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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


RECINTO UNIVERSITARIO AUGUSTO C. SANDINO

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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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