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• Jhonny A. Bolaños Pineda

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ESTABILIZACION SUELO-CEMENTO ESPECIALIZACION EN INGENIERIA DE LA CONSTRUCCION ING. JESUS EDUARDO CASANOVA ARQ. JUAN PABLO HURTADO ING. JHONNY ANDRES BOLAÑOS

1) INTRODUCCION:

El suelo cemento es un producto endurecido resultante de una mezcla íntima compactada de suelo, cemento y agua, en proporciones establecidas a través de una dosificación racional, y que se ejecuta de acuerdo con las normas aplicables al suelo en estudio. Las especificaciones para ejecución de capas de suelo – cemento presentan los cuidados especiales que deben ser seguidos para garantía de que sea obtenido un producto acabado resistente y durable. Muchos de estos requisitos son genéricos y se aplican a cualquier caso; tres de ellos entretanto, dependen estrictamente de las características del suelo con que se está trabajando: • Cantidad de cemento; • Cantidad de agua. Dosificación de suelo – cemento, es la secuencia de ensayos realizados con una determinada mezcla de suelo, cemento y agua, seguida de la interpretación de los resultados por medio de criterios preestablecidos; el resultado final es la fijación de las tres variables citadas. Entretanto, la cantidad de agua y el peso específico aparente indicadas para una determinada mezcla sufren pequeñas oscilaciones, dadas las variaciones de campo que ocurran en las características del suelo. Así siendo, la cantidad de agua a ser adicionada en la mezcla y el peso específico seco aparente de mezcla compactada pasarán a ser tomadas exclusivamente como elemento de control de servicio y, con eso, el objetivo de dosificación pasa a ser sólo la fijación de cantidad adecuada de cemento, sin embargo el abastecimiento, apenas con los datos indicativos básicos, la humedad óptima y el peso específico seco aparente máximo de la muestra ensayada. En nuestro país se tiene experiencia a través de métodos de dosificación de la Portland Cement Association (PCA), no obstante, los métodos de ensayo que hacen parte de normas de dosificación están fundamentados en las siguientes, En la American Society for Testing Materials (ASTM) y En la American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO):  

Test for Moisture – Density Relations of Soil – cement Mixtures (ASTM D 558 y AASHTO T 134); Wetting – and – Drying Test of Compacted Soil – cement Mixtures (ASTM D 559 y AASHTO T 135).

2) TITULO DEL LABORATORIO: Estabilización con suelo-cemento

3) OBJETIVO: Determinar el porcentaje a adicionar de cemento en un material granular conocido granulométricamente, para obtener mejores propiedades como resistencia y durabilidad según Norma ICPC-Invias

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4) APARATOS, INSTRUMENTOS Y MATERIALES UTILIZADOS. Aparatos: Bascula electrónica y análoga

Horno

Instrumentos: Moldes

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Probetas:

Martillo:

Tamices

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Materiales: Material granular Agua Cemento Portland Tipo I

5) MARCO TEORICO:

ARTÍCULO 341 - 07 BASE ESTABILIZADA CON CEMENTO

341.1 DESCRIPCIÓN Este trabajo consiste en la construcción de una capa de base, constituida por material adicionado totalmente o resultante de la escarificación de la capa superficial existente, o una mezcla de ambos, estabilizándolos con cemento Portland, de acuerdo con las dimensiones, alineamientos y secciones indicados en los documentos del proyecto o determinados por el Interventor. Por las características de los materiales por estabilizar que se admiten en el presente Artículo, ésta base estabilizada con cemento Portland solo se podrá emplear en vías con tránsito NT1, salvo que los documentos del proyecto o el Interventor indiquen algo diferente. 341.2 MATERIALES 341.2.1 Material por estabilizar El material por estabilizar con cemento Portland podrá provenir de la escarificación de la capa superficial existente, o ser un suelo natural proveniente de excavaciones o zonas de préstamo, o agregados locales de baja calidad, o escorias, o mezclas de ellos. El material, ya combinado, deberá estar libre de materia orgánica u otra sustancia que pueda perjudicar el correcto fraguado del cemento. Deberá, además, cumplir los requisitos generales.

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NORMA DE

ENSAYO

ENSAYO INV

REQUISITO

Limpieza Límite líquido, % máximo. Nota 1 Índice de plasticidad, % máximo. Nota 1

E – 125 E – 125 E – 126

35

E-233

0.5

15

Reactividad Proporción de sulfatos del material combinado, Expresada como SO4= , % máximo.

La granulometría del material pulverizado, listo para estabilizar, deberá ajustarse a los límites señalados en la tabla

TAMIZ NORMAL

4.75 mm

PORCENTAJE QUE PASA

ALTERNO No.4

75 m

Mínimo 60

No.200

Máximo 50

Además, el tamaño máximo no podrá ser mayor de setenta y cinco milímetros (75 mm), ni superior a la mitad (1/2) del espesor de la capa compactada. Cuando se requiera almacenar los suelos o agregados para construcción de la base estabilizada con cemento se deberán tener en cuenta los cuidados señalados en el numeral 300.4.3 del Artículo 300 de estas especificaciones. La resistencia mínima a compresión deberá ser de dos mega pascales con una décima ( 2.1 MPa), luego de siete (7) días de curado húmedo. Respecto al ensayo de humedecimiento y secado, (criterio de durabilidad), el contenido de cemento deberá ser tal que la pérdida de masa de la mezcla compactada, al ser sometida al ensayo descrito en la norma INV E807, no supere los límites establecidos en la Tabla 341.3, de acuerdo con la clasificación que presente el material por estabilizar. Pérdida máxima de las bases estabilizadas con cemento Portland SUELO POR ESTABILIZAR

NORMA DE ENSAYO INV

A-1; A-2-4; A-2-5; A-3 A-2-6; A-2-7; A-4; A-5 A-6; A-7

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E-807

PÉRDIDA MÁXIMA (%) 14 10 7

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La fórmula de trabajo establecida como resultado del diseño de la mezcla deberá indicar: -La granulometría del material -El contenido óptimo de cemento (CFT %) -La resistencia de diseño (Rd) -El valor máximo de la densidad (De) -El porcentaje óptimo de agua para mezcla y compactación La aprobación del diseño y de la fórmula de trabajo por parte del Interventor, no exime al Constructor de su plena responsabilidad de alcanzar, con base en ellos, la calidad exigida en este Artículo. La fórmula de trabajo establecida en el laboratorio se podrá ajustar con los resultados de las pruebas realizadas durante la fase de experimentación. Igualmente, si durante la ejecución de las obras varía la procedencia de alguno de los componentes de la mezcla, se requerirá el estudio de una nueva fórmula de trabajo. NORMA GENERAL DE DOSIFICACIÓN DE SUELO – CEMENTO La determinación de la adecuada cantidad de cemento se basa en el hecho de que suelos mezclados con pequeñas cantidades de cemento, estando debidamente compactados y curados, mejoran sensiblemente sus características originales de resistencia mecánica, convirtiéndose muy superiores a lo obtenido con otros materiales utilizados como capas de pavimentos. La acción de las cargas y la variación de condiciones climáticas podrían, después de cierto tiempo, disgregar la mezcla endurecida, lo que haría que perdiese el grado de estabilización alcanzado, transformándose en una simple mezcla compactada de suelo con cemento, de calidad baja e indefinida. En vista de eso, la Norma General de Dosificación procura determinar la cantidad de cemento capaz de garantizar una mezcla con permanencia de sus características mejoradas. Con este objetivo, fueron idealizados los ensayos de durabilidad por mojado y secado (y por congelamiento y deshielo en la versión original de la norma). La dosificación se la hace experimentalmente: diferentes cantidades de cemento son usadas en los ensayos y el análisis de resultados indica el menor de ellos que es capaz de estabilizar el suelo sobre el concepto del suelo – cemento. La Norma General de Dosificación de Suelo – cemento puede ser resumida en las siguientes operaciones: a) Identificación y clasificación del suelo; b) Elección de la cantidad de cemento para el ensayo de compactación; c) Ejecución del ensayo de compactación de suelo – cemento; d) Elección de cantidades de cemento para el ensayo de durabilidad; e) Formación de probetas de ensayo para ensayo de durabilidad; f) Ejecución del ensayo de durabilidad por mojado y secado; g) Elección de cantidad de cemento adecuado en función de los resultados del ensayo.

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Elección de Cantidad de Cemento para el Ensayo de Compactación La determinación de la cantidad adecuada de cemento se fundamenta en el análisis del comportamiento de las probetas de ensayo con diferentes cantidades de cemento. En general, son ensayadas tres cantidades, diferenciando la cantidad mediante dos puntos porcentuales. Habiendo observado que los resultados del ensayo de compactación varían muy poco para pequeñas diferencias en la cantidad de cemento, un único ensayo de compactación puede ser realizado, con la cantidad media entre las previstas;

6) PROCEDIMIENTO: A continuación se describirá paso a paso las actividades realizadas en el laboratorio CARACTERIZACION DEL SUELO (MATERIAL GRANULAR): Cascajo grueso (>nº 4)= 68% Cascajo fino (nº 10 a nº 4) = 32% Arena gruesa (nº 40 a nº 10) =21% Arena fina (nº 270 a nº 40) = 12% Limo + arcilla (Pasa nº 200) = 0%

Absorción del cascajo grueso: 3.2% Humedad de limo + arcilla (higrómetro): 3.4%

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Clasificación del Material: Según la AASHTO el suelo en estudio sería un A-1-a

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Para el ensayo de compactación necesitamos elegir una cantidad de cemento y como el suelo que tenemos no tiene experiencia pasada, entonces a través de la tabla elaborada por la PCA de la Norma general de dosificación de suelo cemento deberíamos tomar el 5% como lo muestra la siguiente tabla Tabla 1 – Cantidad de cemento para el ensayo de compactación Clasificación de suelo según la AASHTO (M 145)

Cantidad de cemento en peso (%)

A1 – a

5

A1 – b

6

A2

7

A3

9

A4

10

A5

10

A6

12

A7

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Ensayo de Compactación: Especialización en Ingeniería de la Construcción

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PROCEDIMIENTO EN LABORATORIO: a) Pesamos el molde (sin collarín) b) Determinamos el volumen del molde c) Tomamos una cantidad de material igual a 2625gr, seco al horno d) Adicionamos agua hasta obtener la humedad deseada, paulatinamente para cada uno de los puntos del ensayo, sin olvidar obtener una mezcla manual homogénea e) Compactamos la muestra en 3 capas con 25 golpes por capa, mediante la utilización de un martillo de 2.5Kg el cual posee una altura de caída libre de 30cm f) Enrazamos la muestra haciendo uso de una regla metálica g) Retiramos el collarín h) Pesamos el molde junto con la muestra húmeda compactada i) Tomamos del centro de cada probeta una muestra de suelo, pesándola y llevándola al horno a 110 grados centígrados. j) Se dejó secar la muestra durante 24 horas k) Medimos la humedad de compactación

ENSAYO DE DENSIDAD “PROCTOR MODIFICADO”: Con el fin de determinar la humedad optima con la cual obtengamos la máxima densidad de compactación, requiriendo para tal una cantidad de material seco representativo y su homogenización para la prueba. Seguidamente preparamos la mezcla de suelo, cemento y agua, teniendo en cuenta para esta la absorción de la fracción gruesa y de la fracción fina su humedad inicial. Manteniendo un porcentaje de cemento fijo y variando la cantidad de agua, determinando gráficamente la densidad máxima, y por ende la máxima resistencia. Compactando con el martillo en tres capas de 25 golpes cada una. Enrasamos y pesamos la muestra húmeda más el molde, al terminar el desmolde medimos el contenido de humedad con la que quedo la muestra, es decir la humedad de horno.

ENSAYO DE DURABILIDAD DE MUESTRA SUELO CEMENTO:

7) DATOS Y OBSERVACIONES:

CARACTERISTICAS DEL MATERIAL: Especialización en Ingeniería de la Construcción

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Mediante la realización de ensayos de limite líquido , limite plástico, absorción, peso específico y tamizado obtuvimos los siguientes resultados acerca del material:

CLASIFICACIÓN DEL MATERIAL PORCENTAJE RETENIDO TAMIZ #4 PORCENTAJE QUE PASA TAMIZ #4 ABSORCIÓN HUMEDAD DE LOS FINOS LIMITE LIQUIDO

A1 68.0% 32.0% 3.2% 3.4% NO PLASTICO

6) CALCULOS Y RESULTADOS: DOSIFICACION DE PORCENTAJE DE CEMENTO: Teniendo entonces los resultados para la densidad máxima y su humedad optima, proseguimos a realizar diferentes dosificaciones de suelo-cemento, para lo cual se asignaron diferentes porcentajes de cemento para cada uno de los grupos, en nuestro caso %cemento=7.

8) ANALISIS DE RESULTADOS:

9) CONCLUSIONES:

10) BIBLIOGRAFIA:  

Artículo 341-07 Base estabilizada con cemento, Invias

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