NOTAS SOBRE ESTABILIZACIN DE SUELOS 1. INTRODUCCIN Cada vez es ms difcil encontrar bancos de materiales ptreos adecuados para la construccin de caminos, que cumplan con las especificaciones solicitadas para terraceras, sub-bases, bases, o bien para poderse desplantar sobre de ellos, al menos como terreno de cimentacin. La normatividad que se exige en Mxico, por parte de las entidades encargadas de ello, es cada vez ms estricta (Normatividad SCT - IMT) y los contratistas deben de cumplir con tales normas y especificaciones que aparecen en los proyectos. Los suelos locales estn siendo cada vez ms usados, mediante un mejoramiento, que puede lograrse a travs de alguna de las siguientes opciones:

- Aceptar el material tal como se encuentra en el sitio o banco cercano, - Eliminar la parte del material que no cumple o substituirlo por otro de caractersticas adecuadas, - Modificar las propiedades del material existente, para hacerlo capaz de cumplir los requerimientos.

La ltima alternativa da lugar a las tcnicas de estabilizacin de suelos (Ingles, O.G., Rico y del Castillo, Vol. II). En rigor son muchos los procedimientos que pueden seguirse para lograr esa mejora de las propiedades de los suelos, con vistas a hacerlos apropiados para algn uso especfico, lo que constituye la estabilizacin. Los procedimientos ms comunes para la estabilizacin de suelos son:

- por medios mecnicos: compactacin y el mezclado de dos o ms tipos de suelos, - uso de geotextiles, - por drenaje, drenes verticales, y muchos otros procedimientos fsicos, - por medios qumicos, generalmente lograda por la adicin de agentes estabilizantes especficos aditivos tales como el cemento, la cal, el asfalto, uso de polmeros, enzimas orgnicas, u otros.

La gran variabilidad de los suelos y sus composiciones hacen que cada mtodo resulte slo aplicable a un nmero limitado de tipos de ellos y estar conscientes que del conjunto de propiedades que se desee mejorar y la relacin entre lo que se lograr al mejorarlas y el esfuerzo y dinero que en ello haya de invertirse. Slo balanceando cuidadosamente estos factores podr llegarse a un correcto empleo de la estabilizacin de suelos. Las propiedades de los suelos que ms frecuentemente se estudian en problemas de estabilizacin son:

- Estabilidad volumtrica, - Resistencia, - Permeabilidad, - Compresibilidad o deformabilidad, - Durabilidad (permanencia).

Frecuentemente ser posible utilizar tratamientos que mejoren simultneamente varias de esas propiedades, pero tambin debe estarse preparado a encontrar evoluciones contradictorias en la lista, de manera que el mejoramiento de una propiedad signifique el deterioro de otra u otras. No debe verse a la estabilizacin slo como una medida correctiva; algunos de los mejores usos de estas tcnicas representan ms bien medidas preventivas contra condiciones adversas susceptibles de presentarse posteriormente a mediano o largo plazo. El mayor problema de las estabilizaciones la presentan quizs los suelos orgnicos, por su baja resistencia inicial y el cambio de sus propiedades mecnicas en el tiempo; muchos de los ms graves problemas de falta de resistencia ocurren precisamente en suelos orgnicos. La Tabla 1 da una idea de la influencia del contenido de materia orgnica en los efectos de la estabilizacin en suelos.

Tipo de suelo Prof. Cont. Mat. Orgnica Resistencia a compresin simple a 7 das*

- (m) (%) (Kg/cm2)

- - - Sin estabilizar 10% cemento 10% cal

Tierra vegetal 0.45 2.65 3.80 15.50 1.90

Tierra vegetal 1.60 0.22 3.80 36.00 47.00

Arcilla orgnica 0.10 13.70 1.05 1.83 2.25

Arcilla orgnica 0.60 2.50 6.30 20.00 1.83 Arcilla orgnica 0.10 11.70 3.15 7.00 5.60 Arcilla orgnica 0.45 2.00 5.00 20.00 16.20 Arcilla orgnica 0.10 10.30 3.90 4.20 4.90 Arcilla orgnica 0.80 2.40 5.00 41.00 26.80

Tierra superficial 0.10 3.10 3.90 30.00 11.20

Tierra superficial 0.45 1.10 5.00 42.00 22.50

* Especmenes compactados al 95% AASHTO estndar. Tabla 1. Efecto de la materia orgnica en los resultados de la estabilizacin

A continuacin se mencionan las propiedades de los suelos ms susceptibles de ser mejoradas por estabilizacin. 2. PROPIEDADES DE LOS SUELOS SUSCEPTIBLES MEJORARSE POR ESTABILIZACIN Existen varias propiedades de los suelos que caen dentro de las posibilidades de mejorarse por estabilizacin; estas son: estabilidad volumtrica, resistencia, permeabilidad, compresibilidad y durabilidad. 2.1 Estabilidad volumtrica Se refiere por lo general a los problemas relacionados con suelos expansivos por cambio de humedad, relacionado con variaciones estacionales. La estabilizacin suele ofrecer una alternativa de tratamiento para estos suelos, diferente del uso de cargas, capas permeables, introduccin de agua, etc., que forman la gama de lneas de accin ms usual; se trata de modificar la masa de arcilla expansiva, bien sea en una masa rgida o en una granulada, con sus partculas unidas por lazos suficientemente fuertes como para resistir las presiones internas de expansin. Esto se logra por tratamientos qumicos; la experiencia, muy orientada por factores econmicos, ha demostrado que los tratamientos qumicos son tiles sobre todo para arcillas ubicadas cerca de la superficie del terreno. En muchos de los casos de tratamientos de capas superficiales de arcilla expansiva, la economa impone estabilizar solamente la parte

superior del manto, en un cierto espesor y ello ser suficiente, siempre que se balancee correctamente la presin de expansin que producir el espesor no tratado. 2.2 Resistencia Existen varios mtodos de estabilizacin que se han revelado tiles para mejorar la resistencia de muchos suelos; el ms conocido de ellos es la compactacin, sin importar que sean suelos granulares o suelos finos, arcillosos o limosos, o alguna de las mltiples combinaciones que se pueden presentar. La compactacin es de hecho una forma de estabilizacin mecnica a la que se recurre para incrementar la resistencia de los suelos, como uno de sus objetivos ms comunes, sin embargo, el empleo de mayores intensidades de compactacin no siempre conduce a valores ms altos de la resistencia, muy especialmente si se considera la necesidad de mantener dicho parmetro en valores razonables durante tiempos largos. Algunas de las formas de estabilizacin ms usadas para elevar resistencia son las siguientes:

- Compactacin, - Precarga, - Drenaje, - Estabilizacin mecnica con mezclas de otros suelos, - Estabilizacin qumica con: cemento, cal, aditivos, etc.

2.3 Permeabilidad Es relativamente sencillo el modificar substancialmente la permeabilidad de formaciones de suelo por mtodos tales como la compactacin. En materiales arcillosos, el uso de defloculantes (por ejemplo, polifosfatos) puede reducir la permeabilidad tambin significativamente; el uso de floculantes (muchas veces hidrxido de cal o yeso) aumenta correspondientemente el valor de la permeabilidad. Debe tenerse cuidado en el uso de los aditivos, ya que en algunas casos, al mezclarlos con el suelo se puede reducir su permeabilidad, pero tambin se pueden tener efectos desfavorables en la resistencia al esfuerzo cortante de los suelos. En trminos generales y eliminando la estabilizacin mecnica los mtodos de estabilizacin para modificar la permeabilidad de los suelos suelen estar bastante desligados de los mtodos con los que se busca variar la estabilidad volumtrica o la resistencia. 2.4 Compresibilidad La compactacin es una forma rutinaria de estabilizacin que modifica fuertemente la compresibilidad de los suelos, aunque la compactacin en s no ser discutida aqu. Est asociada directamente al tipo de suelo por compactar estabilizar y debe cumplir con las especificaciones y normatividad que le son asociadas a la capa de suelo que se piense colocar. 2.5 Durabilidad Suelen involucrarse en este concepto aquellos factores que se refieren a la resistencia al intemperismo, a la erosin o a la abrasin del trfico; de esta manera, los problemas de durabilidad en las vas terrestres suelen estar muy asociados a suelos situados relativamente cerca de la superficie de rodamiento. En rigor, estos problemas pueden afectar tanto a los suelos naturales como a los estabilizados, si bien en estos ltimos, los peores comportamientos suelen ser consecuencia de diseos inadecuados, tales como una mala eleccin del agente estabilizador o un serio error en su uso, tal como podra ser el caso cuando se ignora la bien conocida susceptibilidad de los suelos arcillosos estabilizados con cemento a la presencia de sulfatos. En la prctica se echan de menos criterios de campo o de laboratorio que permitan establecer con seguridad cul va a ser la durabilidad de un suelo estabilizado y ste es un motivo que contribuye poderosamente a que el concepto durabilidad sea de los ms difciles de analizar, por lo menos cuantitativamente.

En algunas entidades y para algunos diseadores y/o contratistas, los mtodos ms comunes de estabilizacin se traduce en preferencias por uno u otro mtodo, no siempre bien fundadas, que han llegado a convertirse en rutina de construccin, en tanto otros no se usan nunca, mientras que otros confan mucho en alguno de estos ltimos mtodos y rechazan alguno de los primeros. A pesar de lo anterior, algunos mtodos de estabilizacin van imponindose en forma general, dejando a un lado los de estabilizacin mecnica, que se han impuesto en todas partes. Los mtodos de estabilizacin con cemento, cal y asfalto, as como con otras tecnologas ms recientes, como el uso de qumicos: cloruro de calcio, fosfatos, polmeros, enzimas orgnicas, etc. Hay muchos otros mtodos de estabilizacin que no tienen tanta aplicacin en las vas terrestres, aunque no dejan de ser muy socorridos en el caso de cimentaciones, como sucede con la precarga, el uso de drenes verticales, geosintticos, inclusiones, micropilotes, vibrocompactacin, etc. 3. IDENTIFICACIN DE SUELOS CON FINES DE ESTABlLIZACIN El Sistema Unificado de Clasificacin de Suelos, SUCS, tiene un uso casi universal para el manejo de estos materiales en la tecnologa de las vas terrestres, sin embargo, es un hecho que ignora o, por lo menos, no destaca suficientemente algunas caractersticas de los suelos que tienen una importancia especial en los problemas de estabilizacin, sobre todo la qumica. Algunos de estos factores no suficientemente tomados en cuenta por el sistema son la composicin mineralgica, la permeabilidad, la influencia de condiciones locales, tales como clima o vegetacin y la historia geolgica previa, especialmente en lo que se refiere a suelos finos. Es por eso que al afrontar problemas de estabilizacin de suelos suele ser necesario complementar la clasificacin que proporciona el SUCS con alguna informacin adicional referente a estos aspectos con vistas a su estabilizacin. En las pginas siguientes se presentan algunas ideas que pueden permitir reconocer algo de la composicin de los suelos que el ingeniero de vas terrestres encuentra en sus obras y que pueden servirle para complementar la informacin obtenida de una clasificacin dentro del SUCS. La Tabla 2 proporciona algunas ideas al respecto.

Perfil Observado Componentes mineralgicas

Arcillas jaspeadas, con coloraciones rojo, naranja o blanco

Caolinitas

Arcillas jaspeadas, con coloraciones amarillas, naranja o gris

Montmorilonitas

Arcillas negras o gris obscuro Montmorilonitas

Arcillas caf y caf-rojizas Ilitas o con algo de montmorilonita

Arcillas blancas o gris claro Caolinitas y bauxitas

Suelos micceos Micas

Cristales pequeos, fcilmente disgregables Yesos

Ndulos suaves, diseminados y solubles en cido

Carbonatos

Ndulos duros, caf-rojizo Minerales de hierro, lateritas

Agrietamiento intenso, ancho, profundo y espaciado (5 6 cm o menos)

Ilitas ricas en calcio o montmorilonitas

Igual que el anterior, pero con las grietas espaciadas 30 cm. ms

Ilitas

Suelos disgregables, de textura abierta y con apreciable contenido de arcilla

Generalmente carbonatos y caoln. Nunca Montmorilonita y rara vez Ilita

Suelos disgregables, de textura abierta, negros y con apreciable contenido de arcilla

Suelos orgnicos. Turbas

Suelos disgregables, de textura abierta, con bajo contenido de arcilla

Carbonatos. Arenas y limos.

Suelos de apariencia rugosa cuando presentan superficies expuestas al intemperismo

Montmorilonita. Salinidad,

Horizontes delgados de suelos blancuzcos, a menos de 60 cm de la superficie

Sobre los horizontes blancuzcos limas finos. Abajo, arcillas inestables. Probablemente pueden existir aguas suspendidas en los horizontes blancuzcos

Tabla 2 Informacin cualitativa sobre composicin mineralgica a partir de la observacin del perfil de suelos La Tabla 3 proporciona algunas indicaciones en cuanto a posibilidades de estabilizacin de diferentes materiales comunes y la Tabla 4 proporciona indicaciones en torno a la respuesta tpica de algunos minerales importantes a los diferentes mtodos de estabilizacin.

Tipo de suelo Problemas y medios comunes de estabilizacin

Arenoso Si granulometra uniforme: mezclar con otro suelo; Arenas limpias: con cemento o asfalto.

Limos arcillosos Compactacin, cal, geotextiles

Limoso con poca arcilla Compactacin, cal, geotextiles

Arcillosos agrietados Cal, geotextiles

Arcillosos duros, no agrietados, Cal, geotextiles, compactacin

Arcilloso suave Cal, geotextiles.

Tabla 3

Problemas tpicos y posibilidades de estabilizacin de algunos suelos comunes

Mineral o componente del suelo

Estabilizacin recomendable Finalidad

Materia orgnica Mecnica; geotextiles Los dems no funcionan

Arenas Mezcla con materiales finos no plsticos

Para estabilidad mecnica

Cemento Para incrementar resistencia

Asfalto Para adquirir cohesin

Limos Geotextiles Los dems no funcionan

Alfanos (Silicatos de aluminio)

Cal o mezclas de cal y yeso Para incrementar la resistencia

Caolinita Arena Para estabilidad mecnica

Cemento Para incrementar resistencia a corto plazo

Cal Para mejorar trabajabilidad y adquirir resistencia a largo plazo

Ilita Cemento Para incrementar resistencia a corto plazo

Cal Para mejorar trabajabilidad y adquirir resistencia a largo plazo

Montmorilonita Cal Para mejorar trabajabilidad y adquirir resistencia a corto plazo

Clorita Cemento An no hay experiencia concluyente sobre los efectos de esta estabilizacin

Tabla 4

Respuesta de algunos minerales tpicos a los diferentes mtodos de estabilizacin La saturacin o no saturacin de los suelos tiene importantes implicaciones en su estabilizacin. Los suelos finos saturados pueden manejarse convenientemente con cal, pero pueden ser muy inapropiados para tratamientos asflticos o con emulsiones, pues los primeros pueden no penetrar o tener serios problemas de adherencia, en tanto que las emulsiones tienen rompimientos no controlados; las resistencias adquiridas por estabilizacin con cemento suelen ser bastante menores que en los mismos suelos ms secos. En los suelos finos no saturados puede haber respuestas muy favorables al uso de cal o cemento, pero la incorporacin homognea del agua llega a ser tan importante como la del mismo estabilizante. 4. ESTABILIZACIN MECNICA Aqu se trata exclusivamente el caso de estabilizacin de suelos por mezcla con otros suelos, dejando a un lado la ms comn y rutinaria forma de tratamiento mecnico, que es la compactacin (Rico y del Castillo, Volumen I). Cuando se disean mezclas de suelos para lograr con ellas unas determinadas propiedades deseables, la granulometra suele ser el requisito ms relevante en la fraccin gruesa, en tanto que la plasticidad lo es en la fraccin fina. El tamao mximo de las partculas de la mezcla tiene importancia, puesto que tamaos demasiado grandes son difciles de trabajar y producen superficies muy rugosas y sin adecuada compactacin. Una proporcin demasiado grande de tamaos gruesos no compactables conduce a mezclas muy segregables. La presencia de contenidos importantes de materiales finos, menores que la malla 40, hace difcil lograr buenas caractersticas de resistencia y de deformabilidad, adems de que puede conducir a superficies demasiado lisas y lodosas cuando estn hmedas, y pulverulentas cuando estn secas. Se han hecho estudios de laboratorio para cuantificar el efecto de la incorporacin de finos (material menor que la malla No. 200) a los triturados ptreos que suelen disponerse como materiales de base de pavimentos. A una matriz constituida por un basalto triturado en planta, a tamao mximo de 3.8 cm (1 "), se le aadieron porcentajes variables, comprendidos entre 5 y 20% de un material fino relativamente inerte (CL -ML), de una caolinita y de una bentonita comercial; se estudiaron los efectos de estos finos en el comportamiento de las mezclas obtenidas en cuanto a resistencia triaxial, relacin esfuerzo-deformacin y valor relativo soporte, se compactaron de manera dinmica y posteriormente se dejaron en situaciones de absorber agua. Se presentan las resistencias mximas medidas en la cmara triaxial de Texas y correspondientes a una deformacin unitaria de la muestra de 2.5 %. Las curvas corresponden a mezclas con CL-ML y con bentonita. Se vio de inmediato el efecto de la plasticidad de los finos, disminuyendo las resistencias y aumentando la deformabilidad, aunque resulta notable la menor influencia de los finos menos plsticos. La influencia de la actividad de los finos en la deformabilidad de la mezcla es sobresaliente; los finos ms inertes ejercen un efecto relativamente moderado en el comportamiento esfuerzo-deformacin de las mezclas, pero esta situacin cambia drsticamente cuando se incorpora bentonita.

Lo mismo sucedi en el caso del CBR, se formaron muestras AASHTO estndar y posteriormente se saturaron. Los resultados corroboran la sensacin de muchos especialistas que se declaran francamente en contra del empleo de cantidades imprudentes de finos en mezclas de suelos, con fines de estabilizacin; difcilmente puede pensarse en obtener un buen comportamiento de una mezcla en la que haya ms de un 8 % de finos menores que la malla No. 200 y este lmite puede ser aceptable s y slo si los finos son realmente inertes, lo que resulta muy difcil de garantizar en la tecnologa de las vas terrestres, en vista de los procedimientos de control de la actividad del material extrado en banco que es posible usar. Los contenidos de finos que producen el mayor peso volumtrico o el mayor CBR conducen a mezclas de comportamiento muy poco confiable o absolutamente inadecuado, dependiendo de la actividad de los finos. Los resultados reflejan una condicin fsica de las mezclas de suelos; que se compactan mejor o se penetran ms difcilmente si hay finos que llenen los huecos entre las partculas gruesas, pero sin exceder significativamente ese valor, pero de ningn modo reflejan un comportamiento general en cuanto a resistencia o deformabilidad, en condiciones variadas de esfuerzos, bajo el efecto del agua o a largo plazo. De lo anterior se deduce que el aspecto ms delicado de la estabilizacin con mezclas de otros suelos es el criterio mismo que se adopte para medir las propiedades del nuevo suelo. Si se adopta el criterio de lograr un mayor peso volumtrico, se corre el riesgo de tolerar la inclusin de cantidades de finos excesivamente elevadas. Si se estabiliza para lograr un mayor CBR, se caer fcilmente en el mismo error, adems de que la prueba de medicin (el CBR) no discrimina suficientemente la calidad de los finos incorporados en el sentido de que finos relativamente poco y muy perjudiciales conducen a similares valores del CBR. El control de los finos mezclados midiendo adicionalmente y por separado la plasticidad de los mismos no parece ser suficiente en la prctica, quizs por los muy rpidos cambios en plasticidad que se producen en los bancos, que muy difcilmente pueden ser detectados a tiempo por un control de calidad normal. El criterio para juzgar las virtudes de una mezcla de suelos debe ser ver la incidencia de la manipulacin en las propiedades fundamentales del suelo, que usualmente sern la resistencia triaxial y la relacin esfuerzo-deformacin. En lo que se refiere a la preparacin de mezclas de dos suelos, para producir un tercero que tenga una granulometra que le garantice ciertas propiedades deseables, previamente establecidas por un estudio de laboratorio o por unas especificaciones, existen en la prctica diversos mtodos, variantes de una misma idea central. El mezclado en s puede ser causa de problemas, sobre todo cuando los componentes son finos. La utilizacin de maquinaria especial puede simplificar mucho el trabajo. Los suelos ms finos suelen requerir pulverizacin antes de las operaciones de mezclado, lo que puede hacerse con arados de discos, rastras, etc. 4.1 Tratamiento de suelos En trminos generales el problema puede enunciarse as: a menudo los materiales cercanos a los sitios de trabajo no cumplen los requisitos necesarios para utilizarse en alguna capa de la seccin transversal de una obra; entonces, es preciso realizar uno o varios tratamientos para mejorar sus caractersticas. Estos tratamientos deben resultar ms econmicos que tener grandes distancias de acarreo. Los principales tratamientos empleados en las vas terrestres son: disgregado, cribado, compactacin y estabilizacin. Los tres primeros tienen como finalidad lograr que las partculas sean de tamaos menores que el mximo requerido, aunque tambin se puede controlar la granulometra con ellos. 4.1.1 Disgregado de materiales El disgregado se utiliza en materiales finos con grumos, en materiales granulares poco o medianamente cementados y en rocas alteradas. Para realizar este tratamiento, se pasan rodillos lisos metlicos sobre el material hasta que el desperdicio (la cantidad de partculas con tamao mayor que el necesario) es de menos del 10%. Despus se retira una parte de estas partculas de tal manera

que al final se tenga un desperdicio menor al 5%. Cuando el costo de este tratamiento es alto, ya sea por el gran nmero de pasadas necesarias del equipo sobre el material o porque el desperdicio al final es mayor que el 10%, es posible recurrir a otro tipo de tratamiento: el cribado. 4.1.2 Cribado de materiales Si el material que se habr de utilizar es granular y tiene un desperdicio mayor al 10%, se procede a cribarlo; para este fin, se usan mallas o tamices con una abertura un poco mayor que el tamao mximo permisible. En este trabajo se utiliza una planta con tamices o mallas de diferentes tamaos, para controlar la granulometra y una serie de bandas para transportar los materiales a las mallas, a los silos o almacenamientos. Los materiales que en forma general requieren cribado son las grava-arenas de playones, arroyos, ros o minas. 4.1.3 Triturado de materiales Cuando el desperdicio del cribado es mayor que el 25%, lo ms conveniente es triturar, es decir, quebrar las partculas mayores que el tamao mximo requerido. Este tratamiento es parcial o total. El primero se ejecuta cuando el desperdicio es del orden del 25% y consiste en cribar primero el material y slo triturar el desperdicio. Cuando ste es ms del 50%, se realiza el triturado total, al pasar todo el material por la mquina, sin cribarlo antes. Una planta de trituracin consta en lo fundamental de trituradoras, cribas y bandas. De acuerdo con los tamaos de material que admiten, las trituradoras pueden ser: primarias, secundarias o terciarias. Las trituradoras primarias admiten fragmentos de roca hasta de 75 cm (30) y producen agregados con un tamao mximo de 15 cm (6). Estas trituradoras por lo general son de quijadas y cuentan con dos placas de acero, una mvil y otra fija, las cuales admiten el material al separarse y lo fracturan cuando se juntan. Las trituradoras secundarias trabajan con material de hasta 25 cm (10) en la admisin y lo reducen a un tamao mximo de 5 cm (2). Hay trituradoras secundarias de quijada, de rodillo y de cono o campana. Las trituradoras terciarias admiten partculas menores que 5 cm (2) y producen grava, arena y polvos. Entre ellas se tienen trituradoras de cono, de rodillos, de bolsas o barras, de martillos o de molinos. Por medio de las trituradoras, cribas y bandas con que cuenta una planta se pueden producir las granulometras necesarias. Para este fin, las caractersticas de las trituradoras se deciden a travs de un estudio econmico. Cuando un material tiene granulometra aceptable, pero la superficie de las partculas es lisa y se requiere que sea ms friccionante, el material se puede pasar por una trituradora, para mejorar esta condicin. 4.2 Estabilizacin por mejora de suelos Las estabilizaciones para mejorar los suelos presentan dos casos:

1) Para mejorar la granulometra, 2) Para reducir la plasticidad.

4.2.1 Estabilizacin mejorando la granulometra Cuando un material tiene una granulometra discontinua porque escasean algunos tamaos en sus partculas y ello hace inadecuado su uso, se puede agregar otro elemento que disminuya ese defecto. Sin embargo, es necesario conocer las proporciones en que se deben mezclar ambos materiales, con base en un nomograma como el que se muestra a continuacin, en la Fig. 1. En el eje horizontal superior dividido de 0 a 100, se marcan los porcentajes del primer material que pasarn por cada una de las mallas y se hace lo mismo con el eje horizontal inferior, donde se coloca la granulometra del otro material.

Fig. 1. Nomograma para obtener una cierta granulometra al mezclar dos materiales diferentes

Se unen con una lnea recta los retenidos de los materiales correspondientes a cada malla; si algn elemento tiene partculas de menor tamao que el otro, los retenidos de las mallas correspondientes se unen con el origen de la granulometra del otro material. Por otro lado, si uno de los materiales tiene partculas de mayor tamao que el otro, los retenidos de esas mallas se unen con el punto correspondiente al 100% que pasa del otro elemento. La distancia vertical entre los dos ejes en los que se marcan las granulometras de los materiales tambin se divide en cien partes: del lado izquierdo, a la altura del eje superior, se coloca el 100 que corresponde al 100% del primer material y de ese mismo lado, pero en el eje inferior, se marca 0 porque a esa altura se tendr 0% del material. As, el eje vertical de la izquierda indica el porcentaje del primer material que interviene en la mezcla. El eje vertical de la derecha se marca con 0 en la parte superior y con 100 en la inferior. Para conocer la granulometra de una mezcla de dos materiales, se pasa una horizontal que une los porcentajes en que interviene cada material (la suma de ellos es 100). La granulometra de la mezcla se obtiene de los puntos en que esta ltima lnea cruza las mallas con los porcentajes correspondientes en el eje horizontal. De la Fig. 1, se puede obtener, por ejemplo, la granulometra de una mezcla en la que interviene 60% del material A y 40% del material B.

Malla Porcentaje que pasa

Material A Material B Mezcla

2 pulgadas 100 100 1.5 pulgadas 86 94

1 pulgada 70 87 3/4 pulgada 58 83 3/8 pulgada 41 76 Nmero 4 100 28 71 Nmero 10 92 16 61 Nmero 20 82 10 53 Nmero 40 70 8 44 Nmero 60 62 5 38

Nmero 100 48 3 30 Nmero 200 30 2 19

Si en el interior del nomograma se marcan los lmites granulomtricos que debe satisfacer la mezcla, se pueden encontrar con mucha facilidad los porcentajes de cada uno de los materiales que se pueden utilizar. En el caso de la Fig. 1, con lneas punteadas se tienen marcados los lmites de la zona 1 de las especificaciones utilizadas en el pas para materiales de base y, como se ve, los porcentajes de los materiales A y B que cumplen los requisitos varan de 19%-81% a ll%-89%. En la Fig. 2, se marca con lnea segmentada la granulometra correspondiente a la mezcla 60%-40% obtenida con anterioridad, y con lnea continua la correspondiente a una mezcla 15%-85% que satisface las especificaciones para la zona 1. 4.2.2 Estabilizacin mejorando la plasticidad En la naturaleza a menudo se encuentran materiales con una plasticidad mayor a la que marcan las normas. Entonces, si es necesario utilizarlos en alguna capa de pavimento, se reduce esta caracterstica de plasticidad para que sean aceptables. Es una prctica comn mezclarlos con arenas, cuya efectividad es mayor cuanto ms finas sean, aunque es posible utilizar tambin materiales con menor plasticidad. En forma emprica, se ha encontrado una ecuacin para calcular el ndice plstico Ip de la mezcla de materiales a partir de las caractersticas de stos:

Fig. 2. Granulometra obtenida al mezclar los materiales A y B del ejemplo

Ip = [K1(f1)I1 + K2(f2)I2 + K3(f3)I3 +] / [K1(f1) + K2(f2) + K3(f3)]

donde: K1, K2, K3 = Porcentaje en que los suelos S1, S2, S3,... intervienen en la mezcla. f1, f2, f3 = Porcentaje de finos que pasan por la malla nm. 40 en cada suelo. I1, I2, I3 = ndice plstico de cada suelo. Al estabilizar los materiales para reducir su plasticidad, es posible reducir tambin el costo de construccin, pues se evitan probables acarreos largos de elementos que cumplan por naturaleza las normas respectivas. 5. ESTABILIZACIN DE SUELOS CON CAL La estabilizacin de suelos con cal parece ser la ms antigua forma de mejoramiento de suelos por este estilo de mtodos. Hay evidencias de que la Va Apia, acceso a la antigua Roma, se construy utilizando estas tcnicas. En trminos generales, las tcnicas de estabilizacin con cal hidratada son bastante similares a las de la estabilizacin con cemento, pero hay dos aspectos de diferencia que

conviene destacar desde un principio: en primer lugar la cal tiene un espectro de aplicacin que se extiende mucho ms hacia los materiales ms finos, ms arcillosos, que el cemento y, en contrapartida, se extiende algo menos hacia el lado de los materiales granulares de naturaleza friccionante. En segundo lugar, est el uso, cada da ms extendido, que se hace de la estabilizacin con cal como un pre-tratamiento, lo que da una fisonoma especial a muchos de los usos de cal, pues en estos casos no necesariamente han de satisfacerse todos los requerimientos de una estabilizacin definitiva. La forma ms usual de la cal empleada en las estabilizaciones es la hidratada, xidos o hidrxidos de calcio. Los carbonatos de calcio no tienen virtudes estabilizantes dignas de mencin. La cal viva se utiliza con frecuencia en pre-tratamientos con suelos hmedos. El efecto bsico de la cal es la constitucin de silicatos de calcio que se forman por accin qumica de la cal sobre los minerales de arcilla, para formar compuestos cementadores. La cal se prepara generalmente calentando carbonatos de calcio, muchas veces bajo la forma de calizas naturales, hasta que pierden su bixido de carbono y de vienen en xidos de calcio; el material resultante es cal viva, muy inestable y vida de agua, lo que hace difcil su manejo y almacenamiento, por lo que suele hidratarse de inmediato. Para formar la cal estabilizante no es preciso partir de calizas puras, sino que pueden tolerarse algunas impurezas. La Tabla 5 expresa los requisitos que suelen pedirse a la materia prima para formar cal estabilizante.

Propiedad Cal viva CaO

Cal hidratada Ca(OH)2

xidos de calcio magnesio > 92 % > 95 %

Bixido de carbono En el horno Fuera del horno

< 3 %

< 10 %

< 5 % < 7 %

Finura - < 12 % retenido en la malla 180

Tabla 5. Requerimientos de las calizas y carbonatos de calcio naturales

para formar cal estabilizante Hay dos tipos de reacciones qumicas entre la cal y el suelo. La primera es inmediata e incluye una fuerte captacin de iones de calcio por las partculas de suelo, lo que deprime su doble capa, a causa del incremento en la concentracin de cationes en el agua; a la vez ocurre otro efecto que tiende a expandir la doble capa por el alto pH de la cal. La segunda reaccin tiene lugar a lo largo de lapsos considerables y es la reaccin propiamente cementante; aunque no es completamente bien conocida, se atribuye a una interrelacin entre los iones calcio de la cal y los componentes alumnicos y silicosos de los suelos; de hecho, esta ltima reaccin puede reforzarse aadiendo al suelo cenizas ricas en slice. La formacin de silicatos clcicos se atribuye sobretodo a las caolinitas y la de aluminatos clcicos a las montmorilonitas. La reaccin cementante tiene lugar a travs de la formacin de silicatos de calcio (Tabla 6) y es muy dependiente del tipo de suelo que en ella intervenga; en esto, la estabilizacin con cal difiere mucho de la estabilizacin con cemento. Puede observarse que para muy bajos contenidos de cal, la influencia del aditivo no es notable, pero con contenidos ms altos de cal hidratada, s pueden observarse ventajas significativas del uso de pequeas cantidades de un aditivo que, por otra parte, es muy fcil de manejar e incorporar.

Cal (%)

Tipo de silicato -

Cantidad de silicato (%)

Resistencia a la compresin simple de la mezcla (kg/cm2)

2 Na3HSiO45H2O 0 8.9 2 Na3HSiO45H2O 2 8.4 2 Na3HSiO45H2O 4 7 4 Na3HSiO45H2O 0 9 4 Na3HSiO45H2O 2 14.4 4 Na3HSiO45H2O 4 16.2 6 Na3HSiO45H2O 0 7.4 6 Na3HSiO45H2O 2 16.9 6 Na3HSiO45H2O 4 20 6 Na3HSiO45H2O 5.3 16.7 6 Na2SiO39H2O 8 16.1 6 Na2SiO3 3.4 15.7 6 Na2SiO35H2O 6 16.8 6 Na4SiO4 3.8 11.7

Tabla 6. Efecto de la inclusin de silicatos de sodio, como aditivo, en la resistencia de suelos

estabilizados con cal, despus de siete das de curado y un da de inmersin en agua. Suelos limosos.

La cal tiene poco efecto en suelos muy orgnicos o en suelos sin arcilla; tiene su mximo efecto en las gravas arcillosas, en las que puede producir mezclas inclusive ms resistentes que las que se obtendran con cemento. Ha obtenido su utilizacin ms frecuente en arcillas plsticas, a las que hace, adicionalmente, ms trabajables y fciles de compactar, razn por la que se usa frecuentemente como pre-tratamiento, anterior a una estabilizacin con cemento, adems de los muchos casos en que se usa como estabilizante definitivo. El efecto de la cal en las arcillas es ms rpido en las montmorilonticas que en las caolinticas y en las primeras, la cal logra resultados mucho ms espectaculares en el aumento de resistencia y, sobretodo, en la disminucin de la plasticidad. En las arcillas, la cal tiene tambin un importante efecto en la consecucin de estabilidad volumtrica ante el agua. En la estabilizacin con cal debe evitarse el uso de aguas cidas. El agua de mar se ha usado para compactar mezclas suelo-cal con frecuencia, pero debe evitarse all donde se vaya a colocar un riego de sello asfltico sobre la capa tratada, pues la cristalizacin de las sales desprender el sello. La cantidad de agua que se emplee est regida por los procedimientos de compactacin, pero si se usa cal viva pudieran requerirse cantidades adicionales de agua en suelos con menos de 50 % de contenido natural de dicho elemento. En los siguientes prrafos se pasar una breve revista a las propiedades ms significativas de las mezclas suelo-cal y a los factores que en ellas influyen. Las propiedades ms significativas son en la plasticidad y en su resistencia. 5.1 Efectos de la cal en la plasticidad La cal disminuye fuertemente el ndice de plasticidad de los suelos muy plsticos (montmorilonitas); tiene poca influencia en el ndice de plasticidad de los suelos de plasticidad media y puede aumentar el ndice de plasticidad de los suelos finos menos plsticos. 5.2 Efectos de la cal en la resistencia La resistencia de los suelos aumenta, en trminos generales, de manera directa conforme se le aade ms cal, hasta contenidos del orden de 8 % en peso. Ms all de ese lmite es frecuente que la

resistencia permanezca relativamente insensible al aumento de la proporcin de cal, excepto en el caso de los materiales ms arcillosos, en los que la resistencia puede seguir aumentando para contenidos de cal de 10 % o an mayores. En esto la cal difiere del cemento, con el que la resistencia sigue aumentando para contenidos muy altos del estabilizante (arriba del 20%). Ya se ha estudiado tambin el efecto que sobre la resistencia a la compresin simple tiene la edad del suelo-cal en diferentes suelos. La resistencia aumenta con el tiempo en forma similar a como sucede con el cemento (Efecto Puzolnico). La influencia del tiempo de curado en la resistencia a la compresin simple de especmenes de suelo-cal es muy importante. 5.3 Efectos de la cal en otras propiedades Es muy importante el tiempo que se deje transcurrir entre la elaboracin de mezclas estabilizadas con cal y el momento de la compactacin el marinado. El efecto del tiempo transcurrido tiene mucha menor importancia para la cal. Como regla de campo puede decirse que las mezclas con cal deben dejarse reposar al menos 24 horas, lo que conduce a un proceso constructivo ms cmodo y flexible; sin embargo, se ha observado que a medida que el tiempo pasa, las mezclas con cal requieren ms agua para su compactacin, por lo que, dejar transcurrir tiempo en exceso pudiera introducir un costo extra de incorporacin de agua adicional. La Tabla 7 muestra la influencia de la cal en la posibilidad de la pulverizacin y manejo de suelos.

Malla Porcentaje de grumos de suelo que pasan la malla

(pulg.) Arcilla sin tratar Arcilla tratada con 5 % de cal

2 80 83

1 40 50

17 28

7 19 1/8 4 15

Tabla 7. Efecto de la cal en la trabajabilidad de una arcilla. Se presenta informacin relativa a una arcilla con LL = 73 % y LP = 27 %. Despus de tratada con 5 % de cal, la arcilla exhibi el mismo lmite lquido LL, pero su lmite plstico LP ascendi a 40 %. La tabla reporta los porcentajes de grumos de diferentes tamaos que se tuvieron en un caso y otro. 5.4 Procedimientos constructivos para incorporar la cal a los suelos La metodologa de construccin del suelo-cal es en un principio similar a la del suelo-cemento, al igual que lo son las pruebas de laboratorio que se utilizan actualmente para dar una idea de la calidad de los suelos obtenidos. Un buen criterio para preparar mezclas para un buen estudio en el laboratorio es dar al suelo el 1 % de cal por cada 10 % de fraccin fina que contenga. La Tabla 8 da los contenidos de cal que son usuales para diferentes tipos de suelos. De nuevo, debe manejarse esta informacin simplemente como norma de criterio, sin permitir que excluya, en ningn caso, las determinaciones de laboratorio correspondientes. Los pasos constructivos para la estabilizacin de capas de pavimento con cal son los siguientes:

- Escarificado del material de apoyo, - Pulverizacin del suelo, - Regado de cal (en sacos o a mquina), - Mezclado (a mano, con equipo o con mquinas mezcladoras), - Incorporacin del agua, si es necesaria para dar a la mezcla su humedad ptima de

compactacin, - Compactacin,

- Conformacin, - Curado mnimo de 5 das, - Colocacin de una superficie protectora.

Tipo de suelo -

Pre-tratamientos (%)

Estabilizaciones definitivas (%)

Roca triturada * 2-4 No recomendada

Gravas arcillosas bien graduadas

1-3 3

Arenas** No recomendada No recomendada

Arcilla arenosa No recomendada 5

Arcilla limosa 1-3 2-4

Arcilla plstica 1-3 3-8

Arcilla muy plstica 1-3 3-8

Suelos orgnicos No recomendada No recomendada

Tabla 8 Contenidos usuales de cal hidratada en diferentes suelos (porcentajes en peso de suelo seco)

* Slo recomendable si tiene finos plsticos ** Conviene la cal con vistas a estabilizacin con asfalto, pues mejora la adherencia. En los loes conviene usar cal viva.

5.5 Diseo de espesores El criterio ms usual en la tecnologa de pavimentos es dar a una capa de suelo-cal el mismo espesor que habra de darse a la misma, si slo estuviera formada por la matriz de suelo. Cuando se usan mtodos de diseo con base en el CBR, podrn formarse especmenes con diferentes contenidos de cal y diferentes contenidos de agua, obteniendo el CBR de cada uno, hasta llegar al de diseo. Convendr regular este criterio con la resistencia de suelo-cal y con otras propiedades que puedan considerarse de inters (Dallas L. et al, 1995). 6. ESTABILIZACIN DE SUELOS CON CEMENTO La estabilizacin de suelos con cemento es una de las ms utilizadas. Las prcticas relativas a ella inician en 1917, cuando Amies patent un primer procedimiento de mejoramiento de suelos a base de mezclarles proporciones variables de cemento tipo Portland; desde entonces, la utilizacin del suelo-cemento, que es el nombre que se ha popularizado para la mezcla de que se habla, se ha extendido por el mundo entero y crece cada da, sobre todo, pero no nicamente, en casos conectados con las vas terrestres y, muy particularmente, con el proyecto y construccin de pavimentos. Los fenmenos qumicos que ocurren entre suelo y cemento, cuando ambos se mezclan con el apropiado contenido de agua, consisten en reacciones de cemento con los componentes silicatosos de los suelos, que producen conglomerantes que ligan a las gravas, arenas y limos; este es el efecto bsico en los suelos gruesos: arena, grava, boleos. Adems, el hidrato de calcio que se forma como consecuencia del contacto del cemento con el agua, libera iones de calcio, muy vidos de agua, que la toman de la que existe entre las laminillas de arcilla; el resultado de este proceso es la disminucin de la porosidad y la plasticidad del suelo arcilloso, as como el aumento en su resistencia y su durabilidad. La reaccin favorable suelo-cemento se ve muy impedida o nulificada cuando el suelo contiene materia orgnica, pues los cidos orgnicos poseen gran avidez por los iones de calcio que libera la reaccin original del cemento y los captan, dificultando la accin aglutinante del propio cemento en los

suelos gruesos o la estabilizacin de las partculas laminares en las arcillas. Por esta razn, casi todas las especificaciones exigen que el contenido de materia orgnica en un suelo no sobrepase el 2 %, en peso, si ha de ser considerado apropiado para estabilizarse con cemento. La presencia de sulfatos de calcio, sulfatos de magnesio, u otras substancias vidas de agua en el suelo, tambin es nociva, pues privan a los aglomerantes de la humedad necesaria para su funcin. El efecto del cemento en los suelos arcillosos resulta ms complicado que en los suelos ms gruesos, por lo que pudiera resultar conveniente detallarlo algo ms. En primer lugar se produce un efecto primario en el que la hidratacin del cemento produce silicatos y aluminatos hidratados de calcio, hidrxido de calcio e iones Ca, que elevan la concentracin de electrolitos del agua intersticial, aumentado su pH. Viene a continuacin un proceso secundario en dos fases: en la primera se produce un intercambio inico entre los iones calcio y otros absorbidos por los minerales de arcilla, todo lo cual tiende a flocular a la propia arcilla. En la segunda fase, tienen lugar reacciones qumicas puzolnicas entre la cal y los elementos que componen los cristales de arcilla. Los elementos de silicio y aluminio reaccionan con los compuestos de calcio para formar elementos cementantes; el resultado final de esta reaccin es la transformacin de una estructura arcillosa, originalmente floculada y vaporosa, en un agregado resistente. En esta misma segunda fase, el hidrxido de calcio que se va consumiendo puede reponerse por la cal que se libera durante el proceso primario de hidratacin del cemento. En las superficies expuestas al aire, el calcio se carbonata, con el correspondiente efecto de cementacin adicional entre las partculas de arcilla. Las arcillas montmorilonticas son, a la larga, las ms reactivas ante el cemento, seguidas de las ilitas y de las caolinitas. Sin embargo, el aumento de resistencia del material ante la estabilizacin no demuestra seguir leyes tan sencillas y, de hecho, parece acercarse ms bien a ser inversamente proporcional a la reactividad de la arcilla. El grado de pulverizacin de las arcillas se refleja en la reactividad, que aumenta con su grado de pulverizacin; en montmorilonitas e ilitas, la incorporacin previa al cemento de pequeos porcentajes de cal favorece la pulverizacin de la arcilla y facilita la incorporacin posterior del cemento. Prcticamente todos los tipos de cemento son tiles para estabilizacin de suelos y normalmente se emplean los de fraguado y resistencia normales. Para contrarrestar los efectos de la materia orgnica son recomendables cementos de alta resistencia y cuando la mezcla con el suelo se produce y se extiende a baja temperatura, pudieran convenir los cementos de fraguado rpido o bien los cementos que contienen, como aditivo, el cloruro de calcio. Las partculas de cemento generalmente tienen tamaos comprendidos entre 0.5 y 100 micras, con un promedio de alrededor de 20 micras. La hidratacin de las partculas ms grandes probablemente no llega a producirse nunca y las partculas de 10 micras pueden ya tardar meses en hidratarse, por lo que, desde este punto de vista, convendr la utilizacin de cementos finos, que en aadidura producen resistencias ms altas; naturalmente, los cementos finos son ms caros, por lo que la eleccin viene a quedar sujeta a fin de cuentas a un balance econmico. En muchas tcnicas se reemplazan las partculas ms gruesas de los cementos ordinarios por un relleno inerte, con lo que se reducen los consumos de agua y se evitan las altas temperaturas de hidratacin y el agrietamiento. Sin embargo, a pesar de estos refinamientos, que se van utilizando ms y ms, la inmensa mayora de las estabilizaciones con cemento se hacen con los tipos Portland ordinarios. Cualquier suelo que no tenga cantidades excesivas de materia orgnica (< 2 %) puede ser tratado con cemento para mejorar su comportamiento mecnico (resistencia, etc.); las nicas limitaciones

estriban en lo difcil que pueda resultar un adecuado mezclado del cemento, lo que llega a ser muy difcil en arcillas suaves y hmedas o las que puedan surgir en suelos muy gruesos limpios, que no suelen requerir estabilizacin por tener propiedades suficientemente buenas y en las que el uso de cemento no conduce a mejoramientos substanciales de esas propiedades, pero puede, en cambio, introducir graves problemas de agrietamiento en los suelos tratados. Suele decirse que el suelo tratado con cemento no debe tener partculas de ms de 8 cm o de un tercio del espesor de la capa tratada. Tambin es usual especificar que el suelo no tenga ms de un 50% que pase la malla No. 200, que su lmite lquido, LL, no sea mayor de 50% y que su ndice de plasticidad (IP = LL LP) no exceda de 18 %. Algunas arcillas muy plsticas, que se salen de los lmites anteriores, han sido exitosamente tratadas con cemento despus de un tratamiento previo con 2 3 % de cal hidratada, con el que se logra dar al suelo mayor trabajabilidad y abatir su plasticidad. El tiempo de curado para este tratamiento previo no suele exceder de 2 3 das. En el caso de materiales triturados que contengan finos plsticos menores que la malla No. 200, tambin ha dado buen resultado, como tratamiento alternativo a otros posibles, como el lavado, la mezcla con porcentajes del orden de 2 3 % de cal hidratada,. No hay ningn requisito especfico para el agua que se utilice en la estabilizacin, excepto las aguas con alto contenido de materia orgnica, con sulfatos o con cantidades excesivas de otras sales. La cantidad de agua que se aade est regida por las necesidades de la compactacin, antes que por las de la estabilizacin. El proporcionamiento de las mezclas de suelo-cemento viene a ser a fin de cuentas la cuestin fundamental, pues el cemento es el elemento ms costoso y fijar su proporcin determina la factibilidad tcnica de la estabilizacin, aparte de que las propiedades que se logren para la mezcla dependen tambin esencialmente de la cantidad de cemento que se emplee. La Tabla 9, a continuacin, da una idea de ello.

Suelo Porcentaje de Porcentaje de Porcentaje de

cemento, en cemento, en peso, a cemento, en peso, a peso, usualmente usar inicialmente en usar inicialmente en requerido por pruebas de compac- pruebas de durabi-

la capa terminada. tacin. lidad.

GW, GP, GM y 3-8

SW . - 6 3 - 7 SC, GC, 5-9 7 5-9 SP, SM 7 - 11 9 7 - 11

ML 7 - 12 10 8 - 12 CL, OL, MH 8 - 13 10 8 - 12

CH 9 - 15 12 10 - 14 OH,Pt 10 - 16 13

11 - 15

Tabla 9. Porcentaje de cemento por probar inicialmente en los diferentes tipos de suelos

Las pruebas de laboratorio tienden a determinar tres aspectos fundamentales en la mezcla de suelo-cemento:

- La cantidad de cemento necesaria para dar al suelo las caractersticas deseadas.

- La cantidad de agua que se deber agregar. - El peso volumtrico a que deber compactarse la mezcla, segn los requerimientos de la capa en que vaya a usarse.

La Tabla 10 permite una estimacin un poco ms aproximada para el caso de suelos de naturaleza bsicamente friccionante. Funciona conociendo los porcentajes granulomtricos que se mencionan, as como los pesos volumtricos a que se haya llegado en las mezclas tras compactarlas con una prueba: de impacto, frecuentemente del tipo AASHTO. La Tabla 10 permite afinar entonces los contenidos de cemento con vistas a pruebas de durabilidad o de resistencia.

Suelos de naturaleza friccionante

Material retenido Material menor Porcentaje tentativo de cemento para los

en la malla No. 4 que 0.5 mm. pesos volumtricos que se anotan en peso.

1680 1750 1830 1910 1990 2070

a a a a a o

1750 1830 1910 1990 2070 ms

Kg/m3 Kg/m3 Kg/m3 Kg/m3 Kg/m3 Kg/m3

% % % % % % % %

0-19 10 9 8 7 6 5

0-14 20-39 9 8 7 7 5 5

40-50 11 10 9 8 6 5

0-19 10 9 8 6 5 5

20-39 9 8 7 6 6 5

15-29 40-50 12 10 9 8 7 6

0-19 10 8 7 6 5 5

20-39 11 9 8 7 6 5

30-45 40-50 12 11 10 9 8 6

Tabla 10. Porcentaje de cemento para especmenes, en pruebas de durabilidad.

Las Tablas anteriores tienen su origen en la experiencia de laboratorio y deben verse simplemente como gua de tanteos para la realizacin de proporcionamientos. De ninguna manera podrn interpretarse como resultado de los proporcionamientos, es decir, como sustituto de un trabajo de laboratorio que deber hacerse para cada caso particular. La Tabla 11 da un resumen de las propiedades que se piden usualmente en la tecnologa de las vas terrestres a las mezclas de suelo-cemento. Como tantas otras de la misma naturaleza, la Tabla 11 no puede verse como una recomendacin final y garantizada a la que deba atenerse el proyectista, sino simplemente como una idea tentativa de experiencia para orientar los estudios de laboratorio o el ejercicio de su capacidad de eleccin, que debern ser invariablemente empleados en cada caso.

Tabla 11

Propiedades comnmente exigidas a las mezclas de suelo-cemento

Tipo de capa Resistencia a la CBR Expansin Prdida de peso

compresin simple en prueba de

(1) (2) humedecimiento

y secado (3)

Kg/cm2

% % %

Sub-bases. Material

de relleno para 3.5-10.5 20-80 2 7

trincheras

Sub-bases o bases

para trnsito muy 7-14 50-150 2 10

ligero (4)

Bases para trfico 14-56 200-600 2 14

intenso

Protecciones de

terraplenes contra erosin y accin >56 600 2

14 de agua.

(1) Tras siete das de curado a humedad constante. La resistencia de especmenes anlogos sumergidos en agua no debe ser ms de un 20% menor. (2) Tras un perodo de inmersin en agua de cuatro das. (3) La prueba de durabilidad slo tiene sentido si el agua puede penetrar en la mezcla. (4) La resistencia en este caso puede ser menor en zonas bien drenadas.

En los prrafos siguientes se mencionarn algunas propiedades mecnicas de las mezclas de suelo-cemento y se analizarn someramente sus variaciones con algunas caractersticas de inters prctico; tambin se har mencin a algn mtodo de diseo de espesores de capas de suelo-cemento para pavimentos. 6.1 Resistencia a compresin simple En general la resistencia aumenta casi linealmente con el contenido de cemento, pero la pendiente de las grficas s vara mucho de suelo a suelo. En trminos generales los materiales bien graduados, con todos los contenidos entre la malla No. 4 y los finos, requieren menos cemento que los suelos uniformes, an si stos son gruesos. El contenido de finos no plsticos es favorable al desarrollo de la resistencia de las mezclas de suelo-cemento, con tal de que el componente suelo sea de naturaleza arenosa; sin embargo, difcilmente puede modificarse el porcentaje de finos de los suelos naturales con que se trabaja y ello por razones de costo. Es de notarse que las arenas ms limpias y las gravas arenosas no alcanzan resistencias espectaculares en relacin a otros suelos, cuando la proporcin de cemento usada es relativamente baja. Con mayores porcentajes de cemento, los suelos friccionantes limpios se convierten en verdaderos concretos simples, aunque para vas terrestres, alcanzan una rigidez muy alta, y no siempre deseada, pues implica fragilidad.

Las mezclas de suelo-cemento deben compactarse de manera inmediata, luego de prepararse; el retraso en compactarlas despus de formadas conlleva una reduccin de la resistencia. Es muy comn que las especificaciones de casi todos los pases prohban que transcurran ms de dos horas entre el momento en que la mezcla es tendida en la obra y el fin de su compactacin. Las arenas limpias no son un material muy apropiado para estabilizar con contenidos bajos de cemento. Esto se debe a la alta relacin de vacos, tpica de los suelos gruesos, que requieren mucho cemento para ser suficientemente rellenados, de modo que los granos se cementen. Por esta razn, pueden tenerse ahorros drsticos en el contenido de cemento en arenas y gravas si se les aade un material fino e inerte que rellene los huecos parcialmente. La temperatura de curado, combinada con el del tiempo de curado, aumenta la resistencia a la compresin simple de los especmenes de suelo-cemento; coincidiendo con la experiencia tradicional en el campo del concreto, la resistencia resulta mayor en una capa de suelo-cemento, cuanto mayor sea la temperatura con que se cura dicha capa. Frecuentemente esto se traduce en el hecho de que se obtienen ms fcilmente mejores resistencias cuando las capas de suelo-cemento se curan en pocas de calor. 6.2 Otras propiedades Estudios realizados en especmenes de suelo-cemento indican un comportamiento esfuerzo- -deformacin no lineal para cargas arriba de un 60% de la carga de falla y relativamente lineal para valores inferiores. Durante algn tiempo se pens que el creep de las arcillas estabilizadas con cemento, bajo esfuerzos de tensin constantes constitua una de las razones fundamentales de la deformacin y el agrietamiento de las capas. En pocas ms recientes, sin embargo, se hizo ver que la contraccin a contenido de agua constante de las arcillas tratadas puede ser una ms importante causa de agrietamiento y deformacin. . La resistencia a la tensin de los suelos tratados con cemento; esta resistencia est en funcin del contenido de cemento, del suelo y del tiempo de curado, para las condiciones de los suelos empleados y para el tipo especfico de resistencia manejada. Obviamente, el tiempo de curado y el contenido de cemento son factores que hacen crecer la resistencia a la tensin, al igual que la resistencia a la compresin simple. Existe una correlacin entre las resistencias a tensin y a compresin simple, vlida, claro est, slo para las particulares condiciones de prueba adoptadas. La resistencia a la tensin se mide preferentemente en ensayes indirectos, de vigas o brasileo; la resistencia a la compresin, con los mtodos tradicionales. Suelos tratados con cemento, bajo cargas dinmicas. Hay variacin de propiedades estticas y dinmicas para arenas y arcillas tratadas con diferentes porcentajes de cemento en peso, referidas las propiedades estticas a un mdulo de elasticidad y las dinmicas a un mdulo dinmico de resistencia al esfuerzo cortante. Particular inters se ha dado en los estudios de suelo-cemento en pavimentos a los fenmenos de fatiga, causada por efectos de carga repetida. El nmero de repeticiones de carga que llega a causar la falla se ha relacionado con el radio de curvatura de la parte de la capa tratada que se flexiona bajo una llanta cargada o bajo una placa de carga, en una prueba de este estilo. En estos estudios se ha visto que el efecto del mdulo de reaccin de la subrasante (K) es pequeo y que el contenido de cemento tiene en los resultados de las pruebas con carga repetida una influencia menor de lo que en principio fuera de pensar; el nivel de la carga repetida, en relacin con la carga de falla, s es

importante y tambin lo es la naturaleza del suelo que forma la mezcla, que para estas investigaciones suele dividirse en dos grupos:

- Suelos granulares, con menos de 35 % como fraccin ms fina que la malla No. 200 (en general, suelos SC, SP, SM, GC). -Suelos finos, con ms de 35% menor que la malla No. 200 (en general suelos ML, CL, OL, MH, CH, OH y Pt).

Como resultado de estos trabajos suele llegarse en la literatura a ecuaciones que limitan el radio de curvatura de la parte de la capa flexionada por la carga a un cierto valor, tras aplicar un nmero fijo de repeticiones de carga. 6.3 Mtodos constructivos Las operaciones constructivas de una capa de suelo-cemento constan de las siguientes etapas: - Escarificacin, pulverizacin y pre-humedecimiento del suelo, si fuera necesario

- Dosificacin y aspersin del cemento - Aplicacin del agua - Mezclado de los materiales - Compactacin - Acabado - Curado

Los materiales gruesos de naturaleza friccionante no suelen requerir escarificacin, pero los suelos plsticos usualmente s la necesitan. Es usual no aceptar grumos mayores de tres centmetros ya en el momento de la mezcla con el cemento y se especifica generalmente tambin que el 80 % de los grumos de la misma deben pasar la malla No. 4. Tambin es comn fijar en cinco centmetros el tamao mximo de las partculas individuales del suelo. El pre-humedecimiento puede ayudar en las operaciones de escarificacin y pulverizacin, reduciendo muchas veces los tiempos de maniobra. En los suelos arenosos el mezclado con el cemento puede hacerse casi en cualquier condicin, pero en los arcillosos suele requerir se una humedad menor que la ptima. La dosificacin de la mezcla puede hacerse por medios mecnicos, manejando el cemento en sacos o con el uso de una planta central. La aspersin mecnica se realiza con una aspersora de cemento unida a un camin; existen mezcladoras autopropulsadas. El cemento puede dosificarse como un porcentaje del volumen o del peso del suelo. Cuando no se cuenta con aspersora de cemento, ste puede manejarse directamente con sacos, procurando lograr un tendido uniforme y rastreando posteriormente. La planta dosificadora constituye, sin duda, el mejor sistema para el mezclado del cemento con el suelo y con el agua. Cuando se usa, es comn que esta ltima se aada en un 2 % adicional al contenido ptimo para compensar prdidas de manejo. La incorporacin del agua no es tan simple cuando no se usa planta, de la misma manera que resulta ms inseguro en este caso cualquier mtodo para mezclar los tres componentes fundamentales. Naturalmente que existen mquinas mezcladoras para el caso, que recogen al suelo cubierto de cemento de camellones y lo van removiendo sucesivas veces, a la vez que se incorpora el agua, generalmente manejada con camiones tanque; son comunes tres pasadas de la mezcladora con incorporacin de agua en la segunda. Las mquinas mezcladoras mltiples facilitan el mezclado y lo hacen ms preciso; levantan al mate-rial, lo pulverizan y lo mezclan con unos primeros rotores, se aade el agua en el paso de un segundo grupo de ellos y los rotores posteriores remueven todos los ingredientes y tienden el material para su compactacin inicial. En resumen puede decirse que existe un sinnmero de mtodos para tender y mezclar al suelo-cemento, que van desde el manejo en camellones y tendido con motoconformadora, hasta el

empleo de diferentes mezcladoras, de varios pasos o de uno solo o hasta el empleo de plantas mezcladoras. Cuanto ms ntima sea la mezcla suelo-cemento-agua se tendr un mejor resultado y una mayor resistencia. Lo bien que se logre este efecto no es una funcin lineal de la energa de mezclado, sino que depende naturalmente del procedimiento empleado en el campo. El hecho reconocido de que las resistencias de campo rara vez igualan a las de laboratorio, para los mismos proporcionamientos, se atribuye en general a deficiencias de mezclado en la obra. La homogeneidad del mezclado es tambin una condicin esencial. El tiempo de mezclado es un factor importante en el logro de ambos requerimientos, mezclado ntimo y homogeneidad; la resistencia crece mucho con el tiempo de mezclado, pero este crecimiento no es lineal y, para un mtodo dado, los beneficios del tiempo transcurrido decrecen a medida que dicho tiempo transcurre. El empleo de tiempo excesivo puede favorecer la segregacin de partculas de suelo, lo que va contra la homogeneidad de la mezcla; adems, habida cuenta de que la hidratacin del cemento est teniendo lugar, una maniobra de mezclado excesivamente larga puede estar rompiendo los nexos recin creados entre el cemento y las partculas de suelo. La Eficiencia de Mezclado se ha definido como la relacin entre la resistencia del material mezclado en el campo y compactado en el laboratorio y la resistencia del mismo cuando se mezcla y compacta en el laboratorio. Es raro lograr en la obra una eficiencia superior a un 80% y valores del 60% son normales. La compactacin del suelo-cemento est gobernada por los mismos principios que la de los suelos. Los equipos de pata de cabra suelen ser los ms usados para la compactacin inicial, en tanto que los rodillos vibratorio s se utilizan cada da ms para suelos muy granulares. Como es normal en las tcnicas de compactacin en general, los rodillos neumticos tienen cada da ms aceptacin en casi todos los tipos de suelos, si bien se han utilizado ms en los relativamente granulares sin contenido excesivo de finos. Los rodillos lisos se utilizan sobre todo como terminadores. Una capa tendida y compactada de suelo-cemento requiere que su contenido de agua no se pierda durante un cierto tiempo, para que el cemento se hidrate adecuadamente. Para tal fin es comn cubrirla con algn material que impida la prdida de humedad. Los materiales asflticos, los plsticos, el papel impermeable o an la paja o telas humedecidas son materiales de uso comn para tales fines. Si el uso de estos materiales se retrasa, la superficie de la capa debe mantenerse hmeda mediante riegos ligeros y continuos. Un problema que preocupa mucho a los constructores de capas de suelo-cemento es la verificacin del grado de mezclado y la homogeneidad de la mezcla obtenida, en el sentido de definir si se han cumplido o no los proporcionamientos de proyecto. El problema es evidentemente de control de calidad. La Portland Cement Association, PCA 2009 menciona un procedimiento elaborado para medir un ndice de Uniformidad de la mezcla, funcin de la distribucin al azar del cemento y de la homogeneidad conseguida. El mtodo requiere el control de la resistencia de un gran nmero de muestras objeto de un muestreo estadstico y aunque el procedimiento resulta ms seguro que un simple control por anlisis de una muestra extrada por cada determinada unidad de rea, criterio muy inseguro, pero de uso extendido, resulta tan complicado en la prctica que debe considerarse poco til para trabajos de rutina. La eficiencia de mezclado se ha utilizado tambin como una medida del resultado obtenido en el campo. Tambin la PCA describe con mucho detalle una prueba que se ha empleado con xito en diversas partes del mundo, incluyendo a Mxico, para establecer de un modo muy preciso y relativamente sencillo el contenido de cemento de muestras obtenidas de la capa tratada. Esta prueba a la que se ha denominado de Titulacin tuvo su origen en la prctica californiana.

El espcimen de prueba es una mezcla de un fragmento del suelo-cemento de la capa probada, debidamente pulverizado, disuelto en agua; tras un perodo de reposo, la fraccin gruesa del suelo se deposita y puede disponerse de una suspensin de suelo fino y cemento en agua. La prueba en s se ejecuta en dos modalidades, la cido-lcali establecida para los casos en que no hay reaccin entre las partculas de suelo y el cido clorhdrico y la de neutralizacin constante, a utilizarse en aquellos casos en que haya reaccin (suelos calcreos u otros). En la prueba cido-lcali se aade a la suspensin de suelo-cemento yagua una cantidad de cido clorhdrico y otra de fenolftalena. A la combinacin as lograda se le aaden, por goteo, cantidades de hidrxido de sodio, contando el volumen necesario para que el conjunto adquiera una coloracin roja caracterstica. Este volumen mide directamente la cantidad de cemento presente en la muestra, utilizando una curva de calibracin previa en la que se han medido los volmenes de hidrxido de sodio necesarios para producir la reaccin en una serie de especmenes cuidadosamente formados en el laboratorio, mezclando la matriz de suelo que se utilice y distintos porcentajes de cemento. La Tabla 12 proporciona los porcentajes tpicos de cemento, en peso, que suelen requerir distintos tipos de suelos cuando se emplean en capas tratadas de pavimento.

Tabla 12

Contenidos de cemento para varios tipos de suelos, en pavimentos (Ingles, 1972)

Tipo de suelo Porcentaje de cemento, en peso

Material triturado de roca 0.5 2* Gravas areno-arcillosas bien graduadas 2 4 Arenas bien graduadas 2 4 Arenas uniformes 4 6 ** Arcilla arenosa 4 6 Arcilla limosa 6 8 Arcilla 8 12 Arcilla muy activa 12 15*** Suelos orgnicos 10 15****

* El cemento se usa sobre todo para dar trabajabilidad, reducir la sensibilidad del suelo al contenido de agua de compactacin y para evitar deformaciones de capa tendida bajo el trnsito del equipo de construccin. ** La compactacin puede volverse muy difcil y hay riesgo de segregacin del cemento. *** El mezclado puede ser muy difcil y un pretratamiento con cal, suele representar una gran ayuda. **** Puede ayudar significativamente un pre-tratamiento con cal o con 2% de cloruro de calcio.

En la prueba de neutralizacin constante, la suspensin de suelo-cemento y agua se combina nicamente con fenolftalena, aadindose posteriormente cido clorhdrico por goteo y es la cantidad necesaria de este ltimo para producir la coloracin roja, la que revela la cantidad de cemento, haciendo uso de una curva de calibracin anloga a la antes descrita. Existen ya todos los detalles de la prueba, un mtodo establecido de laboratorio para discriminar cul es la variedad de prueba que debe utilizarse en un caso particular dado. Al utilizar la prueba de titulacin puede controlarse con mucha facilidad el contenido de cemento de un gran nmero de especmenes de la capa tendida; si se efecta un muestreo representativo s podr garantizarse la calidad del producto final obtenido. 6.4 Diseo de espesores Los mtodos de diseo de espesores de capas de suelo-cemento atienden sobre todo al efecto de fatiga; para tal fin, requieren conocer la distribucin de trnsito, en cargas por eje sencillo o doble y de peso diferente, susceptible de presentarse durante el perodo de diseo.

El efecto de fatiga que produce individualmente cada uno de los ejes que han de transitar por la capa, se maneja a travs del denominado factor de fatiga, un valor nico que expresa el efecto total del trnsito durante el perodo de diseo, en lo referente a tal concepto. La Tabla 13 muestra los llamados Coeficientes de Fatiga Bsica, que representan las equivalencias de los efectos que diferentes cargas por eje producen en relacin a los que causa un eje sencillo de 8.2 Ton (18000 lb) o un eje tndem de 13.6 Ton. Tabla 13. Coeficientes de Fatiga Bsicas para diseo de espesores de suelo-cemento en pavimentos

Carga por Suelo-cemento Suelo-cemento con

Eje (Ton) con matriz matriz fina

granular

Eje tndem

22.7 12500000 3530

21.8 3210000 1790 20.9 792000 890 20.0 186000 431 19.1 41400 203 18.2 8650 93 17.3 1690 41.1 16.3 305 17.5 5.4 50.4 7.1 14.5 7.5 2.7 13.6 1.0 1.0 12.7 0.12 0.34 11.8 0.012 0.11 10.9 0.0010 0.03 10.0 - 0.008

9.1 - 0.002

Los coeficientes de Fatiga Bsica de la Tabla 13 se multiplican por el nmero de ejes de cada clase (en miles) que haya, segn la distribucin de trnsito de que se disponga y el valor total de la suma de estos productos proporciona el valor de fatiga de diseo. Con dicho valor de fatiga de diseo puede entrarse ahora a las grficas de la Fig. 3, en las que puede obtenerse el espesor de la capa tratada con cemento, para casos de suelo granular y suelo fino, en funcin del mdulo de reaccin de la subrasante.

Fig. 3. Grficas para diseo de espesores de capas de suelo cemento 7. ESTABILIZACIN CON ASFALTO El mejoramiento de las propiedades de los suelos con el aadido de asfalto y productos asflticos es una tcnica socorrida y frecuentemente muy efectiva. Son tres los tipos de producto que se han usado para este fin;

- Productos asflticos, que son sistemas anhidros de hidrocarburos totalmente solubles en bisulfuro de carbono, - Productos asflticos, procedentes de la destilacin y refinamiento del petrleo o asfaltos naturales, ms raramente. - Productos residuo de la destilacin destructiva de materiales orgnicos, tales como el carbn, ciertos aceites, lignitos, turbas y madera (alquitranes) .

Los productos asflticos, en general, son normalmente demasiado viscosos para que se puedan incorporar directamente a los suelos, por ello han de usarse calentados, emulsificados en agua (emulsiones) o rebajados con un solvente, generalmente voltil, como la gasolina. Las emulsiones y los asfaltos rebajados son los productos ms usados en estabilizaciones de suelos, pero se usan tambin alquitranes calentados o rebajados. Los rebajados ms usuales son los de fraguado lento y medio, pero en las arenas se han usado tambin, con xito, los de fraguado rpido. La Tabla 14 proporciona las caractersticas ms usuales en algunos tipos de productos asflticos usados en estabilizaciones.

Tabla 14 Requerimientos comunes para materiales asflticos

Cementos asflticos para formar rebajados

Residuos

Propiedad Penetra- Penetra- Penetra-

cin 65 cin 90 cin 200 Mn. Mx. Mn. Mx. Mn. Mx.

Densidad relativa

0.99 - 0.98 - 0.97 -

Punto de ignicin,

C 225 - 220 - 205 -

-- Punto de reblan- decimiento, C 46 58 42 53 33 44

Penetracin a 25 C

60 70 85 100 180 210

Temperatura para

uso, en C - - 160 182 155 182

Asfaltos naturales fluxados

Penetra- Penetra- Penetra- Propiedad cin 65 cin 90 cin 200

Mn. Mx. Mn. Mx. Mn. Mx.

Densidad relativa

1.18 1.26 1.16 1.24

1.1 l 1.20

Punto de igni-

cin, C. 175 - 175 - 175 -

Punto de reblan-

decimiento, C. 42 55 40 51 33 46

Penetracin a

25e. 60 70 80 100 175 225

Solubilidad en Te-

tracloruro de car-

bono. 68 - 70 - 74 -

Contenido de ce-

niza, en %. - 25 - 23 - 21

Temperatura para

uso, en C. Mismos requerimientos que para

los

cementos asflticos

I

Alquitrn de carbn

Muy pesado

Pesado Ligero

Propiedad Mn. Mx. Mn. Mx. Mn. Mx.

Densidad relativa

1.07 - 1.05 - 1.04 -

(cont.) .

Muy pesado Pesado Ligero

Propiedad

Mn. Mx. Mn. Mx. Mn. Mx.

Viscosidad, en

Stokes a 50DC 5 8 1 2 0.25 0.50

Salubilidad en bi-

sulfuro de carbo- i

no, % (se ex- presa la fraccin insoluble)

5 10 4 9 3 8

Contenido de agua, % - 0.5 - 2 - 5 -

Temperatura para

uso, DC. 71 85 54 68 35 45

Alquitrn de petrleo

Para ,- Para Para

Propiedad

impregnaci6n liga presellado

Mn. Mx. 'Mn. Mx. Mn. Mx.

Densidad relativa

1.09 - 1.05 - 1.05 -

Viscosidad, en Stokes a 50C

31 50 1 2 0.10 0.25

Solubilidad en hi-

sulfuro de' carbo-

no, % (se ex- presa la fraccin insoluble)

- 8 - 5 - 5

Contenido de

agua, % - 0.5 - 2 - 5

Temperatura para

351

uso, C. 88 93 57 71 18

Los aceites fluxantes ms usados son el Disel con viscosidad comprendida entre 0.03 y 0.07 Stokes a 50 C. Los solventes para rebajados son usualmente la gasolina, la kerosena y una mezcla de kerosena y disel, para dar lugar respectivamente a los rebajados de fraguado rpido, medio y lento. La Tabla 15 seala algunos requerimientos frecuentemente exigidos a los asfaltos rebajados.

Tabla 15 Propiedades ms frecuentemente exigidas a los asfaltos rebajados para ser usados en

estabilizaciones. Rebajados de fraguado medio

Propiedad Grado O Grado 1 Grado 2

Mn. Mx. Mn. Mx. Mn. Mx.

Viscosidad, en Stokes

--

a 50C 0.36 0.71 1.10 2.20 3.60 7.10

Grado O Grado 1 Grado 2 Propiedad

Mn. Mx. Mn. Mx. Mn. Mx.

Punto

de Ignicin,

C 38 - 38 - 49 -

Penetracin en el re-

siduo, a 25C 100 250 100 250 100 250

Partes

de kerosena,

en volumen, por cien

partes de cemento de

| penetracin 90 78 78 51 51 37 37

Rebajados de fraguado lento

Propiedad Ligeros Mn. Mx.

Medio Mn. Mx.

Pesados Mn. Mx.

Viscosidad, en Stokes a 50 C

0.36 0.71 0.70 1.40 1.10 2.20

Proporcin de cemento con penetracin 90 100 - 100 - 100 -

Proporcin de aceite Disel 60 - 45 - 30 -

Proporcin de queroseno 50 - 38 - 25 -

Los asfaltos emulsificados se usan con rompimiento medio y lento. Las emulsiones son suspensiones muy finas de partculas de asfalto en agua y el asfalto se liga con el suelo cuando la suspensin se coagula (rompimiento). El momento en que tal coagulacin ocurra determina la efectividad de la liga

asfalto-suelo; si el rompimiento ocurre muy pronto se tendr una penetracin escasa e inadecuada y esta es la razn por la que se evitan las emulsiones de rompimiento rpido. Las emulsiones aninicas deben tener por lo menos 55% de contenido de asfalto; el emulsificante y los agentes estabilizantes deben dejar cuando mucho un residuo del 0.2%, en peso, de toda la emulsin que sea retenida en la malla No. 100, tras una dilucin en un volumen igual de agua destilada y un perodo de reposo de 10 minutos. La viscosidad de estas suspensiones debe estar comprendida entre 4 y 25 grados Engler. La temperatura para uso en el campo debe ser 49 C como mximo. Las emulsiones catinicas tienen especificaciones menos familiares y en torno a ellas hay una experiencia mucho menor. Suele exigirse un contenido de asfalto mnimo de 58% y una viscosidad como prendida entre 3 y 24 grados Engler. Prcticamente todos los tipos de suelo responden a la estabilizacin con asfalto, incluyendo las arcillas ms compresibles y activas, pero los mejores resultados se obtienen sin duda con arenas y con gravas arenosas, materiales a los que el asfalto da cohesin e impermeabilidad. La granulometra de los suelos no es esencial, pero generalmente se piden algunos requerimientos, del estilo del conjunto de los que siguen:

- El tamao mximo de la partcula debe ser menor que un tercio del espesor compactado de la capa. - Ms del 50% del material debe ser menor que la malla No. 4. Muchas veces este requerimiento se refiere a la malla de 3/16. - 35 % del material debe ser ms fino que la malla No. 40. - El retenido en la malla No. 200 debe estar comprendido entre 10 y 50%. - El lmite lquido de la fraccin fina debe ser menor que 40 %.

El ndice de plasticidad de la fraccin fina debe ser menor que 18 %. En arenas muy limpias puede haber problemas de adherencia entre el asfalto y los materiales silcicos, lo que conduce al desprendimiento del material estabilizante y a la desaparicin de sus buenos efectos. Los suelos hmedos pueden presentar el inconveniente de que al aadrseles ms lquido durante el proceso de estabilizacin, lleguen a una consistencia que haga muy difcil compactarlos. En el caso de arenas muy limpias, con no ms de 3 % de material pasando la malla No. 200 y, en aadidura, hmeda, una pre-estabilizacin con 1 2 % de cal puede dar muy buen resultado para mejorar la adherencia entre el asfalto y las partculas de arena. Cualquier tipo de agua dulce es aceptable, tanto para la estabilizacin propiamente dicha, como para la compactacin posterior. La concentracin de sales y la materia orgnica son contraindicadas, pues perjudican mucho la adherencia entre el suelo y el asfalto. Los efectos estabilizantes del asfalto ocurren a travs de dos mecanismos. El primero es una liga establecida entre las partculas de suelo a travs del asfalto, lo que da una "cohesin" al conjunto; el segundo es la proteccin del suelo contra la accin del agua. El primer mecanismo es importante sobre todo en suelos granulares, en tanto que el segundo resulta til ms bien en los cohesivos. A continuacin se establecen algunos puntos de inters sobre algunas propiedades importantes de los suelos estabilizado s con asfalto y de los factores que influyen en su variacin. 7.1 Peso volumtrico seco El asfalto rebajado hace disminuir el peso volumtrico seco mximo a que puede llegarse; esta disminucin seguramente no es muy importante, pues la estabilizacin produce un mejoramiento en las propiedades mecnicas que la compensa con creces. Tambin, la adicin del asfalto y los lquidos

que lo acompaan hacen disminuir la necesidad de agua para compactacin, lo que pudiera ser una ventaja en lugares secos. La adicin del asfalto en forma de asfaltos rebajados lleva consigo una proporcin de solventes voltiles que es importante en el comportamiento de la mezcla obtenida; cuanto mayor sea el contenido de asfalto, menor ser la prdida de resistencia por saturacin, respecto al suelo no tratado y, por otra parte, cuando los solventes pasan de cierta proporcin la resistencia de la mezcla, as como su peso volumtrico seco disminuyen. Existen contenidos ptimos de solventes para cada uno de ambos conceptos, los que, por cierto, no coinciden, que no deben ser sobrepasados, so pena de abatir la resistencia ms de lo deseable. Adicionalmente debe tenerse en cuenta que en emulsiones o asfaltos rebajados, el agua y los solventes se aaden a la fraccin lquida, como ya se dijo y pueden aumentar inconveniente mente la humedad de la mezcla con vistas a la compactacin. 7.2 Resistencia Respecto al contenido de asfalto propiamente dicho, puede decirse que, en trminos generales, cuanto mayor sea es mejor el comportamiento de la mezcla obtenida, dentro de los lmites prcticos; sin embargo, este mejoramiento no se refiere necesariamente a las mismas propiedades. En suelos finos, el aumento del contenido de asfalto no influye en la resistencia a la compresin simple. Por el contrario, en suelos de naturaleza friccionante, la resistencia s aumenta cuando el contenido de asfalto crece, pero si este ltimo se hace aumentar demasiado, la resistencia vuelve a decrecer. Por otra parte, en los suelos finos, el contenido de asfalto s tiene mucho que ver con el comportamiento de la mezcla ante el agua, la resistencia a que llega la mezcla del mismo limo-arcilloso y asfalto cuando es re-humedecida, s crece con el contenido de asfalto y con un crecimiento ilimitado, por lo menos para los contenidos prcticos de dicho material. Lo anterior no quiere decir que convenga aumentar el contenido del asfalto indiscriminadamente en los suelos finos, pues si ste va ms all de un cierto valor, los solventes que acompaan a los asfaltos rebajados o el agua de las emulsiones, hacen crecer en demasa la fase lquida de la mezcla, como ya se discuti y en tal caso sta se vuelve demasiado plstica y poco resistente. En los suelos friccionantes, el asfalto poco aade a la estabilidad ante el agua, ya poco modificable de por s. El perodo de curado de las mezclas tiene importancia en sus resistencias. Cuanto mayor sea ese perodo y ms caliente la temperatura del curado es mayor la prdida de solventes, cuando se usan rebajados. En trminos generales, tambin se cumple que cuanto mayor sea el perodo de re-humedecimiento a que se somete la mezcla de suelo-asfalto es mayor la cantidad de agua captada. La resistencia de un suelo-asfalto es toscamente inversamente proporcional al contenido de solventes en el momento de la prueba, de manera que cuantos ms solventes se pierdan, mayor es la resistencia. 7.3 CBR En el proporcionamiento de mezclas para la formacin de capas de pavimento estabilizadas con asfalto es comn extender la utilizacin del mtodo de diseo con base en el CBR, de manera que la variacin de esta propiedad tiene importancia prctica. Es normal que, en forma similar a como sucede con la resistencia a la compresin simple en suelos finos, el CBR. de la mezcla aumente con el contenido de asfalto hasta un lmite, a partir del cual disminuye de nuevo. Tambin es cierto que se buscan contenidos de asfalto relativamente altos en muchos casos, para lograr mezclas que resistan convenientemente la accin repetida del agua. Es usual tender a un contenido de asfalto que permita alcanzar niveles razonables en ambos resultados; es decir, una resistencia adecuada y una estabilidad suficiente ante la accin del agua. Esto ltimo trata de controlarse en el laboratorio realizando las pruebas de CBR sobre especmenes previamente sujetos a un perodo de inmersin.

Parece ser que existe una relacin entre el CBR de los suelos estabilizados con asfalto y la temperatura. De acuerdo con investigaciones sudafricanas, la resistencia a la compresin simple o la obtenida en pruebas de compresin triaxial de las mismas arenas-asfalto, tambin se ven influidas por la temperatura y en el mismo sentido; es decir, cuando la temperatura aumenta, la resistencia disminuye, lo cual se puede considerar lgico, si se toma en cuenta el reblandecimiento del asfalto con el calor. 7.4 Estabilidad ante el agua Esta es la caracterstica que preponderantemente se busca al estabilizar con asfaltos a los suelos finos, de naturaleza cohesiva; la estabilidad ante el agua de los suelos finos mezclados con asfalto aumenta mucho con el contenido de ste. Cuando aumenta el contenido de asfalto aumenta la estabilidad de la mezcla ante el agua, hasta el grado en que los solventes que acompaan al asfalto rebajado hacen crecer en demasa la fase lquida de la mezcla y la tornan excesivamente plstica y poco resistente; evidentemente este grado representa un lmite adelante del cual no conviene ir, pues lo que se gana en estabilidad resulta descompensado por lo que se pierde en resistencia. En el caso de contenidos de asfalto arriba de un 8 10% resulta francamente indeseable por su prdida de resistencia. Pero en lo que se refiere a la estabilidad ante el agua nicamente, medida sta por la absorcin de las muestras en perodos de inmersin, s se observa que contenidos muy altos de asfalto siguen proporcionando buena estabilidad. El proceso de mezclado que conduce al suelo-asfalto final parece tener considerable influencia en el comportamiento de mezclas de suelos finos y en lo que se refiere a su estabilidad frente al agua. Hay evidencias de cmo vara la absorcin de agua de especmenes de arcilla arenosa, estabilizados con 3 % de aceite pesado cuando vara el tiempo de fabricacin y mezclado y tambin cuando se hace variar el tiempo de inmersin en agua en el laboratorio. Cuando el tiempo de mezclado se prolonga, disminuye mucho la estabilidad de la mezcla ante el agua; esto se atribuye a efectos de rotura de granos y a la correspondiente difusin del asfalto en mayores reas de partculas de suelo, en pelculas correspondientemente ms delgadas y, por ende, ms susceptibles a ser penetradas por el agua. 7.5 Mtodos constructivos De lo atrs discutido puede deducirse que las mezclas de suelo-asfalto se fabrican con objetivos que pueden ser diferentes. Puede pretenderse buscar la resistencia mxima, en suelos no cohesivos, la que deber lograrse empleando el contenido ptimo de asfalto. Puede tenerse como objetivo dar al suelo estabilidad ante el agua, lo que es frecuente en suelos francamente cohesivos o en suelos de naturaleza friccionante, pero con fraccin fina importante, en cuyo caso los contenidos de asfalto podrn ser ms altos, pero cuidando que no excedan al lmite que compromete la resistencia de la mezcla. El caso de la estabilizacin de arenas con asfalto es tan frecuente en la tcnica actual de muchos pases, que muchos autores lo consideran especial. El tipo de pruebas de laboratorio por realizar en cada uno de los casos se desprende de las pginas anteriores; el proyectista tiene mucha libertad para actuar de acuerdo con su sentido comn, puesto que no existe ninguna metodologa pre-establecida para el diseo de las mezclas. La seleccin del tipo y monto del asfalto debe de hacerse con pruebas de laboratorio que determinen y comparen caractersticas de resistencia y estabilidad. Es muy frecuente en la tecnologa de las vas terrestres el realizar pruebas para conocer la evolucin de los valores del CBR, en especmenes cura-dos y sujetados a perodos de inmersin en agua.

En estos casos es frecuente exigir por lo menos valores de 80% para el CBR de capas de pavimento. La Fig. 4 puede ser til para determinar los porcentajes de asfalto convenientes para la estabilizacin en los diferentes casos; esos porcentajes estn referidos a la fraccin de suelo que es menor que la malla No. 200.

Fig. 4. baco para establecer el porcentaje de asfalto en problemas prcticos La secuencia constructiva de una capa de suelo-asfalto comprende los siguientes pasos:

- Pulverizacin del suelo - Adicin del agua necesaria para un mezclado apropiado. - Adicin del producto asfltico y mezcla con el suelo - Aireacin, para llegar a un contenido de solventes voltiles apropiado para la compactacin. - Compactacin - Acabado - Aireacin y curado

De las secuencias anteriores, el mezclado y la etapa de reduccin de solventes voltiles suelen ser las ms delicadas. En suelos arcillosos, sobre todo, puede convenir durante el mezclado un contenido alto de solventes y, adems, el contenido de estas substancias para favorecer una buena compactacin es normalmente ms alto que el que garantiza una buena estabilidad. Por todo ello, el suelo-asfalto requiere normalmente un perodo de aireacin despus de compactado; esto es tanto ms cierto cuan. to ms cohesivo es el suelo. Cuando se utilizan emulsiones, por otra parte muy apropiad as para la estabilizacin de suelos fi. nos, la fraccin lquida que las acompaa debe ser conveniente eliminada, lo que exige la colocacin en capas suficientemente delgadas. 7.6 Diseo de espesores Es muy comn disear el espesor de capas de suelo-asfalto con el mtodo del CBR Cuando ello se hace, tambin es usual asignar a la capa de suelo-asfalto el mismo espesor que resultara en el diseo, si no se estabilizase el suelo, lo cual es muy conservador. Tambin es muy frecuente y quiz

ms I racional establecer alguna equivalencia emprica entre el espesor de la capa estabilizada y una capa de grava equivalente. 8. ESTABILIZACIN DE SUELOS CON ASFALTOS ESPUMADOS 8.1. Introduccin Los asfaltos espumados son una tcnica que se usa en la produccin de mezclas asflticas tibias. Se puede usar tanto en caminos de bajo volumen de trnsito como en autopistas sujetas a trfico pesado. Los materiales estabilizados con asfaltos espumados permiten:

1) Aumentar la resistencia al esfuerzo cortante y reducir la susceptibilidad al dao por humedad de los materiales granulares estabilizados,

2) Incrementar la rigidez de la base, volvindola flexible y resistente a la fatiga, 3) Ser utilizados como agente estabilizador de materiales granulares, con la ventaja de que

puede ser abierto al trnsito de manera inmediata, sin necesidad de curados. Los asfaltos espumados se producen mediante un proceso mecnico en el cual se inyecta, mediante aire presurizado, una pequea cantidad de agua al asfalto caliente dentro de una cmara de expansin, lo que resulta en la produccin instantnea de espuma dentro del asfalto. El efecto del espumado se produce en el momento que las pequeas gotas de agua fra entran en contacto con el asfalto caliente, lo que ocasiona transferencia de energa entre el asfalto y el agua. Esto produce un aumento en la temperatura del agua a ms de 150 C, la cual