Tema:

Arcillas expansivas y la

estabilización de suelos arcillosos expansivos mediante la utilización de cal

(hidróxido de calcio)

Coque Quishpe Leonardo Patricio

Universidad Central del Ecuador

Facultad de Ingeniería en Ciencias Fiscas y Matemáticas

Ingeniería Civil

Geología

ABSTRACT

Researchers have developed a method based on the use of lime to stabilize the expansive clay soils,

this process is achieved by obtaining optimal stabilization and strengthening of sub-bases and bases

of expansive clay soils.

The main objective of this treatment with lime in the expansive clay soils is considerably alter a

fundamental Technical Characteristics of expansive clays, as it is to reduce the percentage of

expansion or swelling of expansive clays against a previous hydration (absorption water or

moisture).

By treating lime on clay soils was achieved to obtain a soil with the following characteristics:

Improved stability

better resistance

better compaction

suitable for safe construction

RESUMEN

Los investigadores han desarrollado un procedimiento basado en la utilización de la

cal para lograr una estabilización el los suelos arcillosos expansivos, mediante este proceso

se lograra obtener una optima estabilización y fortalecimiento de las subbases y bases de

los suelos arcillosos expansivos.

como principal objetivo de este tratamiento con cal en los suelos arcillosos expansivos es

de modificar considerablemente una de las caracteristcas fundamentales de las arcillas

expansivas, como es el de reducir el porcentaje de expansión o hinchamiento de las arcillas

expansivas frente a una previa hidratación (absorción de agua o humedad).

Mediante el tratamiento de cal en suelos arcillosos se lograra obtener un suelo con las

siguientes caracteristicas:

Mejor estabilidad

mejor resistencia

mejor compactacion

apto para construcciones seguras

INTRODUCCION

Uno de los principales dificultades y que fue el motivo de la realización de este

ensayo es que los suelos arcillosos presentan como característica principal la expansión o

compactación de las arcillas expansivas, las cuales son causantes de enormes daños

provocados sobre construcciones.

Uno de los principales propositos que se va a analizar y alcanzar,son los efectos del

oxido de calcio sobre suelos arcillosos tratados tales como son :

Al momento de estabilizar los suelos arcillosos, la cal se la puede aplicar en diversas

formas como veremos a continuacion :

Al final de este ensayo analizaremos la ventajas y desventajas del uso de las

diferentes formas que se puede aplicar la cal en el momento de realizar la estabilización de

los suelos arcillosos expansivos.

Ademas en este ensayo se presentara unos ejemplos en los que constan varias

edificaciones construidas sobre suelos arcillosos expansivos y su posterior consecuencia a

causa de asentamientos o expansión del suelo.

SECAR

MODIFICAR

ESTABILIZAR

ARCILLAS EXPANSIVAS

LECHADA DE CALCAL VIVA CAL HIDRATADA

DESARROLLO

Tratamiento de suelo:

Es un término general que se aplica cuando se quiere modificar un suelo para un propósito

en específico.

Arcillas expansivas:

Son todas aquellas arcillas que tienen la capacidad de incluir agua en su estructura

de láminas, lo cual genera un ensanchamiento o expansión de la estructura cristalina

original de las arcillas

Las arcillas expansivas pueden llegar a producir problemas en las edificaciones,

casas y carreteras. tienen una gran capacidad de hinchamiento, pudiendo llegar a

producirse la completa disociación o separación de las láminas, teniendo como resultado

un alto grado de dispersión y un máximo desarrollo de propiedades coloidales.

Las denominadas arcillas están compuestas por una multitud de pequeñas láminas que

posee una gran área superficial (150 a 400 m2 / gr).

Estas arcillas posee una carga superficial negativa y para alcanzar neutralidad

atraen partículas de sodio (+) y de agua (bipolares).

Entre mayor sea el área superficial de una arcilla, mayor será su capacidad de atraer

agua y mayor también será su comportamiento expansivo.

A menos que se modifique la superficie de las arcillas, éstas se expandirán y

contraerán de acuerdo a los cambios climáticos causando daños.

Cuando la arcilla se encuentra a considerable distancia bajo la superficie no se

expande ni se contrae tanto, como cuando se encuentra cerca de la superficie, por lo tanto,

los daños por levantamiento o movimientos muros pueden ser reducidos si estos se colocan

a a una cnsiderable distancia bajo la superficie.

Las arcillas expansivas se caracterizan a menudo por su alto límite líquido (LL) y

un alto índice de plasticidad (IP).

El límite líquido del suelo (LL) : se define como el contenido de humedad

expresado en porcentaje con respecto al peso seco de la muestra, con el cual el suelo

cambia del estado líquido al plástico.

La plasticidad es la propiedad que presentan los suelos en poder deformarse, hasta

cierto límite sin romperse.

SI LIMITE LIQUIDO MENOR 35% BAJA PLASTICIDA

SI LIMITE LIQUIDO ENTRE 30%-50% PLASTICIDAD INTERMEDIA

SI LIMITE LIQUIDO ENTRE 50%-70%

ALTA PLASTICIDADSI LIMITE LIQUIDO ENTRE 70%-90%

PLASTICIDAD MUY ALTA

SI LIMITE LIQUIDO MAYOR 90%

PLASTICIDAD EXTREMADAMENTE ALTA

EFECTOS DEL ÓXIDO DE CALCIO SOBRE EL SUELO TRATADO

1. Secado

El tratamiento con óxido de calcio permite el secado de suelos con alto contenido

de humedad, mejorando su desempeño durante el proyecto constructivo.

El óxido de calcio se hidrata tomando humedad del suelo, generando grandes

cantidades de calor que provocan la evaporación de más agua del suelo.

La cantidad total de agua eliminada del suelo por efecto del óxido de calcio es igual

al doble del agua que se requiere para hidratarlo.

2. Modificación

La modificación ocurre cuando el óxido de calcio reacciona con los materiales

arcillosos presentes en el suelo realizándose un intercambio iónico entre las

partículas de óxido de calcio y de suelo.

Gracias a este intercambio iónico, el suelo arcilloso modifica su carga superficial lo

que resulta en:

Reducción de la plasticidad del suelo

Mejoramiento de la trabajabilidad

Mejoramiento de las características para la compactación

3. Estabilización

Proceso que ocurre progresivamente durante varios meses e incluye la reacción de

óxido de calcio con el sílice y la alúmina presentes en el suelo.

El PH de la mezcla suelo+óxido de calcio se incrementa siendo favorable para la

formación de silicatos y aluminatos de calcio.

Inicialmente estos compuestos toman la forma de un gel que recubre las partículas

del suelo y que posteriormente se cristalizan para formar hidratos cálcicos de sílice

y alúmina.

Como resultado se obtiene una ganancia progresiva de resistencia a la compresión

(VRS)

Reduce la plasticidad, la expansión y le da resistencia entre las partículas de arcilla.

Reacción que se presenta en la estabilización de suelos arcillosos expansivos en el

momento de aplicar la cal:

Cuando se agrega óxido de calcio a un suelo arcilloso, el calcio (++) reemplaza al

sodio y las partículas de arcilla se transforman en hidratos cálcicos de sílice y

alúmina.

Este intercambio iónico expulsa también las partículas de cal que se hallaban

acumuladas en la superficie de la arcilla.

Los hidratos cálcicos de sílice y alúmina forman una estructura permanente y fuerte

con características cementantes que gana resistencia a la compresión

progresivamente.

Reacciones inmediatas (horas).

Reducción en contenido de agua

Floculación (la textura cambia, decrece el índice de plasticidad y se apropia la

trabajabilidad del material tratado).

Reacciones de mediano y largo plazo (semanas, meses, años).

Reacción puzolánica entre las partículas de cal con la arcilla.

Recarbonatación de la cal.

CONCLUSIONES

Lo que se pudimos concluir con la elaboración de este ensayo es que los suelos

arcillosos expansivos son muy perjudiciales para todo tipo de edificación, debido a que las

arcillas expansivas poseen la característica de retracción y posterior asentamiento del suelo

provocado por un secamiento acelerado. Las arcillas expansivas cuando se encuentran

húmedas o mojadas son muy pegajosas y producen un aumento en su volumen lo cual

desencadena en una fuerza de empuje hacia la superficie del suelo y la correspondiente

acción de desplazamiento, rotura o agrietamiento de edificaciones que se encuentran sobre

el suelo arcilloso expansivo

Al presentarse estos acontecimientos perjudiciales, se puede proceder a la

estabilización de los suelos mediante la aplicación de la CAL, a continuación concluimos

las diferentes formas en las que se puede aplicar la cal y sus respectivas ventajas y

desventajas:

CAL VIVA

VENTAJAS:

Es más económico 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.

Reacción más rápida de secado.

Extiende las temporadas de construcción (exceso de humedad o lluvia, por

temporadas).

DESVENTAJAS:

La hidratación en campo requiere un cuidado especial.

Problemas de seguridad en su aplicación.

LECHADA DE CAL

VENTAJAS:

No tenemos problemas de polvo en la aplicación.

Se distribuye uniformemente el producto en el suelo.

Reduce costos para su hidratación y mezclado por el manejo de pipas y equipo de

mezclado para su distribución en la forma seca.

Ayuda a la humectación pronta de los suelos en periodo del verano.

DESVENTAJAS:

La velocidad de aplicación es lenta y necesitas camiones pipas con gran capacidad

para aplicar la lechada.

No es práctico para suelos húmedos.

CAL HIDRATADA

VENTAJAS:

Se aplica dos o tres veces más rápido que la lechada.

Muy efectivo en suelos que no tienen mucha humedad.

La hidratación de la cal esta total y correctamente terminada.

DESVENTAJAS:

El polvo que se genera en su aplicación.

Su peso volumétrico la hace que sea más costoso su traslado contra el producto

seco.

La dosificación se pierde en lugares con mucho viento.

El proceso de hidratación en planta es más caro que hacerlo en el lugar de

aplicación.

ANEXOS

PROCEDIMIENTO DE ESTABILIZACION DE SUELOS ARCILLOSOS CON CAL:

El tratamiento con óxido de calcio transforma las características y el desempeño de suelos arcillosos.En estas imágenes se muestra el mismo suelo antes (izquierda) y después (derecha) de haberlo tratado con cal viva).

Extremo de fracaso de un pavimento por suelos inestables.

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

Aplicación del óxido de calciosobre suelo arcilloso

Arcilla floculada con cal.

Escarificación antes de la aplicación de la cal.

Camellón utilizado para contener la cal antes de la mezcla

Ejemplo de aplicación de lechada.

Escarificación después de extensión de cal

Adición de agua después la aplicación de cal seca5

Estabilizadora de suelos utilizada para la mezcla inicial.

Mezcla y pulverización.

Compactadores “Pata de cabra” (arriba) y “de almohadillas” (abajo)

DAÑOS PROVOCADOS A

CAUSA DE SUELOS ARCILLOSOS

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