la cal ingresa en las partículas de arcilla se produce la agregación de

estas en unidades mayores, con un consecuente incremento en los tamaños de

los poros. La formación de grupos de flóculos con una estructura muy abierta y

elevadas relaciones de vacíos fue claramente observada, al igual que partículas

arcillosas fusionadas y cementadas con productos estables derivados de la

reacción suelo-cal (SCH y ACH).

Basma y Tuncer (1991) observaron que una arcilla plástica cambia de CH

a ML con la adición de solo un 3% de cal hidratada. El porcentaje de material

menor de 2 micras decrece desde un 56% en la arcilla no tratada, hasta un 10%

después de 7 días de curado y hasta un 2% a los 28 días de curado.

En nuestro país, Lilli (1973) cita el ejemplo de un suelo clasificado como

HRB A7-6 (6), que después de una hora de haberse incorporado y mezclado con

3% de cal en peso, sufre una disminución en el pasante tamiz 200 de 42% a 25%,



Página 130

luego de 24 hs. a 20% y luego de 7 días a 8%. Es decir que desde el punto de

vista granulométrico pasa de arcilla a limo.

4.2.4 Acción de la cal sobre las características de compactación

La reacción entre el suelo y la cal causa una alteración de la relación

Densidad Máxima – Humedad Óptima, que es dependiente del suelo, del tiempo

de curado y de la cantidad de cal agregada (Neubauer y Thompson, 1972; Lilli,

1975; Ola, 1977; Kezdi, 1979; Little, 1995, 2000; Bell, 1996).

Mientras mayor es el porcentaje de cal agregado al suelo, mayor es la

Humedad Óptima del mismo y menor la Densidad Máxima. Este comportamiento

de los suelos ha sido referido por diversos autores que coinciden en brindar como

explicación del mismo, la floculación y formación de aglomeraciones de partículas

con vínculos suficientemente fuertes como para actuar en conjunto soportando las

cargas de compactación y generando un suelo más grueso que el inicial.

En los suelos arcillosos la cal produce una intensa floculación por el efecto

del ión calcio sobre el espesor de la doble capa de las partículas de arcilla. El

electrolito reprime la doble capa, reduciendo las fuerzas electrostáticas repulsivas

entre las partículas de arcillas, lo cual conduce a una atracción entre caras

cargadas negativamente y bordes de las partículas adyacentes con carga

positiva. Se desarrolla de ese modo una estructura de “castillo de naipes”.

La arcilla floculada es aún sensible al agua y la remoción del electrolito

llevaría a la inversión del proceso, es decir incremento del espesor de la doble

capa, aumento de las fuerzas repulsivas entre partículas, debilitamiento de los

flóculos, reducción de su tamaño y con el tiempo defloculación de la mezcla.

Diamond y Kinter (1971) verificaron experimentalmente que la remoción de

la cal de la solución contenida en los poros produce solo una baja concentración

del electrolito y que los flóculos formados inicialmente persisten y se vuelven más

estables con el tiempo. La explicación propuesta incluye la cementación casi



Página 131

instantánea con formación de aluminato tetracálcico hidratado en los bordes de

partícula y caras de partículas adyacentes para generar la estructura de castillo

de naipes y el refuerzo de esta estructura con la formación del gel de tobermorita

en las horas posteriores. La formación de estos productos cementantes en muy

pequeñas cantidades se cree que es suficiente para estabilizar los flóculos y

enlazar las partículas entre si de modo que la plasticidad, contracción e

hinchamiento son inhibidas y la arcilla es mejorada. Las partículas individuales se

hallan bastante cementadas entre ellas dentro de los flóculos, como para resistir

la dispersión y los flóculos pueden actuar como granos simples en el análisis

mecánico.

4.2.5 Resistencia a la compresión simple de mezclas suelo-cal

Uno de los parámetros más investigados en las mezclas suelo-cal es el

incremento de la resistencia a la compresión con diversos porcentajes de cal y en

función del tiempo, condiciones de curado, etc.

La acción inmediata de la cal -sin períodos de curado- trae aparejada

incrementos en la resistencia a la compresión no confinada. Por ello el suelo-cal

constituye una plataforma de trabajo muy importante para la conformación de

capas estructurales de caminos.

Diversas experiencias internacionales recogidas en el Report 5 (Transport

Research Board, 1987) han mostrado incrementos en la resistencia a la

compresión simple no confinada de 700 kPa o más, sobre la resistencia natural

del terreno, tras un período de curado de 28 días a 22º C de temperatura. La

prosecución del período de curado ha permitido llegar a incrementos de hasta

4.300 kPa. Con un curado de 75 días a 49 ºC se alcanzaron resistencias de

11.000 kPa, habiéndose observado en experiencias de campo que el suelo cal

sigue ganando resistencia por más de 10 años.

Existen muy variadas metodologías para la realización de los ensayos a la

compresión simple, presentando algunas de ellas orientaciones particulares



Página 132

debido a los materiales para los cuales han sido desarrolladas, por ej.: suelos

arcillosos. Cuando no se explicitan tales orientaciones se pueden obtener

resultados que no representan la real estabilización del suelo.

Uno de los procedimientos más utilizados es el descripto en el Manual de la

Armada y Fuerza Aérea de los Estados Unidos (ARMY TM 5-822-14 y AIR

FORCE AFJMAN 32-1019) del año 1994 que utiliza las normas ASTM D3551

para la preparación de la muestra de suelo-cal y ASTM D1557 para la

compactación y determinación de la Humedad Óptima y Densidad Máxima de la

mezcla. Para determinar el contenido de cal para estabilización de suelos se

especifican los siguientes pasos:

• Determinar un contenido inicial de cal de diseño basándose en el ensayo

de pH. (Eades et al.,1962, Eades and Grim,1966)

• Usar el contenido inicial de cal de diseño para realizar ensayos Densidad –

Humedad y determinar la Densidad Máxima y Humedad Óptima de las

mezclas suelo – cal según ASTM D1557.

• Preparar muestras triplicadas de las mezclas suelo cal para los ensayos de

compresión simple y durabilidad con el contenido inicial de cal de diseño y

a contenidos de humedad 2 y 4 % por encima y debajo de dicho valor

inicial. Si el retenido en el Tamiz Nº 4 es menor al 35% las probetas serán

de 5 cm de diámetro y 10 cm de altura y si es mayor serán de 10 cm de

diámetro por 20 cm de altura. Los especimenes son curados en un

contenedor sellado para prevenir pérdida de humedad y carbonatación a

73ºF durante 28 días o 120ºF durante 48 horas.

Como se estableció anteriormente el valor de diseño inicial de cal,

determinado mediante el pH puede arrojar valores muy por debajo de las

cantidades necesarias para la estabilización de suelos finos no plásticos.



Página 133

El Método ASTM D 5102 es uno de los más aceptados para la medición de

la resistencia a la compresión simple de mezclas de suelo-cal e incluye un

período de curado de 7 días a 40ºC y un proceso de humedecimiento por capila-

ridad de las probetas, para simular el estado más crítico de una capa de un

pavimento en servicio. Little (2000) presenta resultados de ensayos realizados

con esta metodología (Tabla 4.10), donde demuestra además, la importancia de

la humedad de moldeo en la resistencia a la compresión simple (Tabla 4.11).

Resistencia a la compresión simple (kPa) para

iguales condiciones de curado Suelo Características

sin cal con cal

D16 Limo arcilloso 145 2765 - (5% cal)

D37 Arcilla limosa 280 2980 – (5,5% cal)

B1 Arcilla muy plástica 160 2275 - (6% cal)

Tabla 4.10: Incrementos de RCS con el agregado de cal (Little, 2000)

RCS – Proctor AASHTO T 180 RCS – AASHTO

T99

Suelo 1% debajo HO HO 1% arriba HO HO

sin cal con cal sin cal con cal sin cal con cal sin cal con cal

D16 140 2458 145 2765 70 1935 105 1293

D37 225 2725 280 2980 120 2235 124 1395

B1 155 2150 160 2275 85 1820 50 1195

Tabla 4.11: Influencia de la energía y humedad de compactación en la RCS (Little,

2000)

Siguiendo el criterio de Thompson (1970) el suelo-cal será aceptable

como capa de base si la resistencia a la compresión simple supera los 1050 kPa.

El Departamento de Transporte de California (CALTRANS) requiere un valor

mínimo de 2800 kPa cuando se ensaya de acuerdo a su metodología. En las

especificaciones de la Ciudad de Denver, Colorado, se demanda un mínimo de

1200 kPa después de 7 días de curado a 38 ºC en mezclas compactadas al 95%



Página 134

de la densidad Proctor T99. El Departamento de Transporte de Texas exige un

mínimo de 350 kPa para capas de sub-base y 700 kPa para capas de base de

suelo-cal con no menos del 50% retenido en el Tamiz 40. Estos valores corres-

ponden a la metodología de ensayo de Texas que incluye cierta determinación de

la durabilidad de la mezcla, ya que se ensayan probetas de 15 cm de diámetro,

por 20 cm de altura, compactadas a la densidad máxima, con curado húmedo de

7 días a temperatura ambiente, secado al aire durante 6 horas hasta perder de

1/3 a 1/4 de la humedad de moldeo y luego sometidas a succión capilar de agua

durante 10 días previos al ensayo.

4.2.6 Autosellado de fisuras

El autosellado de fisuras (autogeneous healing) se refiere al fenómeno

mediante el cual una fisura en una capa de suelo-puzolana-cal se sella o

recementa a si misma mediante la continuidad de la reacción puzolánica en el

tiempo con la consiguiente formación de nuevos compuestos cementantes, que

llenan los nuevos espacios vacíos originados por la fisura (T.R.B. Report 37,

1976).

En ensayos de laboratorio realizados por Callahan et al. (1962) se probó

que el autosellado de fisuras tuvo lugar hasta una extensión importante, en

mezclas de cal, cenizas volantes y agregados pétreos. El mismo autor refiere

distintos casos en que este fenómeno pudo observarse en obras viales. El grado

de autosellado es dependiente de la edad a la cual la fractura ocurre, el grado de

contacto de la superficie fracturada y las condiciones de curado. Si bien no se

puede esperar que este fenómeno ocurra en grandes fisuras, el mismo es

importante para mejorar la durabilidad y resistencia a la fatiga en estas mezclas.

Las investigaciones llevadas a cabo por Thompson y Dempsey (1969)

revelaron que el autosellado de fisuras ocurrió en mezclas de suelo-cal que se

fisuraron al ser sometidas a un ensayo de congelamiento- deshielo, inmedia-

tamente después de ser compactadas y posteriormente incrementaron su

resistencia a la compresión simple como resultado del autosellado de fisuras



Página 135

producido por la reacción puzolánica. En este caso particular el congelamiento

inhibió la reacción suelo-cal que se potenció nuevamente con las condiciones

favorables de curado.

Este fenómeno de auto curado de fisuras implica una ganancia de

resistencia continua con el tiempo, incluso después de períodos de daños

ocurridos por problemas ambientales o de cargas (Little, 2000).

4.2.7 Valor Soporte de mezclas suelo –cal

El Valor Soporte determinado comúnmente por el ensayo CBR (California

Bearing Ratio) fue concebido en 1929 por los ingenieros T. Stanton y O. Porter del

Departamento de Carreteras del Estado de California para determinar la

resistencia al corte en mezclas granulares.

Este ensayo viene siendo utilizado en mezclas suelo- cal desde hace más

de 40 años, existiendo experiencias internacionales (Eades et al., 1962;

Thompson 1969; Little 1995) y en nuestro país (Alvarez y Pautasso 1964; Cabral

et al. 1964; Ruiz 1973; Lilli 1975) dada la importante referencia que significa este

dato en el diseño de las estructuras viales.

Los trabajos clásicos de Thompson del año 1969 fueron los primeros en

establecer que el tratamiento con cal de los suelos finos de Illinois producía

incrementos en el CBR independientemente del tiempo de curado y de la

reactividad del suelo. También demostró un sustancial incremento en el valor

soporte de esos suelos con elevados tiempos de curado. Little (1995) obtuvo

resultados similares sobre sedimentos de diversas partes del territorio

norteamericano.

Eades et al. (1962) trabajando sobre esquistos micaceos, arcillas plásticas

y granitos meteorizados de Virginia (EU) obtuvo incrementos en el CBR con el

tiempo de curado, de 5 a 100%, verificando la presencia de materiales puzolá-

nicos mediante difracción de rayos X y microscopía de barrido electrónico.



Página 136

Perry et al. (1996) consiguieron incrementos de valor soporte de 1.5% a

30% después de 3 días de curado en seco y 25 días de curado en húmedo, sobre

mezclas de suelos limo arcillosos con 35% a 40% de humedad natural.

En suelos que no registran actividad puzolánica la estabilización se logra

con el agregado de materiales puzolánicos naturales o artificiales y cal o cemento.

Osinubi (2000) realizó mezclas de suelos arcillosos estabilizadas con cemento y

cenizas volantes midiendo igualmente sobre ellas el CBR y registrando valores de

130 para muestras con 5% de cenizas volantes y 8% de cemento, recomendando

el uso de estas mezclas como capas de base en paquetes estructurales de

caminos.

La norma ASTM D3668–78 (1985) (Bearing Ratio of Laboratory Compacted

Soil-Lime Mixtures) especifica el procedimiento para la determinación de la capa-

cidad soporte de mezclas suelo-cal, dejando liberados los procedimientos para el

mezclado, curado, etc., según las características del diseño. La norma expresa

claramente que para mezclas suelo-cal curadas que presenten valores de CBR

superiores a 100% (implicando influencia de la cementación), el valor soporte no

constituye el método más apropiado de evaluación de la resistencia.

El CBR es considerado como una medida indirecta de la resistencia al

corte. Es un coeficiente adimensional que expresa el comportamiento del material

analizado como porcentaje de un material patrón de referencia y al que se le

asigna el valor CBR = 100. (Tabla Nº 4.12). Para su determinación se realiza la

penetración con un pistón circular de 19,35 cm2 (3” cuadradas) a una velocidad de

1,27 mm (0,05”) por minuto, de una probeta de material compactado, confinado y

embebido durante cuatro días dentro de un molde, hasta obtener una penetración

de 2,54 mm (0,1”). La condición de previo embebimiento por inmersión en agua

se efectúa a fin de llevar el material a la condición más desfavorable. Se puede

obtener de ese modo y en forma experimental la curva presión – penetración

desde 0,1 hasta 0,5 pulgadas (Figura Nº 4.3).



Página 137

Penetración (Pulgadas) Penetración (cm) Resistencia para CBR = 100% en kg/cm2

0 0 0 0,025 0,0635 35 0,05 0,127 50

0,075 0,1905 60 0,1 0,254 70 0,2 0,508 105 0,3 0,762 133 0,4 1,016 161 0,5 1,27 182

Tabla Nº 4.12 Valores correspondientes al material patrón (CBR = 100%), (Valle Rodas,

1970).

5%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

10%

20%

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Penetraciones (pulgadas)

Pre

sio

nes

(kg

/cm

2)

Figura Nº 4.3: Curvas penetración – presión características de un material granular

patrón cuyo CBR es igual a 100. (Valle Rodas, 1970)



Página 138

Las curvas CBR calculadas con las presiones estandarizadas para

penetraciones de 0,025” a 0,5” deben ser del mismo orden, si la deformabilidad

del material en estudio corresponde a un cierto porcentaje del patrón adoptado

(es decir que la curva correspondiente al 90% de CBR, resulta de multiplicar los

valores de resistencia en kg/cm2 de la curva del 100% por 0,9 y así

sucesivamente para las otras curvas, hasta la del 5%).

Esto se cumple aproximadamente en suelos y materiales granulares sin el

agregado de agentes cementantes, cuya resistencia al corte es netamente

friccional y en particular cuando se aplica la corrección por concavidad inicial

propuesta por las normas.

Resultados de CBR en mezclas suelo-cal

En el caso de mezclas de suelos cohesivos con cal, Ruiz (1973) obtuvo

curvas diferentes a las de los materiales granulares, con un cambio de curvatura

importante al nivel de la 0.1” a 0.2” de penetración, que marca un pico seguido de

deformaciones crecientes a presiones casi constantes. Este pico estaría

marcando la falla de la matriz cementada con una resistencia posterior

correspondiente a la fricción en los planos de rotura (Figura Nº 4.4).

En el caso de los suelos plásticos tratados con cal el CBR disminuye al

crecer la penetración, razón por la cual Ruiz observó que no corresponde

expresar un valor CBR calculado con la primera o segunda décima de penetración

como se hace habitualmente para los materiales granulares. Sí sería adecuado el

uso del CBR correspondiente a la quinta décima de penetración, ya que

corresponde al material residual -después de rota la matriz cementada- cuya

resistencia es friccional en estado confinado. Estas conclusiones fueron

reafirmadas con el hecho que repitiendo el ensayo de penetración previa

descarga después de la quinta penetración, los CBR obtenidos con las primeras

penetraciones del segundo ciclo son análogas a las de la cuarta o quinta

penetración del primer ciclo.



Página 139

Otra conclusión importante para estas mezclas cohesivas con cal, es que el

valor del CBR obtenido en probetas sin embeber y embebidas es muy similar,

pudiendo llegar a ser aún mayor en el último caso, ya que el suelo se encuentra

mejorado en lo que respecta a los cambios volumétricos e hinchamientos y el

tiempo de embebimiento y el agua favorecen los procesos de cementación. Para

resaltar este fenómeno se llevó a cabo la compactación de moldes con humedad

superior a la óptima observándose que se favorece la estabilización y demos-

trando la importancia del agua como vehículo para que se cumplan los procesos

de interacción entre el suelo y la cal.

100%

90%

80%

70%

60%

50%

40%

30%

5%

20%

10%

Suelo -cal

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Penetraciones (pulgadas)

Pre

sion

es (

kg/c

m2)

Figura Nº 4.4: Curva típica para materiales cementados, correspondiente a suelos

cohesivos con 4% de cal, curado 7 días, embebido 4 días, humedad óptima y

compactación AASHO T 180 (Ruiz, 1973).



Página 140

En lo que respecta al criterio de uso del CBR para el diseño de espesores

de capas estructurales de caminos, Ruiz recomendó a falta de otros elementos de

juicio, el uso del valor soporte calculado para la cuarta o quinta décima de

penetración. La ratificación de este criterio tentativo exige conocer los módulos de

deformación de las capas de suelo-cal en las condiciones reales de servicio a

corto y largo plazo, en particular los dinámicos obtenidos por métodos vibratorios.

Influencia de la actividad puzolánica en el Valor Soporte de Suelos A 4 (8)

En un estudio estadístico realizado sobre más de 150 ensayos de valor

soporte de suelos A4(8) del territorio de la Provincia de Córdoba (Quintana

Crespo 1998-b) se pudo observar la presencia de dos sub poblaciones dentro de

la muestra, sobre la base de la cual se dividió la misma en aquellos suelos con

CBR menor y mayor de 10.

El grupo de suelos con CBR menor de 10, presenta una distribución normal

con una media de 6,4%, acorde al valor medio teórico de 7% calculado con la

fórmula de Ruiz (Hervot, 1960), (IG = K * e –q (CBR) donde K = 26 y q = 0,163) para

un Índice de Grupo = 8.

El grupo de suelos con CBR mayor de 10 corresponde a aquellos suelos

en los que se producen reacciones cementicias naturales, debidas a los

componentes puzolánicos, que ya se insinúan con los 4 días de embebimiento,

elevando el valor del CBR.

Estas reacciones fueron observadas por Sánchez y otros (1968) quienes

realizaron ensayos sobre muestras con períodos de reposo de 7 a 56 días donde

se producían importantes incrementos de CBR en suelos A4 (8), con contenido de

vidrio volcánico superior al 40% y características alcalinas (pH 8 a 10) producidas

por OCa libre en el suelo. Los valores de CBR realizados con 4 días de

embebimiento se encontraban alrededor del 7%, pero después de una semana de

reposo y similar tiempo de saturación previo a la penetración, crecían hasta



Página 141

superar el 40%. Basándose en los resultados estos autores recomendaron utilizar

el 50 a 60% del CBR con 7 días de reposo, para el diseño estructural.

El fenómeno de endurecimiento tiempo-dependiente ha sido observado en

cenizas volantes con contenidos de OCa libre de alrededor del 1% (Pardo de

Santayana Carrillo, 1993). Estos materiales incrementaron su resistencia en

ensayos a 7 y 28 días, muy por encima de otras cenizas que no contienen OCa

libre, tratándose en todos los casos de la composición natural sin colocación de

aditivos (cemento portland o cal).

4.2.8 Resistencia a la compresión triaxial de mezclas suelo-cal

Los estudios llevados a cabo en ensayos triaxiales convencionales por

Thompson (1966), demostraron que el mayor efecto de la cal es producir un

incremento sustancial en la cohesión y una baja influencia en la fricción interna.

El desarrollo de la cohesión cementante se incrementa cuando la cantidad de cal

presente permite el desarrollo de las reacciones puzolánicas entre ella y las

fracciones finas reactivas del suelo.

En nuestro país, Ruiz (1973) realizó ensayos triaxiales sobre mezclas de

suelos cohesivos de tipo A6 (HRB) con cal, obteniendo resultados con amplia

dispersión para cargas de confinamiento bajas, similares a las que pueden actuar

en las condiciones de servicio de capas estructurales de caminos. Este

comportamiento se atribuye al enmascaramiento que generan la succión y el

desarrollo de presiones de poros en ensayos realizados con la humedad óptima.

Los ensayos fueron realizados con probetas cilíndricas de 7,12 cm de

diámetro y 14,25 cm de altura, compactadas dinámicamente por capas hasta la

Densidad Máxima y Humedad Óptima del Proctor AASHO T180 y curadas

durante 7 días. El ensayo de compresión triaxial se efectuó sin embebimiento

previo, con preVLRQHV� GH� FRQILQDPLHQWR� 13 igual a 0 – 35 –105 y 210 kPa,

obteniéndose las siguientes conclusiones:



Página 142

• La cal no modifica el ángulo de fricción interna del suelo cohesivo, solo

compensa en cierto grado la reducción producida por la menor densidad.

• El suelo corregido con 2% de cal acusa valores de cohesión, módulo de

deformación y resistencia a la compresión simple (13 = 0) del mismo orden

que el suelo solo.

• El suelo estabilizado con 4% desarrolla una matriz semirígida que

determina un aumento de la cohesión, resistencia a la compresión simple

y reducción de la deformabilidad bajo cargas.

• No se aprecian diferencias de importancia en el ángulo de fricción interna.

Los resultados de los ensayos triaxiales obtenidos se resumen en la Tabla

Nº 4.13.

cal %

Densidad

seca

kPa

Humedad

Óptima

(%)

Cohesión

C (kPa)

Ángulo

fricción

3º

Res. comp.

simple

�13 =0) kPa

0 17,70 16,4 361 22 1.020

2 16,99 19,0 326 17 911

4 17,09 17,9 658 19 1.250

Tabla Nº 4.13.: Resultados de ensayos triaxiales de mezclas suelos arcillosos – cal.

Curado húmedo 7 días a 23º. (Adaptado de Ruiz,1973).

En ensayos triaxiales realizados por Pardo de Santayana Carrillo (1993)

sobre cenizas volantes puzolánicas de Puertollano solas y estabilizadas con 5%

de cal y llevadas a rotura al mes de edad, se obtuvieron incrementos en la

cohesión efectiva que pasó de 0,3 kg/cm2 para la ceniza sola a 1,4 kg/cm2 para la

mezcla con cal. El ángulo de rozamiento se mantuvo en los 35º.

Little (1995) ilustró la rigidez que se observa en una arcilla de Texas

(Burleson clay), ensayada a la compresión triaxial, donde la curva tensión –

deformación muestra claramente un período elástico lineal muy corto para la



Página 143

arcilla en su estado natural y elevado para la mezcla con un 5% de cal. Figura Nº

4.5.

Figura Nº 4.5: Típica curva tensión – deformación para la arcilla de Burleson en su estado

natural y con el agregado de un 5% de cal (Little, 1995).

El ensayo de compresión triaxial permite medir el efecto de la cementación

puzolánica que deriva de la existencia de una matriz rígida, comparando el suelo

sin estabilizar y con un porcentaje de cal o cemento, determinando el módulo

elástico E que relaciona la deformación unitaria axial con el esfuerzo desviador en

el ámbito donde existe proporcionalidad entre ambos. La Tabla Nº 4.14 ilustra

valores tomados de la bibliografía sobre suelos arcillosos.

Referencia Bibliográfica Características de la mezcla E (kPa)

Ruiz, 1973 Suelo arcilloso A6(9)

Suelo + 4% cal.

650

3100

Little, 1995 Arcilla de Burleson

Arcilla + 5% de cal

500

3250

Tabla Nº 4.14: Datos de Módulo de elasticidad E para distintos tipos de suelos.

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

Deformación (%)

Esf

. Des

viad

or (

kPa)

Sin cal 5% cal


Tesis Doctoral – Ing. Enrique Quintana Crespo - Página 144 -

4.2.9 Comportamiento en condiciones dinámicas de mezclas suelo-cal

Las mezclas de suelos estabilizados con cal, se caracterizan dinámica-

mente mediante la determinación del Módulo Resiliente, a través de ensayos tales

como los de compresión triaxial con cargas pulsantes.

Un importante trabajo fue desarrollado por Angelone y Martinez (1994)

ejecutándose ensayos de mezclas de suelo-cal, de acuerdo a la Norma AASHTO

274-82, sobre probetas cilíndricas compactadas por amasado y obteniendo

ecuaciones constitutivas, dependientes del estado tensional y propios de la elas-

ticidad no lineal, del tipo:

Mr = A . 1d B . � C (4.2)

Mr = Módulo resiliente en Mpa

1d = tensor desviador en Mpa

�� = primer invariante de tensiones en Mpa

A,B,C = constantes experimentales obtenidas por regresión.

Los suelos utilizados fueron del tipo A7(6), con LL = 48%, IP = 20%,

PT200 = 98.8%, HO = 27.8%, DM = 1.47 gr/cm3., CBR = 7% y CBR emb = 5%.

En la Figura Nº 4.6 se puede observar la evolución del Mr en función de la

edad de la mezcla para un estado de tensiones 1d = 0.05 MPa ; ��= 0.14 MPa y

para los tres porcentajes de cal analizados.

Más recientemente Al-Refeai (1997) realizo determinaciones del comporta-

miento resiliente de suelos finos tratados con cal, siguiendo la Norma actualizada

AASHTO T294-92.



1

10

100

1000

10000

0 50 100 150 200Edad (días)

Mr

(MP

a)

1.5 % cal 2.5 % cal 3.5 % cal

Figura Nº 4.6: Variación del módulo resiliente Mr en función de la edad y el porcentaje

de cal (Angelone y Martinez, 1994).

Los suelos utilizados poseen las siguientes características:

Granulometría: Limo = 70% ; Arcilla = 30%

Plasticidad: LL = 38 ; IP =13

Compactación: Dmax = 15,9 ; HO% = 23.6

Gravedad Esp.: Gs = 2.73

Clasificación: HRB = A6 ; CU = ML

De acuerdo a los resultados obtenidos por este autor el Mr aumenta con el

incremento en la tensión de confinamiento y permanece constante o decrece

levemente con un incremento en el esfuerzo desviador.

En su investigación Al-Refeai utiliza un modelo desarrollado por Pezo

(1993), el cual tiene una forma muy conveniente de incluir la influencia del

esfuerzo desviador �1d) y de la tensión de confinamiento en el Mr y se expresa:

Mr = K1. 1d K2. 13

K3 (4.3)



donde K1, K2 y K3 son parámetros del modelo similares a los utilizados por

Angelone y Martinez (1994), que dependen del tipo de suelo y de su estado físico.

La Norma AASHTO T294-94 especifica la ejecución del ensayo triaxial

dinámico, sometiendo a la muestra a 16 estados tensionales. El primer estado

tensional es denominado de acondicionamiento y en él se aplican entre 500 y

1000 cargas axiales pulsantes. En cada uno de los estados tensionales restantes

se aplican 100 cargas axiales pulsantes (variables entre 14 a 69 kPa) para

presiones de confinamiento de 41, 21 y 0 kPa respectivamente. Un esfuerzo

desviador de 41 kPa es típico para las subrasantes y es el utilizado para iden-

tificar un modulo resiliente simple. Este valor de esfuerzo desviatorio es el típica-

mente usado para establecer el quiebre en la curva modulo resiliente vs. esfuerzo

desviatorio.

Dentro de los nuevos ensayos desarrollados actualmente para la

determinación del Mr se encuentra el ensayo triaxial rápido (RaTT), que está

siendo utilizado por el International Center for Aggregates Research (ICAR) y por

la Universidad de Illinois (Little, 2000). Este ensayo permite medir el desplaza-

miento radial, simultáneamente con el axial y aplicar esfuerzos pulsantes en

ambas direcciones.

El RaTT es operado neumáticamente y provee control independiente de

los esfuerzos axiales y laterales aplicados a la probeta durante el ensayo. El

diseño del hardware permite la rápida ubicación de probetas cilíndricas de 100

mm de altura por 100 mm de diámetro. La duración del ensayo es de 45 minutos.

Little (2000) presenta un sumario de resistencias compresivas y Módulos

Resilientes obtenidos en suelos con y sin cal, a través del ensayo RaTT. (Tabla

4.15.):

Tabla Nº 4.15: Resistencias y Módulos de suelos-cal. (Little, 2000).



Suelos RCS (1)

RCS (2)

RCS (3)

Mr (4)

Individual Promedio Individual Promedio Individual Promedio

266 343 NT (5)

100 (6)

217 345 NT (5)

12 (7)

LB1

217

234

343

343

NT (5)

NT (5)

882 1596 854 180 (6)

721 1092 693 85 (7)

MB1

588

728

798

1162

648

735

1274 2394 420 91 (6)

1218 1873 231 NT 5-7

HB1

840

1113

1355

1874

252

294

2835 3528 2953 225 (6)

2660 4123 3616 265 (7)

LB1-L

(3% cal) 3318

2940

3927

3857

3067

3212

3318 6188 6517 645 (6)

5600 7168 7371 665 (7)

MB1-L

(4% cal) 6727

5215

7420

6923

6692

6860

7308 8897 7994 533 (6)

7343 9369 8239 533 (7)

HB1-L

(5% cal) 7231

7294

9931

9399

7504

7917

(1) Resistencia a la compresión simple después de 7 días de curado a 40ºC. ( kPa).

(2) Resistencia a la compresión simple después de 14 días de curado a 40ºC. (kPa).

(3) Resistencia a la compresión simple después de 14 días de curado y 24 hs. de hume-

decimiento capilar (kPa).

(4) Módulo Resiliente obtenido mediante ensayo RaTT a 100 kPa después de humede-

cimiento. (Mpa).

(5) NT = muestra no ensayada (sumamente débil).

(6 y 7) Muestras sometidas a 24 y 48 horas de humedecimiento capilar previamente al

ensayo de determinación del Mr.


Tesis Doctoral – Ing. Enrique Quintana Página 148

4.3 Protocolos de ensayos de mezclas de suelo-cal.

En la Guía para Diseño de Pavimentos AASHTO 2002 se ha previsto la

inclusión de paquetes estructurales con capas de suelos estabilizados con cal.

Las propiedades de los materiales y las características de las capas de suelo-cal

han sido divididas en 4 categorías consideradas críticas para el correcto funciona-

miento de la estructura (Little, 2000):

1. Resistencia y deformaciones permanentes: la estabilización con cal

produce un incremento de la resistencia al corte, que es normalmente

medido en laboratorio mediante diversos ensayos: resistencia a la compre-

sión simple, compresión triaxial, tracción indirecta (compresión diametral),

CBR, etc. De acuerdo a los resultados obtenidos cuando se agrega cal a

un suelo reactivo, se pueden esperar resistencias del orden de los 1.400

kPa y resistencias finales superiores a los 10.000 kPa. Las deformaciones

de las capas de suelo cal, no son generalmente medidas, ya que se precisa

de ensayos muy laboriosos que se reservan para las capas más deforma-

bles de la estructura, tales como las mezclas asfálticas, de donde

dependen en mayor medida las deformaciones acumuladas de todo el

paquete estructural. Los ensayos para medición de deformaciones perma-

nentes, se realizan en celdas triaxiales, donde se aplican cargas repetidas

para simular un esfuerzo desviatorio similar al impartido por una carga en

movimiento de un eje de rodado pesado. La deformación permanente se

mide en forma continua durante el ensayo registrándose el máximo nivel de

deformación permanente alcanzado y la velocidad de deformación. El

incremento con el tiempo de la resistencia de mezclas de suelos

puzolánicos con cal, está directamente asociado con una reducción

sustancial de las deformaciones permanentes que se manifiestan por el

ahuellamiento de la estructura bajo la influencia de las cargas dinámicas

del tránsito.



2. Propiedades resilientes: definen la eficiencia en la distribución de esfuerzos

dentro de la estructura, factor fundamental dentro del modelo mecanicista-

empírico que utiliza la guía AASHTO 2002. La estabilización con cal

produce incrementos de hasta el 1.000 % del módulo resiliente con

respecto al material no tratado. Los valores de módulo resiliente obtenidos

por retrocálculo a partir de los resultados del deflectógrafo de impacto

(FWD) se ubican dentro de un rango de 210 MPa a 3500 MPa. Estos

valores se consideran adecuados para una correcta distribución de

esfuerzos, sin llegar a una excesiva rigidez y consecuente fisuración de la

capa estabilizada.

3. Fractura y fatiga: estas propiedades del suelo-cal pueden ser eficiente-

mente aproximadas basándose en la resistencia a la compresión simple y

conociendo los esfuerzos de tracción por flexión que serán inducidos a la

capa estabilizada. De este modo se puede evitar el deterioro por fatiga

debido a las cargas inducidas, asignando un espesor correcto al suelo-cal

en función de su resistencia.

4. Durabilidad: todo tipo de pavimento sufre los efectos del ambiente y cada

capa es susceptible de deteriorarse bajo las variaciones de humedad,

temperatura, etc. No obstante existen experiencias suficientes para

demostrar el buen comportamiento en el tiempo de las capas de suelo-cal.

Kelley (1976) observó un excelente comportamiento de capas estabilizadas

con cal de más de 40 años de antigüedad. Thompson y Dempsey (1969) y

Little (1995) demostraron mediante una gran cantidad de ensayos que las

pérdidas de resistencia debido a ciclos de humedecimiento y congela-

miento en suelos y agregados, disminuyen en gran proporción mediante la

estabilización con cal.

Sobre la base de las consideraciones anteriores Little (2000) propone un

protocolo de ensayos para diseño de mezclas de suelo-cal, con dos niveles

jerárquicos de ensayos, en función de la importancia de la obra para la cual se

proyecte la mezcla:



Nivel 1:

1. Clasificación de suelos y determinación del requerimiento de cal: Propone

el U.S. Air Force Soil Stabilization Index System (SSIS, 1976) para

determinar si un suelo será bien estabilizado con cal, estableciendo como

criterio que tenga un mínimo de 25% de pasante tamiz 200 y un Índice

Plástico superior a 10%. También limita el contenido de materia orgánica a

menos del 1% en peso y el porcentaje de sulfatos a 0,3%. A fin de

determinar el requerimiento de cal sugiere la utilización del ensayo de pH

(ASTM D 6276), mediante el cual se obtendría la cantidad de cal necesaria

para lograr una buena reacción puzolánica a largo plazo, que maximiza la

probabilidad de conseguir una aceptable resistencia, propiedades resilien-

tes y durabilidad de la capa estabilizada.

2. Fabricación, curado y humedecimiento de las mezclas: el proceso de

fabricación y curado en laboratorio debe tratar de representar las

condiciones de obra. La mezcla se compacta con el contenido de humedad

óptima (con una tolerancia del 1%) y las probetas se curan durante 7 días a

40ºC de temperatura en bolsas plásticas. Un corto tiempo de curado facilita

el proceso de diseño de la mezcla y la temperatura elevada asegura la

formación de los componentes cementicios puzolánicos de largo plazo.

Previamente a la realización del ensayo de compresión simple, la muestra

es sometida a humedecimiento por capilaridad durante 24 a 48 horas,

representando los cambios en las condiciones de humedad durante la vida

útil de un pavimento.

3. Determinación de resistencia y rigidez: la resistencia a la compresión

simple se determina mediante la norma ASTM D 5102. En base a ella

pueden deducirse parámetros de diseño tales como la resistencia a la

flexión, deformación potencial y rigidez (modulo resiliente).

En este nivel 1 se asumen las siguientes consideraciones para el proyecto:



• Los ensayos de pH y resistencia a la compresión simple proveen un valor

correcto del contenido óptimo de cal.

• La resistencia a la compresión simple obtenida bajo las condiciones de

compactación, curado y humedecimiento permiten obtener las propiedades

estructurales de las capas de estabilizados de suelo-cal.

• El módulo resiliente de proyecto puede ser obtenido a partir de la

resistencia a la compresión simple.

• Una razonable resistencia a la fisuración por fatiga, puede asumirse para

la capa de suelo-cal, si la resistencia a la compresión simple es al menos

ocho veces superior que el esfuerzo de tracción por flexión inducido por el

tránsito en la capa estabilizada.

• Una razonable resistencia a la deformación permanente, puede asumirse

para la capa de suelo-cal, si el esfuerzo compresivo inducido por las cargas

no excede la mitad de la resistencia a la compresión simple.

• El ensayo de tubo de succión puede suplir las evaluaciones de la

sensibilidad de la mezcla a la humedad. Usando este ensayo dentro del

Protocolo de Ensayo y Diseño de Mezclas, en el futuro se generará una

base de datos que permita la correlación de cambios en el DV con

cambios en el daño potencial por humedad.

Nivel 2

Es idéntico al Nivel 1, salvo en la determinación del Módulo Resiliente que

se mide mediante el protocolo RaTT (Rapid Triaxial Test). Este ensayo es

habitualmente usado para bases granulares y mezclas asfálticas y puede ser

convenientemente aplicado en suelos estabilizados con cal. Es un ensayo rápido,

que permite efectuar mediciones precisas y conserva el material.



4.4 Resumen del capítulo

Existe una gran cantidad de investigaciones geotécnicas desarrolladas

sobre el método de estabilización de suelos con cal. La mayoría de ellas han sido

desarrolladas sobre suelos arcillosos, considerando que los procesos físicos y

químicos de interacción del suelo con la cal ocurren exclusivamente por la

presencia de minerales arcillosos, quienes a través de su superficie específica

elevada, la forma laminar de sus partículas, la capacidad de intercambio catiónico,

etc., reaccionan adecuadamente con la cal.

Las experiencias de estabilización de suelos loéssicos con cal tanto en el

país como en el extranjero, han sido efectuadas siguiendo las normativas vigentes

que privilegian el análisis granulométrico y los límites de plasticidad como

elementos de selección de suelos, razón por la cual no se ha arribado aún a

conclusiones definitivas sobre el particular.

La etapa experimental no ha dado lugar aún, a una etapa científica que

desarrolle una teoría general abarcativa de todos los aspectos intervinientes en la

estabilización de suelos y que a través de ensayos específicos, permita predecir

el comportamiento de estas mezclas.

Existen diversos tipos de cales con características particulares que las hacen

más apropiadas para ciertas aplicaciones. En las mezclas suelo -cal resultan de

utilidad algunos componentes de la cal que serían indeseables para otros usos

como por ejemplo la albañilería.

Las reacciones que ocurren en la estabilización de suelos con cal

comprenden un conjunto de procesos físico-químicos que han sido referidos en la

literatura con los siguientes términos: Mejoramiento, Cementación y Carbonatación.

Diversos autores han coincidido que dentro de las reacciones inmediatas

entre la arcilla y la cal ocurren: adsorción física del hidróxido de calcio, reacción



casi instantánea entre las partículas de arcilla y la cal para producir aluminato

tetracálcico hidratado, formación del gel de tobermorita (SCH) y como productos

de la reacción a largo plazo aparecen: el gel de tobermorita (SCH), compuestos

del tipo SCH (I) y SCH (II) y aluminatos de calcio hidratados.

Los minerales arcillosos tratados con cal registran una disminución del

Índice Plástico debida por lo general a un incremento mayor en el Límite Plástico

que en el Límite Líquido.

La cal reacciona con los suelos arcillosos, produciendo un intercambio

iónico y una saturación del mineral arcilloso con el ión calcio. Esto trae como

consecuencia una aglomeración de las partículas de arcillas, en conjuntos de

partículas de tamaño limo y arena fina. Por lo tanto la curva granulométrica del

material se hace más gruesa.

La reacción entre el suelo y la cal causa una alteración de la relación

Densidad Máxima – Humedad Óptima, que es dependiente del suelo, del tiempo

de curado y de la cantidad de cal agregada. Mientras mayor es el porcentaje de

cal agregado al suelo, mayor es la Humedad Óptima del mismo y menor la

Densidad Máxima.

La acción inmediata de la cal trae aparejada incrementos en la resistencia

a la compresión no confinada. Diversas experiencias internacionales han

mostrado incrementos en la resistencia a la compresión simple no confinada de

700 kPa o más, sobre la resistencia natural del terreno, tras un período de curado

de 28 días a 22º C de temperatura.

Un análisis estadístico de datos recopilados de resistencia a la compresión

simple de mezclas de suelos A4 con cal, mostró la existencia de dos picos de

frecuencia en el histograma, que se corresponderían con la mayor o menor

cantidad de minerales reactivos dentro del suelo.



Cuando se realizan mezclas de suelos puzolánicos con cal existen

antecedentes de un fenómeno de autosellado de fisuras (autogeneous healing)

que no es otra cosa que el fenómeno por medio del cual una grieta se recementa

a través de un mecanismo autogenerativo

El tratamiento con cal de los suelos finos de Illinois producen incrementos

en el CBR independientemente del tiempo de curado y de la reactividad del suelo.

En suelos que no registran actividad puzolánica la estabilización se logra

con el agregado de materiales puzolánicos naturales o artificiales y cal o cemento.

Los estudios llevados a cabo en ensayos triaxiales convencionales,

demostraron que el mayor efecto de la cal es producir un incremento sustancial

en la cohesión y una baja influencia en la fricción interna. El desarrollo de la

fuerza cementante se incrementa cuando la cantidad de cal presente permite el

desarrollo de las reacciones puzolánicas entre ella y las fracciones finas reactivas

del suelo.

Las mezclas de suelos estabilizados con cal, se caracterizan dinámi-

camente mediante la determinación del Módulo Resiliente, a través de ensayos

tales como los de compresión triaxial con cargas pulsantes.

Las propiedades de los materiales y las características de las capas de

suelo-cal han sido divididas en 4 categorías consideradas críticas para el correcto

funcionamiento de una estructura vial: resistencia y deformaciones permanentes;

propiedades resilientes; fractura y fatiga y durabilidad.



CAPÍTULO 5

METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN

5.1. Sedimentos investigados

La campaña de muestreo abarcó gran parte de la unidad geográfica

denominada Llanura Pampeana de la Provincia de Córdoba.

Las muestras se agruparon en tres conjuntos en base a los criterios que se

exponen a continuación:

• Un Primer Conjunto se obtuvo mediante un muestreo de tipo general de

capas de sedimentos loésicos con contenido variable de cenizas volcánicas

y capas de cenizas volcánicas puras. Este conjunto de muestras fue tomado

con el objetivo general de caracterizarlas desde el punto de vista geotécnico,

para luego determinar la actividad puzolánica mediante los ensayos

tradicionales y verificar la aptitud de estos ensayos para el logro de los

objetivos generales de la investigación.

• A la luz de los resultados obtenidos sobre los ensayos realizados sobre el

primer conjunto de muestras, se observó la necesidad de efectuar un

muestreo detallado de una columna estratigráfica, obteniéndose un

Segundo Conjunto de muestras. Estas fueron consideradas homogéneas

desde el punto de vista de su historia geológica, granulometría y plasticidad y

en ellas se determinó la actividad puzolánica mediante una técnica de

medición de la conductividad eléctrica. El perfil analizado mostró una gran

homogeneidad en cuanto a la clasificación geotécnica de las diversas capas

que lo componen, no obstante, se observaron durante el muestreo grados de

cementación muy variables, de posible origen puzolánico, razón por la cual

se realizaron determinaciones de la mineralogía de las muestras tomadas a



fin de determinar la presencia de minerales reactivos (vidrio volcánico,

carbonatos, etc.).

• El avance de la investigación reveló que todas las muestras de sedimentos

loésicos pampeanos analizadas corresponden a una misma clase

geotécnica, razón por la cual se tomó un Tercer conjunto de muestras

formado por sedimentos cuyas características de plasticidad y granulometría

los ubican en clases geotécnicas diferentes, de manera de relacionar estas

con la actividad puzolánica determinada mediante medición de conductividad

eléctrica.

5.2 Ensayos de Laboratorio

El Primer Conjunto de muestras se identificó y clasificó desde el punto de

vista geotécnico, para posteriormente realizar los ensayos químicos, físicos y

mecánicos necesarios para definir la actividad puzolánica mediante las técnicas

tradicionales de uso en la industria cementera.

El Segundo Conjunto de muestras fue igualmente identificado geotécni-

camente para luego ser sometido a análisis mineralógicos a fin de determinar la

composición de la fracción puzolánica de los mismos y relacionarla con la actividad

puzolánica determinada mediante técnicas de medición de conduc-tividad

eléctrica.

En el Tercer Conjunto de muestras se llevó a cabo la clasificación geotécnica

de las mismas y la determinación de su actividad puzolánica obteniéndose la

relación entre esta y las propiedades índices.

Posteriormente, sobre una selección de muestras características, se realizó

la determinación de la resistencia a la compresión simple, triaxial, compactación y

valor soporte, obteniéndose la influencia de la actividad puzolánica en las

características geotécnicas de los sedimentos.



La mayoría de los ensayos fueron realizados siguiendo normas nacionales o

internacionales.

Las características estudiadas se listan a continuación:

• Composición Granulométrica

• Límites de Atterberg

• Actividad

• Superficie Específica

• Peso Específico

• Composición Química

• Actividad puzolánica con cemento portland

• Composición Mineralógica

• Determinaciones indirectas basadas en mediciones de conductividad

• Análisis químicos de cales

• Requerimiento de cal

• Compactación de mezclas suelo - cal

• Resistencia a la compresión simple de mezclas suelo - cal

• Resistencia a la compresión triaxial de mezclas suelo – cal

• Ensayos de compactación de mezclas suelo-cal

• Valor Soporte de mezclas suelo - cal

• Solicitaciones dinámicas de mezclas suelo - cal

5.2.1 Composición Granulométrica

Los análisis granulométricos se realizaron mediante tamizado por vía seca

Norma IRAM 10512 en las fracciones superiores a 74 micras (Serie Normalizada de

Tamices IRAM Nº 4, 10 y 40) y por lavado sobre el tamiz 200 de acuerdo a la

Norma IRAM 10507.



Sobre materiales considerados representativos de distintos sitios, se llevó a

cabo análisis hidrométrico. La preparación de las muestras se realizó de acuerdo a

la Norma IRAM 10515.

5.2.2 Límites de Atterberg

La determinación del Límite Líquido (IRAM 10501) y del Límite Plástico

(IRAM 10502), se efectuó sobre todas las muestras consideradas represen-tativas.

Además se efectuaron estos ensayos sobre muestras tratadas con cal con el objeto

de determinar el requerimiento de cal o porcentaje óptimo de cal para la

estabilización de estos materiales.

5.2.3 Determinación de la Superficie Específica

Comprende el método de ensayo de finura por determinación de la

superficie específica por permeametría (Método de Blaine) y sigue en líneas

generales la Norma ASTM C-204-61 -Fineness of portland cement by air

permeability apparatus). En la presente investigación los ensayos se realizaron de

acuerdo a la Norma IRAM 1623, equivalente a la anterior. Esta norma se detalla en

el Apéndice A.

La finura también puede ser determinada por tamizado húmedo, como se

establece en la norma IRAM 1621, pero el límite de finura que puede obtenerse por

este método (74 micras) está restringido en la moderna técnica de los cementos y

en muchas especificaciones es reemplazado o complementado por la

determinación de superficie específica.



5.2.4 Determinación de Peso Específico

El peso específico es la relación entre la masa de un volumen dado de

material y la masa de igual volumen de agua a una temperatura de 4ºC. Es un

parámetro dependiente de las proporciones relativas de los diversos minerales y

fragmentos líticos que se encuentran en el sedimento.

Existen diversos métodos para la determinación del peso específico que

solo difieren en detalles de procedimiento con relación a la textura del suelo,

método de preparación previa de la muestra y fluido utilizado en el ensayo. La

mayoría de las normas estipulan dos procedimientos, para suelos finos y para

suelos gruesos y agregados. Todos los sedimentos fueron analizados con la

correspondiente a suelos finos

5.2.5 Composición Química

La determinación de la composición química se llevó a cabo mediante

ensayos de Fluorescencia de Rayos X, con el objeto de ponderar la importancia

de la fracción puzolánica constituida básicamente por sílice y alúmina.

La espectrometría de fluorescencia de Rayos X se basa en la emisión de

fluorescencia, característica para cada muestra objeto del estudio, cuando es

excitada con Rayos X de características especiales y dependen del material del

ánodo del tubo de Rayos X.

La espectrometría de fluorescencia de Rayos X permite la detección de casi

todos los elementos del sistema periódico en un amplio rango de concentraciones

[desde partes por millón (ppm) hasta el 100%]. Pueden realizarse análisis

cualitativos y cuantitativos, estos últimos cuando se dispone de adecuados

patrones de calibración.



La técnica se basa en la excitación por radiación electromagnética de niveles

energéticos profundos de los átomos que componen una muestra. La

desexcitación de los átomos ionizados produce radiación característica de los

elementos presentes en la muestra. La energía de esta radiación identifica los

distintos componentes del material irradiado (análisis cualitativo) y su intensidad

permite determinar sus concentraciones respectivas (análisis cuantitativo).

El estudio de una muestra requiere de preparación previa, su tamizado por

tamiz 200 y posteriormente su colocación en un portamuestras rectangular de

vidrio. Con una barra de vidrio se presiona la muestra y se coloca en el equipo de

difracción de rayos X con el objeto de que incidan sobre la muestra los rayos X y

se obtenga un difractograma representativo de las especies minerales contenidas.

La identificación de especies minerales se realiza comparando el difractograma

con gráficas patrón en la que se identifican los rangos de difracción y

refractabilidad específica de cada mineral.

Los ensayos fueron realizados en el laboratorio de la planta que posee la

Cementera Juan Minetti SA en la provincia de Mendoza, donde existen gráficas

patrones utilizadas en los ensayos sobre las puzolanas del vulcanismo andino,

que frecuentemente se incorporan en los cementos especiales que allí se

producen.

5.2.6 Determinación de la actividad puzolánica con cemento portland

El ensayo de determinación del Índice de Puzolanicidad con cemento

portland se encuentra contenido en la Norma IRAM 1654.

Consiste en la medición de la resistencia a la compresión simple, de

probetas cilíndricas conformadas por una mezcla de arena silícea con cemento

portland y material puzolánico, tras 28 días de curado en cámara húmeda.



Se determina el Índice de Puzolanicidad (Ip), relacionando la resistencia a la

compresión simple a 28 días de la mezcla patrón (arena silícea – cemento) y de las

mezclas en la que parte del cemento es reemplazado por material puzolánico.

Ip = RCS28 mortero con puzolana / RCS28 mortero patrón * 100 (5.1)

Si el Índice de Puzolanicidad supera el 75% los materiales agregados se

consideran puzolánicos.

La mezcla patrón se confecciona con 500 gr. de cemento portland, 1500 gr.

de arena normalizada y 250 cm3 de agua para análisis. La mezcla de ensayo debe

estar constituida por 325 gr. de cemento portland, 1500 gr. de arena normal, 250

cm3 de agua para análisis y una cantidad de puzolana que se determina como

sigue:

Puz = 175 !�� (5.2)

��!1

siendo:

Puz = la cantidad de puzolana en gramos;

!�� OD�GHQVLGDG�GH�OD�SX]RODQD�� !1 = la densidad del cemento portland (según norma Iram 1624).

A los fines de la investigación se realizaron en los Laboratorios de la

Cementera Minetti S.A., dos series de ensayos utilizando una “Arena

normalizada” preparada por el Instituto de Ciencias de la Construcción “Eduardo

Torroja” en sus instalaciones, que cumple con los requisitos exigidos en las

Normas UNE 80101-91 y CEN-EN-196-1 ACI. Esta arena ha sido Certificada por

AENOR y sus características son las siguientes:

Arena silícea natural, cuyo contenido de sílice es: > 90%.

Contenido de humedad: < 0,2%



Peso neto de la bolsa: 1.350 ± 5 g.

Granulometría comprendida entre los límites que figura en la Tabla Nº 5.1:

DIMENSIONES MALLA CUADRADA,

mm

RESIDUO ACUMULADO SOBRE LOS

TAMICES, %

2,00 0

1,60 7 ± 5

1,00 33± 5

0,50 67± 5

0,16 87± 5

0,08 99± 1

Tabla Nº 5.1: Granulometría de la arena normalizada

El curado de las probetas de la mezcla patrón y de la mezcla de ensayo, se

realizó bajo las mismas condiciones, en cámara de curado a una temperatura de

23ºC durante 22 horas, con la superficie superior expuesta al aire húmedo y

protegida de las gotas de agua. Después de ese plazo, las probetas se

desmoldaron y se colocaron en un recipiente metálico, sellándose la tapa y

almacenándoselas a una temperatura de 38ºC durante 27 días. Una vez finalizado

el curado se ensayaron las probetas a la compresión, calculándose el índice de

actividad puzolánica con cemento portland mediante la siguiente expresión:

Ip = R * 100 (5.3)

R1

donde:

Ip = índice puzolanicidad con cemento portland en porciento

R = el promedio de la resistencia a la compresión de las probetas

confeccionadas con las mezclas de ensayo, ensayadas a 28 días, en

decanewton por centímetro cuadrado



R1 = el promedio de la resistencia a la compresión de las probetas

confeccionadas con la mezcla patrón, ensayadas a 28 días, en decanewton

por centímetro cuadrado.

5.2.7 Composición Mineralógica

El análisis mineralógico se llevó a cabo con el objetivo de determinar la

existencia de una fracción puzolánica, constituida por minerales de sílice no

cristalizada o débilmente cristalizada.

En los sedimentos loésicos pampeanos, esta fracción se constituye

fundamentalmente por vidrio volcánico, geles de sílice amorfa que recubren los

granos de cuarzo, feldespatos potásicos alterados y minerales arcillosos produc-

tos de la alteración de feldespatos (caolinitas y sericitas) y de los vidrios

volcánicos (montmorillonitas).

La determinación de la mineralogía de las muestras se llevó a cabo sobre

tres fracciones granulométricas, utilizando un microscopio de polarización.

Se siguió la siguiente secuencia:

• Separación de las fracciones mediante tamizado. Se obtuvieron 3

fracciones:

1. > 0,3 mm (Retenido en el Tamiz 100)

2. < 0,3 mm y > 0,074 mm (Pasante Tamiz 100 y Retenido Tamiz 200)

3. < 0,074 mm (Pasante Tamiz 200)

• Separación bajo lupa binocular de la mineralogía básica existente.

• Determinación bajo microscopio de polarización de los minerales presentes,

utilizando líquidos de inmersión con índices de refracción conocidos.

• Preparación de líquidos mediante la utilización de refractómetros conocidos,

a fin de diferenciar los vidrios volcánicos, zeolitas, foides y otros minerales

compuestos por sílice no cristalizada o ligeramente cristalizada.



• Conteo porcentual de tales minerales mediante Platina Integradora.

• Toma de microfotografías.

5.2.8.1 Determinaciones de la conductividad eléctrica

La conductividad eléctrica es un parámetro indicativo de la concentración

de iones de una solución. Mientras más sal, ácido o base tiene una solución, más

alta es su conductividad. La unidad de conductividad es Siemens/cm. La escala

para soluciones acuosas comienza con agua ultrapura con una conductividad de

0,05 µS/cm (a 25 °C). El extremo más alto de la escala lo alcanzan algunas bases

tales como las soluciones de hidróxido potásico con valores de más de 1000

mS/cm. El agua natural (agua potable o superficial) se encuentra en el rango de

100 a 1000 µS/cm aproximadamente. El agua de mar presenta valores de

conductividad alrededor de los 60 mS/cm.

La conductividad de una solución se determina mediante el uso de células

conductimétricas que constan de dos electrodos similares. La tensión alterna

aplicada a uno de los electrodos hace que los iones que se encuentran en la

solución se muevan en dirección a dicho electrodo. Mientras más iones haya en

la solución, más grande será la corriente que fluye entre los mismos. El

conductímetro calcula en base a la corriente medida y a la ley de Ohm la

conductancia de la solución y luego, tomando en cuenta los datos de la célula, la

conductividad.

La conductividad eléctrica (CE) de una disolución puede definirse como la

aptitud de ésta para transmitir la corriente eléctrica, y dependerá, además del

voltaje aplicado, del tipo, número, carga y movilidad de los iones presentes y de

la viscosidad del medio en el que éstos han de moverse. En las soluciones

acuosas y puesto que la viscosidad disminuye con la temperatura, la facilidad de

transporte iónico o conductividad aumentará a medida que se eleva la tempera-

tura.



Según la ley de Ohm, cuando se mantiene una diferencia de potencial (E),

entre dos puntos de un conductor, por éste circula una corriente eléctrica

directamente proporcional al voltaje aplicado (E) e inversamente proporcional a la

resistencia del conductor (R).

I = E / R (5.4)

En disoluciones acuosas, la resistencia es directamente proporcional a la

distancia entre electrodos (l) e inversamente proporcional a su área (A):

R = r * l / A (5.5)

Donde r se denomina resistividad específica, con unidades ohm-cm,

siendo su inversa (1/r), la llamada conductividad específica (k), con unidades

mho/cm. Actualmente se emplea la unidad del SI: siemens (S), equivalente a

mho; y para trabajar con números más manejables se emplean submúltiplos:

1 mS/cm = 1 dS/m = 1000 S/cm = 1 mmho/cm

Como la CE varía según la temperatura de medida, debe ir siempre

acompañada de la temperatura a la que se efectúa la medición, 20ºC según la

norma AFNOR o 25ºC según la norma CEE (CE a 25ºC = 1.112 x CE a 20ºC).

Cuando la medida no se realiza a esta temperatura y el conductímetro no posee

compensación automática de la misma, se usan factores de conversión para

cualquier temperatura.

Existen diversas metodologías para determinar la actividad puzolánica de

los distintos materiales – tanto naturales como industriales, mediante mediciones

de conductividad y/o resistividad.

Luxan et al. (1989) desarrolló un método rápido y sencillo, que consiste en

determinar la caída en la conductividad que ocurre en una solución saturada de

hidróxido de calcio, cuando se agrega a ella una cierta cantidad de puzolana

(rocas opalinas, tierra de diatomeas, tufas, etc.) manteniendo la misma en

agitación durante el tiempo de medición. La caída de la conductividad registrada

en el ensayo corresponde a la formación de los aluminosilicatos hidratados



insolubles, con la correspondiente disminución en la concentración de la solución.

De este modo mientras mayor es la cantidad de material formado, mayor es la

actividad de la puzolana ensayada.

Este método tiene como ventajas su rapidez, la sencillez de los equipos y

reactivos utilizados, que pueden encontrarse en cualquier laboratorio geotécnico y

la pequeña cantidad de muestra que es necesaria para su realización y se

resume en los siguientes pasos:

• Se colocan 200 mL de solución saturada de hidróxido de calcio en un frasco

de vidrio de 600 ml, provisto de un termómetro, celda de medición de

conductividad con placas de platino con termocompensador incor-porado,

conectada a un conductímetro y agitador eléctrico. Todo el conjunto es

ubicado en un baño termostático a 40º ± 1ºC, tomándose la conductividad

inicial de la solución compensada a 25º.

• Se agregan 5,00 gr. del material a ensayar, secado a 105º ± 5 ºC,

manteniendo la solución en constante agitación.

• Se mide la conductividad en los siguientes 10 minutos, registrándose la

variación (∆C) entre la conductividad inicial de la solución y el valor de

conductividad a los 2 minutos de agregado el material a ensayar.



Se obtiene una medición indirecta de la actividad puzolánica y pueden

categorizarse los materiales basándose en ella como figura en la Tabla Nº 5.2:

Categoría ∆C

Sin Actividad Puzolánica

Actividad puzolánica variable

Buena Actividad Puzolánica

∆C < 0.4 mS/cm

0.4 > ∆C < 1.2 mS/cm

∆C > 1.2 mS/cm

Tabla Nº 5.2: Categorización de los materiales sobre la base de la actividad puzolánica.

(Luxan et al.1989).

Esta metodología fue utilizada con éxito por Sugita et al. (1992, 1997) para

la evaluación de la actividad puzolánica en cenizas de cáscara de arroz obteniendo

una buena correlación entre el contenido de sílice no cristalina de las cenizas y la

variación en la conductividad eléctrica de la solución saturada de hidróxido de calcio

y cenizas.

Payá et al. (2001) realizó la evaluación de cenizas volantes con este método,

concluyendo que es necesario conocer de antemano el aporte que realiza a la

conductividad de la solución de hidróxido de calcio y cenizas volantes, la liberación

de iones por parte de estas últimas, ya que pueden originarse variaciones

importantes que enmascaren los resultados del ensayo.

Estas consideraciones fueron tenidas en cuenta a la hora de implementar los

ensayos de conductividad, tomándose diversas precauciones en la forma de

preparación de la solución, en evitar la carbonatación de la misma y con respecto a

la variación de la conductividad con la temperatura.



5.2.8.2 Implementación del ensayo de conductividad

Los ensayos realizados en el marco de esta investigación, siguieron en parte una

metodología similar a la propuesta por Luxan et al.(1989), para lo cual se utilizó un

Termoconductímetro marca Altronix, con compensación automática de

temperatura, que permite la medición de conductividad en tres rangos: 0 a 200

µS/cm ; 0 a 2000 µS/cm y 0 a 20 mS/cm. (Fotografía Nº 5.1)

Fotografía Nº 5.1: Termoconductímetro y celda de medición.

La compensación de temperatura se efectúa entre los 0º y los 100 ºC.

realizándose la medición mediante una celda de inmersión con sensor de

temperatura incorporada a la misma.

Calibración del conductímetro



La celda conductimétrica posee una constante que puede ser calibrada

mediante el ajuste de un tornillo lateral. Para ello se utilizó una solución patrón

de ClK 0,01 M cuya conductividad es de 1,28 mS/cm. Colocando la celda

conductimétrica en dicha solución, la lectura es llevada a 1,28 mS/cm mediante

el tornillo de ajuste lateral, asegurando de ese modo el correcto funcionamiento

del equipo. De esta manera se puede mantener calibrado el instrumento de

medición fijando una condición inicial para el control posterior del mismo.

Solución utilizada

Los ensayos se efectuaron utilizando una solución saturada de hidróxido

de calcio Ca(OH)2 reactivo analítico, fijándose una cantidad de alrededor de 1,6

gr de Ca(OH)2 por litro de agua destilada como el valor que permite obtener

conductividades del orden de los 7 mS/cm a 40º. Por su parte la conductividad del

agua destilada osciló entre 1 y 2,7 �6�FP��

Relación conductividad – temperatura

Dada las variaciones que se registran en la conductividad con pequeños

cambios en la temperatura de la solución (del orden de 0.5 mS/cm para

variaciones de temperatura de �0,3ºC en soluciones de HONa, según Luxan et

al.,1989) se utilizó en la investigación un termoconductímetro que compensa

automáticamente la temperatura. No obstante, se observó que existe un tiempo

de adecuación y una sensibilidad en el mecanismo de compensación del

instrumento. Por lo tanto se consideró conveniente llevar a cabo una experiencia

midiendo la conductividad en el rango de variación de temperatura a utilizar en los

ensayos (25º a 40ºC), sobre agua destilada y sobre una solución saturada de

hidróxido de calcio obteniéndose los resultados que se muestran en la Tabla Nº 5.3.

Como puede apreciarse en las tablas las variaciones son del orden de 1

µS/cm en agua destilada y 0,3 mS/cm en solución saturada de hidróxido de



calcio, para el rango de temperatura de 25º a 40º, a pesar de la compensación

que incluye el equipo utilizado.

La variación para la solución de hidróxido de calcio de 0,3 mS/cm, se ubica

en el mismo orden de magnitud que el correspondiente a la caída de

conductividad esperada para materiales inertes, razón por la cual se tomó la

precaución de mantener la celda de medición inmersa en agua destilada, a la

misma temperatura que la solución a medir y durante toda la duración del ensayo,

evitando de este modo cualquier error proveniente de esta fuente.

Esta precaución posibilitó la realización de las lecturas en forma instantánea,

con un lapso de solo unos segundos entre la colocación de la celda de medición en

la solución y la lectura del conductímetro.

Tabla Nº 5.3: Variación de la conductividad con la temperatura compensada a 25º por el equipo en distintas soluciones.

Temperatura Conductividad µS/cm

25º 3.7

28º 4.0

32º 4.3

35º 4.4

38º 4.6

Agua destilada

40º 4.7

Temperatura Conductividad mS/cm

25º 6.80

28º 6.83

30º 6.83

31º 6.75

32º 6.71

38º 6.55

Solución saturada de

Hidróxido de Calcio

40º 6.52



Relación conductividad – granulometría.

Mientras menor es el tamaño de grano del material, mayor es la disminución

que produce en la conductividad de la solución. A fin de corroborar esta relación se

utilizaron distintos materiales puzolánicos.

Los ensayos realizados sobre la muestra T058 (arenas de trituración de

toscas del Sitio 9 -Huinca Renancó), mostraron una caída de conductividad mayor

para la fracción pasante el tamiz 200 que para la pasante el tamiz 40. (Figura Nº

5.1).

4.50

5.00

5.50

6.00

6.50

7.00

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00

Tiempo (min.)

Con

duct

ivid

ad (

mS

/cm

)

PT 40 PT 200

Figura Nº 5.1: Relación conductividad – granulometría en muestras de toscas (T058).

Finalmente se llevó a cabo el mismo tipo de ensayo sobre la fracción

pasante el tamiz 200 (< 74 micras) de una muestra de loess del Sitio 1 (Perfil 1C –

M007) en condición normal y sometida a molienda. El proceso de molienda produce

la rotura de los granos incrementando la superficie específica de la muestra,

obteniéndose las curvas que se indican en la Figura Nº 5.2.



4.50

5.00

5.50

6.00

6.50

7.00

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00

Tiempo (min.)

Con

duct

ivid

ad (

mS

/cm

)

PT 200 Molida

Figura Nº 5.2: Influencia de la granulometría en la conductividad.

Curva de calibración conductividad - concentración

A fin de correlacionar la conductividad de la solución con la concentración

del hidróxido de calcio se procedió a realizar una curva de calibración, con los

datos de conductividad del Ca(HO)2 a distintas concentraciones, a una tempe-

ratura de 40 ºC. Tabla Nº 5.4, Figura Nº 5.3.

��

Molaridad (moles/l) gr/l gr/200 ml Conductividad

(mS/cm) 0.0025 0.185 0.037 0.81 0.0050 0.370 0.074 1.84 0.0075 0.555 0.111 2.62 0.0100 0.925 0.185 3.76 0.0125 0.925 0.185 4.60 0.0200 1.480 0.296 6.67

�Tabla Nº 5.4: Valores de concentración y conductividad del hidróxido de calcio a 40ºC.



r2 = 0.991

0

1

2

3

4

5

6

7

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025

Concentración (mol/l)

Con

duct

ivid

ad (

mS

/cm

)

Figura Nº 5.3: Curva de calibración conductividad - concentración

Como puede observarse en la Figura Nº 5.3 existe una relación lineal entre

la concentración y la conductividad, con lo cual puede obtenerse la primera a

partir de esta última.

Conductividad de los sedimentos en agua deionizada

Teniendo en cuenta las consideraciones de Paya et al. (2001) sobre las

posibilidades de variaciones de la conductividad debido a liberación de iones por

parte de las puzolanas -fenómeno que ocurre con las cenizas volantes ensayadas

por ese autor y que generan distorsiones en los resultados de los ensayos- se

colocaron muestras de sedimentos loésicos (M002) y cenizas volcánicas (C057)

en agua deionizada. Se realizaron mediciones de conductividad en el tiempo,

encontrándose que la conductividad inicial de 6,7 �6LHPHQV��FP�FRUUHVSRQGLHQWH�DO�DJXD�GHLRQL]DGD�SDVD�D��\��6LHPHQV� �FP�SDUD� OD�PXHVWUD�0��\�C057 respectivamente en 27 horas de medición. Por lo tanto estos valores -que

no superan el 0,2 mS/cm- no pueden generar distorsión alguna sobre los

resultados (Figura 5.4).



0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

140.00

0.00 7.00 14.00 21.00 28.00

Tiempo (horas)

Con

duct

ivid

ad (

uS/c

m)

C057 M002

Figura 5.4: Variación de la conductividad en microSiemens / cm para una suspensión de

cenizas volcánicas (C057) y sedimentos loésicos (M002) en agua deionizada.

Hidratación de las partículas de los sedimentos.

A fin de considerar si la hidratación de las partículas de los sedimentos -

que son agregados en estado seco a la solución de hidróxido de calcio- puede

generar algún aporte significativo a la marcha del ensayo, se realizó una

comparación entre el agregado de la muestra en polvo seco y previamente

hidratada con agua deionizada en partes iguales en peso (5 gr de suelo y 5 cm3

de agua deionizada), tomándose mediciones de conductividad por un plazo de

tres horas. Los valores para la muestra M002 mostraron una diferencia máxima

del 3% entre las mediciones de conductividad en mS/cm para los dos casos,

manteniéndose los valores correspondientes a la muestra hidratada siempre



ligeramente inferiores, lo que podría deberse a la pequeña variación en la

concentración de la solución que implica la hidratación previa de la muestra.

Caracterización de los materiales en base a su conductividad eléctrica.

La conductividad eléctrica de una solución de hidróxido de calcio disminuye

con el tiempo a medida que se agrega la muestra del sedimento cuya actividad

puzolánica se desea medir.

A fin de eliminar la influencia de la conductividad inicial de la solución (cuyo

valor osciló entre y 6.75 y 7.25 mS/cm para las soluciones utilizadas) y a fin de

hacer los datos comparables, es conveniente calcular la pérdida de conductividad

como relativa, de acuerdo a la siguiente expresión:

��0� ��&0 - C t / C0 ) (5.6)

donde:

0� = pérdida relativa de conductividad

C0 = conductividad inicial de la solución;

Ct = pérdida absoluta de conductividad al tiempo t para la

suspensión puzolana – hidróxido de calcio.

La curva 0 – tiempo presenta una caída inicial al agregar la muestra a la

solución donde predominan los fenómenos de adsorción de iones calcio por la

superficie de las partículas de minerales arcillosos, coloides silico aluminosos,

etc. Para los materiales estudiados por Luxan et al., (1989) estos fenómenos

ocurren en un período de tiempo de dos minutos en el cual se produce la difusión

de los iones calcio desde la solución a la superficie de las partículas y la

adsorción de los mismos por la superficie de las partículas (Villar-Cociña, 2003).

Posteriormente la velocidad de reacción esta gobernada por la difusión de los

iones calcio dentro de las partículas del material puzolánico. Diversas

investigaciones (Cabrera y Rojas, 2001; Qingge et al., 2003) han demostrado que

en esta etapa el mecanismo de la reacción puzolánica puede ser



satisfactoriamente descripto por el Modelo de Jander (1927) representado en la

ecuación (5.7) y que se basa en un control difusivo donde K es la constante de

velocidad de reacción, definida por la pendiente de la recta en un gráfico F(0) vs

tiempo.

�)�0�� >�-(1-�0�1/3]2 = K.t (5.7)

La velocidad con que es consumido el hidróxido de calcio, dependerá

fundamentalmente de la cantidad y características de los minerales reactivos,

tales como los vidrios volcánicos, feldespatoides, productos de alteración de

agregados rocosos, etc. La Figura 5.5 muestra una curva típica 0� – tiempo

realizada sobre la muestra de loess (M002), donde pueden observarse los valores

experimentales y la curva con los 0 calculados según la Ecuación de Jander. La

Figura 5.6 permite observar la función lineal de Jander donde la pendiente de la

recta corresponde a la constante de velocidad de reacción K (igual a 23.10-4 en

este caso) y donde la linealidad provee un buen criterio para demostrar que la

reacción es básicamente difusiva. El modelo de Jander se ajusta correctamente

en un intervalo de tiempo en el cual la difusión del hidróxido de calcio dentro de la

partícula puzolánica es preponderante y representada por K. El coeficiente de

determinación R2 permite establecer estadísticamente el tiempo máximo hasta el

cual el modelo de Jander es válido.



0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.00 10.00 20.00 30.00

Tiempo (horas)

Eps

ilon

0�FDOFXODGR M002

Figura 5.5: Valores experimentales de 0 y curva de Jander. Muestra M016.

F(Eps) = 0.0023 t + 0.0004

R2 = 0.9893

0.000

0.010

0.020

0.030

0.040

0.050

0.060

0.070

0.080

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00

Tiempo (horas)

F(E

ps)

Figura 5.6: Línea de regresión obtenida para la muestra de loess M016.



5.2.9 Análisis químicos de cales

Dada la importancia de conocer las características químicas de las cales,

utilizadas en esta investigación, se llevaron a cabo determinaciones de OCa Total y

OMg (según Norma IRAM 1613) y de Cal Útil Vial, expresada en OCa y Ca(OH)2

mediante el Método de la Sacarosa (Norma IRAM 1613) y el Método de la

Dirección Nacional de Vialidad (Pliego de Especificaciones Técnicas DNV. Ed.

1994, Sección K4). Ambos métodos se detallan en el Apéndice B. Los resultados

correspondientes a las cales utilizadas en la investigación se detallan en la Tabla

Nº 5.5:

Tabla Nº 5.5: Características de las cales utilizadas en la investigación.

Cales

Comerciales

OCa Total

(s/ Norma

IRAM 1613)

%

OMg

(s/ Norma

IRAM

1613) %

OCa

Total

+ OMg

%

CUV

expresada

en OCa %

CUV

expresada

en

Ca(OH)2%

CO3Ca

%

San Agustín 45,95 18,82 64,77 45,00(*) 58,99(*) 16,71(*)

El Volcan –

San Juan

46,49 18,50 64,99 45,27(*) 59,82(*) 16,66(*)

(*) CUV determinada según método DNV. (**) CUV determinada según método de la

sacarosa (Norma IRAM 1613).

5.2.10 Requerimiento de cal

Este ensayo busca determinar el mínimo porcentaje de cal que satisface la

capacidad de intercambio catiónico del suelo y que es adsorbido por el mismo, no

encontrándose disponible para la formación de compuestos cementantes mediante

la reacción puzolánica.

Se utilizó en la investigación la metodología para estabilización de suelos de

la Armada y Fuerza Aérea de los Estados Unidos (ARMY TM 5–822–14 / AIR

FORCE AFJMAN 32-1019), que consiste en agregar al suelo seco, porcentajes



variables de cal, llevando la mezcla a solución con 100 ml de agua destilada libre

de CO2. Se agita la mezcla durante 30 segundos cada 10 minutos y después de

una hora se transfiere parte de la mezcla a un vaso midiéndose el pH. El menor

porcentaje de cal con el que se logra un pH en la solución de 12.40 (pH de la cal

libre) es el porcentaje requerido para satisfacer la capacidad de absorción de cal

por intercambio iónico.

5.2.11 Compactación de mezclas suelo-cal

A fin de apreciar la influencia de la cal sobre las características de

compactación de los materiales y su evolución en el tiempo, se realizaron mezclas

de suelo-cal.

Se siguió la metodología descripta en la norma de Vialidad Nacional VN

E19-66 - Compactación de mezclas de suelo-cemento y suelo-cal, que tiene

como objeto determinar la Densidad Máxima y la Humedad Óptima de la mezcla y

que se resume a continuación: Utilización de moldes de 101.6 mm de diámetro

por 116.6 mm de altura, pisón de 2.5 kg, altura de caída 30.5 cm. Antes de ser

compactada la mezcla suelo-cal se debe mantener en cámara húmeda durante

24 horas, con una humedad de alrededor del 75% de la probable humedad

óptima. Compactar el material en 3 capas con 35 golpes por capa. Diferenciar el

ensayo con material grueso cuando retiene más del 5% en el T4 y material fino

cuando retiene menos del 5% en dicho tamiz. Preparar muestras triplicadas de la

mezcla suelo-cal para ensayos de compresión simple (Norma VN E33-67), con el

contenido de cal seleccionado anteriormente y un 2% por encima y por debajo de

dicho valor. Las muestras deben confeccionarse con la densidad y contenido de

humedad que se espera obtener en obra.



5.2.12 Ensayos de compresión simple de mezclas suelo-cal

El ensayo de compresión simple de mezclas de suelo cal se realiza

normalmente como un ensayo de rutina en las estabilizaciones de suelo con cal.

En el uso vial se procede de acuerdo a la norma de Vialidad Nacional VN E33-

67: Ensayo de compresión simple sobre mezclas de suelo – cal, que establece

los siguientes pasos:

Se prepara suficiente cantidad de material para confeccionar 3 probetas,

siguiendo las consideraciones de la Norma VN-E19 y teniendo en cuenta si el

material es grueso o fino. Se mezcla el suelo con la humedad y el porcentaje de

cal y se compacta. Se calcula la humedad de la mezcla. Se mantienen las

probetas con sus moldes en cámara húmeda por lo menos 12 horas. Luego se

quitan de sus moldes, se pesan y calculan los respectivos pesos secos, para

verificar la densidad prevista. Se colocan en cámara húmeda durante 7 días para

su curado, luego se extraen, se pesan y se calcula su humedad. Posteriormente

se encabezan las probetas con yeso dejándolo 3 horas en cámara húmeda hasta

su endurecimiento. Finalizado el período de curado en cámara húmeda se llevan

las probetas a la rotura por comprensión conforme a la norma VN-E33 verificando

que la presión aumente a razón de 1,4 kg/cm2 por segundo y registrando la carga

total en el momento de la rotura.

Este ensayo es uno de los más difundidos en la literatura (Capítulo 4) como

indicativo del grado de estabilización lograda con la cal, para lo cual se toman

referencias de la resistencia a los 7 días.



5.2.13 Ensayos de compresión triaxial de mezclas suelo-cal

Los ensayos de compresión triaxial permiten conocer la curva tensión-

deformación, la cual brinda información sobre la rigidización que se va logrando

con porcentajes crecientes de cal. De este modo puede seleccionarse el

porcentaje de cal óptimo, siendo aquel que permite una resistencia adecuada con

la menor rigidización y consecuentemente el menor riesgo de fisuración.

Se efectuaron ensayos de compresión triaxial sobre mezclas de suelos

con el 1, 3 y 5% de cal, curados a 7 días en cámara húmeda. Se utilizaron suelos

de tipo A4 sin plasticidad, a fin de eliminar la componente cohesiva reflejando de

manera clara la cementación que genera la adición de cal a estos materiales. Las

probetas de 3,50 cm de diámetro por 7 cm de altura, fueron compactadas

dinámicamente por capas hasta obtener la densidad máxima correspondiente a la

humedad óptima determinadas según ensayo de compactación realizado bajo la

norma VN E19-66. Los ensayos efectuados fueron del tipo no consolidado, no

drenado, rápido, relacionándose la presión de confinamiento con las cargas que

soportan las capas estructurales de los caminos.

5.2.14 Valor soporte de mezclas suelo cal

A fin de conocer el valor soporte de los suelos loésicos estabilizados con

cal se llevaron a cabo ensayos CBR sobre mezclas de suelos A4 (8) con 4% de

cal, a las que previamente se había definido su reactividad con la cal mediante el

ensayo de conductividad. Las mezclas fueron compactadas y curadas en

condiciones de temperatura y humedad controlada. El material fue desmoldado,

desmenuzado y pasado por el tamiz 4, realizándose el ensayo CBR (según

Norma VN E6-84 Método Dinámico I ).



5.2.15 Solicitaciones dinámicas de mezclas suelo-cal

Siendo uno de los objetivos de esta investigación la implementación de

ensayos sencillos, que puedan ser realizados en la mayoría de los laboratorios de

suelos, se experimentó con solicitaciones dinámicas sobre moldes CBR.

Con un suelo loésico cuya actividad puzolánica por conductividad ya se

había determinado, se realizó una mezcla con 3% de cal. Se obtuvo la Densidad

Máxima y Humedad Óptima. Con esos valores se compactaron varios moldes para

realizar el ensayo CBR en diversas condiciones, utilizando en todos los casos pares

de moldes de 6”, compactados con la máxima energía (5 capas, 56 golpes por

capa, pisón de 4,5 kg. y embebidos durante 4 días, previo a la penetración. Dos

moldes se confeccionaron a fin de obtener el CBR máximo en las condiciones

típicas del ensayo. El curado se realizó durante 48 horas en cámara húmeda a

50ºC. Otro par de moldes sufrieron el proceso de desmolde, desmenuzamiento y

remoldeado, a fin de obtener el CBR mínimo. De esta manera se fijó el máximo

entorno de variación de CBR que puede lograrse con la mezcla, previamente

definidas todas las condiciones relativas al ensayo. Otro par de moldes se

confeccionaron en forma similar, pero posteriormente al curado y antes de ser

embebidos, fueron fijados a una mesa de choques, donde una leva hace ascender

y deja caer al molde, bajo la acción de su propio peso más la sobrecarga, una

altura preestablecida, sometiéndoselos a una cantidad prefijada de ciclos, con una

frecuencia de 60 golpes por minuto. Los moldes fueron colocados con las mismas

sobrecargas con que fueron curados, embebidos y posteriormente ensayados. En

otro caso se rigidizó más la mezcla mediante un curado de 48 horas en cámara

húmeda a 50º y 48 horas en condiciones de temperatura y humedad ambiente.

Posteriormente fueron sometidos a 5000 ciclos y 10000 ciclos con una altura de

caída de 5 mm. El objetivo de este ensayo es reproducir el efecto de una vibración

similar a la que puede producir el paso de un vehículo, con la mezcla en estado de

confinamiento.



5.2.16 Resumen del capítulo

De acuerdo a los conocimientos geológicos previos de los sedimentos

loésicos pampeanos se obtuvieron tres conjuntos de muestras.

Se constituyó un primer conjunto de muestras conformadas por sedi-

mentos loésicos pampeanos, capas de cenizas volcánicas mezcladas con estos y

capas de cenizas volcánicas puras, un segundo conjunto de muestras

correspondiente a una columna estratigráfica puntual y un tercer conjunto, donde

las variaciones de granulometría y plasticidad permiten ubicar a los sedimentos

dentro de diferentes clases geotécnicas.

Finalmente sobre aquellas muestras consideradas representativas de los

diversos grupos encontrados y con actividad puzolánica definida por

conductimetría, se determinaron la resistencia a la compresión simple, triaxial,

características de compactación, valor soporte, etc.

Los ensayos de laboratorio incluyeron la determinación de características

propias de los materiales y de las mezclas. Se realizaron determinaciones de:

Composición Granulométrica, Límites de Atterberg, Actividad, Superficie Específica,

Peso Específico, Composición Mineralógica, Composición Química, Actividad

puzolánica con cemento portland, Determinaciones de conductividad eléctrica,

Análisis químicos de cales, Requerimiento de cal, Compactación de mezclas suelo

– cal, Resistencia a la compresión simple de mezclas suelo – cal, Resistencia a la

compresión triaxial de mezclas suelo – cal, Valor Soporte de mezclas suelo – cal, y

solicitaciones dinámicas de mezclas suelo – cal.



CAPÍTULO 6

UBICACIÓN GEOGRÁFICA Y TOMA DE MUESTRAS

6.1 Ubicación geográfica del área de estudio

El área de estudio se circunscribe a la porción del territorio provincial de

Córdoba ubicado dentro de la región denominada Llanura Pampeana.

Los sedimentos pampeanos se encuentran depositados principalmente en

dos zonas geomorfológicas:

• Planicie fluvio-eólica central, limitada al Oeste por las Sierras de Córdoba,

donde el relieve desciende suavemente desde los 600 metros s.n.m con

una pendiente predominantemente Oeste – Este, hasta algo menos de 100

metros s.n.m en la región limítrofe con Santa Fé y Buenos Aires. El paisaje

monótono se encuentra surcado por los cuatro principales ríos del territorio

provincial (Suquia, Xanaes, Ctalamochita y Chocancharava), que con su

dinámica fluvial aportan las principales variaciones geomorfológicas y

sedimentológicas del sector. Es la zona identificada por Iriondo y Kröhling

(1995) como Loess en el Mapa 2.2.

• Planicie medanosa del sur, que se extiende desde las últimas

estribaciones serranas en el Oeste hasta los límites con las provincias de

Santa Fé, Buenos Aires y La Pampa. Atravesada por el Río Quinto o

Popopis cuyo drenaje desorganizado y sus derrames generan toda una

región particular, con lagunas encadenadas y zonas inundables. Los

médanos y dunas son las características más notables de toda esta zona,

gobernada por procesos eólicos permanentes. Es la zona identificada por

Iriondo y Kröhling (1995) como Mar de Arena en el Mapa 2.2.



6.2 Sitios y características del muestreo

Conforme a la metodología de la investigación las muestras se obtuvieron

teniendo en cuenta su distribución geográfica (Mapa Nº 6.1) y agrupadas como se

explica a continuación (Tabla Nº 6.1):

Materiales Zona

Geomorfológica Conjunto Sitio Perfil

Primero 1- Ciudad de

Córdoba

1A – 1B – 1C – 1D

– 1E

Primero 2 - Despeñaderos 2A – 2B – 2C – 2D

Segundo 1- Ciudad de

Córdoba 1F

3 – Camino E52 3A – 3B – 3C

4 – Ruta 2 4A – 4B

Planicie

Fluvio-eólica central

Tercero

5 – Marcos Juárez 5A

6 – Camino E90 6A - 6B - 6C - 6D

7 – Ruta 10 7A – 7B – 7C

8 – Aº Tegua 8A

Sedimentos

loéssicos

Planicie Medanosa

del sur Tercero

9 – Villa Huidobro 9A

Tabla Nº 6.1: Cuadro de ubicación de las muestras utilizadas.

PRIMER CONJUNTO DE MUESTRAS

Sitio 1:

Caracterizado por la presencia de loess primarios y limos loéssicos

entremezclados con finas capas de cenizas volcánicas blanquecinas



Ubicación: alrededores de la Ciudad de Córdoba, terrazas del Río Suquía y

Aº La Cañada (Figura 6.1 y 6.2). Se relevaron los Perfiles 1A, 1B, 1C, 1D,1E y 1F

(Tabla Nº 6.2).

Figura Nº 6.1: Ubicación de los Perfiles correspondientes al Sitio 1 (Ciudad de

Córdoba).

Perfil 1A: ubicado sobre una pared vertical de una gran cárcava de más de

10 m. de altura, ubicada sobre el margen derecho del Aº La Cañada. Los

sedimentos loéssicos presentan algunos horizontes intermedios de arenas y

rodados, que se asemejan a los rellenos de antiguos cauces previos a la deposición

eólica. La Fotografía Nº 6.1 muestra el lugar de extracción de la muestra M006.



Figura 6.2: Ubicación de los perfiles 1 A- 1B- 1C- 1F.

Perfil 1B: ubicado sobre una pared de cárcava ubicada sobre un afluente

canalizado del Aº La Cañada, de 3,00 m. de altura, ubicada en terrenos del Parque

de la Vida, en la Ciudad de Córdoba. Bajo un horizonte orgánico superficial, se

presenta una capa uniforme de loess color pardo claro, con intercalaciones de

capas finamente laminadas de colores pardos grisáceos y amarillentos, que fueran

muestreadas para esta investigación (Fotografía Nº 6.2).

Perfil 1C: ubicado sobre una pared de cárcava de la costanera norte del Aº

La Cañada. Se trata de sedimentos loéssicos homogéneos, color pardo claro, de

3,50 m. de espesor, con intercalaciones de finas láminas color pardo claro a

blanquecinas, de las cuales se tomaron las muestras.

Perfil 1D: se encuentra sobre una pared de cárcava de una cantera de

cantos rodados y arenas ubicado sobre el margen derecho del Río Suquía a la

altura de Villa Belgrano (Córdoba).



Fotografía Nº 6.1: Lugar de extracción de la muestra M006.

Fotografía Nº 6.2: Capas finamente laminadas dentro de sedimentos loésicos.



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1 - C ó r d o b a

2 - D e s p e ñ a d e r o s

3 - C a m i n o E 5 2

4 - R u t a 2

5 - M a r c o s J u á r e z 6 - C a m i n o E 9 0 9 - A T e g u a

7 - R u t a 1 0

8 - V i l l a H u i d r o b r o

5 0 0 5 0 1 0 0 K i l o m e t r o s

� ; S i t i o s d e M u e s t r e o

Mapa Nº 6.1: Ubicación de los sitios de muestreo.



Sitio 1 Muestra Prof. Características

Perfil 1 A M001 3,5 m Limo loésico arenoso. Laminado. Pardo

amarillento a verdoso. Muy friable.

Perfil 1 A M002 4,50 m Loess arcilloso, pardo claro con

concreciones y eflorescencias.

Perfil 1 A M003

M004 6,5 m.

Loess con concreciones y eflorescencias

salinas. Pardo rojizo

Perfil 1 A M005 8,5 m. Loess con finas capas pardo claras.

Capa muy friable, erosionada en el perfil.

Perfil 1 B M006 2,5 m. Loess con finas láminas color pardo

grisáceo oscuro a amarillento claro.

Perfil 1 C

M007

M008

M009

M010

2,5 m Loess con finas láminas color pardo claro

a blanquecinas.

Perfil 1 D M011 8,00 m. Limo loésico pardo rosado. Primera capa

sobre rodados fluviales de base.

Perfil 1 D M012 9,00 m. Limo loésico pardo rosado con cuarzo.

Perfil 1 D M013 4,00 m. Limo loésico arenoso con capas de tosca

y capas pulverulentas verdosos.

Perfil 1 D M014 4,00 m. Limo loésico pardo rosado con ¿cristales

de vidrio o zeolitas?.

Perfil 1 E M015 2,00 m. Loess pulverulento. Pardo claro, muy

seco.

Tabla Nº 6.2: Descripción del muestreo realizado en el Sitio 1.

Corresponde a los sedimentos loésicos que coronan las capas fluviales

depositadas en diversos niveles de terraza del río. Sobre la columna sedimen-taria -

de más de 20,0 m. de espesor- se tomaron muestras de capas con características

macroscópicas particulares, tales como la presencia de cristales de zeolitas, etc.

Perfil 1E: ubicado sobre la pared de una cárcava de la terraza inferior del

Río Suquía a la altura del Parque General San Martín (Córdoba). Se trata de un



loess color pardo claro, de 3,00 m. de espesor, con gran cantidad de concre-ciones

calcáreas.

Sitio 2

Este sitio se seleccionó por la presencia dentro de las capas de loess de un

tipo de ceniza volcánica color verdoso, que se presenta a veces en estado puro y

otras mezclada con los sedimentos loésicos.

Ubicación: alrededores de Despeñaderos (Provincia de Córdoba), Río

Xanaes y Los Molinos. Se relevaron los perfiles 2A, 2B, 2C y 2D (Tabla Nº 6.3).

Muestra Sitio 2 Prof. Características

M034 Perfil 2 A 2,00 m Limo loésico color pardo rojizo con cenizas

volcánicas verdosas con lineamientos ocres.

M035 Perfil 2 B 2,00 m Limo loésico color pardo rojizo con cenizas

volcánicas verdosas con lineamientos ocres.

C036 Perfil 2 C 1,50 m Cenizas volcánicas color verde en sedimentos

loésicos.

C037 Perfil 2 D 2,00 m Cenizas volcánicas color verde en capas bien

definidas.


Perfil 2 A: Cantera sobre Río Xanaes. Pared de cárcava Terraza superior.

Margen Izquierdo.

Perfil 2 B: Cantera sobre Río Xanaes. Pared de cárcava Terraza inferior.

Margen Izquierdo.



Perfil 2 C: Pared de cárcava. Terraza superior. Margen izquierdo Río Los

Molinos. Fotografías Nº 6.3 y 6.4.

Fotografías Nº 6.3: Extracción de muestras en Terraza Superior Río Los Molinos.

Fotografías Nº 6.4: Detalle de las cenizas volcánicas en Terraza Superior Río Los Molinos.

Perfil 2 D: Pared de cárcava Terraza inferior. Margen derecho Río Xanaes

(en cercanía del puente vial sobre Río Xanaes en Despeñaderos.



SEGUNDO CONJUNTO DE MUESTRAS

Constituido por un muestreo detallado realizado sobre el Sitio 1, Perfil 1F

(Fotografía Nº 6.5):

Fotografía Nº 6.5: Perfil 1F constituido por sedimentos loésicos.

Perfil 1F: se ubica sobre la misma cárcava en el margen derecho del Aº

La Cañada, a 50,0 m. aguas arriba del Perfil 1 A, donde los sedimentos

depositados constituyen una columna eólica, Cuaternaria, con una estratigrafía

típica de los alrededores de la ciudad de Córdoba. Se realizó un muestreo

detallado en una columna estratigráfica (Tabla Nº 6.4), con la finalidad de estudiar

las variaciones de las propiedades geotécnicas, dentro del denominado Loess

Córdoba (Quintana Crespo, 1998), cuerpo sedimentario integrado por capas de

loess con grados de cementación variable. La columna estratigráfica tiene 12

metros de espesor y es considerado un perfil tipo para el Cordobense de la

Formación Pampeana de Frenguelli (1955), depositado entre 3000 y 1000 años

AP (según Carignano, 1996) y correspondiente a la zona denominada por Iriondo

y Kröhling, (1995) como Faja Periférica Loésica.




M016 1.00 m

M017 1,50 m

M018 2,00 m

M019 2,50 m

Loess muy inconsistente y pulverulento, fácilmente

excavable, con humedad natural muy baja, color pardo

amarillento muy claro.

M020 3,00 m

M021 3,50 m

M022 4,00 m

M023 4,50 m

Capa de tosca muy dura y consistente, con elevada

resistencia a la excavación. Sobresale en el perfil vertical.

M024 5,00 m

M025 6,00 m

M026 7,00 m

Sedimentos loésicos parcialmente cementados,

observándose finas laminas, muy claras a blanquecinas

alternado con otras más oscuras.

M027 7,50 m

M028 8,00 m

M029 8,50 m

Loess pardo rojizo, con mayor grado de humedad natural,

con abundantes eflorescencias salinas. Consistencia baja.

M030 9,00 m Loess edafizado con arcilla poliédrica, c/ hierro.

M031 10,5 m Loess con capitas arcillosas claro- oscuras.

M032 11,0 m Loess con capitas arcillosas claro- oscuras.

M033

Perfil 1F

12,0 m Loess arenoso. Blando. Húmedo. Castaño claro.

Tabla 6.4: Descripción del muestreo realizado en el Perfil 1 F.

El muestreo se realizo con facilidad en la primera capa de loess y con

extrema dificultad en los horizontes cementados. (Fotografía Nº 6.6).



Fotografía Nº 6.6: Extracción de muestras en Perfil 1 F, donde pueden

observarse las diferentes resistencias a la excavación que presentan las

capas cementadas y no cementadas.



TERCER CONJUNTO DE MUESTRAS

Sitio 3

Característico de la zona central de la Planicie fluvio-eólica, donde el

subsuelo está constituido por loess primarios.

Ubicación: entre las localidades de Carrilobo y Pozo del Molle (Provincia de

Córdoba), sobre el camino provincial E52. Se relevaron los perfiles 3A, 3B y 3C

(Tabla Nº 6.5)


M038 Perfil 3 A 1,00 m Loess color pardo claro, homogéneo.

M039 Perfil 3 B 1,00 m Loess color pardo claro, homogéneo.

M040 Perfil 3 C 1,00 m Loess color pardo claro, homogéneo.


Perfil 3 A: ubicado sobre el camino provincial E52, a 7 km. de la Localidad

de Carrilobo.

Perfil 3 B: ubicado sobre el camino provincial E52, a 8 km. de la Localidad

de Carrilobo.

Perfil 3 C: ubicado sobre el camino provincial E52, a 10 km. de la Localidad

de Carrilobo.

En todos los casos se trata de una primera capa de sedimento loésico

ubicado por debajo de un suelo orgánico de aproximadamente 0,50 a 0,80 m. de

espesor.



Sitio 4

Característico de la zona sur de la Planicie fluvio-eólica, donde el subsuelo

está constituido por loess primarios al igual que en la zona anterior, no obstante la

distancia entre ambos sitios permite prever variaciones granulométricas y de

plasticidad entre ambos.

Ubicación: entre las Localidades de Alto Alegre y Cinta (Provincia de

Córdoba), sobre la Ruta provincial Nº 2. Se relevaron los perfiles 4 A y 4 B (Tabla

Nº 6.6)


M041 Perfil 4 A 1,00 m Loess color pardo claro, homogéneo.

M042 Perfil 4 B 1,00 m Loess color pardo claro, homogéneo.


Perfil 4 A: ubicado sobre la Ruta provincial Nº 2 a 5,30 km. de la Localidad

de Alto Alegre.

Perfil 4 B: ubicado sobre la Ruta provincial Nº 2 a 10,60 km. de la Localidad

de Alto Alegre.

En todos los casos se trata del primer horizonte loésico ubicado por debajo

de un suelo orgánico de aproximadamente 0,40 a 0,70 m. de espesor.

Sitio 5

Característico de la zona este de la Planicie fluvio-eólica, donde el subsuelo

está constituido por sedimentos loésicos arcillosos, sometidos a la acción fluctuante

de la capa freática.

Ubicación: traza del desvío de tránsito pesado de la Ciudad de Marcos

Juárez (Provincia de Córdoba). Se relevó el Perfil 5 A. Tabla Nº 6.7.




A043 Perfil 5 A 0,80 m Limo loésico arcilloso, edafizado, color pardo

muy oscuro

A044 Perfil 5 A 1,80 m Limo loésico arcilloso color pardo oscuro.


Perfil 5 A: ubicado sobre traza del desvío de tránsito pesado de la Ciudad

de Marcos Juárez, en proximidades de la Ruta Nacional Nº 19.

Se trata de un perfil constituido por un primer horizonte edáfico, muy

estructurado, de 0,80 m. de espesor, que yace sobre un limo loésico arcilloso cuyo

espesor se comprobó hasta los 2,00 m. de profundidad. (Fotografía Nº 6.7).

Fotografía Nº 6.7: Perfil de suelo en los alrededores de Marcos Juárez.



En Planicie medanosa del sur

Sitio 6

Seleccionado como representativo de la zona limítrofe norte de la planicie

medanosa sur, donde el subsuelo está constituido por sedimentos loésicos

arenosos.

Ubicación: sobre el camino provincial E90 entre las Localidades de Alcira y

General Cabrera (Provincia de Córdoba). Se relevaron los Perfiles 6 A, 6 B, 6 C, 6

D. Tabla Nº 6.8.


S045 Perfil 6 A 0,50 m Limo loésico arenoso, color pardo claro, friable.

S046 Perfil 6 A 2,00 m Limo loésico arenoso, color pardo claro, friable.

S047 Perfil 6 B 0,50 m Limo loésico arenoso, color pardo claro, friable.

S048 Perfil 6 B 2,00 m Limo loésico arenoso, color pardo claro, friable.

S049 Perfil 6 C 0,50 m Limo loésico arenoso, color pardo claro, friable.

S050 Perfil 6 D 0,50 m Limo loésico arenoso, color pardo claro, friable.


Perfil 6 A: ubicado sobre el camino provincial E90 a 1,10 km. de la localidad

de General Cabrera.

Perfil 6 B: ubicado sobre el camino provincial E90 a 2,10 km. de la localidad

de General Cabrera.

Perfil 6 C: ubicado sobre el camino provincial E90 a 3,50 km. de la localidad

de General Cabrera.

Perfil 6 D: ubicado sobre el camino provincial E90 a 6,00 km. de la localidad

de General Cabrera.



Los perfiles analizados se encuentran sobre una pared vertical ubicada

sobre el costado sur del camino provincial E90 que recorre de Oeste a Este gran

parte de la zona geomorfológica en cuestión. Existe una gran homogeneidad en

todos los perfiles, los cuales se caracterizan por una primera capa con formación

incipiente de suelo vegetal, debajo de la que yace un sedimento loésico arenoso,

friable, color pardo amarillento claro.

Sitio 7

Seleccionado como representativo de la zona meridional de la planicie

medanosa sur, donde el subsuelo está constituido por sedimentos loésicos

arenosos.

Ubicación: sobre Ruta provincial Nº 10 entre la intersección con la Ruta

provincial Nº 24 y la Localidad de General Levalle (Provincia de Córdoba). Se

relevaron los Perfiles 7 A, 7 B, 7 C, 7 D. Tabla Nº 6.9.

Muestra Sitio7 Prof. Características

S051 Perfil 7 A 2,00 m Limo loésico arenoso, color pardo claro, friable

S052 Perfil 7 B 0,50 m Limo loésico arenoso, color pardo claro, friable

S053 Perfil 7 B 2,00 m Limo loésico arenoso, color pardo claro, friable

S054 Perfil 7 C 0,50 m Limo loésico arenoso, color pardo claro, friable


Perfil 7 A: ubicado sobre la Ruta provincial Nº 10, a 5,00 km. al sur de la

intersección con la Ruta provincial Nº 24.

Perfil 7 B: ubicado sobre la Ruta provincial Nº 10, a 10,00 km. al sur de la


Perfil 7 C: ubicado sobre la Ruta provincial Nº 10, a 15,00 km. al sur de la




La extracción de muestras fue realizada mediante la excavación de pozos a

cielo abierto ubicados en la zona de préstamo de la Ruta provincial Nº 2 que recorre

de Norte a Sur parte de la zona geomorfológica en cuestión. Prácticamente no

existe formación de suelo vegetal, encontrándose directamente el sedimento

loésico arenoso, friable, color pardo amarillento claro.

Sitio 8

Caracterizado por la presencia de cenizas volcánicas verdes, similares en

sus características macroscópicas a las existentes en el Sitio 2. Las mismas se

encuentran conformando una capa bien definida, intermedia entre una capa de

loess superior y sedimentos fluviales subyacentes. Presenta notables

características de alteración mineralógica con marcados colores ocres y rojizos.

Ubicación: Terraza superior del Arroyo Tegüa en las inmediaciones del

puente sobre Ruta provincial Nº 36.(Tabla Nº: 6.10).


C057 Perfil 8 A 2,50 Cenizas volcánicas color pardo verdoso a verde.


Sitio 9

Se seleccionó un extenso cuerpo de tosca, con grado de cementación

variable, incluido como una potente capa dentro de los sedimentos limo arenosos

característicos del sector. Este material se encuentra explotado comercialmente,

habiéndose realizado el muestreo sobre el material ya triturado y clasificado.(Tabla

Nº 6.11).

Ubicación: Cantera en la Localidad de Villa Huidobro (Provincia de

Córdoba).




T058 Perfil 9 A -- Toscas con cementación variable


6.3. Resumen del capítulo

El área de estudio se circunscribe a la porción del territorio provincial de

Córdoba ubicado dentro de la región denominada Llanura Pampeana. Los

sedimentos pampeanos se encuentran depositados principalmente en dos zonas

geomorfológicas: Planicie fluvio-eólica central y Planicie medanosa del sur.

Conforme a la metodología de la investigación las muestras de sedimentos

loésicos pampeanos se agruparon en tres conjuntos.

PRIMER CONJUNTO:

Sitio 1: caracterizado por la presencia de loess con intercalaciones de

cenizas volcánicas. Ubicado en los alrededores de la Ciudad de Córdoba, terrazas

del Río Suquía y Aº La Cañada. Se relevaron los Perfiles 1A, 1B, 1C, 1D y 1E.

Sitio 2: loess con ceniza volcánica color verdoso. Ubicado en las

inmediaciones de Despeñaderos (Provincia de Córdoba), Río Xanaes y Río Los

Molinos. Se relevaron los perfiles 2A, 2B, 2C y 2D.

SEGUNDO CONJUNTO:

Sitio 1: Perfil 1F (muestreo detallado).



TERCER CONJUNTO

Sitio 3: característico de la zona central de la Planicie fluvio-eólica, donde el

subsuelo está constituido por loess primarios. Ubicado entre las localidades de

Carrilobo y Pozo del Molle en la Provincia de Córdoba, sobre el camino provincial

E52. Se relevaron los perfiles 3A, 3B y 3C.

Sitio 4: característico de la zona sur de la Planicie fluvio-eólica, donde el

subsuelo está constituido por loess primarios. Ubicado entre las Localidades de

Alto Alegre y Cinta en la Provincia de Córdoba, sobre la Ruta provincial Nº 2. Se

relevaron los perfiles 4 A y 4 B.

Sitio 5: característico de la zona este de la Planicie fluvio-eólica, donde el

subsuelo está constituido por sedimentos loésicos arcillosos. Ubicado en la traza

del desvío de tránsito pesado de la Ciudad de Marcos Juárez (Provincia de

Córdoba). Se relevó el Perfil 5 A.

En la Planicie medanosa del sur se seleccionaron los siguientes sitios:

Sitio 6: seleccionado como representativo de la zona limítrofe norte de la

planicie medanosa. Ubicado sobre el camino provincial E90 entre las Localidades

de Alcira y General Cabrera en la Provincia de Córdoba. Se relevaron los Perfiles 6

A, 6 B, 6 C, 6 D.

Sitio 7: seleccionado como representativo de la zona meridional de la

planicie medanosa. Ubicado sobre Ruta provincial Nº 10 entre la intersección con la

Ruta provincial Nº 24 y la Localidad de General Levalle (Provincia de Córdoba). Se

relevaron los Perfiles 7 A, 7 B, 7 C, 7 D.



Sitio 8: caracterizado por la presencia de cenizas volcánicas verdes. Ubicado

en la Terraza superior del Arroyo Tegüa en las inmediaciones del puente sobre

Ruta provincial Nº 36.

Sitio 9: se seleccionó un extenso cuerpo de tosca, con grado de

cementación variable. Ubicado en la Localidad de Villa Huidobro (Provincia de

Córdoba).


Tesis Doctoral- Enrique Quintana Crespo - Página 205 -

CAPÍTULO 7

RESULTADOS DEL PRIMER CONJUNTO DE MUESTRAS

7.1 Introducción

Se presentan y analizan en este Capítulo los resultados obtenidos en los

diferentes ensayos del programa de investigación de laboratorio correspondiente

al Primer Conjunto de muestras extraídas de acuerdo a la metodología descripta

en el Capítulo 5.

Se seleccionó este conjunto de muestras con el objeto de iniciar el análisis

de la actividad puzolánica mediante ensayos tradicionales realizados sobre

sedimentos loésicos pampeanos (Sitio 1 - Perfiles 1A, 1B, 1C, 1D y 1E) y capas

de cenizas volcánicas mezcladas con sedimentos loésicos (Sitio 2 – Perfiles 2A,

2B, 2C y 2D).

7.2. Análisis granulométrico

El Sitio 1 (alrededores de la Ciudad de Córdoba) - Perfiles 1A, 1B, 1C y 1D

está formado por materiales con características propias de los sedimentos loésicos,

con una fracción inferior a 74 micras de 87% promedio (descartando la muestra

M001, correspondiente a una capa limo arenosa, con un 70% promedio de material

inferior a 74 micras, producida por procesos fluvio-torrenciales locales). Por su parte

en el Perfil 1E se manifiesta la influencia de las concre-ciones del loess en la

granulometría, observándose una fracción inferior a 74 micras de 62%. Tabla Nº

7.1.

Las muestras del Sitio 2 (Despeñaderos) presentan una cantidad impor-tante

de partículas de tamaño superior a 74 micras, razón por la cual se conside-ran

como limos loésicos con marcada influencia fluvial. Tabla Nº 7.1.



Sitio Perfil Nº

Muestras

PT 200

Promedio

Desv.

Est. Máx. Min.

1 1A-1B-1C-1D 11 87,5 9,3 98,0 79,4

1 1E 1 62,1 - - -

2 2 A- 2B- 2C- 2D 4 61,7 10,8 89,6 36,0

Tabla Nº 7.1: Datos estadísticos de la fracción inferior a 0,074 mm (Pasante Tamiz 200)

de los sedimentos analizados.

Los resultados detallados de los análisis granulométricos se presentan en el

Apéndice C.

7.3. Límites de Atterberg

Se determinaron los límites líquido y plástico de los materiales,

encontrándose que los valores correspondientes a los sedimentos loésicos son

homogéneos y de baja plasticidad. (Tabla Nº 7.2).

Sitio Perfil Muestra LL LP IP

1 1 A M001 18,6 16,7 1,9

1 1 A M002 30,9 25,6 5,3

1 1 B M006 24,4 19,8 4,6

1 1 C M007 24,9 23,8 1,1

1 1 D M012 30,0 27,1 2,9

1 1 E M015 23,9 21,1 2,8

2 2 C C036 Sin plasticidad

Tabla Nº 7.2: Resultados correspondientes a la plasticidad de las muestras.



7.4. Clasificación Unificada y del HRB (Highway Research Board)

Sobre la base de los resultados del análisis granulométrico y límites de

plasticidad de los suelos se realizó la clasificación de los sedimentos de acuerdo a

dos de las clasificaciones más utilizadas en geotecnia (Clasificación Unificada y del

H.R.B.). Los resultados se muestran en la Tabla Nº 7.3.

Sitio Perfil Muestra CU HRB

1 1 A M001 ML A4 (6)

1 1 A M002 ML A4 (8)

1 1 B M006 ML A4 (8)

1 1 C M007 ML A4 (8)

1 1 D M012 ML A4 (8)

1 1 E M015 ML A4 (8)

2 2 C C036 ML A4 (8)

Tabla Nº 7.3: Clasificación Unificada y del H.R.B. correspondiente a las muestras.

Como puede apreciarse en ambas clasificaciones tanto los sedimentos

loésicos como los distintos tipos de cenizas volcánicas se integran en clases

correspondientes a limos (ML / A4). Conforme a los criterios en que se basan

estas clasificaciones, sería de esperar -en un primer acercamiento- un

comportamiento geotécnico similar para los materiales de una misma clase.

7.5. Análisis Químicos

Los materiales puzolánicos deben poseer una cantidad importante de sílice y

alúmina, como punto de partida para luego determinar el porcentaje de estos

materiales que se encuentra en estado de potencial reactividad, por sus

características de cristalización (estado amorfo o débilmente cristalizado).

Como se sabe la fuerte proporción de sílice y alúmina es producida tanto por



los componentes vítreos, como por los cristalinos (cuarzo, feldespatos y silicatos en

general), pero es la fase vítrea o débilmente cristalizada la que más aporta para la

reacción puzolánica, pudiendo considerarse inerte a la sílice cristalina (salvo en

partículas de cuarzo finamente molidas con superficies espe-cíficas superiores a los

10.000 cm2/gr, según las recientes determinaciones de Benezet et al., 2000).

En todas las muestras el porcentaje de sílice más alúmina oscila alrededor

del 75%, con lo cual se verifica el carácter ácido de estos materiales, condición

indispensable para ser considerados puzolánicos (Largent R., 1978).

Los sedimentos loésicos presentan una gran similitud en los resultados

como consecuencia de su mineralogía conformada principalmente por silicatos,

aluminosilicatos y vidrio volcánico (Tabla Nº 7.4).

Los resultados completos de los ensayos químicos se presentan en el

Apéndice C.

7.6. Superficie Específica

Como se comentó en el capítulo correspondiente a las reacciones puzo-

lánicas, la superficie específica de las partículas es una de las variables que

conjuntamente con la cantidad de sílice y el grado de cristalinidad de la misma,

determinan la actividad puzolánica de los materiales.

Los valores obtenidos para los materiales investigados, muestran que los

sedimentos loésicos en su estado natural (Sitio 1 – Perfiles 1A – 1B - 1C – 1D y

1E y Sitio 2) presentan un valor medio de 2.400 cm2/gr BLAINE, con un mínimo

de 1.200 y un máximo de 4.450 cm2/gr BLAINE.



Sitio - Perfil Muestra Tipo %SiO2 %Al2O3 %SiO2+%Al2O3

1A M001 63,05 13,00 76,05

1A M002 62,28 12,64 74,92

1A M003 61,68 13,48 75,16

1A M004 60,85 12,93 73,78

1B M006 60,26 13,85 74,11

1C M007 61,55 13,88 75,43

1C M008 63,32 13,89 77,21

1C M009 62,40 13,39 75,79

1C M010 61,40 13,51 74,91

1D M011 59,11 13,03 72,14

1D M012 63,09 13,31 76,40

1D M013 62,34 13,81 76,15

1D M014 62,43 13,65 76,08

1D M015

Sed

imen

tos

Loés

icos

Pam

pean

os

61,14 12,23 73,37

2A M034 63,06 13,66 76,72

2B M035 62,04 12,87 74,91

2C C036 63,48 13,19 76,67

2D M037 Sed

imen

tos

con

ceni

zas

volc

ánic

as

65,64 12,62 78,26

Tabla Nº 7.4: Porcentajes sílice y alúmina de las muestras analizadas.

Casi un 25% de las muestras analizadas supera el valor de 3000 cm2/gr

BLAINE, exigido por la Norma IRAM 1668, para su utilización en la fabricación de



cemento portland puzolánico. El 41% de las muestras presentó valores entre 3.000

y 2.000 cm2/gr BLAINE y el 36% inferiores a 2.000 cm2/gr BLAINE.

Los resultados de los ensayos de superficie específica en su estado

natural y molido a más de 3.000 cm2/gr BLAINE, se muestran en la Tabla 7.5.

7.7. Peso Específico

En los loess y limos analizados los valores de peso específico se

encuentran dentro del siguiente rango: 24,6 – 26,8 kN/m3, con un promedio de

25,9 kN/m3 (Tabla Nº 7.6), que se corresponde bien con los valores obtenidos

para sedimentos loésicos de otras partes del mundo y del país. Estos valores no

permiten realizar mayores diferenciaciones de los sedimentos, ya que todos se

encuentran ligeramente por encima de 23,7 kN/m3 que es el límite asignado para

diferenciar vidrios volcánicos, de minerales livianos (cuarzo, feldespato, etc.)

según Ortiz Ramis (1992) y Karlsson (1993).

7.8. Determinación de Actividad Puzolánica con Cemento Portland

Los ensayos se realizaron según la Norma IRAM 1654 debiendo molerse el

material a fin de lograr superficies específicas superiores a 3000 cm2/gr BLAINE.

Los resultados se muestran en la Tabla Nº 7.7.

En cuanto a las capas de sedimentos loésicos (Sitio 1), sobre 14 muestras

analizadas solo el 14% supera el 75% solicitado por la norma, pero el 57%

presenta valores muy cercanos (entre 70 y 75%), con lo cual se confirma la

puzolanicidad moderada de los mismos, que si bien no alcanza para cumpli-

mentar las exigencias de las normativas de la industria del cemento, no debe ser

descartada en el análisis del comportamiento geotécnico de estos materiales.

En cuanto a los sedimentos del Sitio 2 si bien no alcanzan el mínimo

exigido en la Norma, se encuentran muy cerca del mismo.



Sitio Perfil Tipo Muestras SEB

natural

SEB

final

1 1 A M001 1495 3825

1 1 A M002 2000 3933

1 1 A M003 2091 3741

1 1 A M004 2176 3986

1 1 B M006 4353 4159

1 1 C M007 1707 3688

1 1 C M008 2189 3805

1 1 C M009 2533 4155

1 1 C M010 3879 4248

1 1 D M011 4448 4525

1 1 D M012 1459 4077

1 1 D M013 2176 4116

1 1 D M014 1487 3995

1 1E

Sed

imen

tos

Loés

icos

Pam

pean

os

M015 1200 3946

2 2 A M034 1589 4161

2 2 B M035 3324 4056

2 2 D M037 2615 4287

2 2 C Sed

imen

tos

con

ceni

zas

volc

ánic

as

C036 2367 4549

Tabla Nº 7.5 : Determinación de la superficie específica Blaine.



S

itio Perfil Denominación Muestras

P . E.

(kN/m3)

1 1 A M001 26,8

1 1 A M002 26,5

1 1 A M003 26,3

1 1 A M004 26,2

1 1 B M006 25,7

1 1 C M007 24,6

1 1 C M008 25,7

1 1 C M009 26,0

1 1 C M010 25,6

1 1 D M011 25,9

1 1 D M012 25,9

1 1 D M013 25,9

1 1 D M014 26,2

1 1E

Sed

imen

tos

Loés

icos

Pam

pean

os

M015 26,0

2 2 A M034 26,5

2 2 B M035 26,2

2 2 D M037 26,6

2 2 C

Loes

s co

n

Cen

izas

Vol

cáni

cas

C036 25,6

Tabla Nº 7.6: Peso específico de los sedimentos analizados.



Sitio - Perfil Muestra Tipo

Resistencia

28 días

(DN/cm2)

Índice

Puzolanicidad

1A M001 259 67,1

1A M002 295 76,5

1A M003 272 70,4

1A M004 294 76,2

1B M006 278 72,0

1C M007 282 73,1

1C M008 246 63,7

1C M009 288 74,6

1C M010 311 80,5

1D M011 287 74,3

1D M012 266 68,9

1D M013 281 72,7

1D M014 254 65,7

1D M015

Sed

imen

tos

Loés

icos

Pam

pean

os

272 70,5

2A M034 248 64,3

2B M035 257 66,5

2C C036 285 73,8

2D M037 Sed

imen

tos

con

ceni

zas

volc

ánic

as

238 61,6

Tabla Nº 7.7: Índice de Puzolanicidad de los sedimentos investigados



7.9. Conclusiones respecto al Primer Conjunto de muestras

En base a los ensayos geotécnicos de identificación (análisis granulo-

métricos y de límites de Atterberg) se estableció que las muestras se incluyen

dentro de una misma clase geotécnica tanto para la Clasificación Unificada (ML)

como para la del H.R.B. (A4).

Los análisis químicos de todos los materiales arrojaron valores de sílice y

alúmina elevados, confirmando la existencia de estos elementos fundamentales

para la ocurrencia de la reacción puzolánica.

Las superficies específicas de los materiales en su condición natural

muestran variaciones que oscilan entre 1.200 y 4.450 cm2/gr BLAINE. Un 25% de

las muestras analizadas supera el valor de 3000 cm2/gr BLAINE, exigido por la

Norma IRAM 1668, para su utilización en la fabricación de cemento portland

puzolánico. Es en esas muestras donde se dan las condiciones para una reacción

puzolánica natural o en el marco de una estabilización con cal. Para el resto de los

materiales analizados debería procederse a una molienda previa para su uso en la

industria del cemento, no obstante una menor actividad puzolánica en el estado

natural influye igualmente en las propiedades geotéc-nicas de estos materiales.

En cuanto a las capas de sedimentos loésicos del Sitio 1, donde se analizó

la actividad puzolánica con cemento portland, sobre 14 muestras analizadas solo

el 14% supera el 75% de resistencia respecto al mortero patrón solicitado por la

Norma, pero el 57% presenta valores muy cercanos (entre 70 y 75%), con lo cual

se confirma la puzolanicidad moderada de los mismos, que si bien no alcanza

para cumplimentar las exigencias de las normativas de la industria del cemento,

no debe ser descartada en el análisis del comportamiento geotécnico de estos

materiales. Este ensayo está orientado al control de calidad de puzolanas para

uso industrial, para lo cual el material debe presentar una superficie específica

requerida que supere los 3000 cm2/gr BLAINE. Como los sedimentos loésicos

pampeanos no cumplen este requisito en más del 75% de los casos, los



resultados del ensayo no representan la condición natural de los mismos,

razón por la cual se decidió continuar la investigación utilizando el ensayo de

determinación de la actividad puzolánica por conductimetría.

Los resultados de los ensayos y técnicas tradicionales de la industria del

cemento realizados sobre este Primer Conjunto de muestras permitieron la

comprobación de la existencia de la reacción puzolánica en los sedimentos

loésicos pampeanos, lo cual constituye uno de los objetivos de la presente

investigación.


El Primer Conjunto de muestras se seleccionó con el objeto de realizar el

análisis de la actividad puzolánica mediante ensayos tradicionales de: sedimentos

loésicos pampeanos (Sitio 1 - Perfiles 1A, 1B, 1C, 1D y 1E) y capas de cenizas

volcánicas mezcladas con sedimentos loésicos (Sitio 2 – Perfiles 2A, 2B, 2C y

2D).

Los análisis granulométricos correspondientes al Sitio 1 (alrededores de la

Ciudad de Córdoba) - Perfiles 1A, 1B, 1C y 1D mostraron una fracción inferior a 74

micras de 87% en promedio (descartando la muestra M001, correspondiente a una

capa limo arenosa, con un 70% promedio de material inferior a 74 micras,

producida por procesos fluvio-torrenciales locales). Por su parte en el Perfil 1E se

manifiesta la influencia de las concreciones del loess en la granulometría,

observándose una fracción inferior a 74 micras de 62%. Las muestras del Sitio 2

(Despeñaderos) presentan una cantidad importante de partículas de tamaño

superior a 74 micras, razón por la cual se consideran como limos loésicos con

marcada influencia fluvial.

Los índices de plasticidad de los sedimentos revelaron valores bajos y

homogéneos a lo largo de todos los perfiles analizados.



Las clasificaciones Unificada y del HRB revelaron que tanto los sedimentos



estas clasificaciones, sería de esperar -en un primer acercamiento- un

comportamiento geotécnico similar para los materiales de una misma clase.

El análisis químico realizado en todas las muestras reveló el

porcentaje de sílice más alúmina oscila alrededor del 75%, con lo cual se

verifica el carácter ácido de estos materiales, condición indispensable para

ser considerados puzolánicos (Largent R., 1978). Se observó una gran

similitud en los resultados como consecuencia de la mineralogía predominante en

los sedimentos analizados, conformada principalmente por silicatos,

aluminosilicatos y vidrio volcánico.

El ensayo de superficie específica arrojó valores para los sedimentos

loésicos en su estado natural (Sitio 1 – Perfiles 1A – 1B - 1C – 1D y 1E y Sitio 2) de

2.400 cm2/gr BLAINE en promedio, con un mínimo de 1.200 y un máximo de 4.450

cm2/gr BLAINE. Casi un 25% de las muestras analizadas supera el valor de

3000 cm2/gr BLAINE, exigido por la Norma IRAM 1668, para su utilización en la

fabricación de cemento portland puzolánico. El 41% de las muestras presentó

valores entre 3.000 y 2.000 cm2/gr BLAINE y el 36% inferiores a 2.000 cm2/gr

BLAINE.

En los loess y limos analizados los valores de peso específico se

encuentran dentro del siguiente rango: 24,6 – 26,8 kN/m3, con un promedio de

25,9 kN/m3 que se corresponde bien con los valores obtenidos para sedimentos

loésicos de otras partes del mundo y del país. Estos valores no permiten realizar

mayores diferenciaciones de los sedimentos, ya que todos se encuentran

ligeramente por encima de 23,7 kN/m3 que es el límite asignado para diferenciar

vidrios volcánicos, de minerales livianos (cuarzo, feldespato, etc.) según Ortiz



Ramis (1992) y Karlsson (1993).

La determinación de actividad puzolánica con cemento portland efectuada

sobre sedimentos loésicos (Sitio 1), mostró que sobre 14 muestras analizadas

solo el 14% supera el 75% solicitado por la norma, pero el 57% presenta valores

muy cercanos (entre 70 y 75%), con lo cual se confirma la puzolanicidad

moderada de los mismos, que si bien no alcanza para cumplimentar las

exigencias de las normativas de la industria del cemento, no debe ser descartada

en el análisis del comportamiento geotécnico de estos materiales. En cuanto a los

sedimentos del Sitio 2 si bien no alcanzan el mínimo exigido en la Norma, se

encuentran muy cerca del mismo. Como los sedimentos loésicos pampeanos

no poseen en más del 75% de los casos una superficie específica superior a

los 3000 cm2/gr Blaine, los mismos deben ser molidos, razón por la cual los

resultados del ensayo de determinación de actividad puzolánica con cemento

portland no representan la condición natural de los mismos. Por ello se

decidió continuar la investigación utilizando el ensayo de determinación de la

actividad puzolánica por conductimetría.

Los resultados de los ensayos y técnicas tradicionales de la industria del

cemento realizados sobre este Primer Conjunto de muestras permitieron la

comprobación de la existencia de la reacción puzolánica en los sedimentos

loésicos pampeanos, lo cual constituye uno de los objetivos de la presente

investigación.



CAPÍTULO 8

RESULTADOS DEL SEGUNDO CONJUNTO DE MUESTRAS

8.1. Introducción

Mediante el análisis del Primer Conjunto de muestras se demostró la

existencia de actividad puzolánica en los sedimentos loésicos pampeanos, que-

dando en evidencia que los mismos poseen una composición homogénea en los

porcentajes de sílice y alúmina. Estos resultados nos llevan a inferir que el factor

influyente en la presencia de capas naturales cementadas debe ser el grado de

cristalinidad de los compuestos silico-aluminosos.

Es por ello que se seleccionó un sitio geológico conformado en un único

período de tiempo y donde las condiciones de la sedimentación pueden consi-

derarse acotadas, a fin de realizar un muestreo detallado y sistemático que

conforma el Segundo Conjunto de muestras. El sitio elegido fue una columna

estratigráfica del Sitio 1 (Perfil 1F), constituida por materiales correspondientes al

loess Cordobense -depositado según Carignano (1996) entre 1000 y 3000 años

AP(antes del presente) y donde se observa un grado de cementación puzolánica

muy variable en las diversas capas que la constituyen, siendo algunas de ellas

totalmente friables y otras altamente cementadas.

Sobre estas muestras se procedió a determinar el grado de cristalinidad de

los compuestos de sílice y alumina. Para ello se eligió la vía del análisis

mineralógico a fin de obtener la cantidad de vidrio volcánico, principal fuente de

sílice amorfa en estos sedimentos. Paralelamente se determinó la actividad

puzolánica por conductimetría, obteniéndose de este modo un conjunto de pará-

metros, cuyo análisis revela en mayor profundidad la reacción puzolánica.



En la Fotografía 8.1 puede observarse el Perfil 1F, identificándose en él

diversas capas que lo constituyen y donde la dificultad para la extracción de las

muestras inalteradas, es una expresión del grado de cementación natural

alcanzado por cada una de ellas.

Fotografía 8.1: Muestreo realizado sobre la parte superior del Perfil 1F del Sitio 1.



8.2. Análisis granulométrico.

El Perfil 1F seleccionado para la realización de un muestreo detallado revela

una gran homogeneidad granulométrica con un 95,2% promedio de PT200. Tabla

Nº 8.1. Los resultados detallados de los análisis granulométricos se presentan en el

Apéndice C.

Sitio Perfil Nº

Muestras

PT 200

Promedio

Desv.

Est. Máx. Min.

1 1F 12 95,2 8,4 100,0 82,2

Tabla Nº 8.1: Datos estadísticos de la fracción inferior a los 74 mm de los sedimentos

loésicos analizados.

La existencia de una fracción pasante tamiz 200 tan elevada llevó a la

necesidad de conocer la composición granulométrica de la fracción fina, realizán-

dose para ello análisis hidrométricos. Tabla Nº 8.2 y Figura Nº 8.1

Se realizó la separación de las fracciones granulométrica conforme a los

límites de tamaño de partículas establecidos por ASTM y U. S. Public Roads

$GPLQLVWUDWLRQ� �$UFLOOD�� - Limos 5-��–�$UHQDV��-2 mm). Es importante

resaltar que la curva granulométrica presenta una elevada pendiente entre 74

micras (PT200) y 50 micras -límite utilizado para separar arenas de limos- razón

por la cual existen marcadas diferencias entre ambos valores.

Como era de esperar en estos materiales existe una fracción limosa

predominante, con cantidades variables de arena y arcilla. La fracción arcillosa se

encuentra escasamente representada, coincidiendo con la baja plasticidad de los

sedimentos.



Sitio Perfil Muestra % arena % limo % arcilla

1 1 F M016 35 61 4

1 1 F M017 16 73 11

1 1 F M018 19 72 9

1 1 F M019 26 65 9

1 1 F M021 35 54 11

1 1 F M023 40 41 19

1 1 F M025 25 56 19

1 1 F M026 23 58 19

1 1 F M028 30 61 9

1 1 F M031 27 67 6

1 1 F M032 27 63 10

1 1 F M033 20 74 6

Tabla Nº 8.2: Fracciones granulométricas de los sedimentos analizados.

Figura Nº 8.1: Curvas granulométricas Sitio 1 – Perfil 1F.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.0010.0100.1001.00010.000

Diámetro de las partículas [mm]

% P

asa




Los valores de plasticidad se analizaron sobre muestras consideradas

representativas de las capas identificadas, observándose una similitud con respecto

a los otros perfiles del Sitio 1 analizados en el Primer Conjunto de muestras. Los

sedimentos pueden considerarse como no plásticos en la parte superior del perfil y

con una plasticidad moderada a medida que se profundiza el mismo. Tabla Nº 8.3.

Sitio 1 Muestra Prof. (m) LL LP IP

1 F M016 1,00 Sin plasticidad


1 F M018 2,00 24,8 23 1,8


1 F M021 3,50 27,0 22,9 4,1

1 F M025 6,00 27,6 21,9 5,7

1 F M026 7,00 25,2 23,0 2,2


1 F M031 10,50 28,6 23,6 5,0

1 F M032 11,00 28,6 25,0 3,6

1 F M033 12,00 28,2 22,9 5,3

Tabla Nº 8.3: Límites de Atterberg correspondientes al Perfil 1F.

8.4. Actividad

De acuerdo a los valores obtenidos, los sedimentos pampeanos que

muestran alguna plasticidad, pueden ser considerados como de Actividad Mode-

rada a Inactiva según Skempton (1953). Tabla Nº 8.4.

Estos valores se corresponden bien con las actividades determinadas para

distintos tipos de arcillas, Tabla Nº 8.5. (Mitchel, 1976), teniendo en cuenta que

en la zona de estudio la preponderancia de la Illita sobre otros minerales

arcillosos es elevada.



Sitio Perfil Muestra Índice Plástico % Arcilla Actividad

1 1 F M018 1,8 9 0,20

1 1 F M021 4,1 11 0,37

1 1 F M025 5,7 19 0,30

1 1 F M026 2,2 19 0,12

1 1 F M031 5,0 6 0,83

1 1 F M032 3,6 10 0,36

1 1 F M033 5,3 6 0,88

Tabla Nº 8.4: Actividades de los sedimentos analizados.

MINERAL ARCILLOSO ACTIVIDAD

Montmorillonita 1 – 7

Illita 0.5 – 1

Caolinita 0.5

Halloysita 0.5 – 0.1

Tabla Nº 8.5: Actividad de diversos minerales arcillosos (según Mitchel, 1976)

8.5. Clasificación Unificada y del HRB (Highway Research Board)

En forma similar a la clasificación del Primer Conjunto de muestras, este

Segundo Conjunto muestra una homogeneidad que los incluye como ML para la

Clasificación Unificada y A4(8) para la del H.R.B. Tabla Nº 8.6.




1 1 F M016 ML A4 (8)

1 1 F M017 ML A4 (8)

1 1 F M018 ML A4 (8)

1 1 F M019 ML A4 (8)

1 1 F M021 ML A4 (8)

1 1 F M025 ML A4 (8)

1 1 F M026 ML A4 (8)

1 1 F M028 ML A4 (8)

1 1 F M031 ML A4 (8)

1 1 F M032 ML A4 (8)

1 1 F M033 ML A4 (8)

Tabla Nº 8.6: Clasificaciones de suelos correspondientes al Perfil 1F.

8.6. Análisis Mineralógico

El análisis mineralógico fue llevado a cabo sobre las fracciones granulo-

métricas preponderantes en los sedimentos loésicos, mediante microscopia óptica.

Se seleccionaron tres fracciones granulométricas: Retenido en el Tamiz 100

(>0,149 mm); Pasante Tamiz 100 - Ret. Tamiz 200 (0,149 mm- 0,074 mm) y

Pasante Tamiz 200 (<0,074 mm). Las fracciones 1 y 2 presentan una mineralogía

muy similar a la fracción 3, con algunas variaciones en el porcentaje de vidrio y de

carbonatos, como así también en la alteración de los feldespatos (diversos

porcentajes de caolín y sericita). El vidrio volcánico es ácido, con índices de

refracción muy bajos y estructura planar. En los minerales livianos se incluye al

Cuarzo, Feldespatos potásicos y calcosódicos, Muscovita y Biotita. Los minerales

pesados más comunes, son Apatita, Circón, Granate, Hornblenda, etc., alterados

con Sericita y Alteritas. Los porcentajes de carbonatos son bajos (alrededor del

1%) registrándose algunos picos de hasta el 4%.

Con respecto a la capa superior del perfil (Muestras M016, M017, M018 y

M019), los porcentajes de vidrio volcánico obtenidos son bajos a moderados (14 a



28%) no favoreciendo la generación de una reacción puzolánica natural,

manteniéndose por lo tanto la friabilidad y facilidad para la excavación propia de

los loess. Las Tablas 8.7 a 8.10 muestran los resultados de los análisis

mineralógicos y las microfotografías tomadas.

Muestra Nº Granulometría Mineral %

M016 RET. T200 Cuarzo 9

Feldespato K 23 Plagioclasa 18 Biotita 11 Muscovita 9 Vidrio volcánico 14 Carbonato 1 Apatita 1 Circón 2 Sericita 7 Hornblenda 3 Granate 1

Los vidrios volcánicos presentan vesículas y estrías,

propias de la eliminación de gases volcánicos.

Tremolita 1

Tabla Nº 8.7: Análisis mineralógico de la Muestra M016.


M017 RET. T200 Cuarzo 9 Feldespato K 17 Plagioclasa 9

Biotita 13 Muscovita 11

Vidrio volcánico 27 Carbonato 1

Apatita 1 Circón 2 Sericita 8

Hornblenda 2 M017 RET. T100 Idem RET. T200

M017 PASA T200

La mineralogía se mantiene constante. Feldespatos poco alterados. Hidromicas, min. arcillosos y escaso carbonato (1%) .




Muestra Nº Granulometría Mineral

M018 RET. T100: Idem RET. T200

M018 PASA T200

La mineralogía se mantiene constante. Feldespatos poco alterados. La fracción más fina dentro de esta granulometría presenta hidromicas y mine-rales arcillosos sin resolución óptica. Hay presencia de esca-so carbonato, 1% aproximada-mente.

M018 RET. T200 Cuarzo 8

Feldespato K 15 Plagioclasa 8 Biotita 14 Muscovita 12 Vidrio volcánico 28 Carbonato 1 Apatita 1 Circón 1 Sericita 9 Hornblenda 1 Granate 1

Tremolita 1

La fotografía superior permite observar los vidrios volcánicos incoloros con estrías y vesí-culas, mientras que en la inferior se observa la típica morfología de espículas de los mismos.




Muestra Nº Granulometría Mineral

M019 RET. T100 Idem RET. T200

M019 PASA T200

Los feldespatos aquí no están totalmente alterados. El vidrio volcánico ácido (índices de refracción muy bajos) mantiene su estruc-tura planar. Hay escasa cantidad de carbonatos. Se observan los feldespatos casi totalmente caolinizados y argilitizados, tanto los potásicos como las plagio-clasas.


M019 RET. T200 Cuarzo 11 Feldespato K 18 Plagioclasa 6 Biotita 19 Muscovita 13 Vidrio volcánico 18 Carbonato 1 Circón 1 Sericita 8 Hornblenda 4 Granate 1


La capa intermedia del perfil, permite observar una coincidencia entre los

porcentajes más elevados de vidrio volcánico con los horizontes de limos

cementados (Muestras M021- M023- M025- M026) que resultaron difícilmente

excavables en el perfil 1F. Estos materiales identificados como toscas mostraron

en los resultados del análisis mineralógico, la ausencia de carbonatos en grandes

cantidades y una elevada cantidad de vidrio, tratándose por lo tanto de capas

con cementación silícica, consecuencia de una reacción puzolánica natural,

producida mediante el ataque por parte del agua del suelo enriquecida en óxidos



de calcio a los vidrios volcánicos y otros minerales fuente de sílice soluble. Tablas

Nº 8.11 a 8.15.

Muestra Nº

Granulo- metría

Mineral % Alteración Producto de la alteración

% de la alteración

M021 RET. T200

Cuarzo 8 negativa

Feldespato K 24 positiva Caolín 11 Plagioclasa 8 positiva Caolín + Sericita 6 Biotita 7 negativa Muscovita 2 negativa

No posee CARBONATOS. Alto contenido de vidrio ácido.

Vidrio volcánico

54 negativa


Nº Granulo- metría


% de la alteración

M023 RET. T200 Sin muestra suficiente M023 RET. T100 Sin muestra suficiente M023 PASA

T200

Composición muy similar a M021, tanto en su mineralogía visible como en sus alteraciones y minerales argilitizados. NO HAY CARBONATOS.




% de la alteración

M025 RET. T200 Cuarzo 16 negativa Feldespato K

18 positiva Caolín 8

Plagioclasa 9 positiva Caolín + Sericita 5 Biotita 10 negativa Muscovita 15 negativa Carbonato 2 negativa

Vidrio volcánico

30 negativa

M025 RET. T100 Idem RET. T200 M025 PASA

T200

Porcentaje total de vidrio volcánico menor que en las granulometrías más gruesas. Este conserva su estructura planar. Hay escasa cantidad de carbonato.






% de la alteración



Plagioclasa 7 positiva Caolín + Sericita 5 Biotita 9 negativa Muscovita 11 negativa Vidrio volcánico

49 negativa

Carbonato 1 negativa Apatita 1 negativa Circón 1 negativa Sericita 1 negativa

Hornblenda 1 negativa M026 RET. T100 M026 PASA

T200

Idem RET. T200 Los feldespatos se mantienen sin alterarse en extremo. El vidrio volcánico mantiene la estructura planar. Hay muy poca presencia de carbonatos en todas las fracciones, especialmente en las más gruesas. El vidrio volcánico es muy abundante.




% de la alteración




37 negativa


Hornblenda 1 negativa M028 RET. T100 Idem RET. T200

M028

PASA T200

Los feldespatos se mantienen sin alterarse en extremo. El vidrio volcánico mantiene la estructura planar. Hay muy poca presencia de carbonatos en todas las fracciones, especialmente en las más gruesas. El vidrio volcánico es muy abundante superando el 40%.




La capa inferior presenta -en forma similar a la superior- una baja

consistencia y gran facilidad para su excavación. El porcentaje de vidrio volcánico

es bajo (7 al 16%). No hay cementación alguna. Tablas 8.16 a 8.18.



% de la alteración




16 negativa


Hornblenda 1 negativa M031 RET. T100 Idem RET. T200 M031 PASA

T200

Los feldespatos se mantienen sin alterarse en extremo. El vidrio volcánico mantiene la estructura planar. Hay muy poca presencia de carbonatos en todas las fracciones, especialmente en las más gruesas. El porcentaje de vidrio volcánico es bajo




% de la alteración

M032 RET. T200 Cuarzo 29 negativa Feldespato K 21 positiva Caolín 17 Plagioclasa 15 positiva Caolín + Sericita 14 Biotita 13 negativa Muscovita 6 negativa Vidrio volcánico

7 negativa


Hornblenda 2 negativa M032 RET. T100 No hay material suficiente M032 PASA

T200 Presencia de carbonatos en todas las fracciones. Escaso vidrio volcánico.






% de la alteración




7 negativa


Hornblenda 1 negativa M033 RET. T100 No hay material suficiente M033 PASA

T200

Los feldespatos escasamente alterados. Presencia de carbonatos.


8.7. Determinación de la actividad puzolánica por conductimetría.

Conforme a la metodología descripta en el Capítulo 5 se procedió a

caracterizar a los sedimentos del Perfil 1F en base al ensayo de conductimetría,

registrando la disminución de conductividad de una solución de hidróxido de calcio

a la que se agrega una cantidad de sedimento, previo secado y pasado por el tamiz

200.

Los resultados se analizan conforme al Modelo de Jander, de donde se

obtienen la reactividad de los materiales en base a los valores de:

K = constante de velocidad de reacción relativa;

R2 = coeficiente de determinación;



Página 232

Para la capa superior del perfil 1F, los valores de K oscilan entre 6 x 10-4 a

10 x 10-4 pudiendo considerarse estos como representativos de un contenido

moderado de minerales reactivos. Tabla Nº 8.19.

Muestra Nº K x 10-4 R2

M016 8,9 0,991

M017 8,7 0,993

M018 10,2 0,996

M019 6,1 0,977

Tabla Nº 8.19: Reactividad de sedimentos loésicos pampeanos. Perfil 1F. Capa Superior.

La capa intermedia supera en todos los casos la reactividad de la capa

superior acorde con los porcentajes de vidrio mayores y con la cementación que se

aprecia en el perfil, además para las dos muestras donde el porcentaje de vidrio se

ubica alrededor del 50% los valores de K son los más elevados del perfil. Tabla Nº

8.20.


M021 14,4 0,997

M026 15,0 0,982

M028 11,7 0,992

Tabla Nº 8.20: Reactividad de sedimentos loésicos pampeanos. Perfil 1F. Capa

Intermedia.

La capa inferior caracterizada por bajos porcentajes de vidrio volcánico,

presentan a su vez y en forma correspondiente valores bajos de K (Tabla Nº 8.21).

La Figura Nº 8.2 permite observar las rectas de regresión de todas las

muestras correspondientes al Perfil 1F.



Página 233


M031 4,3 0,984

M033 2,5 0,822

Tabla Nº 8.21: Reactividad de sedimentos loésicos pampeanos. Perfil 1F. Capa Inferior.

Figura Nº 8.2: Rectas de regresión de los resultados obtenidos por conductimetría para el

Perfil 1F.

En forma de resumen puede concluirse que para los sedimentos loésicos

analizados se dan las siguientes relaciones entre porcentaje de vidrio y K:

Capa superior: Porcentaje de vidrio: 14 a 28% K = 6,1 a 10,2 x 10-4

Capa intermedia: Porcentaje de vidrio: 37 a 54% K = 11,7 a 14,4 x 10-4

Capa Inferior: Porcentajes de vidrio: 7 a 16% K = 2,5 a 4,3 x 10-4

Los resultados de los ensayos conductimétricos obtenidos se encuentran en

un orden similar a los obtenidos por otros investigadores sobre materiales

puzolánicos, por ejemplo Cabrera y Rojas (2001), obtienen valores de K entre 15

x 10-4 y 20 x 10-4 para puzolanas industriales tales como el metacaolín.

M016 M017M018

M019

M021

M028

M026

M033

M031

0.000

0.005

0.010

0.015

0.020

0.025

0.030

0.035

0.040

0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.00 18.00 20.00 22.00 24.00 26.00

Tiempo (horas)

F(E

ps)



Página 234

La determinación de la constante K permite realizar una ponderación de la

importancia de la fracción puzolánica, es decir de las variables involucradas en la

reactividad, a saber, la superficie específica de las partículas, la cantidad de sílice

amorfa o débilmente cristalizada y las características morfológicas de los

minerales que la componen.

Como se ha visto, existe una relación estrecha entre la presencia de

capas cementadas y los porcentajes de minerales puzolánicos elevados,

cuya reactividad queda reflejada a través de la constante de velocidad de

reacción K, pudiendo inferirse el origen puzolánico de la cementación

natural en esta columna sedimentaria.

8.8. Conclusiones correspondientes al Segundo Conjunto de muestras

El Segundo Conjunto de muestras analizado permitió profundizar el análisis

de la actividad puzolánica que se viene llevando a cabo en la investigación,

mediante una toma de muestras detallada realizada en el Perfil 1F del Sitio 1.

Los ensayos de identificación permitieron corroborar la homogeneidad del

perfil, ya que todas las muestras se ubican como suelos ML ó A4(8) según la

Clasificación Unificada y del HRB respectivamente. Esta categorización implica que

las condiciones de plasticidad y granulometría de los suelos son uniformes en todo

el perfil.

Mediante el estudio estratigráfico del perfil se delimitaron tres capas –

superior, intermedia e inferior- con condiciones de cementación diferentes. La capa

superior está conformada por loess primarios, sumamente friables y de baja

resistencia a la excavación. La capa intermedia presente un grado de cementación

elevado, tornándose sumamente dificultosa la excavación, lo cual imposibilitó la

toma de muestras inalteradas. Estas capas se conocen localmente como “toscas” y

responden a cementaciones carbonáticas o silícicas. La capa inferior se presenta

con características similares a la superior en cuanto a la friabilidad y carencia de

cementación.



Página 235

El análisis mineralógico realizado sobre las muestras del perfil 1F detectó la

presencia de cantidades variables de vidrio volcánico, el cual representa el origen

de la sílice amorfa, reactiva con el hidróxido de calcio. La presencia de cantidades

importantes de estos materiales dentro de las muestras de la capa intermedia,

conjuntamente con la ausencia de carbonatos, permite concluir que el origen de la

cementación de esta capa es una reacción puzolánica natural producida por el

ataque del vidrio volcánico por parte de soluciones acuosas con elevado contenido

de hidróxido de calcio, provenientes de la concentración de sales solubles en el

agua del suelo.

La determinación de la velocidad de reacción entre los sedimentos del Perfil

1F y el hidróxido de calcio, determinada a través de la constante relativa K,

obtenida por conductimetría, se relaciona correctamente con los porcentajes de

vidrio volcánico y con la presencia de capas cementadas, siendo por lo tanto una

forma adecuada de medir la actividad puzolánica de los sedimentos.

8.9. Resumen del Capítulo.

Para la toma del Segundo Conjunto de muestras se seleccionó un sitio

geológico conformado en un único período de tiempo y donde las condiciones de

la sedimentación pueden considerarse homogéneas. El sitio elegido fue una

columna estratigráfica del Sitio 1 (Perfil 1F), donde los materiales corresponden al

loess Cordobense -depositado según Carignano (1996) entre 1000 y 3000 años

A.P. (antes del presente) y donde se observa un grado de cementación

puzolánica muy variable en las diversas capas que la constituyen, siendo algunas

de ellas totalmente friables y otras altamente cementadas.

El análisis granulométrico reveló una gran homogeneidad granulométrica

con un 95,2% promedio de PT200. El análisis hidrométrico permitió identificar una

fracción limosa predominante, con cantidades variables de arena y arcilla. La

fracción arcillosa se encuentra escasamente representada, coincidiendo con la baja

plasticidad de los sedimentos.



Página 236


representativas de las capas identificadas, observándose una similitud con respecto

a los otros perfiles del Sitio 1 analizados en el Primer Conjunto de muestras. Los

sedimentos pueden considerarse como no plásticos en la parte superior del perfil y

con una plasticidad moderada a medida que se profundiza el mismo.

La actividad de los sedimentos pampeanos que muestran alguna plasti-

cidad, pueden ser considerada como Moderada a Inactiva según Skempton

(1953). Estos valores se corresponden bien con las actividades determinadas

para distintos tipos de arcillas (Mitchel, 1976), teniendo en cuenta que en la zona

de estudio la preponderancia de la Illita sobre otros minerales arcillosos es

elevada.

El análisis mineralógico reveló que en todas las muestras analizadas el vidrio

volcánico encontrado es ácido, con índices de refracción muy bajos y estructura

planar. Dentro de los minerales livianos se incluye al Cuarzo, Feldespatos

potásicos y calcosódicos, Muscovita y Biotita. Por su parte los minerales pesados

más comunes, son Apatita, Circón, Granate, Hornblenda, etc., informándose sus

cantidades conjuntamente con otros minerales tales como Sericita y Alteritas. Los

porcentajes de carbonatos son bajos (alrededor del 1%) registrándose algunos

picos de hasta el 4%. En la capa superior del perfil, los porcentajes de vidrio

volcánico obtenidos son bajos a moderados (14 a 28%) no favoreciendo la

generación de una reacción puzolánica natural manteniéndose por lo tanto la

friabilidad propia de los loess, manifestada en la facilidad para la excavación de

las muestras. La capa intermedia del perfil, permite observar una coincidencia

entre los porcentajes más elevados de vidrio volcánico con los horizontes de limos

cementados que resultaron difícilmente excavables en el perfil 1F. Estos

materiales identificados como toscas mostraron en los resultados del análisis

mineralógico, la ausencia de carbonatos en grandes cantidades y una elevada

cantidad de vidrio, tratándose por lo tanto de capas con cementación silícica,

consecuencia de una reacción puzolánica natural, producida mediante el ataque

del agua del suelo, enriquecida en óxidos de calcio, a los vidrios volcánicos y

otros minerales fuente de sílice soluble. La capa inferior presenta en forma similar



Página 237

a la superior una baja consistencia y gran facilidad para su excavación y toma de

muestras. Coincidentemente el porcentaje de minerales reactivos fundamen-

talmente el vidrio volcánico- es bajo (7 al 16%) no observándose cementación

alguna.

La determinación de actividad puzolánica por conductimetría permitió

determinar para la capa superior del perfil 1F valores de K entre 6 x 10-4 a 10 x 10-4

pudiendo considerarse estos como representativos de un contenido moderado de

minerales reactivos. La capa intermedia supera en todos los casos la reactividad de

la capa superior acorde con los porcentajes de vidrio mayores y con la

cementación que se aprecia en el perfil, además para las dos muestras donde el

porcentaje de vidrio se ubica alrededor del 50% los valores de K son los más

elevados del perfil. La capa inferior caracterizada por bajos porcentajes de vidrio

volcánico, presentan a su vez y en forma correspondiente valores bajos de K.

La determinación de la velocidad de reacción entre los sedimentos del

Perfil 1F y el hidróxido de calcio, determinada a través de la constante relativa

K, obtenida por conductimetría, se relaciona correctamente con los porcen-

tajes de vidrio volcánico, siendo por lo tanto una forma adecuada de medir la

actividad puzolánica de los sedimentos.

De este modo se cumplimenta con el segundo objetivo de la presente

investigación consistente en la demostración de la existencia de reacciones

puzolánica naturales en los sedimentos loésicos pampeanos.



Página 238

CAPÍTULO 9

RESULTADOS DEL TERCER CONJUNTO DE MUESTRAS

9.1. Introducción

El Tercer Conjunto de muestras se tomó a fin de ampliar la investigación

hacia otros materiales del territorio provincial, incluidos igualmente dentro de los

sedimentos loésicos pampeanos, cuyos índices de plasticidad y granulometría los

ubican en clases geotécnicas diferentes. Mediante el estudio de estos materiales

se busca generalizar las relaciones entre la actividad puzolánica determinada a

través de mediciones conductimétricas y las propiedades geotécnicas.

9.2. Análisis Granulométrico

El Sitio 3 es característico de la zona central de la Planicie fluvio-eólica,

donde el subsuelo está constituido por loess primarios.

El Sitio 4 es representativo de la zona sur de la Planicie fluvio-eólica, la cual

se encuentra conformada por un subsuelo de loess primarios similares, en sus

características granulométricas medias al Sitio 1.

El Sitio 5 es característico de los limos arcillosos del este provincial,

conformado en más de un 90% por limo y arcilla.

Los Sitios 6 y 7 representan claramente la zona de médanos del sur

provincial conformada por sedimentos limo arenosos, con una fracción de arena

decreciente conforme disminuye la distancia al lugar de origen de los minerales

que los constituyen.

El Sitio 8 está caracterizado por la presencia de cenizas volcánicas verdes

ubicadas en una capa intermedia entre una capa de loess superior y sedimentos



Página 239

fluviales subyacentes. Presenta notables características de alteración mineralógica

con marcados colores ocres y rojizos.

El Sitio 9 corresponde a un cuerpo de tosca, con grado de cementación

variable, incluido como una potente capa dentro de los sedimentos limo arenosos

característicos del sector. Este material se encuentra explotado comercialmente,

habiéndose realizado el muestreo sobre acopios triturados y clasificados.

Las características granulométricas de los materiales se muestran en la

Tabla Nº 9.1.

Sitio Perfil Nº

Muestras

PT 200

Promedio

Desv.

Est. Máx. Min.

3 3 A– 3B– 3C 3 91,3 1,0 95,7 84,4

4 4 A- 4B 2 88,2 2,5 90,8 85,7

5 5 A- 5B 2 91,5 0,1 91,7 91,4

6 6 A- 6B- 6C 6 73,3 2,0 76,0 70,0

7 7 A- 7B- 7C 4 56,2 3,6 61,0 49,8

8 8A 1 53,7 - - -

9 9A 1 8,7 - - -

Tabla Nº 9.1: Datos estadísticos de la fracción limo-arcillosa (< 0,074 mm) de los

sedimentos analizados.


El muestreo se realizó en base a consideraciones geográficas de modo de

poder observar el incremento de plasticidad en los Sitios 3, 4 y 5 a medida que los

mismos se ubican más hacia el este de la planicie fluvio-eólica central. Tabla Nº

9.2.

Tanto las muestras del Sitio 6, como las del Sitio 7 exhibieron un compor-

tamiento no plástico, acorde con su granulometría limo arenosa.



Página 240

Sitio Perfil Muestra LL LP IP

3 3 A M038 30,2 23,3 6,9

3 3 B M039 31,1 24,3 6,8

3 3 C M040 35,1 26,2 8,9

4 4 A M041 28,5 21,1 7,4

4 4 B M042 36,2 27,0 9,2

5 5 A A043 36,4 25,2 11,2

5 5 A A044 35,4 21,7 13,7

6 6 A- 6B- 6C S045 a S050 Sin Plasticidad

7 7 A- 7B- 7C S051 a S054 Sin Plasticidad

8 8A C057 28,3 23,4 4,9

9 9A T058 25,0 21,9 3,1

Tabla Nº 9.2: Límites de Atterberg correspondientes al Tercer Conjunto de Muestras.

9.4. Clasificación Unificada y del H.R.B:

El conjunto de materiales abarca desde arcillas del tipo CL / (A6) de baja

compresibilidad hasta arenas limosas SM / (A4-3) sin plasticidad. Tabla Nº 9.3.

9.5. Reactividad de los materiales del Tercer Conjunto de Muestras.

Sitios 3 y 4

Con respecto a los sedimentos de los Sitios 3 y 4 correspondientes a loess

del centro de la Llanura Pampeana, se analizaron las muestras M040 y M042

respectivamente. Los resultados pueden observarse en la Tabla Nº 9.4 y Figura Nº

9.1, donde puede apreciarse una elevada velocidad de reacción K, que supera la

encontrada en los loess de similar composición granulométrica del Segundo Con-

junto de muestras, con valores de vidrio del orden del 50%.



Página 241


3 3 A M038 ML A4 (8)

3 3 B M039 ML A4 (8)

3 3 C M040 ML A4 (8)

4 4 A M041 CL-ML A4 (8)

4 4 B M042 CL-ML A4 (8)

5 5 A A043 CL A6 (8)

5 5 A A044 CL A6 (9)

6 A S045 ML A4 (7)

6 A S046 ML A4 (7)

6 B S047 ML A4 (8)

6 B S048 ML A4 (7)

6 C S049 ML A4 (8)

6 C S050 ML A4 (8)

7 A S051 ML A4 (4)

7 B S052 ML A4 (5)

7 B S053 ML A4 (4)

7 C S054 SM A4 (3)

8 A C057 ML A4(4)

9 A T058 GM A1(a)

Tabla Nº 9.3: Clasificaciones de suelos correspondientes al Tercer Conjunto de muestras.


M040 17,6 0,996

M042 17,1 0,994

Tabla Nº 9.4: Velocidad de reacción K de sedimentos de los Sitios 3 y 4.



Página 242

Figura Nº 9.1: Línea de regresión de ensayos conductimétricos

realizados sobre sedimentos de los Sitios 3 y 4.

Sitio 5

El Sitio 5 corresponde a sedimentos limo arcillosos tipo CL según la

Clasificación Unificada. (Figura Nº 9.2 y Tabla Nº 9.5).

Figura Nº 9.2: Recta de regresión de la muestra A044 del Sitio 5.

M040M042

0.000

0.010

0.020

0.030

0.040

0.050

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00

Tiempo (horas)

F(E

ps)

A044

0.000

0.010

0.020

0.030

0.040

0.050

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00

Tiempo (horas)

F (

Eps)



Página 243


A044 13,9 0,972

Tabla Nº 9.5 : Velocidad de reacción K de sedimentos del Sitio 5.

La reactividad encontrada es del mismo orden de la correspondiente a los

sedimentos del Segundo Conjunto de muestras con porcentajes de vidrio volcánico

del orden del 50%.

Sitios 6 y 7

Corresponden a materiales de la Planicie medanosa no plásticos. (Tabla Nº

9.6 y Figura Nº 9.3). Los valores de reactividad encontrados son variables y se

corresponden con sedimentos del Segundo Conjunto de Muestras, con 20 a 40%

de vidrio volcánico.


S047 7,3 0,994

S052 10,6 0,997

S053 12,0 0,999

Tabla Nº 9.6: Velocidad de reacción K de sedimentos de los Sitios 6 y 7.

Figura Nº 9.3: Recta de regresión de muestras de los Sitios 6 y 7.

S053

S047

S052

0.000

0.010

0.020

0.030

0.040

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00

Tiempo (horas)

F (

Eps)



Página 244

Sitio 8:

Las cenizas volcánicas verdes incluidas dentro de sedimentos loésicos

presentan un valor de reactividad elevado, por encima de los encontrados para

sedimentos con un 50% de vidrio volcánico, por lo que puede deducirse que su

fracción puzolánica se encuentra por encima de dicho porcentaje. Tabla Nº 9.7.


C057 20 0,9877

Tabla Nº 9.7: Velocidad de reacción K de cenizas volcánicas del Sitio 8.

Sitio 9:

Las toscas de la localidad de Villa Huidobro, presentan un valor muy elevado

de K en correspondencia con su condición de puzolana natural. (Tabla Nº 9.8).


T058 24,8 0,9986

Tabla Nº 9.8: Velocidad de reacción K de toscas del Sitio 9.

9.6. Conclusiones correspondientes al Tercer Conjunto de muestras.

Mediante este conjunto de muestras se amplió la población estudiada a fin

de abarcar materiales que queden incluidos en otras categorías de las

clasificaciones de suelos más usuales en geotecnia.

Los sedimentos loésicos pampeanos fueron clasificados como SM, ML, CL-

ML y CL según la Clasificación Unificada y A4, A6 según la del HRB.



Página 245

Los ensayos conductimétricos arrojaron valores altos y bajos de K en

sedimentos limosos limo arcillosos y limo arenosos, confirmando que la actividad

puzolánica es independiente de la granulometría y plasticidad, razón por la cual

trasciende los límites de las clasificaciones geotécnicas más usuales, las cuales no

pueden predecir la reactividad con la cal en base a las propiedades índices, como

lo indican la mayoría de los protocolos de estabilización de suelos.

Las capas de cenizas volcánicas y toscas manifestaron un elevado valor de

K en respuesta a su condición de puzolanas naturales.


El Tercer Conjunto de muestras se tomó a fin de ampliar la investigación

hacia otros materiales del territorio provincial, incluidos igualmente dentro de los

sedimentos loésicos pampeanos, cuyos índices de plasticidad y granulometría

permite ubicarlos en diversas clases geotécnicas, da modo de generalizar las

relaciones entre la actividad puzolánica determinada a través de mediciones

conductimétricas y las propiedades geotécnicas.

Los Sitios 3 y 4 presentan loess primarios, cuyas características

granulométricas medias se asemejan a las del Sitio 1. El Sitio 5 es característico de

los limos arcillosos del este provincial, conformado en más de un 90% por limo y

arcilla. Los Sitios 6 y 7 representan claramente la zona de médanos del sur

provincial conformada por sedimentos limo arenosos, con una fracción de arena

creciente con la Latitud, conforme disminuye la distancia al lugar de origen de estos

sedimentos eólicos. El Sitio 8 está caracterizado por la presencia de cenizas

volcánicas verdes ubicadas en una capa intermedia entre una capa de loess

superior y sedimentos fluviales subyacentes. El Sitio 9 corresponde a un cuerpo de

tosca, con grado de cementación variable, incluido como una potente capa dentro

de los sedimentos limo arenosos característicos del sector.

Las características granulométricas y de plasticidad de los materiales

permiten clasificarlos en diversas clases que abarcan El conjunto de materiales



Página 246

abarca desde arcillas del tipo CL ó A6 hasta arenas limosas SM ó A4-3 sin

plasticidad.

Con respecto a los sedimentos de los Sitios 3 y 4 puede apreciarse una

elevada velocidad de reacción K, que supera la encontrada en los loess de similar

composición granulométrica del Segundo Conjunto de muestras, con valores de

vidrio del orden del 50%. El Sitio 5 corresponde a sedimentos limo arcillosos tipo CL

donde la reactividad encontrada es del mismo orden a la correspondiente a los

sedimentos del Segundo Conjunto de muestras con porcentajes de vidrio volcánico

del orden del 50%. Los Sitios 6 y 7 corresponden a materiales de la Planicie

medanosa donde la inexistencia de fracción arcillosa, implica una reactividad

directamente ligada a la presencia de minerales tales como vidrios volcánicos,

coloides siliceos, etc. Los valores de reactividad encontrados son variables y se


de vidrio volcánico. Las cenizas volcánicas verdes incluidas dentro de sedimentos

loésicos en el Sitio 8, presentan un valor de reactividad elevado, por encima de los

encontrados para sedimentos con un 50% de vidrio volcánico, por lo que puede

deducirse que su fracción puzolánica presenta una importancia superior. Las toscas

del Sitio 9 presentan un valor muy elevado de K en correspondencia con su

condición de puzolana natural.

Los ensayos conductimétricos arrojaron valores altos y bajos de K en

sedimentos limosos y limo arenosos, confirmando que la actividad puzolánica es

independiente de la granulometría y plasticidad, razón por la cual trasciende los

límites de las clasificaciones geotécnicas más usuales, las cuales no pueden

predecir la reactividad con la cal en base a las propiedades índices, como lo indican

la mayoría de los protocolos de estabilización de suelos.



Página 247

CAPÍTULO 10

RELACIÓN ACTIVIDAD PUZOLÁNICA – PROPIEDADES GEOTECNICAS

10.1 Introducción

A fin de analizar la relación entre las propiedades geotécnicas y la

reactividad determinada por mediciones conductimétricas, se seleccionaron mues-

tras de los tres conjuntos anteriormente analizados, consideradas representativas

de sedimentos loésicos de baja, moderada y alta reactividad, provenientes de

diversas zonas del territorio provincial y correspondientes a clases geotécnicas

diferentes. Las muestras seleccionadas y sus características se muestran en la

Tabla Nº 10.1.

10.2 Relación Reactividad – Resistencia a la compresión

El diseño de estabilizaciones de suelo con cal para la confección de capas

estructurales de caminos, requiere de un valor de resistencia mínimo compatible

con las cargas a que estará sujeta y de un valor máximo, acorde al carácter

dinámico de las cargas que minimice las posibilidades de fisuración. Tanto la

resistencia mínima como la máxima dependen de la reactividad de los suelos.

De acuerdo al Protocolo de ensayos y diseño de mezclas estabilizadas con

cal propuesto por Little (2000), el cual a su vez está basado en el U.S. Air Force

Soil Stabilization Index System (SSIS, 1976), la reactividad de los suelos se asocia

fundamentalmente a su granulometría y plasticidad, requiriéndose de los suelos a

utilizar en las mezclas una fracción inferior a 75 micras mayor a 25% y un Índice

Plástico mayor a 10.

En los sedimentos loésicos pampeanos, puede observarse que la reactividad

no depende de la existencia de minerales arcillosos, sino de una fracción

puzolánica constituida fundamentalmente por vidrios volcánicos no plásticos, razón

por la cual no existe una relación directa entre la reactividad y la plasticidad.



Página 248

Muestra Características Ensayos realizados

M019

Sitio 1. Loess. ML o A4(8).

Actividad puzolánica baja.

K x 10-4 = 6,1.

6 ensayos de resistencia a la

compresión simple con diversos

porcentajes de cal y tiempos de

curado.

A044

Sitio 5. Sedimentos limo arcillosos. CL o

A6(9)

Plasticidad elevada

Actividad puzolánica moderada.

K x 10-4 = 13,9.



porcentajes de cal y tiempos de

curado.

M042

Sitio 4. Loess. ML o A4(8).

Mediana plasticidad.

Actividad puzolánica elevada.

K x 10-4 = 17,1.



porcentajes de cal. 6 ensayos

de penetración estándar (CBR)

con diversos porcentajes de cal

y tiempos de curado.

Solicitaciones dinámicas.

S052

Sitio 7. Sedimentos limo arenosos. SM – ML

o A4(3).

Actividad puzolánica moderada.

K x 10-4 =10,6


compresión simple.


compresión triaxial.

Con diversos porcentajes de cal

y tiempos de curado.

C057

Sitio 8. Cenizas volcánicas en loess.

Sin plasticidad.


K x 10-4 = 19,9


compresión simple, con

diversos porcentajes de cal y

tiempos de curado.

T058

Sitio 9. Limos cementados (toscas)


K x 10-4 = 24,8


compresión simple, con

diversos porcentajes de cal y

tiempos de curado.

Tabla Nº 10.1: Características de las muestras y tipo de ensayos realizados.



Página 249

Este comportamiento de los sedimentos loésicos puede llevar a una

subvaloración de la resistencia final a la que puede llegar una mezcla suelo cal,

pudiendo obtenerse valores muy elevados que brinden una fragilidad excesiva a la

capa, lo cual se traduce en importantes fisuras de la misma que se reflejan a las

capas superiores y reducen la vida útil de la estructura del camino.

A fin de demostrar lo antedicho se ensayaron a la compresión simple,

sedimentos con y sin plasticidad y con reactividad determinada por conductimetría.

Se considero el porcentaje del 4% de cal y el período de 7 a 28 días, como óptimos

para la comparación de la reacción puzolánica de los diversos suelos. Los

resultados se muestran en la Tabla Nº 10.2 y Figura Nº 10.1.

Muestra Nº RCS 7 días kPa RCS 28 días

kPa

û�5&6� kPa/día

K x 10-4

M019 341 592 12 6,1

S052 556 917 17 10,6

A044 820 1400 23 13,9

C057 838 1263 20 19,9

T058 690 1460 37 24,8

Tabla Nº 10.2:Variación de la resistencia a la compresión simple (RCS) con la reactividad

Figura Nº 10.1: Relación entre Reactividad y Resistencia a la compresión simple

T058

C057A044

S052

M019

R2 = 0.7833

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 5 10 15 20 25 30

K x 10-4

Incr

emen

to R

CS

( 7

- 28

días

)



Página 250

Como puede observarse en la Figura Nº 10.1 existe una buena correlación

entre la reactividad determinada por conductimetría y el incremento de resistencia a

la compresión simple entre 7 y 28 días.

De acuerdo a los protocolos y normas tradicionales que consideran a la

plasticidad como indicativa de la reactividad de los suelos, los resultados arrojados

por la muestra M019 (limo no plástico) y A044 (limo arcilloso) son coherentes, no

así los que presentan las muestras C057 y T058, las cuales carecen de plasticidad

pero manifiestan una elevada reactividad, producto de una mineralogía no arcillosa.

Es en estos últimos casos donde la reactividad suele ser subvaluada, llevando a

incrementos en la resistencia a la compresión simple muy superiores a los

realmente deseados.

De este modo queda efectivamente demostrado que en los sedimentos

loésicos pampeanos, existe una marcada influencia de la fracción minera-

lógica reactiva -básicamente no arcillosa- implicando que la reactividad con

la cal debe ser determinada en forma previa en el proyecto de estabilización,

ya que puede arribarse a resultados muy diferentes partiendo de materiales

con similar granulometría y plasticidad.

10.3. Comportamiento tensión – deformación

Los ensayos a compresión simple se realizan llevando las probetas a

rotura, registrándose solo la tensión para la cual esta ocurre y desconociéndose

la forma de la curva tensión – deformación.

En aquellos sedimentos loésicos reactivos, sin plasticidad la curva tensión-

deformación brinda importante información sobra la rigidización de las mezclas

debido a reacciones puzolánicas.



A fin de profundizar el conocimiento del comportamiento tensión-

deformación se seleccionó la muestra S052 cuyas características se detallan en la

Tabla Nº 10.3. Estos sedimentos comúnmente conocidos como médanos,

serían descartados para su estabilización con cal según los protocolos

tradicionales, dada la carencia de plasticidad. No obstante en la práctica vial

suele agregarse cal a fin de mejorar la trabajabilidad, ya que el incremento que

produce en la humedad óptima permite la compactación en zonas donde existen

lagunas o niveles freáticos muy elevados. La falta de conocimiento de la actividad

puzolánica de estos materiales no permite prever el exceso de rigidez y

consecuentemente la fisuración que suele ocurrir en estos casos y que

puede traer aparejado el fallo de la estructura completa.

A fin de conocer la forma de la curva tensión – deformación y poder evaluar

el grado de rigidización creciente con diversos porcentajes de cal, se llevaron a

cabo ensayos de compresión triaxial.

Muestra Nº Características

S052

Sedimento no plásticos (médanos).

Resistencia a la compresión simple con 4% de cal = 556 kPa a 7

días y 21ºC.

Incremento de 17 kPa /día entre 7 y 28 días.

Reactividad media K x 10-4 = 10,6.

Tabla Nº 10.3: Características de la muestra Nº S052.

Se confeccionaron mezclas con 1, 3 y 5% de cal hidratada. Las probetas

de 3,50 cm de diámetro por 7 cm de altura, fueron compactadas dinámicamente

por capas hasta obtener la densidad máxima correspondiente a la humedad

óptima determinadas según ensayo de compactación realizado bajo la norma VN

E19-66. Los ensayos efectuados fueron del tipo no consolidado, no drenado,

rápido. Las mezclas fueron curadas 7 días a 21º, evitándose todo contacto con el

aire mediante una doble envoltura en bolsas de nylon, humedecidas previamente

y perfectamente cerradas. De este modo se asegura que el incremento de



resistencia se debe a reacciones de tipo puzolánico descartándose la

carbonatación de la cal.

Los ensayos triaxiales realizados sobre la muestra S052 estabilizada con

diversos porcentajes de cal, permiten apreciar la curva tensión – deformación,

calcular el módulo de elasticidad E y determinar la rigidez alcanzada (Figura Nº

10.2). En general la relación tensión-deformación de los suelos estabilizados no

es lineal, pero dentro de los intervalos de carga a los que comúnmente se halla

sometida una base de este tipo, se puede suponer que el material se comporta

como elástico-lineal cuando se lo somete a compresión (Michell, 1976). De esta

forma es posible estimar el módulo de elasticidad a la compresión E, midiendo la

pendiente de la porción recta de la curva tensión –deformación.

Presión de Confinamiento = 0 kPa

0.00

200.00

400.00

600.00

800.00

1000.00

1200.00

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00

Deformación (%)

Esf.

De

svia

do

r (k

Pa

)

1% cal 3% cal 5% cal

Figura Nº 10.2: Curvas tensión- deformación correspondiente a la muestra S052,

estabilizada con diversos porcentajes de cal y ensayada a compresión triaxial.

La curva correspondiente al 1% de cal muestra una forma similar a la que

presentan los suelos solos, con un bajo módulo de elasticidad E = 63 kPa

considerado en el rango donde existe proporcionalidad (hasta una deformación

ligeramente superior al 1%). Para el 3% de cal a pesar del escaso tiempo de

curado, se observa el desarrollo de una matriz semirígida que determina un

aumento del módulo (E = 385 kPa) y una reducción de la deformabilidad bajo



cargas es decir un incremento de la rigidez, el cual se manifiesta aún más para el

5% (E= 726 kPa).

Para estos porcentajes de cal puede observarse que el crecimiento del

módulo E con el grado de confinamiento utilizado en los ensayos- similar a los

existentes en las condiciones de servicio de estas capas en estructuras viales-

alcanza un valor máximo para un confinamiento de 100 kPa, de 719 kPa y un 3%

de cal y de 1004 kPa para igual confinamiento y 5% de cal. (Tabla Nº 10.4).

% cal Módulo E para diversas presiones de confinamiento (kPa)

E0 E50 E100 E200

1% 63 177 278 518

3% 384 302 719 -

5% 726 897 1004 947

Tabla Nº 10.4: Módulo de elasticidad E para diversas presiones de confinamiento 0 – 50

– 100 y 200 kPa.

Con estos datos se comprueba que la rigidización de estos sedimentos no

plásticos y medianamente reactivos con el agregado de cal, puede llegar a

valores elevados y por lo tanto debe ser tenido en cuenta -al igual que en los

sedimentos arcillosos- el incremento del módulo E que produce la cementación

puzolánica.

10.4. Comportamiento dinámico de las mezclas

Los sedimentos loésicos que poseen elevada reactividad con la cal -como

respuesta a su mineralogía mayoritariamente compuesta por sílice no cristalina-

no manifiestan cambios drásticos en la plasticidad, expansividad, cambios

volumétricos, etc., razón por la cual la rigidez producida por la cementación

puzolánica suele ser subestimada, trayendo como consecuencia una fisuración

importante frente a las acciones dinámicas.



Para determinar la importancia de la rigidización producida por la reacción

puzolánica se realizaron ensayos de Valor Soporte sobre la muestra M042 que es

un típico loess, clasificado como ML ó A4(8), con mediana plasticidad y actividad

puzolánica elevada (K x 10-4 = 17,1). Se llevaron a cabo una serie de ensayos

de mezclas de loess con diversos porcentajes de cal, realizándose el ensayo CBR

conforme a norma y con diversos grados de solicitaciones dinámicas efectuadas

previamente a la penetración.

La cantidad de cal adecuada para demostrar el efecto de las reacciones

puzolánicas, surgió de comparar los resultados del ensayo de requerimiento de

cal y de resistencia a la compresión simple.

El ensayo de requerimiento de cal desarrollado por Eades y Grim (1966) permitió

determinar la cantidad de cal mínima que satisface la capacidad de intercambio

catiónico en estos sedimentos y que es muy bajo: con un 0,5% de cal se supera el

valor de pH =12,5. (Figura Nº 10.3).

Figura Nº 10.3: Requerimiento de cal de la muestra M042.

7

8

9

10

11

12

13

14

15

0 1 2 3 4 5% cal

pH

M042



Para llevar a cabo el ensayo de resistencia a la compresión simple se

confeccionaron mezclas del loess M042 con 2, 3 y 4% de cal, siendo las mismas

compactadas según la Norma VN E19-66 y obteniéndose los resultados que se

muestran en la Tabla Nº 10.5 y Figura Nº 10.4.

Densidad de suelo Muestra

Nº Agua

% Húmedo kN/m3

Seco Kn/m3

Observaciones

18 17,44 14,78

20 18,18 15,15

22 18,87 15,47

24 19,40 15,65

M042

26 19,36 15,37

100 % M042

22 17,41 14,21

24 18,34 14,73

26 18,91 14,95 M042

28 19,05 14,83

98 % M042 2 % Cal

22 16,51 13,54

24 17,30 13,95

26 18,12 14,38

28 18,82 14,70

M042

30 18,74 14,42

97 % M042 3 % Cal

24 16,74 13,50

26 17,52 13,90

28 18,23 14,24

30 18,76 14,43

M042

32 18,72 14,18

96% M042 4 % Cal

Tabla Nº 10.5: Relación DM –HO para la Muestra M042 – Sitio 4 con diversos

porcentajes de cal. Probetas compactadas en 3 capas con 35 golpes por capa.

Las mezclas con 3 y 4% de cal ensayadas a compresión simple a los 7

días, presentan importantes resistencias (Tabla Nº 10.6), eligiéndose en este caso

el porcentaje más elevado a fin de maximizar las condiciones de rigidez que serán

evaluadas dinámicamente. Es importante apreciar que del 4% de cal solo 0,5%

será consumido mediante intercambio catiónico quedando un importante resto

para las reacciones puzolánicas.



100% Suelo

Suelo + 4% cal

Suelo + 3% cal

Suelo + 2% cal

1.300

1.350

1.400

1.450

1.500

1.550

1.600

15.00 20.00 25.00 30.00 35.00

H%

D.M

. (k

N/m

3)

100 % Suelo M042 98% Suelo M042 + 2 % Cal

97% Suelo M042 + 3 % Cal 96% Suelo M042 + 4 % Cal

Figura Nº 10.4: Curvas de compactación para la Muestra M042 con diversos porcentajes

de cal.

La evaluación de la rigidez se llevó a cabo mediante la realización de

ensayos CBR en diversas condiciones, utilizando en todos los casos pares de

moldes de 6”, compactados con la máxima energía (5 capas, 56 golpes por capa,

pisón de 4,5 kg.).

Primeramente se estimó la importancia de las reacciones debidas al

intercambio catiónico, que hacen al denominado mejoramiento del suelo con la

adición de cal. Para ello se compararon dos ensayos de Valor Soporte: uno

realizado con el suelo M042 sin el agregado de cal, obteniéndose un valor soporte

para el máximo grado de compactación de 34% y otro confeccionado de la

siguiente manera: se realizó la mezcla del suelo con un 4% de cal, se compactó y

curó en cámara húmeda a 21º durante 30 días, luego se desmoldó, desmenuzó y

se pasó por el Tamiz 4, realizándose el ensayo de penetración.



Porcentaje de cal 2% 3% 4%

Probeta Nº 1 2 3 1 2 3 1 2 3

Lectura Aro 110 108 102 167 184 165 220 192 195

Factor Aro 7,71 7,71 7,71 7,71 7,71 7,71 7,71 7,71 7,71

Carga Rotura a 7 días 848,1 832,7 786,4 1287,6 1418,6 1272,2 1696,2 1480,3 1503,5

Superficie (cm2) 80,43 80,43 80,43 81,00 81,00 81,00 80,43 80,43 80,43

Presión de Rotura (kPa)

1054 1035 978 1590 1751 1571 2109 1841 1869

Corrección Rel. Alt./Diám.

0,913 0,913 0,913 0.913 0.913 0.913 0.913 0.913 0.913

Presión de Rotura Corregida (kPa)

962 945 893 1452 1599 1434 1926 1681 1706

Presión de Rotura Promedio (kPA)

933 1495 1771

Tabla Nº 10.6: Ensayos de resistencia a la compresión simple sobre mezclas estabili-

zadas de suelo M042 con diversos porcentajes de cal.

La estructura cementada se rompe con el remoldeo, evidenciándose

solamente el mejoramiento del suelo producido por la adición de cal. El valor

soporte máximo logrado es de 48%, siendo la diferencia con el valor correspon-

diente al suelo solo, una medida de la importancia del mejoramiento (Tabla Nº

10.7).

A continuación se llevó a cabo un procedimiento que permite obtener

el grado de influencia de la cementación puzolánica en el valor soporte. Para

ello se confeccionó un juego de dos moldes de suelo con el 4% de cal, de modo

de obtener el CBR máximo correspondiente a condiciones estáticas. Se colocaron

los moldes en una cámara de curado durante 48 horas a 50ºC, valor que de

acuerdo a métodos internacionales (CALTRANS Method, Doty y Alexander, 1978)

se corresponde con el obtenido con 7 días de curado a 21º, para ser posterior-

mente embebido por inmersión durante 4 días y realizar la penetración. El valor

soporte máximo obtenido para el 100% de la compactación (56 golpes) fue en

promedio de 86%.



Tabla Nº 10.7: Resultados del ensayo de Valor Soporte sobre la Muestra M042 sin cal y

con el 4% de cal.

Otro juego de moldes fue curado y embebido en forma similar para

posteriormente ser fijados a una mesa de choque esquematizada en la Figura Nº

10.5, donde una leva hace ascender y deja caer el molde, una altura regulable de

5 mm y 10 mm respectivamente para cada molde, siendo estos sometidos a 5000

ciclos, con una frecuencia de 60 golpes por minuto. Los moldes fueron colocados

con las mismas sobrecargas con que fueron curados, embebidos y

posteriormente ensayados. El objetivo de este tratamiento dinámico es reproducir

el efecto de una vibración similar a la que puede generar el paso de un vehículo,

con la mezcla en estado de confinamiento.

Molde Proctor

Sobrecargas

LevaMotor

Figura Nº 10.5: Mesa de choques con molde colocado.

Muestra Compactación Densidad Seca

(kN/m3) Valor Soporte (%)

56 golpes 18,21 34

25 golpes 16,75 15 M042

12 golpes 15,37 5

56 golpes 15,01 48

25 golpes 14,16 27 M042 + 4% cal

12 golpes 13,04 11



Los resultados del Valor Soporte obtenidos en este caso fueron del mismo

orden del CBR máximo, oscilando entre 85% para el molde sometido a una altura

de caída de 5 mm y 94% para el molde con altura de caída de 10 mm. La

vibración actuó amasando ligeramente la mezcla, que debido al confinamiento y

curado en cámara húmeda, se comportó plásticamente, lo cual pudo observarse

por un asentamiento de las sobrecargas y la ausencia de fisuras.

A fin de rigidizar aún más la mezcla se confeccionó otro juego de moldes

que fueron sometidos a un curado de 48 horas en cámara húmeda a 50º,

dejándolos luego en reposo otras 48 horas en condiciones de temperatura y

humedad ambiente, sin embebimiento. Posteriormente fueron sometidos a 5000

ciclos y 10000 ciclos con una altura de caída de 5 mm. Los valores de CBR

obtenidos oscilaron entre 62% y 58% respectivamente, observándose ahora si, la

fisuración de la estructura por desecación y la influencia de las cargas dinámicas

en el valor soporte.

En la Tabla Nº 10.8 se resumen los resultados de los ensayos de valor

soporte realizados y las condiciones de los mismos.

La metodología empleada permite evaluar de una manera sencilla la rigidez

lograda en las mezclas de suelos puzolánicos con cal por influencia de la

cementación, separándola de aquellas conocidas como mejoramiento. En los

sedimentos loésicos analizados, de elevada reactividad, el mejoramiento

producido por un 4% de cal, implica un incremento en el valor soporte del

41% con respecto al suelo solo, en cambio la cementación puzolánica logra

un incremento del valor soporte en condiciones estáticas del 153%, que

caerá a un 76% cuando se lo somete a solicitaciones dinámicas que logran

generar fisuras en la estructura del suelo cal, asimilándose a la situación

real en un camino.



Condiciones de Ensayo Valor Soporte

(al 100%) Características

Suelo M042 sin cal 34 %

Suelo M042 con 4% de cal, curado 30

días, desmenuzado, tamizado y

recompactado.

48%

Influencia del

mejoramiento

producido por la cal

Suelo M042 + 4% de cal, curado en

cámara húmeda 48 hs a 50º,

embebido 4 días.

86%

Valor soporte máximo

en condiciones

estáticas



embebido 4 días.

Solicitado a 5000 ciclos de carga.

Altura caída leva 5 mm.

85%



embebido 4 días.



94%

Valor soporte similar al

máximo estático. La

influencia de la

solicitación dinámica

no logra el efecto

buscado, debido al

estado plástico

producido por la

elevada humedad de

embebimiento.


cámara húmeda 48 hs a 50º.

Reposo 48 hs a tº ambiente.



62%


cámara húmeda 48 hs a 50º, Reposo

48 hs a tº ambiente.



58%

Valor soporte afectado

por las solicitaciones

dinámicas que se

ponen en evidencia por

la elevada rigidez

lograda en la mezcla

debido a las

condiciones del

ensayo. Se observan

fisuras por desecación.

Tabla Nº 10.8: Resultados de ensayos de valor soporte en diversas condiciones de

mezcla y curado.



10.5. Resumen del Capítulo


reactividad determinada por mediciones conductimétricas, se seleccionaron

muestras de los tres conjuntos anteriormente analizados, consideradas

representativas de sedimentos loésicos de baja, moderada y alta reactividad,

provenientes de diversas zonas del territorio provincial y correspondientes a clases

geotécnicas diferentes.

Los ensayos de resistencia a la compresión simple mostraron que tanto las

muestras arcillosas como las inertes responden a los criterios tradicionales de

diseño de capas estabilizadas con cal, obteniéndose una alta y baja reacción

puzolánica conforme a la existencia de una mineralogía reactiva. Para las muestras

que presentan el caso de sedimentos sin plasticidad, donde la reactividad con la cal

es producida por la presencia en distintos porcentajes de minerales puzolánicos, los

valores de incrementos de la resistencia logrados no serían de esperar de acuerdo

a las especificaciones basadas en granulometría y plasticidad. De igual modo la

muestra de limos naturalmente cementados de elevada reactividad K, muestra un

elevado ritmo de crecimiento de la resistencia de 37 kPa/ día sin cumplir con las

condiciones de granulometría y plasticidad requeridas por las normas tradicionales.

De este modo queda efectivamente demostrado que en los sedimentos

loésicos pampeanos, existe una marcada influencia de la fracción mineralógica

reactiva -básicamente no arcillosa- implicando que la reactividad con la cal debe ser

determinada en forma previa en el proyecto de estabilización, ya que puede

arribarse a resultados muy diferentes partiendo de materiales con similar

granulometría y plasticidad.

A fin de conocer el comportamiento tensión-deformación se seleccionó una

muestra de sedimentos comúnmente conocidos como médanos, los cuales serían

descartados para su estabilización con cal según los protocolos tradicionales,

dada la carencia de plasticidad. Los mismos fueron mezclados con diversos

porcentajes de cal y sometidos a compresión triaxial. En base a los resultados se



comprobó que la rigidización de estos sedimentos no plásticos y medianamente

reactivos que ocurre con el agregado de cal, puede llegar a valores elevados y

por lo tanto debe ser tenido en cuenta el incremento del módulo E debido a la

reacción puzolánica.


puzolánica se realizaron ensayos de Valor Soporte sobre un típico loess con

actividad puzolánica elevada. Se llevaron a cabo una serie de ensayos de

mezclas de loess con diversos porcentajes de cal, realizándose el ensayo CBR

conforme a norma y con diversos grados de solicitaciones dinámicas efectuadas

previamente a la penetración. La metodología empleada permitió evaluar la

rigidez lograda en las mezclas de suelos puzolánicos con cal por influencia de la

cementación, separándola de la que pueden producir aquellas reacciones

conocidas como mejoramiento.



CAPÍTULO 11

PROTOCOLO DE ENSAYOS PARA ESTABILIZACIÓN DE SEDIMENTOS

LOÉSICOS PAMPEANOS CON CAL

11.1 Introducción

De los antecedentes recopilados de protocolos de ensayos para el diseño

de mezclas de suelos estabilizados con cal (Capítulo 4), surge que la mayoría de

ellos relacionan en forma directa la reactividad de los suelos con la cal, con la

presencia de minerales arcillosos (Little, 2000; Little y Yusuf, 2001; Malella et al.,

2004, etc.), recomendando incluso para suelos de baja plasticidad (índice Plástico

menor a 10) el agregado de cenizas volantes u otras puzolanas adicionalmente a

la cal. En el caso de los sedimentos loésicos analizados en esta investigación,

cuya fracción puzolánica está compuesta fundamentalmente por vidrio volcánico

no plástico, los protocolos de ensayos deben ser modificados de manera tal que

atiendan a esta particularidad.

11.2 Protocolo de ensayos para mezclas de suelos puzolánicos - cal

Mediante un análisis comparativo entre diversos protocolos y normas

internacionales y nacionales tales como el MDTP (Mixture Design and Testing

Protocol) propuesto por la National Lime Association (Little,2000) para la Guía de

Diseño de Pavimentos AASHTO 2002, el cual refleja los criterios del U.S. Air

Force Soil Stabilization Index System (SSIS, 1976), se sugieren una serie de

modificaciones a tener en cuenta para la estabilización con cal de sedimentos con

reactividad proveniente de una mineralogía no arcillosa.

MDTP:

Nivel Uno: Estudios preliminares.

Paso 1: Selección de suelos



El proceso usado para seleccionar si un suelo es buen candidato para ser

estabilizado con cal toma como base los criterios de U.S. Air Force Soil

Stabilization Index System (SSIS, 1976), estableciendo como condiciones míni-

mas un 25% de partículas inferiores a 75 micras y un Índice Plástico superior a

10. También limita el contenido de materia orgánica a menos del 1% en peso y el

porcentaje de sulfatos a 0,3%.

Protocolo sugerido:

Paso 1: Selección de suelos

Se propone la determinación de la reactividad del suelo mediante métodos

rápidos e indirectos tales como las mediciones conductimétricas para obtener la

respuesta del suelo a la adición de cal. La determinación de la constante de

velocidad de reacción K, permitirá conocer la importancia de las reacciones

puzolánicas que podrán desarrollarse para cada tipo de suelo.

MDTP

Paso 2: Determinación aproximada del Contenido Óptimo de cal

A fin de comenzar el proyecto de mezcla se realiza el ensayo de pH (Eades

and Grim Test) conforme a la Norma ASTM D 6276 para determinar la demanda

de cal que asegure, mediante el mantenimiento de un pH elevado (mayor a 12,5),

la disponibilidad de cal tanto para reacciones inmediatas como para las puzolá-

nicas de largo plazo.

Protocolo Sugerido

Paso 2: Determinación aproximada del Contenido Óptimo de cal

Tal como se demostró en esta investigación los sedimentos loésicos

pampeanos, presentan fracciones arcillosas muy subordinadas a las limo-areno-



sas, siendo estas últimas donde se concentran grandes cantidades de vidrio

volcánico no plástico, por lo tanto la cantidad de cal consumida en reacciones

superficiales tales como el intercambio catiónico es muy baja (0,5% en la muestra

analizada) sugiriendo un contenido óptimo de cal muy por debajo del necesario

para la concreción de las importantes reacciones puzolánicas que pueden ocurrir.

Por lo tanto el concepto de contenido óptimo de cal no brinda información

consistente para el diseño de estabilización de sedimentos loésicos pampeanos

con cal. Del mismo modo otras formas de determinar el contenido óptimo de cal

tales como las variaciones en el índice de plasticidad con el agregado de cal no

son significativas para estos materiales de escasa fracción arcillosa. La amplia

experiencia regional en mezclas estabilizadas de suelos loésicos con cal ha

determinado el uso de ciertos porcentajes de cal de acuerdo a la función

estructural de la capa (1 a 2% de cal para mejoramiento de subrasantes, 3 a 5%

para sub bases, etc.), los cuales pueden utilizarse como punto de partida para los

tanteos preliminares.

MDTP

Paso 3: Compactación, Fabricación, Curado y condiciones de ensayo a la

compresión

El proceso de fabricación y curado en laboratorio debe tratar de representar

las condiciones de obra. La mezcla se compacta con el contenido de humedad

óptima (con una tolerancia del 1%) y las probetas se curan durante 7 días a 40ºC

de temperatura en bolsas plásticas. Un corto tiempo de curado facilita el proceso

de diseño de la mezcla y la temperatura elevada asegura la formación de los

componentes cementicios puzolánicos de largo plazo. Previamente a la realiza-

ción del ensayo de compresión simple, la muestra es sometida a humedecimiento

por capilaridad durante 24 a 48 horas, representando los cambios en las condicio-

nes de humedad durante la vida útil de un pavimento.

Protocolo Sugerido



Paso 3: Compactación, Fabricación, Curado y condiciones de ensayo a la

compresión:

En nuestro país se procede de acuerdo a las Norma IRAM 10522 ó VN

E19-66. Ambas fijan una temperatura de 21º en el período de curado. Es de fun-

damental importancia respetar el curado en cámara con temperatura y humedad

controlada, ya que la velocidad de la reacción puzolánica es muy dependiente de

estos factores.

MDTP

Paso 4: Determinación de la resistencia a la compresión simple

Se determina mediante la norma ASTM D 5102. En base a ella pueden

aproximarse parámetros de diseño tales como la resistencia a la flexión, defor-

mación potencial y rigidez frente a cargas dinámicas. El Módulo de Resiliencia

puede también deducirse a partir de la resistencia a la compresión simple en este

Nivel Uno correspondientes a estudios preliminares.

Protocolo Sugerido

Paso 4: Determinación de la resistencia a la compresión simple

La resistencia a la compresión simple se determina mediante la Norma VN

E33-67. Esta establece la rotura de las probetas después de 7 días de curado.

Cabe destacar que tanto el tipo de cal (aérea o hidráulica) como la reactividad del

suelo influyen en la resistencia lograda en ese plazo. Es fundamental por lo tanto

que tales datos complementen el informe del ensayo de resistencia a la

compresión.

Como se determinó en esta investigación la velocidad de incremento de

resistencia entre los 7 y 28 días es muy variable para los sedimentos loésicos

pampeanos, pudiendo llegarse a una rigidización demasiado elevada de la mezcla



que la haga extremadamente frágil y con la consecuente fisuración. Por lo tanto

se sugiere establecer el plazo de curado de 7 días bajo dos condiciones de

temperatura 21º y 40º, ya que la resistencia lograda en el último caso se aproxima

a la obtenida tras 28 días de curado a 21º. El incremento de resistencia entre el

curado a 21º y 40º durante 7 días permitirá conocer la importancia de las

reacciones puzolánicas que el suelo puede desarrollar y estimar el máximo por-

centaje de cal que se debe agregar para mantener la resistencia y consecuen-

temente la rigidez acotada.

MTDP

Paso 5: Determinación de la rigidez y respuesta dinámica.

El módulo resiliente de proyecto puede ser obtenido a partir de la resis-

tencia a la compresión simple. Diversas correlaciones han sido desarrolladas

entre la resistencia a la compresión simple de suelos estabilizados con cal y el

módulo de resiliencia siendo la de Thompson (1970) una de las más conserva-

doras.

Protocolo sugerido

Paso 5: Determinación de la rigidez y respuesta dinámica.

La estimación del modulo resiliente a partir de la resistencia a la compre-

sión simple puede complementarse con los resultados de ensayos de Valor

Soporte donde la penetración se realiza después de someter a los moldes que

contienen la mezcla estabilizada a diversas condiciones de curado que incre-

mentan su rigidez y a solicitaciones dinámicas que simulan las condiciones de

servicio de la misma. La deformación y el agrietamiento de las mezclas se ven

reflejadas en valores soportes más bajos. De este modo se puede llegar a la

adopción de un valor soporte más realista para las mezclas estabilizadas, que

permita el uso de este ensayo tan difundido en la práctica vial y de tanta utilidad

para el cálculo estructural.



Nivel Dos: Estudios definitivos para el proyecto y control de obra

MDTP

El Nivel Dos es idéntico al Nivel Uno excepto que el Módulo Resiliente es

medido mediante ensayos triaxiales dinámicos (Método AASHTO T 294-94) o el

Rapid Triaxial Test (RaTT) propuesto por la Universidad de Illinois y el Int. Center

for Aggregates Research (ICAR).

Protocolo sugerido

La determinación de la constante de velocidad de reacción K permite

anticipar el comportamiento puzolánico y consecuentemente el grado de cemen-

tación que puede lograrse en una capa estabilizada. Cuando este es elevado

puede significar una importante posibilidad de agrietamiento con un daño reflejado

a todo el paquete estructural. Es en estos casos en que se justifica ampliamente

la profundización de la investigación a través de ensayos de determinación de

superficie específica, ensayos químicos y mineralógicos que lleven a conocer

detalladamente la reactividad de los minerales existentes. Por su parte el

comportamiento dinámico de las mezclas excesivamente cementadas por suelos

muy puzolánicos puede ser analizado mediante la utilización de ensayos de valor

soporte con solicitaciones dinámicas previas, realizados en forma sistemática,

tanto en el proyecto como en el control de obra.



internacionales y nacionales, se sugieren una serie de modificaciones a tener en

cuenta para la estabilización con cal de sedimentos loésicos pampeanos cuya

reactividad proviene de una mineralogía no arcillosa.








El concepto de contenido óptimo de cal no brinda información consistente

para el diseño de estabilización de sedimentos loésicos pampeanos con cal. Del

mismo modo otras formas de determinar el contenido óptimo de cal tales como las

variaciones en el índice de plasticidad con el agregado de cal no son significativas

para estos materiales de escasa fracción arcillosa. La amplia experiencia regional

en mezclas estabilizadas de suelos loésicos con cal ha determinado el uso de

ciertos porcentajes de cal de acuerdo a la función estructural de la capa (1 a 2%

de cal para mejoramiento de subrasantes, 3 a 5% para sub bases, etc.), los

cuales pueden utilizarse como punto de partida para los tanteos preliminares.

La compactación y curado de las mezclas se realiza en nuestro país de

acuerdo a las Norma IRAM 10522 ó VN E19-66. Ambas fijan una temperatura de

21º en el período de curado. Es de fundamental importancia respetar el curado en

cámara con temperatura y humedad controlada, ya que la velocidad de la

reacción puzolánica es muy dependiente de estos factores.






compresión.











reacciones puzolánicas que el suelo puede desarrollar y estimar el máximo por-

centaje de cal que se debe agregar para mantener la resistencia y conse-

cuentemente la rigidez acotada.

La estimación del Módulo Resiliente a partir de la resistencia a la

compresión simple puede complementarse con los resultados de ensayos de

Valor Soporte donde la penetración se realiza después de someter a los moldes

que contienen la mezcla estabilizada a diversas condiciones de curado que

incrementan su rigidez y a solicitaciones dinámicas que simulan las condiciones

de servicio de la misma. La deformación y el agrietamiento de las mezclas se ven






anticipar el comportamiento puzolánico y consecuentemente el grado de cemen-

tación que puede lograrse en una capa estabilizada. Cuando este es elevado

puede significar una importante posibilidad de agrietamiento con un daño reflejado

a todo el paquete estructural. Es en estos casos en que se justifica ampliamente

la profundización de la investigación a través de ensayos de determinación de

superficie específica, ensayos químicos y mineralógicos que lleven a conocer

detalladamente la reactividad de los minerales existentes. Por su parte el compor-

tamiento dinámico de las mezclas excesivamente cementadas por suelos muy

puzolánicos puede ser analizado mediante la utilización de ensayos de valor

soporte con solicitaciones dinámicas previas, realizados en forma sistemática,

tanto en el proyecto como en el control de obra.



CAPÍTULO 12

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

12.1 Conclusiones

Esta investigación plantea una metodología de estudio para los sedimentos

loésicos pampeanos que toma como punto de partida su particular composición

mineralógica, reflejada en la existencia de dos fracciones mineralógicas: una que

puede ser considerada inerte y la otra con actividad puzolánica, es decir capaz de

reaccionar con la cal para formar componentes cementicios. Estas reacciones

pueden ocurrir en forma natural o a través del agregado de cal dentro de un

proceso de estabilización de suelos.

El desarrollo de la investigación llevó a conformar tres conjuntos de

muestras que permitieron cumplimentar los diversos objetivos de la misma.

El Primer Conjunto de muestras se obtuvo a fin de comprobar la

existencia de la reacción puzolánica en los sedimentos loésicos

pampeanos, mediante el uso de técnicas tradicionales propias de la

industria del cemento. Se tomaron para ello muestras de dos sitios (Sitio 1 y 2)

considerados representativos de sedimentos loésicos con capas de cenizas

volcánicas incluidas, del centro de la Provincia de Córdoba, ubicados en los

alrededores de las Ciudades de Córdoba y Despeñaderos.

Las clasificaciones Unificada y del HRB revelaron que tanto los sedimentos



estas clasificaciones, era de esperar -en un primer acercamiento- un com-

portamiento geotécnico similar para los materiales de una misma clase.



El análisis químico reveló un porcentaje de sílice más alúmina de

alrededor del 75%, con lo cual se verifica el carácter ácido de estos

materiales, condición indispensable para ser considerados puzolánicos. Se

observó una gran similitud en los resultados como consecuencia de la mineralogía

predominante en los sedimentos analizados, conformada principalmente por

silicatos, aluminosilicatos y vidrio volcánico.

De acuerdo al ensayo de superficie específica se determinó que alrededor

de un 25% de las muestras analizadas superó el valor de 3000 cm2/gr

BLAINE exigido por la Norma IRAM 1668, para su incorporación directa en la

fabricación de cemento portland puzolánico. El 41% de las muestras presentó

valores entre 3.000 y 2.000 cm2/gr BLAINE y el 36% inferiores a 2.000 cm2/gr

BLAINE.

La determinación de actividad puzolánica con cemento portland efectuada

sobre las muestras del Sitio 1, mostró que sobre 14 muestras analizadas solo

el 14% supera el 75% solicitado por la norma, pero el 57% presenta valores

muy cercanos (entre 70 y 75%), con lo cual se confirma la puzolanicidad

moderada de los mismos, que si bien no alcanza para cumplimentar las

exigencias de las normativas de la industria del cemento, no debe ser

descartada en el análisis del comportamiento geotécnico de estos

materiales. Similares conclusiones pueden obtenerse de los sedimentos del Sitio

2.

Con este Primer Conjunto de muestras se pudo cumplimentar uno de

los objetivos de esta investigación que consistía en comprobar la existencia

de la reacción puzolánica en los sedimentos loésicos pampeanos, mediante

el uso de análisis químicos, determinación de superficie específica,

actividad puzolánica con cemento portland, etc., es decir técnicas utilizadas

en la industria del cemento portland para definir la posibilidad de uso de un

material para la fabricación de cemento portland puzolánico. También pudo

apreciarse que el índice de puzolanicidad es variable, en un todo de acuerdo con

la investigación bibliográfica de la composición mineralógica, que demuestra la



existencia de cenizas volcánicas, constituidas por vidrios de composición ácida,

es decir alto contenido de sílice, ya sea en estado amorfo o débilmente

cristalizado, siendo este el principal factor de la reactividad de estos materiales

con la cal.

La gran diversidad de factores naturales que afectan la formación de los

sedimentos se encuentra reflejada en sus propiedades geológicas y geotécnicas.

A diferencia de cualquier material fabricado por el hombre la variabilidad de las

capas sedimentarias hace que cualquier conclusión deba ser verificada detallada-

mente. En por ello que se tomó un Segundo Conjunto de muestras, consistente

en un muestreo detallado de una columna estratigráfica, donde pueden

suponerse acotados los acontecimientos geológicos que la originaron, al

igual que las variables que afectan su composición mineralógica, tales

como las rocas de origen y los procesos eólicos. La importancia de este

conjunto de muestras consistió en que sedimentos de características muy

similares en cuanto al tamaño de grano, la plasticidad, etc., manifestaban

diferentes grados de cementación natural de origen puzolánico.

El análisis granulométrico reveló una gran homogeneidad con un 95,2%

promedio de fracción inferior a las 74 micras. El análisis hidrométrico permitió

identificar una fracción limosa predominante, con cantidades variables de arena y

arcilla. La fracción arcillosa se encuentra escasamente representada, coincidiendo

con la baja plasticidad de los sedimentos.


representativas de las capas identificadas, observándose una similitud con

respecto a los otros perfiles del Sitio 1 correspondientes al Primer Conjunto de

muestras. Los sedimentos pueden considerarse como no plásticos en la parte

superior del perfil y con una plasticidad moderada a medida que se profundiza el

mismo.

Los ensayos de identificación permitieron corroborar la homogeneidad del

perfil, ya que todas las muestras se ubican como suelos ML ó A4(8) según la



Clasificación Unificada y del HRB respectivamente. Esta categorización implica

que las condiciones de plasticidad y granulometría de los suelos son uniformes en

todo el perfil.

Mediante el estudio estratigráfico del perfil se delimitaron tres capas -

superior, intermedia e inferior- con condiciones de cementación diferentes. La

capa superior está conformada por loess primarios, sumamente friables y de baja

resistencia a la excavación. La capa intermedia presente un grado de cemen-

tación elevado, tornándose sumamente dificultosa la excavación. Estas capas se

conocen localmente como toscas y responden a cementaciones de origen

silícico. La capa inferior se presenta con características similares a la superior en

cuanto a la friabilidad y carencia de cementación.

El análisis mineralógico reveló que en todas las muestras analizadas el

vidrio volcánico encontrado es ácido, con índices de refracción muy bajos y

estructura planar. Dentro de los minerales livianos se incluye al Cuarzo, Feldes-

patos Potásicos y Calcosódicos, Muscovita y Biotita. Por su parte los minerales

pesados más comunes, son Apatita, Circón, Granate, Hornblenda, etc. Los

porcentajes de carbonatos son bajos (alrededor del 1%) registrándose algunos

picos de hasta el 4%. En la capa superior del perfil, los porcentajes de vidrio

volcánico obtenidos son bajos a moderados (14 a 28%) no favoreciendo la

generación de una reacción puzolánica natural manteniéndose por lo tanto la

friabilidad propia de los loess, manifestada en la facilidad para la excavación de

las muestras. La capa intermedia del perfil, permite observar una

coincidencia entre los porcentajes más elevados de vidrio volcánico con los

horizontes de limos cementados que resultaron difícilmente excavables en

el perfil. Estos materiales identificados como toscas mostraron en los

resultados del análisis mineralógico, la ausencia de carbonatos en grandes

cantidades y una elevada proporción de vidrio, tratándose por lo tanto de

capas con cementación silícica, consecuencia de una reacción puzolánica

natural, producida mediante el ataque del agua del suelo enriquecida en

óxidos de calcio, a los vidrios volcánicos y otros minerales con sílice

soluble. La capa inferior presenta en forma similar a la superior una baja



consistencia y gran facilidad para su excavación y toma de muestras.

Coincidentemente el porcentaje de minerales reactivos -fundamentalmente el

vidrio volcánico- es bajo (7 al 16%) no observándose cementación alguna.

La determinación de actividad puzolánica por conductimetría permitió

obtener para la capa superior del perfil valores de velocidad de reacción K entre

6x 10-4 a 10x 10-4 pudiendo considerarse estos como representativos de un

contenido moderado de minerales reactivos. La capa intermedia supera en

todos los casos la reactividad de la capa superior acorde con los

porcentajes de vidrio mayores y con la cementación que se aprecia en el

perfil. Las dos muestras analizadas que presentan los valores de K más

elevados se corresponden con un porcentaje de vidrio cercano al 50%. La

capa inferior caracterizada por bajos porcentajes de vidrio volcánico, presentan a

su vez y en forma correspondiente valores bajos de K.

La determinación de la velocidad de reacción K para los sedimentos

del Perfil 1F y el hidróxido de calcio, se relaciona correctamente con los

porcentajes de vidrio volcánico, siendo por lo tanto una forma adecuada de

medir la actividad puzolánica.

El análisis mineralógico realizado sobre las muestras del perfil detectó la

presencia de cantidades variables de vidrio volcánico, el cual representa el origen

de la sílice amorfa, reactiva con el hidróxido de calcio. La presencia de

cantidades importantes de estos materiales dentro de las muestras de la

capa intermedia, conjuntamente con la ausencia de carbonatos, permite

concluir que el origen de la cementación de esta capa es una reacción

puzolánica natural producida por el ataque del vidrio volcánico por parte de

soluciones acuosas con elevado contenido de hidróxido de calcio,

provenientes de la concentración de sales solubles en el agua del suelo.

De este modo se cumplimentó el segundo objetivo de la presente

investigación consistente en la demostración de la existencia de reacciones

puzolánicas naturales en los sedimentos loésicos pampeanos.



Una vez determinadas las relaciones entre mineralogía y actividad

puzolánica en los sedimentos loésicos correspondientes a un grupo muy acotado

de materiales clasificados como ML ó A4(8) se decidió ampliar el muestreo a fin

de poder generalizar ciertas conclusiones obtenidas hasta el momento. El Tercer

Conjunto de muestras incluyó sedimentos loésicos pampeanos, cuyos índices de

plasticidad y granulometría los ubican en diversas clases geotécnicas. Se

realizaron mediciones conductimétricas a fin de obtener su actividad puzolánica y

observar su influencia en las propiedades geotécnicas.

El Tercer Conjunto de muestras se conformó con materiales de los

siguientes sitios: Sitios 3 y 4 que presentan loess primarios, cuyas características

granulométricas medias se asemejan a las del Sitio 1. El Sitio 5 es característico

de los limos arcillosos del este provincial, conformado en más de un 90% por limo

y arcilla. Los Sitios 6 y 7 representan claramente la zona de médanos del sur

provincial. El Sitio 8 está caracterizado por la presencia de cenizas volcánicas

verdes. El Sitio 9 corresponde a un cuerpo de tosca, con grado de cementación

variable.

Las características granulométricas y de plasticidad de los materiales

permiten clasificarlos en diversas clases que abarcan desde arcillas del tipo CL ó

A6 hasta arenas limosas SM ó A4-3 sin plasticidad.

Mediante mediciones conductimétricas se obtuvo la constante de velocidad

de reacción K para estos materiales, relacionando los valores obtenidos con los

sedimentos del Segundo Conjunto, donde se llevó a cabo en forma detallada la

determinación de los porcentajes de minerales puzolánicos, que son tomados

como referencia.

Con respecto a los sedimentos de los Sitios 3 y 4 puede apreciarse una

elevada velocidad de reacción K, que supera la encontrada en los loess de similar

composición granulométrica del Segundo Conjunto de muestras, constituidos por

50% de vidrio volcánico. El Sitio 5 corresponde a sedimentos limo arcillosos tipo

CL donde la reactividad encontrada es del mismo orden a la correspondiente a los



sedimentos del Segundo Conjunto de muestras con porcentajes de vidrio volcá-

nico del orden del 50%. Los Sitios 6 y 7 corresponden a materiales de la Planicie

Medanosa donde la inexistencia de fracción arcillosa, implica una reactividad

directamente ligada a la presencia de minerales tales como vidrios volcánicos,

coloides siliceos, etc. Los valores de reactividad encontrados son variables y se


de vidrio volcánico. Las cenizas volcánicas verdes incluidas dentro de sedimentos

loésicos en el Sitio 8, presentan un valor de reactividad elevado, por encima de

los encontrados para sedimentos con un 50% de vidrio volcánico, por lo que

puede deducirse que su fracción puzolánica presenta una importancia superior.

Las toscas del Sitio 9 presentan un valor muy elevado de K en correspondencia

con su condición de puzolana natural.


reactividad determinada por mediciones conductimétricas, se seleccionaron

muestras de los tres conjuntos anteriormente analizados, consideradas repre-

sentativas de sedimentos loésicos de baja, moderada y alta reactividad,

provenientes de diversas zonas del territorio provincial y correspondientes a

clases geotécnicas diferentes.

Mediante ensayos de resistencia a la compresión simple se demostró la

existencia de dos grupos de sedimentos con comportamientos diferentes. Un

grupo que responde a las previsiones que determinan los criterios tradicionales de

diseño de capas estabilizadas con cal e incluye a sedimentos con fracciones

arcillosas importantes y a aquellos mayoritariamente inertes, obteniéndose una

alta y baja reacción puzolánica respectivamente. El otro grupo está constituido por

sedimentos sin plasticidad, donde la reactividad con la cal es producida por

la presencia en distintos porcentajes de minerales puzolánicos, los valores

de incrementos de la resistencia logrados superan a las expectativas de

acuerdo a las especificaciones basadas en granulometría y plasticidad.

De este modo queda efectivamente demostrado que en los

sedimentos loésicos pampeanos, existe una marcada influencia de la



fracción mineralógica reactiva -básicamente no arcillosa- implicando que la

reactividad con la cal debe ser determinada en forma previa en el proyecto

de estabilización, ya que puede arribarse a resultados muy diferentes

partiendo de materiales con similar granulometría y plasticidad.

El comportamiento tensión-deformación se determinó sobre sedimentos no

plásticos conocidos como médanos, los cuales serían descartados para su

estabilización con cal según los protocolos tradicionales, dada la carencia de

plasticidad. Los mismos fueron mezclados con diversos porcentajes de cal y

sometidos a compresión triaxial. En base a los resultados se comprobó que la

rigidización producida por reacciones puzolánicas en estos sedimentos -no

plásticos y medianamente reactivos- puede llegar a valores elevados y por

lo tanto debe ser tenido en cuenta el incremento del módulo E en los

diseños de las mezclas estabilizadas.


puzolánica se realizaron ensayos de Valor Soporte sobre un típico loess con

actividad puzolánica elevada. Se llevaron a cabo una serie de ensayos de

mezclas de loess con diversos porcentajes de cal, realizándose el ensayo CBR

conforme a norma y con diversos grados de solicitaciones dinámicas

efectuadas previamente a la penetración. La metodología empleada permitió

evaluar la rigidez lograda en las mezclas de suelos puzolánicos con cal por

influencia de la cementación, separándola de la que pueden producir

aquellas reacciones conocidas como mejoramiento.


internacionales y nacionales, se sugieren una serie de modificaciones a tener

en cuenta para la estabilización con cal de sedimentos loésicos pampeanos cuya

reactividad proviene de una mineralogía no arcillosa.








El concepto de contenido óptimo de cal no brinda información consistente

para el diseño de estabilización de sedimentos loésicos pampeanos con cal. Del

mismo modo otras formas de determinar el contenido óptimo de cal tales como las

variaciones en el índice de plasticidad con el agregado de cal no son significativas

para estos materiales de escasa fracción arcillosa. La amplia experiencia regional

en mezclas estabilizadas de suelos loésicos con cal ha determinado el uso de

ciertos porcentajes de cal de acuerdo a la función estructural de la capa (1 a 2%

de cal para mejoramiento de subrasantes, 3 a 5% para sub bases, etc.), los

cuales pueden utilizarse como punto de partida para los tanteos preliminares.

La compactación y curado de las mezclas se realiza en nuestro país de

acuerdo a las Norma IRAM 10522 ó VN E19-66. Ambas fijan una temperatura de

21º en el período de curado. Es de fundamental importancia respetar el curado en

cámara con temperatura y humedad controlada, ya que la velocidad de la

reacción puzolánica es muy dependiente de estos factores.






compresión.











reacciones puzolánicas que el suelo puede desarrollar y estimar el máximo

porcentaje de cal que se debe agregar para mantener la resistencia y

consecuentemente la rigidez acotada.

La estimación del Módulo Resiliente a partir de la resistencia a la

compresión simple puede complementarse con los resultados de ensayos de

Valor Soporte donde la penetración se realiza después de someter a los moldes

que contienen la mezcla estabilizada a diversas condiciones de curado que

incrementan su rigidez y a solicitaciones dinámicas que simulan las condiciones

de servicio de la misma. La deformación y el agrietamiento de las mezclas se ven






anticipar el comportamiento puzolánico y consecuentemente el grado de

cementación que puede lograrse en una capa estabilizada. Cuando este es

elevado puede significar una importante posibilidad de agrietamiento con un daño

reflejado a todo el paquete estructural. Es en estos casos en que se justifica

ampliamente la profundización de la investigación a través de ensayos de

determinación de superficie específica, ensayos químicos y mineralógicos que

lleven a conocer detalladamente la reactividad de los minerales existentes. Por su

parte el comportamiento dinámico de las mezclas excesivamente cementadas por

suelos muy puzolánicos puede ser analizado mediante la utilización de ensayos

de valor soporte con solicitaciones dinámicas previas, realizados en forma

sistemática, tanto en el proyecto como en el control de obra.

12.2 Recomendaciones

Aun habiendo alcanzado los objetivos descritos en el Capítulo 1, el carácter

de este trabajo impone limitaciones a la amplitud del mismo. Por ello es deseable



continuar los estudios aquí desarrollados mediante nuevas líneas de

investigación.

El estudio llevado a cabo sobre los sedimentos loésicos pampeanos

muestra principalmente que estos poseen una mineralogía muy particular y

variada que se ve reflejada en el comportamiento geotécnico. Todo ensayo que

implique la saturación de la muestra durante un período de tiempo prolongado

puede dar lugar a reacciones puzolánicas o de endurecimiento tiempo-depen-

diente e influenciar notoriamente en los resultados esperados. Por lo tanto es

recomendable que además de las propiedades índices se conozca la actividad

puzolánica de las muestras a ensayar y de ese modo saber si se está en

presencia de un suelo con o sin buena reactividad con la cal e incluso si pueden

existir reacciones de autocementación con el solo agregado de agua y compac-

tación. Este punto es sumamente importante en los estudios de determinación de

la susceptibilidad de los suelos loésicos al agua.

Dado que la actividad puzolánica de los sedimentos loésicos no se detecta

basándose en los ensayos de plasticidad y granulometría, y por lo tanto tampoco

queda explicitada en las clasificaciones de suelos, se deberán utilizar nuevas

normas, especificaciones técnicas y protocolos de ensayos, basados en la

determinación directa de la reactividad del suelo con la cal. La validez regional de

estas normativas deberá ser sustentada por un programa de ensayos sumamente

amplio, que se encuentra justificado por la gran economía y el avance ecológico

que significa el uso de materiales con cementantes naturales de gran abundancia

en el territorio provincial.

Dentro del ámbito vial sería de suma utilidad la profundización de la

investigación del uso de estos materiales como ligantes, es decir cementos

naturales con características especiales tales como fraguado lento y continuo en

el tiempo, posibilidad de control de la fisuración y autocurado de las fisuras. El

diseño de mezclas de los sedimentos loésicos con cal sería del tipo LFA (Lime-Fly

Ash – Aggregates), pero con la conveniencia que el aporte puzolánico ya estaría

incorporado en el suelo.



Como se ha comprobado en esta investigación ciertos sedimentos

puzolánicos podrían ser utilizados directamente para la fabricación de cemento

portland puzolánico, con el importante ahorro económico y ecológico que esto

traería aparejado. Se recomienda la continuidad de esta línea de investigación

como una clave para el desarrollo de las economías regionales.

La realización de ensayos de Valor Soporte sobre mezclas de suelo

puzolánico-cal sometidas a diversos tipos de cargas dinámicas, mediante mesas

de choque, puede permitir una correlación sencilla que lleve a un valor realista del

CBR, valor se suma importancia y utilidad para el proyecto estructural..

Una investigación similar se puede llevar a cabo mediante ensayos de

compresión simple sobre probetas sometidas a acciones dinámicas previo a su

rotura y en condiciones variables de confinamiento.

La utilización de nuevas técnicas basadas en imágenes de microscopios

de barrido electrónico analizadas mediante modelos físicos o matemáticos permi-

tirá conocer en detalle la forma en que se desarrolla la reacción puzolánica, tanto

en mezclas de suelos loésicos con cal y cemento, como en la fabricación del

cemento puzolánico. Su utilización develará definitivamente aquellos puntos

oscuros que aún existen en el conocimiento íntimo de los procesos físicos y

químicos incluidos en la reacción puzolánica.



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Tesis Doctoral - Ing. Enrique Quintana Crespo Página A 1

APÉNDICE A

METODOS DE LABORATORIO PARA CARACTERIZACIÓN DE LA FRACCIÓN

PUZOLÁNICA

A.1 Caracterización de la fracción puzolánica

Como consecuencia de la definición de puzolanas que incluye "aquellos

materiales naturales o artificiales, ricos en sílice y alumina, capaces de reaccionar

con cal en presencia de agua y formar por esta reacción compuestos con

propiedades cementicias", se han concebido dos categorías de ensayos de

laboratorio:

• Aquellos que tienden a caracterizar la existencia de la reacción

puzolánica, poniendo en evidencia la formación de productos de hidratación

específicos (silicatos y aluminatos de Calcio hidratados) ;

• Los que intentan probar que estos productos tienen influencia sobre las

características físico-mecánicas del sedimento.

1. Ensayos que ponen en evidencia la reacción puzolánica:

La primera categoría de ensayos se basa fundamentalmente en

determinaciones que permitan identificar dentro del sedimento la presencia de

material que manifieste potencialmente aptitud para reaccionar con la cal. Este

material debe satisfacer tres condiciones (Largent R., 1978):

1. ser ácido, es decir contener una fuerte proporción de sílice y alúmina.

2. contener una proporción importante de fase vítrea o débilmente cristalizada.

3. presentar una gran superficie específica.



Métodos para comprobar la primera condición, basados en el dosaje de

componentes activos solubilizados por ataques ácidos y básicos:

Método propuesto por Voitnovich I. y colaboradores (1968): es uno de los más

sencillos y rápidos, basado en el ataque con ClH que disuelve los componentes

básicos y permite efectuar sobre el residuo insoluble una estimación de la

importancia cuantitativa de la fracción puzolánica.

Método Florentin. Se ataca el cemento que contiene la puzolana por una solución

fría de ácido clorhídrico diluido, de manera de solubilizar la sílice que será valorada

seguidamente. La interpretación de los resultados da una apreciación cualitativa.

Método Poliet y Chausson. La puzolana contenida en el cemento es atacada por

la cal liberada por la hidrólisis del cemento. Se lleva a ebullición durante 24 horas.

Se filtra la solución y se reunifica el filtrado con el obtenido después del ataque del

residuo según la metodología de Florentin. Se valora la alúmina y sílice

solubilizadas de este modo. La actividad puzolánica se deduce de la diferencia

entre el total alumina + sílice con y sin tratamiento por ebullición durante 24 horas.

Este método que demanda al menos 48 horas, permite a los autores clasificar las

puzolanas de distintas naturalezas.

Norma española UNE 80-225/93. Tiene por objeto describir un método de ensayo

para determinar el contenido de dióxido de silicio (SiO2) reactivo en los cementos,

puzolanas y cenizas volantes. Este dióxido de silicio (SiO2) reactivo, para los

efectos de esta norma, se define como la cantidad de dióxido de silicio en la

disolución que, después del tratamiento de la muestra con ácido clorhídrico (ClH),

se disuelve por ataque posterior con una disolución de hidróxido de potasio (OHK),

a ebullición. Se determina restando del dióxido de silicio total en dichos

compuestos, el dióxido de silicio presente en el resido insoluble tras un tratamiento

en ácido clorhídrico (ClH) e hidróxido de potasio (OHK).

Norma IRAM 1654: PUZOLANAS. Comprende ensayos físicos y químicos que se

realizan sobre puzolanas. El análisis químico consiste en determinar primeramente



el residuo insoluble atacando una muestra de 2 gramos de puzolana con una

solución (1+4) de ácido clorhídrico, que es hervida durante una hora, diluida con

agua para análisis y filtrada. El residuo se lava con agua caliente y el filtrado se

reserva para la determinación del dióxido de silicio soluble en ácido.

Posteriormente se pasan el papel de filtro y el residuo a un vaso de precipitación

donde se añade una solución al 2% de hidróxido de sodio, se hierve, se filtra y se

lava el residuo 4 veces con agua para análisis caliente. Las aguas de lavado se

reúnen al filtrado para la determinación del dióxido de silicio soluble en álcalis.

Norma ASTM C.379-56-T. Se basa en el ataque de la puzolana con soda en

solución normal y en ebullición durante media hora. En el filtrado se realiza el

dosaje de la sílice y la alúmina. La suma de SiO2 + Al2O3, se traduce en un efecto

puzolánico cuando es superior al 20% del material inicial. Es un método que

permite una apreciación relativamente rápida – en 1 a 2 jornadas de trabajo- de la

actividad puzolánica del material puro (en ausencia de cemento).

Método Pichon y colaboradores (Pichon et.al., 1996): se basa en la disolución

selectiva del material puzolánico en ácido fluorhídrico. El método consiste en seguir

la cinética de disolución de los aluminosilicatos amorfos existente en los materiales

puzolánicos y que se efectúan según las reacciones tipo siguientes:

2SiO2 + 10 FH SiF6 –2 + 2H+ + 2H2O + SiF4

Al2O3 + 12 FH 2AlF6 –3 + 6H+ + 3H2O

Se parte del principio de que la velocidad de disolución del complejo amorfo es

mucho mayor que la de la fase cristalina, por lo tanto se puede distinguir la

proporción de fase soluble cuantificando los residuos del ataque. Así pueden

obtenerse curvas de materia disuelta en función del tiempo de ataque ûm / mo (%)

= f(t). siendo ûm la pérdida de masa de la muestra. Las curvas tipo se

descomponen en tres partes (Figura A.1):

1. representa la disolución de la fracción amorfa;



2. representa la disolución de la fracción amorfa y de las fases cristalinas;

3. representa la disolución de las fases cristalinas.

La extrapolación a tiempo = 0 de la parte lineal BC permite evaluar la fracción

soluble de la mezcla por exceso.

El ensayo se efectúa realizando una solución de 200 ml de ácido fluorhídrico al 1%

(+ 3 gotas de HNO3 al 5%) donde se agrega 1 gramo del material puzolánico

molido, manteniéndose durante 40 minutos a 25ºC. Los productos cristalinos

recuperados a partir del punto B no contienen prácticamente nada de vidrio. El

análisis permite obtener la composición de las fases solubles por calculo a partir del

análisis total del producto y del tenor en vidrio.

B A'

x

100

1-x

A t1

3: Disolución de cristales

2: Disolución de vidrio y cristales

1: Disolución del vidrio

t (min)

(1-Dm / mo)

%

Figura A.1: Curva de disolución selectiva de puzolanas en FH 1%. (Pichon

et.al.,1996)



Métodos para comprobar la primera condición, basados en el dosaje de la cal

fijada por la fracción puzolánica:

Método Fratini. La realidad de la reacción puzolánica será probada si se

demuestra que la adición de puzolana finamente molida a una solución saturada de

cal, provoca una caída en la concentración de cal de la solución. Esta idea es la

que guía a Fratini en el ensayo que propone y que se recomienda originalmente en

la norma ISO. R.863 de 1968. Este ensayo consiste en mantener una solución de

20 gramos de cemento en 100 ml de agua, a 40º durante 8 días y valorar al

término del ensayo -en la solución sobrenadante- el calcio total y la alcalinidad

total. La posición del punto representativo en el diagrama “alcalinidad total – calcio

total” por debajo o por encima de la curva de solubilidad del hidróxido de calcio,

permite afirmar si la reacción puzolánica es efectiva o no.

Largent (1978) realiza algunas objeciones lógicas a este método, afirmando

que la proposición de Fratini es verdadera si el sistema está en equilibrio, cosa que

no ocurre al encontrarse la solución en reposo durante el ensayo, con la

consecuente decantación, lo cual implica una gran variación de la relación agua /

cemento. La pasta depositada al cabo de los ocho días adquiere una cierta

cohesión, tornándose compacta y estratificada. Si hubiera verdadero equilibrio en

todo el sistema, la subsaturación en hidróxido de calcio de la solución sobrenadante

se acompañaría de una ausencia de la fase cal en todo el espesor de la pastilla

decantada. Según exámenes de rayos X realizados por este autor sobre las

distintas capas estratificadas de sólidos decantados, se encuentran cantidades

importantes de hidróxido de calcio, salvo en la zona superficial en contacto con el

líquido. El equilibrio por lo tanto se limitaría a lo sumo a la zona de interfase líquido /

sólido. A fin de evitar este problema y crear condiciones reales de equilibrio en toda

la masa,

Largent propone mantener en agitación el sistema durante toda la duración

del ensayo y tomar muestras de la fase acuosa para valorar calcio y alcalinidad

total en ellas.



Norma IRAM 1651 – Parte II – 1982: Cemento Portland Puzolánico. Toma como

base el Método Fratini determinando un parámetro denominado Coeficiente

Puzolánico. Se preparan dos muestras para ser ensayadas a 7 y 28 días,

colocando 20 gr. de cemento puzolánico en 100 cm3 de agua para análisis y

manteniendo el conjunto a 40º durante todo el ensayo. Transcurridos 7 o 28 días,

según corresponda, se filtra, se tapa y se deja enfriar, procediéndose luego al

cálculo de la alcalinidad total valorando la solución con ácido clorhídrico, mediante

la fórmula:

I = ( V´ * N / V )* 1000

siendo:

I la alcalinidad total;

V´ el volumen de solución de ácido clorhídrico utilizado en la valoración;

V el volumen de la solución ensayada;

N la normalidad de la solución de ácido clorhídrico.

Posteriormente se obtendrá el óxido de calcio (o índice puzolánico)

valorando la solución con permanganato de potasio, realizando el cálculo según la

siguiente fórmula:

I p = (V´ * N / V )* 500

siendo:

I p el contenido de óxido de calcio o índice puzolánico;

V´ el volumen de solución de permanganato de potasio utilizado

en la valoración;

V el volumen de la solución ensayada;

N la normalidad de la solución de permanganato de potasio.

El coeficiente puzolánico se calcula entonces mediante la fórmula siguiente:

C p = (1 - 15) * I p / 360



siendo:

C p el coeficiente puzolánico;

I la alcalinidad total;

I p el contenido de óxido de Calcio

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Alcalinidad total (m mol/lt)

Con

teni

do d

e C

aO (

m m

ol/lt

)

Figura A.2: Curva de solubilidad del Ca (OH)2

Los valores I e I p se marcan en el gráfico de solubilidad de Ca (OH)2 (Figura

A.2) en presencia de álcalis a 40º, considerándose positivo o negativo el resultado

del ensayo, según si el punto marcado queda por debajo o por encima de la curva

de solubilidad. Si el resultado a 7 días es negativo, se repite con la muestra

mantenida en idénticas condiciones a 28 días.

Método Chapelle. Consiste en determinar la cantidad de cal consumida por la

reacción puzolánica después de 16 horas de ebullición de una mezcla de un gramo

de puzolana, un gramo de cal y 200 cm3 de agua. Presenta la ventaja de permitir

medir la cantidad real de cal consumida evaluando no solo la cal que queda en la

solución sino también la que se encuentra en estado sólido. En el ensayo original



la agitación se logra por las corrientes de convección, posteriormente el método se

modifica evitando la deposición mediante agitación magnética. Permite conocer la

actividad puzolánica de una muestra 3 días después de su recepción en

laboratorio.

Método Guillaume. Se compara el tenor en insolubles en ácido clorhídrico y en

una solución de carbonato de sodio, obtenida antes y después de la calcinación a

1000 ºC de una mezcla al 20% de puzolana y cemento. Existe un efecto

puzolánico cuando la diferencia entre los dos insolubles es superior a 2/3 del tenor

en insolubles de la mezcla inicial. Es posible efectuar la determinación en menos de

una jornada normal de trabajo.

Métodos Indirectos: Medición de conductividad y resistividad eléctrica. Son

métodos basados en evaluar la conductividad eléctrica (��o la resistividad eléctrica

de una solución, considerando la proporcionalidad de estos parámetros con el

conjunto de especies iónicas presentes en la misma.

Sierra (1975) realizó el seguimiento de la evolución electroquímica de una

solución de silicato tricálcico (C3S) preparada por fusión a 1600º de una mezcla de

carbonato de calcio y un gel de sílice. La hidratación se efectuó a 30º hasta lograr

una relación agua / cemento igual a 15 y fue registrada en las mediciones de

conductimetría. Las curvas conductimétricas (Figura A.3) traducen esencialmente

las variaciones en la concentración de la fase acuosa de los iones Ca++ (o del

OCa). Es muy interesante la interpretación de los puntos singulares que muestran

estas curvas y que se describen a continuación:

(�a, ta) corresponde prácticamente a la finalización de la solución de la cal

libre inicialmente presente en el producto anhidro.

(�b, tb) corresponde al momento en que la liberación de la cal de hidrólisis

comienza a ser apreciable.



(�c, tc) corresponde a la concentración máxima de iones Ca++ en la fase

acuosa (sobresaturación pronunciada). Igualmente es el momento en que aparecen

los primeros precipitados de cal.

(�d, td) corresponde a una caída violenta del tenor en iones Ca++ , debido a la

precipitación del hidróxido de Ca; el nuevo tenor en iones Ca++ continúa todavía

siendo superior al de la saturación.

(�e, te) marca el fin del equilibrio cinético entre el aporte de cal por hidrólisis al

medio líquido y la disminución de la misma por precipitación.

0

5

10

15

0 100 200 300 400 500 600 700 800

Tiempo (minutos)

C (mS/cm)

ta tb tc td te

Figura A.3 : Curva tipo de medidas conductimétricas de una suspensión de

silicatos cálcicos ( Sierra, 1975)

Largent (1978) realizó mediciones de conductividad de una solución de

cemento puzolánico y agua, con la misma relación agua / cemento que en el

Método de Fratini y manteniendo el sistema en suspensión por agitación

magnética. Las mediciones se continuaron durante varios días, notándose que la



evolución en las primeras horas es similar a la observada por Sierra en el trabajo

antes citado, manteniéndose una curva con conductividad decreciente, pero a partir

de los 3 días la liberación de álcalis se hace importante y la curva comienza a

remontar.

Luxan et.al. (1989) desarrollaron un método sencillo y rápido para efectuar la

evaluación de la actividad puzolánica mediante mediciones de conductividad. El

método consiste en colocar una cantidad determinada de puzolana en una solución

saturada de hidróxido de calcio, mantenerla a 40º de temperatura y bajo agitación

magnética constante y efectuar mediciones de conductividad durante un período

inicial de 4 horas. El conocimiento posterior de los materiales permite realizar este

ensayo en solo 2 minutos. La caída de la conductividad que ocurre a medida que la

reacción entre el hidróxido de calcio de la solución y la sílice soluble de la puzolana

progresa, determina en forma indirecta la actividad puzolánica. Se obtiene de este

modo una clasificación de los materiales en no puzolánicos, de puzolanicidad

variable y de puzolanicidad elevada, según la caída de la conductividad de la

solución a los 2 minutos sea menor de 0.4 mS/cm, entre 0.4 y 1.2 mS/cm y mayor a

1.2 mS/cm.

Esta metodología se desarrolló como una simplificación de la propuesta por

Raask y Bhaskar (1975), consistente en medir la conductividad eléctrica de una

solución de ácido fluorhídrico (FH) en la que se dispersa el material puzolánico. Los

valores obtenidos muestran dependencia del tamaño de partícula y grado de

solubilidad en FH, reflejando solo el carácter puzolánico de los minerales de

composición silícea.

Tashiro et al. (1994) efectuaron la evaluación de la actividad puzolánica

mediante la medición de la inversa de la conductividad, es decir la resistividad

eléctrica sobre pastas de materiales cerámicos finos, cenizas volantes, humos de

sílice, caolín, arcillas ácidas, zeolitas y cuarzo activados con hidróxido de calcio

(portlandita). Las muestras para ensayo se prepararon mezclando los materiales

con el hidróxido de Ca en relaciones 9:1 y 8:2. Se produjeron pastas con relaciones



agua / sólido 0.5 a 0.7, que se colocaron en una celda de acrílico calibrada con

soluciones estándar de cloruro de K.

Se encontró que la medición de la variación de la resistencia eléctrica

permite separar a los materiales ensayados en cuatro categorías:

1. comprende cerámicas finas, humos de sílice, arcillas ácidas y zeolitas en los

cuales se produce un pico muy grande de resistividad en un corto período de

tiempo, manteniéndose luego constante en un período de 12 horas de

ensayo;

2. comprende las cenizas volantes en las cuales la ocurrencia del pico de

resistividad ocurre con un retardo de 24 horas;

3. constituida por el caolín, en el cual no aparece ningún pico en la curva de

resistividad, pero se incrementa permanentemente la misma durante 24

horas;

4. comprende al cuarzo donde no se observa reacción alguna en el tiempo de

duración del ensayo.

El pico de resistividad que se observó en las mediciones corresponde a la

precipitación de los hidratos que ocurren al finalizar el período de inducción de la

reacción puzolánica. La disminución en la concentración de la solución que

acompaña a la precipitación daría lugar a un corte de las vías de conducción de la

corriente eléctrica, incrementando la resistividad. Desde este punto de vista la

actividad puzolánica puede caracterizarse según el período de inducción y la mayor

resistividad posterior al mismo. Un corto período de inducción y una elevada

resistividad posterior caracterizaría un buen comportamiento puzolánico.

Se observó también que la resistencia eléctrica es proporcional al consumo

de hidróxido de calcio, excepto para las cenizas volantes.

Mediante técnicas de difracción de rayos X se realizó el seguimiento de la

pasta de portlandita con los diversos tipos de puzolanas, observándose la variación

con el tiempo de curado en la intensidad del pico producido por esta. La cantidad

de portlandita consumida por la reacción con los materiales, se determinó a



intervalos de tiempo entre 0 y 72 horas. Se midieron picos (001) y (101) para la

portlandita.

Los resultados se contrastaron con los obtenidos a través de la resistividad.

Los humos de sílice, arcillas ácidas y zeolitas generaron un consumo de

portlandita muy rápido (en menos de 3 horas). No existió variación en el caso del

cuarzo, confirmándose su carácter inerte y por el contrario se observó una rápida

disminución en la intensidad del pico en la pasta con caolín. Las pastas con

cerámicas finas y las cenizas volantes mostraron similares disminuciones de

intensidad, pero en el caso de las cenizas volantes el consumo de portlandita se

produce con un retardo en el estado inicial de hidratación. El caolín consumió una

tremenda cantidad de portlandita, no obstante su actividad puzolánica no es

elevada de acuerdo a los ensayos de resistividad.

Se encontró una muy interesante relación entre el consumo de portlandita y

la resistividad efectuando análisis de regresión mediante funciones lineales. Se

obtuvo una clara relación lineal con coeficientes entre 0.95 – 0.98 para la mayoría

de las puzolanas, excepto para las cenizas volantes. Se encontró que el gradiente y

la intersección con el eje x de cada línea se encuentran firmemente relacionados

con la actividad puzolánica.

Sobre la base de esta relación se clasificó a los materiales en tres grupos:

Grupo A: incluye las cerámicas finas en las que la línea presenta un

gradiente elevado e interceptan a la abscisa cerca del origen (baja reactividad a la

portlandita y alta resistividad).

Grupo B: incluye a los humos de sílice, arcillas ácidas y zeolitas en las

cuales las líneas de correlación tiene gradientes bajos e interceptan al eje x lejos

del origen (alta reactividad y baja resistividad).



Grupo C: incluye las cenizas volantes y el caolín en los cuales las líneas

presentan gradientes bajos en interceptan a la abscisa en un punto intermedio entre

los grupos A y B. (reactividad y resistividad intermedia). Las cenizas volantes no

muestran una relación lineal habiendo sido colocadas en este grupo por

conveniencia.

Basándose en lo antedicho se concluye que una mayor resistividad indicaría

propiedades puzolánicas superiores y estarían caracterizadas por gradientes

elevados en las curvas de correlación. Las intersecciones del eje x dependen de la

reactividad del material con la portlandita. Por lo tanto esta clasificación permite

seleccionar las mejores puzolanas de cada grupo, dependiendo de los usos y

aplicaciones que se piense dar a los materiales.

Mc Carter y Tran (1996) midieron la variación de la conductividad con el

tiempo en mezclas de hidróxido de calcio con materiales puzolánicos,

experimentando dos métodos de activación: mediante una solución saturada de

hidróxido de calcio y a través del mezclado del material con hidróxido de calcio en

polvo y agregando luego agua para formar una pasta. Finalmente se seleccionó

este último procedimiento para la profundización de la investigación utilizándose

una relación puzolana / hidróxido de calcio 9:1. Los materiales utilizados fueron

microsílice, caolín y pizarras calcinadas y cenizas volantes pulverizadas y se

obtuvieron curvas como la de la Figura A.4., distinguiéndose 4 regiones: la Región I

comprende las primeras 4 horas durante las cuales la conductividad decrece

alrededor de un 10% de su valor inicial, como consecuencia de una actividad

química importante; la Región II se extiende a continuación, hasta

aproximadamente las 14 horas y en ella la velocidad de decrecimiento de la

conductividad es muy baja. Esta región se asimila al período de latencia de las

reacciones del fraguado del cemento portlland en el que la actividad química

decrece. Posteriormente la Región III se extiende entre las 14 horas y las 22 horas

y en ella se produce una marcada caída de conductividad como producto de la

rigidización de la pasta por el fraguado. Finalmente la Región IV denota una escasa

actividad química que finaliza con el endurecimiento total de la muestra.



Figura A.4: Variación de la conductividad con el tiempo en una pasta de

puzolana / hidróxido de calcio ( Mc Carter y Tran, 1996)

Estas regiones no están siempre presentes en la reacción de todos los

materiales, desapareciendo por ejemplo, la Región II en aquellos altamente

reactivos como la microsílice (superficie específica Blaine: 15.000 m2/kg).

La cuantificación de la actividad puzolánica se realizó teniendo en cuenta

que la principal acción cementante se desarrolla durante la Región III, considerando

dos aspectos: en primer lugar la velocidad de cambio de conductividad en ella:

((d1t / dt)max)

la que refleja la velocidad de las reacciones químicas y en segundo lugar el tiempo

T después del mezclado hasta el cual se extiende la Región III, considerando que

este tiempo se corresponde con una velocidad límite tal como d1t / dt =0,005 S/m/h.

De este modo el Índice de Puzolanicidad queda expresado como:

0

1

2

3

4

0 12 24 36

Tiempo (horas)

Con

duct

ivid

ad (

mS

/cm

)

IVI IIIII



IP = ((d1t / dt)max) / T * 104 (S/m/h2)

El término 104 es una constante incluida simplemente con el fin de elevar los

valores del término entre paréntesis.

Métodos para comprobar la segunda condición mediante la determinación de las

fases vítreas o débilmente cristalizadas:

Difracción de rayos X.

Los rayos X son radiaciones electromagnéticas de longitud de onda muy

corta, producidas por excitación de las capas electrónicas profundas del átomo.

En los estudios realizados por Pichón et. al.(1996) sobre puzolanas, se

analizó la respuesta de estos materiales en la difracción de rayos X

determinándose que a medida que la composición de la mezcla se aleja del

estado cristalino hacia el amorfo, los picos de difracción son menos intensos,

ensanchándose y generando un domo de difusión.

El trabajo de Pichón realizado sobre diversos materiales puzolánicos

demostró que la intensidad del domo es sumamente variable pero no depende de

la cantidad de vidrio presente en la muestra considerando finalmente inapropiado el

uso del domo de amorfos en difracción de rayos X para cuantificar la fase vítrea, a

menos que se limite a un dominio de composición química muy estrecho.

Análisis microscópico. La microscopia óptica y electrónica permite determinar la

presencia de minerales tales como el vidrio volcánico, geles de sílice, alteración en

feldespatos, etc.



Microscopía Optica: Existen limitaciones en el tamaño mínimo de partícula que

puede ser observada en el microscopio óptico, utilizándose el mismo generalmente

HQ�REVHUYDFLRQHV�VREUH�IUDFFLRQHV�VXSHULRUHV�D�ODV��

Microscopía Electrónica: Los estudios con el microscopio de barrido electrónico

permiten en un principio la visualización de los diversos grados de cristalización que

existen en las muestras y una diferenciación de las mismas. De este modo podrían

distinguirse las partes vítreas con su característica fractura concoidea, de aquellas

cristalinas.

Tinturier (1977) realiza un estudio muy completo sobre puzolanas francesas,

utilizando un microscopio Stéréoscan Cambridge con tres grados de aumento: 50

(1 cm = 200��D�ILQ�GH�YHU�HO�DVSHFWR�JHQHUDO�GH�OD�PXHVWUD��FP� ��SDUD�REVHUYDU�OD�WH[WXUD�\�HVFDOD�GH�ORV�GLIHUHQWHV�PLQHUDOHV��\��FP� ��FRQ�HO�objeto de ver detalles y formas de las fracturas.

El primer grado de aumento (50) le permite clasificar las puzolanas en base

a su aspecto en dos tipos: escorias y pómez. Las escorias presentan numerosas

vesículas de dimensiones variadas y formas redondeadas. Las pómez poseen una

estructura celular menos densa que las escorias con alvéolos circulares

comunicados entre sí.

El segundo grado de aumento (1000) debería dar una idea de la textura de

las puzolanas. Se esperaba visualizar la cristalización existente, diferenciarla y

determinar su dimensión. No obstante los resultados no fueron los esperados ya

que en todas las muestras se observó un aspecto compacto sin formas precisas.

Se observó una fracturación transgranular (fractura del grano mineral) con aspecto

concoidal, de modo tal que la cristalización queda enmascarada, siendo muy

imprecisa su determinación. El tercer grado de aumento (10000) confirmó que la

fracturación de los feldespatos es del mismo tipo que la de los vidrios y además la

existencia de tipos de fracturas intermedias entre la concoidal y plana. Como

conclusión del estudio de Tinturier, se considera la técnica de microscopía



electrónica como poco apropiada para el estudio de las puzolanas, razón por la cual

la misma no es utilizada en esta investigación.

Métodos para comprobar la tercera condición mediante la medición de la superficie

específica.

Norma Iram 1623. Comprende el método de ensayo de finura por determinación de

la superficie específica por permeametría (Método de Blaine) y sigue en líneas

generales la norma ASTM C-204-61 (Fineness of portland cement by air

permeability apparatus).

La finura es un valor numérico que expresa el tamaño de las partículas de

cementos, puzolanas, etc. y se obtiene por la medición de la superficie específica

expresada en cm2/gr., o por los valores límites que se obtienen por tamizado

húmedo.

El concepto de superficie específica aplicado en los polvos tales como los

cementos, puzolanas, etc., se refiere a la superficie expresada en cm2 de un gramo

de polvo determinada mediante la suma de las superficies individuales de todos los

granos que lo constituyen. La superficie específica del cemento está comprendida

entre 2500 y 4500 cm2/gr (Blaine). Se debe precisar que la superficie así definida

no es la real, ya que los métodos que permiten obtenerla no tienen en cuenta en

forma completa las fisuras y sinuosidades que existen en la superficie de los

granos. No obstante los valores de superficie obtenidos proporcionan una

referencia útil para la fabricación del cemento y de su actividad superficial.

El método de Blaine consiste en un dispositivo para conducir una cantidad

determinada de aire, a través de una capa preparada de cemento de porosidad

establecida. Los granos de cemento, cuyos tamaños van de 2 a 200 micras

aproximadamente, son suficientemente gruesos para que los huecos que ellos

dejan entre sí sean superiores al recorrido libre medio de las moléculas de aire. Se

puede entonces aplicar sin corrección el método de Arman basado en la ecuación



de Kozeny que define la circulación de un fluido a través de una capa de partículas

finas (Venaut y Papadakis, 1966).

Esta ecuación se escribe – una vez hecha aparecer la superficie específica

en función de la permeabilidad – del siguiente modo:

S = 14 / ! ¥ (û�p / L * 1 / � u * e3 / (1 – e)2

siendo:

S = superficie específica;

!� �masa volúmica del polvo;

e = porosidad de la capa de polvo;

�� viscosidad del aire;

u = velocidad del aire;

L = espesor de la capa de polvo comprimida;

û�p = diferencia de presión;

Este método se aplica a los materiales cuya superficie específica se extiende

entre 1000 y 9000 cm2/gr, es decir que desborda largamente por una y otra parte al

cemento. Consiste en aspirar el aire a través de la capa de polvo por medio de una

perilla de caucho y un manómetro. El número y tamaño de los poros de la capa

preparada, de definida porosidad, es una función del tamaño de las partículas y

determina el caudal de aire que pasa a través de la capa. El aparato está

constituido por una célula de permeabilidad, un manómetro, líquido manométrico y

un cronómetro. El calibrado del aparato se realiza mediante la utilización de una

“muestra patrón” de superficie específica conocida, obtenida de una entidad de

reconocida autoridad como por ej.: el National Bureau of Standards de Estados

Unidos de Norteamérica.

La finura también puede ser determinada por tamizado húmedo, como se

establece en la norma IRAM 1621, pero el límite de finura que puede obtenerse

por este método (0.074 micras) está restringido en la moderna técnica de los



cementos y en muchas especificaciones es reemplazado o complementado por la

determinación de superficie específica.

2. Ensayos que ponen en evidencia las propiedades ligantes.

La segunda categoría de ensayos se dirige a la última parte de la definición

de puzolanas, es decir la capacidad de los materiales puzolánicos de formar

productos con propiedades ligantes. Estos ensayos se encuentran normalizados en

diversos países, como por ejemplo por las Normas Francesas: NF 98-100, NF 98-

101, NF 98-110, NF 98-114, y en nuestro país, las Normas IRAM 1654, etc., y

consisten en la medición de la resistencia a la compresión a distintas edades, de

probetas cilíndricas de una mezcla de: material puzolánico, arena silícea y cal

aérea apagada o cemento portland.

Norma Iram 1654 - 1968. Puzolanas. Método de ensayo generales. Índice de

Actividad Puzolánica con cemento portland.

Consiste en la medición de la resistencia a la compresión a 28 días, de

probetas cilíndricas de una mezcla de arena silícea y cemento con agregado de un

determinado % de material puzolánico. Se determina el Índice de Puzolanicidad

(IP), relacionando la resistencia a 28 días de una mezcla patrón (arena silícea –

cemento) y las mezclas con agregado de material puzolánico. Si el Índice de

Puzolanicidad supera el 75% los materiales se consideran puzolánicos.

La mezcla patrón se confecciona con 500 gr de cemento portland, 1500 gr

de arena normal y 250 cm3 de agua para análisis. La mezcla de ensayo debe estar

constituida por 325 gr de cemento portland, 1500 gr de arena normal, 250 cm3 de

agua para análisis y x gr de la cantidad de puzolana que se determina según la

formula siguiente:

Puz. = 175 !��!1

siendo:



Puz. = la cantidad de puzolana en gramos;

!�� OD�GHQVLGDG�GH�OD�SX]RODQD�� !1 = la densidad del cemento portland (según norma Iram 1624).

El curado de las probetas de la mezcla patrón y de la mezcla de ensayo, se

realiza bajo las mismas condiciones, en cámara de curado a una temperatura de 23

± 2 ºC durante 22 ± 2 horas, con la superficie superior expuesta al aire húmedo y

protegidos de las gotas de agua. Después de ese plazo, se desmoldan y se

colocan en recipiente de vidrio o metálico, se sella la tapa y se almacenan a una

temperatura de 38 ± 2 ºC durante 27 días. Una vez finalizado el curado se ensayan

las probetas a la flexión y a la compresión. El índice de actividad puzolánica con

cemento portland se calcula mediante la fórmula siguiente:

Ip = R * 100 / R1

donde:

Ip = índice de actividad puzolánica con cemento portland en porciento;

R = el promedio de la resistencia a la compresión de las probetas

confeccionadas con las mezclas de ensayo, en decanewton por centímetro

cuadrado;

R1 = el promedio de la resistencia a la compresión de las probetas

confeccionadas con la mezcla patrón en decanewton por centímetro cuadrado.

Índice de Actividad Puzolánica con cal.

Se prepara un mortero con una parte de cal aérea, nueve partes de arena y

una cantidad de puzolana secada a 98 ± 1 ºC igual al doble de la masa de la cal,

multiplicada por un factor obtenido dividiendo la densidad de la puzolana por la

densidad de la cal. Se moldean por lo menos tres probetas de cada puzolana a

ensayar.

Se estacionan las probetas en sus moldes a una temperatura de 23 ± 2 ºC

durante 24 ± 2ºC y luego se almacenan a una temperatura de 55 ± 2 ºC durante 6



días, hasta 4 horas antes del ensayo. Luego se enfrían las probetas a 23 ± 2 ºC.

Una vez finalizado el curado se ensayan las 3 probetas a la compresión,

calculándose el promedio e informándose dicho valor, como índice de actividad

puzolánica con cal.

Coeficiente K de Feret.

Desde 1892 Feret ha dado fórmulas empíricas que permite comparar las

resistencias a la compresión y tracción de morteros y hormigones (Venaut y

Papadakis, 1966). Denominando como c, s, e, v, los volúmenes absolutos

ocupados por el cemento, arena, agua y huecos.

Se tiene en la unidad de volumen:

c + s + e + v = 1

La compacticidad está definida por:

( c + s ) = 1.

El grado de concentración de la pasta por:

c / c + e + v = ��

Feret ha probado que las resistencias varían como ��

La resistencia a la compresión está dada por la fórmula clásica:

Rj = Kj �2

siendo Rj = resistencia a la compresión a los j días;

Kj = coeficiente de energía del aglomerante a los j días;



Kj varía con las condiciones de fabricación, de conservación y de ensayo.

Esta fórmula ha sido modificada por Feret en 1942 y puesta bajo la siguiente

forma menos clásica:

Rj = Kj (��-�� o ) 2

donde �o es una constante.

La fórmula que da la resistencia a la compresión puede escribirse sin

intervención de las masas del siguiente modo:

Rj = Kj (c / c + e + v )2

= Kj (C / c��!��(��9��2

= Kj *( ( C / E + V) / (C / E + V)��!�� 2

donde:

! = densidad del cemento;

C.E.= masas del cemento y del agua;

V = volúmenes de vacíos = v

Las resistencias crecen pues con la relación: C / E + V

Los ensayos mecánicos a diferentes plazos de tiempo permiten apreciar la

actividad puzolánica. Sin embargo en vista de una mejor interpretación de los

resultados es conveniente constatar este valor por medio del coeficiente K de Feret,

liberándose así de la influencia de parámetros tales como la relación E / C = agua /

cemento. Si el polvo añadido al cemento es inerte y con la condición de que la

granulometría del mortero esté bien estudiada (v = 0), K queda constante. Si por el

contrario se añade un elemento activo, la resistencia mejora y el coeficiente K

aumenta.



La Figura A.5 muestra que el efecto puzolánico se manifiesta al cabo de 28

días con las cenizas en bruto y de 7 días cuando han sido trituradas.

Coeficiente Kj en mezclas cemento - puzolanas

0

2000

4000

6000

8000

10000

1 10 100 1000Tiempo (log)

Val

ores

del

coe

ficie

nte

Kj

Cemento puro Cemento + 25% cenizas en brutoCemento + 40% cenizas trituradas Cemento + 25% cenizas trituradas

Figura A.5: Aumento del coeficiente de Feret de las mezclas cemento – puzolana.

Realizado sobre probetas de 4 x 4 x 16 cm en mortero 1/3 tipo CEMBUREAU

RILEM. (Venaut y Papadakis, 1966)



Página B1

APÉNDICE B

CARACTERIZACIÓN Y NORMATIVA DE CALES

B.1 Tipos de cales.

Se conoce como cal al producto resultante de la calcinación de rocas

calcáreas en hornos a temperaturas superiores a los 900ºC. Los calcáreos

utilizados normalmente pueden provenir de calizas puras constituidas por más del

90% de carbonato de calcio (CO3Ca) y denominadas calizas calcíticas o por

calizas dolomíticas que son aquellas que contienen desde un 20 a un 40% de

carbonato de magnesio (CO3Mg) y el resto carbonato de calcio.

Como impurezas las rocas calcáreas y dolomíticas pueden contener

arcillas, sílice libre como cuarzo, fragmentos de rocas cuarzosas, compuestos de

hierro en forma de óxidos o silicatos, etc.

El ciclo de la cal se compone de varias etapas:

Calcinación: a la presión atmosférica las calizas calcíticas se descomponen a

una temperatura de 900ºC para formar óxido de calcio (OCa) y dióxido de carbono

(CO2).

CO3Ca + ø OCa + CO2

El dióxido de carbono debe ser eliminado lo más rápidamente posible dada

la reversibilidad de la reacción.

Las calizas dolomíticas (CO3)2CaMg, en cambio se descomponen a los

730º en óxido de magnesio (OMg), dióxido de carbono (CO2) y carbonato de

calcio (CO3Ca) y posteriormente a los 900º el carbonato de calcio se descompone

como en el caso de las calizas calcíticas. Tanto el tiempo de duración de la

calcinación (tiempo de retención), como las máximas temperaturas a las que se



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efectúa la misma, influyen en los productos resultantes. Las cales calcinadas a

temperaturas muy elevadas (“quemado fuerte”) resultan más densas y con

partículas de mayor tamaño, debido al proceso de sinterización de los óxidos

(unión de las superficies de las partículas del polvo compacto cuando se

calientan), lo cual se traduce en una menor actividad de las mismas. El proceso

de sinterización es más perjudicial mientras más impurezas (óxidos) tiene la

materia prima, siendo el OMg quien más sufre las consecuencias ya que la

temperatura a la cual se disocia el mismo en las dolomías es sobrepasada en

mucho a fin de lograr la formación del carbonato de calcio. Consecuentemente las

cales dolomíticas son las que más reactividad pierden como consecuencia de

este proceso.

Por otra parte si la temperatura excede los 1200ºC se forma cal inactiva

por separación del óxido de calcio.

Después de la calcinación el producto se deja enfriar, para posteriormente

proceder a su molienda hasta un tamaño usualmente inferior a 2” obteniéndose la

denominada cal viva.

Hidratación: agregando agua a la cal viva hasta satisfacer su afinidad química

para la humedad, se obtendrá un polvo seco denominado cal seca hidratada. La

reacción que ocurre es la siguiente:

OCa + H2O = Ca(OH)2 + ø

En el proceso la temperatura se eleva por sobre los 160º, con

desprendimiento de abundantes humos de vapor de agua y aumentos

considerables de volumen que causan la pulverización de la cal.

La hidratación ocurre rápidamente en las cales cálcicas, produciéndose el

hidróxido de calcio, no así en las cales dolomíticas donde la baja reactividad del

óxido de magnesio hace que en condiciones de presión atmosférica normal y

tiempos de retención bajos se forme la denominada cal monohidratada o cal



Página B3

dolomítica normalmente hidratada constituida por hidróxido de calcio con óxido de

magnesio (Ca(OH)2 + OMg). El óxido de magnesio puede también ser hidratado

mediante procesos de alta temperatura o presión o elevado tiempo de retención

para formar las cales dolomíticas dihidratadas o cales hidratadas especiales que

contiene hidróxidos de calcio y magnesio (Ca(OH)2 + Mg(OH)2).

Carbonatación: es el proceso que cierra el ciclo reconstituyendo el carbonato de

calcio original. Se produce por acción del anhídrido carbónico del aire sobre el

hidróxido de calcio:

Ca(OH)2 + CO2 = CO3Ca + H2O

Cales aéreas e hidraúlicas.

Las cales aéreas son aquellas que endurecen por la acción de la

carbonatación en contacto con el aire atmosférico o con el anhídrido carbónico

disuelto en el agua de amasado. A diferencia de ellas existen las denominadas

cales hidráulicas que endurecen bajo el agua.

Los aglomerantes hidráulicos fueron descubiertos en 1756 por Smeaton,

quien para la construcción del faro de Eddyson (Plymouth) investigó las calizas

arcillosas de Averthan, concluyendo que debía ser el contenido de arcilla el

causante de la hidraulicidad. La influencia de la tradición romana retrasó el

descubrimiento de los aglomerantes hidráulicos, ya que se sostenía que una

buena cal se lograba partiendo de una caliza muy pura y se desechaban las

calizas arcillosas. Hacia 1812 Vicat estudió las mezclas de calizas puras y

arcillosas y demostró definitivamente que las propiedades hidráulicas dependen

de los componentes que se forman durante la cocción entre la cal y los

constituyentes de arcillas (Venaut y Papadakis, 1966).

La hidraulicidad se define entonces como la propiedad de ciertos

materiales de combinarse con el agua para formar una pasta que endurece

incluso en ausencia de aire, presentando todas las características propias de los



Página B4

ligantes: adherencia y cohesión interna. Los productos que poseen propiedades

hidráulicas incluyen principalmente el clinker del cemento portland y las escorias

de alto horno. En este último caso la hidraulicidad se logra elevando el pH del

agua de combinación, generalmente mediante el agregado de clinker de cemento

portland.

Las cales hidráulicas se logran mediante la calcinación de rocas calcáreas

impuras, con contenidos de arcillas o minerales compuestos por aluminatos y

silicatos en cantidades entre 8 a 20%.

A medida que se produce el calentamiento de los materiales se da lugar a

los siguientes procesos:

• desde los 100º: evaporación del agua de la roca;

• desde los 700º: descomposición de los aluminosilicatos en sílice y alumina;

• desde los 900º: descomposición del CO3Ca;

• a mayor tº: reacción del OCa con la sílice y alúmina formando silicatos y

aluminatos que conjuntamente con el Ca(OH)2 constituyen la cal hidráulica.

Se hace notar que los silicatos y aluminatos formados reaccionan con el

hidróxido de calcio en presencia de agua para formar silicatos y aluminatos

hidratados de calcio insolubles que cristalizan, pudiendo el agua disolver más

productos anhidros y volviendo a cristalizar, generando cristales que se

entrecruzan y sueldan produciendo la solidificación y posterior endurecimiento.

Existe una continuidad entre la cal hidráulica y el cemento Portland,

pasando por los cementos naturales y los cementos fillerizados (Deloye, 1993).

Vicat definió el Índice de Hidraulicidad, realizando en base a él, una

clasificación de las cales hidráulicas (Tabla B.1) (Venaut y Papadakis, 1966).



Página B5

Índice Hidráulico (I) = (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3) / (CaO + MgO)

Naturaleza I % de arcilla Tiempo de

fraguado en agua

Cal gruesa y magra (aérea) 0 – 0,10 0 – 5,3 --

Cal débilmente hidráulica 0,10 – 0,16 5,3 – 8,2 16 – 30 días

Cal medianamente hidráulica 0,16 – 0,31 8,2 – 14,8 10 – 15 días

Cal propiamente hidráulica 0,31 – 0,42 14,8 – 19,1 5 – 9 días

Cal eminentemente hidráulica 0,42 – 0,50 19,1 – 21,8 2 – 4 días

Cal límite o cemento lento 0,50 – 0,65 21,8 – 26,7 1 – 12 horas

Cemento rápido 0,65 – 1,20 26,7 – 40,0 5 – 15 minutos

Tabla B.1: Clasificación de las cales hidráulicas. (Venaut y Papadakis, 1966).

En nuestro país existen antecedentes muy antiguos del uso de cales

hidráulicas. En 1872 en Rosario se encontraba ya funcionando la fábrica de

cemento romano del Sr. Fuhr que utilizaba como materia prima toscas calcáreas

para fabricar piedras artificiales. En el año 1883, se confeccionaron las

especificaciones para la construcción del Dique San Roque, con la cal obtenida

por la calcinación de las toscas calcáreas, abundantes en la zona de Punilla

(Provincia de Córdoba). Estos materiales fueron analizados por diversos

investigadores argentinos y extranjeros entre los que se destaca el Dr. Adolfo

Döering (científico y docente de la Universidad Nacional de Córdoba) quien

observó que el manto calcáreo poseía diversos porcentajes de carbonato de

calcio y arcilla, que permitían obtener diversos productos (Döering,1891):

cementos artificiales de fragüe lento; cementos naturales o romanos (de fragüe

rápido o semi-lento), cal eminentemente hidráulica de fragüe lento (subhidratada)

y cal medianamente hidráulica.

Con ellos como materia prima el Dr. Juan Bialet Massé montó la fábrica LA

PRIMERA ARGENTINA, cuyos vestigios aun pueden observarse al costado de la

Ruta Nacional Nº 38 en el acceso norte de la Localidad que lleva su nombre.



Página B6

Las toscas calcáreas a las que hace referencia Döering (1891), incluyen las

siguientes:

• Toscas antiguas (conocidas como Formación Araucana), encontradas en

Punilla y en las faldas de los cerros de Choique – Mahuida (Río Colorado,

Patagonia), con un 43% de OCa y un 34% de ácido carbónico (es decir

alrededor de un 75% de carbonato de calcio).

• Bancos de tosca de la Formación Pampeana Inferior, localizadas en las

barrancas del Río Paraná en Rosario, en el lecho del Río de la Plata en

Buenos Aires, en la meseta pampeana austral entre Carhué y Puan, en la

barranca del río Sauce Chico en Bahía Blanca. Todas ellas con 25% a 45%

de OCa y 25 a 35% de ácido carbónico. Son capas muy duras y

compactas, concrecionadas, de colores amarillos rojizos y grises.

• Toscas modernas del pampeano superior. Concreciones aisladas del tipo

“loesskindel” (muñecas de tosca), en forma de infiltraciones o concreciones

gruesas o delgadas, colores blancos y amarillentos. Constituidas por un

40% de OCa y 33% de ácido carbónico.

B.2 Normas y especificaciones sobre cales

El uso de cales se encuentra especificado en casi todas las normas

internacionales tales como:

• AASHTO M216 (1992) Lime for Soil Stabilization.

• AASHTO T219 (1987) Lime for Chemical Constituents and Particle Sizes.

• AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS - ASTM C 25

(1993; Rev A) Chemical Analysis of Limestone, Quicklime and Hydrated

Lime.


(1991; R 1992) Special Finishing Hydrated Lime.


(1991; R 1992) Hydrated Lime for Masonry Purposes.



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(1992) Quicklime and Hydrated Lime for Soil Stabilization.

• AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS - ASTM D 3551

(1990) Laboratory Preparation of Soil – Lime Mixtures Using a Mechanical

Mixer.

• NATIONAL LIME ASSOCIATION- NLA- BUL 326 (1987) Lime Stabilization

Construction Manual.

• ASSOCIATION FRANCAISE DE NORMALISATION – AFNOR NF-15-461-

1964- Essais Chimiques.

• ASSOCIATION FRANCAISE DE NORMALISATION - AFNOR (1992) NF P

98-114-1 Assises de chausses- Méthodologie d’étude en laboratoire des

matériaux traités aux liants hydrauliques – Partie I: Graves traitées aux

liants hydrauliques.

• ASSOCIATION FRANCAISE DE NORMALISATION AFNOR (1994) NF P

98-114-2 Assises de chausses- Méthodologie d’étude en laboratoire des

matériaux traités aux liants hydrauliques – Partie II: Sables traitées aux

liants hydrauliques.


94-100 Sols: Reconnaissance et essais. Matériaux traits à la chaux et/ou

liants hydrauliques. Essai d’évaluation de l’aptitude d’un matériau au

traitement.


98-116 Assises de chausses- Graves traitées aux liants hydrauliques –

Définition – Composition - Classification.

• BRITISH STANDARDS INSTITUTION. BS 890 – 1966. Specification for

Building Limes.

• CANADIAN STANDARDS ASSOCIATION – C.S.A. A 82.40-1950 Methods

of Chemical Analysis of Limestones, Quicklime and Hidrated Lime.

• DNA – DEUTSCHES INSTITUT FÜR NORMUNG – DIN 1 060 – Baukalk.

• INSTITUT BELGE DE NORMALISATION – NBN 888-01- Chaux vives pour

el traitement des sols.



Página B8

A partir de junio de 1997 la Comunidad Económica Europea (CEE) se

encuentra trabajando en la realización de normativas comunes para los materiales

de la construcción, siendo el CEN (Comité Européen de Normalisation) el

encargado de la elaboración de las normas. Con respecto al uso de la cal en la

construcción, en el año 2001 aparece la Norma EN 459 – (Chaux de construction

- Building lime).

En la República Argentina el uso de las cales se encuentra normalizado por

IRAM existiendo una serie de normas que regulan las diferentes aplicaciones de

la cal (Tabla B.2).

Norma

IRAM Nº Contenido

1508 Cal hidráulica de origen natural, hidratada, en polvo, para construcción.

1606 Cales. Método de muestreo.

1516 Cales para la construcción. Definiciones.

1613 Cales. Métodos de análisis químicos.

1626 Cal aérea hidratada, en polvo, para construcción.

1628 Cal viva aérea para construcción.

1629 Cal hidráulica compuesta de escorias hidratadas en polvo, para

construcción.

1653 Cales para estabilización de suelos. Métodos complejométricos de

determinación de los compuestos estabilizadores.

1695 Cales. Métodos de ensayo físicos.

Tabla B.2: Normas IRAM que regulan la aplicación de la cal.

La norma IRAM 1508 data originalmente del año 1963 con diversas

revisiones posteriores (1955, etc.), está referida a cales hidraúlicas, hidratadas, en

polvo, para la construcción. La Norma define a estas cales como el producto

obtenido por un proceso de hidratación que transforma la cal hidráulica viva, en

un polvo seco constituido en su mayor proporción por hidróxido de calcio y



Página B9

cantidades apropiadas de compuestos silicoaluminosos, que aseguren el

endurecimiento bajo el agua de los morteros que con él se prepare.

Comprende a dos tipos de cales -A y B- con las siguientes características

principales (Tabla B.3):

Tipo A Tipo B Requisitos

Mínimo Máximo Mínimo Máximo

Ret. Tamiz. 50 - 1% - 1%

Ret. Tamiz 100 - 7% - 7% Finura

Ret. Tamiz 200 - 15% - 15%

a 7 días 15 kg/cm2 - 15 kg/cm2 - Resistencia a la

compresión a 28 días igual o superior que a los 7 días

Residuo Insoluble - 5% - 5%

SiO2 soluble + (Fe2O3+ Al2O3) 10% - 10% -

Cal Útil expresada en OCa 30% - 33% -

Anhídrido Carbónico - 5% - 5%

Tabla B.3: Propiedades de las cales Tipo A y B.

El método recomendado en esta norma para la determinación de la cal útil

es el de la sacarosa utilizado en la industria azucarera y que tiene diversos

equivalentes internacionales tales como:

• California Test 414 - 1995 “Method of test for free lime in hydrated lime”.

Department of Transportation. California. EU. El método describe un

procedimiento para determinar la cal libre expresada como (HO)2Ca en

cales hidratadas utilizadas en bases de suelo tratado con cal.

• ASTM Designation C25: Rapid Sugar Method.



Página B10

El método de la sacarosa consiste en tomar 1 gramo de muestra de cal

TXH�SDVH�WRWDOPHQWH�HO�7DPL]��\�FRORFDUOR�HQ�DJXD�GHVWLODGD�FRQ��JU��de sacarosa, agitando la solución durante 2 horas. Se deja decantar el material

insoluble, se filtra parte de la solución y se extrae del filtrado mediante pipeta 50

cc., que son transferidos a un erlenmeyer de 250 cc. al cual se agregan 2 gotas

de anaranjado de metilo, valorando a continuación con una solución 0,1 N de

ácido clorhídrico hasta el viraje del indicador.

El contenido de cal útil se calcula con la ecuación siguiente:

CaO útil = (0,0028 * V * N) / G * 100

donde:

CaO útil es el contenido de cal útil, expresado en oxido de calcio, en

porciento.

V = volumen de la solución 0,1 N de ClH en cm3.

N = normalidad de la solución de ClH (0,1 N).

G = peso de la muestra en gramos.

0.0028 = equivalente en OCa de 1 cm3 de la solución 0,1N de ClH.

La resistencia a la compresión es medida sobre un mortero normal

constituido por una parte de cal y tres partes de arena silícea, con el cual se

conforman probetas que son curadas bajo diversas condiciones de humedad y

temperatura durante diversos períodos de tiempo, procediendo a ensayarlas a la

compresión a los 7 y 28 días. El carácter hidráulico de la cal es determinado

mediante el aumento de resistencia la compresión que deben experimentar las

probetas con el tiempo.

Con respecto a la Norma IRAM 1626, referida a la cal aérea, hidratada, en

polvo, para construcción, se define a este material como el producto obtenido de

la “cal viva” aérea, en polvo, por un proceso de hidratación, que endurece al aire

por procesos de desecación, cristalización y carbonatación.



Página B11

Comprende a dos tipos de cales -I y II- con las siguientes características

principales (Tabla B.4).

Según la Norma IRAM 1613 del año 1978 se determina el óxido de calcio

total que pasa en solución por ataque con ácido clorhídrico. Puede realizarse por

permanganimetría: se separa el calcio por precipitación con oxalato, se disuelve y

se reprecipita, con ácido sulfúrico diluido se disuelve el precipitado y se titula con

el oxalato con solución valorada de permanganato de potasio. El contenido de

calcio se expresa como OCa en gramos por 100 gramos.

Tipo I Tipo II Requisitos Unidad

mín. máx. mín. máx.

Método de

Ensayo

Residuo sobre tamiz

,5$0��P

- 0,5 - 1,5

Residuo sobre tamiz

,5$0��P

- 5 - -

Fin

ura

Residuo sobre tamiz

,5$0��P

- 15 - 20

Plasticidad Emley

g / 100 g

180 - 150 -

Expansión en autoclave mm / 100 mm - 2 - 2

IRAM 1695

Calcio más Magnesio,

totales, expresados como

CaO + MgO totales

65 - 62 -

Cal útil más Magnesio

total, expresado como

CaO útil + MgO

58 - 58 -

Carbonatos, expresados

como CO2

g / 100 g

- 3 - 7

IRAM 1613

Tabla Nº B.4: Características de las cales I y II (Norma IRAM 1626).



Página B12

También la norma permite la determinación mediante el método

complejométrico, valorando calcio en medio fuertemente alcalino con solución

valorada de EDTA.

Para la cal útil la norma utiliza al igual que la 1508 el método de la

sacarosa.

El óxido de magnesio puede determinarse por gravimetría o por

complejometría, valorando en este último caso calcio y magnesio a pH 10, con

solución valorada de EDTA y determinando Mg por diferencia.

Los carbonatos se determinan por el método gasométrico, cuantificando

volumetricamente el dióxido de carbono desprendido por ataque con ácido.

Tanto la Norma 1508 como la 1626 están referidas al uso de la cal en la

construcción, tanto para la confección de morteros y revoques y por lo tanto

algunas de sus indicaciones no son de aplicación completa para la estabilización

de suelos. La cal útil que se disuelve en la sacarosa no es la totalidad de que es

útil en la estabilización de suelos. El OCa presente en la cal por una hidratación

deficiente de la misma, no es admitido en los morteros, pero si es eficiente en la

estabilización de suelos. Existen experiencias en otros países y en el nuestro

sobre el uso vial de residuos descartados industrialmente por hidratación

deficiente (waste lime).

El concepto de “cal útil vial” permite eliminar los inconvenientes de

aplicación de estas normas. Se denomina cal útil vial (CUV) a la cal de origen o

liberada, que es capaz de reaccionar química y físicamente con el suelo,

produciendo cambios en su naturaleza y propiedades y provocando cementación

al crearse productos cementantes hidráulicos (Lilli F., 1964).

Los compuestos cálcicos útiles comprenden los siguientes:

• Ca(OH)2 libre;



Página B13

• OCa

• OCa combinado con SiO2, Al2O3 y Fe2O3.

En todos los casos se obtiene hidróxido de calcio que participa en las

reacciones químicas que generan el mejoramiento y posterior cementación del

suelo.

La cal combinada en carbonatos, sulfatos u otros compuestos representan

una perdida de material útil para la estabilización.

La determinación de la cal útil vial es de aplicación específicamente para

las estabilizaciones de suelo con cal, permitiendo dosificar acertadamente en

base a porcentajes de CUV en vez de porcentajes de cal comercial (CC), cuyos

valores de CUV pueden ser muy variados.

B.3 Procedimiento para la determinación de la cal útil vial.

El ensayo de determinación del porcentaje de cal útil vial registra como

antecedente el método utilizado en el estado americano de Texas, siendo

modificado y adaptado en nuestro país por el Dr. Celestino Ruiz y el Ing. Felix Lilli

de la Dirección Nacional de Vialidad (Lilli, 1964) habiendo sido incorporado al

Pliego de Especificaciones Técnicas Generales de la DNV en su Sección K-IV

(Edición 1994).

Consiste en titular potenciométricamente una cierta cantidad de cal

suspendida en agua destilada, mediante la incorporación de una solución de

ácido clorhídrico 1N, determinando la variación progresiva de pH. A partir del pH

de origen de la suspensión de cal (alrededor de 12,5) se lo lleva sucesivamente

hasta valores de pH 7 y pH 2 , registrándose los consumos respectivos de ácido

y titulándose el exceso de ácido por retorno hasta pH 7 con una solución de

OHNa 1 N (Figura B.1).

Dado que los principales componentes alcalinos neutralizables con ácido

son: hidróxido de calcio, óxido de calcio y carbonato de calcio, la titulación hasta



Página B14

pH 7 pone en evidencia la cal libre (en forma de óxido e hidróxido) y la combinada

con SiO2, Al2O3 y Fe2O3.

Según las condiciones del ensayo los carbonatos alcalinos no entran en

reacción durante la primera parte del análisis (hasta pH = 7), siendo el agregado

de ácido en exceso (hasta pH = 2) y la medición de ese exceso mediante el

agregado de la base (OHNa), quien determina los carbonatos alcalino-térreos,

expresados en la forma usual de carbonatos. Los óxidos no hidratados,

reaccionan con el ácido en la primera parte de la titulación y se calculan como

hidróxidos de calcio y lo que no reacciona durante el ensayo (sulfatos, etc.), se

considera como materia inerte junto con los carbonatos existentes.

Curva pH - consumo de ClH

A B

C

D

E7

8

9

10

11

12

13

0 10 20 30 40 50 60

ml ClH 1N

pH

Cal A Cal B Cal C

Figura B.1: Curva pH – ml de ClH 1N consumidos para diversos tipos de cales

(Lilli, 1964).

La curva pH – ml de ClH consumidos realizada para diversos tipos de cales

presenta diversos tramos (Lilli, 1964):



Página B15

• A – B: no hay una caída marcada del pH consumiéndose el ácido por

neutralización de la cal disuelta y solubilización progresiva del hidróxido de

calcio.

• B – C: disminución brusca del pH, el goteo del ácido debe hacerse en

forma lenta a fin de dar tiempo a la liberación de la cal unida a los

compuestos hidraulizantes.

• C – E: En el punto C se observan diferentes curvas en función del tipo de

cal. La recta vertical descendente corresponde a la reacción del Ca(OH)2

puro y desde allí las cales altamente cálcicas (Cal A) dan una curva muy

inclinada, que se va haciendo más tendida a medida que se trata de cales

más hidráulicas (Cales B y C). La pendiente de este tramo es un buen

indicador para comparar los distintos tipos de cales comerciales y definir

con exactitud el “punto final” de la primera parte de la titulación, que en el

caso de las cales de Texas de elevada pureza corresponde al punto D para

pH 8,3 y que en el caso de las cales argentinas debe ser tomado no antes

de pH 7, ya que hasta ese punto se libera cal de uno u otro tipo.

Cuando se llega a pH 7, los ml de ClH consumidos permiten calcular la “cal

útil vial” en la forma de óxido e hidróxido de calcio de acuerdo a los equivalentes:

1 ml ClH 1N = 0,028 gr OCa

1 ml ClH = 0,037 gr de Ca(OH)2

En la segunda parte del ensayo se agrega ácido hasta pH 2 con lo cual se

asegura una descomposición total de los carbonatos presentes, retornando a la

neutralidad con el agregado de la base y midiendo por diferencia los carbonatos.

Siendo “n” la cantidad total de mililitros de ClH gastados hasta pH 7, “m” el

total acumulado hasta pH 2 y “O” la cantidad de solución base de HONa para el

retorno de 2 a 7, N1 y N2 las normalidades de las soluciones ácida y básica

respectivamente, se obtendrá para una muestra de 3 gramos de cal:



Página B16

OCa % = (0.028.n.N1.100) / 3

Ca(OH)2 % = (0.037.n.N1.100) /3 = 1,3214 OCa

CO3Ca % =0,050 ((m-n).N1- O N2) / 3 100

En la última fórmula 0,050 es el equivalente en carbonatos.

Este procedimiento es válido para cales cálcicas o con un contenido inferior

al 10% de magnesio. Para valores superiores se deben considerar las diferencias

en pesos moleculares entre el Ca y el Mg ya que el valor de CUV está

considerando los OMg y expresándolos como OCa.

Del concepto de cal útil vial surge la necesidad de un factor de conversión,

por el cual se debe multiplicar un cierto peso de cal comercial para obtener el

equivalente de CUV.

En los Estados Unidos se utilizan cales con valores superiores al 90% de

cal útil expresada en Ca(OH)2.

A continuación se muestra una tabla con los valores correspondientes a

cales utilizadas en nuestro país Tabla B.5 (Lilli, 1964) y a ensayos provenientes

de otras fuentes y recopilados para esta investigación Tabla B.6:



Página B17

Tabla B.5 (Lilli , 1964): Características de cales argentinas.

Cales

Comerciales

OCa Total

(s/Norma

IRAM 1613)

%

OMg

(s/Norma

IRAM

1613) %

OCa

Total +

OMg %

CUV (*)

expresada

en OCa %

CUV (*)

expresada

en

Ca(OH)2%

CO3Ca(*)

%

A 55,3 0,8 56,1 38,91 51,42 9,74

B 66,9 1,4 68,3 49,51 65,42 11,48

C 66,6 0,2 66,8 52,98 70,01 9,36

D 62,2 0,6 62,8 46,66 61,65 11,21

E 67,2 0,8 70,0 47,19 62,36 13,42

F 70,2 2,9 73,1 54,85 72,48 7,68

G 57,7 0,9 58,6 44,16 58,36 15,31

H 68,6 2,0 70,6 59,96 79,21 12,91

I 61,2 0,8 62,0 45,41 59,98 21,42

J 70,7 2,0 72,7 53,66 70,88 22,38

Promedio 64,6 1,2 66,1 49,32 65,18 13,49

(*) CUV determinada según método DNV.



Página B18

Tabla B.6: Características de las cales usadas en la Provincia de Córdoba.

Cales

Comerciales

OCa Total

(s/ Norma

IRAM 1613)

%

OMg

(s/ Norma

IRAM

1613) %

OCa

Total

+ OMg

%

CUV

expresada

en OCa %

CUV

expresada

en

Ca(OH)2%

CO3Ca

%

Córdoba (1) 71,60 2,70 74,30

Córdoba (1) 60,00 4,40 64,40

Malagueño(2) 66,18 1,73 67,91

C5(3) 1,10 63,40 64,50

C6(3) 0,8 72,63 73,43

C7(3) 4,7 48,90 53,60

C8(3) 57,22

C11(3) 65,95

Malagueño(4) 67,10 2,10 69,20 55,70(**) 15,20

Malagueño(4) 58,80 2,40 61,20 40,40(**) 15,10

Unquillo(4) 49,50 21,70 71,20 40,00(**) -

San Juan(4) 49,46 15,17 65,00

San Juan(4) 51,10 13,90 65,00

San Juan(4) 49,70 18,17 68,40

San Juan(4) 48,03 18,27 66,30

San Juan(4) 52,10 19,60 71,70

Olavaria(4) 49,90 20,50 70,40

San Luis(4) 44,53 23,26 67,79

Buenos Aires(4) 49,70 19,20 68,90

(1)Alvarez y Pautasso (1964). (2)Nardelli et al.,(1964). (3)Musurana et al. (1964). (4) Dirección

Provincial de Vialidad de Córdoba. (*) CUV determinada según método DNV. (**) CUV

determinada según método de la sacarosa (Norma IRAM 1613).


Tesis Doctoral – Ing. Enrique Quintana Crespo Página C1

APÉNDICE C

C. ENSAYOS

C.1 Análisis Granulométricos

Los resultados obtenidos en laboratorio se pueden observar a conti-nuación

en la Tablas C.1 a C.13, donde se sigue un esquema de ordenamiento similar al

realizado para la toma de muestras:

PRIMER CONJUNTO DE MUESTRAS

SITIO 1

Perfil -

Muestra

% PT4

(4,76 mm)

% PT10

(2,00 mm)

% PT40

(0,425 mm)

% PT100

(0,150 mm)

% PT200

(0,074 mm)

1A- M001 100,0 99,5 95,0 75,0 67,0

1A- M002 100,0 99,8 99,6 98,2 98,0

1A- M004 - - - - 84,1

1B- M006 100,0 99,6 92,8 82,4 79,4

1C- M007 100,0 99,8 98,6 97,2 96,0

1C- M008 - - - - 93,7

1C- M009 - - - - 88,1

1C- M010 - - - - 91,2

1D- M011 - - - - 89,2

1D- M012 - - - - 79,6

1D- M013 - - - - 83,4

1D- M014 - - - - 79,4

1E- M015 - - - - 62,1

Tabla C.1: Análisis Granulométricos Sitio 1– Perfiles A-B-C-D-E



SITIO 2

Perfil -

Muestra

% PT4

(4,76 mm)

% PT10

(2,00 mm)

% PT40

(0,425 mm)

% PT100

(0,150 mm)

% PT200

(0,074 mm)

2A- M034 - - - - 57,6

2B- M035 - - - - 63,7

2C- C036 100,0 100,0 97,0 92,0 89,6

2D- C037 - - - - 36,0

Tabla C.2: Análisis Granulométricos Sitio 2 – Perfiles A-B-C-D

SEGUNDO CONJUNTO DE MUESTRAS

SITIO 1 – PERFIL 1F

Perfil -

Muestra

% PT4

(4,76 mm)

% PT10

(2,00 mm)

% PT40

(0,425 mm)

% PT100

(0,150 mm)

% PT200

(0,074 mm)

1F- M016 100,0 99,8 99,4 88,6 82,2

1F- M017 100,0 100,0 99,8 96,0 92,8

1F- M018 100,0 99,8 99,6 99 97,6

1F- M019 100,0 99,8 98,4 94,0 88,0

1F- M021 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0

1F- M023 100,0 100,0 99,8 99,0 98,4

1F- M025 99,5 99,4 99,0 97,9 96,7

1F- M026 100,0 99,9 99,5 97,8 96,3

1F- M028 100,0 99,9 98,9 94,7 91,3

1F- M031 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0

1F- M032 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0

1F- M033 100,0 99,7 99,5 99,2 99,0

Tabla C.3: Análisis Granulométricos Sitio 1 – Perfil F



TERCER CONJUNTO DE MUESTRAS

SITIO 3

Perfil -

Muestra

% PT4

(4,76 mm)

% PT10

(2,00 mm)

% PT40

(0,425 mm)

% PT100

(0,150 mm)

% PT200

(0,074 mm)

3A- M038 100,0 100,0 99,7 - 93,7

3B- M039 100,0 100,0 98,6 - 84,8

3C- M040 100,0 100,0 99,7 - 95,7

Tabla C.4: Análisis Granulométricos Sitio 3 – Perfiles A-B-C-D

SITIO 4

Perfil -

Muestra

% PT4

(4,76 mm)

% PT10

(2,00 mm)

% PT40

(0,425 mm)

% PT100

(0,150 mm)

% PT200

(0,074 mm)

4A- M041 100,0 100,0 99,7 - 85,7

4B- M042 100,0 100,0 98,7 - 90,8

Tabla C.5: Análisis Granulométricos Sitio 4 – Perfiles A-B

SITIO 5

Perfil -

Muestra

% PT4

(4,76 mm)

% PT10

(2,00 mm)

% PT40

(0,425 mm)

% PT100

(0,150 mm)

% PT200

(0,074 mm)

5A- A043 100,0 100,0 99,7 - 91,7

5B- A044 100,0 100,0 99,3 - 91,4

Tabla C.6: Análisis Granulométricos Sitio 5 – Perfiles A-B



SITIO 6

Perfil -

Muestra

% PT4

(4,76 mm)

% PT10

(2,00 mm)

% PT40

(0,425 mm)

% PT100

(0,150 mm)

% PT200

(0,074 mm)

6A- S045 100,0 100,0 100,0 - 72,0

6A- S046 100,0 100,0 100,0 - 70,0

6B- S047 100,0 100,0 100,0 - 76,0

6B- S048 100,0 100,0 100,0 - 72,0

6C- S049 100,0 100,0 100,0 - 74,0

6C- S050 100,0 100,0 100,0 - 76,0

Tabla C.7: Análisis Granulométricos Sitio 6 – Perfiles A-B-C

SITIO 7

Perfil -

Muestra

% PT4

(4,76 mm)

% PT10

(2,00 mm)

% PT40

(0,425 mm)

% PT100

(0,150 mm)

% PT200

(0,074 mm)

7A- S051 100,0 100,0 100,0 - 57,0

7B- S052 100,0 100,0 100,0 - 61,0

7B- S053 100,0 100,0 100,0 - 57,0

7C- S054 100,0 100,0 100,0 - 49,8

Tabla C.8: Análisis Granulométricos Sitio 7 – Perfiles A-B-C

PUZOLANAS NATURALES

SITIO 8

Perfil -

Muestra

% PT4

(4,76 mm)

% PT10

(2,00 mm)

% PT40

(0,425 mm)

% PT100

(0,150 mm)

% PT200

(0,074 mm)

8A- C057 100,0 98,4 92,6 -- 53,7

Tabla C.9: Análisis Granulométricos Sitio 8 – Perfil A



SITIO 9

Perfil -

Muestra

% PT4

(4,76 mm)

% PT10

(2,00 mm)

% PT40

(0,425 mm)

% PT100

(0,150 mm)

% PT200

(0,074 mm)

9A- T058 31,3 23,0 17,4 -- 8,70

Tabla C.10: Análisis Granulométricos Sitio 9 – Perfil A



C.11. Análisis Químicos

Se acompañan las planillas de los ensayos químicos realizados en los Laboratorios de la Fábrica de cementos Minetti (Planta

Malagueño).

Nº Ubicación %SiO2 %Al2O3 %Fe2O3 %CaO %MgO %SO2 %Na2O %K2O M001 Loess Córdoba - Miembro Intermedio 63.05 13.00 4.64 3.90 1.75 0.39 2.60 1.80

M003 Loess Córdoba - Miembro Inferior 61.68 13.48 4.89 4.17 1.81 0.41 2.47 1.95

M006 Limo loésico laminado Aº La Cañada 60.26 13.85 6.57 4.01 1.98 0.10 1.43 2.20

C036 Cenizas en loess Despeñaderos 63.48 13.19 4.36 2.00 1.78 0.11 3.17 2.03

M007 Loess Córdoba - Miembro Superior 61.55 13.88 5.62 2.51 1.89 0.18 2.40 2.27


M034 Cenizas en loess Despeñaderos 63.06 13.66 5.31 2.66 1.51 0.19 3.52 2.09



M004 Loess Córdoba - Miembro Inferior 60.85 12.93 5.40 3.77 1.57 0.23 3.32 1.80



M011 Limos loésicos - Río Suquía 59.11 13.03 5.55 5.53 1.69 0.15 2.45 1.86





tesis_completa

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