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Estabilizaciones

Version 1 S/Rev. - 2004


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EESSTTAABBIILLIIZZAACC IIOONNEESS

Con este ttulo desarrollaremos una de las actividades mas frecuentes en las obrasviales. En numerosas ocasiones se est procediendo a estabilizar un suelo de manerainconsciente, sin notar el propsito encarado.

Comencemos por repetir un concepto: el objeto de la estabilizacin es variar suscondiciones elasto-resistentes y de durabilidad para mejorar su respuesta frente a la accindeformante y destructora de las cargas del trnsito, y de los factores climticos. En palabrasmas simples es modificar algunas propiedades naturales del suelo, para poder utilizarlo enreemplazo de otros materiales escasos o demasiado costosos.

Cuando la estabilizacin del suelo se ha logrado, le habremos introducido unamodificacin, por lo menos en alguna de las principales propiedades del suelo natural queinteresan al ingeniero vial, a saber:

*] Resistencia mecnica*] Estabilidad volumtrica*] Compresibilidad*] Durabilidad*] Permeabilidad

Los tipos de estabilizaciones las resumimos en las siguientes:

MECANICAFISICAQUIMICAFISICO QUIMICA

MECANICA:Podemos asignarle el carcter de ser la mas importante porque, adems de

lograr por si misma ciertas mejoras en toda circunstancia, acompaa siempre a las dems.Se logra aportando energa mecnica a la masa de suelo; para obtener los mejoresresultados el suelo distribuido en una capa de espesor uniforme, acorde al equipo

disponible; se lo humedece teniendo en cuenta que, al porcentaje indicado por los ensayosse le debe adicionar los correspondientes a las prdidas durante el laboreo (mezclado,evaporacin, etc.), y la densificacin se debe efectuar con el equipo de compactacinadecuado al tipo de material.

FISICA:En nuestro pas no se utilizan los medios elctricos, ni los cambios de

temperatura para trocar propiedades de los suelos; es mas, rara vez se hecha mano autilizar el drenaje como elemento de equilibrio para mantener condiciones de humedad

dentro de un rango aceptable, por lo que dentro de este tipo recurriremos solamente al


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mejoramiento de textura y adecuacin de los lmites de consistencia.

QUIMICA :Este tipo de estabilizacin se logra mediante intercambio inico entre los

granos del material a estabilizar y el producto estabilizante, pero el efecto que mas se debeatender es como varan la tensin superficial y la presin de vapor de las soluciones deestos productos respecto del agua sin ellos, para mantener la humedad de compactacin.En nuestro pas se han utilizado espordicamente y en forma aislada en algunas provinciaspara resolver problemas puntuales con resultados aceptables. El agente es una sal: clorurode calcio, cloruro de sodio y silicato de sodio.

En otras regiones del globo se han obtenido aceptables resultados con cidosinorgnicos como el fosfrico o el fluorhdrico.

Deberan incluirse dentro de este tipo el tratamiento con algunos productosque desde hace pocos aos se ofrecen comercialmente, de los cuales sus distribuidores orepresentantes no indican su origen ni composicin, pero que podran tratarse de cidos ysales orgnicas. Tambin algunos polmeros (catinicos, aninicos y no inicos) y resinascombinadas (anilina derivada del alquitrn con furfural obtenido como subproducto derivadodel maz, o con un derivado del tanino) y algunos desechos obtenidos de la fabricacin delpapel u otros productos industriales.

En mi experiencia personal, los resultados que ofrecen estos productos no hansido satisfactorios o no se han mantenido en el tiempo. Probablemente se hayan utilizadode manera defectuosa o se espere de ellos mas de lo que puede lograrse con suutilizacin.

FISICO QUIMICA:Dentro de este grupo se encuentran las mas tradicionales con cal y con

cemento. Algunos autores incluyen dentro de este tipo a las estabilizaciones con asfalto ysus subproductos; siguiendo a ellos aunque sin demasiado convencimiento vamos aconsiderarlo as tambin.

Los distintos tipos de estabilizaciones pueden combinarse, y de hecho as

ocurre an cuando quien la recomiende o quien la ejecute no se entere de ello. Comonorma general, ya se ha dicho que las tres ltimas siempre son complementadas por laestabilizacin mecnica.

Vamos entonces a describir las condiciones que deben reunir los agentesestabilizantes; luego las diferentes estabilizaciones con anlisis de los materialesintervinientes por ser todos ellos los que componen el conjunto de materiales viales, y enforma separada los mtodos mas usuales de dosificacin. Dejaremos para el final lasestabilizaciones bituminosas, luego de haber ahondado en los materiales bituminosos, por

la importancia que este tipo de materiales tiene en las construcciones camineras.


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CONDICIONES QUE DEBEN CUMPLIR LOS AGENTES ESTABILIZANTES

1) Ser asequible en grandes cantidades y en calidad normal.

2) No presentar problemas de transporte, ni ser txico.

3) Tener una accin duradera, avalada por experiencias. Dar un material durable y quemantenga la estabilidad a lo largo del tiempo.

4) Conformar una capa que presente una rigidez compatible con el resto de laestructura; un mdulo de elasticidad razonable.

5) El proceso constructivo debe ser realizable, sencillo y en condiciones climticasdiversas.

6) El precio unitario del producto y el de la capa terminada deben ser convenientes,

dentro del rango del conjunto de valores.

En este tipo de estabilizaciones vamos a concentrarnos enla estabilizacin granulomtrica, conocida tambin como de ligante arcilla-agua.

El origen de las pautas que permiten obtener este material que utilizaremoscomo base granular, como subbase granular o como calzada enripiada revistiendo caminos

de la red sin pavimentar, se remonta a los Estados Unidos de Norteamrica en la crisis de1930.

Suspendidos la construccin de pavimentos de tipo superior, los ingenierosviales se dedicaron a investigar las razones por las cuales algunos revestimientos de estetipo conservaban su estabilidad frente a la accin del trnsito tanto en pocas secas comohmedas; sin deformaciones, ahuellamiento ni prdida de agregados; y otros requeran decostosos trabajo de mantenimiento para mantenerlos en servicio, y no siempre de maneraaceptable.

Esas investigaciones permitieron determinar que los revestimientos de mejorcomportamiento contaban con materiales de una calidad determinada, conformaban unamezcla bien graduada con un proporcionamiento equilibrado de gravas y arenas, ysuficiente cantidad de finos cohesivos que aportaban al mortero de suelo (pasa tamiz N 40)la plasticidad necesaria que requera el sistema; y contaban con una densificacin prximaa la mxima que poda lograrse en esa poca.

En funcin de estas determinaciones se establecieron: las limitaciones degranulometra, fijadas por el huso dado por las especificaciones para las distintasposiciones que puede ocupar en el paquete estructural la mezcla estabilizada; y deplasticidad, para contar con adecuada cantidad de material ligante; adems las calidadesmnimas que deberan cumplir los componentes y la mezcla, medidas a travs de ensayosde aceptacin. En cuanto a la densificacin ya R.R. Proctor tena muy avanzados sus


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trabajos de compactacin, con lo cual se pudo indicar las condiciones de humedad yenerga que debera exigirse para estabilizar mecnicamente estas mezclas.

Surge entonces el conocido Estabilizado standard , que con muy pocasvariantes estamos usando hasta estos das del primer ao del nuevo siglo (2001),compuesto por:

*] una fraccin GRUESA que comprende el material retenido en el

tamiz N 10 ( 2,0 mm. ) con tamao mximo 1 ( 25,4 mm. ) y para casosparticulares 2 ( 50,8 mm. ).

Su proporcin en la mezcla va desde el 45% al 70%; es el esqueleto que aporta laresistencia al impacto y al desgaste, sus partculas deben mantenerse en contacto entre si ycontar con la dureza suficiente para que no se produzcan pulimentos ni roturas. Aportan ala mezcla un porcentaje importante de la friccin .

*] una fraccin INTERMEDIA que al principio se la inclua como parte del

mortero de suelo; comprende las arenas:gruesa , el material retenido en el tamiz N 40 ( 0,42 mm. ) contamao mximo en el tamiz N 10 ( 2,0 mm. ).mediana y f ina, el material retenido en el tamiz N 200 ( 0,074 mm. )con tamao mximo en el tamiz N 40 ( 0,42 mm. ).

Su proporcin en la mezcla completa entre el 85% y el 93%; no deben producir laseparacin de las partculas de la fraccin GRUESA , las arenas gruesas cumplen igual

funcin que aquella y las arenas finas sirven al acuamiento que completarn los limos dela fraccin siguiente. Su aporte a la mezcla es prcticamente todo el porcentaje restante dela friccin .

*] una fraccin FINA que comprende los limos y las arcillas, el material

pasante por el tamiz N 200 ( 0,074 mm. ).

Su proporcin en la mezcla normalmente est entre el 7% y el 15%; los limos por

su forma y textura producen acuamiento mientras que las arcillas y la inevitable proporcinde coloides retienen agua en espesores convenientes para aportar cohesin al sistema.

Con un proceso constructivo adecuado -distribucin, mezclado,humedecimiento y compactacin-; y un proporcionamiento de la mezcla exitoso, el materialresultante presenta los valores de estabilidad (resistencia al corte ) mas altos que puedenlograrse con suelos solamente; en algunos casos mayores que el suelo utilizado comoreferencia por Porter para relacionar el Valor Soporte.


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Haremos un breve resumen de las caractersticas de calidad, y las condicionesde granulometra y de plasticidad que debe cumplir un suelo estabilizadogranulomtricamente.

Condic ion es de gr anul om etra

Siempre es posible, partiendo de un tamao mximo cualquiera, obtener unacurva de gradacin tal que, cumplida con una mezcla de materiales, podamos construir unrevestimiento perfectamente estable; pero, razones constructivas y de sistematizacin deespecificaciones, han puesto un limite superior a ese tamao, relacionado con el espesorde las bases a ejecutar. Por razones de facilidad de construccin y lisura superficial, eltamao mximo del material est comprendido entre 1/3 y 1/4 del espesor corriente de labase a construir.

La granulometra de la mezcla de materiales que normalmente se especificapara un revestimiento estabilizado se expresa en porcentajes del peso de materiales, conrespecto al peso total de la muestra ensayada , que pasan por cada tamiz de una seriedeterminada.

Si tomamos la especificacin clsica correspondiente a un revestimientoestabilizado tipo standard cuyo tamao mximo es de 1 ( 2,54 cm. ) la granulometra seexpresa en la siguiente forma :

Estas especificaciones tienen ciertas condiciones complementarias con el fin de permitircierto margen de tolerancia; as por ejemplo, se puede admitir hasta un 5% de partculasmayores de 1 siempre que ellas pasen totalmente por el tamiz de 1 1/4.

Otra condicin complementaria relativa a los finos del suelo estabilizado que son aquellosque pasan por el tamiz N 40, compuesto por limo, arcilla y arena fina que controla laproporcin de estos materiales en el conjunto, exige que la fraccin que pase por el tamizN 200 no exceda de las 2/3 partes de fraccin que pasa por el tamiz N 40.

Abertura de la cribaNmero del tamiz

Abertura enmm.

% en peso que pasa porcada tamiz o criba

13/8N 4N 10N 40N 200

25,419,09,54,762,000,420,074

10080 - 10050 - 9040 - 7530 - 5520 - 3510 - 20

3

2

40Tamiz

200Tamiz

40

200

= Pasa

Pasa

PT

PT


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Representadas las condiciones granulomtricas del cuadro anterior, en un grficologartmico del tamao de las partculas se obtienen las curvas de la figura. La curva mediaideal entre ambas, responde muy aproximadamente a la ecuacin.

p = porcentaje que pasa por tamiz de abertura a.A = abertura mxima en la serie de tamices.

Con el fin de restringir el empleo de los materiales mas finos, cosa que laexperiencia ha demostrado conveniente, para el caso de usar una frmula de gradacin seha recomendado lo siguiente:

Estas curvas son del mismo tipo de las de Fller, llamadas de mxima

compacidad.En rigor para cumplir con la especificacin, bastar que la curva obtenida est

dentro del rea de las curvas lmites, siempre que cumpla las condiciones complementariasa que se ha hecho referencia. Como regla general ser preferible una curva regular, ancuando este cercana a una de las lmites, a cualquier otra que presente irregularidades o

juegue entre ambos lmites.

Entre un revestimiento estabilizado, del tipo que tratamos, que debe actuarcomo superficie de rodamiento, es decir expuesto directamente a las acciones climticas yde trnsito, y otro que sirva de base ya sea a delgados tratamientos bituminosos o cubiertas

de cierto espesor, existen diferencias en cuanto a las funciones que debe desempear,

1/3)A/a(100p=

1/3)A/a(100p=


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diferencias que influyen sobre las condiciones granulomtricas y de plasticidadconsideradas adecuadas en uno y otro caso.

En el caso del revestimiento que servir como superficie de rodamiento, estedeber tener:

a) estabilidadb) resistencia al efecto abrasivo del trnsito, es decir al desgaste.c) propiedades que impidan la penetracin en gran parte de las aguas

de lluvia, y la prdida de humedad sin desecamiento excesivo.

El revestimiento que actuar cubierto con mezclas o tratamientos bituminososflexibles, necesita nicamente :

a) estabilidad, ya que la cubierta impermeable absorbe el desgaste deltrnsito e impide la penetracin del agua de las lluvias y suprime la evaporacin,

En estas ltimas bases, su cohesin en relacin directa con su contenido dearcilla, pierde importancia ya que, cubiertas por una capa bituminosa, estn prcticamenteexentas de desgaste y libres en cierta medida de las acciones climticas. Un contenido altode arcillas, o de una arcilla muy activa, puede ser contraproducente por las caractersticasexpansivas de este material.

Las primeras especificaciones granulomtricas de la administracin General deVialidad Nacional agrup las distintas granulometras en cuatro tipos que designa : grueso,standard, semi-fino y fino segn sea el tamao mximo del material empleado. Estos husosespecificados por el organismo son los siguientes:

Es claro que, cuando el aprovechamiento de materiales locales lo exija, podrnintroducirse otros tipos de gradaciones, ya que ello siempre es posible partiendo de untamao mximo, siempre que adems cumpla con las exigencias fsicas restantes y deresistencia mnima de acuerdo a su posicin en la estructura del pavimento..

El tipo standard de estabilizacin (tamao mximo 1) es de los que han

tenido mas aplicacin en el pas, en general con resultados satisfactorios.

% que PasaTamiz Grueso Standard Semi-fino Fino1 1/2" 100 - - -

1" 85 - 100 100 - -" 65 - 95 80 - 100 - -" 30 - 85 - - -3/8" - 50 - 90 100 -N 4 25 - 70 40 - 75 75 - 95 -N 10 20 - 70 30 - 55 55 - 85 100

N 40 15 - 30 20 - 35 35 - 60 50 - 70N 100 - - 25 - 45 30 - 45N 200 7 - 15 10 - 20 20 - 35 20 - 35


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Las Especificaciones Tcnicas en vigencia, en la Seccin C. I. indican loshusos granulomtricos que reflejan la experiencia acumulada desde entonces.

La AASHTO (AASHTO Highway Materials - Part I - Specifications ) haespecificado bajo la designacin M-147-65 (1996), las condiciones granulomtricas y otraspara superficies y bases, tendiendo a dar un carcter menos arcilloso a estas ltimas.

La especificacin se refiere a mezclas de diferentes materiales como piedrapartida, grava, escoria, arena, arcilla, etc.; libres de materia orgnica u otras impurezas.

El material retenido en el tamiz N 10 deber ser durable ( no desintegrarse enciclos alternados de humedecimiento y secado y de congelacin y deshielo ) y tener unaresistencia al desgaste, en el ensayo Los Angeles menor que 50%.

Con carcter general se exigen las siguientes condiciones:

Estas limitaciones las aconsejamos para los estabilizados que se proyecten,agregando que el Indice de Plasticidad debera ser 2% como mnimo. Adems comoaconseja tambin AASHTO:

Cuando estas superficies de rodamiento deban mantenerse por varios aos sinrecubrimiento bituminoso o cualquier otro impermeabilizante, deber especificarse unmnimo de 8 % pasando el tamiz N 200 con Lmite Lquido 35 e Indice de Plasticidad

entre 4 y9.

Condic iones de Plasticidad

As como la granulometra nos indicaba si la distribucin de las partculasera adecuada para obtener una mayor estabilidad mecnica, el ndice de plasticidad de lamezcla de materiales que componen el revestimiento, nos dir si esa estabilidad sertemporal o permanente ante la accin de la humedad. El ndice de plasticidad estainfluenciado por la presencia de una mayor o menor proporcin de arcilla, de modo que lacircunstancia de que un revestimiento est o no cubierto por una capa bituminosaimpermeable tendr significacin en los valores a adoptar para aquel.

Adems de esta circunstancia, para fijar el ndice de plasticidad deber

considerarse la cantidad de lluvia anual en la zona y la diferencia de altura entre la rasantey el mximo nivel de la napa fretica. De acuerdo con esos conceptos, los valores a adoptarson los siguientes:

ZONA LLUVIA INDICE DE PLASTICIDAD

--- mm/ao Base Superficie

Muy Hmeda > 1000 < 2 3 - 5

Humedad Media 700 - 1000 2 - 4 5 - 8

Seca < 700 4 - 6 8 - 12

%6I.P.;%25L.L;3

2

40NP.T.

200NP.T.


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conocemos por anticipado, para obtener el revestimiento estabilizado que se haespecificado.

Analticamente el problema no tiene dificultades; siempre se podr hallar unnmero de ecuaciones igual al numero de incgnitas representadas por las proporciones decada uno de los materiales intervinientes de acuerdo con los datos que impondremos anuestra mezcla para cumplir con las condiciones de granulometra exigidas. En laactualidad con la asistencia de programas de computacin de utilizacin sencilla, poco setarda en hallar la mezcla buscada.

No obstante incluiremos dos mtodos de mezcla, an en uso en obra.

Estud io de las mezclas de materiales para un revestim iento estabil izado

Una de las formas es la preconizada por Woods y el Asphalt Institute. Consisteen el dibujo de un cuadrado donde los lados verticales representan los dos materiales amezclar desde pasa 0% en la parte inferior hasta 100 % en la parte superior ; en la escalahorizontal inferior los porcentajes que interviene en la mezcla el material 2 con la escala deizquierda a derecha, mientras que en la escala horizontal superior los porcentajes queinterviene en la mezcla el material 1 con la escala de derecha a izquierda.

Marcando sobre la escala correspondiente a los respectivos materiales losporcentajes que pasan de cada fraccin, se trazan rectas que los unen y representan, paraesa fraccin las mezclas posibles de esos dos materiales. Luego sobre cada una puedendemarcarse los lmites fijados por la especificacin. Las verticales que puedan trazarsedejando al exterior todos los lmites son, a su vez, las posibilidades de mezclas de esosdos materiales que cumplan con la especificacin fijada.


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Para el caso de mezclas de mas materiales, con el mismo criterio se siguenagregando cuadrados; conviene hacerlo hacia la izquierda con los agregados de mayorimportancia, es decir iniciar con la mezcla del fino con el intermedio, y luego agregar elgrueso, considerando una mezcla de los primeros como un material. Si ocurriera que nohay posibilidad de lograr ninguna mezcla dentro de los lmites de especificaciones, sevaran las proporciones de agregado fino e intermedio y se efecta un nuevo tanteo.

Aunque raramente estos estabilizados llevan mas de tres materiales, podranseguirse agregando cuadrados, si fuera el caso. Debe haber uno menos que el total demateriales a mezclar. Tambin es posible que con los materiales disponibles no se consiganinguna mezcla que cumpla con la especificacin.

Pasemos ahora a la resolucin mediante el diagrama triangular, que tiene suorigen en el recordado tringulo de Witney.

Proyect o de un Revestimiento o Base Estabil izada Granulomtricamente

Designaremos con las letras X, Y, Z afectadas de subndices segn e materialde que se trate a las fracciones del mismo que cumplan las siguientes caractersticas:

X : Porcentaje del material que pasa por la criba de 1" y es retenido por el tamiz No. 10

Y : Porcentaje del material que pasa por el tamiz No el tamiz No. 10 y es retenido por eltamiz No. 200.

Z: Porcentaje del material que pasa por el tamiz No. 200

As tendremos para:


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Material 1: X1 Y1 Z1



Lmite superior: XS Y S ZSEspecificacin Standard

Lmite inferior: Xi Yi Zi

Estabilizado: X Y Z

En base a las granulometras dadas, tendremos:

X1 = % P. C. 1 - % P. T. No. 10 = (100 - 13) % = 87%

Y1 = % P. T. No. 10 - % P. T. No. 200 = (13 1) % = 12%

Z1 = % P. T. No. 200 = 1%

X2 = % P.C. 1 - % P. T. No. 10 = (100 - 72) % = 28%

Y2 = % P. T. No. 10 - % P. T. No. 200 = (72 - 10) % = 62%

Z2 = % P. T. No. 200 = 10%

X 3 = % P.C. 1 - % P. T. No. 10 = (100 - 100) % = 0%

Y3 = % P. T. No. 10 - % P. T. No. 200 = (100 - 81) % = 19%

Z3 = % P. T. No. 200 = 81%

XS = % P.C. 1 - % P. T. No. 10 = (100 - 25) % = 75%

YS = % P. T. No. 10 - % P. T. No. 200 = (25 - 5) % = 20%

ZS = % P. T. No. 200 = 5%

Xi = % P.C. 1 - % P. T. No. 10 = (100 - 50) % = 50%

Yi = % P. T. No. 10 - % P. T. No. 200 = (50 - 15) % = 35%

Zi = % P. T. No. 200 = 15%

Los porcentajes as determinados se llevan al correspondiente tringulo degranulometra y observamos que los lmites superior e inferior de la especificacin standard noslimitan una zona ABCDA (sombreada en el diagrama) equivalente a la comprendida entre ambos


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lmites (entre Sti y StS) en el grfico de granulometra, si dicha granulometra se hubieraefectuado nicamente a travs del juego de tamices: 1", No. 10 y No. 200.

Por otro lado, las granulometras de los materiales 1, 2 y 3 nos determinan un tringuloM1M2M3denominado tringulo de granulometra, que nos delimita la zona de mezclas posibles

de dichos materiales.

La superposicin de dicho tringulo con la zona limitada por la especificacin standardnos define el "contorno de granulometra" ABCCDA en cuyo interior cualquier puntorepresentar la mezcla de los materiales dados que cumple con la especificacin establecida.

En base a esto quedara definida la primera condicin impuesta a una mezclaestabilizada que es la de cumplir con una cierta granulometra establecida.

Por comodidad para la determinacin grfica del problema, transformaremos eltringulo de granulometra M1M2M3en un tringulo de materiales issceles de manera que cada

lado del mismo representa el porcentaje del material respectivo que interviene en la mezcla; enestas condiciones, el "contorno de granulometra" ABCCDA se transformar en un contorno demateriales y todo punto de su interior ser solucin al problema obteniendo sobre los ejes losporcentajes en que cada material interviene en la mezcla.

La transformacin de un diagrama en otro es una transformacin lineal por la cuallas condiciones y caractersticas geomtricas de una figura se mantendrn en la otra a travs dela transformacin.

C2 / 12 = 6,6 cm / 12,2 cm = 0,54

C : 54% M1 46% M2C1 / 12 = 1 0,54 = 0,46

D2 / 12 = 6,8 cm / 12,2 cm = 0,56D : 56% M1 44% M2

D1 / 12 = 1 0,5 = 0,44

BB / 1B = 10,0 cm / 14,3 cm = 0,70

(B3 /23) . [1 (BB /1B)] = (6,2 cm / 13,5 cm) . 0,30 = 0,14 B: 70% M1 14% M2 16% M3

(B2 /23) . [1 (BB /1B)] = (7,3 cm / 13,5 cm) . 0,30 = 0,16

CC / 1 C = 5,5 cm / 12,6 cm = 0,44

(C3 / 23) . [1 - (C C/1C)] = (10,5 cm/13,5cm) . 0,56 = 0,44 C: 44% M1 44% M2 12% M3

(C2 / 23) . [1 - (C C/1C)] = (3,0 cm/13,5cm) . 0,56 = 0,12


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Procedemos a ubicar los puntos cuya composicin granulomtrica acabamos dedeterminar y, para la fijacin del punto A en base a las propiedades geomtricas de latransformacin efectuada trazamos por el punto B una semirecta paralela al lado CC y por Dotra paralela al lado CB; en la interseccin de ambas estar ubicado el punto A al que podemosasignarle la siguiente composicin granulomtrica aproximada:

80,5 % M1

A 15,5 % M2

4 % M3

El estabilizado, adems de las condiciones de granulometra debe cumplir las deplasticidad, es decir, su I. P. debe estar comprendido entre 2 y 6 para lo cual se debern trazarsobre el tringulo de materiales la recta de igual plasticidad y cuyos lmites nos reducirn laprimitiva zona o contorno de materiales.


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El ndice de plasticidad en mezclas estabilizadas granulomtricamente se puedecalcular en forma aproximada por medio de la expresin:

(1)

Siendo Fi (i = 1, 2, 3) : cantidad de finos (por ciento que pasa por el tamiz No. 40)correspondiente a cada uno de los materiales.

Ii (i = 1, 2, 3) : ndice de plasticidad de cada uno de los materiales

Debiendo cumplirse

podemos hacer: (2) y sustituyendo en (1) :

haciendo:

Y finalmente:(3)

3211

332211

FZFYFX

IFZIFYIFXPII

++

++==

)1(

)1(

3211

332211

FYXFYFX

IFYXIFYIFXPII

++

++==

33321

3333332211

FYFXFFYFX

IFYIFXIFIFYIFXPII

++

++==

[ ] [ ]{ } [ ] [ ]3322331133231 IFIFYIFIFXFFFYFFXI +=++

[ ] [ ] [ ] [ ]3322331133231 IFIFYIFIFXIFIFIFYIFIFX +=++

[ ] [ ] 0)( 33332232331131 =++ IIFIFIFIFIFYIFIFIFIFX

aIIF = )( 11

bIIF = )( 22cIIF = )( 33

0)()( =++ ccbYcaX

)()( bcYccaX =+

)()(

)(

bc

cX

bc

caY

+

=

1=++ ZYX

YX= 1


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siendo:

En base a dichos valores y haciendo variar I obtendremos una familia de rectasrepresentativas de los puntos de igual plasticidad; al efecto construiremos el siguiente cuadro.

Trazadas las rectas de igual plasticidad en el tringulo de materiales y dado que laespecificacin standard nos fija como lmites de los valores de plasticidad

I.p. > 2

< 6

la zona correspondiente al "contorno de materiales" ABCCDA queda transformada en ladenominada "zona limite". ABCC"D"A la cual ha sido sombreada en el diagrama adjunto.

I I-I1 I-I2 I-I3 a b c a-c c-b a-c c X=0 Y=0

c-b c-b Y X

1 1 1 -8 7 31 -720 727 -751 -0,968 0,959 0,959 0,9902 2 2 -7 14 62 -630 644 -692 -0,931 0,910 0,910 0,9783 3 3 -6 21 93 -540 561 -633 -0,886 0,853 0,853 0,9634 4 4 -5 28 124 -450 478 -574 -0,833 0,784 0,784 0,941

5 5 5 -4 35 155 -360 395 -515 -0,767 0,699 0,699 0,9116 6 6 -3 42 186 -270 312 -456 -0,684 0,592 0,592 0,8657 7 7 -2 49 217 -180 229 -397 -0,577 0,453 0,453 0,7868 8 8 -1 56 248 -90 146 -338 -0,432 0,266 0,266 0,6169 9 9 0 63 279 0 63 -279 -0,226 0 0 0

9I90F

0I31F

0I7F

33

22

11

==

==

==


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La tercer condicin a ser cumplida por la mezcla estabilizado es la de ser de costomnimo lo cual exige el trazado de las rectas de igual costo.

Por sencillez de clculo trabajaremos directamente con los precios unitarios delmaterial puesto en obra; en tal caso, el costo de la mezcla ser:

(4)

Adems:

sustituyendo ser:

321 PZPYPXc ++=

1=++YX YX= 1

321 )1( PYXPYPXc ++=

33321 PYPXPPYPXc ++=

[ ] [ ]33231

PPPYPPXc ++=


19/72

siendo el coeficiente angular de esta ecuacin independiente del valor C y constante, variando Ctendremos un haz de rectas paralelas.Haciendo C = P2 resultar de (5)

para

Con estas coordenadas ya estamos en condiciones de trazar la recta de igual costopara un valor

mediremos los costos sobre el eje correspondiente al material 3 teniendo en cuenta que el origende los costos corresponde a

En el correspondiente tringulo de costos hemos marcado las distintas rectas decosto constante tomando intervalos de 50 $/tn.

Por razones de tolerancia en la ejecucin de estabilizado, reduciremos la "zonalmite" ABCC"D"A transformndola en una "zona de seguridad" para lo cual consideraremos

como recta lmite de igual plasticidad la correspondiente a I P = 2,5% y reduciendo en un 3% lagranulometra. Dependiendo de la responsabilidad que acredite su proveedor, o la seguridad quetenga respecto de la homogeneidad del material que estn obteniendo del yacimiento o cantera ,se varan las diferencias (aumentando o disminuyendo) con los limites a adoptar.

Para I = 2,5 resulta:

[ ] [ ]32313 PPYPPXPc +=

XPP

PP

PP

PcY

=

32

31

32

3

xXPP

PPY

=

=

85845

85177011

32

31

xXY == 22,21760

16851

0,45122,2

11

10

===

==

XY

YX

$/tn845PC 2 ==

$/tn85P3 =

2,50-2,5I-I 1 ==

2,50-2,5I-I 2 ==

6,5-9-2,5I-I 3 ==


20/72

Efectuadas las correcciones citadas obtenemos la "zona de seguridad" 12341 lacual ser transformada en "zona de trabajo" al limitarla mediante dos rectas de igual costodeterminadas.

17,52,5.7)I-(I.Fa 11 ===

77,52,5.31)I-(I.Fb 22 ===

585-(-6,5).90)I-(I.Fc 33 ===

77,5-585-

585,0-X

77,5-585,0-

(-585,0)-17,5aY +=

+

=

bc

cX

bc

c

883.0909,0662,5-

585,0-

5,662

5,602Y +=+

= XX

0,970X0Y

0,883Y0X

==

==


21/72

La limitacin en costo esta dada por la capa que reemplace en igual condicinestructural a esta mezcla en el espesor previsto. En este ejemplo elegiremos como punto detrabajo para un dosaje tentativo de la mezcla el correspondiente a la recta isotara de menor costocon las siguientes proporciones de materiales:

a) Procederemos a verificar la granulometra de la mezcla respecto de lo establecido en lasespecificaciones.

La granulometra de la mezcla cumple lo establecido por las especificaciones; alrespecto se ha trazado la respectiva curva granulomtrica.

b) Verificacin de la relacin de finos

Aunque en forma ajustada, tambin cumple la relacin de finos.

c) Verificacin de las condiciones de plasticidad

1. Clculo del ndice de plasticidad de la mezcla:

2. Clculo del lmite lquido de la mezcla:

9,2%Z

43,0%Y

47,8%X$/ton1215C

=

=

==

5,040..%

200..%

NTP

NTP

49,00,25

3,12

321

332211

F.ZF.YF.X

I.F.ZI.F.YI.F.XI.P.

++

++=

0,90.0,0920,31.0,4300,07.0,487

9.0,90.0,0920.0,31.0,4300.0,07.0,487I.P.

++

++=

62,99I.P.2


22/72

Esta caracterstica tembien es menor que la mxima establecida.

3.

Y en el calculo impuesto se cumple

La ultima verificacin que corresponde es realizada en laboratorio, realizandosobre la mezcla y los ensayos necesarios para comprobar que adems de analticamente elmaterial logrado, tambin cumple las relaciones establecida empricamente.

Luego hacer los ensayos de compactacin, para determinar la humedad decompactacin para moldear los especimenes para determinar el V.S.R., y la cantidad de agua aregar.

FFoorrmmaaddeeDDiissttrriibbuucciinnddeelloossmmaatteerriiaalleesseenneellCCaabbaall lleettee

Para los datos fijados de ancho del revestimiento estabilizado, espesor perfilado y compactado ypeso especfico compactado, tendremos:

B = 7,70 mh = 20 cmPe = 2300 kgs/m3

La cantidad de material estabilizado por metro de longitud ser:(consideramos un espesor h + 1 cm para permitir el perfilado).

Dicho caballete unitario estar constituido por:

0,90.0,0920,31.0,4300,07.0,487

37.0,90.0,0920.0,31.0,4300.0,07.0,487L.L.

++

++=

2512,3L.L.


23/72

En base a los pesos especficos aparentes secos de cada material sobre camincalcularemos el volumen que de los mismos se necesita por metro de longitud de camino:

Disponiendo de camiones cuya capacidad es 5 m3

, los materiales se dispondrnen las siguientes longitudes (por carga de camin):

Clculo de la Cantidad de Agua a Regar

Humedad ptima de compactacin: 10%Prdidas por evaporacin (estimado): 2%

Suma: 12%

Humedad material en el caballete 4%

Humedad a incorporar: 8 %

No incluiremos en este item la cantidad de agua necesaria para mantenimientode la base una vez construda; dicho porcentaje se estima en 5%.

La cantidad de agua a incorporar por metro de longitud de camino ser:

/mm1,112kgr/m1600

kgr/m1780

Pe

GV 3

1

1

1

===

/mm1,101kgr/m1450

kgr/m1600

Pe

GV 3

2

22 ===

/mm0,311kgr/m1100

kgr/m342

Pe

GV 3

3

33 ===

m4,49/mm1,112

m5,00

V

VcI

3

3

1

1 ===

m4,54/mm1,101

m5,00

V

VcI

3

3

2

2 ===

m16,08/mm0,311

m5,00

V

VcI

3

3

3

3 ===

lts/mx.h . GH 2983720080 ===


24/72

El riego ser efectuado en capas no mayores de 5 cm de espesor a fin de asegurar una humedadlo ms uniforme posible en la mezcla.Si el camin regador posee una barra de riego cuya longitud sea de 2,20 m, el volumen de lacapa de mezcla a regar ser:

El volumen total del caballete, por metro de longitud resulta:

Resulta inmediatamente el nmero de capas en que se efectuar el riego.

Suponiendo que disponemos de dos camiones regadores (nmero mnimodispuesto por las especificaciones de Vialidad Nacional) con una capacidad de 5 m3 cada uno, lacantidad de agua a regar por metro de longitud de camino y por capa, ser:

la correspondiente longitud de caballete distribuido con motoniveladora en capasde 0,05 m a ser regado por los 2 camiones tanques disponibles, ser:

La velocidad de riego de los camiones ser funcin de la longitud de tramo aregar y del tiempo empleado en vaciar el tanque.Suponiendo que la operacin se hace en viaje de ida y vuelta y el tiempo de descarga sea 10min., la velocidad media de los camiones ser:

/mmm,./ mm,v

323

11202050 ==

capascapamm

mm

v

Vn 23

/11,0

/524,2

3

3

==

capamltscapas

mlts

n

Ha === /9,12

23

/298

( ) /mm/ mmVVi

i

333

1

524,2311,0101,1112,1 =++===

capam775capalts12,9

lts10000=

==

a

QL

m/min.115min.10

m77522=

==

t

LVn

Km/h3,9m/Km1000

min/h60m/min.155=

=nV


25/72

Clculo de Costos

Tomando el valor de C (costo de la mezcla de materiales) del tringulo de costos, resulta:

y expresado por metro cuadrado de base estabilizado, ser:

Verificaremos este costo teniendo en cuenta los porcentajes de los materialesincluidos en la mezcla:

Adoptaremos este ltimo valor como verdadero y, para el cmputo de costosunitarios (por m2) de la base estabilizado, tendremos:

Item 1: Materiales

Material 1: 0,478 . 0,21 m3/ m2 . 2,3 t/ m3. 1770 $/ton : $/ m2 408,65

Material 2: 0,430 . 0,21 m3/ m2 . 2,3 t/ m3. 845 $/ton : $/ m2 175,50

Material 3: 0,092 . 0,21 m3

/ m2

. 2,3 t/ m3

. 85 $/ton : $/ m2

3,78

$/ m2 587,93

Item 2: Agua

Compactacin: 0,08 . 0,21 m3/ m2 . 2,3 t/ m3. 1 m3/tx 22$/ m3: $/ m2 0,85

Conservacin: 0,05 . 0,21 m3/ m2 . 2,3 t/ m3. 1 m3/tx 22$/ m3: $/ m2 0,53

$/ m2

1,38

Item 3: Mano de Obra

Mezclado, perfiado y compactacin: $/ m2 3,00

$/ m2 3,00

2233 m$/586,85m/m0,21ton/m2,3$/ton1215 =

$/ton1215C =

85).0920,845.430,1770.478(0,ZPYPXPC 321 ++=++=

$/ton1217,23827,35363,06846,C =++=


26/72

Item 4: Equipo

Amortizacin, reparaciones y repuestos, intereses,Impuestos y seguros, combustibles y lubricantes: $/ m2 12,00

$/ m2 12,00

SUMA: $/ m2 604,31

Impuestos y gastos generales 120,86

TOTAL: $/ m2 725,17

Beneficio 145,03

Precio Cotizado $/ m2 870,20


27/72


28/72

En algunos textos aparece como un caso particular de la estabilizacin con

ligante arcilla-agua, la realidad es que la estabilizacin con sales cloruro de sodio

cloruro de calcio- consiste en aprovechar las propiedades higroscpicas y delicuescentesde las mismas, cuyas soluciones presentan presin de vapor menores y tensin superficial

mayor que el agua comn, para conseguir durante los trabajos un persistente estado de

humedad que permite y facilita la compactacin; y posteriormente pelculas de humedad

mas delgadas y fuertes que en el caso del agua comn, produciendo alta cohesin.

Las soluciones de cloruro de sodio, por su presin de vapor inferior a la del

agua comn, retardan la evaporacin de la humedad manteniendo el camino con un

contenido prximo al ideal en poca de sequa. Por otra parte la estructuracin obtenida

mediante la compactacin, si se ha llegado a las condiciones recomendables, hacen que

el agua no penetre o lo haga tan dificultosamente en poca lluviosa, que pueda

considerarse con caractersticas mas estables en toda poca del ao.

Las condiciones de humedad internas del suelo compactado no son

prcticamente afectadas por condiciones de sequa o lluvia despus de la compactacin,

durante la cual la sal ha permitido mantener por un largo tiempo a la fraccin del ligante en

estado de plasticidad conveniente y con suficiente espesor de pelcula para que las

partculas mayores bien lubricadas fuesen acomodndose para conseguir la mas alta

densidad; el exceso de humedad se evapora y la solucin de cloruro de sodio se concentra

en la superficie hasta el punto de saturacin, precipitando gruesos cristales de sal entre las

partculas, propiciando la formacin de una costra densa y dura que disminuye la

evaporacin.

Esta misma cristalizacin en los poros del suelo estabilizado, aminora la

contraccin que se produce por la prdida de humedad y disminuye el agrietamiento;

fenmeno este responsable de que las partculas mayores se separen del ligante, lo que

favorecera el embebimiento del suelo estabilizado por efecto de lluvias ulteriores. Por otro

lado la presencia de los granos de sal, mas hidrfilos que los de suelo, van a atraer las

partculas de agua con mas facilidad retrotrayendo el proceso a la situacin del final de la

compactacin.


29/72

En poca de sequa, el Cloruro de sodio en exceso, tiene la propiedad de

coagular o flocular la arcilla, reduciendo notablemente los cambios de volumen que

experimenta por secado.

Cuando el agua de lluvia cae sobre la superficie que se encuentra en el estado

anterior, tiende a disolver el Cl Na disminuyendo su concentracin; esto produce la

desfloculacin de la arcilla la que tiende a aumentar de volumen cerrando los poros e

impidiendo la penetracin ulterior del agua, con lo que se evita el arrastre de la sal.

Mediante el uso del Cl Na en bases estabilizadas se han logrado densidades del

orden de 2,4 kg / dm3, posibles por la reduccin de las pelculas cohesivas de agua

alrededor de las partculas, lo que produce una liberacin del agua que acta como

lubricante permitiendo la acomodacin de aquellas partculas en el mnimo volumen.

Las bases granulares tratadas con Cl Na presentan una gran resistencia a la

accin de las heladas, mayor resistencia que no solo debe atribuirse a la sal sino tambin a

la mejor compactacin lograda que dificulta la penetracin de la humedad.

Sobre calzadas enripiadas que se hayan tratado con estos riegos como

paliativos de polvo y requieran ser cubiertas por un tratamiento bituminoso, estos pueden

ser aplicados sin ninguna dificultad a estas bases. Existe una fuerte vinculacin entre los

materiales bituminosos y la superficie dura y seca de los caminos tratados. No obstante,

debido a la forma de producir los asfaltos en la Argentina es siempre recomendable

estudiar los posibles efectos que puede tener la sal sobre el material bituminoso del primer

riego, para asegurarse que no es necesario interponer un manto que evite el contacto.

El proyecto y construccin de los revestimientos tratados con Cl Na no difiere

sustancialmente de los comunes.

La sal es incorporada en los 8 cm. superiores del revestimiento, pero puede ser

aplicada en todo su espesor, lo que no trae mayores beneficios.

La cantidad de sal a aplicar puede sufrir variaciones pero est alrededor de 150

gr. por metro cuadrado y por centmetro de espesor tratado.


30/72

Las aplicaciones pueden hacerse incorporando la sal en pequeos cristales o en

soluciones acuosas. .Esta solucin salina constituir el agua de compactacin del espesor

tratado de la base y se incorporar por medio de camiones regadores a presin o a

gravedad, en varias pasadas para facilitar una buena distribucin.

Con algunas diferencias leves el cloruro de calcio tiene los mismos efectos

sobre el suelo que los descriptos para el cloruro de sodio.

El Cl2Ca se lo presenta comercialmente en escamas, y es usual que as se lo

incorpore a la mezcla. Estas escamas, en condiciones medias de clima absorbe de 2 a 5

veces su peso en agua.

Puede decirse que su presencia equivale a una ligera lluvia sobre el camino,

todas las noches. El resultado final es una mayor retencin de humedad en las bases

tratadas con Cl2Ca.

El grfico siguiente resume una serie de determinaciones, sobre prdidas de humedad,

en bases de agregados graduados, con o sin tratamiento.

0

10

20

30

40

50

60

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Edad de la Base Estabilizada, en das

%D

epr

didasdehumedadconrespecto

original

Con Tratamiento

Sin Tratamiento


31/72

Como antes, la propiedad de dificultar la prdida de humedad se debe a la

menor presin de vapor que, a una temperatura dada, tienen las soluciones de Cl2Ca con

respecto al agua pura. A temperatura constante las presiones de vapor de las soluciones

de Cl2 Ca disminuyen a medida que crece la concentracin de las mismas, y esa

disminucin es ms rpida a medida que la temperatura de referencia es ms alta.

En la prctica las cosas pasan de la siguiente manera: para una temperatura

ambiente determinada, y para una dada humedad relativa del aire, el vapor de agua de la

atmsfera tiene una cierta presin; una solucin de Cl2Ca expuesta al aire tendr la suya,

que puede ser mayor o menor. Si es mayor evaporar agua, hasta que la concentracin

sea tal que las presiones se equilibren y la evaporacin cese; si fuera menor absorber

humedad disminuyendo la concentracin y tendiendo tambin al equilibrio que ser

alcanzado, entonces, por el proceso inverso.

Las soluciones de Cl2Ca tienen una tensin superficial mayor que el agua y la

diferencia aumenta con la concentracin. La figura siguiente muestra esa variacin.

Esta propiedad es efectiva, no slo para disminuir la evaporacin, sino que

contribuye a la mayor resistencia de las pelculas cohesivas.

El efecto evidente que el Cl2Ca en solucin tiene sobre los suelos compactados

en el sentido de aumentar la densidad puede ser explicado porque las pelculas cohesivas

que forma, son ms delgadas que las del agua pura, lo que implica, por la conservacin de

72

78

84

90

96

102

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

% de concentracin de la solucin salina

%a

umentodeden

sidad

s/materialsuelto

Serie2


32/72

la humedad total, mayor disponibilidad de agua lubricante que permite la mejor

acomodacin de las partculas.

Es interesante comparar las curvas de la figura siguiente donde se dan los

porcentajes de aumento de la densidad de la mezcla estabilizada con respecto a la del

material suelto en funcin del nmero de pasadas de un rodillo neumtico mltiple.

Una curva se refiere al material humedecido con agua pura y la otra con

solucin de Cl2Ca al 4,5%.

Se puede ver que el grado de compactacin que se logra con Cl2 Ca y cuatro

( 4) pasadas de rodillos neumtico, es superior a la que se obtiene con agua y nueve ( 9)

pasadas del rodillo.

El Cl2Ca se puede utilizar para consolidar superficialmente un camino; comopaliativo de polvo; o para lograr una verdadera estabilizacin en un espesor determinado

de una base. En los dos primeros casos se harn aplicaciones superficiales de soluciones

acuosas y en el. segundo se incorporar a la mezcla en escamas a razn de 100 gr. por

metro cuadrado y por cm. de espesor, sin pasar del kilogramo por m2; es decir que

cualquiera que sea el espesor de la base, el tratamiento con Cl2Ca solo alcanzar a los

10 cm. superiores.

Burggraft, investigando el aumento de la densidad y la estabilidad de las bases

tratadas con Cl2Ca llega a las conclusiones siguientes:

1400

1600

1800

2000

2200

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

N de pasadas de rodillo neumtico mltiple

%a

umentodedensidads/material

suelt

oSin TratamientoCon Tratamiento


33/72

Durante la construccin de la base se obtiene de inmediato un 85% de la

densidad y un 10% de la estabilidad finales. Durante el perodo que sigue a la

construccin, y que podramos, llamarlo de "sazonado se logra el 15% de la densidad y el

90% de la estabilidad restantes Estas cifras muestran la gran importancia de los

fenmenos que se producen en el perodo del "sazonado".


34/72

Comenzaremos con este tipo de estabilizaciones con los aditivos clcicos, que

tanto se han utilizado y en mi entender se seguirn utilizando por muchos aos.

SUELO CAL

El uso de cal, como mejorador o estabilizador de suelos data de ms de 50 aos yse lo conoce en todo el mundo, en general para proveer una cementacin leve.

En nuestro pas se utilizan primordialmente sobre suelos finos cohesivos, porquelas modificaciones que se obtienen sobre ellos son, relativamente, mas importantes que losque se pueden verificar sobre fracciones mas gruesas o menos activas. Aunque sobre

todos los suelos provocan mejoras, como la reaccin qumica se producefundamentalmente entre los silicatos y aluminatos presentes en la fraccin arcillosa de lossuelos con el calcio y magnesio contenidos en la cal, la presencia de suelos finos es lo quela hace posible y en general necesaria.

Por otra parte, la necesidad de utilizar los suelos finos, presentes en vastas zonas

de nuestro pas, para formar parte de algunas capas de la estructura del pavimento,

tradicionalmente reservadas a suelos granulares y donde resultara imposible

econmicamente utilizarlos, da lugar al uso de las estabilizaciones por medio de la cal .

Por las caractersticas del material resultante, se lo emplea generalmente en sub-

base, excepcionalmente con base, y en zonas de suelo arcilloso como camino de obra.

Vamos a analizar por separado los materiales y su interaccin, para luego explicar

como se dosifican las cantidades, los ensayos que nos permiten determinar la calidad del

material conseguido, y el criterio para utilizar los parmetros que resultan de dichos

ensayos en el diseo de espesores de pavimentos.

Debemos decir en principio que, al igual que con cemento, betn o sales: no todos los

suelos es posible estabilizarlos con cal.

A pesar de esto, todos los suelos mejoran sus caractersticas con el agregado de cal.

A algunos les cambia las caractersticas fsicas, les reduce la sensibilidad al agua y aumenta su


35/72

capacidad portante; a otros, adems de lo anterior, contribuye a formar una estructura rgida de

especial comportamiento, debido a la cual el aumento de capacidad es importante.

Habitualmente cuando los ingenieros viales nos encontramos con suelos arcillosos,

recurrimos a incorporarle cal persiguiendo alguno de los siguientes objetivos:

1# Aumentar su resistencia.2# Favorecer algn proceso constructivo.3# Controlar caractersticas negativas, debidas a la afinidad al agua que tienen

estas fracciones.

Insisto. La realidad es que a cualquier suelo que cuente con una fraccin arcillosaactiva, cuando le agregamos cal comercial de cualquier tipo y calidad podemos verificar que

ocurren fenmenos que estn relacionados con los tres objetivos indicados; siempre lasacciones se producen en dos etapas de mayor o menor efectividad de acuerdo a lascaractersticas del suelo y a la cal utilizada.

Por ser inusual encontrar suelos puros, es conveniente siempre referirse afracciones, ya que cuando los distinguimos con una denominacin lo que estamosindicando cual es la fraccin predominante, y la que en definitiva le confiere caractersticasy comportamientos singulares.

En Argentina se han estabilizado gravas y suelos con cementaciones de carbonatode calcio con resultados diversos. De todas maneras, por la importancia relativa, por laconformacin geolgica y los usos que se ha dado en forma masiva a este tipo deestabilizaciones en nuestro pas, analizaremos solamente los suelos finos: arenas, limos yarcillas.

Arenas

Cuando predomina esta fraccin, no se obtienen estabilizaciones aceptables,salvo en aquellos suelos en los que solo de 20 a 40% son arenas y el resto cuenta confraccin arcillosa suficiente; porque en esos casos los granos de arena forman un esqueletofriccional resistente, que para edades tempranas son retenidos por los suelos finos quereaccionan con la cal, y para edades mayores, el cuarzo que compone los granos de arena,en un medio bsico es tambin atacado y descompuesto, formando silicatos de estructurargida y estable. Ref. 5

L imos

Si es esta la fraccin que predomina, adems de estar por lo generalacompaados por una fraccin arcillosa, sus partculas en si mismas proveen slice yaluminio en cantidades considerables para brindar, a edades medias por su forma ytamao, estabilizaciones aceptables.


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Arci l lasCuando esta fraccin predomina, tenemos la seguridad que sus granos

aportarn la slice y el aluminio necesarios para que se formen los compuestos que danestructura a la estabilizacin. Cuando logren formarse cantidades porcentualessignificativas de estos compuestos la estabilizacin ser positiva y asegurar que ademssea durable.

Ahora bien, como ya habamos indicado, de los minerales presentes en la masa desuelo al comenzar la segunda etapa de la accin de la cal, va a depender que laestabilizacin se logre; por lo tanto, si fuera posible determinar previamente los tipos deminerales arcillosos que estn presentes en el suelo que se pretende estabilizar ; esto,mas que la cantidad de los mismos nos dar orientacin para saber si la estabilizacin nosolo es posible, sino si an que lo fuera ser permanente en el tiempo.

En orden, las estabilizaciones sern mejores cuando los minerales arcillosos seanmontmorillonitas, luego las caolinitas y por ltimo las ilitas.

Las montmorillonitas son fuertemente reactivas a la cal. Se sustituye un iontrivalente de aluminio (Al +++) por uno divalente de magnesio (Mg ++), esta sustitucinisomorfa provoca una compensacin mediante la entrada de iones positivos entre laslminas, que originan ligas dbiles lo que permite que la circulacin del hidrxido de calcio (Ca (OH)2 ) se produzca en forma rpida y ataque la superficie de las partculas en reasimportantes con enorme efectividad, produciendo intercambios catinicos inmediatos.

La unin entre las lminas de caolinitas es de tipo hidrgeno, este in sufre laatraccin de los oxgenos de las lminas cercanas generando una unin mas fuerte; a lasolucin agresiva le cuesta circular entre ellas y en consecuencia el mineral arcilloso esatacado por los bordes y las caras expuestas en forma progresiva. Cuando este tipo dearcillas contienen carbonatos o dixido de carbono, el hidrxido de calcio ( Ca (OH)2)reacciona previamente con ellos antes de atacar los minerales arcillosos, por lo que laformacin de nuevas especies es escasa.

En el caso de la ilita la estructura es mas cerrada an, y la presencia de azufrefavorece la formacin de sulfatos previo a cualquier reaccin con los minerales arcillosos.

Continuaremos ahora con el agente modificador, haciendo una breve descripcinde los dos tipos de cales mas utilizadas: comercialmente hay una cal de uso vial que nohemos podido lograr de sus fabricantes informacin fehaciente de sus caractersticas,algunas de las cuales indicadas en los ensayos no se verificaron en laboratorio, por lo queno hacemos referencia directa a ellas y describiremos los tipos mas generales.

CALES HIDRAULICAS

Se obtienen a partir de piedras calizas con bajos contenido de carbonato de

magnesio para que la calcinacin produzca Mg O entre 1 y 3%; y deben contener un


37/72

mnimo de 5% de arcillas para que, sus minerales ( silicatos dobles de aluminio y otrometal) al calcinarse la slice les provea de compuestos slico aluminosos que le otorgan lacaracterstica de hidraulicidad. Otra forma es efectuar la calcinacin a una temperaturainferior a la necesaria para favorecer la presencia de los xidos que forman compuestoshidrulicos.

CALES AEREAS

Estas cales se obtienen calcinando calizas clcicas o dolomticas, con bajoscontenidos de minerales arcillosos.

Para los fines viales es preferible las cales clcicas por ser mas reactivas. Lascales magnsicas lo son menos por el proceso de fabricacin; alrededor de los 700 C elcarbonato de magnesio (MgCO3) se descompone en xido de magnesio (MgO) y bixido decarbono (CO2), pero es necesario elevar la temperatura a 900 C para que el carbonato decalcio (CaCO3) se descomponga en xido de calcio (CaO) y bixido de carbono (CO2). Estesobrecalentamiento del xido de magnesio ya formado, hace cambiar su estructura haciauna mas compacta, mas densa, (conocida como sinterizacin de los xidos) que disminuyesu velocidad de hidratacin.

En virtud de ello se pueden encontrar como cal en polvo hidratada tresproductos bsicos:

Clc ic as , hidrxido de calcio bastante puro [ mas de 70% de Ca (OH)2];

Dolomticas mon oh idr atadas [ con 70 a 75% de ( Ca (OH)2+ MgO ) ];

y Dolomticas con hid ratacin especial o dihi dratadas en las que el xido demagnesio se ha transformado tambin en hidrxido [ con 40 a 50% de Ca (OH) 2 +20 a 30% de Mg (OH)2],

con precios bastante similares por lo que del acierto en la eleccin surgir lacantidad a emplear de la que se tendr el xito y la economa del tratamiento.

Estudios realizados en nuestro pas y en el mundo entero (Ref. 2 a 4 ) ponen demanifiesto tres condiciones principales que deben reunir las cales para estabilizar suelos:

# Es mejor una cal correctamente descompuesta -teniendo en cuenta latemperatura de calcinacin y la terica de descomposicin-, que una calcalcinada a temperaturas muy altas.

# Las resistencias que se obtienen estn infludas por el tamao de losgrumos de los cristales xido de magnesio e hidrxido de calciopresentes; a mayor tamao menor resistencia final.

# Las cales que contienen cantidades importantes de carbonatos o de


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hidrxido de magnesio por deficiencias en el procesamiento, durante yposterior a la calcinacin; y en almacenamiento, dan menor resistencia.

Veamos ahora, que ya hemos descriptos los materiales intervinientes, como es lainteraccin cuando los ponemos en contacto, en presencia de suficiente cantidad de agua.Ya se ha indicado que el proceso se desarrolla en dos etapas, que son las siguientes.

ETAPA INICIALEn una primera fase se produce una reaccin inica. Las cales aportan

masivamente iones Ca++; Mg++y (OH)-. Los cationes de Ca y/o Mg y los superficiales delas arcillas se intercambian, desarrollando fuerzas elctricas de importancia que unen poratraccin las partculas arcillosas. Estos fenmenos, que pueden considerarse similares oanlogos a una floculacin, modifican el material a edades tempranas.

a) Se disminuye el rango de humedades que comprende el estado plstico,acercando el paso del estado semislido al semilquido, o dicho en forma prctica: reduce elIndice de Plasticidad, tanto mas cuanto mas alto sea, como consecuencia de una pequeavariacin del Lmite Lquido y un aumento importante del Lmite Plstico.

b) Se producen algunas reacciones qumicas irreversibles en presencia dehumedad entre los cationes de los granos, los xidos de las cales y el dixido de carbonoaportados por ambos y eventualmente por el aire, de resultas de las cuales las partculasmas pequeas se aglutinan formando un material mas grueso; con mejor permeabilidad ymejor respuesta del esqueleto granular.

c) Por causa de las modificaciones producidas, el material resultantepresenta menor superficie especfica y consecuente menor capacidad para fijar agua, loque hace reducir su sensibilidad a cambios volumtricos con los cambios de humedad.

d) La respuesta exterior del nuevo material formado; debida precisamente alos cambios de comportamiento que ha ocasionado la accin de la cal, y que se puedenconsiderar como la finalizacin de esta primera etapa; son la mayor trabajabilidad y facilidadde desmenuzamiento por aparecer como un suelo mas friable, la mayor velocidad de

secado en zonas con exceso humedad y ponerse de manifiesto como una superficie sobrela cual se puede circular o atravesar, sin los riesgos que presentaba el material sin tratar.

SEGUNDA ETAPALa reaccin contina, y en la segunda fase se produce una transformacin de una

parte de los minerales arcillosos an disponibles -que la primera etapa no ha modificadopor razones de cantidad presente; de caractersticas; de tiempo de exposicin; o decantidad de solucin- , en otros minerales diferentes.


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Dependiendo de la naturaleza del mineral arcilloso que predomine en la fraccin yde las caractersticas que le confiera al conjunto, la transformacin se producir sobremayor o menor parte de los minerales arcillosos.

La fuerza, velocidad y eficiencia con que se produce esta reaccin depende de lascaractersticas de la cal; las cuales les son conferidas por la composicin de los distintosxidos que la componen, en funcin de las piedras calizas y el proceso de fabricacinutilizados, de la ganga (residuo insoluble) incorporada o debida a que la slice presente enla caliza no lleg a activarse a la temperatura de calcinacin, y de la molienda lograda.

Cuando las nuevas especies de minerales pueden formar esa matriz rgida einsoluble conocida como puzolnica, la estabilizacin es posible.

No incluimos la cantidad de cal incorporada porque las de peor calidad debenincorporarse en mayor cantidad que las de mejor calidad.

Por lo que puede deducirse de lo expuesto, para lograr que la primera fase resulteefectiva es necesario que la cal empleada contenga un porcentaje lo mas elevado posiblede xidos, principalmente de calcio, para que en presencia de cationes de fcil intercambioy con ligas dbiles se manifiesten en tiempos breves.

Para que la segunda fase resulte efectiva es necesario que la mezcla disponga deminerales arcillosos con estructura inestable en cantidad suficiente para que la accinprolongada de la solucin agresiva de los hidrxidos de calcio y/o magnesio, logre laformacin de nuevos compuestos que se estructuren formando la matriz rgida.

En consecuencia, por lo que se desprende de lo anterior, volvemos a laaseveracin del principio: para lograr la estabilizacin no solo es necesario determinadascaractersticas de la cal, sino que el suelo debe tener tambin caractersticas particulares.

La transformacin de los minerales de las arcillas por la cal son debidas a la altasolubilidad de slice y del aluminio en un medio fuertemente bsico, pasando a solucin conpH mayores de 12.

En definitiva, para asegurarse que la segunda fase del proceso puededesarrollarse en forma efectiva, se debe establecer que el suelo es reactivo, es decir que

cuenta con cantidad de minerales arcillosos suficientes para formar, en presencia de cal yagua, la matriz tridimensional porosa que confiere una rigidez tal al material, que frente a laaccin de las cargas presenta menor deformabilidad que el suelo sin estabilizar.

Para determinar si el suelo es reactivo, existen una variedad de mtodos entre loscuales el autor normalmente recurre a dos: al desarrollado en el estado de Illinois (U.S.A.)por M. R. Thompson y al desarrollado en Texas (U.S.A.) por C. Mc Dowell.

La cal a utilizar es conveniente que aporte tambin una parte de elementos activos.Estos elementos se encuentran presentes en las cales hidrulicas, que como se recordar

para obtenerla se calcinan piedras calizas con mas de 5% de arcilla.


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Con suelos no reactivos o cales areas se obtendrn modificaciones decaractersticas fsicas y mejor respuesta en el proceso constructivo; no un sueloestabilizado con respuesta permanente en el tiempo.

Porcentajes ptimo s de cal y ensayo s para determinar la calidad del Material resultante

La determinacin del porcentaje ptimo de cal es, hasta la fecha, totalmente

emprico. En nuestro pas contamos solo con la norma de V.N. Cap. E Seccin E. IX de "Ensayo

de Compresin para probetas compactadas de suelo - cal y suelo - cemento., que indica el

proceso para realizar dicho ensayo. Normalmente la reparticin indica el valor mnimo de

resistencia, y de esa forma se agregan distintos porcentajes de cal, de acuerdo a la experiencia,

adoptando aquel que da un valor superior al mnimo requerido. No obstante explicaremos dos

mtodos basados en investigaciones realizadas en el Estado Norteamericano de Illinois y en el

Estado Norteamericano de Texas, ste ltimo profundizado por investigadores argentinos, de

los que se obtienen conclusiones concretas e interesantes.

MTODO A

Este mtodo, desarrollado en el estado de lilinois por M. R. Thompsom, propone

determinar en primer lugar si el suelo es o no reactivo, para lo cual sugiere la realizacin de

ensayos de compresin no confinadas en probetas compactadas de suelo solo y de suelo con

cal, estas ultimas curadas 28 das a temperatura ambiente (23 - 25 C) o 48 horas a 50C.

Considera suelos reactivos a ellos en que el aumento de resistencia respecto del

suelo solo es mayor que 3,5 Kg/cm2.; los que dan un aumento menor son no reactivos y solo

pueden ser corregidos o modificados con cal.

Conviene aclarar que los ensayos de compresin mencionados se realizan sobre

probetas cilndricas de 5 cm. de dimetro y 10 cm. de altura, compactados en forma esttica a

doble pistn, a la humedad ptima y densidad mxima obtenida en sendos ensayos de

compactacin con la misma energa, sobre el suelo solo y con el agregado del 5% de cal en

peso de suelo seco o el porcentaje para el que la mezcla da un pH de 12,4 luego de una hora.

Suelos estabil izados co n cal

Habindose determinado que el suelo es reactivo, se preparan series de tres a cinco

probetas, con distintos porcentajes, de cal hidrulica, (generalmente cuatro o ms, con 2% de

diferencia entre ellos) los que, previo curado, se los ensaya a compresin.


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El porcentaje de cal de diseo es aquel para el cual, porcentajes mayores noproducen significativos aumentos de resistencia.

Determinado el porcentaje de cal del diseo, se confronta la resistencia obtenidapara ese porcentaje de cal, con la tabla siguiente:

REQUERIMIENTOS TENTATIVOS DE LA RESISTENCIA A COMPRESIN DE MEZCLAS DESUELO - CAL

Requerimientos de resistencia para variascondiciones previstas de servicios

Resist.Uso residual Inmersin Ciclos congelamiento deshielo

Previsto Requerim. Prolongada 3 ciclos 7 ciclos 10 ciclos(Kg/cm2) 8 (das) (Kg/cm2) (Kg/cm2) (Kg/cm2)

(Kg/cm2)

Subrasante Modif. 1,4 3,5 3,5 6,3 8,43,5Sub - base

Pavimento Rgido 1,4 3,5 3,5 6,3 8,4Pavimento flexible 3,5

Espesor de la cubierta7,0

25 cm. 2,1 4,2 4,2 4,2 9,17,7

20 cm. 2,8 4,9 4,9 5,3 9,89,1 11,2

12,5 cm. 4,2 6,3 6,3 7,012,0

Base 7,0 9,1 9,1 10,5 14,0

Si los valores obtenidos fueron inferiores a los indicados, debe aumentarse el

porcentaje de cal; de lo contrario puede seguir adelante, para lo cual es necesario realizar:

a) Ensayo de resistencia a la traccin, por compresin diametral.

b) Ensayo de resistencia a la flexin, cargando una pieza en los tercios.

c) Ensayo triaxial, para presiones de confinamiento ( III ) = 0 ; 0,52; 1,04; y 2,08

Kg./cm2.

Con estos ensayos se determina, resistencia de traccin, mdulo de rotura,

cohesin, ngulo de friccin interna, mdulo de elasticidad a la compresin para III =

1,04 Kg./ cm2; y mdulo de elasticidad a la flexin , los que se los compara con los que

resultan de ciertas relaciones que da el autor.

De cumplirse estas ultimas correlaciones, solo queda proyectar el porcentaje de cal

que debe agregarse en obra, que ser el anterior aumentado en un 0.5 a 1% para tener en

cuenta mezclado deficiente, prdidas, mtodos de compactacin, etc.


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Suelos corregidos o m odif icados con cal

Si el aumento de resistencia registrado fue menor de 3,5 Kg./ cm2, se realizan las

constantes fsicas despus de una hora de practicada la mezcla suelo, cal area, agua con

porcentajes no menores de 2% ni mayores de 5% de cal, con diferencia de 1% entre ellos.

Para determinar el porcentaje de cal de diseo se puede se puede utilizar dos

criterios: el de establecer que reduccin se quiere obtener del IP; o el de elegir un porcentaje

tal que incrementos sobre ese, no produzca reducciones del IP considerables.

Finalmente, se realiza el ensayo de CBR, que aqu si es de aplicacin por cuanto al

no reaccionar el suelo, la cal no da resistencia de placa, limitndose a cambiar las

caractersticas; en l se mide el hinchamiento y como hay valores mximos que no se quieren

o no se pueden superar, el porcentaje de cal que limita ese mximo es el de diseo.

La mezcla y el moldeo para realizar el ensayo puede hacerse de las siguientes

formas:

1) Mezclar el suelo y la cal en seco; humedecer hasta el contenido ptimo y moldear laprobeta enseguida.

2) Despus del mezclado y humedecido del suelo con cal, dejar la mezcla en reposo dos acuatro horas, en cmara hmeda, despus de lo cual se procede al moldeo de las probetas.

3) Extender el perodo de reposo previo a 24 horas, procediendo despus a moldear lasprobetas.

4) Dejar la mezcla suelo - ca en cmara hmeda durante 7 das, agregar el aguacorrespondiente al ptimo y compactar.

5) Dejar la mezcla suelo - cal humedecida al ptimo, durante 7 das al aire. Pulverizar la 1masa, restablecer el contenido ptimo de agua y compactarlas.

6) Con las probetas compactadas segn lo dicho en 2), dejarlo 7 das al aire antes de lainmersin.

Despus del cual se lleva a inmersin 4 das en todos los casos.

La penetracin posterior se realiza con la tcnica comn.

El porcentaje de cal que debe agregarse en obra, ser el de diseo ms 0,4 a 1% por las

mismas razones anteriores.

Queda aclarado que nos referimos a porcentaje de cal en peso de suelo seco.


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METODO B

Este mtodo esta basado en un trabajo realizado en el Laboratorio de

Investigaciones Viales de la Facultad de Ingeniera U.B.A., llevado a cabo por el Dr. C. Ruiz y

colaboradores.

El trabajo surge como un discusin de los criterios seguidos para valorar la calidad

de los suelos corregidos y/o estabilizados con cal, principalmente para determinar el

porcentaje optimo de cal y aplicarlo a resultados obtenidos al diseo de espesores.

Hasta el momento los proyectistas utilizaron el suelo - cal con dos criterios

diametralmente opuestos: despreciando totalmente la contribucin de la matriz rgida formada,

considerando solo el mejoramiento de la calidad, o considerndolo como una capa continua

sin fisuramiento, es decir que tiene capacidad para resistir esfuerzos de traccin. Esta

investigacin demuestra que es ms lgico pensar que la estructura se comporta como un

sistema articulado formado por bloques individuales yuxtapuestos, ya que con suelos

reactivos no se puede despreciarse la accin cementante de la cal sobre los minerales de

arcillas; por otra parte, es inevitable el fisuramiento por la baja resistencia a traccin del

material.

La determinacin del porcentaje de cal est basado en el baco propuesto por C. Mc

Dowell en base a la correlacin entre ensayos de laboratorio y caminos con servicio en el

estado de Texas.


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En el baco se encuentran curvas para diferentes porcentajes de cal en funcin del

IP y del porcentaje que pasa en tamiz N 40 por va hmeda, del suelo sin estabilizar,

excluyendo aquellos materiales con IP < 3 y pasa N 40 < 10%.

Puede interpretarse el porcentaje de cal indicado por cada curva como el indicado para

estabilizar un suelo con IP igual a ese porcentaje, si el 100% pasa el tamiz N 40, siempreque sea IP > 3. La reduccin del porcentaje se debe al efecto desplazante de la fraccin

retenida en dicho tamiz, que no reacciona con cal .

Se desconoce la generalizacin de este baco a las condiciones de nuestro pas,

pero de usrselo debe cuidarse del hecho de que est realizado para cales hidratadas con

ms de 85% de pasa tamiz N 200 y 90% o ms de hidrxidos alcalino-terreos, expresados

en (OH)2 Ca, y que nuestras cales son de menor pureza variando entre 50 y 80% los

hidrxidos expresados (OH)2 Ca; adems su utilizacin lleva implcito un cuidado proceso

Porcentaje de calhidratada en Peso

de Suelo Seco

% quepasa por

el tamizN 40

Indice de Plasticidad


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constructivo: pulverizacin del suelo hasta ms de 60% pasa tamiz N 4, correcta distribucin,

mezclado y compactacin y cuidados necesarios para evitar exceso de carbonatacin.

Mc Dowell tiene tambin presente que solamente los suelos reactivos pueden ser

estabilizados con cal por lo que aade la resistencia mnima a la compresin inconfinada,

siguiendo la tcnica del ensayo de Texas, esto es trabajar con probetas de 14 cm, de

dimetro por 20 cm. de altura, compactada a Ds max. Y H opt., luego curado hmedo a

temperatura ambiente durante 7 das, secado al aire 6 horas a menos de 60 C, hasta perder

de un tercio a un cuarto de la humedad de moldeo, sometindolo antes de ser ensayados a

succin capilar de agua durante diez das, lo que en cierta forma implica, a la vez, un ensayo

de durabilidad.

Resistencias Mnimas Requeridas

3,5 Kg./ cm2para sub - bases

7,0 Kg./cm2para bases ( mximo pasa a tamiz N 40: 50% )

Se utiliz como patrn de comparacin el ensayo triaxial sobre probetas cilndricas

de relacin Altura / Dimetro =2, curadas durante 7 das y con presiones de confinamiento III

= 0 ; 0,35; 1,05 y 2,10 Kg./ cm2 llegndose a conclusiones concordantes con el mtodo A:

la cal no modifica en forma apreciable al ngulo de friccin interna, solo compensa en parte la

reduccin de la densidad; los valores de cohesin, mdulo de deformacin y resistencia a la

compresin inconfinada, para bajos porcentajes de cal son del mismo orden que para los

suelos sin cal, pero se nota una reduccin de la deformabilidad bajo cargas; y para

porcentajes mayores, se nota un aumento considerable de las caractersticas anteriores pero

sigue sin influir en demasa sobre el ngulo de friccin.

Se llega a demostrar con este trabajo el error al tomar el valor aislado de laresistencia a compresin inconfinada, por cuanto, la prctica lo muestra habitualmente, hay

suelos que sin el agregado de cal cumplen con los valores mnimos establecidos, resultando

este valor un parmetro que informa sobre la capacidad del material para desarrollar cohesin

cementante a lo largo del tiempo.


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Porcentaje ptimo de Cal y Diseo de Espesores

La investigacin concluy con la realizacin de ensayos de valor soporte; en estos se

observ que despus del embebimiento, para las primeras dos penetraciones las curvas

cargas - deformaciones o las ms conocidas presiones - penetraciones presentaban un pico,

pero que a partir de la tercera, prcticamente sin el aumento de las cargas, crecan las

deformaciones, lo que indicara que una vez producida la rotura de la matriz cementaba el

material se comporta como un suelo comn. De aqu surge que podramos utilizar el

porcentaje de valor soporte calculado con la cuarta o quinta penetracin para disear

espesores. Por otra parte estos valores coinciden con los que se obtienen con la tcnica

comn para el suelo solo sin embeber.

Por lo tanto, el suelo que quiere estabilizarse se determina si es reactivo; si lo es, se

le realiza el ensayo de compactacin de acuerdo a lo requerido en obra. Al P.U.V.Ssmax. y

Humedad ptima se moldean probetas para determinar V.S.R. con las primeras dos

penetraciones, de acuerdo con la tcnica comn SIN EMBEBER ( se relaciona las presiones

con las correspondientes a esta condicin).

Se determina luego el porcentaje de cal con el baco de Mc Dowell, corrigiendo de

acuerdo a la calidad de cal empleada . Se realiza un ensayo de compactacin con la misma

energa empleada para el suelo sin tratar , previa adicin del porcentaje de cal determinado.

Con los valores de P.U.V.Ssmax. y Humedad ptima de dicho ensayo se moldean probetas

para medir el V.S.R., que se determina con la cuarta y quinta penetracin, despus de cuarto

das de embebimiento. Como en cualquier ensayo embebido, previo a realizar la penetracin

se determina el hinchamiento.

Si el V.S.R. es menor que el obtenido del suelo solo sin embeber o si el

hinchamiento es mayor que el mximo deseable, se agregan porcentajes crecientes de cal

hasta lograr que ambas premisas se cumplan.

El porcentaje que lo logra ser el de diseo.

Para las condiciones de obra ste ser incrementado en 0.5 o 1% por las mismasrazones ya explicadas.

Conviene mencionar que an cuando se han explicado como dos mtodos, este

ltimo contempla el primero, por cuanto comporta en parte su hiptesis. En el pas hubo

experiencias prcticas en general con resultados aceptables; las decepciones ocurrieron

cuando no se respetaron los pasos y recomendaciones del mtodo, o simplemente se lo

aplic mal.

Para terminar con la etapa de proyecto, y a modo de resumen:


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PARA CORREGIR O MODIFICAR UN SUELO

Determinada la caracterstica que quiera modificarse, elija la cal area quetenga la mayor relacin Cal Util Vial / Precio y realice ensayos con porcentajes bajos,variando de 0,5 %. Normalmente el valor adecuado estar entre 1 y 5%.

Dejar actuar siempre el mismo tiempo -24 hs., 48 hs., etc- el clcico sobre el sueloen presencia de humedad cercana al lmite plstico, antes de efectuar el ensayo.Los lmites de consistencia son una gua til y sencilla, pero sus variaciones no son

siempre lineales con otras caractersticas como hinchamiento, presin de expansin opermeabilidad.

PARA ESTABILIZAR UN SUELOAsegurarse que el suelo es reactivo, elija la cal hidrulica que

tenga la mayor relacin Indice de Hidraulicidad / Precio; comience a ensayar con 1,0 %menos que el porcentaje que llev a la mezcla de suelo cal a un pH cercano a 12,4 con el

cual determin la reactividad; variando de 1,0 % en general es suficiente con cuatrovalores. Normalmente el valor adecuado estar entre 4 y 10%. En este caso se persiguesolamente la resistencia a compresin no confinada; los ensayos de durabilidad orientansobre la permanencia del fenmeno en el tiempo.

En uno u otro caso se debe determinar el contenido ptimo -tambin llamado puntode fijacin- normalmente establecido porcentualmente en peso de cal respecto del pesode suelo seco. Este porcentaje es un valor particular para el suelo en cuestin y la cal quese utiliza, se lo establece porque a partir del mismo la variacin del valor de lacaracterstica o resistencia es pequea o nula; por esta razn cualquier aumento en la

cantidad de cal agregado que no involucre una incertidumbre constructiva, es un costoinnecesario.

Procesos Constructivos:

La construccin puede realizarse con mezcla en camino o mezcla en

planta , dando esta ltima un material ms uniforme en general; actualmente las recicladoras

de una sola pasada logran tambin materiales de excelente calidad y muy uniformes.

Cuando se realice en zonas habitadas, debe considerarse la polucin que provoca la

distribucin y mezcla de cal en polvo, siendo conveniente agregarla en forma de lechada.

A diferencia con el suelo cemento, para stas mezclas el tiempo no es tan crtico

aunque deben respetarse los mximos lapsos indicados en las Especificaciones .


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Mezcla en camino

Con motoniveladora

El suelo con una primera pulverizacin, se acopia en forma de caballete de

volumen uniforme o extendido de espesor uniforme , se le agrega la cal en polvo y se lo

mezcla con motoniveladora.

Para lograr un correcto mezclado y acelerar la accin de la cal, es conveniente el

pasaje de rastras que logran la pulverizacin necesaria, principalmente la de discos,

disponiendo estos en forma cruzada.

Con mezcladoras mecnicas

Una mquina muy usada aun en nuestros das es la pulver-mixer. Puede ser

de traccin propia o tirada por un tractor. Cuentan de dos o ms ejes con paletas

perpendiculares a la direccin de avance, que girando en sentido opuesto producen el

mezclado y trituracin del material extendido en espesor uniforme. Si el material es muy

grueso, puede ser necesario algunas pasadas previas, antes de la incorporacin de la cal.

Hay otras de eje paralelo a la direccin de avance que mezclan y trituran el suelo

dispuesto en caballete, detrs la motoniveladora lo distribuye en espesor uniforme.

Mezclador rotativo tipo Pulvi - Mixer


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La incorporacin de agua hasta lograr la humedad prevista se realiza mediante

camin regador, aunque hay mezcladoras mecnicas que conectadas a un camin tanque

incorporan el agua a la vez que producen el mezclado.

Vamos a desarrollar un ejemplo de clculo de cantidades, que puede servir como orientacin

Ancho de la capa: 7,30 m.

Porcentaje de cal a agregar: 5%

Espesor del suelo cal compactado: 0,15 m.

Densidad seca mxima del suelo cal : 1,650 t./ m3

Humedad ptima: 12,5%

Densidad hmeda del suelo suelto: 1,200 t./ m3

Humedad contenida en el suelo: 2%

El peso por metro de la capa ser

( 7,30 m. x 0, 15 m. x 1,00 m.) / m. X 1,650 t./ m3 = 1,808 t./m.

Siendo 5% el porcentaje de cal en peso de suelo seco, la cantidad de suelo seco por

metro ser:

Pss + 0,05 Pss = 1,808 t/m.

1,05 Pss = 1,808 t/m. Pss = 1,808 t/m. / 1,05 = 1,720 t/m.

El peso del suelo con la humedad contenida es:

PsH = (100 + H% ) x Pss / 100 = 1,02 x 1,720 t./ m. = 1,755 t./m.

El espesor en que se debe distribuir el suelo suelto, siendo el volumen por metro:

V = PsH / D.H.s.suelto = 1,755 t./m. / 1,200 t./ m3 = 1,463 m3/m.

Est dado por

E = V / Ancho capa = 1,463 m3/m. / 7,30 m. = 0,20 m.

La cantidad de cal a esparcir por metro de longitud de camino es:

Pcal = 0,05 Pss = 0,05 x 1,720 Kg./ m = 86 Kg./m ; o una bolsa de 40 Kg. de calcada:

Separacin : 40 Kg. / 86 Kg./m = 0,46 m.

Supongamos que agregamos 1,5% de humedad por evaporacin y que el suelo como ya

dijimos tiene 2% de humedad, la cantidad de agua a regar ser:


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Agua = H% ( Pss + Pcal ) / 100 = (12,5 + 1,5 - 2,0) / 100 x (1720 + 86) Kg./m = 217

l./m.

En estas condiciones, deber distribuirse el suelo, en un espesor de 0,20 m.; se

agregarn 86 kg./m. de cal y luego de mezclarse se regarn 217 l./m. de agua, para locual sabiendo que tipo de camin disponemos, se determinar, cuantas pasadas y con

que velocidad debe circular el camin para regar esa cantidad.

La cal puede ser agregada tambin en forma de lechada; se mezcla la cal con

agua, efectuando su distribucin desde camiones tanques provistos de barras de riego y,

en los casos que se justifique, de una bomba de recirculacin cuyo objeto es mantener

una adecuada agitacin en el seno del fluido a efectos de evitar el asentamiento de la cal.

Al usar esta forma de trabajo debe probarse con diferentes porcentajes oconcentraciones de cal. Asimismo, se medir la velocidad de asentamiento de la cal en

cada caso, la eficacia del sistema de agitacin y las condiciones de bombeo para

distribuir, en forma ptima, el lquido con el equipo de riego disponible en la obra.

Una vez logrado esto, habr que determinar el volumen de lechada que deber

regarse por metro lineal o cuadrado, para incorporar la cantidad de cal establecida

previamente.

Experiencias realizadas en Austin (U.S.A.) mostraron que a mayor cantidad de

agua, mayor era la velocidad de asentamiento.

Mezclado en Planta Central

Son muy econmicas siempre que el suelo pueda ser acopiado en sus

inmediaciones.

Cuenta con una serie de paletas que se entrecruzan y producen una mezcla

eficiente. La mquina se alimenta con suelo y cal por medio de cintas transportadoras ;el grado de pulverizacin del suelo suele ser el siguiente:

Pasa criba 1 " 100%

Pasa tamiz N 4 80%

Pasa tamiz N 10 60% o ms.

La compactacin de la mezcla suelo - cal, a la humedad ptima, puede hacerse

mediante los equipos de compactacin usuales y que mejor se adapten a las

caractersticas del suelo.


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Estos equipos pueden ser rodillos pata de cabra; rodillo neumtico, rodillos

vibradores, etc. Lo usual es que se comience por rodillos con salientes que pueden ser

vibrantes, hasta que no se noten las marcas; luego se termina con rodillos neumticos

con presin alta para sellar .

Se hace, la compactacin, en ida y vuelta, yendo de los extremos hacia el eje

longitudinal del camino.

Las operaciones finales son las de control: ancho, espesor, densidad y perfiles

pedidos. Los dos primeros pueden realizarse cada 50 o 100 metros. Las perforaciones de

borde pueden hacerse a 0,30 o 0,50 m. del mismo.

Densidades mayores que las determinadas en laboratorio, lejos de aceptarlo

como una mejor compactacin, nos estn indicando que en esos sectores no ha actuado

la cal.

A fin de determinar las diferencias de cotas entre ambos bordes se efectan

mediciones que verifican el bombeo transversal de la seccin, y a partir de los cuales se

puede tambin determinar la flecha existente.


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Este material se ha utilizado por tanto tiempo con ptimos resultados, que es comnconsiderar que cualquier suelo puede estabilizarse con el. Y esto no deja de ser cierto, a puntotal que muchos colegas se animan a recomendar una capa de suelo cemento con 8% decemento en peso, an desconociendo el suelo que se va a utilizar; lo que no deja de ser unerror grueso, porque tal aseveracin no es de certeza absoluta.

Es cierto que ese porcentaje de cemento mejora de tal forma la resistencia decualquier suelo, que en principio para el corto plazo se puede pensar que se ha estabilizado elsuelo. No obstante, en una gran cantidad de casos si se hubieran realizado los ensayos delaboratorio, se determinara que el haber agregado cemento al suelo convenientementepulverizado, producida la mezcla y luego humectndola con el agua necesaria, para finalmentecompactarla hasta los P.U.V.S. exigidos no se habra obtenido una capa de suelo estabilizadocon cemento, con las caractersticas que debera conllevar esta capa.

Digamos solo dos palabras sobre este material por dems conocido. Producido porcalcinacin de piedras calizas y arcillas a temperaturas mayores a 1200 C se obtienensilicatos, aluminatos y ferro aluminatos clcicos como compuestos bsicos, acompaados poruna cantidad de otras sustancias adicionadas en el proceso (yeso, xido de hierro)para obteneralgunas caractersticas particulares y otras (xido de sodio, xido de potasio, xido demagnesio) que se producen porque las contienen las materias primas utilizadas, que no sepresentan como xidos sino formando estructuras complejas; para nuestros finesconsideramos cuatro compuestos que forman el cemento:

Silicato triclcico (C3S) 3 CaO . SiO2

Silicato diclcico (C2S) 2 CaO . SiO2Aluminato triclcico (C3A) 3 CaO . Al2O3Ferroaluminato tetraclcico (C4AF) 4 CaO . Al2O3 . Fe2O3

de cuya combinacinse obtienen los distintos tipos de cemento portland que se comercializan.

Cuando las partculas de cemento, bsicamente constituidas por los cuatro

compuestos indicados, se hidratan; se obtiene

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