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RESUMEN

En este laboratorio se estudió la estabilización de suelos con cemento, cal y yeso para formar adobes más resistentes a diferentes pruebas como la rotura, humedad, resistencia, etc. Se formaron en total 130 adobes, 10 neutros y 40 de cada tipo de aditivo con diferentes porcentajes en moldes de madera, para poder comparar los diferentes adobes, obteniéndose que el más óptimo y resistente fue el adobe con cemento al 7%.

OBJETIVOS

Formar 10 adobes neutros, sin ningún aditivo. Formar 40 adobes estabilizados con cemento, 10 con 1%, 10 con

3%, 10 con 5% y 10 con 7%. Formar 40 adobes estabilizados con cal, 10 con 1%, 10 con 3%, 10

con 5% y 10 con 7%. Formar 40 adobes estabilizados con yeso, 10 con 1%, 10 con 3%,

10 con 5% y 10 con 7%. Encontrar el mejor estabilizador y la mejor proporción de este,

mediante experimentos sencillos.

ESTABILIZACIÓN DE SUELOS Y FORMACIÓN DE ADOBES

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FUNDAMENTO TEÓRICO

Adobes Mejorados Mediante la Estabilización y Compacidad del Suelo Para Obtener su Resistencia Máxima.

En la actualidad, casi el 50 % de los residuos contaminantes son provenientes de los materiales de construcción (demolición y remodelación). Por otro lado, el suelo es un material de construcción que no aporta a la contaminación, muy por el contrario es parte integrante del ecosistema. Si bien es cierto que sus propiedades mecánicas y físicas en estado natural, no muestran la versatilidad como material aglutinante o conglomerante, así como el cemento portland; su uso es limitado en la tecnología de la construcción. Hoy en día, todas las tecnologías están obligadas a incorporar el componente medioambiente. Entonces surge la necesidad de volver a utilizar la materia prima en su estado natural (sin alterar sus propiedades originales). Esto es posible, gracias a la combinación de la tecnología de los materiales con la naturaleza. Esta iniciativa consiste en mejorar las propiedades mecánicas y físicas del suelo con la adición de algunos aditivos más la energía de compactación por medios mecánicos, para luego a partir de los resultados determinar el diseño de mezcla por cálculos matemáticos que permita la dosificación óptima para elaborar adobes mejorados. Las variables a considerar en este experimento son: suelo, agua, aditivo y energía de compactación para una determinad resistencia. La investigación está basada en la teoría de la compactación y estabilización de suelos.

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.

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.

En general puede decirse que todos los suelos pueden ser estabilizados, pero si la estabilización ha de lograrse por aportaciones de otros suelos o por medios de otros elementos (por ejemplo cemento, cal, cloruro de sodio) el costo de


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la operación puede resultar demasiado alto si el suelo que se trata de corregir no posee determinadas condiciones.

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.

Estabilización de Suelos

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.

Se dice que es la corrección de una deficiencia para darle una mayor resistencia al terreno o bien, disminuir su plasticidad. Las tres formas de lograrlo son las siguientes:

Estabilización Física:

Este se utiliza para mejorar el suelo produciendo cambios físicos en el mismo. Hay varios métodos como lo son:

Mezclas de Suelos: este tipo de estabilización es de amplio uso pero por si sola no logra producir los efectos deseados, necesitándose siempre de por lo menos la compactación como complemento.

Por ejemplo, los suelos de grano grueso como las grava-arenas tienen una alta fricción interna lo que lo hacen soportar grandes esfuerzos, pero esta cualidad no hace que sea estable como para ser firme de una carretera ya que al no tener cohesión sus partículas se mueven libremente y con el paso de los vehículos se pueden separar e incluso salirse del camino.

Las arcillas, por lo contrario, tienen una gran cohesión y muy poca fricción lo que provoca que pierdan estabilidad cuando hay mucha humedad. La mezcla adecuada de estos dos tipos de suelo puede dar como resultado un material estable en el que se puede aprovechar la gran fricción interna de uno y la cohesión del otro para que las partículas se mantengan unidas.

Geotextiles Vibroflotación (Mecánica de Suelos) Consolidación Previa


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Estabilización Química:

Se refiere principalmente a la utilización de ciertas sustancias químicas patentizadas y cuyo uso involucra la sustitución de iones metálicos y cambios en la constitución de los suelos involucrados en el proceso.

Cal: disminuye la plasticidad de los suelos arcillosos y es muy económica.

Cemento Portland: aumenta la resistencia de los suelos y se usa principalmente para arenas o gravas finas.

Productos Asfálticos: es una emulsión muy usada para material triturado sin cohesión.

Cloruro de Sodio: impermeabilizan y disminuyen los polvos en el suelo, principalmente para arcillas y limos.

Cloruro de Calcio: impermeabilizan y disminuyen los polvos en el suelo, principalmente para arcillas y limos.

Escorias de Fundición: este se utiliza comúnmente en carpetas asfálticas para darle mayor resistencia, impermeabilizarla y prolongar su vida útil.

Polímeros: este se utiliza comúnmente en carpetas asfálticas para darle mayor resistencia, impermeabilizarla y prolongar su vida útil.

Hule de Neumáticos: este se utiliza comúnmente en carpetas asfálticas para darle mayor resistencia, impermeabilizarla y prolongar su vida útil.

Estabilización Mecánica: Es aquella con la que se logra mejorar considerablemente un suelo sin

que se produzcan reacciones químicas de importancia. Compactación: este mejoramiento generalmente se hace en la sub-

base, base y en las carpetas asfálticas.


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ESTABILIZACIÓN CON CALLa cal hidratada es el agente estabilizador que se ha usado más profusamente a través de la historia, pero solo recientemente se han hecho estudios científicos relacionados a su empleo como estabilizador de suelos y se han cuantificados sus magníficos resultados.

Cuando tenemos arcillas muy plásticas podemos disminuir dicha plasticidad y consecuentemente los cambios volumétricos de la misma asociados a la variación en los contenidos de humedad con el solo hecho de agregarle una pequeña proporción de cal.

Este es un método económico para disminuir la plasticidad de los suelos y darle un aumento en la resistencia. Los porcentajes por agregar varían del 2 al 6% con respecto al suelo seco del material para estabilizar, con estos porcentajes se consigue estabilizar la actividad de las arcillas obteniéndose un descenso en el índice plástico y un aumento en la resistencia.

Es recomendable no usar más del 6% ya que con esto se aumenta la resistencia pero también tenemos un incremento en la plasticidad. Los estudios que se deben realizar a suelos estabilizados con cal son: límites de Atterberg, granulometría, valor cementante, equivalente de arena, VRS, compresión.

Se ha determinado que al mezclar la arcilla con cal apagada los iones de calcio sustituyen algunos iones metálicos presentes en la película de agua que rodea a la partícula de arcilla y que son responsables de los cambios volumétricos, además, si el suelo tratado contiene suficiente sílice y alúmina estos pueden reaccionar formando silicatos de calcio y alúmina. Estos silicatos tienen un gran poder cementante, lo que implica que al agregar cal también se logra aumentar la resistencia del suelo.

Como especificamos anteriormente, la dosificación dependerá del tipo de arcilla, se agregará de 1% al 6% de cal por peso seco. Este porcentaje debe determinarse en el laboratorio, pero lo más común en la mayoría de los casos se requiere de un porcentaje cerca del 3%

Efectos de la estabilización con cal:


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Densidad seca: para una determinada compresión, la cal reduce la máxima densidad en seco, e incrementa los contenidos óptimos de humedad, debido a la floculación.

Resistencia a la compresión: la proporción óptima de cal puede determinarse a través de pruebas preliminares. La resistencia a la compresión tiende a incrementar con el tiempo de curado del producto, por lo tanto los ensayos deberían llevarse a cabo luego de un periodo de curado de 3 meses.

Resistencia a la tensión: la resistencia a la tensión es altamente influenciada por la cantidad y calidad de la arcilla contenida en la tierra, la cual reacciona con la cal.

Estabilidad dimensional: solo 1-2 % de cal puede reducir la contracción desde 8-10% hasta 1% y eliminar la dilatación.

ESTABILIZACIÓN CON CEMENTOEl cemento mezclado con el suelo mejora las propiedades de éste desde el punto de vista mecánico.

Siendo los suelos por lo general un conjunto de partículas inertes granulares con otras activas de diversos grados de plasticidad, la acción que en ellos produce el cemento es doble. Por una parte actúa como conglomerante de las gravas, arenas y limos desempeñando el mismo papel que en el hormigón. Por otra parte, el hidrato de calcio, que se forma al contacto del cemento con el agua, libera iones de calcio que por su gran afinidad con el agua roban algunas de las moléculas de ésta interpuestas entre cada dos laminillas de arcilla. El resultado de este proceso es la disminución de la porosidad y de la plasticidad así como un aumento en la resistencia y en la durabilidad.

Se pueden utilizar todos los tipos de cementos, pero en general se emplean los de fraguado y endurecimiento normales. En algunos casos, para contrarrestar los efectos de la materia orgánica son recomendables los cementos de alta resistencia y si las temperaturas son bajas se puede recurrir a cementos de fraguado rápido o al cloruro de calcio como aditivo.


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Este tipo de estabilización es de uso cada vez más frecuente y consiste comúnmente en agregar cemento Portland en proporción de un 7% a un 16% por volumen de mezcla.

Al mejorar un material con cemento Portland se piensa principalmente en aumentar su resistencia, pero además de esto, también se disminuye la plasticidad, es muy importante para que se logren estos efectos, que el material por mejorar tenga un porcentaje máximo de materia orgánica del 34%.

Casi todos los tipos de suelo que encontramos pueden estabilizarse con cemento con excepción de los que contienen altos porcentajes de materia orgánica. Por otra parte, los suelos de arcilla o limo requerirán un mayor porcentaje de cemento para lograr los resultados esperados.

Por lo general, la capa que se estabiliza tiene un espesor de 10 a 15cms. y podrá coronarse con una capa de rodadura de poco espesor (ya sea para tránsito ligero o medio); también podrá servir de apoyo a un pavimento rígido o flexible de alta calidad.

Para la utilización del cemento, lo que tiene verdadera importancia es que el suelo no contenga materias que perjudiquen el fraguado o la resistencia. Interesa también para la economía de la obra limitar el porcentaje de cemento necesario y prever el comportamiento de las arcillas.

En este orden hay que tomar en cuenta las aptitudes intrínsecas del suelo para la estabilización como son la Granulometría, lo que implica que los suelos a mejorarse no deben contener piedras de tamaño superior a 60mm (es decir, que el porcentaje que pasa por el tamiz #200 sea menor del 50%); y la Plasticidad, lo que determinará la calidad de las arcillas, estableciendo un Límite Líquido menor de 50% (<40%) y un Índice de Plasticidad menor de 25% (<18%).

El éxito de la estabilización con cemento depende de tres factores:

Contenido apropiado de cemento Contenido apropiado de humedad Adecuada compactación

Por estos las mezclas deben ser sometidas a diversos ensayos como son el de compactación, durabilidad y compresión que aparte de su objeto específico servirán para dosificar el cemento que se empleará en la mezcla.

Existen dos formas o métodos para estabilizar con cemento Pórtland, una es la llamada estabilización del tipo flexible, en el cual el porcentaje de cemento varía del 1 al 4%, con esto solo se logra disminuir la plasticidad y el incremento en la resistencia resulta muy bajo, las pruebas que se les efectúan a este tipo


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de muestras son semejantes a las que se hacen a los materiales estabilizados con cal.

Otra forma de mejorar el suelo con cemento, se conoce como estabilización rígida, en ella el porcentaje de cemento varía del 6 al 14%, este tipo de mejoramiento es muy común en las bases, ya que resulta muy importante que éstas y la carpeta presenten un módulo de elasticidad semejante, ya que con ello se evita una probable fractura de la carpeta, ya que ambos trabajan en conjunto; para conocer el porcentaje óptimo a emplear se efectúan pruebas de laboratorio con diferentes contenidos de cemento.

ESTABILIZACIÓN CON YESO

La estabilización del suelo con yeso no es muy común en la práctica y la información sobre su comportamiento es muy limitada.

El yeso se encuentra en abundancia en muchos países, ya sea como yeso natural o como un subproducto industrial, y es más barato que la cal o el cemento (se produce con menos energía y equipamiento).

Como el yeso mezclado con el agua se endurece rápidamente, los bloques de adobe estabilizado con yeso no requieren prolongados períodos de curado, y pueden ser empleados para la construcción de muros tan inmediatamente después de producidos. Un contenido de yeso de alrededor del 10% es mejor.

Las ventajas de la estabilización con yeso son poca contracción, apariencia lisa y alta resistencia mecánica. Además, el yeso se aglomera bien con las fibras (particularmente con el sisal), es muy resistente al fuego y no es atacado por insectos o roedores.

La principal desventaja del yeso es su solubilidad en el agua, por lo cual requiere de cuidadosas medidas de protección: protección contra la lluvia en muros exteriores mediante enlucidos, enchapados o techos con aleros amplios; protección de la humedad interna generada, evitando el vapor de agua (en las cocinas) y la condensación; protección contra la absorción capilar mediante membranas impermeables.

MATERIALES E INSTRUMENTOSMATERIALES E INSTRUMENTOS

SUELO


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CEMENTO

YESO AGUA

CAL RECIPIENTES

BADILEJOS BALANZA (0.001 KG)

ACEITE


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TAMIZ

MOLDE PARA 100 ADOBES DE 6*3*2

PROCESO EXPERIMENTAL


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Se escoge el suelo a utilizar y se tamiza para tener la granulometría correcta.

Se escogió el 19 % de agua, ya que mantenía la mezcla húmeda para poder manejarla y a la vez le daba firmeza para que tenga el tamaño del molde. Así que se pesa el suelo, la cantidad de agua correspondiente y en caso de los neutros, se amasa y se vierte en el molde previamente aceitado. Como solo son 10 neutros se usaron 800g de suelo.

Al estar la mezcla en el molde, se compacta la mezcla bien para que no queden espacios entre la mezcla, se retira el exceso, se voltea el molde y se repite el proceso, luego utilizando un pequeño ladrillo cocido de las mismas medidas se empujan los adobes.


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En el caso de los adobes con aditivos, se tomaron para los tres casos: cemento, cal y yeso, el 1%, 3%, 5% y 7%; así que se pesaron también éstos y se incorporaron al suelo y al agua en diferentes mezclas y se repite el proceso de formación antes descrito.

Todos los adobes moldeados, se ponen en maderas largas para que se sequen, se dejaron aproximadamente 5 días.

PRUEBAS REALIZADAS PARA DETERMINAR LA MEJOR PROPORCIÓN DE ADITIVO

Se realizaron distintas pruebas para determinar el mejor aditivo y su respectiva proporción. Entre las cuales podemos mencionar:


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Prueba de la resistencia a la rotura: consistía en que un integrante del grupo rompiese una pieza por cada grupo de 10 adobes de cada porcentaje de aditivo, y se escogiera el más resistente.

Prueba de la humedad: se metieron en un balde con agua, un adobe por cada grupo de 10 adobes de cada porcentaje de aditivo y se dejó reposar 1 minuto. Luego se sacaron para ser analizados y se escogió el que menos se deshizo en ese tiempo.

Prueba de la resistencia al choque: se dejó caer desde una misma altura un adobe por cada grupo de 10 adobes de cada porcentaje de aditivo y se escogió como el más resistente al que se haya roto en menos pedazos.


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Prueba del desgaste: se rasparon dos adobes de distintos porcentajes entre ellos y se escogió al que menos se desgastaba como el más resistente.

RESULTADOS

En todas las pruebas para determinar el mejor aditivo y su respectiva proporción se determinó que el más resistente era el adobe con cemento al 7%.

En el caso de la prueba de rotura, el segundo adobe más resistente fue el de yeso al 7% y el más débil fue el adobe con cal al 7%.

En el caso de la prueba de humedad, el segundo más resistente fue el cemento al 5% y el más débil fue el adobe con cal al 7%.


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En la prueba de resistencia al choque, el segundo más resistente fue el adobe con 5 % de cemento y el más débil fue el adobe con cal al 7%.

En la prueba de resistencia al desgaste, el segundo más resistente fue el adobe con 5 % de cemento y el más débil fue el adobe con cal al 7%.

DISCUSIÓN DE RESULTADOS

En general, el aditivo que dio más resistencia a los adobes fue el cemento, ya que en algunas pruebas el cemento de 5% superaba a otros aditivos al 7%.

El aditivo que dio menos resistencia, y se podría decir que debilitó a los adobes fue la cal, ya que se volvía menos resistente al aumentar el porcentaje de cal en el adobe.

Esto se puede explicar diciendo que la cal estaba mal tamizada o había sido expuesta a un ambiente contaminado o simplemente no se apisonaron bien esos adobes y la cal no se mezcló con el suelo.

CONCLUSIONES Se hicieron los 130 adobes, 10 neutros, 40 de cemento, 40 de cal

y 40 de yeso. Se hicieron las distintas pruebas y se determinó que el adobe

mejor estabilizado fue el adobe con cemento al 7%, además se concluye que el mejor aditivo utilizado fue el cemento y el peor, la cal.


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BIBLIOGRAFÍA

Rodriguez, P. (s.f.). rincón del vago. Recuperado el 21 de 06 de 2014, de suelo: http://html.rincondelvago.com/suelos_5.html

Universidad Peruana Unión. (s.f.). scribd.com. Recuperado el 20 de 06 de 2014, de adobes mejorados mediante estabilización: http://es.scribd.com/doc/145185574/Adobes-Mejorados-Mediante-la-Estabilizacion-y-Compacidad-del-Suelo-Para-Obtener-su-Resistencia-Maxima-docx


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