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ESTABILIZACION DE SUELOS CON CAL El funcionamiento a largo plazo de cualquier proyecto de construcción depende de la calidad de los suelos subyacentes. Los suelos inestables pueden crear problemas significativos en las estructuras y pavimentos. Con el diseño y técnicas de construcción apropiados, el tratamiento con cal transforma químicamente los suelos inestables en materiales utilizables. Adicionalmente, el soporte estructural de los suelos estabilizados con cal puede ser aprovechado en el diseño de pavimentos. La cal puede ser utilizada en el tratamiento de suelos, en varios grados o cantidades, dependiendo del objetivo. Una mínima cantidad de cal para tratamiento se utiliza para secar y modificar temporalmente los suelos. Tal tratamiento produce una plataforma de trabajo para la construcción de caminos temporales. Un mayor grado de tratamiento – respaldado por las pruebas, diseño y las técnicas apropiadas de construcción – producen la estabilización estructural permanente del suelo. La cal viva se produce de la transformación química del carbonato de calcio (piedra caliza – CaCO3) en óxido de calcio. La cal hidratada se obtiene cuando la cal viva reacciona químicamente con el agua. La cal hidratada (hidróxido de calcio) es la que reacciona con las partículas arcillosas y las transforma permanentemente en una fuerte matriz cementante. La cal más utilizada para el tratamiento de suelos es la cal alta en calcio, que contiene un máximo de 5% de óxido o hidróxido de magnesio. Sin embargo, en algunas ocasiones se utiliza cal dolomítica. La cal dolomítica contiene de 35 a 46% de óxido o hidróxido de magnesio. Con la cal dolomítica se puede lograr la estabilización, aunque la fracción de magnesio reacciona más lentamente que la fracción de calcio. Algunas veces el término “cal” se utiliza para referirse a la cal agrícola que, por lo general, es piedra caliza finamente molida, un útil correctivo agrícola que no tiene la suficiente reactividad química para lograr la estabilización del suelo. Otras veces el término “cal” es utilizado para referirse a los subproductos del proceso de fabricación de cal (como el polvo de horno de cal), que, aunque contienen alguna cal reactiva, generalmente sólo posee una fracción del óxido o el contenido de hidróxido del producto fabricado. En este manual, "cal" significa cal viva, cal hidratada, o la lechada de cal hidratada. La estabilización del suelo cambia considerablemente las características del mismo, produciendo resistencia y estabilidad a largo plazo, en forma permanente, en particular en lo que concierne a la acción del agua. La cal, sola o en combinación con otros materiales, puede ser utilizada para tratar una gama de tipos de suelos. Las propiedades mineralógicas de los suelos determinarán su grado de reactividad con la cal y la resistencia final que las capas estabilizadas desarrollarán. En general, los suelos arcillosos de grano fino (con un mínimo del 25 por ciento que pasa el tamiz 200 -75µm- y un Índice de Plasticidad mayor que 10) se consideran buenos candidatos para la estabilización. Los suelos que contienen cantidades significativas de material orgánico (mayor que 1 por ciento) o sulfatos (mayor que el 0.3 por ciento) pueden requerir cal adicional y/o procedimientos de construcción especiales.

Subrasante (o subbase): La cal puede estabilizar permanentemente el suelo fino empleado como una subrasante o subbase, para crear una capa con un valor estructural significativo en el sistema del pavimento. Los suelos tratados pueden ser del lugar (subrasante) o bien, de materiales de préstamo. La estabilización de la subrasante por lo general implica mezcla en el lugar y generalmente requiere la adición de cal de 3 a 6 por ciento en peso del suelo seco. Bases: La cal puede estabilizar permanentemente materiales que no cumplen con las características mínimas para funcionar como una base (como la grava con arcilla, gravas "sucias", o bases contaminadas en general) que contienen al menos el 50 por ciento de material grueso retenido en la malla o tamiz No. 4. La estabilización de bases es utilizada para la construcción de caminos nuevos y para la reconstrucción de caminos deteriorados, y generalmente requiere la adición de 2 a 4 por ciento de cal respecto al peso del suelo seco. La mezcla en el lugar se usa comúnmente para la estabilización de bases, sin embargo, la mezcla en planta también puede ser utilizada. La cal también se usa para mejorar las características de las mezclas de suelo y agregados en "el reciclaje de espesor completo". 

Una de las ventajas que presenta la estabilización de suelo con cal son las siguientes:

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Presenta compatibilidad química con los cementos asfálticos, lo que conduce a una mayor adherencia entre estos dos materiales.

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Presenta la posibilidad de usar suelos disponibles en la zona, brindando mayor economía en la ejecución de la obra.

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Aumenta la capacidad portante del suelo, resistencia a tracción y comprensión del mismo.

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Por sus propiedades cementantes genera que el suelo sea más impermeable y que su vida útil sea mejor, siempre y cuando el mantenimiento sea el adecuado.

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No presenta fraguado rápido.

PROCESO DE CONSOLIDACIÓN DE SUELOS

El proceso de consolidación es un proceso de disminución de volumen, que tiene en un lapso provocado por un aumento de las cargas sobre el suelo. Frecuentemente ocurre que durante el proceso de consolidación la posición relativa de las partículas sólidas sobre un mismo plano horizontal permanece esencialmente la misma; así, el movimiento de las partículas de suelo puede ocurrir solo en dirección vertical. Al observar los depósitos de material muy suave situados en el fondo de una masa de agua, por ejemplo el de un lago, se nota que el suelo reduce su volumen conforme pasa el tiempo y aumentan las cargas por sedimentación sucesiva. En este caso citado, la consolidación seria de este tipo, considerado que los estratos depositados tienen gran extensión horizontal, en comparación con su espesor. En la consolidación unidimensional el volumen de la masa de suelo disminuye, pero los desplazamientos horizontales de las partículas sólidas son nulos. En este caso, las características de la consolidación de los estratos de arcilla pueden investigarse cuantitativamente con aproximación razonable, realizando la prueba de consolidación unidimensional sobre especímenes representativos del suelo, extraídos en forma tan inalterada como sea posible. En una situación real, donde es preciso resolver un problema de consolidación de suelos, es necesario determinar no solo el tiempo en el cual se produce la consolidación sino también la magnitud del asentamiento que tendrá lugar debido a la deformación del suelo. Para esto se realiza la prueba de consolidación, o también llamada prueba de compresión confinada, la cual consiste en someter a un esfuerzo de compresión axial a una muestra inalterada del suelo en estudio. La muestra deberá ser inalterada, porque como ya se mencionó, la consolidación depende de la estructura del suelo. La muestra a utilizar en el ensayo es cilíndrica con una altura pequeña en comparación al diámetro de la misma. Esta muestra se coloca dentro de un anillo metálico que impide la deformación transversal de la misma, por lo tanto el cambio de volumen viene dado únicamente por la disminución de la altura de la muestra. Dicho anillo, a su vez es colocado entre dos piedras porosas que permiten el drenaje por ambas caras. El anillo con la muestra y las piedras porosas, es colocado en un recipiente con agua, para asegurar que la muestra esté saturada durante la totalidad del ensayo. En contacto con el dispositivo descripto, llamado consolidómetro, se coloca un flexímetro o LVDT (Transductor diferencial de variación lineal) que mide la deformación en sentido vertical. El conjunto se ubica en un marco de carga (Figura 13). La aplicación de la carga se realiza a través de un brazo de palanca. Se somete a la probeta a distintos escalones de carga, manteniendo cada uno de ellos el tiempo necesario hasta que la velocidad de deformación se reduzca a un valor despreciable.

Para cada escalón de carga, se realizan mediciones de la deformación para diversos tiempos, y luego se traza con los datos obtenidos la gráfica deformación versus el logaritmo del tiempo o la gráfica deformación versus raíz del tiempo. Dichas gráficas son las llamadas curvas de consolidación. Antes de aplicar un nuevo escalón de carga, se registra el valor final de la deformación. Con este dato, con la altura inicial, y con el peso seco de la muestra puede determinarse el valor de la relación de vacíos correspondiente al escalón de carga en cuestión. Este proceso se repite para cada incremento de carga. Al final del ensayo se tiene, para cada uno de ellos, un valor de relación de vacíos y, con estos datos, se puede trazar una gráfica en la cual en las abscisas se colocan los valores de presiones (carga sobre el área de la muestra) correspondientes a cada escalón de carga en escala logarítmica, y en las ordenadas las relaciones de vacío correspondientes. Esta curva es llamada la curva de compresibilidad. Con las curvas de consolidación y de compresibilidad se determinan los parámetros necesarios para realizar los cálculos de tiempos de consolidación y asentamientos. Con los datos obtenidos mediante el ensayo de consolidación y en base a la teoría desarrollada anteriormente, es posible determinar para un estrato de suelo específico el coeficiente de consolidación:

Siendo Cv: coeficiente de consolidación. tensayo: Tiempo para el cual ocurre el porcentaje de consolidación determinado en el ensayo. Tv: factor de tiempo para el v% de consolidación obtenido de la curva teórica, correspondiente a las condiciones de drenaje del problema. Hlab: máxima distancia que recorre el agua en el ensayo. Y a partir de este coeficiente el tiempo necesario para que se complete total o parcialmente el proceso de consolidación. Existen dos métodos para calcular dicho coeficiente, ambos en base al análisis de las curvas teóricas de consolidación y de la comparación de esas curvas con las curvas obtenidas en los ensayos: método de Casagrande y método de Taylor. La siguiente figura muestra la gráfica de consolidación obtenida por estos métodos.

El proceso de consolidación se traduce en una disminución de volumen a medida que se aplica una carga. Teniendo en cuenta las hipótesis realizadas dicha reducción de volumen es debido a la expulsión del agua que se encuentra en los poros del suelo y, por lo tanto, en una reducción de altura lo que implica el asentamiento del estrato. El ensayo de consolidación brinda la información suficiente para poder calcular la magnitud de dicho asentamiento mediante la curva de compresibilidad que se puede dibujar mediante diferentes relaciones aunque en general se expresa como relación de vacíos en escala natural versus carga (presión efectiva) en escala logarítmica.

Si se analiza la curva de compresibilidad resultante de un ensayo, en ésta pueden diferenciarse tres partes bien definidas. Un primer tramo curvo con curvatura creciente, tramo A, un segundo tramo recto (cuando se trabaja en un gráfico con escala semilogarítmica), tramo B y un último tramo en el cual se disminuye la carga y la muestra recupera parte de la deformación, tramo C.