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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
Recinto Universitario “Augusto C. Sandino”
Química General
Ingeniería Civil
Prof.
MSc. Alba Veranay Díaz Corrales
Grupo:
2S1 - Sabatino
Trabajo elaborado por:
Nelson José Hernández González
Jesser Carvajal Campo
Maryuri Lisseth Benavidez
Alexa Ximena Agurcia
Eldis herrera Ríos
Cinthya Dayana Pérez Núñez
Fecha:
Sábado, 2 de junio de 2012
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
RECINTO UNIVERSITARIO AUGUSTO C. SANDINO
pág. 2
INGENIERÍA CIVIL - QUÍMICA GENERAL
Contenido
I. Resumen ............................................................................................................... 3
II. Introducción .......................................................................................................... 4
III. Objetivos ............................................................................................................ 5
3.1. General ........................................................................................................... 5
3.2. Específicos ...................................................................................................... 5
IV. Desarrollo del Trabajo ....................................................................................... 6
4.1. Parámetros Físicos del suelo .......................................................................... 6
4.1.1. Granulometría ......................................................................................... 6
4.1.2. Humedad ................................................................................................. 7
4.1.3. Plasticidad y límites de Atterberg ........................................................... 8
4.2. Aplicaciones químicas para la estabilización de suelos ................................. 9
4.2.1. Estabilización con cemento Portland: Suelo – Cemento ...................... 10
4.2.2. Estabilización con oxido de calcio (Cal): Suelo – Cal ............................ 11
4.2.3. Estabilización con asfalto: Suelo – Asfalto ............................................ 12
4.2.4. Estabilización con Cloruro de Sodio: Suelo – Sal .................................. 12
4.2.5. Estabilización con: CON – AID® ............................................................. 13
V. Síntesis en mapa conceptual .............................................................................. 15
VI. Conclusiones .................................................................................................... 16
VII. Bibliografía ....................................................................................................... 17
VIII. Anexos ............................................................................................................. 18
8.1. Clasificación de las partículas del suelo ....................................................... 18
8.2. Columna de tamices sobre la máquina de ensayo. ..................................... 19
8.3. Representación de los límites de Atterberg ................................................ 20
8.4. Camino estabilizado con: CON – AID® ......................................................... 21
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I. Resumen
Las propiedades físicas de los suelos, determinan en gran medida, la capacidad de
muchos de los usos a los que el hombre los sujeta. La condición física de un suelo,
determina, la rigidez y la fuerza de sostenimiento, la capacidad de drenaje y de
almacenamiento de agua y la plasticidad.
Los suelos son el componente principal de la mayoría de los proyectos de
construcción. Estos deben soportar cargas, pavimentos, servir como canales de
agua, etc. Los suelos se pueden utilizar en el estado es que se encuentran o bien,
ser excavados y tratados para adecuarlos al proyecto.
Cuando un suelo presenta resistencia suficiente para no sufrir deformaciones ni
desgastes inadmisibles por la acción del uso o de los agentes atmosféricos y
conserva además esta condición bajo los efectos climatológicos normales en la
localidad, se dice que el suelo es estable.
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II. Introducción
El suelo natural posee a veces la composición granulométrica y la plasticidad así
como el grado de humedad necesario para que, una vez apisonado, presente las
características mecánicas que lo hacen utilizable como firme de un camino.
Los métodos empleados en la antigüedad para utilizar los suelos en la construcción
eran empíricos y, como las demás actividades artesanas, se transmitían de
generación en generación. Los conocimientos en la actualidad sobre este campo se
basan principalmente en estudios sistemáticos con fundamento científico
corroborado mediante la experimentación.
Se considera necesario para las personas involucradas en el uso de la tierra,
conocer las propiedades físicas del suelo, para entender en qué medida y cómo la
actividad humana puede llegar a modificarlas, y comprender la importancia de
mantener las mejores condiciones físicas del suelo posibles.
La siguiente investigación pretende describir las características físicas del suelo, así
como las distintas aplicaciones para su estabilización, a continuación se presentan
los detalles del trabajo realizado.
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III. Objetivos
3.1. General
Describir las características físicas y los diferentes métodos de estabilización
del suelo.
3.2. Específicos
Identificar los procesos de estabilización química más utilizados en la
modificación de suelos naturales y características.
Analizar los parámetros físicos más importantes del suelo para la aplicación
de los diferentes tipos de estabilizantes.
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IV. Desarrollo del Trabajo
4.1. Parámetros Físicos del suelo
Se consideran partículas del suelo a las partículas minerales cuyo tamaño es menor
a 2 mm. Estas partículas del suelo se clasifican según su tamaño en arena, limo y
arcilla. Las partículas de tamaño superior a 2 mm. Se consideran fragmentos
gruesos del suelo, y se clasifican en grava, piedra y roca. (Ver Anexo: 8.1)
4.1.1. Granulometría
Se denomina granulometría a la proporción relativa de arena, limo y arcilla que
contiene un suelo, con fines de análisis, tanto de su origen como de sus
propiedades mecánicas. (Robert V. Whitman, 1997)
Método de determinación granulométrico
El método de determinación granulométrico más sencillo es hacer pasar las
partículas por una serie de mallas de distintos anchos de entramado (a modo de
coladores) que actúen como filtros de los granos que se llama comúnmente
columna de tamices. (Ver Anexo: 8.2), Pero para una medición más exacta se utiliza
un granulómetro láser, cuyo rayo difracta en las partículas para poder determinar
su tamaño.
Ensayo de tamizado
Para su realización se utiliza una serie de tamices con diferentes diámetros que son
ensamblados en una columna. En la parte superior, donde se encuentra el tamiz de
mayor diámetro, se agrega el material original (suelo o sedimento mezclado) y la
columna de tamices se somete a vibración y movimientos rotatorios intensos en
una máquina especial. Luego de algunos minutos, se retiran los tamices y se
desensamblan, tomando por separado los pesos de material retenido en cada uno
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de ellos y que, en su suma, deben corresponder al peso total del material que
inicialmente se colocó en la columna de tamices (Conservación de la Masa).
4.1.2. Humedad
Según Gavande Sampat (1991), se denomina humedad del suelo a la cantidad de
agua por volumen de tierra que hay en un terreno. Su medición exacta se realiza
gravimétricamente, pesando una muestra de tierra antes y después del secado.
Esta propiedad física del suelo es de gran utilidad en la construcción civil y se
obtiene de una manera sencilla, pues el comportamiento y la resistencia de los
suelos en la construcción están regidos, por la cantidad de agua que contienen.
Por ejemplo, en Japón se han registrado contenidos de humedad de más de mil por
ciento, esto indica grandes problemas de suelo debido a que el peso del agua
supera quince veces el peso del material sólido.
Medición del Contenido de Humedad en los Suelos
El proceso de la obtención del contenido de humedad de una muestra se hace en
laboratorios, el equipo de trabajo consiste en un horno donde la temperatura
pueda ser controlable. Una vez tomada la muestra del sólido en estado natural se
introduce al horno. Ahí se calienta el espécimen a una temperatura de más de 100
grados Celsius, para producir la evaporación del agua y su escape a través de
ventanillas.
El material debe permanecer un periodo de doce horas en el horno, por esta razón
se acostumbra a iniciar el calentamiento de la muestra de suelo al final del día,
para que así de deshidrate durante toda la noche.
Cumplidas ya las 12 horas de secado de la muestra de tamaño normal se procede a
retirar y pesar, para así obtener el peso del suelo seco. El peso del agua será la
diferencia entre el peso de la muestra en estado natural y la muestra seca de suelo.
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4.1.3. Plasticidad y límites de Atterberg
De acuerdo con a T.William Lambe (1999), plasticidad es la propiedad que tienen
algunos suelos de deformarse sin agrietarse, ni producir rebote elástico. Los suelos
plásticos cambian su consistencia al variar su contenido de agua. Los estados de
consistencia de una masa de suelo plástico en función del cambio de humedad son
sólidos, semisólido, líquido y plástico. Estos cambios se dan cuando la humedad en
las masas de suelo varía
Para definir las fronteras en esos estados se han realizado muchas investigaciones,
siendo las más conocidas las de Terzaghi y Atterberg.
Los límites de Atterberg o límites de consistencia se utilizan para caracterizar el
comportamiento de los suelos finos. El nombre de estos es debido al científico
sueco Albert Mauritz Atterberg. (1846-1916).
Los límites se basan en el concepto de que en un suelo de grano fino solo pueden
existir 4 estados de consistencia según su humedad. Así, un suelo se encuentra en
estado sólido, cuando está seco. Al agregársele agua poco a poco va pasando
sucesivamente a los estados de semisólido, plástico, y finalmente líquido. Los
contenidos de humedad en los puntos de transición de un estado al otro son los
denominados límites de Atterberg. (Ver Anexo: 8.3)
Los ensayos se realizan en el laboratorio y miden la cohesión del terreno y su
contenido de humedad, para ello se forman pequeños cilindros de 3mm de espesor
con el suelo. Siguiendo estos procedimientos se definen tres límites:
Límite líquido: Cuando el suelo pasa de un estado semilíquido a un estado plástico
y puede moldearse. Para la determinación de este límite se utiliza la cuchara de
Casagrande.
Límite plástico: Cuando el suelo pasa de un estado plástico a un estado semisólido
y se rompe.
Límite de retracción o contracción: Cuando el suelo pasa de un estado semisólido a
un estado sólido y deja de contraerse al perder humedad.
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Para calcular el índice de plasticidad se utiliza la siguiente fórmula:
IP = WL – Wp
Dónde:
IP= índice de plasticidad del suelo, %;
WL = límite liquido del suelo, %;
WP = límite plástico del suelo, %.
Cuando no pueda determinarse uno de los dos límites (WL ó Wp). O la diferencia es
negativa, el índice de plasticidad se debe informar como NP (no plástico).
4.2. Aplicaciones químicas para la estabilización de suelos
Entre las aplicaciones de un suelo modificado o estabilizado se encuentran la
mejora de los suelos granulares susceptibles a las heladas y el tratamiento de los
suelos limosos y/o arcillosos para reducir los cambios de volumen.
Llamamos estabilización de un suelo al proceso mediante el cual se someten los
suelos naturales a cierta manipulación o tratamiento de modo que podamos
aprovechar sus mejores cualidades, obteniéndose un firme estable, capaz de
soportar los efectos del tránsito y las condiciones de clima más severas.
(Terzagui,Karl, 1986).
Se dice que es la corrección de una deficiencia para darle una mayor resistencia al
terreno o bien, disminuir su plasticidad.
Un suelo es estable cuando presenta buena resistencia a la deformación y es poco
sensible a la presencia de agua.
La estabilización del suelo, respecto a la característica de dar resistencia a la
deformación, añade al suelo aquello de lo que carece. Si hay un suelo arcilloso hay
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que añadir material granular. Si es un suelo granular hay que añadir un ligante
(material arcilloso).
El objeto de la estabilización es modificar algunas propiedades naturales del suelo
como: Resistencia y rigidez, Estabilidad volumétrica, Durabilidad y Permeabilidad.
Existen varios Tipos de Estabilizaciones, entre ellas:
Mecánica: Compactación
Física: Mezcla de Suelos
Química: Suelo cemento, otros.
A continuación se Hablará de Los métodos químicos de estabilización más
utilizados, entre ellos:
Suelo – Cemento
Suelo – Cal
Suelo – Asfalto
Suelo – Sal
Estabilización con: CON-AID® (Producto Nuevo)
4.2.1. Estabilización con cemento Portland: Suelo – Cemento
La estabilización de suelo con cemento portland, es la más ampliamente usada en
el mundo. Es muy sencilla de hacer y no se necesita equipo especial de
construcción.
Consiste en una mezcla de suelo, cemento y agua, compactada y curada durante el
endurecimiento. Generalmente al mezclar entre un 5 y 15% de cemento se obtiene
un material endurecido con alta rigidez y resistencia mecánica, prácticamente
insensible al agua y durable.
En la mezcla se pueden emplear todos los suelos, excepto: muy plásticos, con
contenidos altos de materia orgánica y con sales nocivas para el cemento.
Tiene algunas aplicaciones para pavimentos como: Capa del paquete estructural
del pavimento o Capa de rodamiento en caminos rurales.
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El procedimiento de construcción consta de las fases siguientes:
a) Pulverización o desgrumado.
b) Mezclado de cemento y agua.
c) Compactación
d) Curado de unos 7 días.
4.2.2. Estabilización con oxido de calcio (Cal): Suelo – Cal
El uso de cal para mejorar suelos con mayor plasticidad, aparte de conseguir ese
fin, aumenta también su resistencia a la compresión, produciendo una textura
granular más abierta.
La cantidad de cal es de un 2 a 8% en peso. Para que el óxido de calcio reaccione
convenientemente se necesita que el suelo tenga minerales arcillosos, o sea sílice y
alúmina.
El suelo-cemento adquiere su resistencia rápidamente, ya que solo se necesita que
el cemento se hidrate adecuadamente. En cambio el suelo-cal, necesita la reacción
química de los iones de calcio y los minerales arcillosos, que lentamente adquieren
resistencia.
El éxito de la estabilización con cal, no solo para disminuir plasticidad, sino para
adquirir resistencia, es el tipo de suelo o el tipo de mineral arcilloso que contenga.
Por lo general, las arenas no reaccionan favorablemente con la cal y no pueden
estabilizarse con ella.
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4.2.3. Estabilización con asfalto: Suelo – Asfalto
En algunos casos conviene estabilizar un material usando algún producto asfáltico
para elaborar capas base o sub-base. A esta base asfáltica también se le conoce
como base negra. El uso de productos asfálticos está limitado a suelos granulares o
de partículas gruesas. Es muy difícil estabilizar un material arcilloso, por los grumos
de esos suelos.
La estabilización con asfalto puede tener dos fines:
a) Reducir la absorción de agua del material, usando poca cantidad de asfalto
b) Incrementar la resistencia de un material usando mayor cantidad de asfalto,
como en la base asfáltica.
4.2.4. Estabilización con Cloruro de Sodio: Suelo – Sal
La sal es un estabilizante natural, compuesto aproximadamente por 98% de NaCl y
un 2% de arcillas y limos, cuya propiedad fundamental es absorber la humedad
del aire y de los materiales que le rodean, reduciendo el punto de
evaporación y mejorando la cohesión del suelo.
El principal uso de la sal es como matapolvo en bases y superficies de rodamiento
para tránsito ligero. También se utiliza en zonas muy secas para evitar la rápida
evaporación del agua de compactación.
Se puede utilizar en forma de salmuera que es agua con una alta concentración de
sal disuelta. La dosificación es de 150grs/m2 por cada centímetro de espesor de la
capa estabilizada contando con un máximo de 8cms.
Para mezclar es más adecuado el uso de rastras con discos rotatorios. La
compactación se puede iniciar en cualquier momento. Cuando se observe que se
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ha perdido la sal por efecto del tránsito o las lluvias, la superficie debe rociarse con
450grs de sal por cada metro cuadrado.
4.2.5. Estabilización con: CON – AID®
CON-AID® es un complejo compuesto químico fabricado específicamente para
estabilizar el suelo y mejorar la construcción vial. Se utilizan tanto en caminos
naturales como en capas estructurales de cemento o pavimento.
Su rango de utilización abarca todos los suelos arcillosos o los que al menos
contengan un 5% de arcilla.
CON-AID® cambia la naturaleza de las propiedades de adsorción de agua de los
suelos de hidrofílica a hidrofóbica, especialmente de las partículas de mineral de
arcilla. (Ver Anexo: 8.4)
Usos
Consolidación de caminos naturales
Estabilización de suelos para sub - rasantes, sub bases y bases de pavimentos
Rehabilitación de pavimentos con fallas en su estructura
Terraplenes y rellenos
Pistas de aeródromos
Caminos de explotaciones mineras, petroleras y forestales
Beneficios Generales
Menor costo de construcción y necesidad de materiales
Mínimo acarreo y manipulado
Reducción de mantenimiento
Importante ahorro en movimientos de suelo
Reduce el desprendimiento de polvo
Permite su posterior pavimentación
No tóxico - No afecta las personas ni el medio ambiente
Reduce el índice plástico del suelo
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Aumento notable en la rapidez de secado luego de las lluvias
Disminuye el hinchamiento de la vía
La lluvia no afecta el material en proceso de construcción
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V. Síntesis en mapa conceptual
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VI. Conclusiones
Todas las obras de ingeniería civil se apoyan sobre el suelo de una u otra forma, y
muchas de ellas, además, utilizan la tierra como elemento de construcción para
terraplenes, diques y rellenos en general; por lo que, en consecuencia, su
estabilidad y comportamiento funcional y estético estarán determinados, entre
otros factores, por el desempeño del material de asiento situado dentro de las
profundidades de influencia de los esfuerzos que se generan, o por el del suelo
utilizado para conformar los rellenos.
Un ingeniero civil se enfrenta a una gran variedad de problemas, en los que el
conocimiento del suelo es necesario.
En este trabajo se han abordado los métodos químicos más utilizados para la
estabilización de suelos, así como sus propiedades físicas. Lo que ha sido un aporte
de gran importancia a nuestro desarrollo como ingenieros civiles y ha enriquecido
nuestros conocimientos sobre el suelo, además de una vez más dar a conocer la
importancia de la química en nuestra carrera.
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VII. Bibliografía
Fuentes Bibliográficas
T.William Lambe, Mecánica de Suelos. Impreso en México, 1999.
Robert V. Whitman. Mecánica de suelos. Editora Limusa. México. 1997.
Terzagui,Karl (1986) Mecánica de los Suelos.2da Edicion. Editorial El Ateneo.
Caracas. Venezuela.
Gavande Sampat A. (1991). Física de suelos. Editorial Limusa. Primera
edición. México.
Fuentes Electrónicas
http://www.solucionesvialescbr.com/especificaciones.html
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VIII. Anexos
8.1. Clasificación de las partículas del suelo
(Departamento de Agricultura de los Estados Unidos), de las siglas en inglés (U.S.D.A)
Fracción del suelo Diámetro (mm)
Arena muy gruesa 2.00 – 1.00
Arena gruesa 1.00 – 0.50
Arena Media 0.50 – 0.25
Arena Fina 0.25 – 0.10
Arena muy Fina 0.10 – 0.05
Limos 0.05 – 0.002
Arcilla Menos de 0.002
Diferentes partículas de 0,016 mm a 2,0 mm.
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8.2. Columna de tamices sobre la máquina de ensayo.
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8.3. Representación de los límites de Atterberg
Mezcla Fluida de
Agua y Suelo
Humedad
Creciente
Suelo Seco
Estado Líquido Limite Liquido: ( WL )
Estado Plástico Limite Plástico: ( WP )
Estado Semisólido Límite de retracción: ( WS )
Estado Sólido
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8.4. Camino estabilizado con: CON – AID®
Cisterna Regando CON – AID®
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