ESTABILIZACIÓN CON CAL Y CEMENTO

Ing SOFIA FIGUEROA, MsC En Docencia de la Universidad de La Salle, Esp En Construcciones Universidad Javeriana, Esp En Geotecnia Vial y Pavimentos.

Profesora y coordinadora de investigación Universidad de La Salle. Grupo CECATA, Ing FREDY REYES, Phd. Director Especialización en Geotecnia

Vial y Pavimentos Universidad Javeriana

RESUMEN La estabilización es un tratamiento que se aplica a los suelos, a los materiales granulares o capas de subrasante, adicionándoles un ligante que puede ser o no bituminoso (productos químicos, aceites, asfalto, emulsión asfáltica, cal, cemento) para mejorar sus características mecánicas, especialmente la capacidad portante, resistencia a los agentes atmosféricos, estabilidad volumétrica, etc. Esta presentación se centra fundamentalmente en el uso de cal y cemento como ligantes estabilizadores. En la estabilización con cal uno de los aspectos que se logra controlar es el contenido de agua en suelos muy húmedos de tal manera que sean manejables y se logren mejores condiciones de compactibilidad. Al mezclar el suelo con la cal se mejora la condición plástica del mismo, la estabilidad volumétrica, la reducción de permeabilidad y por ende su capacidad de soporte. La estabilización con cemento generalmente se emplea para aumentar la resistencia del suelo y así mismo incrementar las cargas de tránsito y obtener mezclas con un mejor comportamiento ante la erosión y los cambios abruptos de temperatura. En ambos casos se puede realizar el tratamiento en planta o in situ y el proceso implica la adición del estabilizante, la mezcla con el suelo o el material que se quiere mejorar y el proceso de compactación. Su aplicación se puede llevar a cabo en vías, caminos rurales, zonas peatonales, aeropuertos, áreas extensas (parqueaderos, campos deportivos, etc), vías férreas, etc. En esta exposición se presenta la metodología recomendada para la ejecución de los dos procesos, tanto a nivel de diseño como constructivamente y se analizan los ensayos que se realizaron en algunos tramos de prueba para comparar el comportamiento mecánico que tiene el suelo estabilizado respecto a un suelo convencional, es decir sin ningún tipo de mejoramiento. 1. GENERALIDADES SOBRE EL CEMENTO El cemento es un material que tiene propiedades de adhesión y cohesión para unir materiales inertes y conformar masas mucho más sólidas.

En sus procesos de aplicación se requiere del agua para completar el proceso químico de hidratación que implica el fraguado del polvo de cemento y el posterior endurecimiento, constituyendo finalmente una masa sólida y resistente. De los diferentes tipos de cemento, el Pórtland es el más utilizado y su uso se patentó en 1824 en Inglaterra. Los componentes principales del cemento Pórtland son los silicatos de Calcio y el Aluminio que básicamente se encuentran en las limolitas y las arcillas o esquistos. Dentro de sus múltiples usos se encuentra el concreto común, concretos de alta resistencia que requieren un cemento de grano más fino, mortero, lechadas y el suelo cemento que es considerado un aporte de gran importancia porque permite utilizar el suelo como un material de construcción que no sólo se encuentra al alcance de todos sino que es un recurso renovable muy económico y es nuestro tema de análisis en este artículo. 2. RESEÑA HISTÓRICA DEL SUELO-CEMENTO El primer uso que se le dio al suelo cemento fue como material para pisos y muros. Posteriormente se aplicó en caminos en zonas donde la escasez de material de buena calidad era evidente. En la segunda guerra mundial se descubrió que su uso en pistas para aeropuertos era posible y además presentaba resultados excelentes bajo grandes cargas, de esta manera se introdujo en los pavimentos. Las primeras metodologías de diseño se basaron en las investigaciones realizadas por EEUU, Europa y Rusia. Los primeros usos del suelo cemento en forma científica se realizaron hacia 1910 en EEUU e Inglaterra. Hacia 1917 se realizó en Inglaterra una mezcla de cemento con suelos arcillosos en unas carreteras en el condado de Wiltshire. En 1921 se realizan algunas estabilizaciones con cemento y suelos arcillosos en California, Estados Unidos. En 1935, en Carolina del sur, Estados Unidos, tras haber creado laboratorios perfectamente dotados y una metodología científica rigurosa, se realizó la primera estabilización con suelo-cemento con técnicas modernas. Durante la segunda guerra mundial, se aplicó la nueva técnica en aeropuertos con resultados excelentes y a costos muy favorables. Una vez terminó la guerra y tras observar el buen estado en el cual quedaron estas pistas tras sufrir bombardeos y las inclemencias del clima, la estabilización con suelo-cemento se popularizó de manera acelerada en los países desarrollados. En 1951 el suelo-cemento se utilizó como protección de presas de tierra y enrocado en algunos tramos de prueba. A partir de este momento y tras los buenos resultados que se obtuvieron se autorizó su aplicación en presas, en los Estados Unidos. Actualmente esta técnica tiene muchísimos usos como son protecciones de costas marítimas, muros de contención, cimentación de estructuras, etc. En Colombia, esta técnica ha tenido gran acogida en el campo de los Pavimentos debido a la deficiencia de materiales óptimos, que se presenta en algunas zonas del país y desde luego el beneficio económico que representa.

3. DEFINICIÓN DE SUELO-CEMENTO En los diferentes países y entidades encargadas del estudio del cemento se tienen variadas definiciones del “suelo-cemento”, sin embargo la más aceptada es la de la Pórtland Cement Association, que dice: “El suelo-cemento es una mezcla íntima de suelo, convenientemente pulverizado, con determinadas porciones de agua y cemento que se compacta y cura para obtener mayor densidad. Cuando el cemento se hidrata la mezcla se transforma en un material duro, durable y rígido. Se le usa principalmente como base en los pavimentos de carreteras, calles y aeropuertos.” Algunos estudiosos dicen que el verdadero nombre de la técnica debe ser “suelo tratado con cemento” ya que el proceso no implica una gran rigidez en el resultado final del tratamiento. 4. CLASIFICACIÓN SUELO-CEMENTO COMPACTADO: su proporción en peso varía entre 4 y 25% aproximadamente. Se le da dureza compactándolo. Es el más utilizado y puede realizarse con:

• Suelos limosos • Suelos arcillosos • Suelo granular limpio • Mezcla de suelos finos y gruesos arcillosos y limosos

A mayor cantidad de suelo fino mayor es el consumo de cemento. SUELO-CEMENTO PLÁSTICO: según la PCA, es: “La mezcla de cemento con un suelo fino muy húmedo en estado plástico. Cuando se le coloca tiene la consistencia de un mortero plástico. Frecuentemente se usa en zonas difíciles donde no es posible compactar. Requiere una cantidad de cemento mayor que el tipo compactado, esto es, mayor del 10% y no se compacta” SUELO MODIFICADO CON CEMENTO: según la PCA es: “Una mezcla, dura o semidura, íntima de suelo pulverizado, agua y pequeñas cantidades de cemento que se compacta. Por lo tanto se distingue del suelo-cemento compactado exclusivamente en la menor cantidad de cemento que se le adiciona. La cantidad de cemento en peso varía entre 1 y 4%. Se le utiliza especialmente cuando se requiere:

• Obtener mayor resistencia del suelo, aunque no muy alta • Compactar el terreno en condiciones más favorables • Hacer más impermeables determinados suelos.”

5. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA ESTABILIZACIÓN CON CEMENTO

• Una de las mayores ventajas de la estabilización con cemento es la facilidad para mejorar los suelos utilizando el material en banco existente ya que cuando este no sirve simplemente es necesario cambiarlo o simplemente

buscar mejoramientos sobre el mismo que resultan costosos. En Colombia uno de los principales inconvenientes es la consecución de materiales de buena calidad en las zonas de desarrollo de los proyectos, inconveniente que se supera con la estabilización suelo-cemento.

• La alta densificación que alcanza una base en suelo-cemento permite que la presión de las llantas se transmitan mejor.

• Debido a la alta resistencia de la base estabilizada con cemento, los espesores de pavimento son menores que los obtenidos al emplear una base granular, convencional.

• Es capaz de soportar climas en condiciones extremas. • Hoy se utilizan equipos de altísimo rendimiento que permiten elaborar los

procesos constructivos de manera más rápida y económica. • Con el tiempo gana resistencia y esto favorece su conservación y vida útil.

6. DESVENTAJAS

• Aumento de costo por la adición del cemento al suelo. • El cuidado en el proceso constructivo para evitar el fraguado anticipado

cuando se mezcla el suelo con el cemento y el agua. • La exigencia en cuanto a calidad en el proceso constructivo es mayor que en

el método convencional. • El aumento en las actividades constructivas, respecto al método

convencional. • El control de emisión de finos al aplicar el cemento. • Conseguir la liga entre capaz es más difícil. • Produce mayor agrietamiento en los pavimentos de no tener claridad sobre la

proporción en el diseño y el proceso constructivo. 7. CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES QUE CONSTITUYEN LA MEZCLA DE SUELO-CEMENTO Los suelos más adecuados para su tratamiento y estabilización con cemento son aquellos que tienen un componente arenoso importante. Los efectos de la estabilización con cemento son los siguientes.

• Aumento de la resistencia a la compresión simple y a la flexión • Aumento del módulo elástico y dinámico • Aumento del índice CBR • Disminución de la plasticidad • Disminución de la permeabilidad • Aumento de la cohesión y del ángulo de rozamiento interno

El cemento que se debe emplear es aquel que produce una velocidad de fraguado relativamente lenta para dar lugar al proceso de fabricación, transporte, extendido y compactación y unas características físico-químicas aptas para reaccionar con suelos con finos arcillosos. No es recomendable utilizar cementos aluminosos. Norma ICONTEC 121 y 321.

La cantidad de cemento puede variar entre 2 y 25% del peso seco de la mezcla. En promedio las dosificaciones de cemento se manejan alrededor del 10% y se procura que no exceda el 15% debido al incremento en el costo del proceso. La comprobación de la dosificación de cemento en cada momento es importante, tanto desde el punto de vista económico como del funcional para adaptarse de la mejor manera a las características del suelo ya que una dosificación insuficiente no cumplirá el objetivo de mejoramiento mecánico y una dosificación excesiva puede inducir fenómenos de fatiga bajo las cargas a las cuales será sometida la estructura. Resulta conveniente medir la humedad del suelo en cada tramo, determinar conjuntamente la densidad in situ, la porosidad y el grado de saturación para ir adaptando la dosificación de cemento a la prevista en el diseño de la mezcla. Un control de la dosificación, además de procurar una homogeneidad y detectar errores, es altamente rentable en términos económicos por el ahorro de cemento que produce. A continuación se presenta la relación que existe entre el tipo de suelo y la proporción aproximada de cemento en cada caso, para realizar este tipo de estabilizaciones. Tabla 1. 8. NECESIDADES DE CEMENTO DE LOS GRUPOS DE SUELO “AASHTO” Tabla No. 1. Dosificaciones recomendadas del cemento por tipo de suelo.

Gama usual de cemento necesario

Grupo de suelo

AASHTO %

por volumen

% por

peso

Contenido de cemento que se

utiliza en la prueba de humedad densidad

% por peso

Contenido de cemento para las pruebas de seco, húmedo

y hielo-deshielo

% por peso A - 1 - a 5 - 7 3 - 5 5 3 - 5 - 7

A - 1 - b 7 - 9 5 - 8 6 4 - 6 - 8

A - 2 7 - 10 5 - 9 7 5 - 7 - 9

A - 3 8 - 12 7 - 11 9 7 - 9 - 11

A - 4 8 - 12 7 - 12 10 8 - 10 - 12

A - 5 8 - 12 8 - 13 10 8 - 10 - 12

A - 6 10 - 14 9 - 15 12 10 - 12 - 14

A - 7 10 - 14 10 - 16 13 11 - 13 - 15 Teóricamente cualquier suelo se puede estabilizar con cemento excepto materiales con altos contenidos de sal y materiales deletéreos. ver tablas n 2, 3, 4, 5. En la práctica se presentan algunas limitaciones como son:

• Granulometría de las partículas: aquí la principal limitación es que el tamaño máximo da la partícula debe ser de una tercera parte del espesor de la capa compactada, aproximadamente 8 cm como máximo.

• % máximo de material pasa Tamiz 200, debe ser cercano al 50% • Límite líquido menor o igual al 50% • Índice plástico menor al 25% • Evitar suelos muy compresibles y muy plásticos • % máximo retenido en el tamiz Nº.4 del 45% • Tamaño máximo del agregado, 3” • Contenido de arcilla menor o igual al 15% preferiblemente. • El total de limos y arcillas varíe entre 20 y 45% • Se prefiere un alto contenido de arena, entre el 55 y 80%

Tabla No. 2 Gradaciones recomendadas para suelos areno-arcillosos.

Gradaciones recomendadas para tratamientos de suelos areno-

arcillosos Condiciones de la lluvia en la zona MATERIAL

Fuerte 1 Moderada 2 Rara 3 Porciones de

arena

Pasa la malla Nº.10

100 100 100

Pasa la malla Nº.40

40.80 40-80 40-80

Pasa la malla Nº.60

30-70 40-55 55-70

Pasa la malla Nº.270

10-40 20-35 30-50

Porciones de limo

Finos de 0.05 a 0.005 mm

3-20 0-15 10-20

Porciones de arcilla

Finos menores de 0.005mm

7-20 9-18 15-25

En general los suelos con mucho contenido de arcilla producen agrietamientos serios y el proceso de humedecimiento, mezclado y compactación es dispendioso lo cual se ve reflejado en sobrecostos para el proyecto.

Tabla No. 3. Clasificación de las Arenas Tratadas con Ligante Hidráulico

Clasificación fundamental de las arenas tratadas con ligantes hidráulicos (LCPC)

En coronacion bajo

base bitiminosa

En coronacion bajo

base hidraulica

En capas de base

En principio no

Sólo en ciertos

casos

No

Categoria A

Rt>1,2 kg/cm2

Categoria B

Rt>2,5 kg/cm2 Rt>4,5 kg/cm2

sí

sí

T - 3

Solamente

Categoria D

Rt>6,5

kg/cm2

sí

sí

Solo en ciertos

casos

sí

No

Categoria C

T - 2

T - 3

Tabla No. 4.Campo de Aplicación para las Arenas Tratadas con Ligante Hidráulico

A B C A B C A B Cfuerza

media

debil

fuerza media debil fuerz

amedi

a debil

arena cemento - - - - - - ~ ~ ~ Rt: Resistencia a

tracción directa a los 90 días

arena -cemento corregida

- - - - ~ ~ ~

(Kpa), según LCPC

arena -escoria - - - - - - ~ ~ ~ Rt: Resistencia a

tracción directa a los 180 días

arena- escoria corregida

- - - - ~ ~ -

(Kpa), según LCPC

- No aconsejado~ Campo de aplicación posible

Aridos "locales "

Capa de coronacion Capa de

Arena fina o

de mancha

queo

ligantes hidráulic

o

Campo de aplicación aconsejado para las arenas tratadas con ligantes hidráulicos

Observaciones

Materiales a base

de

Tipo de áriado

tratamiento

Aplica cte. De los

materiales

Capa de base

350>~Rt 350>~Rt

Tabla No. 5. Dosificación de Arena según el Tratamiento

Arena - cenizas volante - cal

Cenizas volantes-cal

15

20

.-

Fuerte

Medio básico

Fuerte Fuerte Fuerte

.-Medio básicoActivante necesarioPapel de corrector granulométrico del ligante

4

7

Retardador algunas veces

Débil

20

10

20

15

Arena - cemento

% mínimo

% Máximo

15

25

Cemento Escoria granulada Escoria molida Puzolanas

Arena - escoria Arena - escoria molida

Arena - puzolanas cal

Dosificaciones recomendadas para diferentes tratamientos de arenas

Ligante

9. DISEÑO DE MEZCLAS EN SUELO-CEMENTO

El método de diseño más utilizado se basa en ensayos de durabilidad en el cual se realizan pruebas de Mojado-Secado y de Congelamiento-Descongelamiento con probetas compactadas, Tabla n 6. Consiste en:

• Clasificación del suelo y selección del % en peso o volumen de cemento que se le va a adicionar a cada muestra inicial.

• Preparación de las probetas con los diferentes contenidos de cemento y con la humedad óptima del laboratorio.

• Realizar el ensayo de mojado-secado y congelamiento-descongelamiento • Selección del % óptimo de cemento de acuerdo a las pérdidas obtenidas en

los ensayos de durabilidad. • Se someten las probetas al ensayo de compresión simple y a otras pruebas

de ser necesario. La muestra debe cumplir con un mínimo de 21 kg/cm2 a los 7 días.

Tabla N 6. Factores para el diseño

Tipo de material

Pérdida de material desagregado en los 12

ciclos, en los ensayos de Congelamiento-

Descongelamiento y Humedad-secado

Aumento de volumen en la

muestra

Contenido de agua

A-1.a A-1.b A-3

A-2-4 A-2-5

14%

A-2-6 A-2-7 A-4 A-5

10%

A-6 A-7 7%

≤ AL 2% DEL VOLUMEN

INICIAL

≤ QUE EL NECESARIO PARA

LLENAR LOS VACÍOS DEL

SUELO-CEMENTO DESPUÉS DE HABER SIDO

COMPACATADA LA MUESTRA

Algunas especificaciones sobre los ensayos y las especificaciones que se deben cumplir para una estabilización in situ con cemento, se presentan en las siguientes tablas 7,8 y 9.

Tabla N 7. 1, 2, 3, 4,5 Suelos estabilizados in situ con cemento

1 SUELOS ESTABILIZADOS IN SITU CON CEMENTO EP

Tipo de Control Especificación Finalidad Frecuencia Importancia1,- Ensayos de caracterizacion del cemento.

PG3 Art. 202 No se usaran cementos de caegoria > 350. Se excleye los cementos aluminosos y naturales .

Seleccionar el tipo mas adecuado de cemento para la estabilizacion de suelos.

1 vez al cominenzo de los trabajos o por partida, sino hay certificados fiables de la industria suministradora.

N

2. - Granulometria del suelo a estabilizar.

Norma NLT - 104, Tamaño maximo < 80mm ° 1/2 del espesor de la capa . Cantidades retenidas en peso ; Tamiz 2UNE < 80% Tamiz 0,080 UNE > 50%.

Procurar la compatibilidad del suelo con el cementoa efectos de lograr con la estabilizacion una mejora en la resistencia mecanica del suelo y en particular de su capacidad portante frente a las cargasde trafico .

1 por cada 2,000 m3 N

3. - Plasticidad del suelo.

Normas NLT - 105 Y 106 LL < 35, IP < 15,

Id. 2, 1 cada 3,000 m3 N

4. - Contenido en sulfatos.

Norma NLT - 120 SO, < 1% en peso ; si SO3> 0,5 % deben emplearse cementos resistentes al yeso.

Id, 2, 1 cada 6,000 m3 N

5, - Proctor normal del suelo sin estabilizar.

Norma NLT - 107 Id, 21,1-EP-5 1 cada 3,000 m3 o zona de prestamos diferenciada .

C

6, - Indice CBR del suelo sin estabilizar .

Norma NLT- 111 Id. 21,1-EP-6 1 cada 5,000 m3 o zona de prestamos diferenciada

C

7, - Proctor normal del suelo-cemento de la formula de trabajo.

Normas NLT - 107 Y 301.

Odtener la referencia patron de la mezcla suelo-cemento en cuanto a humedad y densidad optima para comparar con la que se obtenga in situ.

Id. 5, N

8, - CBR dela mezcla suelo- cemento de la formula de trabajo.

Norma NLT - 111 Norma 6,1,I,C. S-EST-1; CBR > 5, S-EST-2; CBR > 10,

Dterminar la capacidad portante de la mezcla suelo-cemento de la Formula de Trabajo Escogida . Formula de Trabajo Escogida ,

Id. 6, N

9- Contenido de cemento del suelo-cemento de la formula de trabajo.

> 3% del peso seco del suelo . Tolerancia : = 0,3% Id, <3% Tolerancia : 10% del peso del cemento.

Obtener una capacidad portante altar y facilitar la reacción quimica entresuelo y cemento.

1 cada 3,000 m3 N

10, - Humedad de a mezcla en función de la humedad de terreno.

Normas NLT 102 - 107.

Id. 9, Evitar errores en la dosificación de agua que hagan bajar la capacidad portante.

Id. 9, N

11, - resistencia a comresion simple de probetas de suelo- cemento de a formula de trabajo.

Normas NLT 202,305,310 > 20kg /cm2 en capas de firme > 15Kg /cm2en explanadas.

Comprobación de aumento de resistencia de la mezcla en funcion del tiempo y dosificación de cal y agua con objeto de correlacionarlo con parametros teóricos de calculo.

1 serie de 5 problemas al comienzo de los trabajos por tipo de suelo.

N

2 SUELOS ESTABILIZADOS IN SITU CON CAL EC

Tipo de Control Especificación Finalidad Frecuencia Importancia1, - Temperatura ambiente.

> 2°C con tendencia a aumentar > 5°C sihay duda.

Id.21,2 - Ec - 1. Id. 21,2 - EC-1. N

2, - Densidad in situ.

Normas NLT 109 y 110 > 100 % Proctor normal en capas de firme . > 97 % Proctor normal en esplanadas.

Id.21,2 - Ec - 2. 5 ensayos cada 5.000 m2 de tongada.

N

3, - Humedad in situ.

<= Humedad óptima de la fórmula de trabajo + 2%.

Id.21,2 - Ec - 3. Id. 2. N

4, - Porosidad y grado de saturación.

Id. 21,2-EC-4. Id.21,2 - Ec - 4. Id. 21.2 EC - 4. N

5, - Dosificacion de cemento en la capa a estabilizar

Inspeccion visual y calculos en funcion de capacidades, volúmenes y pesos.

Comprobar que la dosificacion del cemento es la adoptada en la fórmula de trabajo . Ver RP.

3 ensayos cada 5.000 m2 de tongada.

N

6. - Rotura a cmpresión simple de probetas de suelo-cemento.

Normas NLT 202,305,310.

Comprobacíon de la resistencia prevista en la fórmula de trabajo. Ver RP.

5 problemas cada 10.000 m2 de tongada.

N

3 SUELOS ESTABILIZADOS IN SITU CON CEMENTO EF

Tipo de Control Especificación Finalidad Frecuencia Importancia1. - CBR in situ Id. 31,3 - EF-1. Id. 21,3 - EF-1. Id. 21,3 EF. 1. C2. - Placa de carga in situ

Normas suizas SNV - 40372 y 70317. Módulo elástico. >500 Kg/cm2 en explanadas >800 Kg/cm2 en subbases o equiv. >1000 Kg /cm2 en bases (Valores i9ndicativos.)

Id. 21,3 - EF-2. Id. 21,3 EF. 2. C

3. - Viga Benkelman.

Id. 21,3 - EF-3. Id. 21,3 - EF-3. Id. 21,3 - EF-3. C

4. - Prueba con camión de 2 ejes.

Id 21.3 EF-4. Id. 21,3 - EF-4. Id. 21,3 - EF-4. C

5. - Nivelación Id 21.3 EF-5. Id 21.3 EF-5. Id 21.3 EF-5. C6. - Planeidad. Id 21.3 EF-6. Id 21.3 EF-6. Id 21.3 EF-6. C

EE

Tipo de control Especificacion Finalidad Frecuencia Importancia1, - Tramo de pruebas.

Longitud > 25 m. Anchura > 4 m.

Realizar todos los ensayos previstos en 222,1 - EP, 22,2 - EC y 22.3 - EF que crea necesarios el Director de Obra para elegir la fórmula de trabajo más adecuada.

1 vez antes del comienzo de la obra de estabilización.

C

2. - Paso de un rodillo vibratorio

Id. 21.4-EE-2. Antes del final del fraguado. Ver RP.

Id. 21,4-EE-2 Id. 21,4-EE-2 C

3. - Placa dinámica. Coeficiente de restitución. >50% en explanada. >60% en subbase o equivalente. >65% en bases (valores indicativos)

Id. 21,4-EE-3 Id. 21,4-EE-3 C

4 SUELOS ESTABILIZADOS IN SITU CON CEMENTO

Tabla N 8. Diferentes Tipos de Tratamiento de Suelos en Función del Objetivo Buscado y del Suelo

Bien Adaptados Suelos eventual. Adaptables

al A1h,A2h,B2h C1h(1),E3(4). A1h(1) A2h(2).C2h(1)(2) B2h(2)

Estudio Proctor normal índice CBR instantáneo. CBR instantanio de orden de 5-15

B3h,B4h A1h(3). B1h(1) C1h(1)(3)

Estudio Proctor normal índice CBR instantáneo. CBR Instantánio de orden de 15 a30

Yeso poco denso, mucho agua d=1,50W =23%

Event. Ciertos gres finos, loess en estado muy húmedo.

Estudio Proctor normal índice CBR instantáneo y estudio de resistencia caracteristica Rea los 7 d

CBR Instantánio de orden de 15 a30 Rc =MPa

cal viva A1h Estudio Proctor normal índice CBR instantáneo, indice CBR tras inmersión. Ensayo de hinchamiento bajo la acción del hielo (9)

Indice CBR instantáneo del orden de 5 a 15.CBR tras inmersion del orden de 20 a 25 Ade hielo.

cal apagada (8) A1m

Lechada de cal A15

Estudio proctor normal índice CBR instantánea Re a 7 ó 28 d. Ensayo inmersión-secado Ensayo de rotura por hielo (a)

Indice CBR instantáneo del orden de 15 a 1,5Mpa Rc>75%Re inicial Rc>75%Re inme

cal Estudio proctor normal índice CBR instantánea Re a 7 ó 28 d. Ensayo inmersión-secado Ensayo de rotura por hielo (9)

Indice CBR instantáneo del orden de 5 a 15.1,5Mpa Rc>75%Re inicial Rc>75%Re inme

cal

suelosEnsayos para el estudio de

formulación Valores propuestos

construccion de terraplenes

suelos arcillosos muy húmedos

Elevación inmediata o, al menos muy rápida de su consistencia

Tratamiento con caérea viva

suelos fino no arcillosos muy húmedos

Elevación inmediata o, al menos muy rápida de su consistencia

Tratamiento con cemento

Rocas evolutivas de estructura fina, frágil con poca o ninguna arci.

Idem Detención de la evolución por cimentación de los bloques entre sí.

Tratamiento con cemento

0,1-0,3

Suelos mediana o fuertemente arcillosos

a) Conseguir las mejores condiciones de trabajabilidad.

Indice usencia

b) Aumentar las caracteristicas mecánicas a corto y largo plazo, gracias a reacc, puzolá de la cal con la arcilla.

Suelos poco o nada arcillosos

Elevación rapida y permanente de características mecán. Por cimentación de los elementos nmo arcill. bajo acc. de hidratacion del cemento.

Tratamiento con cemento

50. Rc>1-rsión

Suelos mediana o poco arcillosos

Elevación rapida y permanente de características mecán. Por cimentación de los elementos nmo arcill. bajo acc. de hidratacion del cemento.

Tratamiento mixto viva + cemento.

Rc>1-rsión

Tratamiento conviva

construcción de la coronación

Objeto del tratamiento Efectos buscados con el tratamiento

Tipo de tratamiento

(1) Sin garantia de la factibilidad de la mezcla. (2) Para los más arcillosos de esta clase (3) Para los menos arcillosos de esta clase (4) Sin garantia de una evolución a lo largo de la puesta en obra hacia un suelo A o B en estado h (5) Sin garantia de una evolución a lo largo de la puesta en obra hacia un suelo A o B en estado m (6) Sin garantia de una evolución a lo largo de la puesta en obra hacia un suelo A o B en estado s

(7) proseder a un riego minucioso que permita alcanzar el %b de agua óptimo de mesclas suelo - ligante para supuesta obra

(8) El tratamiento con cal apagada equivale a un tratamiento con cal viva , más un riesgo de agua que permita alcanzar el % de agua optimo de mescla suelo -ligante para supuesta en obra

(9) No ejecutar mas que en funcion del contexto particular de la obra 9.1. PROCESO CONSTRUCTIVO Antes de la adición del cemento al suelo conviene escarificarlo para eliminar elementos gruesos y ahuecar el suelo. Si se dispone de una estabilizadora rotativa mecánica lo mejor es mover el suelo antes de la dosificación del cemento mediante una pasada que afecte todo el espesor a estabilizar. Figura 1.

Cuando el cemeestabilizar, el prhomogeneidad ddiferentes propordistribuye éste, suspender el extefinos que se preheterogeneidad puede tomar parmezcladoras con El espesor de unde la calidad y estabilización enhorizontales pue70 cm) no es cocompactar.

nto se extienda sobre la superficie del terreno que se va a imer control de calidad que se debe efectuar es el de la el extendido evitando la formación de zonas longitudinales con ciones de cemento, fenómeno que se puede presentar si se

en sacos formando cuadrículas. Con este sistema hay que ndido del cemento cuando haga viento debido a la emisión de

senta y desde luego la afectación económica del proyecto, la y la seguridad de operarios y entorno. Una medida que se a evitar este impacto, es el uso de máquinas dosificadoras- rotores dentro de una carcasa protectora. Figuras 2 y 3.

a capa estabilizada debe ser del orden de 25 cm por razones economía. Para espesores mayores es preferible realizar la dos fases. Aunque las máquinas de rotores mezcladores den estabilizar capas de 40 a 50 cm (capa esponjada de 50 a nveniente estabilizar estos espesores que resultan difíciles de

Figura 1.Escarificación previa al vaciado d l t

a mezcla del cemento con el suelo debe realizarse lo más inmediatamente osible desde el extendido del cemento no pudiendo permanecer mas de edia hora (1/2 h.) sin que se proceda a su compactación y acabado o a una ueva remoción y mezclado. Con temperaturas bajas del orden de los 10° C ste límite puede ampliarse a 1 hora con los ensayos previos correspondientes.

a adición de agua en suelos con defecto de humedad debe realizarse antes e la mezcla con cemento o, a lo sumo, dentro de las dos horas siguientes al ertido del cemento en el suelo, sin haber mezclado éste. Esta última práctica s poco recomendable ya que se produce el fraguado del cemento antes de ser

mezclado. El mejor método de proceder a la humectación correcta del suelo ntes del extendi a la extensión o, mediatamente, realizar la mezc

rendimiento para la estabilización con cemento.

dosificadora-mezcladora Figura 3.Rotor para fresar y mezclar

Figura 2.Equipo de alto

los materiales Lpmne Ldve

a do del cemento (Figura 4), proceder la y compactación. in

calidad y economía. Aunque las máquinas de rotores mezcladores orizontales pueden realizar espesores de 40-50 cm. (lo que supone una capa

El espesor de una capa estabilizada debe ser del orden de 25 a 30 cm por razones de

Figura 4. Riego de cemento para una estabilización in situ

h

esponjada de 50-70) no es conveniente estabilizar estos espesores que esultan difíciles de compactar. Figura 5.

r

Reparto de cemento sobre el suelo e inyección de la dosificación de agua

urante el proceso de compactación se seguirán las mismas recomendaciones rácticas indicadas para terraplenes con la salvedad de que entre mezcla y ompactación no pueden haber plazos superiores a los indicados.

a comprobación de la densidad in situ por medios convencionales o por paratos de emisión neutrónica previamente tarados para este trabajo es el étodo más rápido para comparar con las condiciones iniciales previstas. Pero ado que en los suelos estabilizados con cemento, sobre todo los arcillosos, equeñas variaciones en la densidad producen grandes variaciones en la apacidad portante , conviene además usar otros métodos de comprobación especto a la mezcla proyectada, por este orden: probetas a compresión imple, placa de carga y CBR in situ

a comprobación de la porosidad es otra medida complementaria de la ensidad in situ y permite matizar ésta. El índice de huecos de aire, o sea la arte de huecos no rellena de agu ) debe ser inferior al 12 %

25-30 cm

Figura 5. Proceso de fraccionamiento y mezclado en equipos de alto

rendimiento. Dosificación de agua y cemento. Dpc Lamdpcrs Ldp a /(*1 sddW γγγ −−salvo ensayos previos que indiquen otra magnitud más tolerante.

La dosificación de cemento depende del tipo de suelo a estabilizar o mejorar y de las prestaciones que se quieran obtener, sin embargo, como valores indicativos, pueden emplearse los siguientes:

• Suelos granulares 4-6% • • Gravas bien graduadas 1-3%

La compactación de suelos estabilizados con cemento requiere algunas precauciones generales como son: a) El comportamiento de un suelo limoso o arcilloso tratado con cemento es el de una gran sensibilidad de la densidad seca respecto a la energía de compactación. Cuando el porcentaje de cemento es pequeño y la humedad alta el índice CBR puede descender si se sobrepasa una determinada energía de compactación de manera que el suelo-cemento se acerque a la saturación . Con dosificaciones altas de cemento en materiales limosos o con dosificaciones medias o bajas en materiales arenosos, la susceptibilidad desciende y el CBR no disminuye fácilmente al aumentar la energía de compactación. b) La maquinaria más adecuada para compactar los suelos estabilizados con cemento con preponderancia de elementos arcillosos suele ser el rodillo de impactos o tamping combinado con un rodillo vibratorio liso para el acabado superficial. Si el suelo es de tipo arenoso, la maquinaria más adecuada es la combinación de rodillos vibratorios y compactadores de neumáticos, pudiendo suprimirse estos últimos si se trata de arenas limpias estabilizadas para crear un suelo-cemento de alta calidad. c) Lo de la incorporación de ra es mayor de 0°C. La operación de compactación debe ser lo más breve posible con

tabilizado se ometerá a un curado adecuado bien por adición de agua durante 7 días de

erraplenes con suelos plásticos tanto úmedos como secos que no sean aptos para una estabilización solamente

l suelo

Suelos limosos o arcillosos 6-9%

s equipos de compactación no deben actuar más allá de 4 horas des cemento al suelo, o 3 horas si la temperatu

3utilización de suficiente número de aparatos compactadores y nunca debe durar más de dos horas en un mismo punto pues se corre el riesgo de destruir las uniones moleculares producidas por el fraguado. El suelo essmanera que la superficie aparezca húmeda, o mediante la aplicación de un riego de asfáltico de adherencia que puede realizarse en varias fases hasta totalizar una dotación de orden de 0,5 a1,0 kg/m según el tipo de terreno . La manera de comprobar la correcta aplicación del sellado asfáltico es verificar que de la capa asfáltica el suelo se mantiene húmedo durante una semana. El tratamiento mixto con cal y cemento para estabilizar un suelo se usa perfectamente en coronación de thcomo cemento por : a) humedades naturales muy altas y bajas capacidad portante y /o b) cohesión elevada que obstaculiza la mezcla de concreto en e

Figura 6. Proceso de compactación del suelo estabilizado

Tabla N 9. Resultados de las Investigaciones llevadas a cabo con Mezclas de Suelo-Cemento

finos granulado finos granulado

% Cemento 6-12% 2 a8%

Resistencia a la

comprensión a los 7 días en laboratorio ~20 Kg/cm2 ~30 Kg/cm2

En 7 días En 28 días En 90 días En 7 días En 28 días En 90 díasCon el 3% de cemento en peso 7 14 20

Con el 3% de cemento en peso 0,55 0,04 1,36

Con el 6% de cemento en peso 34 4 61

Con el 6% de cemento en peso 1,22 1,4 1,64

Con el 10% de cemento en peso 68 92 116

Con el 10% de cemento en peso 1,7 1,97 2,04

Con el 14% de cemento en peso 97 119 163

Con el 14% de cemento en peso 2,04 2,42 2,58

0,10" (2,54mm)

En 7 días En 28 días En 90 días Deformaci

nCon el 3% de cemento en peso 2,7 3,5 7

Arcilla con piedra 1,52 Tm.

Con el 6% de cemento en peso 7,5 10,5 14

Caliza machacada 2,10 Tm.

Con el 10% de cemento en peso 14 18 22

Arcilla con piedra más 6% cemento en peso 4,28 Tm.

Con el 14% de cemento en peso 21 24 30

En 7 días En 28 días En 90 días 7 días 37 días 161 días Con el 3% de cemento en peso 0,24 0,48 0,85

Con el 2% de cemento en peso 125 165 240

Con el 6% de cemento en peso 0,65 0,88 1,09

Con el 4% de cemento en peso 215 290 530

Con el 10% de cemento en peso 1,09 1,29 1,56

Con el 6% de cemento en peso 285 370 750

Diferentes clases de materiales mejorados (Norma de Belgica)

CategoriaMaterial mejorado Material estabilizado

Hormigón pobre

<4% 4-6%

Sin estimar Controlar la compactación y la capacidad

portante ~40 Kg/cm2

Variación de las caracteristicas de algunos suelos, al estabilizarlos con cemento

suelo 1. - arcilla arenosa, no plastica (A-2-A) dens. 2,08 Kg/litro, con 19% en peso que pasa por el tamiz 200.Suelo 2.-Grava plástica.Suelo 3.- IP=35.Suelo 4.- IP=26.Suelo 5.- IP=14.Suelo 6.- G

1. - Suelo 1.- Resistencia a compresión 4. - Suelo 1. - Módulo estático a la flexión (Esf.)Kilos/cm2 Kilos/cm2 x 105

2.- Suelo 1,- Resistencia a flexión 5.- Suelo 1.- Pruebas en placas portantes (cuadra

Kilos/cm2 0,05" (1,27mm)

Deformacion

1,00 Tm.

1,38 Tm.

2,57 Tm.

3.- Suelo 1.- Módulo estatico a la compresión 6.- Suelo 2.- CBR.Kilos/cm2 x 105 CBR modificado %

rava silícea.

o

do

Nota: La suelos

M.I.T.

En 7 días En 365 días Con el 6% de cemento en peso 19 42Con el 10% de cemento en peso 42 90Con el 14% de cemento en peso 61 129

(i) Arena arcillosa con el 11% de arcilla. 6 % de limos. 83% de arena, NP y del grupo A - 2.

En 7 días En 365 días Con el 6% de cemento en peso 17 31 13.- Efectos de la temperaturaCon el 10% de cemento en peso 26 67Con el 14% de cemento en peso 38 109

(ii) Limos arcillosos con el 24% de arcilla. 67 % de limos. 9% de arena, I.P. igual a 14 y del grupo A - 7.

Grupo de % % suelo en en

AASHTO volum peso

En 7 días En 365 días Con el 6% de cemento en peso 17 24

A - 1 - a A - 1 - b

5 - 7 7 - 9

3 - 5 5 - 8

Con el 10% de cemento en peso 24 65

A - 2 A - 3

7 - 10 8 - 12

5 - 9 7 - 11

Con el 14% de cemento en peso 34 102

A - 4 A - 5

8 - 12 8 - 12

7 - 12 8 - 13

A - 6 10 - 14 9 - 15(iii) Arcilla limosa con el 47% de arcilla. 36 % de limos. A - 7 10 - 14 10 - 16 17% de arena, I.P. igual a 18 y del grupo A - 7.

calificación arriba empleada es sugerida por el12.- Efectos de la edad en diferentes

En 7 días En 365 díKgs/cm2

106

Kgs/cm2

Kgs/cm2

Arena arcillosa con el 10% de cemento en vol Suelo limoso con el 10% de cemento en volumen

empleadoen peso

te de cemento

densidad

116

49 75

Contenido de cemento

cementoen peso

Porcentajcontnido en

y heladodeshelado

empleadoen los

ensayos demojado-sec

Campo corrien

requerido

5 6

humedadensayo de

para el

Kgs/cm2

10 - 13 - 1

3 - 5 - 7 4 - 6 - 85 - 7 - 9

7 - 9 - 118 - 10 - 128 - 10 - 1210 - 12 - 1

7 9

10 101213

as

e

s

o

10. ESTABILIZACIÓN DE SUELOS CON CAL 10.1.GENERALIDADES SOBRE LA CAL La cal es uno de los agentes estabilizadores más utilizados a lo largo de la historia y sin lugar a dudas con grandes propiedades para el mezclado con suelos naturales muy plásticos de tal manera que logra regular esta plasticidad y mejora las características mecánicas del mismo. Proviene de las rocas calizas puras, sometidas a un proceso de calcinación que se origina con el incremento de la temperatura alrededor de los 880ºC a los 900ºC.

5

4

Es muy difícil encontrar en la naturaleza cales químicamente puras, normalmente están acompañadas de otros materiales como el Carbonato de Magnesio, arcilla, hierro, azufre, álcalis, etc. Esto da origen a una clasificación según el estado de pureza de la misma y la proporción de los materiales que la conforman.

• Cal grasa: esta se da cuando contiene hasta un 5% de arcilla y menos del 3% de Carbonato de Magnesia (MgCO3). Esta cal se produce en el momento del calcinamiento y al apagarse da una pasta fina y pegajosa, capaz de aumentar considerablemente su volumen y que tras un resguardo del aire y en lugares húmedos, se conserva en su condición blanda indefinidamente.

• Cal magra o árida: se presenta cuando la caliza tiene presencia de

arena o cualquier otra sustancia que no produce reacción química con el resultado final. Esta se da cuando la cal obtenida contiene entre un 50 a 80% de óxido de calcio (CaO). Esta cal se apaga lentamente y la pasta que produce es menos pegajosa. Se debe evitar en las construcciones.

• Cal hidráulica: se genera cuando en el proceso de calcinación se

adiciona una cantidad de arcilla superior al 5%. El proceso es más complejo debido a que al aumentar la temperatira hasta los 800ºC y descomponer el Carbonato de Calcio (CaCO3) también se descomponen los Silicatos que constituyen la arcilla. A temperaturas más altas, estos reaccionan dando origen a Silicatos (SiO2) y Aluminatos de Calcio (Al2O3) que al unirse con el carbonato de calcio (CaO) que queda libre, forma este tipo de cal. Cuando estas cales se apagan, adquieren la propiedad de amasarse con el agua, fraguando posteriormente la pasta y adquiriendo una mayor resistencia mecánica. La designación de las cales hidráulicas varía sus propiedades de acuerdo al contenido de arcilla que posean.

• Cal de Magnesia: cuando la cal viva, que es producto de la calcinación

de una caliza contiene entre un 10 y 25% de óxido de magnesia, da como resultado la cal de magnesia y si el óxido de magnesia es mayor al 25% se llama Cal Dolomítica o Cal de Alta Magnesia.

as cales grasas son mucho más plásticas que las cales de magnesia sin

l fraguado o endurecimiento lo logran a partir de la absorción de CaCO y

Lembargo, estás últimas, fraguan más rápido y alcanzan mayores resistencias. E 3MgCO3 para constituir la piedra inicial de procedencia.

11. SUELOS ESTABILIZADOS CON CAL

Figura 7. Estabilización de suelos con cal utilizando equipos de alto rendimiento

Los oprincip

En elsolamente un pequeño grupo de ellos escogidos entre los mencionados en éste rtículo y todos los relacionados con la ejecución de terraplenes.

En el mencical so ue están cerca de

s características exigidas a los suelos tolerables; los suelos arenosos son

os efectos de la cal en suelos arcillosos son los siguientes: a) Disminución del índice de plasticidad. b) Disminución del valor de la densidad óptima proctor y/o

aumento de la humedad óptima Proctor, lo que permite el uso de cal en suelos más húmedos.

c) Aumento del índice CBR o de la capacidad portante. d) Disminución de la sensibilidad al agua.

bjetivos de la estabilización de un suelo con cal pueden ser tres

almente: a) Mejorar un suelo demasiado húmedo para permitir el paso de la

maquinaria pesada de la obra, suelo que formará parte del terraplén.

b) b) Utilizar un suelo no tolerable para mejorar sus características y convertirlo en otro con parámetros geométricos similares a los de un suelo tolerable o adecuado.

c) Mejorar un suelo tolerable.

primer caso no serán necesarios los ensayos relacionados, sino

a

segundo y tercer caso serán de aplicación todos los ensayos que se onan. Los suelos más adecuados para su tratamiento y estabilización con n los que tienen una apreciable componente arcillosa q

lamás adecuados para estabilizaciones con cemento o productos bituminosos. No son convenientes suelos muy plásticos o con gravas ya que se dificultan las operaciones de mezclado in situ. L

e) Aumento progresivo de la resistencia a la compresión simple del suelo por formación de silicatos y aluminatos de calcio hidratados.

Se puede escoger cal viva o cal viva apagada. La cal viva es más eficaz ya que rebaja en mayor medida la humedad del suelo, es más densa y contiene más iónes de calcio lo que produce mayor reacción con el suelo. La cal apagada tiene sin embargo la ventaja de la seguridad de manejo. Así pues se usará la cal viva cuando las operaciones de almacenamiento, transporte, extendido y mezclado estén muy automatizadas y no presenten peligro para los operarios y cal apagada cuando se usen máquinas más convencionales o intervalos largos entre las diversas fases de proceso, sobre todo entre extendido y mezclado. La utilización de cal viva exige un personal experimentado, suprimir el extendido cuando hay viento, utilización de guantes, mascarillas. gafas protectoras y ropa adecuada, y además una previsión de productos para curar

s posibles quemaduras,

1.1. PROCESO CONSTRUCTIVO

ntes de la adición de la cal al suelo conviene escarificarlo para eliminar

a lo mejor es mover el suelo antes de la dosificación de la cal mediante un8.

la 1 Aelementos gruesos y ahuecar el suelo. Si se dispone de una estabilizadora rotativa mecánic

a pasada que afecte todo el espesor que se va a estabilizar. Figura

La comprobación de la dosificación de cal en cada momento es importante, tanto desde el punto de vista económico como del funcional para adaptarse lo más posible a las características del suelo, sobre toda su humedad. Resul

Figura 8. Homogeneización del suelo para realizar la estabilización con cal

ta

l grado de saturación para ir adaptando la osificación de cal a la prevista en el proyecto de mezcla. Un control de

tectar errores es altamente renta e cal que produce.

conveniente medir la humedad del suelo en cada capa extendida, determinar la densidad in situ, la porosidad y eddosificación además de procurar una homogeneidad y de

ble en términos económicos por el ahorro d

El espesor de una capa estabilizada debe ser del orden de 25 a 30 cm por razones de calidad y economía. Aunque las máquinas de rotores mezcladores horizontales pueden realizar espesores de 40-50 cm. (lo que supone una capa esponjada de 50-70) no es conveniente estabilizar estos espesores que resultan difíciles de compactar. Figura 9 La mdesde el extendido de la cal, con el número de pasadas necesarias de rotores, radas de discos o escarificadores de manera que se consigan grumos

l étodo más rápido de comparar con las condiciones iniciales previstas. Pero ado que en los suelos estabilizados con cal pequeñas variaciones en la

densidad producen grandes variaciones en la capacidad portante conviene además usar otros métodos de comparación con la mezcla proyectada, por este orden: probetas a compresión simple, placa de carga y CBR in situ.

Figura 9. Mezclado y extendido del suelo-cal

ezcla de cal con el suelo debe realizarse lo más inmediatamente posible

ginferiores a 30 mm en capas de terraplén o a 30 mm en coronación de terraplén o capas superiores. Si esto no se consiguiera fáci lmente por alta plasticidad del suelo, se repetiría entre las 24 y 48 horas siguientes, compactando ligeramente la capa si hubiera riesgo de lluvia. La comprobación de la densidad in situ por métodos convencionales o por aparatos de emisión neutrónica previamente tarados por éste trabajo es emd

a comprobación de mplementaria de la ensidad in situ y permite matizar permite matizar este. El índice de huecos de ire, o sea la parte de huecos no rellenada 1 - WNd - Nd / Ns debe ser inferior

. Si no se consigue esto calculando el eso del material del suelo por su espesor, superficie y densidad y el peso de

idad al aire de una robeta compacta obteniendo el material para esta inmediatamente después

a compactación de los suelos estabilizados con cal requiere algunas

ación. Con dosificaciones altas de cal en CBR aumenta con la energía de compactación.

Figura 10. Proceso de preparación y equipos para estabilizar suelos con cal

L la porosidad es otra medida codaal 15 % salvo a ensayos previos que indiquen otra magnitud más tolerable. La comprobación de la dosificación de cal en la capa que se va a estabilizar es una de las más importantes por lo que es muy conveniente conocer esta configuración lo más rápidamente posiblepla cal por medición directa del material gastado, será necesario recurrir al método de medición del pH del suelo, en el que se tardan unos 20 minutos según el método de adición de sacarosa y neutralizando con ácido bórico según el método descrito en el Bulletin de Liaison del Laboratories Routiers N° 48 NOV. 70. Otro método muy rápido es el de permeabilpdel mezclado y antes de la compactación. Lprecauciones:

a) El comportamiento del suelo arcilloso tratado con cal es el de una gran sensibilidad de la densidad seca respecto de la energía de compactación. Así cuando el porcentaje de cal es pequeño índice CBR puede descender si se sobrepasa de una determinada energía de compactación, de manera que el suelo-cal se acerque a la satur

b) La compactación de suelos estabilizados con cal sobre capas de éstos mismos suelos sin tratar puede ser muy difícil las primeras capas extendidas por la baja capacidad del suelo subyacente,

El suelo estabilizado deberá someterse a un curado adecuado, bien por adición de agua por 5 o 7 días según el clima de manera que la superficie parezca siempre húmeda, o bien mediante la aplicación de un riego asfáltico de imprimación (ver capítulo 37) que puede realizarse en varias fases hasta totalizar una dotación del orden de 0.5 a1.0 kg /m2 según el tipo de terreno. La manera de comprobar la correcta aplicación del sellado asfáltico es la verificar que bajo la capa asfáltica es que el suelo permanece húmedo durante una semana.

12. RECESTABIL

Figura 1

Figura 11. Algunos métodos de estabilización, según el tipo de suelo

OMENDACIONES Y ENSAYOS CON USO DE CAL COMO ISANTE

2. Dosificación de cal en función del CBR y de la humedad natural

A manera de conclusiones se incluyen en la tabla No. 11 las recomendaciones pa Ta

ra estabilizaciones con cal.

bla N 11. 1, 2, 3 ,4 ,5 ,6. Recomendaciones para Estabilizaciones con Cal

1. SUELOS ESTABILIZADOS IN SITU CON CAL EP

Tipo de ortancia1,- Análisde la cal

N

2- Finurade la cal

cumulado: Cal tipo I Tamiz 0.20 UNE < 5% Tamiz 0,080<10% Cal tipo II Tamiz 0,16 UNE <15% Tamiz 0,080 <0%

granulometría sea lo suficientemente firme para fortalecer la mezcla con el suelo y la reacción química sea más homogénea,

N

3- Análisis granulométrico del suelo o estabilizar

Norma NLT -104 tamaño máximo < 80 mm o1/2 del espezor de la capa. Rechazo en Tamiz 0,080 UNE <85%

Facilitarla mezcla in situ, Utilizar un suelo que no sea toletable según el PG3 art. 330 o mejora un suelo torerable o adecuado

1 Por cada 2000 m3 N

4- Límites de Att erberg del tereno

Norma NLT 105 - 106 Clasificación del tereno para estimar su grado de aptitud a la estabilización con cal

1 cada 3000 m3

5- Proctor normal del terren sin estabiliza

Norma NLT 107 Obtener la referencia patron de la densidad y humedad de los terrenos a estabilizar para

diversas mez l

1 cada 3000 m3 o zona de prestamos diferenciada

C

6- Inside CBR del terreno siestabiliza

Norma NLT 111 Determinar la o tante

la estabilización

1 cada 5000 m3 o zona de C

7- Procto rnmal de la mezcla suelo cal de fórmula de trabajo

Norma NLT 107 y 301

Obtener la referencia patron de la mezcla suelo en cuanto a humedad y densidad óptima para compararlo con la que se obtenga in situ

Id I. 5, N

Control Especificación Finalidad Frecuencia Impis químico Normas UNE 7095 a

7099 incl. Cal área tipo I CaO+Mg2O3

>90% Cal área tipo II C M O >75%

Procurar que la cal tenga una capacidad reactiva con el terreno de manera que el intercambio iónico produzca un aumento de

i t i l l

1 Vez al comienzo de los trabajos o por partida si no hay certificados fiables de la empresa

i i t d de molido Norma UNE 7187 Rechazo ponderal a

Id I. Obtener una cal cuya

Id I.

o r

compararlos con los de las clas suelo-ca capacidad p

n r

del terreno sin estabilizar y comprobar su grado de mejora con

prestamos diferenciada

r no

Tipo de Finalidad Frecuencia Importancia8- Inside BR de la mezcla sula fórmula trabajo

Norma NLT 111,

CBR >5, S-EST-2; CBR >10,

Determinar la capacidad de la Id I. 6, N

9- contenido de cal del suelo - cal de la fórmula de trabajo

>3% del peso seco del suelo. Tolerancia: >=0,3%. Id, <3%. Peso de la cal

Obtener una capacidad por tante alta y facilitar la relación química e intercambio iónico

1 cada 3000 m3 N

10- Humedad de la mezcla en función de la humedad el terreno

Normas NLT 102-107,

Id, 9, evitar erroresen la dosificadión de agua que hagan bajar la capacidad por tante

Id I. 9, N

11- Resistencia a comprensión simple de probetas de suelo-cal de la fórmula de trabajo

Normas NLT 202-305-310,

Comprobación del aumento de resistencia de la mezcla en función del tiempo y dosificaión de cal y agua. Con el objeto de corelacionarlo con parámetros teóricos de cálculo

1 serie de 5 probetas al comienzo de los trabajos por tipo de suelo

C

2. SUELOS ESTABILIZADOS IN SITU CON CAL EP

Control EspecificaciónCelo-cal de de

Norma 6,1,I.C. S-EST-1;

mezcla suelo-cal de la fórmula de trabajo escojida

3. SUELOS ESTABILIZADOS IN SITU CON CAL EC

Tipo de Control Especificación Finalidad Frecuencia Importancia1- Temperatura ambiente.

>2°C Evitar que el agua de la mezcla se hiele y de lugar a falsa compactación, Tanto más importante cuanto más arcilloso es el terreno

Al comenzar el proceso de compactación o cuando se note un desenso de temperatura

N

2- Densidad In situ >= 100 % Proctor Normal. Normas NLT 109-110

Obtener la mayor capacidad por tante posible, la mayor inalterabilidad volumétrica y la mayor resistencia a la deformación

5 ensayos cada 5,000 m2 de tongada,

N

3- Humedad in situ <=humedad óptima de la fórmula de trabajo + 2%

Id. 2, Los excesos de humedad pueden dar lugar a fenómenos de estabilidad

Id, 2. N

4- Porosidad y grado de saturación

n = (Ys-Yd) /Ys

Sr = w Ys Yd / (Ys-Yd), w = humedad in sito, Yd = densidad in situ, Ys = peso específico de la mezcla

Comprobar que la porosidad no es excesiva para evitar la alterabilidad de los terrenos y que no existe saturación que pueda debilitar la resistencia del terreno al desarrollarse presiones intersriciales bajo cargas.

1 determinación de "n" y "Sr" por cada grupo de 10 ensayos de densidad y humedad.

C

5- Dosificación de cal en la capa a estabilizar

Inspección visual y cáculos en función de capacidades, volúmenes y pesos

Comprobar que la dosificación de cal es la adoptada en la fórmula de trabajo. Ver R.P.

3 ensayos cada 5,000 m2 de tongada,

N

6- Rotura a compresión simple de probetas de suelo-cal,

Normas NLT 202-305-310

Comprobación de la resistencia prevista en la fórmula de trabajo. Ver R.P.

5 probetas cada 10,000 m2 de tongada,

C

Tipo de Control Especificación Finalidad Frecuencia Importancia1,- CBR in situ, Norma NLT-112.

Correlación de resultados con el CBR de laboratorio.

Comprobación de la capacidad portante de las capas estabilizadas. Es preferible usar la placa de carga.

1 cada 10,000 m2 si hay dudas en la densidad.

C

2.- Placa de carga in situ.

Normas suizas. SNV-40372 y 70317. Módulo elástico >500 kg/cm2 en explanadas. (>50 (Mpa). ( Valor Indicativo).

Id. 1. Los resultados deben referirse a una humedad adecuada ( inferior a la óptima Proctor ) o corregírse respecto a ésta. Complementa o sustituye a l anterior,

1 cada 10,000 m2 en zonas secas representativas.

C

3.- Viga Benkelman.

Eje tipo de 13 Tm. Deflexión <2.0 mm en coronación de terraplén <1.5 mm en firmes. Norma NLT 356.

Comprobar la resistencia del terrenoy su capacidad portante a través de de la deformación bajo carga de un eje de 13 Tm. Complementará o sustituye a los anteriores.

1 por zona donde haya problemas especiales detectados por ensayos de densidad o placa.

C

4.- Prueba de camión de 2 ejes.

Carga mayor de 20 Tm.

Acotar las zonas donde se marcan u hunden los neumáticos o donde se produce "colchoneo" o sea deformación elástica con recuperación del ordende 2 cm o más. Eliminar éstas zonas volviendo a estabilizar.

En una calle longitudinal, en zona dudosa.

C

5.- Nivelación La superficie acabada no rebasará la teórica en ningún punto ni deferirá en más de 1/5 del espesor.

Asegurar que las capas previstas en proyecto tienen el espesor adecuado y por tanto la capacidad resistente prevista,

1 vez al terminar la capa. Perfiles cada 20 m.

N

6.- Plancidad. Desnivel < 10 mm en regla de 3 m.

Id. 5. Comprobar la homogeneidad del espesor. Esta condición puede ser extremadamente dura y por tanto inoperante en suelos con gravas o gravillas.

1 vez cada 20 m2 en zonas especialmente marcadas por el Director de obra.

C

4. SUELOS ESTABILIZADOS IN SITU CON CAL

5 SUELOS ESTABILIZADOS IN SITU CON CAL EE

Tipo Control Especificación Finalidad Frecuencia Importancia1.- Tra o de pruebas

Longitud > 15 Anchura > 3 m.

Realizar todos los ensayos previstos en 21.1-EP, 21.2-EC y 21.3-EC que crea necesarios el Director de Obra para elegir la fórmula de trabajo más adecuada.

1 vez antes del comienzo de la obra de estabilización.

C

2.- Paso de un rodillo vibratorio.

Velocidad de paso 4 km/hora. Rodillo > 3 Tm.

Detectar zonas no homogéneas, con excesiva humedad o simplemente con baja compactación. Caminar al lado del rodillo es insoportable si el suelo está bien compactado; si hay humedad o descompactación se puede soportar.

1 pasada en zonas dudosas. Elegir una calle longitudinal. Ver R.P.

C

3.- Placa dinámica. Coeficiente de restitución en coronación de terraplén > 50% (valor indicativo)

Medir un coeficiente de restitución que expresa la relación entre la energía comunicada a una placa por un choque dinámico y la energía que éste restituye.

Id 2. C

dem

3. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

1. estabilización con cemento sobre la compactación:

• la estabilización con cemento se emplea fundamentalmente para aumentar la resistencia de un suelo cuya capacidad de soporte sea insuficiente para las cargas a las cuales va a ser sometido.

• los mejores resultados de la estabilización con cemento se consiguen con materiales arenosos o arenas puras, con dosificaciones de cemento entre el 7% y el 10% por volumen. si el suelo es arcilloso la dosificación aumenta aproximadamente al 12 %-16% de cemento por volumen, esta condición obviamente aumenta los costos del proyecto.

6. SUELOS ESTABILIZADOS IN SITU CON CAL EE

Tipo de Control Especificación Finalidad Frecuencia Importancia4.- Medida del pH del suelo-cal.

Bulletin de Liaison des Laboratories rourtiers N° 48 NOV 1970.

Comparar la dosificación de cal del suelo estabilizando con la muestra patrón del proyecto. El método consiste en formar sacarato soluble mediante la adición de sacarosa y calcular el calcio del sacarato añadiendo ácido borico hasta llavar la solucón hasta un pH de 10,5.

3 ensayos cada 5.000 m2 de tongada si hay dudas con otros ensayos.

C

5.- Medida de la permeabilidad al aire de muestra compactada.

Tiempo que tarda en bajar la presión de 0, bar a 0,2 bar en un depósito de 15 1 conectado con la probeta.

Comparar la dosificación de cal del suelo estabilizando con la muestra patrón del proyecto. La probeta puede ser compactada por el método proctor o por cualquier otro método simple que sea uniforme a lo larfo de la obra.

Id. 4. C

1

• los factores relevantes en una estabilización con cal son: la elección del porcentaje óptimo de cemento según el estudio detallado del suelo, el contenido de humedad y el proceso de compactación.

• el tiempo máximo entre aplicación del cemento y la compactación debe ser de 4 horas.

• si la temperatura es mayor a 30°c, este tiempo es de máximo 3 horas. • el tiempo de compactación debe ser lo más breve posible. (la operación

en sí). • el tiempo de compactación no debe exceder de 2 horas en un mismo

sitio, porque puede destruir uniones moleculares producidas por el fraguado.

sobre el fraguado: • curado por adición de agua durante 7 dias, manteniéndolo siempre

húmedo. • curado mediante un riego asfáltico de adherencia en el orden de 0,5 a

1,0 kgr/m2 , según el tipo de terreno. • en cualquiera de los dos casos mencionados, el suelo debe mantenerse

húmedo durante una semana. . estabilización con cal

• la estabilización con cal en suelos arcillosos de alta plasticidad reduce

considerablemente esta característica y su la contracción lineal. • no todas las arcillas se pueden estabilizar con cal, es fundamental

realizar un estudio de las mismas con el ánimo de tener los mejores resultados.

• aunque la cal no se le aplica a los suelos para aumentar su resistencia, en algunos suelos genera este afecto, además de reducir la plasticidad.

• el contenido de cal que se le debe aplicar a los suelos estabilizados con cal, depende del estudio detallado del suelo al cual se le va a aplicar, que para arcillas varía aproximadamente entre 1% y 5%.

• la cal en los procesos de estabilización pueden mezclarse con productos bituminosos en procesos de mejoramiento de suelos.

• el proceso constructivo es similar al de la estabilización con cemento. 4. BIBLIOGRAFÍA

• CONTROL DE CALIDAD EN OBRAS PARA CARRETERAS, Ignacio Morilla Abad, Madrid, España, 1989.

NIQUES D’EXÉCUTION SPÉCIFIQUES AUX AITEMENT DES SOLS. Association mondiale de la

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• MATÉRIALS ET TECHTRAVAUX DE TRRoute. Marc SCHAEFFNER. Francia, 1997. INSTITUTO MEXICANO DEL CEMENTO Y DEL CONCRETO A.C, Suelo-Cemento. Eduardo de la Fuente Lavalle.

• VIAS DE COMUNICACIÓN, CAMINOS, FERRECARRILES, AEROPUERTOS, PUENTES Y PUERTOS, Carlos Crespo Villalaz, Editorial Limusa S.A.1996. TRATADO DE CONSTRUCCIÓN, Antonio Miguel Saad. Cia. Editorial Continental, S.A. México. 1983.