Análisis de los efectos de la adición de cal y fibras en un suelo loéssico

Abstract

La adición de cal constituye una práctica ampliamente usada en suelos cohesivos, cuyos principales beneficios se centran en la disminución de la plasticidad, y en el aumento de la rigidez y la resistencia. En suelos predominantemente arcillosos, estas mejoras se explican principalmente por la floculación entre partículas, generada por la disminución en el espesor de la doble capa difusa por un efecto de concentración iónica. Sin embargo, también existen otros fenómenos, asociados a la formación de productos cementantes, que explican las mejoras en suelos estabilizados con cal con bajo contenido de arcilla, como es el caso de los limos areno arcillosos de tipo loéssico. Estos productos cementantes se forman fundamentalmente a partir de dos reacciones: la carbonatación de la cal y la reacción puzolánica. Por otro lado, el refuerzo de suelos mediante la adición de fibras sintéticas ha adquirido interés en las últimas décadas y ha demostrado ser una técnica efectiva en una amplia variedad de suelos. La inclusión de fibras en suelos cementados, como es el caso de suelos estabilizados con cal, resulta de gran interés por el aporte que las fibras realizan en el comportamiento post pico del suelo mejorado. El presente trabajo de investigación estudia el comportamiento mecánico de un limo areno arcilloso de tipo loéssico compactado, estabilizado con cal y reforzado con fibras sintéticas. La investigación se enfoca, por un lado, en mejorar el entendimiento sobre los fenómenos físico-químicos que se desarrollan al adicionar cal, pretendiendo caracterizar el aporte relativo que realizan las dos reacciones principales (carbonatación y reacción puzolánica) en las mejoras logradas a nivel mecánico en el suelo estabilizado. A los efectos de incrementar el efecto de la reacción puzolánica, se incorporan diferentes porcentajes de cenizas volantes al limo loéssico. Y por otro lado, se indaga el aporte de la inclusión de fibras al comportamiento mecánico del suelo estabilizado, fundamentalmente en los efectos sobre la resistencia post pico. Para ello se ejecuta un programa experimental orientado a detectar y apreciar el aporte de las diferentes reacciones presentes en el suelo estabilizado con cal sobre la resistencia y la rigidez del suelo, como así también los efectos del mismo suelo con la incorporación de fibras sintéticas. El programa empírico, incluye pruebas de caracterización mecánica a nivel macroscópico (medición de resistencia al corte y rigidez a niveles medios y pequeños de deformación), así como estudios a nivel micro desarrollados mediante la obtención de fotografías de la estructura de las mezclas suelo cal obtenidas con microscopio confocal y electrónico, y a través de la caracterización mineralógica por medio de ensayos de difracción de rayos x. Los resultados obtenidos permiten apreciar cómo la incorporación de cal hidratada incrementa la resistencia y rigidez del loess compactado, y cuáles son las principales variables que gobiernan la mejora. Asimismo, mediante el testeo de probetas en las que se impide el acceso de dióxido de carbono, minimizando así la carbonatación, se logra diferenciar y caracterizar el aporte relativo de reacciones de tipo puzolánico de la mejora global lograda por la floculación y la carbonatación. Finalmente, se ilustran los beneficios en el comportamiento post pico e incremento de ductilidad producto de la incorporación de fibras sintéticas.