Capítulo1: Estado del arte

Instituto Superior Politécnico “José Antonio Echeverría”
Facultad de Ingeniería Civil
Departamento de Civil
Tesis de diploma
“Estudio de un suelo arcilloso para la
elaboración de ladrillos estabilizados con
sistema ROCAMIX”
Autora: Haydée Costa Olano.
Tutor: Msc. Ing. Juan M. Junco.
Cotutor: Msc. Ing. Pedro Morales Quevedo.
La Habana
Junio de 2014
Agradecimientos
Agradecimientos
A mi familia por el apoyo incondicional que me brindaron a lo largo de la carrera.
A mis tutores Juan M. Junco y Pedro Morales Quevedo por la cooperación que me
brindaron en la realización de esta investigación.
A todos los profesores y asesores del departamento de geotecnia de la facultad de
Civil.
A mis amigos, por creer siempre en mí y darme ánimo para seguir adelante.
RESUMEN
Resumen
En el siguiente trabajo se abordará el estudio de un suelo para la elaboración de
ladrillos de suelo estabilizado con el estabilizador químico conocido como sistema
ROCAMIX. El mismo ha sido difundido en diferentes países del mundo debido a la
eficiencia y los resultados favorables que se han obtenido luego de su aplicación.
A través de los ensayos de laboratorio realizados al suelo, se determinaron las
propiedades físicas y mecánicas del mismo antes y después de aplicado el aditivo,
con lo que se demuestra que el sistema ROCAMIX Líquido aumenta la resistencia
del suelo y mejora sus propiedades en general. También se hará un estudio del
comportamiento de la absorción de los ladrillos elaborados con el suelo
estabilizado y en estado natural.
Abstract
This paper work deals with the study of a soil used in the elaboration of stabilized
soils bricks, using chemical stabilizer known as Rocamix liquid. This stabilizer has
been disseminated on different nations due to the efficiency and favorable results
were obtained after application. Based on the laboratory tests carried on the
ground, were determined physical and mechanical properties of the same before
and after application of the additive, thereby demonstrating that the system liquid
Rocamix considerably increases the resistance to the ground and improves the
properties in general. There will also be a study of the behavior of capillary
absorption of the bricks elaborated with stabilized and natural soils.
ÍNDICE
ÍNDICE
Introducción: Diseño metodológico…………………………………………..….7
Capítulo 1: Estado del arte…………………………………………………………...10
1.1 Introducción…………………………………………………………………………..……11
1.2 Arcillas……………………………………………………………………………………....11
1.2.1 Propiedades de las arcillas…………………………………………………………12
1.3 Proceso de fabricación de ladrillos de arcilla ……………………………………13
1.3.1 Tipos de ladrillos………………………………………………………………………17
1.3.2 Ventajas y desventajas de la fabricación de ladrillos de arcilla
cocida………………………………………………………………………………….…18
1.4 Estabilización de suelos………………………………………………………….18
1.5 Ladrillos de suelo estabilizado………………………………………...…..……21
1.5.1 Ladrillos de suelo-cemento……………………………………………………21
1.5.2 Principales componentes del ladrillo de suelo-cemento………………….21
1.5.3Ventajas desde punto de vista ecológico ………………………………...…23
Capítulo 2: Caracterización de un suelo arcilloso en estado
natural y estabilizado con sistema ROCAMIX.
2.1 Ensayos para la clasificación del suelo………………………………………….26
2.1.1 Ensayo de Granulometría………………………………………………………….26
2.1.2 Análisis hidrométrico……………………………………………………………..…27
2.1.3 Ensayo de límite de consistencia………………………………………….……29
2.1.4 Clasificación del suelo………………………………………………………….….31
ÍNDICE
2.1.4.1 Clasificación del suelo por el método del
SUCS………………………………………………………..………..…………..…………..…31
2.4.1.2 Clasificación de suelos por el método de la
AASHTO…………………………………………………………………………….….. 32
2.1.5 Ensayo de determinación del peso específico………………………….…33
2.1.6 Ensayo de compactación………………………………………………………….35
2.1.7 Límites del suelo pasado por el tamiz No. 200……………………………..39
2.1.7.1 Clasificación el suelo por el método SUCS……………………………....39
2.1.7.2 Clasificación del suelo por el método AASHTO…………………..……..40
2.2 Caracterización del suelo estabilizado con sistema Rocamix…………….41
2.2.1 Límites de Atterberg………………………………………………………….…41
2.2.2 Clasificación del suelo………………………………………………………….42
2.2.2.1 Clasificación el suelo por el método SUCS………………………………42
2.2.2.2 Clasificación del suelo por el método AASHTO………..………………..43
2.2.3 Compactación…………………………………………………………………….43
2.3 Comparación de los resultados…………………………………………………46
Conclusiones parciales……………………………………………………………….47
Capítulo 3: Determinación de la permeabilidad del suelo y
absorción de los ladrillos.
3.1 Introducción………………………………………………………………..….……50
3.2 Prueba de carga variable…………………………………………………………50
3.3 Prueba de absorción de los ladrillos……………………………………...……52
3.4 Comparación de los resultados…………………………………………………56
Conclusiones parciales………………………………………………...……………..57
ÍNDICE
Conclusiones Generales………………………………………………………..59
Recomendaciones……………………………………………….……….………..60
Referencias bibliográficas……………………………………………...………61
Bibliografía……………………………………………………………………………62
Anexos………………………………………………………………………………….63
Introducción
Introducción
Los ladrillos son utilizados en la construcción principalmente de paredes, muros o
tabiques. La arcilla con la que se elaboran los ladrillos es un material sedimentario
de partículas muy pequeñas de silicatos hidratados de alúmina, además de otros
minerales como el caolín, la montmorillonita y la ilita.
La producción de ladrillos cocidos tiene un consumo de combustible relativamente
alto. En muchos países, en donde se emplea leña, grandes áreas forestales han
desaparecido causando un serio daño ecológico. Aún en donde hay leña
disponible, ésta es generalmente muy cara, pero ello también es cierto para los
otros combustibles.
La situación antes mencionada conlleva a la elaboración de ladrillos de suelo
estabilizado. Esta técnica ha sido muy utilizada por su efectividad y facilidad para
llevar a cabo. A través de ella se somete al suelo natural a cierto tratamiento de
modo que permita aprovechar sus propiedades, aliviando a la vez la situación del
gasto de combustible. Los ladrillos de este tipo empleados comúnmente son los de
suelo cemento.
Con la aparición del sistema Rocamix y la efectividad de sus resultados en la
estabilización de suelos, se propone elaborar ladrillos de suelo estabilizado con
este aditivo. Para ello, en este trabajo se realizan estudios a un suelo para ver su
comportamiento antes y después de su tratamiento con este sistema y la
factibilidad del mismo para la fabricación de ladrillos con la máquina TERSTARAM.
Situación problemática
La fabricación de ladrillos de arcilla mediante los procesos de maduración,
tratamiento mecánico previo, depósito de materia prima procesada, humidificación,
moldeado secado y cocción empleados durante años en nuestro país conlleva a
un elevado costo energético de producción.
Se plantea la utilización del sistema ROCAMIX para la fabricación de ladrillos de
suelo estabilizado que reduzcan estos costos y además posean valores mayores
de resistencia mecánica.
Problema científico:
¿Cómo reducir el gasto energético ocasionado por la producción de ladrillos de
arcilla actualmente?
¿Cómo mejorar las propiedades mecánicas de las arcillas para ser utilizadas en la
fabricación de ladrillos?
Justificación

Mejorar las propiedades físico-mecánico de los suelos arcillosos para su
empleo en la fabricación de ladrillos.

Reducir el gasto energético unido a la producción de ladrillos de arcilla.
Objeto de estudio:
Estabilización de suelos.
Campo de estudio:
La estabilización química con Rocamix.
Objetivos generales
 Demostrar, a través de ensayos de laboratorio, que con la aplicación del
sistema ROCAMIX mejoran las propiedades mecánicas del suelo para la
fabricación de ladrillos de arcilla.
8
 Elaborar un ladrillo de suelo estabilizado con el producto ROCAMIX.
Objetivos específicos
Estudiar las características del suelo antes y después de la estabilización.
Estudiar el comportamiento del suelo en el elemento ya construido.
Hipótesis:
 La utilización del ROCAMIX posibilita la fabricación de ladrillos de arcilla
con mejores propiedades mecánicas.
 La fabricación de ladrillos de suelo estabilizado con ROCAMIX posibilitará
la disminución del gasto energético producido por la elaboración de ladrillos
de arcilla de forma tradicional.
Tareas a realizar
 Clasificar un suelo en el laboratorio.
 Determinar las propiedades físico-mecánicas del suelo, sin estabilizar con
ROCAMIX, mediante ensayos de laboratorio.
 Determinar las propiedades físico-mecánicas del suelo, estabilizado con
ROCAMIX, mediante ensayos de laboratorio.
 Comparar las características del suelo antes y después de su estabilización
con el aditivo ROCAMIX.
 Construir un elemento con el suelo ensayado.
 Someter el elemento a ensayos de absorción para determinar si mejoraron
sus propiedades físicas.
9
CAPÍTULO 1: Estado del Arte.
10
Capítulo1: Estado del arte
Capítulo 1: Estado del arte.
1 Introducción.
El Ladrillo es un componente cerámico artificial de construcción, compuesto
básicamente por arcilla cocida. Se emplea para la construcción en diversos
elementos constructivos, como muros, tabiques, hornos, etc. Las dimensiones del
ladrillo están estandarizadas de modo que cada una sea el doble de la anterior,
más 1cm, para el mortero de unión. [1]
La técnica de la arcilla cocida en la producción de ladrillos y tejas para
construcción tiene más de 4,000 años. Se basa en el principio que los suelos
arcillosos (que contienen de 20 a 50% de arcilla) experimentan reacciones
irreversibles, cuando son quemados a 850-1000°C, con lo cual las partículas se
unen unas a otras como un material cerámico vidrioso.[2]
Para este proceso hay una gran variedad de suelos adecuados, siendo la
propiedad esencial la plasticidad para facilitar el moldeado. Aunque esto depende
del contenido de arcilla, las proporciones excesivas de arcilla pueden causar
fuertes contracciones y agrietamientos, lo que es inadecuado en la fabricación de
ladrillos. La calidad de los productos de arcilla cocida varía no sólo de acuerdo al
tipo y cantidad de los otros componentes del suelo sino también con el tipo del
mineral de la arcilla. [2]
A continuación se hará mención de las características y propiedades de este tipo
de los suelos arcillosos.
1.2 Arcillas.
El suelo que se utilizará como objeto de estudio es la arcilla. Las mismas son
constituyentes esenciales de gran parte de los suelos y sedimentos debido a que
son, en su mayor parte, productos finales de la meteorización de los silicatos que,
formados a mayores presiones y temperaturas, en el medio exógeno se hidrolizan.
Se consideran arcillas todas las fracciones con un tamaño de grano inferior a 2
μm.
11
Capítulo1: Estado del arte
Puede ser un material muy moldeable al ser combinado con agua, por se le puede
dar cualquier forma y luego, se endurece al secar o al ser sometida al calor. Por
esas propiedades, la arcilla es ampliamente utilizada para fabricar objetos
cerámicos como por ejemplo bloques y ladrillos.
1.2.1
Propiedades.
Entre las principales propiedades del suelo que pueden interesar a un ingeniero se
pueden contar con las siguientes:
1. Estabilidad volumétrica: Frecuentemente, las variaciones de humedad en
algunos tipos de suelos provocan cambios volumétricos que se traducen en
expansiones debido principalmente a las características mineralógicas del suelo
que son susceptibles a la presencia del agua; estas alteraciones de contenido de
agua pueden ser provocadas por agentes físicos tal como el clima, la lluvia, la
humedad en el ambiente, inundaciones, los cambios de nivel freático, etc.[3]
2. Resistencia mecánica: Los suelos arcillosos al secarse alcanzan grandes
resistencias, teniéndose inclusive la condición más alta de resistencia cuando se
calientan a temperaturas más elevadas como sucede en la fabricación de ladrillos
y tabiques; a veces, la resistencia de un suelo es menos importante que su
deformabilidad bajo cargas. En otras ocasiones se han presentados diminuciones
considerables en la resistencia de un suelo arcilloso debido, por ejemplo a la
disolución de cristales que conferían a la arcilla su resistencia, como sucede a
algunas arcillas sensitivas donde el equilibrio físico-químico en ellas. Un factor que
modifica la compresibilidad y la resistencia al esfuerzo a cortante de las arcillas, es
el de la utilización de estabilizantes químicos.[4]
3. Permeabilidad: Depende de varios factores: viscosidad del fluido,
distribución del tamaño de los poros, distribución granulométrica, relación de
vacíos, rugosidad de las partículas minerales y grado de saturación del suelo. En
los suelos arcillosos, la estructura juega un papel importante en la misma, así
como la concentración iónica y el espesor de la capa de agua adherida a las
partículas.
4. Plasticidad: Las arcillas son eminentemente plásticas. Esta propiedad se
debe a que el agua forma una envuelta sobre las partículas laminares produciendo
un efecto lubricante que facilita el deslizamiento de unas partículas sobre otras
cuando se ejerce un esfuerzo sobre ellas. [5]
12
Capítulo1: Estado del arte
La elevada plasticidad de las arcillas es consecuencia, nuevamente, de su
morfología laminar, tamaño de partícula extremadamente pequeño (elevada área
superficial) y alta capacidad de hinchamiento. [5]
Generalmente, esta plasticidad puede ser cuantificada mediante la determinación
de los índices de Atterberg (límite líquido, límite plástico y límite de retracción).
Estos límites marcan una separación arbitraria entre los cuatro estados o modos
de comportamiento de un suelo sólido, semisólido, plástico y semilíquido.
5. Compresibilidad: Los cambios volumétricos o compresibilidad, tienen una
importante influencia en las propiedades ingenieriles de los suelos, pues se
modifica la permeabilidad, se alterarán las fuerzas existentes entre las partículas
tanto en magnitud como en sentido, lo que tiene una importancia decisiva en la
modificación de la resistencia del esfuerzo a cortante y se provocan
desplazamientos. [4]
1.2.2 Fabricación de ladrillos de arcilla.
El principal uso de los materiales arcillosos se da en el campo de la cerámica de
construcción (tejas, ladrillos, tubos, baldosas, alfarería tradicional, lozas, azulejos y
gres.). Uso al que se destinan desde los comienzos de la humanidad.
Entre estos múltiples usos el pertinente a esta investigación es la fabricación de
ladrillos cuyo proceso de elaboración se explicación se muestra a continuación.
 Proceso de elaboración
Hoy día, en cualquier fábrica de ladrillos se llevan a cabo una serie de procesos
estándar que comprenden desde la elección del material arcilloso al proceso de
empacado final. La materia prima utilizada para la producción de ladrillos es,
fundamentalmente, la arcilla. Este material está compuesto, en esencia, de sílice,
alúmina, agua y cantidades variables de óxidos de hierro y otros materiales
alcalinos, como los óxidos de calcio y los óxidos de magnesio.
Las partículas del material son capaces de absorber higroscópicamente hasta un
70% de su peso en agua. Cuando está hidratada, la arcilla adquiere la plasticidad
13
Capítulo1: Estado del arte
suficiente para ser moldeada, a diferencia de cuando está seca; estado en el que
presenta un aspecto terroso.
Durante la fase de endurecimiento, por secado o por cocción, el material arcilloso
adquiere características de notable solidez, y experimenta una disminución de
masa, por pérdida de agua, de entre un 5 y un 15%.
Una vez seleccionado el tipo de arcilla el proceso puede resumirse en:
 Maduración
 Tratamiento mecánico previo
 Depósito de materia prima procesada
 Humidificación
 Moldeado
 Secado
 Cocción
 Almacenaje
 Maduración
Antes de incorporar la arcilla al ciclo de producción hay que someterla a ciertos
tratamientos de trituración, homogeneización y reposo en acopio, con la finalidad
de obtener una adecuada consistencia y uniformidad de las características físicas
y químicas deseadas.
El reposo a la intemperie tiene la finalidad de facilitar el desmenuzamiento de los
terrones y la disolución de los nódulos para impedir las aglomeraciones de
partículas arcillosas. La exposición a la acción atmosférica (aire, lluvia, sol, hielo,
etc.) favorece además la descomposición de la materia orgánica que pueda estar
presente y permite la purificación química y biológica del material. De esta manera
se obtiene un material completamente inerte y poco dado a posteriores
transformaciones mecánicas o químicas.
14
Capítulo1: Estado del arte
 Tratamiento mecánico previo
Después de la maduración, que se produce en la zona de acopio, sigue la fase de
pre-elaboración, que consiste en una serie de operaciones que tienen la finalidad
de purificar y refinar la materia prima. Los instrumentos utilizados en la preelaboración, para un tratamiento puramente mecánico suelen ser:
Rompe-terrones: como su propio nombre indica, sirve para reducir las
dimensiones de los terrones hasta un diámetro de entre 15 y 30 mm.
Eliminador de piedras: está constituido generalmente por dos cilindros que
giran a diferentes velocidades, capaces de separar la arcilla de las piedras
o «chinos».
Desintegrador: se encarga de triturar los terrones de mayor tamaño, más
duros y compactos, por la acción de una serie de cilindros dentados.
Laminador refinador: está formado por dos cilindros rotatorios lisos
montados en ejes paralelos, con separación, entre sí, de 1 a 2 mm, espacio
por el cual se hace pasar la arcilla sometiéndola a un aplastamiento y un
planchado que hacen aún más pequeñas las partículas. En esta última fase
se consigue la eventual trituración de los últimos nódulos que pudieran
estar todavía en el interior del material.
 Depósito de materia prima procesada
A la fase de pre-elaboración, sigue el depósito de material en silos especiales en
un lugar techado, donde el material se homogeniza definitivamente tanto en
apariencia como en características físico-químicas.
 Humidificación
Antes de llegar a la operación de moldeo, se saca la arcilla de los silos y se lleva a
un laminador refinador, y posteriormente a un mezclador humedecedor, donde se
agrega agua para obtener la humedad precisa.
15
Capítulo1: Estado del arte
 Moldeado
El moldeado consiste en hacer pasar la mezcla de arcilla a través de una boquilla
al final de la estructura. La boquilla es una plancha perforada que tiene la forma
del objeto que se quiere producir.
El moldeado se suele hacer en caliente utilizando vapor saturado
aproximadamente a 130 °C y a presión reducida. Procediendo de esta manera se
obtiene una humedad más uniforme y una masa más compacta, puesto que el
vapor tiene un mayor poder de penetración que el agua.
 Secado
El secado es una de las fases más delicadas del proceso de producción. De esta
etapa depende, en gran parte, el buen resultado y calidad del material, más que
nada en lo que respecta a la ausencia de fisuras. El secado tiene la finalidad de
eliminar el agua agregada en la fase de moldeado para poder pasar a la fase de
cocción.
Esta fase se realiza en secaderos que pueden ser de diferentes tipos. A veces se
hace circular aire de un extremo a otro por el interior del secadero, y otras veces
es el material el que circula por el interior del secadero sin inducir corrientes de
aire. Lo más normal es que la eliminación del agua del material crudo se lleve a
cabo insuflando aire caliente con una cantidad de humedad variable. Eso permite
evitar golpes termohigrométricos que puedan producir una disminución de la masa
de agua a ritmos diferentes en distintas zonas del material y, por lo tanto, a
producir fisuras localizadas.
 Cocción
Se realiza en hornos de túnel, que en algunos casos pueden llegar a medir hasta
120 m de longitud, y donde la temperatura de la zona de cocción oscila entre
900 °C y 1000 °C.
En el interior del horno la temperatura varía de forma continua y uniforme. El
material secado se coloca en carros especiales, en paquetes estándar y es
16
Capítulo1: Estado del arte
introducido por una de las extremidades del túnel, saliendo por el extremo opuesto
una vez que está cocido.
Es durante la cocción cuando se produce la sinterización, de manera que la
cocción resulta una de las instancias cruciales del proceso en lo que a la
resistencia del ladrillo respecta.
 Almacenaje
Antes del embalaje se procede a la formación de paquetes sobre pallets, que
permitirán después moverlos fácilmente con carretillas de horquilla. El proceso de
embalaje consiste en envolver los paquetes con cintas de plástico o de metal, de
modo que puedan ser depositados en lugares de almacenamiento, para
posteriormente ser trasladados en camiones.[6]
1.2.2.1 Tipos de ladrillo
Hay diversas formas de clasificar a los ladrillos:


Ladrillo macizo: es el que tiene menos de 10% de perforaciones en su
tabla. Algunos modelos tienen rebajes en las tablas y testas, para obtener
muros sin llagas.
Ladrillo perforado: poseen más de 10% de perforaciones en la tabla. Son
muy empleados en la construcción de fachadas.

Ladrillo manual: es una imitación de los ladrillos artesanales, su apariencia
es tosca y rugosa. Tienen buenas propiedades ornamentales.

Ladrillo hueco: es el que tiene perforaciones en los cantos o testas, para
reducir el volumen de cerámica y hacerlos más livianos. Se emplean en
tabiques y elementos constructivos que no están sometidos a esfuerzos.
Pueden ser de distintas clases, según la cantidad de huecos que tengan, de
hueco simple, tiene una hilera de perforaciones en la testa; de hueco doble,
tiene dos hileras de perforaciones en la testa.[6]
17
Capítulo1: Estado del arte
1.2.2.2 Ventajas
• Los productos de arcilla cocida pueden tener altas resistencias a compresión,
incluso cuando están húmedos, y por tanto son resistentes a los impactos y a la
erosión.
• La porosidad de la arcilla quemada permite movimientos de humedad, sin
producir cambios dimensionales significativos. Las construcciones de ladrillos
pueden “respirar”.
• Los ladrillos sólidos tienen una alta capacidad térmica, necesaria para la mayoría
de los climas, excepto para las zonas predominantemente húmedas; los ladrillos
perforados (con perforaciones verticales) pueden emplearse para muros con
cavidad, que proporcionan aislamiento térmico, o (con perforaciones
perpendiculares a la cara del muro) para muros con ventilación o rejilla.
• Los productos de arcilla cocida proporcionan una excelente resistencia al fuego.
• Los ladrillos son resistentes a los agentes atmosféricos y pueden permanecer sin
ninguna protección superficial, con lo cual se ahorran costos. Sin embargo, las
obras de ladrillos expuestos a menudo son considerados sin acabado y, por lo
tanto, no siempre son aceptados.
• Los ladrillos rotos y de mala calidad son usados para otros propósitos, por lo
tanto no se desperdician.[2]
1.2.2.3 Desventajas
• El proceso de cocción tiene un consumo de combustible relativamente alto.
• Los hornos de campo simple no siempre producen ladrillos uniformes y de buena
calidad, y generalmente funcionan con ineficiencia en cuanto al combustible.
• Un defecto común de los ladrillos es “el caliche” (o “la expansión de la cal”), esto
es, un debilitamiento o rotura de los ladrillos, que es causado por la hidratación de
las partículas de cal viva, producidas por la caliza que está presente en las arcillas
con la que se fabricó los ladrillos.
18
Capítulo1: Estado del arte
• Otro defecto es la “eflorescencia”, que aparece temporalmente sobre la superficie
del ladrillo, y es causada por las sales solubles inherentes en la arcilla o el agua
del proceso.
Debido a las dificultades unidas al proceso de elaboración de ladrillos de arcilla de
forma tradicional se plantea como solución la fabricación de ladrillos de suelos
estabilizados con el fin de reducir el gasto energético que conlleva la producción
de los mismos expuesta en el epígrafe anterior.
A continuación se hace referencia a particularidades de la estabilización de suelos.
1.3 Estabilización de suelos.
Se nombra estabilización de suelo al procedimiento con que se someten los
suelos naturales de requisitos pobres como la resistencia e incompresibilidad, a
cierta operación de manera que se logre explotar sus mejores cualidades y
mejorar aquellas que son marginales. [7]
Para estabilizar un suelo se conocen tres formas.
Estabilización mecánica: Es la compactación de la tierra que modifica su
densidad, su resistencia mecánica, su comprensibilidad, permeabilidad y su
porosidad.
Estabilización Física: La propiedades de una tierra pueden ser modificadas
incidiendo en su textura. Mezcla controlada de fracciones de granos diferentes.
Igualmente por tratamiento térmico: deshidratación por frio o por un tratamiento
eléctrico: electro-ósmosis que favorece el drenaje de la tierra, lo que le confiere
nuevas cualidades estructurales.
Estabilización química: Consiste en agregar al suelo un producto, genéricamente
denominado estabilizador, el cual se debe mezclar íntima y homogéneamente
con el suelo a tratar y curar de acuerdo a especificaciones técnicas propias del
producto, de modo que produzca intercambios iónicos entre las partículas
minerales y las materias disueltas en el agua intersticial, logrando que se
modifiquen los nexos estructurales del suelo y transfiriéndole a este ciertas
19
Capítulo1: Estado del arte
características que tienden a mejorar sus propiedades, ya sea en la etapa de
construcción y/o en la de servicio.
Estabilización con cal
La estabilización con cal se hace en suelos de alto contenido de arcilla. La arcilla
es un aglomerante aéreo natural por excelencia, sin embargo la cal convierte
este material de un aglomerante aéreo a uno hidráulico. Un 1 % de CaO provoca
una reacción exotérmica de hidratación que seca la tierra reduciendo de un 0.5%
a un 1% del agua de la masa. Un 2% a un 3% provoca la disminución de la
plasticidad y la rotura de los granos. Las propiedades de la cal estarán en función
del tipo de suelo y de sus características plásticas. Para la estabilización
ordinaria se recomienda de 3% a un 14%.[8]
Las trasformaciones que se crean en el nuevo conjunto suelo-cal inciden en las
características del suelo y varían determinadas propiedades. Los efectos que
produce la cal son los siguientes:
 Masa volumétrica seca
 Resistencia a la compresión
 Resistencia a la tracción
 Variaciones de volúmenes
Estabilización con cemento
La estabilización con cemento no es más que la mezcla proporcionada de
cemento-agua-suelo. La reacción debe de verse en dos dimensiones en su
reacción con el agua y en su reacción con el material arcilloso. Cuando el cemento
reacciona con el agua se crea una piedra que une a todos los granos de suelo
haciendo una aglutinación mucho más compacta. En el proceso deshidratación del
cemento se crea un gel en la superficie del aglomerante arcilloso. La cal que se
libera durante este proceso reacciona con la arcilla (como se vio en el proceso de
estabilización con cal) y esta comienza a degradarse. La arcilla es penetrada por
el gel de cemento y por ultimo queda un elemento compacto. En la estabilización
20
Capítulo1: Estado del arte
con cemento no es recomendable sobrepasar el 10% ya que se hace
antieconómico.[8]
En este caso, el suelo se estabilizará químicamente con el uso del Sistema
Rocamix, el cual es un producto de estabilización y de impermeabilización de
suelos de alta tecnología que se diferencia de los métodos tradicionales porque
torna la compactación del suelo en estado totalmente irreversible. Este Sistema
permite una mejora de los valores de sustentación de cualquier tipo de suelo
ligante o débilmente ligante entre 3 y 5 veces, en un 50% de los casos incluso muy
por encima. La mejora de las propiedades así como de los valores de sustentación
del suelo es permanente.[9]
1.4 Ladrillos de suelo estabilizado.
1.4.1 Ladrillos de suelo cemento.
La diferencia entre la producción de un ladrillo de arcilla de forma tradicional y un
ladrillo de suelo cemento radica en la forma de obtención. Los segundos se
obtienen mediante la estabilización y prensado del suelo, utilizando la tierra no
fértil como materia prima; a diferencia del proceso de extracción de la capa
superficial del suelo, amasado, moldeo y cocción de los mismos con un elevado
consumo energético. [1]
1.4.2 Principales Componentes del ladrillo de suelo-cemento
El conjunto de suelo, cemento y agua, dosificados y compactados, constituyen un
ladrillo de suelo-cemento. En el presente trabajo se aprovechó la utilización de
cemento portland como aglomerante por su tiempo de hidratación rápida, ya que
el tiempo de hidratación de la cal es muy lento y el tiempo disponible para este
trabajo no lo permite. [1]
1.4.2.1 Suelo
El suelo adecuado para ser estabilizado con cemento Portland o cal es el que da
una resistencia elevada y poca contracción al secarse. Esto significa tener aptitud
para ser compactado. Este suelo debe tener presencia de arena, limo y arcilla,
aunque estos últimos en escasa proporción, a fin de que den la necesaria
21
Capítulo1: Estado del arte
cohesión a la mezcla y completen la porción de contenido de fino en la curva de
composición granulométrica. Si alguno de estos componentes estuviera ausente
en la composición genuina de la muestra de suelo, o estando presentes no lo
hicieran en la proporción deseada, éstos deben ser adicionados hasta acercarse a
la composición óptima de trabajo de la tierra para suelo-cemento. Este paso es de
vital importancia para evitar que se produzcan comportamientos no deseados de
la mezcla por excesiva presencia de arena.
Debido a la sobrecarga de costes que provoca el traslado y acopio de grandes
volúmenes de tierra, se debe considerar como condición óptima de producción el
empleo de tierra local, donde debe ser extraída a una profundidad mayor, a 30 o
40 cm de la superficie, o a una profundidad tal que no existan vestigios de capa
vegetal. Para reconocer la composición de la muestra de suelo existen pruebas de
campo, de sencilla realización, que indicarán cuál es la más indicada para la
realización de suelo-cemento. En el caso que las pruebas demuestren ineptitud de
la tierra para elaborar suelo-cemento debe evaluarse la posibilidad de agregar
arena a la mezcla. Tendrán prioridad los suelos arenosos, en función de que
producen mejores resultados de compactación y resistencia al ser estabilizados
con cemento.
No obstante, la arena de un suelo constituye su estructura pero requiere de la
presencia de arcilla para conglomerar su masa. En el otro sentido, para la
estabilización de suelos arcillosos es indispensable la incorporación de arena. En
nuestra experiencia, y en función de los suelos locales y las maquinarias
empleadas, la proporción óptima de componentes de un suelo es 75 % del total
constituido por arena y 25 % de limo y arcilla, medido en volúmenes. Si bien no
constituyen recetas excluyentes, puesto que éstas serían imposibles de
determinar, debido a las particularidades propias de cada suelo, es importante
tener en cuenta que toda variación que se produzca en el porcentaje de contenido
de suelo implicará nuevas relaciones con respecto a la cantidad de cemento a
emplear y con el uso de uno o de otro tipo de máquinas de compactación y
moldeo. [1]
1.4.2.2 Cemento
Constituye el medio estabilizante. El agregado de cemento mejora las condiciones
del suelo respecto a la acción de agentes como la humedad, dándole
características de estabilidad y resistencia. Se emplea generalmente el gris
22
Capítulo1: Estado del arte
normal, denominado "portland, provisto por la industria. La dosificación del
aglutinante debe ser realizada en unidades de peso en relación a la cantidad de
suelo empleado para la mezcla. Esta depende, en gran medida, del sistema de
compactación adoptado: A menor compactación, mayor presencia de cemento, A
mayor compactación, menor presencia de cemento. [1]
1.4.2.3 Agua
La función del agua es hidratar el cemento y hacerlo "reaccionar" y contribuir a la
máxima compactación del suelo. El agua a añadir a la mezcla debe ser limpia y no
contener materiales en suspensión o en disolución tales como sulfatos o cloruros,
o materias orgánicas.
El determinante es el control de la cantidad de agua de la mezcla, ya que ésta
actúa como lubricante de las partículas de la mezcla. Si resulta excesivamente
húmeda o, por el contrario, seca, ambos estados se reflejan en la trabajabilidad
del material y, posteriormente, en el acabado superficial, la resistencia y
durabilidad del mismo.
Si no existe suficiente lubricación entre partículas, éstas difícilmente podrán
ocupar los vacíos intersticiales de la mezcla en el momento de la compactación;
en tanto que una mezcla por demás plástica dificultará procedimientos de
compactación mecánicos y su acabado final será más parecido al adobe. [1]
1.4.3 Sus ventajas desde punto de vista ecológico
Se pueden utilizar para la realización de mamposterías de ladrillos con igual
técnica que la mampostería tradicional de ladrillos a la vista, conjunta enrasada o
para revocar.
En su composición no interviene tierra proveniente de la capa fértil (tierra negra),
ya que ésta no resulta apta para la reacción con el cemento y posterior
endurecimiento. Al contrario, son más adecuadas aquéllas que, en su
composición, contienen un alto porcentaje de arena, escasa cantidad de limo y
nulo contenido de humus.
Su fabricación es similar a la de bloques de cemento, ya que las etapas de
producción se asemejan.
23
Capítulo1: Estado del arte
El coste del ladrillo, es reducido. Se limita al coste del cemento, si es realizado por
auto constructores, con apoyo de Municipios, Poder Popular, Cooperativas, etc.
Cada ladrillo de suelo-cemento es ligeramente más pesado que un ladrillo cocido
tradicional.
Presentan menor capacidad higroscópica que un ladrillo común: un ladrillo de
suelo-cemento absorbe 10 veces menos agua que un ladrillo cocido tradicional. [1]
24
Capítulo 2: Caracterización
del suelo en estado natural
y estabilizado.
25
Capítulo 2: Caracterización del suelo en estado natural y
estabilizado.
Capítulo 2 Caracterización del suelo en estado natural y
estabilizado.
2.1 Ensayos de laboratorio para el suelo natural.
Con el objetivo de conocer las características del suelo arcilloso que se empleará
posteriormente en la elaboración de ladrillos de suelo estabilizado se realizan
ensayos de laboratorio tales como granulometría, límites de consistencia (límites
de Atterberg), peso específico, compactación e hidrómetro.
2.1.1 Granulometría
El análisis granulométrico de una muestra de suelo consiste en determinar la
proporción relativa en peso de los diferentes tamaños de granos, definidos por las
aberturas de las mallas utilizadas.
Este análisis se realizó de acuerdo al procedimiento especificado en la NC 20,
obteniéndose como resultados los mostrados en el ANEXO I.
Tabla No.1Granulometria de la muestras.
26
Capítulo 2: Caracterización del suelo en estado natural y
estabilizado.
ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO PROMEDIO
120,00
% pasado
100,00
80,00
60,00
40,00
20,00
0,00
100
10
1
0,1
0,01
0,001
0,0001
Tamaño de las partículas
Fig. 1 Curva granulométrica.
2.1.2 Hidrómetro
Este ensayo se basa en el principio de la sedimentación de los granos de suelo en
agua. Cuando un espécimen de suelo se dispersa en agua sus partículas se
asientan a diferentes velocidades, dependiendo de su forma, tamaño y peso.
Tabla No.2 Promedio del hidrómetro.
27
Capítulo 2: Caracterización del suelo en estado natural y
estabilizado.
Fig.2 Aerómetro y termómetro usados en el ensayo hidrométrico.
Fig. 3 Toma de lecturas con el aerómetro.
28
Capítulo 2: Caracterización del suelo en estado natural y
estabilizado.
2.1.3 Límites de Atterberg
Los límites de Atterberg son ensayos de laboratorio normalizados que permiten
obtener los límites del rango de humedad dentro del cual el suelo se mantiene en
estado plástico. Con ellos, es posible clasificar el suelo en la Clasificación
Unificada de Suelos (Unified Soil Classification System, USCS).
El Límite líquido (W L) se define por la humedad que tiene el suelo amasado con 25
golpes ligeros contra una placa de goma dura de una vasija especial, se cierra el
surco de sección trapecial que se había abierto la masa húmeda de suelo
colocada en dicha vasija. El Límite Plástico (W p) se define por la humedad de
suelo amasado cuando empieza a separarse y desmoronarse al enrollarse a mano
para formar bastoncillos de 3 mm de diámetro. La diferencia entre el límite líquido
y el límite plástico, que se llama índice de plasticidad (IP) representa la variación
en humedad que puede tener un suelo que se conserva en estado plástico.
Estos ensayos se realizaron como está establecido en la NC 58 y los resultados
se muestran en el ANEXO II.
Tabla No.3 Límites de Atterberg.
29
Capítulo 2: Caracterización del suelo en estado natural y
estabilizado.
Fig. 4 Equipo de límite líquido manual.
50,5
50
ω ( %)
49,5
49
48,5
48
promedio
47,5
Lineal (promedio)
47
46,5
46
10
100
No. de golpes
Fig. 5 Gráfico de límite líquido.
30
Capítulo 2: Caracterización del suelo en estado natural y
estabilizado.
2.1.4 Clasificación de suelos.
2.1.4.1 Clasificación del suelo por el SUCS.
El Sistema Unificado de Clasificación de suelos, es una consecuencia del Sistema
de Clasificación para Aeropistas (AC), desarrollado por Casagrande, como un
método rápido para identificar y agrupar los suelos para construcciones militares.
La siguiente tabla representa las características necesarias para poder seguir los
pasos de clasificar el suelo según SUCS.
Porcentaje que pasa por el tamiz
No. 4
No.10
No.40
No. 200
Límite
Líquido
91,64
85,83
72,78
64,04
48 %
Índice de
plasticidad
20 %
• El suelo es de grano fino por tener 64,04 % en peso pasado por tamiz No.200
• El suelo tiene IP = 20, está sobre la Línea A de la carta de plasticidad, pertenece
a la zona de CH u OH.
Entonces, el suelo se clasificó como CH: Arcilla densa arenosa.
Fig.6 Carta de Plasticidad
31
Capítulo 2: Caracterización del suelo en estado natural y
estabilizado.
2.1.4.2 Clasificación del suelo con el método de AASHTO.
Este sistema de clasificación fue desarrollado en 1929 como el Public Road
Administration Classification System (Sistema de Clasificación de la Oficina de
Caminos Públicos.). En el AASHTO, los suelos se clasifican en 7 grupos mayores
desde A-1 hasta A-7. Los criterios para clasificar también se basan en las
propiedades físicas del suelo.
Porcentaje que pasa por el tamiz
No. 4
No.10
No.40
No. 200
Límite
Líquido
91,64
85,83
72,78
64,04
48 %
Índice de
plasticidad
20 %
• El suelo es de grupo de A-7-6 por tener 64,04 % en peso pasado por tamiz
No.200.
• El suelo pertenece al grupo A-7-6 por tener LL =48>41.
• El suelo es de grupo A-7-6 debido a que su IP = 20> 18.
Entonces, el suelo se clasificó como A-7-6(12): Suelo arcilloso de mediano a
pobre.
32
Capítulo 2: Caracterización del suelo en estado natural y
estabilizado.
2.1.5 Peso Específico
El peso específico o peso unitario de la masa de suelo es la relación entre la
masa de suelo y el volumen que esta ocupa, que se determina de manera
experimental.
La determinación del mismo se realizó según las formulaciones y procedimientos
de la NC19:
33
Capítulo 2: Caracterización del suelo en estado natural y
estabilizado.
Los resultados se muestran en el ANEXO III.
Tabla No. 4 Peso específico de la muestra.
34
Capítulo 2: Caracterización del suelo en estado natural y
estabilizado.
Fig. 7 Ensayo de peso específico. Baño de María.
2.1.6 Compactación
La compactación de suelos es el proceso artificial por el cual las partículas de
suelo se precisan a estar en contacto unas con las otras, mediante una reducción
del índice de vacíos, empleando medios mecánicos, lo cual se traduce en un
mejoramiento de sus propiedades ingenieriles.
Para la misma se realizaron los ensayos Proctor Estándar y Proctor, de los cuales
se obtendrá las humedades óptimas y las densidades secas máximas.
35
Capítulo 2: Caracterización del suelo en estado natural y
estabilizado.
Los resultados se muestran en el ANEXO IV.
Tabla No.5 Valores de peso específico seco máximo y humedad de las muestras.
36
Capítulo 2: Caracterización del suelo en estado natural y
estabilizado.
Fig. 8 Compactación del suelo con el martillo estándar.
37
Capítulo 2: Caracterización del suelo en estado natural y
estabilizado.
35
ϒd (kN/m3)
30
25
20
Proctor Estandar
15
100% de saturacion
10
5
10
20
30
40
ω (%)
Fig.9 Curva de proctor estándar y 100% de saturación.
Tabla No.6 Valores de peso específico seco máximo y humedad de las muestras.
38
Capítulo 2: Caracterización del suelo en estado natural y
estabilizado.
ϒd (kN/m3)
45,00
40,00
35,00
30,00
25,00
100% de saturacion
20,00
Proctor Modificado
15,00
10,00
0
10
20
30
40
ω (%)
Fig.10 Curva de proctor modificado y 100% de saturación.
2.1.7 Límites de Atterberg del suelo pasado por el tamiz No. 200
Para la realización de este ensayo se tomó una muestra de suelo y se puso en
maceración o inmersión durante 24 h. Transcurrido ese tiempo se procedió a
lavarlo pasándolo por el tamiz no. 200. El material que pasó por este tamiz se
puso a secar al aire libre para luego realizar el resto del ensayo según la NC 58 y
los resultados se muestran en el ANEXO V.
Tabla No. 7 Límites de Atterberg para suelo pasado por el tamiz No. 200
39
Capítulo 2: Caracterización del suelo en estado natural y
estabilizado.
64,00
63,50
ω ( %)
63,00
62,50
62,00
61,50
promedio
61,00
Lineal (promedio)
60,50
60,00
59,50
10
100
No. de golpes
Fig. 11 Gráfico de límite líquido.
2.1.7.1 Clasificación del suelo por el SUCS.
Porcentaje que pasa por el tamiz
No. 4
No.10
No.40
No. 200
Límite
Líquido
91,64
85,83
72,78
64,04
62 %
Índice de
plasticidad
26%
• El suelo es de grano fino por tener 64,04 % en peso pasado por tamiz No.200
• El suelo tiene IP = 26, se grafica debajo de la línea A de la carta de plasticidad,
pertenece a la zona de MH u OH.
Entonces, el suelo se clasificó como MH: Limo elástico arenoso.
40
Capítulo 2: Caracterización del suelo en estado natural y
estabilizado.
Fig. 12 Carta de plasticidad.
2.1.7.2 Clasificación del suelo por el método AASHTO.
• El suelo es de grupo de A-7-5 por tener 64,04 % en peso pasado por tamiz
No.200.
• El suelo pertenece al grupo A-7-5 por tener LL =62>41.
• El suelo es de grupo A-7-5 debido a que su IP = 26< 32.
41
Capítulo 2: Caracterización del suelo en estado natural y
estabilizado.
Entonces, el suelo se clasificó como A-7-5(17): Suelo arcilloso de mediano a
pobre.
2.2. Caracterización del suelo estabilizado con sistema ROCAMIX.
2.2.1 Límites de Atterberg.
De acuerdo a la clasificación del suelo expuesta en el capítulo anterior se
necesitarían de 25 a 30 Kg/m3 de cemento y 0,60 l/m3 de Rocamix. Para este
ensayo se usaron 3,33 kg de suelo, por lo que las cantidades de cemento y
Rocamix usadas fueron de 60 g y 2 ml respectivamente.
Estos ensayos se realizaron como está establecido en la NC 58 y los resultados
se muestran en el ANEXO VI.
Tabla No. 8 Límites de Atterberg para suelo estabilizado.
42
Capítulo 2: Caracterización del suelo en estado natural y
estabilizado.
47
46
ω ( %)
45
44
43
promedio
42
Lineal (promedio)
41
40
39
10
100
No. de golpes
Fig. 13 Gráfico de límite líquido.
2.2.2 Clasificación de suelos.
2.2.2.1 Clasificación del suelo por el SUCS.
• El suelo es de grano fino por tener 64,04 % en peso pasado por tamiz No.200
• El suelo tiene IP = 22, se grafica arriba de la Línea A de la carta de plasticidad,
pertenece a la zona de CL u OL.
Entonces, el suelo se clasificó como CL: Arcilla ligera arenosa.
43
Capítulo 2: Caracterización del suelo en estado natural y
estabilizado.
Fig. 14 Carta de plasticidad.
2.2.2.2 Clasificación del suelo con el método de AASHTO.
• El suelo es de grupo de A-7-6 por tener 64,04 % en peso pasado por tamiz
No.200.
• El suelo pertenece al grupo A-7-6 por tener LL =43>41.
• El suelo es de grupo A-7-6 debido a que su IP = 22> 13.
• Índice de grupo se calcula con la siguiente fórmula:
F: porciento que pasa la malla No.200
LL: límite líquido.
44
Capítulo 2: Caracterización del suelo en estado natural y
estabilizado.
IP: índice de plasticidad
Entonces, el suelo se clasificó como A-7-6(12): Suelo arcilloso de mediano a
pobre.
2.2.3 Compactación
Para este ensayo se usaron 3,0 kg de suelo, por lo que las cantidades de cemento
y Rocamix usadas fueron de 54 g y 2 ml respectivamente.
Estos ensayos se realizaron como está establecido en la NC 58 y los resultados
se muestran en el ANEXO VII.
Tabla No. 9 Densidad máxima y humedad óptima del suelo estabilizado para
proctor estándar.
45
Capítulo 2: Caracterización del suelo en estado natural y
estabilizado.
50
ϒd (kN/m3)
45
40
35
30
25
20
Proctor Estandar
15
100% de saturacion
10
5
0
15
20
25
30
ω (%)
Fig. 15 Curva de compactación para proctor estándar.
Tabla No. 10 Densidad máxima y humedad óptima del suelo estabilizado para
proctor modificado.
46
Capítulo 2: Caracterización del suelo en estado natural y
estabilizado.
60
ϒd (kN/m3)
50
40
30
Proctor Modificado
20
100% de saturacion
10
0
12
17
22
ω (%)
Fig. 16 Curva de compactación para proctor modificado.
2.3 Comparación de los resultados.
Después de realizar todos los ensayos y haber obtenido los resultados, se realiza
un análisis de los mismos para ver la influencia que tuvo la estabilización en el
suelo.
Ensayos
Suelo Natural
Suelo Estabilizado
Límite Líquido
48 %
43 %
Límite Plástico
28 %
Densidad Seca
Máxima
Humedad Óptima
21 %
15,65 kN/m3
17,26 kN/m3.
Proctor Estándar
15,00 kN/m
16,70 kN/m3
22,2 %
Proctor Modificado
17,7 %
16,40 %
Proctor Estándar
Proctor Modificado
3
21,86%
47
Capítulo 2: Caracterización del suelo en estado natural y
estabilizado.
Como se observa en la tabla anterior los valores de densidad seca máxima del
suelo estabilizado aumentaron con respecto a los del suelo natural, lo que implica
un aumento de la resistencia del mismo.
Los valores de límites de consistencia disminuyeron después de estabilizar el
suelo y al clasificarlo se evidenció la mejoría del suelo.
La estabilización con este sistema redujo la cantidad de agua que el suelo
necesitaba para confeccionar los ladrillos.
Límites de Atterberg
Tamiz No.40
Tamiz No. 200
Límite Líquido
48 %
62 %
Límite Plástico
28 %
36 %
La plasticidad de los suelos está dada por el contenido de arcilla, por lo que se
cuestiona el uso del tamiz No.40 para la obtención de estos valores ya que hay
partículas mayores de 2 μm, es por esta razón que se propone la obtención de los
límites con el material pasado por el tamiz No. 200. Se puede observar en la tabla
anterior el aumento de estos valores con respecto a los del tamiz normado lo que
produce un cambio en la clasificación del suelo de arcilla densa arenosa a limo
elástico arenoso por el sistema SUCS y de A-7-6 a A-7-5 por la AASHTO.
Conclusiones Parciales.
 El peso específico es de 2,93.
 Límite líquido para el suelo natural es igual a 48 % y límite plástico igual a
28 %. En el caso del suelo estabilizado estos valores disminuyeron a 43 %
y a 21 % respectivamente provocando un cambio en la clasificación del
suelo.
 Clasificación por la AASHTO: A-7-6 para suelo natural y estabilizado.
48
Capítulo 2: Caracterización del suelo en estado natural y
estabilizado.
 Clasificación por el Sistema SUCS: arcilla densa arenosa para suelo
natural.
 Clasificación por el Sistema SUCS: arcilla ligera arenosa para suelo
estabilizado.
 Los valores de humedad óptima y ϒ dmax para proctor estándar son de
22,2% y 15 kN/m3 respectivamente y para proctor modificado 17,7% y
16,70 kN/m3 respectivamente en el caso del suelo natural.
 Los valores de humedad óptima y ϒ dmax para proctor estándar del suelo
estabilizado son de 21,86% y 15,65 kN/m3 respectivamente y para proctor
modificado 16,40% y 17,26 kN/m3. Con estos valores se observa el
aumento de la densidad seca máxima después de estabilizar que a su vez
aumenta la resistencia del suelo. También disminuyó la cantidad de agua
que el mismo requiere para hacer los ladrillos.
49
Capítulo 3: Determinación de la permeabilidad del suelo y
absorción de los ladrillos.
Capítulo 3:
Determinación de la
permeabilidad del suelo y
absorción de los ladrillos.
50
Capítulo 3: Determinación de la permeabilidad del suelo y
absorción de los ladrillos.
Capítulo3: Determinación de la permeabilidad del suelo y
absorción de los ladrillos.
3.1 Introducción.
La permeabilidad de los suelos depende de varios factores: viscosidad del fluido,
distribución del tamaño de los poros, distribución granulométrica, relación de
vacíos, rugosidad de las partículas minerales y grado de saturación del suelo. En
los suelos arcillosos, la estructura juega un papel importante en la permeabilidad.
Otros factores mayores que afectan la permeabilidad de las arcillas son la
concentración iónica y el espesor de las capas de agua adheridas a las partículas
de arcilla.
El valor del coeficiente de permeabilidad k varía ampliamente para diferentes
suelos. En la siguiente tabla se muestran algunos valores típicos para suelos
saturados. La permeabilidad de suelos no saturados es menor y crece
rápidamente con el grado de saturación.[10]
Permeabilidad
relativa
Muy permeable
Moderadamente
permeable
Valores de k
(cm/seg)
>10-1
Grava gruesa
10-1 a 10-3
Arena, arena fina
Poco permeable
10-3 a 10-5
Arena limosa, arena
sucia
Muy poco
permeable
Impermeable
10-5 a 10-7
Limo y arenisca fina
<10
-7
Suelo típico
arcilla
3.2 Prueba de carga variable.
Para los suelos de grano fino las tasas de flujo a través del suelo son muy
pequeñas por lo que se realiza la prueba de carga variable al contrario de los
suelos de grano grueso para los que se utiliza la prueba de carga constante.
51
Capítulo 3: Determinación de la permeabilidad del suelo y
absorción de los ladrillos.
El ensayo determina el coeficiente de permeabilidad (k) de una muestra de suelo
cohesivo, entendiendo por permeabilidad, la propiedad de un suelo que permite el
paso del agua a través de sus vacios, bajo la acción de una carga hidrostática.
En el laboratorio, la medida del coeficiente de permeabilidad se realiza por medio
de permeámetros, los que pueden ser de nivel constante o variable dependiendo
del tipo de suelo analizado.
Procedimiento:
Se determina el peso y volumen del permeámetro a utilizar. Luego, se vacía la
muestra en estado suelto dentro del molde se compacta, ya sea sometiéndola a
algún tipo de vibración o bien mediante un pisón compactador. Del suelo restante,
se toman dos muestras representativas para determinar la humedad (ω).
Finalizada la compactación, se enrasa la superficie, se coloca un disco de papel
filtro sobre la muestra y luego un empaque de caucho sobre el borde del molde
para ajustar la tapa de este.
Se sumerge el permeámetro en un estanque con agua, por lo menos 5 cm bajo el
nivel de esta, con las válvulas de entrada y salida de agua abiertas de modo que
se sature la muestra. Finalmente se cierran las válvulas y se saca el permeámetro
del estanque.
Retirado el permeámetro del estanque, se conecta el tubo de entrada a la bureta,
se llena esta con agua y se registra la altura inicial de carga de agua (h 1).
Se abren simultáneamente las válvulas y salida accionando el cronometro, para
dar comienzo al escurrimiento del flujo de agua, hasta que la bureta se encuentre
casi vacía. Finalmente, se cierran las válvulas y se registran el tiempo transcurrido
y la altura final del agua (h2).
52
Capítulo 3: Determinación de la permeabilidad del suelo y
absorción de los ladrillos.
a: Área de la sección transversal de la bureta (cm2).
L: Altura de la muestra de suelo (cm).
h1: Altura del agua al comienzo del ensayo (cm).
h2: Altura del agua finalizado el ensayo (cm).
A: Área de la sección de muestra ensayada (cm2).
t: Tiempo de ensayo (seg).
Los resultados de este ensayo se encuentran en el ANEXO VIII.
Tabla No. 13 Valores de permeabilidad del suelo natural.
muestras
1
2
3
PROMEDIO
k
4,05×10-6
4,11×10-6
4,15×10-6
4,10×10-6
Tabla No. 14 Valores de permeabilidad del suelo estabilizado.
muestras
1
2
3
PROMEDIO
k
2,63×10-7
2,60×10-7
2,55×10-7
2,59×10-7
3.3 Prueba de absorción de los ladrillos.
El porciento de absorción sirve de índice de la porosidad del ladrillo, y por
supuesto de todas las otras propiedades que tienen que ver con esta última como
53
Capítulo 3: Determinación de la permeabilidad del suelo y
absorción de los ladrillos.
son: resistencia a la compresión, permeabilidad, resistencia a los diferentes
medios agresivos, etc.
El porciento de absorción es muy usado para relacionarlo con la resistencia a
compresión del ladrillo, ya que con el aumento del mismo disminuye la resistencia
a compresión.
Para la confección de los ladrillos se hizo un mezclado de suelo y cemento en
seca con pala, una vez lograda la mezcla en seco de suelo y cemento, se le
agrega agua con Rocamix en forma de lluvia hasta que alcance la humedad
óptima y se distribuye hasta obtener una mezcla de color uniforme.
Mediante la operación de compactación con la maquina TERSTA-RAM, la mezcla
suelta se comprime con una energía de
, disminuyendo su volumen
inicial transformándose en una masa más compacta y un mínimo de vacíos.
Después del proceso de curado se obtuvieron ladrillos con un 3, 6 y 8 % de
cemento con dimensiones de
.
Para el ensayo de absorción de los ladrillos se tomaron tres muestras de ladrillos
de suelo natural y la misma cantidad de ladrillos de suelo estabilizado con
cemento en un 8 % y Rocamix. Primeramente se tomó el peso seco de los
ladrillos, después se sumergieron en agua durante 24 h. Luego se sacan, se
secan con un paño y se vuelven a pesar. Esta operación se repite hasta que la
diferencia entre dos pesadas consecutivas no sea mayor de 0,1 %, la última
pesada sería el valor de peso después de la absorción.
Finalmente la absorción se calcula como:
54
Capítulo 3: Determinación de la permeabilidad del suelo y
absorción de los ladrillos.
Tabla No. 15 Valores de absorción de los ladrillos de suelo estabilizado.
Fig. 17 Prueba de absorción en ladrillo de suelo natural.
55
Capítulo 3: Determinación de la permeabilidad del suelo y
absorción de los ladrillos.
Como se pude apreciar en la imagen anterior esta prueba no se pudo realizar en
ladrillos de suelo natural debido al desmoronamiento del mismo en el momento de
la inmersión.
Fig. 18 Prueba de absorción en ladrillo de suelo estabilizado.
Fig. 19 Ladrillo de suelo estabilizado después de 72 h de inmersión.
56
Capítulo 3: Determinación de la permeabilidad del suelo y
absorción de los ladrillos.
Los ladrillos estabilizados, tras 72 h de inmersión, se mantienen en buen estado
como se muestra en la figura anterior.
3.4 Comparación de los resultados.
En este capítulo se realizaron las pruebas de permeabilidad y absorción, cuyos
resultados se muestran en la siguiente tabla para realizar un análisis de los
mismos.
Ensayos
Suelo Natural
Suelo Estabilizado
Permeabilidad
(cm/seg)
Absorción (%)
No se pudo realizar
La aplicación del sistema Rocamix mejoró considerablemente las propiedades del
suelo de los ladrillos, ya que los que estaban confeccionados con suelo natural no
pudieron resistir la prueba de absorción mientras que los de suelo estabilizado
estuvieron sumergidos hasta 72 h en agua.
Esta mejoría del suelo también se comprobó en el ensayo de permeabilidad ya
que el suelo en estado natural era muy poco permeable y después de estabilizar
mostró valores del rango impermeable.
Conclusiones Parciales.
 El valor de permeabilidad del suelo natural es
por lo
que es muy poco permeable. Después de estabilizar el suelo con sistema
Rocamix, el valor de permeabilidad fue de
, valor que
pertenece al rango impermeable, por lo que se evidencia la mejoría del
suelo.
57
Capítulo 3: Determinación de la permeabilidad del suelo y
absorción de los ladrillos.
 Los ladrillos de suelo natural no pudieron pasar la prueba de absorción
debido a que se desmoronaron, después de estabilizar, esta prueba fue
exitosa y se obtuvo un valor de 20,72 %.
 La NC 360 establece que la absorción de los ladrillos de arcilla cocida debe
estar entre un 8 y 18 %. Los ladrillos ensayados en este trabajo tuvieron un
valor de absorción de 20,72 % que está muy cercano a este rango y que
podría estar si se aumentara le presión de compresión de la máquina
TERSTA-RAM cuando se van a elaborar.
58
Conclusiones generales
Conclusiones Generales.
Los ensayos realizados para la caracterización del suelo dieron como resultado
un peso específico de 2,93. El límite líquido igual a 48 % y límite plástico igual
a 28 %, con estos valores y los porcientos de material pasados por cada tamiz
obtenidos de la granulometría, el suelo se clasificó de acuerdo a lo especificado
por el sistema AASHTO y SUCS. Con el primero, el suelo es A-7-6 y con el
segundo, arcilla densa arenosa.
Los valores de humedad óptima y ϒ dmax para proctor estándar son de 22,2% y
15 kN/m3 respectivamente y para proctor modificado 17,7% y 16,70 kN/m3
respectivamente.
Después de la estabilización con sistema Rocamix, los valores de límite líquido
y plástico disminuyeron a valores de 43 % y 21 % respectivamente, lo que
provocó un cambio en la clasificación por el SUCS siendo ahora el suelo arcilla
ligera arenosa.
Los valores de humedad óptima y ϒ dmax para proctor estándar son de 21,86%
y 15,65 kN/m3 respectivamente y para proctor modificado 16,40% y 17,26
kN/m3 respectivamente; evidenciándose con el aumento del peso específico
máximo un aumento de la resistencia del suelo.
El ensayo de permeabilidad del suelo natural lo situó en el rango de muy poco
permeable y después de estabilizado en el impermeable.
A los ladrillos se les realizó la prueba de absorción y se obtuvo como resultado
un valor de 20,72 %. La NC 360 establece un rango de valores de absorción
para ladrillos de arcilla cocida de 8 a 18 %. Como se observa los ladrillos de
suelo ensayados en este trabajo dieron valores cercanos al rango y que
podrían alcanzarse aumentando la presión de compresión de la máquina
Terstaram.
59
Recomendaciones
Recomendaciones.
Se recomienda realizar el ensayo de absorción a ladrillos con 90 días de
curado.
Elaborar ladrillos comprimidos en la máquina TERSTA-RAM con mayor
presión obtener mejores valores de absorción.
Realizar el ensayo de permeabilidad en el equipo triaxial y comparar los
resultados con los obtenidos en la prueba de carga variable.
60
Bibliografía
Referencias Bibliográficas.
1.
Frempong, E.A., Identificación de suelos aptos para estabilización, in
Ingeniería Civil. 2012, Instituto Superior Politénico"José A. Echeverría":
La Habana.
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Productos de arcilla cocida.
Torales, E.G.G., Estabilización de suelos con nuevo ROCAMIX líquido,
in Ingeniería Civil. 2009, Instituto Superior Politécnico"José
A.Echeverría": La Habana.
4.
Santovenia, R.R., Comportamiento de un suelo fino estabilizado con
Rocamix, in Ingeniería Civil. 2012, Instituto Superior Politécnico"José A.
Echeverría": La Habana.
5.
Mandre, T.B., Análisis de la influencia del aditivo Rocamix en la
reducción de la absorción capilar de un suelo fino, in Ingeniería Civil.
2012, Instituto Superior Politécnico"José A. Echeverría": La Habana.
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de la capacidad de soporte mediante la estabilización química con
Rocamix., in Ingeniería Civil. 2012, Instituto Superior Politécnico “José
Antonio Echeverría”: La Habana.
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Veloz, W.P., Estudio de la cantera La Manuela para la confección de
ladrillos de suelo estabilizado compactado en la máquina TERSTARAM.,
in Ingeniría Civil. 2010, Instituto Superior Politécnico"Josér A.
Echeverría": La Habana.
9.
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Das, B.M., Fundamentos de la Ingeniería Geotécnica: Editorial Felix
Varela.
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Bibliografía
Bibliografía.
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en el laboratorio.
NC19. Determinación del peso específico en el laboratorio.
NC20:2006. Método de ensayo para la determinación de las características de
compactación del suelo en el laboratorio.
NC 20:1999. Determinación de la granulometría del suelo.
NC 359: 2005. Ladrillos y bloques cerámicos de arcilla cocida— Métodos de
ensayo.
NC 360: 2005. Ladrillos cerámicos de arcilla cocida— Requisitos.
Das, B.M., Fundamentos de la Ingeniería Geotécnica: Editorial Felix Varela.
62
ANEXOS
ANEXOS
ANEXO I. Granulometría de la muestra.
63
ANEXOS
64
ANEXOS
120,0
% pasado
100,0
80,0
muestra 1
60,0
muestra 2
muestra 3
40,0
muestra 4
20,0
muestra 5
0,0
0,01
0,1
1
10
100
Tamaño de las partículas
65
ANEXOS
ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO PROMEDIO
120,00
% pasado
100,00
80,00
60,00
40,00
20,00
0,00
100
10
1
0,1
0,01
Tamaño de las partículas
66
ANEXOS
ANEXO II. Límites de Atterberg.
Límite Líquido.
67
ANEXOS
53,00
52,00
51,00
ω ( %)
50,00
49,00
muestra 1
48,00
muestra 2
47,00
muestra 3
46,00
muestra 4
45,00
muestra 5
44,00
43,00
10
No. de golpes
68
ANEXOS
Valores de humedad para 25 golpes.
Límite Plástico.
.
ANEXO III. Peso Específico.
Calibración de los picnómetros.
69
ANEXOS
Peso Específico de las muestras.
ANEXO IV. Compactación
Proctor Estándar.
70
ANEXOS
71
ANEXOS
72
ANEXOS
50
45
ϒd (kN/m3)
40
35
30
muestra 1
25
muestra 2
20
muestra 3
15
muestra 4
10
muestra 5
5
0
0
10
20
30
40
ω (%)
Proctor Modificado.
73
ANEXOS
74
ANEXOS
75
ANEXOS
50,00
45,00
ϒd (kN/m3)
40,00
35,00
30,00
muestra 1
25,00
muestra 2
20,00
muestra 3
15,00
muestra 4
10,00
muestra 5
5,00
0,00
0
10
20
30
40
ω (%)
76
ANEXOS
ANEXO V. Límites de Atterberg del suelo pasado por el tamiz
No.200.
Límite líquido
77
ANEXOS
78
ANEXOS
70,00
68,00
ω ( %)
66,00
muestra 1
64,00
muestra 2
62,00
muestra 3
60,00
muestra 4
58,00
muestra5
56,00
10
100
No. de golpes
Límite Plástico
ANEXO VI. Límites de Atterberg del suelo estabilizado.
Límite líquido
79
ANEXOS
80
ANEXOS
55,00
50,00
ω ( %)
45,00
muestra 1
40,00
muestra 2
35,00
muestra 3
30,00
muestra 4
25,00
muestra 5
20,00
10
100
No. de golpes
Valores de humedad para 25 golpes.
81
ANEXOS
Límite Plástico
ANEXO VII. Compactación del suelo estabilizado.
Proctor Estándar
82
ANEXOS
83
ANEXOS
84
ϒd (kN/m3)
ANEXOS
50,00
45,00
40,00
35,00
30,00
25,00
20,00
15,00
10,00
5,00
0,00
muestra 1
muestra 2
muestra 3
muestra 4
muestra 5
15
20
25
30
ω (%)
Proctor Modificado
85
ANEXOS
86
ANEXOS
87
ANEXOS
ϒd (kN/m3)
60
50
40
muestra 1
30
muestra 2
20
muestra 3
muestra 4
10
muestra 5
0
7
12
17
22
ω (%)
Anexo VIII Permeabilidad.
Permeabilidad del suelo natural.
88
ANEXOS
Permeabilidad del suelo estabilizado.
89
ANEXOS
90
ANEXOS
91
ANEXOS
92