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Impact of the soil-stabilization with lime
Impact de la stabilisation des sols à la chaux
Szendefy J.
BUTE, Budapest, Hungary
ABSTRACT: The protection of environment and economical consideration demands giving the usage of internal soils preference over
external materials. Soil-stabilization with lime increase the bearing capacity and treats the properties of cohesive soils due to chemical
reactions. During a soil-stabilization with lime, the Ca2+ ions introduced into the soil attach to the surface of the clay particles,
replacing the cations located there previously. Due to the high charging of the Ca2+ ions, the clay particles coagulate. The coagulation
exerts a decisive effect on the soil structure, resulting the plasticity index in a shifting towards a certain zone. This effect leads to the
elimination of the silt and clay particles, resulting in an intensive reduction surface of the particle of the stabilizations. Due to the
coagulating particles, the friction angle increases, and also the value of cohesion becomes higher. The addition of lime results
consequently in a growth of the compression strength of the soil, leading to an increased load bearing capacity. In order to define the
internal friction angle (
Ф
) and the cohesion (c), triaxial compression test were done with ten different kind of soils. The soil-
stabilization with lime were made with 2 %, 4 %, and 6% additional lime, the temporal aspect has been investigated in ages of 1, 7,
and 28 days. In case of admixing an ideal quantity of lime, the soils are shifting towards the value of
Ф
=40o. The extent of growth of
the cohesion did not show as clear tendency as the friction angle, but give back a significant increasing.Contrary to the literature, I
regard to remark that the positive impacts of soil-stabilization with lime is basically a result of the cation exchange, while the
puzzolan reaction playing only a secondary role. It is also important to remark that the lime stabilization of soils is not only suitable
for the drying up of soaked soils. With the application of a planned and properly executed stabilization, load bearing capacity of
ballast materials can be achieved with local soils regarded or qualified as unsuitable. Accordingly, the ballast and pavement layers can
be effectively reduced, and the quantity of delivered external materials minimized.
RÉSUMÉ : Les considérations environnementales et économiques font préférer
l’utilisa
tion des matériaux locaux aux matériaux
extérieurs transportés sur place. Avec ses processus chimiques, la stabilisation des sols à la chaux permet une augmentation de la
portance des sols argileux et une améliore de leurs propriétés. Lors des processus de stabilisation, les ions Ca2+ remplacent les cations
qui s’attachent à la surface des grains d’argile. Les grains d’argile s’agglomèrent
à cause de la haute charge des ions Ca2+.
L
’agglomération provoque
un changement important dans la structure du sol et, en conséquence,
l’indice de plasticité du sol se décale
vers une certaine zone. Cet effet élimine les grains d’argile et de limon diminuant ainsi radi
calement la surface des grains du sol
stabilisé. À cause de l
’
agglomération
des grains, les valeurs de l’angle de frottement
interne et de la cohésion augmentent. En ajoutant
de la chaux, la compressibilité des sols diminue, en conséquence la portance des
sols augmente. Afin d’établir le changement des
valeurs de l’angle de frottement
interne
(Φ) et de la coh
ésion (c) nous avons effectué des essais triaxiaux sur différents sols. Nous
avons stabilisé les sols en ajoutant 2%, 4% et 6% de chaux et nous avons m
esuré l’effet du temps avec des essais effectués à l’
âge de
1 jour, 7 jours et 28 jours. Dans le cas d’une addition de quantité optimale de chaux la valeur de l’angle de frottement
interne est de
40°. Dans le cas de la cohésion, il a été impossible de démontrer une tendance, mais une augmentation importante a pu être observée
dans tous les cas. Contrairement à la bibliographie technique sur les essais lors de la stabilisation des sols à la chaux, l
’agglomération
causée
par l’échange de cation
s a un rôle dominant, tandis que les réactions pouzzolanes ont plutôt un rôle secondaire. Il est important
de souligner également que la stabilisation des sols
à la chaux n’a pas pour seule application le
séchage des sols mouillés ou
humidifiés. En utilisant une formule bien établie, une portance équivalente au gravier peut être atteinte avec les sols locaux, ainsi les
sols locaux qualifiés de non-utilisables peuvent être finalement
convenables pour la construction routière. En conséquence l’épaisseur
de l’assises de chau
ssée et celle de la structure de la chaussée peuvent être diminuées efficacement, et la quantité des matériaux
extérieurs transportés peut être minimisée.
KEYWORDS: soil stabilization with lime, cation exchange, bearing capacity
1 INTRODUCTION
The road vehicle and railway traffic are increasing worldwide
that require a permanent extension of the infrastructure. In
addition to the extension, the high load bearing and economical
operation are required in new infrastructure and rehabilitation
investments. To satisfy the above demands, the expectation
towards pavements, bedding and subsoil is increasing
continuously. Similar tendencies can also be experienced at
industrial and commercial buildings e.g. their industrial floors,
service-roads and parking area.
According to the Hungarian code (ÚT 2-1-222-2002), the
above high requirements can essentially be satisfied by granular
soils; the application of transient and cohesive soils are limited.
Another argument prevailing against the use of locally transient
and cohesive soils is the fact that their characteristics are
extraordinarily influenced by rainfall: their workability is
decreasing rapidly and their load bearing capacity becomes
practically zero. Consequently, they may upset a strict time
schedule due to the drastically abbreviated execution times, so
their application result significant risks.
The omission of local materials and the delivery and use of
extraneous ones arises questions related not only to costs but
also to environment protection and to the preservation of
national property. The excavation of extraneous materials cause
