Estabilización De Suelos Con Cal

Índice

Capítulo I: Introducción

¿Qué es la cal?

Estabilización de suelos con cal

Modificación y secado de suelos utilizando cal

La química del tratamiento con cal

Mezclas de cal-puzolana para suelos con cantidades bajas de arcilla

Capítulo II: Revisión y comparación de los procedimientos constructivos

Revisión de construcción

Ventajas y desventajas de las diferentes aplicaciones de la cal

Capítulo III: Descripción detallada de los pasos constructivos

Entrega

Estabilización de la subrasante (subbase)

1. Escarificación y pulverización inicial

2. Aplicación de la cal

3. Mezcla preliminar y adición de agua

4. Período de fraguado

5. Mezclado final y pulverización

6. Compactación

7. Curado final

Estabilización de la base

Recuperación de espesor completo

Agregado de capa de base – mezclado en planta

Cal para secado y modificación

Capítulo IV: Consideraciones adicionales

Mantenimiento del tráfico

Necesidad de la superficie expuesta

Limitaciones climáticas

Flexibilidad en la construcción

La lluvia no es perjudicial

Precauciones de seguridad al utilizar cal

Seguridad del trabajador

Seguridad del producto

Primeros auxilios

Cal seca – bolsas

Densidad bruta

Uso de otros estabilizadores con cal

Estabilización de la base

Cal y ceniza volante o polvo de horno de cal para la construcción de subbase

Sulfatos

Capítulo V: Otros usos

Aeropuertos

Comercios

Urbanizaciones

Estabilización de terraplenes

Apéndices

Especificaciones

Otras publicaciones sobre suelos

Conclusión: Índice plástico (IP)

Introducción

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 (Figura 1). 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.

Figura 1: Ejemplo extremo de fracaso de un pavimento por suelos inestables.

Figura 2: Comparación de arcilla plástica sin tratar y arcilla tratada con cal, después de la mezcla inicial y fraguado.

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.

Antes de iniciar cualquier proyecto de construcción, se deben desarrollar los planos y especificaciones. Para pavimentos de carreteras, el diseño debe ajustarse al tráfico esperado, tomando también en cuenta el medio ambiente, el sitio y las condiciones de los materiales. Todos los diseños estructurales deben basarse en pruebas de laboratorio y parámetros que se ajusten a las demandas del proyecto en particular y además, proveer la alternativa más económica para el uso planeado. Este manual se enfoca en los aspectos de construcción relacionados al tratamiento de suelos con cal. Las pruebas y la metodología de diseño de capas de suelo estabilizadas están disponibles en muchos lugares. Por ejemplo, se puede acceder al diseño de mezcla y el protocolo de pruebas, en http://www.lime.org/SOIL3. PDF

Se debe tomar en cuenta que el uso de cal para el secado de suelos, la modificación temporal y la estabilización permanente no está limitado a la construcción de carreteras.

En principio, este manual fue escrito para usos de pavimentos de carreteras, y así se mantiene el enfoque, ya que la mayor parte de cal para el tratamiento de suelo, se usa en la construcción de carreteras. Sin embargo, el empleo de cal para el secado de suelos, la modificación temporal y la estabilización permanente no se limita a la construcción de carreteras - ver Capítulo V para más información.

¿Qué es la cal?

Iniciaremos por indicar que para el tratamiento de suelos se puede utilizar cal viva (óxido de calcio – CaO), cal hidratada (hidróxido de calcio – Ca [OH]2) o una lechada de cal.1

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.

Estabilización de suelos con cal

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 (Figura 3). 1 una lechada de cal es una suspensión de cal hidratada en agua, que puede elaborarse a partir de cal hidratada o de cal viva

Figura 3: La capa estabilizada con cal soporta la erosión, ilustrando la resistencia.

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.2

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".

2 Los porcentajes de cal a utilizar deben ser determinados por un Ingeniero, utilizando un diseño de mezcla y un protocolo de prueba. En el apéndice D se muestra una tabla para convertir los porcentajes de cal en peso.

Modificación con cal y secado de suelos

Existen otros dos tipos importantes de tratamiento con cal utilizado en operaciones de construcción:

Primero, debido a que la cal viva se combina químicamente con el agua, puede ser usada con eficacia para secar suelos mojados. El calor generado por esta reacción también contribuye a secar los suelos mojados. La reacción con el agua ocurre incluso si los suelos no contienen fracciones arcillosas significativas. Cuando las arcillas están presentes, la reacción química de la cal con las arcillas, seca aún más los suelos. El efecto neto es que el secado ocurre rápidamente, dentro de un lapso de horas, permitiendo al contratista compactar el suelo mucho más rápidamente que si esperar a que el suelo se secara por la evaporación

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