UNASAM FILIAL BARRANCA

DISEO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES Y RGIDOS

ESTABILIZACIN DE SUBRASANTES CON CAL

Subrasante

De la calidad de sta depende, en gran parte, el espesor que debe tener un pavimento, sea ste flexible o rgido. Como parmetro de evaluacin de esta capa se emplea la capacidad de soporte o resistencia a la deformacin por esfuerzo cortante bajo las cargas del trnsito. Es necesario tener en cuenta la sensibilidad del suelo a la humedad, tanto en lo que se refiere a la resistencia como a las eventuales variaciones de volumen. Los cambios de volumen en un suelo expansivo, pueden ocasionar graves daos a las estructuras que se apoyan sobre ste, por esta razn, al construir un pavimento hay que intentar al mximo controlar las variaciones volumtricas del mismo a causa de la humedad.

Es una parte esencial en el diseo de pavimentos. Tiene la particularidad de otorgar la respuesta estructural y el comportamiento del pavimento en construccin y operacin.

La subrasante puede estar constituida por suelos en su estado natural, o por stos con algn proceso de mejoramiento tal como la estabilizacin mecnica, la estabilizacin fsico qumica con aditivos como el cemento Portland, la cal, el asfalto, entre otras.

Denominacin: es la fundacin sobre el cual el pavimento ser construido.

SUBRASANTE

Como material de fundacin, se debe establecer cul es su resistencia mecnica y especficamente ante la presencia de cargas. Se busca la relacin entre la carga y la deformacin unitaria La resistencia vara con las condiciones de humedad, compactacin y confinamiento Deben representarse en laboratorio las mismas condiciones del proyecto

Tiene una gran influencia en las operaciones de construccin del pavimento y en la eficiencia del mismo. Las subrasantes inestables presentan problemas relativos a la colocacin y compactacin de los materiales de base y/o subbase y no dan soporte adecuado para las subsiguientes operaciones de pavimentacin.

Frecuentemente, las deficiencias en la construccin debidas a problemas de la subrasante no se detectan por encontrarse ocultas en el pavimento final; sin embargo pueden aparecer en el pavimento despus de la exposicin al trfico y al medio ambiente.

Las respuestas estructurales de un pavimento (esfuerzos, desplazamientos y agrietamientos) son influidas significativamente por la subrasante. Un gran porcentaje de las deflexiones en la superficie de un pavimento se puede atribuir a la subrasante.

Por ser la deflexin de la superficie un criterio de diseo, es NECESARIO ASEGURAR que la caracterizacin de la subrasante sea la adecuada

Las propiedades requeridas de la subrasante incluyen la resistencia, el drenaje, la fcil compactacin, la conservacin de la compactacin, la estabilidad volumtrica

Los suelos son altamente variables y sus propiedades cambian a lo largo del proyecto, en medida de que existan cambios en la humedad, en la densidad o se establezcan influencias ambientales, es decir, que las propiedades de la subrasante cambian con el tiempo

Busca reducir la plasticidad del sueloNo pretende desarrollar resistencias altasBusca que las caractersticas relativas a estabilidad y durabilidad sean suficientes

Provoca en los suelos arcillosos una notable disminucin de plasticidad Entrega mayor trabajabilidad en las operaciones de construccin Aporta buenas superficies de trabajo para los equipos de construccin Tiene definidas aplicaciones en el campo vial Modifica caractersticas indeseables y perjudiciales de los suelos arcillosos Produce una accin cementante adicional Lenta pero gradual ganancia de resistencia Sobre suelos granulares, que contienen menos del 50% de binder (pasa No. 40) y son tratados con %entre el 2 y el 4. Sobre materiales arcillosos, para mejorar subrasantes. Se tratan entre el 4 y 8%.

ESTABILIZACIN DE SUELOS CON CAL

SUELOS TRATADOS CON CAL AHORRA TIEMPO Y DINEROLa cal es el nico producto capaz de proveer una variedad de beneficios, puede ser utilizada en suelos inestables para: Secar Modificar Estabilizar

SECADO La cal viva (xido de calcio) qumicamente combinada con el agua, puede ser utilizada muy efectivamente para el secado de cualquier suelo con humedad.La combinacin del xido de calcio + agua, genera una reaccin exotrmica, provocando calor que evapora el agua del suelo.El xido de calcio se hidrata al agregarle agua o por la humedad de suelo.El efecto neto es que el secado ocurre rpidamente, dentro de unas horas, habilitando ms rpido el acceso al lugar y compactacin del suelo, que a que el suelo se seque a travs de la evaporacin natural.

El tratamiento con xido de calcio transforma las caractersticas y el desempeo de suelos arcillosos. En estas imgenes se muestra el mismo suelo antes (izquierda) y despus (derecha) de haberlo tratado con cal viva).Para hidratar 1 ton de xido de calcio se requiere de 320 L de agua.

MODIFICADO Ocurre despus de hacer el mezclado inicial del xido de calcio y los materiales arcillosos presentes en el suelo. Los iones de calcio (Ca++) de la cal se intercambian con las partculas de arcilla, con el agua y otros iones. Gracias al intercambio inico, el suelo arcilloso se modifica, resultando: Reduccin del ndice de Plasticidad El suelo se hace friable y granular Mejora la estabilizad y compactacin Se reduce la expansivita del sueloESTABILIZACIN La cal es utilizada para estabilizar y fortalecer las subbases y bases debajo del pavimento. Ganancia progresiva de resistencia a la compresin (VRS) con el tiempo. Durabilidad a largo tiempo en muy adversas condiciones Se crea una barrera resistente al agua. Reduccin del ndice de plasticidad. Reduce las caractersticas de expansin y agrietamientos. Cuando se agregan las cantidades adecuadas de cal y agua, el pH del suelo rpidamente se incrementa, siendo favorable para la formacin de silicatos y aluminatos de calcio. Incrementa substancialmente la capacidad de carga.

REACCIN QUMICA DE LA CAL CON ARCILLAS FLOCULACIN/AGLOMERACINPARTCULAS DE ARCILLA INESTABLES

La cal reacciona qumicamente con las partculas de arcilla alterando la interaccin molecular. Las arcillas sin tratar tienen una estructura molecular similar a algunos polmeros, y dan propiedades plsticas. La estructura puede atrapar agua entre sus capas moleculares, causando cambios en la densidad y el volumen. A mayor rea superficial de una arcilla, mayor ser su capacidad de atraer agua y mayor tambin ser su comportamiento expansivo.

ARCILLA DESPUS DE LA FLOCULACIN / AGLOMERACIN

En suelos arcillosos tratados con cal, los tomos de calcio (de la cal) han re-emplazado los tomos de sodio e hidrogeno, produciendo un suelo con caractersticas muy friables. El intercambio inico expulsa tambin las partculas de cal que se hallaban acumuladas en la superficie de la arcilla.La siguiente reaccin ocurre con la slice y almina disponible en suelo, formando un material cementante (el efecto puzolnico), ganando resistencia a la compresin progresivamente. Floculacin: la textura cambia, decrece el ndice de plasticidad y se hace trabajable el material tratado.

Cuando las cantidades de cal y agua son agregadas adecuadamente, el pH del suelo rpidamente incrementa arriba del 10.5, siendo favorable para la formacin de hidratos clcicos de slice y almina. Estos compuestos forman una matriz que contribuye a la resistencia del suelo. A como se forma esta matriz o estructura, el suelo es transformado de su alta expansivita, de un estado natural indeseable a ms granular, a un material relativamente impermeable que puede ser compactado en una superficie con una capacidad de soporte de carga. La controlada reaccin puzolnica crea un material que es permanente, durable, resistente a los agrietamientos y significativamente impermeable.La capa estructural que se forma es fuerte y flexible.REACCIONES PUZOLANAS USANDO CAL

Esencial para el tratamiento de suelos arcillosos Durante la reaccin con la slice y almina disponible en los suelos, se forma una estructura de materiales cementantes. (el efecto puzolnicos)

Esencial para el tratamiento de suelos no-arcillosos y material granulado (fragmentos de piedras, gravas, arena) La reaccin entre la cal, ceniza volante (flyash), la slice y almina forman una estructura de materiales cementantes. La cal y la ceniza volante (flyash) proveen un filler para las partculas grandes de un suelo arenoso o con grava.

LA CAL EN LA MODIFICACIN DEL SUELO: PREPARANDOEL TERRENO O REA Seca el suelo para seguir trabajando Gran plataforma de trabajo para maquinaria pesada Hace que las arcillas no trabajables, se conviertan en suelo trabajable en minutos. Las reacciones puzolnicas del tratamiento con cal continua a lo largo del tiempo, permitiendo que la base gane resistencia.

Costos ms bajos en la construccin. Hace que los materiales del lugar sean usables y trabajables. Elimina los costos de remover y acarrear materiales. Elimina el costo asociado con materiales para rellenar. Costos de vida ms bajos Ms bajos costos de mantenimiento a travs de mejor resistencia contra el agua y a los efectos de heladas y deshielos. Vida til de largo tiempo.

ESTABILIZACIN DE SUELOS CON XIDO DECALCIO

Qu lograr con el tratamiento del suelo? Tratamiento de suelo: es un trmino general que se aplica cuando se quiere modificar un suelo para un propsito en especfico. Qu propsito? Secar Modificar Estabilizar

1. Secado El tratamiento con xido de calcio permite el secado de suelos con alto contenido de humedad, mejorando su desempeo durante el proyecto constructivo. El xido de calcio se hidrata tomando humedad de suelo, generando grandes cantidades de calor que provocan la evaporacin de ms agua del suelo. La cantidad total de agua eliminada del suelo por efecto del xido de calcio es igual al doble del agua que se requiere para hidratarlo.

2. Modificacin La modificacin ocurre cuando el xido de calcio reacciona con los materiales arcillosos presentes en el suelo realizndose un intercambio inico entre las partculas de xido de calcio y de suelo. Gracias a este intercambio inico, el suelo arcilloso modifica su carga superficial lo que resulta en: Reduccin de la plasticidad del suelo Mejoramiento de la trabajabilidad Mejoramiento de las caractersticas para la compactacin

*Aplicacin del xido de calcio sobre suelo arcilloso para reducir su plasticidad e incrementar los valores de resistencia a la compresin finales.

3. Estabilizacin Proceso que ocurre progresivamente durante varios meses e incluye la reaccin de xido de calcio con el slice y la almina presentes en el suelo. El PH de la mezcla suelo+xido de calcio se incrementa siendo favorable para la formacin de silicatos y aluminatos de calcio. Inicialmente estos compuestos toman la forma de un gel que recubre las partculas del suelo y que posteriormente se cristalizan para formar hidratos clcicos de slice y almina. Como resultado se obtiene una ganancia progresiva de resistencia a la compresin (VRS)

3. Estabilizacin Reduce la plasticidad, la expansin y le da resistencia entre las partculas de arcilla.

MECANISMO DE REACCIN Las denominadas arcillas estn compuestas por una multitud de pequeas lminas que posee una gran rea superficial (150 a 400 m2 / gr). Estas arcillas posee una carga superficial negativa y para alcanzar neutralidad atraen partculas de sodio (+) y de agua (bipolares). Entre mayor sea el rea superficial de una arcilla, mayor ser su capacidad de atraer agua y mayor tambin ser su comportamiento expansivo. A menos que se modifique la superficie de las arcillas, stas se expandirn y contraern de acuerdo a los cambios climticos causando daos. Cuando se agrega xido de calcio a un suelo arcilloso, el calcio (++) reemplaza al sodio y las partculas de arcilla se transforman en hidratos clcicos de slice y almina. Este intercambio inico expulsa tambin las partculas de cal que se hallaban acumuladas en la superficie de la arcilla. Los hidratos clcicos de slice y almina forman una estructura permanente y fuerte con caractersticas cementantes que gana resistencia a la compresin progresivamente. Reacciones inmediatas (horas). Reduccin en contenido de agua Floculacin (la textura cambia, decrece el ndice de plasticidad y se apropia la trabajabilidad del material tratado). Reacciones de mediano y largo plazo (semanas, meses, aos). Reaccin puzolnica entre las partculas de cal con la arcilla. Recarbonatacin de la cal.CUNDO APLICAR UN TRATAMIENTOCON XIDO DE CALCIO? El tratamiento con xido de calcio mejora la textura y la resistencia a la compresin del suelo, hacindolo fcil de manejar durante la compactacin. El beneficio obtenido por el tratamiento es mayor cuanto mayor es el contenido de arcilla del suelo. Los tratamientos de estabilizacin pueden ser aplicados sobre una amplia variedad de suelos. La efectividad del tratamiento depender del nivel de arcilla presente (mnimo 7%) y de su capacidad para reaccionar. El diseo del tratamiento ms adecuado se desprende de un anlisis del suelo, para conocer la cantidad de xido de calcio adicionada para lograr un PH de 12.454. Los suelos con menos del 7% de arcilla pueden ser tratados adicionando materiales cementantes como el flyash (ceniza volante). La dosificacin conveniente es generalmente de una a tres partes de flyash contra una parte de cal (1-3:1). El flyash es un subproducto de la combustin del carbn que contiene grandes cantidades de slice y almina que pueden reaccionar con la cal.-

RESUMEN DEL PROCESO DE APLICACIN Escarificacin Suministro y aplicacin de xido de calcio Incorporacin de humedad Mezclad, pulverizacin. Curado de preferencia durante la noche (mnimo un 3% arriba en contenido ptimo de humedad del suelo tratado) Compactacin al 95% tan pronto sea posible despus de haber ocurrido el mezclado. Sellado con emulsin para que se cure la capa tratada, si va a recibir pavimento o sello. Control de calidad Contenido ptimo de Cal. Dosificacin en campo(Peso del envo/ rea a aplicar) Profundidad del suelo a tratar. (No exceder la del proyecto) Pulverizado del suelo (contacto entre arcilla y cal). Mezclado eficiente(Homogenizacin) Humedad Optima(mnimo un 3% arriba del suelo sin tratar) antes y despus.Se puede llevar a cabo una prueba de campo que nos indique de manera rpida el pH del suelo tratado, esto se lograra utilizando un indicador qumico, ya que se lograra tener una prueba de la reaccin de manera rpida que posteriormente se puede confirmar con la prueba de VRS.Se tienen diversa opciones de indicadores, los ms usuales para tal serian fenoftaleina y amarillo de alizarina.Adems es una prueba de bajo costo y de fcil aplicacin, ya que el costo de 250 ml del indicador es de $650 - $700, y se utiliza en una solucin al 0.1%, lo cual nos da un rendimiento de250 litros de solucin indicadora. Su aplicacin es sencilla ya que se puede rociar con un atomizador o tomar una muestra y mezclarla con un pequeo volumen de indicador en un vaso de precipitado. Esta prueba es instantnea por lo que nos ayudara a detectar deficiencias en el contenido de cal y as poder evitar problemas posteriores, por lo que puede ser parte del servicio de calidadque se ofrece en la obra.Ventajas y desventajas de usar cal en sus diferentes presentaciones para la estabilizacin de suelosCAL VIVAVENTAJAS: Es ms econmico su traslado en un 25% por la cantidad disponible de CaO La densidad es igual a la unidad por lo tanto su almacenamiento requiere menor volumen para silos. Reaccin ms rpida de secado. Extiende las temporadas de construccin (exceso de humedad o lluvia, por temporadas).DESVENTAJAS: La hidratacin en campo requiere un cuidado especial. Problemas de seguridad en su aplicacin.LECHADA DE CALVENTAJAS: No tenemos problemas de polvo en la aplicacin. Se distribuye uniformemente el producto en el suelo. Reduce costos para su hidratacin y mezclado por el manejo de pipas y equipo de mezclado para su distribucin en la forma seca. Ayuda a la humectacin pronta de los suelos en periodo del verano.DESVENTAJAS: La velocidad de aplicacin es lenta y necesitas camiones pipas con gran capacidad para aplicar la lechada. No es prctico para suelos hmedos.CAL HIDRATADAVENTAJAS: Se aplica dos o tres veces ms rpido que la lechada. Muy efectivo en suelos que no tienen mucha humedad. La hidratacin de la cal esta total y correctamente terminada.DESVENTAJAS: El polvo que se genera en su aplicacin. Su peso volumtrico la hace que sea ms costoso su traslado contra el producto seco. La dosificacin se pierde en lugares con mucho viento. El proceso de hidratacin en planta es ms caro que hacerlo en el lugar de aplicacin.

CONCLUSIONES Construyendo el futuro sobre bases slidas. Los suelos estabilizados mejoran de manera dramtica sus propiedades mecnicas y se vuelven impermeables. Este tratamiento produce cambios inmediatos en las caractersticas del suelo, as como una ganancia de la resistencia a la compresin progresiva. Se logra importantes ahorros al evitar costos en carga, acarreo y regalas (de material de banco y el existente en la obra), al hacer manejables y resistentes los suelos tratados con cal en el lugar de construccin de las obras y lograr un mejor control de calidad sobre estos contra el material de banco.

BASE Y SUB-BASE GRANULARPgina 14