ndice1. Estructura del suelo y minerales arcillosos 1.1 Origen1.2 Estructura1.3 Arcilla y minerales arcillosos1.4 Propiedades generales2. Compactacin y estabilizacin de suelos2.1 Estabilizacin de suelos2.2 Compactacin del suelo

3. Mecnica de suelos3.1 Caracterstica de la partculas de un suelos3.2 Estudio de suelos arcillosos

4. Efectos en la construccin 4.1 Efectos de los suelos arcillosos sobre la construccin4.2 Efectos de la construccin sobre los suelos arcillosos

5. Tratamientos para suelos arcillosos5.1 Tratamientos de los suelos arcillosos5.2 La cal para los tratamientos de los suelos5.3 La modificacin de los suelos arcillosos con cal5.4 Efectos de la aplicacin de la cal

Conclusiones

1. Estructura del suelo y minerales arcillosos

1.1 Origen

Estn formados por granos finos de color amarillento y retienen el agua formando charcos. Si se mezclan conhumuspueden ser buenos para cultivar.

1.2 Estructura

La estructura del suelo es tanto el arreglo geomtrico de las partculas o granos minerales, como las fuerzas entre partculas que pueden actuar sobre ellas. La estructura e un suelo incluye la gradacin, el arreglo entre partculas, la relacin de vacos, los agentes ligantes y las fuerzas elctricas asociadas. La estructura es la propiedad que produce una respuesta a los cambios exteriores ambientales, tales como cargas, agua, temperatura y otros factores.El trmino textura es un trmino introducido ms recientemente a fin de describir la estructura de las arcillas. La textura seala el arreglo geomtrico de las partculas minerales en una masa de arcilla, tal como se observa mediante microscopios pticos o electrnicos. El arreglo geomtrico incluye el espaciamiento entre partculas y las distribuciones de tamaos por porros.

1.3 Arcilla y minerales arcillosos

Los minerales arcillosos son, predominantemente, silicatos de aluminio y/o hierro y magnesio. Algunos de ellos tambin contienen lcalis y/o tierras alcalinas como componentes esenciales. Estos minerales son predominantemente cristalinos y los tomos que los componen estn dispuestos en modelos geomtricos definidos. La mayora de los minerales arcillosos tiene estructuras laminares o en capas. Unos pocos tienen estructuras tubulares o fibrosas. Los grumos son como libros de unidades laminares o atados de unidades tubulares o fibrosas. Las masas de suelo generalmente contienen una mezcla de varios minerales arcillosos, identificados por el mineral arcilloso predominante con variados montos de otros minerales no arcillosos.Los minerales arcillosos son muy pequeos (menos de 2 um) y con partculas electroqumicamente muy activas que pueden ser vistas solo con dificultad usando un microscopio electrnico. A pesar de su pequeo tamao, los minarles arcillosos han sido, sin embargo, estudiados, extensamente debido a su importancia econmica; particularmente en la cermica, moldes para metales, uso en explotacin de petrleo y en ingeniera de mecnica de suelos. Los minerales arcillosos exhiben otros materiales, aunque puedan ser del tamao de la arcilla o menores. Por ejemplo, el cuarzo finamente molido no tiene plasticidad cuando hmedo. Debe hacerse especialmente hincapi en que cualquier depsito de arcillas tendr probablemente varios minerales arcillosos y un amplio intervalo de tamaos de partculas de otros materiales que son esencialmente de relleno1.4. Propiedades Generales1.4.1 Superficie especficaLa superficie especfica o rea superficial de una arcilla se define como el rea de la superficie externa ms el rea de la superficie interna (en el caso de que esta exista) de las partculas constituyentes, por unidad de masa, expresada en m2/g.Las arcillas poseen una elevada superficie especfica, muy importante para ciertos usos industriales en los que la interaccin slido-fluido depende directamente de esta propiedad.

1.4.2 Capacidad de Intercambio catinicoEs una propiedad fundamental de las esmectitas. Son capaces de cambiar, fcilmente, los iones fijados en la superficie exterior de sus cristales, en los espacios interlaminares, o en otros espacios interiores de las estructuras, por otros existentes en las soluciones acuosas envolventes. La capacidad de intercambio catinico (CEC) se puede definir como la suma de todos los cationes de cambio que un mineral puede adsorber a un determinado pH. Es equivalente a la medida del total de cargas negativas del mineral. Estas cargas negativas pueden ser generadas de tres formas diferentes:* Sustituciones isomrficas dentro de la estructura. * Enlaces insaturados en los bordes y superficies externas. * Disociacin de los grupos hidroxilos accesibles.El primer tipo es conocido como carga permanente y supone un 80 % de la carga neta de la partcula; adems es independiente de las condiciones de pH y actividad inica del medio. Los dos ltimos tipos de origen varan en funcin del pH y de la actividad inica. Corresponden a bordes cristalinos, qumicamente activos y representan el 20 % de la carga total de la lmina.1.4.3 Capacidad de absorcinAlgunas arcillas encuentran su principal campo de aplicacin en el sector de los absorbentes ya que pueden absorber agua u otras molculas en el espacio interlaminar (esmectitas) o en los canales estructurales (sepiolita y paligorskita).La capacidad de absorcin est directamente relacionada con las caractersticas texturales (superficie especfica y porosidad) y se puede hablar de dos tipos de procesos que difcilmente se dan de forma aislada: absorcin (cuando se trata fundamentalmente de procesos fsicos como la retencin por capilaridad) y adsorcin (cuando existe una interaccin de tipo qumico entre el adsorbente, en este caso la arcilla, y el lquido o gas adsorbido, denominado adsorbato).

La capacidad de adsorcin se expresa en porcentaje de absorbato con respecto a la masa y depende, para una misma arcilla, de la sustancia de que se trate. La absorcin de agua de arcillas absorbentes es mayor del 100% con respecto al peso.

1.4.4 Hidratacin e hinchamientoLa hidratacin y deshidratacin del espacio interlaminar son propiedades caractersticas de las esmectitas, y cuya importancia es crucial en los diferentes usos industriales. Aunque hidratacin y deshidratacin ocurren con independencia del tipo de catin de cambio presente, el grado de hidratacin s est ligado a la naturaleza del catin interlaminar y a la carga de la lmina.La absorcin de agua en el espacio interlaminar tiene como consecuencia la separacin de las lminas dando lugar al hinchamiento. Este proceso depende del balance entre la atraccin electrosttica catin-lmina y la energa de hidratacin del catin. A medida que se intercalan capas de agua y la separacin entre las lminas aumenta, las fuerzas que predominan son de repulsin electrosttica entre lminas, lo que contribuye a que el proceso de hinchamiento pueda llegar a disociar completamente unas lminas de otras. Cuando el catin interlaminar es el sodio, las esmectitas tienen una gran capacidad de hinchamiento, pudiendo llegar a producirse la completa disociacin de cristales individuales de esmectita, teniendo como resultado un alto grado de dispersin y un mximo desarrollo de propiedades coloidales. Si por el contrario, tienen Ca o Mg como cationes de cambio su capacidad de hinchamiento ser mucho ms reducida.

1.4.5 PlasticidadLas arcillas son eminentemente plsticas. Esta propiedad se debe a que el agua forma una envuelta sobre las partculas laminares produciendo un efecto lubricante que facilita el deslizamiento de unas partculas sobre otras cuando se ejerce un esfuerzo sobre ellas.La elevada plasticidad de las arcillas es consecuencia, nuevamente, de su morfologa laminar, tamao de partcula extremadamente pequeo (elevada rea superficial) y alta capacidad de hinchamiento.

Generalmente, esta plasticidad puede ser cuantificada mediante la determinacin de los ndices de Atterberg (Lmite Lquido, Lmite Plstico y Lmite de Retraccin). Estos lmites marcan una separacin arbitraria entre los cuatro estados o modos de comportamiento de un suelo slido, semislido, plstico y semilquido o viscoso (Jimnez Salas, et al. , 1975).

La relacin existente entre el lmite lquido y el ndice de plasticidad ofrece una gran informacin sobre la composicin granulomtrica, comportamiento, naturaleza y calidad de la arcilla. Existe una gran variacin entre los lmites de Atterberg de diferentes minerales de la arcilla, e incluso para un mismo mineral arcilloso, en funcin del catin de cambio. En gran parte, esta variacin se debe a la diferencia en el tamao de partcula y al grado de perfeccin del cristal. En general, cuanto ms pequeas son las partculas y ms imperfecta su estructura, ms plstico es el material.

2. Compactacin y estabilizacin de suelos

2.1 Estabilizacin de suelosNo siempre se encuentra el suelo adecuado que garantice la estabilidad y durabilidad de una explanada. Si unimos a ello la creciente importancia medioambiental y la presin social por minimizar la apertura de nuevos prstamos y vertederos necesarios para el movimiento de tierras de una infraestructura, es evidente que deberamos esforzarnos en utilizar materiales calificados como tolerables, marginales e incluso inadecuados.La estabilizacin de suelos consiste en mejorar un suelo existente adicionando un material, que normalmente es cal o cemento. Las ventajas directas que obtenemos de la estabilizacin son, entre otras, las siguientes: aprovechar suelos de baja calidad, evitando su extraccin y transporte a vertedero; reducir la sensibilidad al agua de los suelo, aumentando su resistencia a la erosin, a la helada y otros agentes climticos; permitir la circulacin por terrenos impracticables y obtener una plataforma estable de apoyo del firme de infraestructuras lineasle que colabore estructuralmente con el mismo. Los procedimientos ms utilizados son la estabilizacin con cal y la estabilizacin con cemento, aunque tambin se utilizan otros aditivos, destacando los procesos de estabilizacin con ligantes hidrocarbonados y la estabilizacin con cloruros.

2.2 Compactacin de suelosEl suelo, como cualquier elemento natural, posee un equilibrio entre los diversos factores que lo influyen. Un cambio de este equilibrio puede provocar una alteracin fsica, qumica o biolgica. La compactacin es la principal causa de alteracin del suelo.Hay dos situaciones con elevado riesgo de compactacin: reas con fuerte trnsito de vehculos y personas, y reas cercanas a lugares en construccin. Hay suelos con una tendencia ms o menos acentuada a la compactacin, en funcin de la composicin, estructura y contenido de humedad. Las constructoras a menudo trabajan con maquinarias muy pesadas, sin delimitar la zona en la que se encuentran y se plantarn rboles. Se desconocen cual es la superficie que abarca el aparato radical, as como, se ignoran los efectos derivados de la compactacin y dificultad que se encuentran para intentar resolverlo.

3. Mecnica de suelos

3.1 Caracterstica de las partculas de un suelosUna muestra de un suelo est formada por un conjunto de muchas partculas individuales y por el aire o agua que rellene los huecos entre ellas, todas estas tienen que ver con la morfologa de una partcula de suelo, con su tamao y con su forma, las cuales hacen que haya una gran diferencia entre todas estas.

3.2 Estudio de suelos arcillososAntes de construir una edificacin en un terreno, es necesario verificar mediante un estudio de suelos la caracterstica del terreno donde vamos a construir. Muchas veces se adopta generalmente el tipo de fundacin de una edificacin aledaa prxima. Esa decisin no es del todo segura debido a que el suelo suele cambiar su composicin metro a metro. La estabilizacin de un suelo consiste en modificar algunas de sus caractersticas indeseables para el propsito de uso que queremos darle a dicho suelo.Entonces, si el suelo va a ser empleado para apoyar a una cimentacin, ya sea para cimentacin de una edificacin o bien de un pavimento, las principales caractersticas indeseables de una arcilla plstica sern: Un ndice Plstico demasiado alto que significa un alto valor de expansin (o bien su opuesta contraccin), as como una capacidad para soportar carga estructural que ser demasiado baja.El suelo arcilloso tiene la capacidad de modificar su volumen cuando absorbe o deja de absorber agua produciendo hinchazones sobre el asentamiento de la obra que deriva en ciertas rajaduras que muchas veces pueden visualizarse desde la fachada con grietas horizontales.

4. Efectos en la construccin

4.1 Efectos de los suelos arcillosos sobre la construccin

Como consecuencia de estas caractersticas y vistas las funciones que los suelos arcillosos adquieren en las obras de construccin, es posible identificar una serie de efectos sobre las mismas que se producen de manera directa. Fundamentalmente se pueden clasificar segn:

a) Perturbacin de los procesos constructivos que se manifiesta en:* Falta de trabajabilidad.* Dificultades para el drenaje.* Sensibilidad a las condiciones meteorolgicas desfavorables.

b) Introduccin de incertidumbres en la estimacin de resistencias, dado que normalmente un incremento en las condiciones de humedad suele repercutir en elreblandecimiento de los suelos y la disminucin de su resistencia.

c) Incremento de los movimientos diferidos o de consolidacin debido a la dificultad para eliminar el exceso de agua bajo situaciones de modificacin de cargas por su baja permeabilidad.

d) Movimientos asociados a cambios volumtricos por diferencias de humedad, que pueden originarse por causas:* Naturales, como cambios en el nivel fretico o en las condiciones atmosfricas del entorno, o* Artificiales, por el reajuste de las humedades empleadas en el proceso constructivo a las condiciones ambientales finales.

e) Deformaciones plsticas del asiento de las construcciones.

f) Erosin y degradacin de su superficie a la intemperie, manifestados por los cuarteos y agrietamientos caractersticos de ciclos de sequedad y humedad, que afecta negativamente a su durabilidad y a su estabilidad.

4.2 Efectos de las construcciones sobre los suelos arcillosos Pero de igual modo es posible identificar unos efectos indirectos o inducidos por las construcciones que hacen que las consecuencias anteriormente mencionadas se amplifiquen en su magnitud o se compliquen con efectos secundarios, inicialmente imprevistos. Ello se debe a que las construcciones producen sobre los suelos en que se asientan o que las circundan fenmenos que se pueden agrupar en:

a) Variacin de las condiciones de contorno, que se plasman en:* Cambios en la geometra: Se alteran los espesores naturales de los estratos o capas de manera diferencial, en especial por excavaciones como las producidas en stanos y desmontes a media ladera.* Cambios en las condiciones de drenaje originados por la impermeabilizacin de la superficie de contacto de los suelos parcial o totalmente con el ambiente exterior. Es lo que se conoce como el efecto de borde cuya ilustracin ms evidente se produce en la construccin de una zona pavimentada impermeable sobre un suelo arcilloso, que genera zonas de comportamiento diferenciado ante cambios de humedad:- La central o cubierta, aislada de los cambios meteorolgicos; y- La de borde, expuesta a ellos.

* Cambios en el drenaje por la apertura de nuevas superficies de contacto con el exterior. Este efecto, originado fundamentalmente en los cajeos y excavaciones genera el secado de capas profundas y su exposicin a las condiciones meteorolgicas;* Cambios en las tensiones provocados por la descompresin del terreno fundamentalmente por excavacin, lo que puede inducir levantamientos por el efecto de descarga; y finalmente* Variaciones en el equilibrio hdrico (succin), como la que suele producirse cuando en una excavacin se elimina la capa activa. Esto provocar una desecacin en la franja superior de la rasante final para generar una nueva capa activa y que rompa la estabilizacin de condiciones que pudiera haberse alcanzado en una zona del sustrato.

b) Incrementos de humedad por filtraciones: Este efecto, que en ocasiones es no deseado y en otras es de alguna manera intencionada provoca la entrada de agua en los materiales en mayor medida que la que exista antes de la construccin a travs de vas preferentes o localizadas. Suele originarse en casi todo tipo de obras y ejemplos comunes son:* En firmes y pavimentos: Grietas, juntas calzada-arcn, medianas, cunetas, obras de drenaje deficientes, etc.* En edificios y zonas urbanizadas: Las redes de saneamiento y alcantarillado, stanos, jardines, etc.* En muros: Las grietas en el relleno, drenajes en trasdoses, etc

5. Tratamientos para suelos arcillosos

5.1 Tratamientos para suelos arcilloso Los dos primeros grandes grupos de soluciones citados anteriormente incluyen todas las posibles actuaciones que conllevan la manipulacin de los suelos para su adaptacin a las necesidades constructivas. En estos grupos se centra el presente documento y, por tanto, el contenido que se detalla a continuacin.Los principales mecanismos que se aplican para el tratamiento de los suelos arcillosos y la reduccin de sus efectos perjudiciales sobre las construcciones se pueden agrupar en actuaciones mediante procesos fsicos o procesos qumicos.Los ms frecuentes en Espaa son los siguientes:a) Procesos fsicos:* Sustitucin por materiales menos sensibles* Mezcla con otros materiales* Recompactacin de los suelos* Control de las condiciones de humedadb) Procesos qumicos:* Mezcla con conglomerantes* Mezcla con otros productos estabilizadores

5.2 La cal para el tratamiento de suelosEn efecto, como trmino genrico la cal es un producto compuesto de xidos e hidrxidos de calcio y magnesio que procede de la calcinacin de minerales calizos y dolomticos.Tambin suele contener xidos de silicio, aluminio e hierro en funcin del material bsico de procedencia:CaO - Ca(OH)2 - MgO - Mg(OH)2 - SiO2 - AlO2 - Fe2O3En el proceso de calcinacin, los minerales compuestos por carbonatos clcicos y magnsicos, en proporciones variables segn la calidad y tipologa del mineral base dan lugar, ante la aplicacin de calor, a la formacin de xidos de cal y/o magnesio, que es el producto buscado, con desprendimiento de dixido de carbono.El producto directamente obtenido de esta reaccin es el que se conoce como cal viva. Para la consecucin de un buen producto es necesario que el mineral de origen sea de gran pureza en cuanto al contenido de carbonatos. Pero evidentemente en el proceso de calcinacin influyen otra serie de factores fsicos del mineral que deben asegurarse para obtener una calidad adecuada del producto. Estos factores son, fundamentalmente, la granulometra y superficie del mineral expuesto a calcinacin, su porosidad y densidad. Un segundo paso o estadio de avance en la produccin de derivad5.3 La modificacin de suelos arcillosos con calLa adicin de cal a un suelo con una fraccin de partculas finas relevante modifica su comportamiento por una conjuncin de las propiedades que se han descrito para ambos materiales.En este apartado se describen los mecanismos que intervienen en este proceso, que se resume fundamentalmente en dos manifestaciones tpicas:a) Una modificacin de la textura del suelo; yb) Un incremento de su resistencia.Estos hechos se producen en mayor o menor medida segn el tipo de suelos, su granulometra y mineraloga, y el de la cal empleada, en funcin de su riqueza y actividad. Su justificacin est en la alteracin del estado natural de ambos materiales por las reacciones qumicas que se producen en la interaccin de sus estructuras.Los mecanismos que conducen a estas modificaciones pueden descomponerse en una serie de reacciones diferenciadas que justifican mediante su combinacin el efecto final. Estas reacciones tienen caractersticas temporales y de alcance dispares.Si bien es cierto que no existe unanimidad entre los tcnicos sobre la totalidad de los mecanismos que intervienen en la reaccin entre la cal y las partculas arcillosas de un suelo, s es posible describir, y as se hace a continuacin, los esquemas ms generalmente aceptados y que justifican el comportamiento final obtenido.

5.4 Efectos de la aplicacin de la calComo consecuencia de la combinacin de los mecanismos descritos en el apartado anterior, la aplicacin de cal a un suelo arcilloso origina una modificacin en las propiedades fsicas caractersticas de su comportamiento inicial. Si bien ya se ha mencionado que en funcin de la mineraloga del suelo y de la proporcin y forma de aplicacin de cal se producen unos u otros procesos en mayor o menor medida, es posible resumir y englobar los efectos ms genricos de la mejora en los que siguen:

* Reduccin de la humedad natural del suelo * Modificacin de la granulometra * Aumento de la permeabilidad * Mayor trabajabilidad* Reduccin del ndice de plasticidad * Reduccin del potencial de cambios volumtricos * Modificacin de las caractersticas de compactacin * Aumento inmediato de la consistencia* Mayor resistencia a medio y largo plazoSi bien es cierto que alguno de estos efectos no es perceptibles mediante los ensayos usualmente empleados en el control de construccin, en los que s lo son se incluyen tambin una serie de resultados. stos provienen en especial de anlisis realizados a materiales de obras diversas en la Comunidad Autnoma de Andaluca. Sin que dichos resultados pretendan establecer reglas o proporciones estrictas, ilustran de manera clara las tendencias y efectos que se producen en los suelos por la aplicacin de la cal, as como la progresin de estos efectos segn el tipo de suelos y la cantidad de cal aplicada.