REDUCCIÓN DE LA EXPANSIÓN DE LAS ARCILLAS CON EL USO DE CAL

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1 POLITECNICO DI MILANO Facoltà di Ingegneria Civile, Ambiente e Territoriale REDUCCIÓN DE LA EXPANSIÓN DE LAS ARCILLAS CON EL USO DE CAL Relatori: CRISTINA JOMMI JOSÉ FRANCISCO DE LA MORA GÁLVEZ Candidato: FRANCO LIPPI Matr Anno Accademico

2 ÍNDICE RESUMEN...Errore. Il segnalibro non è definito. RIASSUNTO IN ITALIANO...10 ESTRATTO IN ITALIANO LA PRESIÓN DE EXPANSIÓN COMO IDENTIFICAR UN SUELO POTENCIALMENTE EXPANSIVO Identificación Mineralógica Determinación de ciertas propiedades básicas de los suelos Determinación de la expansión Libre FACTORES INTERVIENEN EN EL FENÓMENO DE LA EXPANSIÓN Naturaleza y tipo de arcilla Humedad inicial Peso específico seco del suelo Características plásticas del suelo Potencia del estrato activo Fatiga de la expansión APARATO DE LAMBE Y APARATO PARA MEDIR ÍNDICE DE EXPANSIÓN DE SUELOS (ASTM D-4829) APARATO DE LAMBE Equipo Preparacion de la muestra Procedimiento Calculos APARATO PARA MEDIR INDICE DE EXPANSION DE SUELOS (ASTM D-4829) Resumen del método de prueba Significado y aplicación Componentes Preparación de las muestras Procedimento Cálculo

3 -USO DEL EQUIPO EN ESTUDIO DE ESTABILIZACION CON CAL ARCILLA NO TRATADA Lìmite lìquido Lìmite plastico Índice plastico Lìmite de contracciòn Densidad Determinaciòn del peso volumetrico seco-maximo y humedad optima Expansiòn libre Esfuerzo de expansion ARCILLA CON EL 6% DE HIDRÓXIDO DE CALCIO Determinaciòn del % de hidròxido de calcio Lìmite lìquido Lìmite plastico Índice plastico Lìmite de contracciòn Densidad Determinaciòn del peso volumetrico seco-maximo y humedad optima Expansiòn libre Esfuerzo de expansiòn ARCILLA CON EL 4% DE ÓXIDO DE CALCIO Determinaciòn del % de òxido de calcio Lìmite lìquido Lìmite plàstico Índice plàstico Lìmite de contracciòn Densidad Determinaciòn del peso volumetrico seco-maximo y humedad optima Expansiòn libre Esfuerzo de expansiòn CONCLUSIONES BIBLIOGRAFIA...125

4 ÍNDICE FIGURAS Figura 1: El suelo expansivo...49 Figura 2: Danos a la costucion por cedimento del terreno...50 Figura : Danos causados por hinciamiento del suelo expansivo Figura 4: Cortadura de una paret...52 Figura 5: Cortadura de una paret...52 Figura 6: Hinchamiento de la pavimentacion de la calle...5 Figura 7: Aspectos teóricos y observados de la hidratación - deshidratación de suelos expansivos...54 Figura 8: Esquema de la variación de la porosidad del suelo en el tiempo en función de la humedad...54 Figura 9: La estructura química de la arcilla Figura 10: Curva de fatiga típica obtenida en ensayos de laboratorio Figura 11: Representaciòn esquemàtica del aparato de Lambe...70 Figura 12:El molde y el martillo...76 Figura 1: La copa de Casagrande Figura 14: Características de la copa de Casagrande...80 Figura 15: Losa de vidrio y pois de suelo...81 Figura 16: El tamiz...84 Figura 17: Recipiente de contracción con el mercurio y la placa de viario de tres puntas. 85 Figura 18: Carola con material y agua...87 Figura 19: El anillo o molde Figura 20: El aparato de Lambe Figura 21: Diagrama de fases de los suelos...91 Figura 22: El molde y el martillo...9 Figura 2: Anillo con la cara chidada del material excedente...9 Figura 24: El micròmetro digital Figura 25: Aparato de Lambe asemblado con contrapeso y micròmetro...95 Figura 26: Equipo para determinar el PH...98 Figura 27: Pruebas con diferentes percentaje de hidróxido de calcio...99 Figura 28: Hidróxido de calcio y arcilla Figura 29: Mezcla de Hidróxido de calcio y arcilla Figura 0: El oxido de calcio Figura 1: Pruebas con diferentes percentaje de óxido de calcio

5 Figura 2: Mezcla con el 4% óxido de calcio y arcilla ÍNDICE TABLAS Tabla 1: Grado de Potencial espansivo...59 Tabla 2: criterio para la identificación de suelos expansivos...62 Tabla : Los datos para obtener el lìmite lìquido...80 Tabla 4: Datos para obtener el lìmite plàstico Tabla 5: Tabla de plasticidad con identificación del ìndice plàstico y lìmite lìquido de la arcilla no tratada...8 Tabla 6: Datos para obtener el limite de contracción...86 Tabla 7: Datos para obtener la densidad...87 Tabla 8: Datos para obtener la % de humedad...88 Tabla 9: Las dimensiones del molde o anillo...89 Tabla 10: Datos para obten el peso volumètrico seco...90 Tabla 11: Datos para obtener la % de saturacion Tabla 12: Registacion de variacion de expansion libre...95 Tabla 1: PH y percentaje de hidroxido de calcio Tabla 14: Datos para obtener el lìmite lìquido de la arcilla con 6% de hidroxido de calcio Tabla 15: Datos para obtener el lìmite plàstico de la arcilla con 6% de hidroxido de calcio Tabla 16: Tabla de plasticidad con graficados el lìmite lìquido y el ìndice plàstico de la arcilla con 6% de hidroxido de calcio Tabla 17: Datos para obtener el lìmite de contracción de la arcilla con 6% de hidroxido de calcio Tabla 18: Datos para obtener la densidad de la arcilla con 6% de hidroxido de calcio Tabla 19: Datos para obten la % de humedad de la arcilla con 6% de hidroxido de calcio Tabla 20: Datos para obtener el peso volumètrico seco de la arcilla con 6% de hidroxido de calcio Tabla 21: Datos para obtener la % de saturaciòn de la arcilla con 6% de hidroxido de calcio

6 Tabla 22: PH y percentaje de oxido de calcio Tabla 2: Datos para obtener el lìmite lìquido de la arcilla con 4% de oxido de calcio...11 Tabla 24: Datos para obtener el lìmite plàstico de la arcilla con 4% de oxido de calcio...11 Tabla 25: Tabla de plasticidad con graficados el lìmite lìquido y el ìndice plàstico de la arcilla con 4% de oxido de calcio Tabla 26: Datos para obtener el lìmite de contracción de la arcilla con 4% de oxido de calcio Tabla 27: Datos para obtener la densidad de la arcilla con 4% de oxido de calcio Tabla 28: Datos para obtener la % de humedad de la arcilla con 4% de oxido de calcio.116 Tabla 29: Datos para obtener el peso volumètrico seco de la arcilla con 4% de oxido de calcio Tabla 0: Datos para obtener la % de saturaciòn de la arcilla con 4% de oxido de calcio Tabla 1: Indice plàstico de los tres diferentes tipos de suelo Tabla 2: El grado de potencial expansivo Tabla : El lìmite lìquido,plàstico y ìndice de plasticida de los tres diferentes tipos de suelo Tabla 4: Tabla de plasticidad con graficados el lìmite lìquido y el ìndice plàstico de los tres diferentes tipos de suelo Tabla 5: La expanciòn libre maxima de los tres diferentes tipos de suelo Tabla 6: Lo esfuerzo de expanciòn maximo de los tres diferentes tipos de suelo

7 ÍNDICE GRÁFICOS Gràfico 1: Relación típica entre el contenido de coloides, el Índice Plástico y el límite de contracción Gràfico 2: El peso volumètrico seco màximo y la % humedad Gràfico : El 50% de saturacion y la % de agua...92 Gràfico 4: Expanciòn libre de la arcilla no tratada...96 Gràfico 5: El esfuerzo de expanciòn de la arcilla no tratada...97 Gràfico 6: PH y percentaje hidroxidode calcio Gràfico 7: El peso volumetrico seco maximo y la % de humedad Gràfico 8: El 50% de saturacion y la % de agua Gràfico 9: La expanciòn libre de la arcilla con 6% de hidroxido de calcio Gràfico 10: El esfuerzo de expancion de la arcilla con 6% de hidroxido de calcio Gràfico 11: PH y percentaje de oxido de calcio Gràfico 12: El peso volumètrico seco maximo y la % de humedad Gràfico 1: El 50% de saturacion y la % de agua Gràfico 14: La expanciòn libre de la arcilla con 4% de òxido de calcio Gràfico 15: El esfuerzo de expanciòn de la arcilla con 4% de òxido de calcio Gràfico 16: La expanciòn libre de los tres diferentes tipos de suelo Gràfico 17: Lo esfuerzo de expanciòn de los tres diferentes tipos de suelo

8 RESUMEN Este trabajo es realizado para el estudio de la reduccion de la expancion de las arcillas con el uso de cal. El aparado utilizado en este trabajo es aparato de Lambe por el cual se estudian tres diferentes materiales de suelo: un suelo de arcilla no tratada, un suelo de arcilla con el 6% de Hidroxido de calcio, y otro material arcilloso con el 4% de oxido de calcio. Estos percentajes de hidroxido y oxido de calcio fue utilizado porque la norma D ª, Standard test method for using ph to estimate the soil-lime proportion requirement for soil stabilizatio, utilizada en este trabajo, tenia que tomar un suelo con un PH no bajo de entonce, se hicieron diversas pruebas, con diferentes percentajes para encontr el mas cercano a primeramente se tomaron en cuenta las carateristicas de plasticidad de estos suelos y entonces se calcularon los limite liquido, limite plastico, indice plastico, limite de contracción y densidad. De este analisis se noto que en la tabla de plasticidad la arcilla no tratada se compota como una arcilla de alta plasticidad mientras la arcilla con hidoxido y oxido de calcio se compotan como un limo de alta platicidad. De todo este analisis se puede tomar en cuenta que el limite liquido de las arcilla con oxido e hidroxido de calcio es muy alto porque la cal absorbe considerable agua. Sucesivamente se hizo la medida de la expancion libre, la norma D , Standard Test Method for Expansion index of Soil, utizada en este trabajo prevé la utìzacion de un suelo con el 50% de grado de saturaciòn entonces para encontr el respectivo contenido de agua de un suelo que tiene el 50% de grado de saturacion tiene que calcular antes el peso volumetrico seco y el porcentaje de humededad, se hicieron diferentes pruebas incrementando cada vez el contenido de agua por cada especimen. Con el valor porcentaje de agua corsispondente al 50% del grado de saturazion se hizo la medida de la expansion libre. Los resultados de la expancion libre fueron que, la arcilla no tratada tenia una expancion muy alta con un maximo de 5,69 mm (22.4%), y la arcilla con el 6% de hidroxido de calcio obtuvo un valor de 0,51mm (2%) y la arcilla con el 4% de oxido de calcio obtuvo un valor de 1,46 mm (5.74%), todo esto indica que el utilizar oxido e hidoxido de calcio en la arcilla es un buen sistema para reducir la expancion de un suelo arcilloso. 8

9 Al fin se tomo en cuenta el esfuerzo de expansión de los tres diferentes tipos de suelo y se notó que la arcilla no tratada tiene un esfuerzo de expancion muy alto, de 125 Kpa, mientes la arcilla con 4% de oxido de calcio tiene un esfuerzo de expansión intermedia, de 94 Kpa, y la arcilla con 6% de hidroxido de calcio tiene uno esfuerzo de expansión bajo, de 41Kpa. Todo esto significa que el uso de hidroxido y oxido de calcio es bueno para reducir el esfuerzo de expansión. 9

10 RIASSUNTO IN ITALIANO Questo lavoro è realizzato per studiare la riduzione della espansione delle argille con l uso di calce. L apparato utilizzato in questo lavoro è l apparato di Lambe con il quale sono stati studiati tre differenti tipi di materiali di suolo: un suolo di argilla non trattata, un suolo di argilla con il 6% di idrossido di calcio, e un altro materiale argilloso con il 4% di ossido di calcio. Queste percentuali di idrossido e ossido di calcio sono state utilizzate perchè la norma D ª, Standard test method for using ph to estimate the soil-lime proportion requirement for soil stabilization, utilizzata in questo lavoro, prevede di utilizzare un suolo con un PH con un valore non inferiore a 12,40 quindi, sono state fatte diverse prove, con differenti percentuali, per ottenere il valore più prossimo a 12,40. In primo luogo sono state considerate le caratteristiche di plasticità di questi tre tipi di suolo, calcolando il limite liquido,plastico, indice plastico,limite di ritiro e densità. Da queste analisi si è osservato che nella tabella di plasticità la argilla non trattata si comporta come un argilla di alta plasticità mentre l argilla con idrossido e ossido di calcio si comportano come un limo di alta plasticità. Da tutte queste analisi si può prendere in considerazione che il limite liquido delle argille con ossido e idrossido di calcio è molto alto perchè la calce assorbe una notevole quantità di acqua. Successivamente si è effettuata la misura dell espansione libera, la norma D , Standard Test Method for Expansion index of Soil, utilizzata in questo lavoro prevede la utilizzazione di un suolo con il 50 % di grado di saturazione, per trovare il rispettivo contenuto di acqua di un suolo che ha il 50% di grado di saturazione bisogna calcolare prima il peso volumetrico secco e la percentuale di umidità, quindi sono state fatte differenti prove aumentando ogni volta il contenuto di acqua per cada campione. Con il valore della percentuale di acqua corrispondente al 50% di grado di saturazione si è effettuata la misura dell espansione libera. I risultati dell espansione libera rilevano che l argilla non trattata ha un espansione molto alta con un massimo di 5,69 mm (22,4%) mentre, l argilla con il 6% di idrossido di calcio ha un valore di 0,51 mm (2%) e l argilla con il 4% di ossido di calcio ha un valore di 1,46 mm (5,47%), pertanto l utilizzo di ossido e idrossido di calcio è un buon sistema per ridurre l espansione di un suolo argilloso. 10

11 In fine si è preso in considerazione lo sforzo di espansione dei tre differenti tipi di suolo e si è notato che l argilla non trattata ha uno sforzo di espansione molto alto, di 125 KPa, mentre l argilla con il 4% di ossido di calcio ha uno sforzo di espansione intermedio, di 94 KPa, e l argilla con il 6% di idrossido di calcio ha uno sforzo di espansione basso, di 41 KPa. Ne derivo che l uso di ossido e idrossido di calcio è un buon metodo per ridurre lo sforzo di espansione. 11

12 ESTRATTO IN ITALIANO Questo lavoro e realizzato per studiare la riduzione della espansione delle argille con l uso di calce. L apparato utilizzato in questo lavoro è l apparato di Lambe con il quale sono stati studiati tre differenti tipi di materiali di suolo: un suolo di argilla non trattata, un suolo di argilla con il 6% di idrossido di calcio, e un altro materiale argilloso con il 4% di ossido di calcio. Queste percentuali di idrossido e ossido di calcio sono state utilizzate perchè la norma D ª, Standard test method for using ph to estimate the soil-lime proportion requirement for soil stabilization, utilizzata in questo lavoro prevedeva di utilizzare un suolo con un PH con un valore non inferiore a 12,40 quindi sono state fatte diverse prove con differenti percentuali per ottenere il valore più prossimo a 12,40. In primo luogo sono state considerate le caratteristiche di plasticità di questi tre tipi di suolo e quindi sono stati calcolati il limite liquido,plastico, indice plastico,limite di contrazione e densità. Successivamente si è effettuata la misura dell espansione libera, la norma D Standard Test Method for Expansion index of Soil, utilizzata in questo lavoro prevede la utilizzazione di un suolo con il 50 % di grado di saturazione, per trovare il rispettivo contenuto di acqua di un suolo che ha il 50% di grado di saturazione bisogna calcolare prima il peso volumetrico secco e la percentuale di umidità, quindi sono state fatte differenti prove aumentando ogni volta il contenuto di acqua per cada campione; pertanto ottenuto il valore della percentuale di acqua corrispondente al 50% di grado di saturazione è stata effettuata la misura dell espansione libera. In fine si è preso in considerazione lo sforzo di espansione dei tre differenti tipi di suolo, valutando la pressione di espansione massima. 12

13 1-ARGILLA NON TRATTATA Primariamente sono state valutate le caratteristiche di plasticità di questo suolo e quindi sono stati calcolati il limite liquido,limite plastico,indice plastico e il limite di contrazione. 1.1 Limite liquido Il limite liquido si determina con la coppa di Casagrande,il materiale viene posto nella coppa e successivamente viene fatto un solco nel centro della coppa con l uso di un fenditore, in modo che il materiale si divide in due frazioni uguali, dopo con l uso della manovella della coppa di Casagrande si colpisce il suolo, inoltre i colpi necessari per unire le due frazioni con un valore minimo di 1 mm sono 25 colpi. Figura: Caratteristiche della coppa di Casagrande. Si pesa il materiale prima e dopo averlo seccato in un forno a una temperatura di 105 gradi centigradi e si ottiene il contenuto di acqua espresso in percentuale. La formula che si usa e la seguente: wh ws 100 % limite liquido = ws Nella tabella seguente si osserva che questo suolo ha un limite liquido di 86,6 % 1

14 Peso suolo umido più cristallo wh 9,85 g Peso suolo umido 67,8 g Peso suolo secco più cristallo ws 62,7 g Peso cristallo 26,05 g Peso dell acqua 1,48 g Peso suolo secco 6,2 g Limite liquido 86,6 % Tabella :Dati necessari per ottenere il Limite liquido. 1.2 Limite plastico Il limite plastico rappresenta per un suolo il contenuto di acqua che dopo questo il suolo comincia a perdere il suo comportamento plastico. Si determina facendo con la mani rotoli di suolo su una placca di vetro cercando di ottenere uno spessore di circa,2 mm. Figura: Placca di vetro e rotoli di suolo. 14

15 Nel limite di plasticità nel suolo si formano delle crepe dovute alla perdita di acqua per evaporazione del suolo stesso. Quando comincia a creparsi immediatamente si pesa il suolo registrando lo ultimo,e successivamente si colloca il materiale in un forno in modo che si secca completamente durante 24 ore. Dopo si estrae dal forno e si registra il peso secco e il contenuto di acqua in percentuale che corrisponde al limite plastico. La formula che si usa e la seguente: wh ws 100 % limite plastico = ws Nella tabella seguente si osserva che il suolo ha un limite plastico de 5,5 %. Peso suolo umido più cristallo wh,86 g Peso suolo umido 7,81 g Peso suolo secco più cristallo ws 1,81 g Peso cristallo 26,05 g Peso dell acqua 2,05 g Peso suolo secco 5,76 g Limite plastico 5,5 % Tabella : Dati per ottenere il valore del limite plastico. 1. Indice plastico L indice plastico e la differenza fra il limite liquido meno il limite plastico. Indice plastico 51 %. 15

16 Nella tabella di plasticità seguente si può classificare un suolo in base al suo limite liquido e indice plastico e in questo caso con un limite liquido di 86,6% e un indice plastico de 51% si ottiene un suolo che si comporta come un argilla di alta plasticità Tabella di plasticità con identificazione del indice plastico e limite liquido dell argilla non trattata. 1.4 Limite di ritiro Si prende un campione approssimato di 100 g passante in un setaccio N 40, inoltre questo suolo deve avere una consistenza che si approssima al limite liquido. Successivamente si registra il peso del recipiente di contrazione vuoto e si ricopre l interno dello stesso con vaselina o grasso in modo da evitare l aderenza del suolo con la capsula. 16

17 Dopo si colloca nel recipiente di contrazione una quantità di suolo uguale a un terzo del volume dello stesso e si colpisce il recipiente sopra una superficie ferma, successivamente si aggiunge una quantità di suolo uguale alla prima porzione e si colpisce in modo che il suolo liberi tutta l aria intrappolata. Quindi si registra la massa del recipiente di contrazione più la mostra umida. Si lascia seccare la pastiglia di suolo all aria in modo che il suo colore cambi da scuro a chiaro (6-8 ore) e dopo si pone in un forno in modo che si secca totalmente, si registra il peso del recipiente di contrazione più il suolo secco. Successivamente si determina il volume del recipiente di contrazione riempiendolo di mercurio sottraendo l eccesso di mercurio con una placca di vetro a tre punte. Si registra il peso del recipiente di contrazione più il mercurio e si determina il volume del recipiente utilizzando la densità del mercurio. Dopo si prende un recipiente di vetro lo si riempie con il mercurio sottraendo l eccesso con la placca di vetro a tre punte e si registra il peso. Successivamente si colloca il campione di suolo secco sopra il mercurio e accuratamente si sommerge la pastiglia di suolo secco dentro il mercurio con l utilizzo della placca di vetro a tre punte ponendo attenzione che non si formino bolle di aria tra la placca e il mercurio. Si registra il peso del recipiente più il mercurio rimanente. La formula che si usa per il calcolo del limite di contrazione e la seguente. V V O Limite di contrazione = W * 100 WO 17

18 Nella seguente tabella si osserva che questo suolo ha un Limite di ritiro del 12,6%. PESO RECIPIENTE DI CONTRAZIONE +SUOLO UMIDO g 57,98 PESO SUOLO UMIDO g 0,68 PESO RECIPIENTE DI CONTRAZIONE + SUOLO SECCO g 44, PESO RECIPIENTE DI CONTRAZIONE g 27, PESO DELL ACQUA g 1,68 PESO SUOLO SECCO g W O 17 % UMIDITA W 80,4% VOLUME INIZIALE VOLUME FINALE Cm V 20,04 Cm V O 8,52 PESO RECIPIENTE DI VETRO g 145,01 PESO DEL RECIPIENTE DI VETRO + MERCURIO INIZIALE g 417,60 PESO DEL RECIPIENTE DI VETRO + MERCURIO FINALE g 260,82 LIMITE DI RITIRO % 12,6 % Tabella :Dati relativi al limite di ritiro. 1.5 Densità In primo luogo si mette dell acqua in un ampolla di vetro graduata e si riempie fino a che si raggiunge il livello di 500 ml, poi con l utilizzo di una pompa si estrae tutta l aria intrappolata, successivamente si toglie dell acqua ottenendo quindi una quantità di acqua di circa 00 ml dopo si aggiunge argilla all ampolla e con l utilizzo della pompa si estrae l aria intrappolata. Successivamente si aggiunge altra acqua all ampolla in modo di ottenere nuovamente il livello di 500 ml, si colloca nuovamente la pompa e si estrae l aria intrappolata,poi si registra il peso dell ampolla con il suolo e acqua. Dopo si versa tutta la miscela di acqua e argilla dell ampolla in una bacinella. Si registra il peso della bacinella con la miscela di acqua e argilla e poi la si mette in un forno a 105 gradi centigradi per 24 ore. 18

19 Successivamente si estrae dal forno e si registra il peso della bacinella con il suolo secco poi si sottrae il peso della bacinella ottenendo unicamente il peso del suolo. La formula che si usa e la seguente. ws Densità = ( wfw + ws) wfsw Nella tabella si osserva che il suolo ha una densità di 2,5 g/ cm Peso dell ampolla con acqua wfw 668 g Peso dell ampolla con acqua e solido wfsw Peso del solido ws Peso della bacinella wch Peso della bacinella + suolo secco wchss Volume del solido vol 696,04 g 46,05 g 44,67 g 90,72 g 18,01 g Densità 2,5 g/ cm Tabella: Dati per ottenere la densità. Successivamente per effettuare la misura dell espansione libera, la norma D , Standard Test Method for Expansion index of Soil, utilizzata in questo lavoro prevede la utilizzazione di un suolo con il 50 % di grado di saturazione, per trovare il rispettivo contenuto di acqua di un suolo che ha il 50% di grado di saturazione bisogna calcolare prima il peso volumetrico secco e la % di umidità, quindi bisogna fare differenti prove aumentando ogni volta il contenuto di acqua per cada campione; quindi una volta ottenuto il valore della % di acqua corrispondente al 50% di grado di saturazione si può procedere alla misura dell espansione libera. 19

20 1.6 Determinazione del peso volumetrico secco-massimo e dell umidità ottima Si comincia con un campione di 550 g di argilla nera che ha un umidità inferiore della ottima la stessa viene compattata con un martello nell apparato di Lambe successivamente si registra il peso del suolo umido e dopo si mette in un forno a 105 gradi centigradi quando il campione è completamente secco si registra il peso secco. La formula che si usa per determinare la % di umidità cada prova è la seguente: wh ws *100 % de umidità = ws Nella tabella sono riportati i dati ottenuti cada prova. PROVA N Peso capsula g,19 19,05 18,7,57 4,86 Peso capsula+suolo um. g 149,1 125,17 16,72 16,84 149, Peso suolo umido g wh 115,91 106,12 117,99 10,27 114,47 Peso suolo secco+capsula g 12,45 102,24 110,1 1,2 119,45 Peso suolo secco g ws 99,26 8,19 91,7 99,66 84,59 % di umidità 16,7 27,5 29,1 0,7 5, Tabella: Dati per ottenere la % di umidità. La norma D Standard Test Method for Expansion index of Soil utilizzata in questo lavoro prevede la utilizzazione di un anello dell apparato di Lambe con le seguenti dimensioni: Altura cm Diàmetro cm Àrea 2 cm Vm Volumen cm ,71 204,28 Tabella:Le dimensioni dell anello. 20

21 Le formule per determinare il peso volumetrico secco cada prova sono le seguenti: wh Peso volumetrico umido wvh = Vm wvh Peso volumetrico secco = 1+ % H Nella tabella sono riportati i dati cada prova per ottenere il peso volumetrico secco. PROVA N PESO ANELLO g 418,46 PESO ANELLO +SUOLO UM. g 725,8 768,55 776,05 787,59 78,4 PESO SUOLO UMIDO g wh 07,4 50,09 57,59 69,1 64,97 PESO VOLUMETRICO SECCO kg / m Tabella: Dati relativi al peso volumetrico secco. Successivamente si grafica il peso volumetrico secco e la umidità ottima. PESO VOL Kg/cm^ % 28% 29% 0% 1% 2% % 4% 5% 6% % HUMEDAD 21

22 Grafico: il peso volumetrico secco e la umidità ottima. Nel grafico si determina per interpolazione un peso volumetrico massimo di 170 Kg / Cm e una umidità ottima 1,4%. Con l utilizzo dei dati cada prova della densità,peso,volume del solido e del volume dei vuoti e acqua si determina il grado di saturazione come si può osservare nella seguente tabella. PROVA DENSITA DEL SOLIDO g/ cm 2,557 2,557 2,557 2,557 2,557 PESO DEL SOLIDO g 26,19 274,44 276,91 282,9 269,70 VOLUME DEL SOLIDO VOLUME DI ACQUA VOLUME DEI VUOTI cm 102,9 107, 108,0 110,44 105,48 cm 44,15 75,65 80,68 86,74 95,27 cm 101,5 96,95 95,99 9,84 98,81 SATURAZIONE % Tabella: Dati per ottenere la % di saturazione. La norma D Standard Test Method for Expansion index of Soil utilizzazione di un suolo con il 50% di grado di saturazione. prevede la 22

23 54% % SATURACION 52% 50% 48% 46% 16% 17% 18% 19% 20% 21% % AGUA Grafico: Il 50% di saturazione e la % di acqua. Nel grafico si determina che per un 50% di saturazione di questo suolo si richiede un 18,9 % di acqua. 1.7 Espansione libera Si è ottenuto un campione rappresentativo con un contenuto di acqua corrispondente al 50% di saturazione in accordo con la norma D Il campione fu primieramente compattato nell apparato di Lambe con due strati di 15 colpi cada strato conforme con ciò che specifica la norma. 2

24 Figura: Apparato di Lambe e martello. Successivamente aver compattato il campione si estrae l anello che contiene il materiale dopo di che viene raschiato nella sua parte superiore e inferiore in maniera di togliere il materiale eccedente e si pesa l anello con il materiale. Questo peso viene registrato come peso anello più suolo umido. Dopo di che l anello contenente il materiale con un contenuto di acqua pari al 50% del grado di saturazione viene posto nell apparato di Lambe e assemblato collocando nella parte inferiore e superiore del campione le pietre porose e sopra la pietra porosa superiore viene collocato un contrappeso. Al centro della parte superiore del contrappeso viene collocato un micrometro digitale. Questo micrometro è connesso al computer il quale ha un programma sviluppato da Visual basic che con l uso di un porto seriale verifica se esistono variazioni e solo in questo caso effettua automaticamente la registrazione dei dati in una pagina di excel. Nel grafico si osserva la tendenza di espansione libera dell argilla non trattata con il tempo e il risultato è un massimo di 5,69 mm di espansione libera. 24

25 6 EXPANSION LIBRE mm TIEMPO sec Grafico : espansione libera dell argilla non trattata. 1.8 Pressione di espansione Un ulteriore analisi è la valutazione della pressione di espansione che grazie a un programma sviluppato da Visual basic come quello utilizzato per l espansione libera, con l uso di un porto seriale verifica se esistono variazioni e solo in questo caso effettua la registrazione in una pagina di excel. Si grafica la pressione di espansione con il tempo e si ottiene che questo suolo ha una pressione massima di espansione di 125 Kpa. 25

26 150 ESFUERZO EXP KPa TIEMPO min Grafico: Pressione di espansione dell argilla non trattata. 26

27 2-ARGILLA CON IL 6% DI IDROSSIDO DI CALCIO Successivamente è stata effettuata la stessa analisi relativa all argilla non trattata, utilizzando una miscela di argilla e idrossido di calcio. 2.1 Determinazione della % di idrossido di calcio In primo luogo bisogna incontrare il PH ideale secondo la norma D ª Standard test method for using ph to estimate the soil-lime proportion requirement for soil stabilization. La norma prevede un suolo con un PH non inferiore di 12,4. Si fanno diverse prove con l uso di differenti percentuali di idrossido di calcio e si utilizza quella più prossima a 12,4. Nella tabella sottostante si osserva che il PH più prossimo all ideale è di 12,45 con una percentuale di idrossido di calcio del 6%. IDROSSIDO DI CALCIO % PH 12, , ,7 6 12, ,48 Tabella:PH e percentuali di idrossido di calcio. Successivamente si calcolano il limite liquido,plastico,indice plastico,limite di ritiro, e la densità con uso di argilla più idrossido di calcio in modo tale di descrivere le caratteristiche di plasticità di questo tipo di suolo. 27

28 2.2 Limite liquido Nella tabella sottostante si osserva che questo suolo ha un limite liquido di 75, % Peso suolo umido più cristallo wh 75,71 g Peso suolo umido 52,29 g Peso suolo secco più cristallo ws 5,24 g Peso cristallo 2,42 g Peso dell acqua 22,47 g Peso suolo secco 29,82 g Limite liquido 75, % Tabella:Dati relativi per ottenere il limite liquido. 2. Limite plastico Questo suolo ha un limite plastico di 47,5 %. Peso suolo umido più cristallo wh 4,67 g Peso suolo umido 8,25 g Peso suolo secco più cristallo ws 2,01 g Peso cristallo 26,42 g Peso dell acqua 2,66 g Peso suolo secco 5,59 g Limite plastico 47,5 % Tabella: Dati relativi per ottenere il limite plastico. 2.4 Indice plastico L indice plastico si ottiene attraverso la differenza del limite liquido meno il limite plastico. Indice plastico 27,7 %. 28

29 Nel grafico seguente viene mostrata la classificazione del suolo in base al suo limite liquido e indice plastico quindi, con un limite liquido di 75,% e un indice plastico di 27,7% si osserva un suolo che si comporta come un limo di alta plasticità, quindi questo risultato è differente in confronto all argilla non trattata che si comporta come un argilla di alta plasticità. Tabella di plasticità con identificazione del indice plastico e limite liquido dell argilla con il 6% di idrossido di calcio. 29

30 2.5 Limite di ritiro Nella tabella sottostante si osserva che questo suolo ha un limite di contrazione di 24,2%. PESO RECIPIENTE DI CONTRAZIONE +SUOLO UMIDO g 58,22 PESO SUOLO UMIDO g 0,9 PESO RECIPIENTE DI CONTRAZIONE + SUOLO SECCO g 45,6 PESO RECIPIENTE DI CONTRAZIONE g 27,29 PESO DELL ACQUA g 12,62 PESO SUOLO SECCO g W O 18,1 % UMIDITA W 68,9 % VOLUME INIZIALE VOLUME FINALE Cm V 20,21 Cm V O 12,0 PESO RECIPIENTE DI VETRO g 145,01 PESO DEL RECIPIENTE DI VETRO + MERCURIO INIZIALE g 419,88 PESO DEL RECIPIENTE DI VETRO + MERCURIO FINALE g 08,59 LIMITE DI RITIRO % 24,2 % Tabella :Dati relativi al limite di ritiro. 0

31 2.6 Densità Nella seguente tabella sono riportati i dati per il calcolo della densità e si osserva che questo suolo ha una densità di 2,6 g/ cm. Peso dell ampolla con acqua wfw Peso dell ampolla con acqua e solido wfsw 669,96 g 74,86 g Peso del solido ws 104,4 g Peso della bacinella wch Peso della bacinella + suolo secco wchss Volume del solido vol 9,5 44,69 g 449,09 g Densità 2,6 g/ cm Tabella: Dati per ottenere la densità. 2.7 Determinazione del peso volumetrico secco-massimo e dell umidità ottima Come nel caso precedente per determinare il peso volumetrico e la umidità ottima si fanno diverse prove aumentando la quantità di acqua per ogni campione utilizzando argilla con idrossido di calcio. Nella tabella sottostante si osservano i dati cada prova per ottenere la % di umidità. PROVA N Peso capsula g 5,42 4,87 5,44 18,74 Peso capsula+suolo um. g 156,5 140,22 142,29 18,8 Peso suolo umido g wh 121,11 105,5 106,85 120,06 Peso suolo secco+capsul g 14,99 119,95 119,15 111,41 Peso suolo secco g ws 99,57 85,08 8,71 92,67 % di umidità 21,6 2,8 27,6 29,5 Tabella: Dati per ottenere la % di umidità. 1

32 Nella tabella sottostante sono riportati i dati cada prova per ottenere il peso volumetrico secco. PROVA N PESO ANELLO g 418,46 PESO ANELLO +SUOLO UM. g 700,7 77,55 751,85 748,09 PESO SUOLO UMIDO g wh 281,91 19,09,9 29,6 PESO VOLUMETRICO SECCO kg / m Tabella: Dati relativi al peso volumetrico secco. Si grafica il peso volumetrico e la % di umidità 1460 PESO VOL Kg/cm^ % 22% 2% 24% 25% 26% 27% 28% 29% 0% 1% 2% % 4% % HUMEDAD Grafico:Peso volumetrico secco e umidità ottima. Nel grafico si determina per interpolazione un peso volumetrico massimo di 125 Kg / Cm e una umidità ottima 25,2%. 2

33 Dopo di che cada prova viene determinata la % di saturazione, come si può osservare nella seguente tabella. PROVA DENSITA DEL SOLIDO g/ cm 2,64 2,64 2,64 2,64 PESO DEL SOLIDO g 21,77 257,70 261,19 254,4 VOLUME DEL SOLIDO VOLUME DI ACQUA VOLUME DEI VUOTI cm 87,69 97,50 98,82 96,27 cm 50,14 61,9 72,20 75,20 cm 116,59 106,78 105,46 108,02 SATURAZIONE % Tabella: Dati relativi alla % di saturazione. La norma D Standard Test Method for Expansion index of Soil prevede la utilizzazione di un suolo con il 50% di grado di saturazione 54% 52% % SATURACION 50% 48% 46% 44% 20% 21% 22% 2% 24% 25% 26% % AGUA Grafico: Il 50% di saturazione e la % di acqua. Nel grafico si determina che per un 50% di saturazione di questo suolo con il 6% di idrossido di calcio si richiede un 22,6% di acqua.

34 2.8 Espansione libera Lo stesso procedimento utilizzato nella la misura dell espansione libera dell argilla non trattata viene utilizzato per l argilla con 6% di idrossido di calcio. Nel grafico sottostante si può osservare la tendenza con il tempo dell espansione libera dell argilla con 6% di idrossido di calcio, il risultato è un massimo di 0,51 mm di espansione libera, questo valore è molto inferiore in confronto all espansione libera dell argilla non trattata che era di 5,69 mm. EXPANSION LIBRE mm TIEMPO sec Grafico : espansione libera dell argilla con il 6% di idrossido di calcio. 4

35 2.9 Pressione di espansione Si grafica la pressione di espansione con il tempo dell argilla con il 6% di idrossido di calcio, si ottiene che questo suolo ha una pressione massima di espansione di 41 KPa quindi molto inferiore in confronto alla pressione di massima di espansione dell argilla non trattata che era di 125 KPa. 50 ESFUERZO EXP KPa TIEMPO min Grafico :Pressione di espansione dell argilla con il 6% di idrossido di calcio. 5

36 -ARGILLA CON IL 4% DI OSSIDO DI CALCIO Successivamente è stata effettuata la stessa analisi, utilizzando questa volta una miscela di argilla e ossido di calcio..1 Determinazione della % di ossido di calcio In primo luogo, così come si è stato fatto per l argilla con il 6% di idrossido di calcio, bisogna incontrare il PH ideale secondo la norma D ª, Standard test method for using ph to estimate the soil-lime proportion requirement for soil stabilization. La norma prevede un suolo con un PH non inferiore di 12,4. Si fanno diverse prove con l uso di differenti percentuali di ossido di calcio e si utilizza quella più prossima a 12,4. Nella tabella sottostante si osserva che il PH 12,40 si ottiene con una percentuale di ossido di calcio del 4%. OSSIDO DI CALCIO % PH 12,1 4 12, ,4 6 12, ,49 Tabella: PH e percentuali di ossido di calcio. Successivamente per descrivere le caratteristiche di plasticità di questo tipo di suolo vengono calcolati il limite liquido,plastico e di ritiro, indice plastico e densità con l utilizzo di argilla con il 4% di ossido di calcio. 6

37 .2 Limite liquido Nella tabella seguente si osserva che questo suolo ha un limite liquido di 8,1 % Peso suolo umido più cristallo wh 80,27 g Peso suolo umido 5,84 g Peso suolo secco più cristallo ws 55,8 g Peso cristallo 26,4 g Peso dell acqua 24,44 g Peso suolo secco 29,4 g Limite liquido 8,1 % Tabella : Dati per ottenere il limite liquido.. Limite plastico Nella tabella successiva si osserva che questo suolo ha un limite plastico di 42,9 %. Peso suolo umido più cristallo wh 4,59 g Peso suolo umido 11,15 g Peso suolo secco più cristallo ws 1,24 g Peso cristallo 2,44 g Peso dell acqua,5 g Peso suolo secco 7,8 g Limite plastico 42,9 % Tabella: Dati per ottenere il limite plastico. 7

38 .4 Indice plastico L indice plastico si ottiene attraverso la differenza del limite liquido meno il limite plastico. Indice plastico 40,1 %. Nel grafico seguente viene mostrata la classificazione del suolo in base al suo limite liquido e indice plastico, quindi con un limite liquido di 8,1% e un indice plastico di 40,1% si osserva un suolo che si comporta come un limo di alta plasticità, quindi si ha lo stesso risultato ottenuto con l argilla con il 6%di idrossido di calcio. Tabella di plasticità con l identificazione del indice plastico e limite liquido dell argilla con il 4% di ossido di calcio. 8

39 .5 Limite di ritiro Nella tabella sottostante si osserva che questo suolo ha un limite di ritiro di 22,1 %. PESO RECIPIENTE DI CONTRAZIONE +SUOLO UMIDO g 42,17 PESO SUOLO UMIDO g 20,89 PESO RECIPIENTE DI CONTRAZIONE + SUOLO SECCO g 2,87 PESO RECIPIENTE DI CONTRAZIONE g 21,28 PESO DELL ACQUA g 9, PESO SUOLO SECCO g W O 11,59 % UMIDITA W 80,2% VOLUME INIZIALE VOLUME FINALE Cm V 1,52 Cm V O 6,79 PESO RECIPIENTE DI VETRO g 145,01 PESO DEL RECIPIENTE DI VETRO + MERCURIO INIZIALE g 28,8 PESO DEL RECIPIENTE DI VETRO + MERCURIO FINALE g 27,29 LIMITE DI RITIRO % 22,1% Tabella:Dati per ottenere il limite di ritiro..6 Densità Nella successiva tabella sono riportati i dati per il calcolo della densità e si osserva che questo suolo ha una densità di 2,4 g/ cm. Peso dell ampolla con acqua wfw Peso dell ampolla con acqua e solido wfsw Peso del solido ws Peso della bacinella wch Peso della bacinella + suolo secco wchss 669,96 g 701,09 g 51,95 g 44,6 g 96,58 g Volume del solido vol 20,82 Densità 2,4 g/ cm. Tabella:Dati per ottenere la densità. 9

40 .7 Determinazione del peso volumetrico secco-massimo e dell umidità ottima Come nel caso dell argilla non trattata e argilla con 6% di idrossido di calcio per determinare il peso volumetrico e la umidità ottima, si fanno diverse prove aumentando la quantità di acqua per ogni campione utilizzando argilla nera con il 4% ossido di calcio. Nella tabella sottostante si osservano i dati cada prova per ottenere la % di umidità. PROVA N Peso capsula g 8,80 4,88 4,08 18,72,71 Peso capsula+suolo um. g 144,26 14,49 16,07 125,05 125,6 Peso suolo umido g wh 110,46 99,6 101,99 106, 91,89 Peso suolo secco+capsul g 128,15 117,7 116,55 101,7 102,29 Peso suolo secco g ws 94,5 82,51 82,47 8,01 68,58 % di umidità 17,1% 20,7% 2,6% 28,1%,9% Tabella: Dati per ottenere la % di umidità. Nella tabella sottostante sono riportati i dati cada prova per ottenere il peso volumetrico secco. PROVA N PESO ANELLO g 418,46 PESO ANELLO +SUOLO UM. g 724,2 70,5 741,91 759,42 76,11 PESO SUOLO UMIDO g wh 05,86 12,07 2,45 40,96 44,65 PESO VOLUMETRICO SECCO kg / m Tabella: Dati relativi al peso volumetrico secco. Successivamente si grafica il peso volumetrico e la % di umidità. 40

41 PESO VOL Kg/cm^ % 20% 22% 24% 26% 28% 0% 2% 4% 6% 8% 40% % HUMEDAD Grafico:Peso volumetrico secco e % di umidità. Nel grafico si determina per interpolazione un peso volumetrico secco massimo di 101 Kg / Cm e una umidità ottima di 28,1%. Dopo di che cada prova viene determinata la % di saturazione, come si può osservare nella successiva tabella. PROVA DENSITA DEL SOLIDO g/ cm 2,64 2,64 2,64 2,64 PESO DEL SOLIDO g 261,25 258,45 261,54 266,18 257,22 VOLUME DEL SOLIDO VOLUME DI ACQUA VOLUME DEI VUOTI cm 98,85 97,78 98,96 100,71 97,2 cm 44,61 5,62 61,91 74,78 87,4 cm 105,44 106,50 105, 10,57 106,96 SATURAZIONE % Tabella: Dati per ottenere la % di saturazione. 41

42 La norma D , Standard Test Method for Expansion index of Soil, prevede la utilizzazione di un suolo con il 50% di grado di saturazione. 54% 52% % SATURACION 50% 48% 46% 44% 17% 18% 19% 20% 21% 22% 2% % AGUA Grafico: Il 50% di saturazione e la % di acqua. Nel grafico si determina che per un 50% di saturazione di questo suolo con il 4% di ossido di calcio si richiede un 20,7 % di acqua..8 Espansione libera Nel grafico sottostante si può osservare la tendenza con il tempo dell espansione libera dell argilla con 4% di ossido di calcio, il risultato è un massimo di 1,46 mm, questo valore risulta essere intermedio fra l espansione libera dell argilla con il 6% di idrossido di calcio e il valore dell argilla non trattata che era di 5,69 mm quindi molto alto. 42

43 EXPANSION LIBRE mm 2,0 1,5 1,0 0,5 0, TIEMPO sec Grafico : espansione libera dell argilla con il 4% di ossido di calcio..9 Pressione di espansione Si grafica la pressione di espansione con il tempo dell argilla con il 4% di ossido di calcio, si ottiene che questo suolo ha una pressione massima di espansione di 94 KPa, quindi il risultato è un valore intermedio fra l argilla con il 6% di idrossido di calcio che era solamente di 41Kpa e il valore molto più elevato dell argilla non trattata che corrispondeva a 125 Kpa. 4

44 120 ESFUERZO EXP KPa ,0000 0,0001 0,0010 0,0100 0,1000 1,0000 TIEMPO min Grafico: Pressione di espansione dell argilla con il 4% di ossido di calcio. 44

45 4-CONCLUSIONI Considerando nel loro insieme i tre differenti tipi di suolo esaminati e osservando, le caratteristiche plastiche di questi suoli come indicatore primario di espansività delle argille si ottiene che l argilla non trattata e l argilla con il 4% di ossido di calcio hanno un valore di grado di potenziale espansivo molto alto, mentre per l argilla con il 6% di idrossido di calcio si osserva un valore medio. INDICE PLASTICO ARGILLA NON ARGILLA CON IL 6% DI ARGILLA CON IL 4% TRATTATA IDROSSIDO DI CALCIO DI OSSIDO DI CALCIO 51% 27,7 % 40,1 % Tabella:Indice plastico dei tre differenti tipi di suolo. GRADO DI POTENZIALE ESPANSIVO INDICE PLÁSTICO Basso 0-15 Medio 10-5 Alto Molto alto >5 Tabella: Grado di potenziale espansivo. Valutando la tabella di plasticità, considerando nell insieme le tre differenti situazioni si osserva che, l argilla non trattata si comporta come un argilla di alta plasticità mentre, le argille con ossido e idrossido di calcio si comportano come un limo di alta plasticità. 45

46 Da tutte queste analisi si può prendere in considerazione che il limite liquido, delle argille con ossido e idrossido di calcio è molto alto, perchè la calce assorbe una notevole quantità di acqua. LIMITE LIQUÍDO % LIMITE PLASTICO % INDICE DI PLASTICITA % ARCILLA NON TRATTATA 86,6 % 5,5 % 51 % ARCILLA CON IL 6% DI 75, % 47,5 % 27,7 % IDROSSIDO DI CALCIO ARGILLA CON IL 4% DI OSSIDO DI CALCIO 8,1 % 42,5% 40,1 % Tabella : Limite liquido,plastico e indice di plasticità dei tre differenti tipi di suolo. 46

47 Tabella di plasticità con graficati il limite liquido e indice plastico dei tre differenti tipi di suolo. Considerando le tre differenti situazioni per quanto riguarda l espansione libera si osserva che, l argilla non trattata ha un espansione libera molto alta in confronto alle argille con ossido e idrossido di calcio quindi, tutto questo indica che l utilizzo di ossido e idrossido di calcio nell argilla è un buon sistema per ridurre l espansione di un suolo argilloso. ESPANSIONE LIBERA MAX mm ESPANSIONE LIBERA MAX % ARGILLA NON TRATTATA ARGILLA CON IL 6% DI IDROSSIDO DI CALCIO ARGILLA CON IL 4% DI OSSIDO DI CALCIO 5,69 0,51 1,46 22,4 2 5,74 Tabella:L espansione libera massima dei tre differenti tipi di suolo. 6 EXPANSION LIBRE mm TIEMPO sec Grafico:L espansione libera dei tre differenti tipi di suolo. 47

48 Valutando La pressione di espansione dei tre differenti tipi di suolo si può notare che la argilla non trattata, ha una pressione di espansione molto alta mentre l argilla con il 4% di ossido di calcio ha una situazione intermedia e l argilla con il 6% di idrossido di calcio ha una pressione di espansione bassa, tutto questo significa che l uso di ossido e idrossido di calcio è un buon metodo per ridurre la pressione di espansione. In questo lavoro si è utilizzato solamente il 4% di ossido di calcio non ottenendo un valore basso ma intermedio, quindi sarebbe interessante considerare differenti situazioni con differenti percentuali di ossido di calcio, esempio 2%,%,5% ecc; in questo modo si otterrebbe un analisi più ampia e si potrebbe osservare più nello specifico la situazione. ARGILLA NON TRATTATA ARGILLA CON IL 6% DI IDROSSIDO DI CALCIO ARGILLA CON IL 4% DI OSSIDO DI CALCIO PRESSIONE DI ESPANSIONE MAX KPa Tabella: La pressione di espansione massima dei tre differenti tipi di suolo. 150 ESFUERZO EXP KPa TIEMPO sec Grafico: Pressione di espansione dei tre differenti tipi di suolo. 48

49 1-LA PRESIÓN DE EXPANSIÓN La Expansividad es un fenómeno que afecta algunos suelos, y que puede acarrear múltiples problemas a la edificación, por lo cual requiere de un estudio pormenorizado. Cuando acaecen problemas en las construcciones como consecuencia de la expansividad del suelo bajo una cimentación, y alrededor de instalaciones auxiliares, pueden llegar a cobrar mucha importancia, provocando agrietamientos, rotura de tuberías de saneamiento y de drenajes, etc. Por lo general aparecen en edificios de poca altura, en los que por las bajas presiones trasmitidas al terreno, no pueden impedir el hinchamiento del suelo. La capacidad expansiva del suelo depende de su naturaleza; si un suelo arcilloso modifica el contenido de humedad, el cambio de volumen puede ser significativo. Tanto por aumento de volumen por mayor tenor de humedad como, al reducir la humedad, suele producirse retracción por desecación. Figura 1: El suelo expansivo El comportamiento de este tipo de suelos frente a los cambios de humedad (problema que se acusa con los cambios estacionales debido a los ciclos de humectación-desecación así como a la ascensión del nivel freático) da lugar a la variación de su volumen, 49

50 produciéndose movimientos por los asentamientos diferenciales de la cimentación, lo que puede llevar a la estructura a soportar esfuerzos superiores a los previstos en cálculo y por tanto producir patologías no admisibles, que pueden ser: Grietas verticales e inclinadas en ambos sentidos. Estos suelos provocan problemas de arrufo y quebranto combinados por empujes horizontales, que se manifiesta en fisuraciones en paramentos de fachadas: 1)Por arrufo o cedimiento de la cimentación en la parte central del edificio. 2)Por quebranto o cedimiento de la cimentación en dos extremos al mismo tiempo. Figura 2: Danos a la costucion por cedimento del terreno. 50

51 Figura : Danos causados por hinciamiento del suelo expansivo. Fisuración y rotura de elementos estructurales: Fisuración de cortante en nudos de entramado, trabajo en ménsula con grietas horizontales y/o inclinadas, rotura de forjados, vigas, muros de carga con grietas inclinadas y horizontales, etc. El asiento diferencial excesivo da lugar al movimiento de los pilares o grupos de pilares, superándose el límite elástico de algunos elementos estructurales. Estos daños se manifiestan en principio en las fachadas ya sean portantes o no con las grietas anteriormente expuestas. 51

52 Figura 4: Cortadura de una paret. Figura 5: Cortadura de una paret. Rotura de cimentación. Zapatas aisladas y/o corridas: despegue de cimentación, grietas horizontales por empujes y grietas inclinadas por asiento diferencial. Losas: Grietas de flexión y distorsiones que pueden desembocar en giros y rotura de la misma. 52

53 Pilotes: En obras antiguas, rotura de pilastras por cambio del estado de cargas, roturas por flexión, cortante o flexión, empujes sobre vigas riostras y los encepados, hundimientos por retracción del suelo, etc. Muros de sótano: Grietas por empujes laterales. Deformación de pavimentos. Rotura de conducciones, enfatizando aún más el problema al producirse la rotura de colectores que suministran agua. Figura 6: Hinchamiento de la pavimentacion de la calle. En respuesta a los procesos de hidratación y deshidratación, los suelos se clasifican en dos grupos : los que mantienen su volumen total pero sufren cambios internos entre los vacíos para aire y para agua y, los que cambian a estos dos niveles. 5

54 Figura 7: Aspectos teóricos y observados de la hidratación - deshidratación de suelos expansivos. Figura 8: Esquema de la variación de la porosidad del suelo en el tiempo en función de la humedad. 54

55 Las medidas utilizadas para su prevención son: 1-Excavación del terreno antes de construir. 2-Impermeabilización alrededor de las viviendas. -Dejar cámaras de aire en los cimientos de las viviendas. 4-Cimentación sobre pilotes que atraviesen en vertical la totalidad de la capa activa y profundicen hasta situarse sobre el estrato estable del terreno. Las arcillas expansivas, pertenecen a un grupo mineralógico muy amplio de materiales de naturaleza química silícea denominados silicatos. Dentro de estos, en función de la distribución de los tetraedros de SiO44- se clasifican sistemáticamente dentro de los Filosilicatos o silicatos laminares. Así, a grandes rasgos y en función del tipo de arcilla, entre lámina y lámina, se emplazarán en mayor o menor medida las moléculas de agua que producirán el hinchamiento. Figura 9: La estructura química de la arcilla. 55

56 Las arcillas provienen de la alteración físico-química por acción principalmente del agua, de minerales que forman parte de otras rocas preexistentes, en función de que roca se altera y en que grado, se originan una serie de minerales denominados minerales de la arcilla. Los materiales arcillosos que son susceptibles de sufrir hinchamiento o procesos de expansividad, que permiten una entrada muy grande de agua entre las láminas de su estructura, son principalmente los pertenecientes al grupo de las esmectitas. Como apunte, indicar que cuando el catión interlaminar es el sodio, las esmectitas tienen una gran capacidad de hinchamiento, pudiendo llegar a producirse la completa disociación o separación de las láminas, teniendo como resultado un alto grado de dispersión y un máximo desarrollo de propiedades coloidales, que dan lugar a propiedades especiales como las de los lodos estabilizadores tixotrópicos o bentonitas. Si por el contrario, tienen Ca o Mg como cationes de cambio su capacidad de hinchamiento será mucho más reducida. 56

57 1.1 COMO IDENTIFICAR UN SUELO POTENCIALMENTE EXPANSIVO Identificación Mineralógica -Difracción por rayos X -Análisis Térmico Diferencial -Análisis de absorción de colorantes -Análisis químicos -Análisis por microscopio electrónico Los tres grupos más importantes en que se clasifican los minerales arcillosos son: illita, caolinita y montmorillonita, compuestos por hidroaluminosilicatos. Los ensayos mineralógicos tienden a detectar la presencia de montmorillonita, que es el mineral preponderantemente expansivo. La presencia de cargas eléctricas negativas en la superficie de los minerales arcillosos, así como la capacidad de intercambio catiónico resultan fundamentales para la magnitud de la expansión Determinación de ciertas propiedades básicas de los suelos A través de la medida de ciertas propiedades básicas y sencillas de los suelos se puede determinar el grado del potencial expansivo del suelo. 57

58 Las propiedades a determinar son: - Límite líquido y Límite Plástico - Límite de contracción - Contenido de coloides - Expansión libre del suelo Estos métodos tienen la ventaja de su fácil realización y de equipamiento disponible en todos los laboratorios. La desventaja es que no se cuantifica la expansión, sino que cualitativamente se establecen categorías de grados del potencial expansivo. Límite Líquido y Límite Plástico. Las características plásticas de los suelos pueden ser usados como un indicador primario de la características expansivas de las arcillas. Es natural pensar en una relación que ambas depende de la cantidad de agua que una arcilla absorbe. 58

59 La relación entre las características plásticas y el hinchamiento de los suelos puede establecerse como GRADO DE POTENCIAL EXPANSIVO INDICE PLÁSTICO Bajo 0-15 Medio 10-5 Alto Muy alto >5 Tabla 1: Grado de Potencial espansivo. Si bien es cierto que todos los suelos altamente expansivos tienen plasticidades altas, no es cierto que los suelos con elevada plasticidad sean necesariamente expansivos. Contenido de Coloides Dentro de los materiales que tiene un tamaño inferior a 74 micras están los limos y las arcillas. Desde el punto de veista dl tamaño se considera arcillas aquellos materiales que tienen un equivalente inferior a 2 micras (0.002 mm). La magnitud de la expansión que experimenta una arcilla está vinculado con la cantidad de partículas de tamaño arcilla presente en el suelo. Se ha establecido una relación del tipo: X S = KC 59

60 Dónde: S = Hinchamiento potencial, expresado como % del hinchamiento de una muestra compactada a la humedad óptima. C = Porcentaje de fracción arcilla (partículas menores a mm). X = exponente que depende del tipo de arcilla K = Coeficiente que depende del tipo de arcilla. x y k, que indican el tipo de partículas coloidales presentes se determinan a través de ensayos difracción por rayos X Determinación de la expansión Libre Este ensayo consiste en colocar en una probeta normalmente cilíndrica un volumen conocido de suelo seco y sumergirlo en agua sin aplicación de sobrecarga alguna, mientras se mide la expansión. La diferencia entre el volumen final e inicial, expresado como un porcentaje del volumen inicial es la expansión libre. Esta medida de la expansión se realiza en condiciones muy desfavorables, ya que se hace en condiciones de ninguna sobrecarga y hoy en día se utilizan métodos más adecuados a tales efectos. Experimentos realizados indican que una arcilla como la bentonita comercial puede tener en este ensayo expansión del orden de 1200 a 2000 %. 60

61 Pero las expansiones medidas en este ensayo por encima del 100 % pueden causar daños significativos a la estructura, mientras que suelos que alcanzan una expansión por debajo del 50 %, rara vez experimentan cambios de volúmenes apreciable bajo. En el gráfico siguiente se muestra una relación típica entre el contenido de coloides, el Índice Plástico y el límite de contracción. Gràfico 1: Relación típica entre el contenido de coloides, el Índice Plástico y el límite de contracción, (Chen,F.H., Foundations on Expansive Soil, Elsevier Publishing Co 1975). 61

62 En la tabla siguientes se mira el criterio para la identificación de suelos expansivos: CONTENUTO DE COLOIDE ÍNDICE PLÁSTICO SHRINKAGE LIMIT % EXPANSIÓN BAJO CARGA GRADO DE EXPANSIÓN DE 1.0 PSI (< mm)en% >28 >5 <11 >0 MUY ALTO ALTO MEDIO >15 <18 >15 <10 BAJO Tabla 2: criterio para la identificación de suelos expansivos. Los dos parámetros que definen el Potencial de Hinchamiento son: 1- Presión de hinchamiento definida como la presión aplicada en laboratorio sobre una muestra de suelo expansivo para que, una vez en contacto con agua, la probeta mantenga constante su volumen inicial, es decir que la variación de volumen sea nula. 2- Hinchamiento libre definido como el % de la elevación máxima para presión nula en relación a la longitud inicial de la probeta. Las medidas de estos parámetros se realizan fundamentalmente mediante pruebas edométricas o en técnicas basadas en la succión, tendiendo a simular los factores relevantes que sigue el fenómeno cuando se desarrolla in situ. Para lograr este objetivo se han propuestos innumerables metodologías experimentales que siguen operativas distintas, cuando no opuestas. 62

63 Las principales divergencias radican en: - forma de simular las condiciones de campo en el edómetro - tamaño y forma de la muestra - valor de la humedad inicial del ensayo - magnitud de la precarga y secuencias de cargas - mecanismos para medir el hinchamiento -número de muestras que intervienen en el ensayo. 1.2 FACTORES INTERVIENEN EN EL FENÓMENO DE LA EXPANSIÓN El potencial expansivo de un suelo (presión de hinchamiento y elevación) dependen, como mínimo, de las siguientes variables: Naturaleza y tipo de arcilla La composición mineralógica de la arcilla (porcentajes de illita, caolinita y montmorillonita) que está compuesto la arcilla resultan fundamentales en cuanto al potencial expansivo del suelo. Los suelos expansivos por excelencia son aquellos que tienen altos porcentajes de montmorillonita. 6

64 1.2-2 Humedad inicial El elemento catalizador del fenómeno de la expansión, es precisamente, la variación en el contenido de humedad del suelo. Por más montmorillonita que esté compuesta una arcilla, si no hay variación en el contenido de humedad del suelo, no habrá cambios volumétricos. No es necesario que el suelo se sature completamente para que produzca expansión del mismo. Por el contrario, en determinados casos, es suficiente variaciones en el contenido de humedad del suelo de sólo 1 o 2 puntos porcentuales, para causar hinchamientos. El contenido de humedad inicial del suelo controla la magnitud del asentamiento. Arcilla secas, con contenido de humedad por debajo del 15 % indican un riesgo de expansión alto, pues fácilmente pueden llegar absorber contenidos de humedad de 5 % con las consecuentes daños estructurales. Por el contrario, arcillas cuyo contenido de humedad está por encima del 0 % indica que la mayoría de la expansión ya ha tenido lugar y sólo es esperable algún leve hinchamiento remanente. 64

65 1.2- Peso específico seco del suelo La densidad seca de una arcilla se ve reflejada en valores altos en los resultados en el ensayo de penetración estándar. Valores de "N" inferiores a 15 indican densidades secas bajas y riesgo expansivo bajo, aumentando significativamente estos a medida que aumenta el valor de N Características plásticas del suelo Las propiedades plásticas del suelo juegan un importante funciòn en el fenómeno espansivo Potencia del estrato activo A través de ensayos de laboratorio sobre muestras de un mismo suelo, compactadas al mismo grado densidad y humedad inicial, se ha estudiado el efecto del espesor del estrato en la magnitud total del hinchamiento. Esto nos estaría indicando que si una estructura es capaz de trasmitir una presión uniforme y constante a profundidades importantes debajo de la fundación se podría contrarrestar el fenómeno de cambio volumétrico. Pero como sabemos esto no es posible, ya que, a medida que aumentamos la profundidad, la presión trasmitida por la zapata de fundación disminuye y por lo tanto no constituye un método efectivo para el control de la expansión. 65

66 1.2-6 Fatiga de la expansión En muestras sometidas en laboratorio a ciclos de saturación y disecado mostraron señales de fatiga después de varios ciclos. Este fenómeno no ha sido todavía suficientemente investigado. Se ha notado en pavimentos sometidos a variaciones estacionales en el contenido de humedad del mismo que tienden a un cierto punto de estabilización luego de un cierto número de años. En el la figura siguiente se puede ver una curva de fatiga típica obtenida en ensayos de laboratorio. 66

67 Figura 10: Curva de fatiga típica obtenida en ensayos de laboratorio, (Chen,F.H., Foundations on Expansive Soil, Elsevier Publishing Co 1975). 67

68 2-APARATO DE LAMBE Y APARATO PARA MEDIR ÍNDICE DE EXPANSIÓN DE SUELOS (ASTM D-4829) 2.1 APARATO DE LAMBE El método consiste en valorar la expansión que experimenta una probeta de suelo compactado, en unas condiciones de humedad establecidas, utilizando el expansómetro de Lambe. A estos efectos, el cambio de volumen potencial de un suelo queda comprendido dentro de uno de los cuatro grupos siguientes: No crítico Marginal Crítico Muy crítico La pertenencia a uno u otro grupo, se deduce mediante el Índice de Hinchamiento, que se define como la presión necesaria para reducir el hinchamiento de la muestra a un valor muy pequeño en las condiciones que se fijan más adelante. Esa magnitud y las condiciones iniciales de humedad del suelo ensayado, permiten determina r el cambio de volumen potencial (PVC) Equipo Para medir el índice de hinchamiento, se puede utiliza otro de similares características. Debe estar constituido por los siguientes elementos: Marco metálico y base El marco metálico y la base, deben ser resistentes, sólidos, y capaces de soportar sin deformaciones apreciables los esfuerzos producidos durante el ensayo. El marco metálico debe disponer de elementos para fijar el anillo dinamométrico. 68

69 Célula La célula del aparato debe estar constituida por: Un anillo portaprobeta, en el que se aloje la probeta de suelo a ensayar, con un espesor tal que asegure que no se producen aumentos de diámetro apreciables bajo el efecto de las presiones que se generen durante el ensayo. Las dimensiones de la superficie cilíndrica interna deben de ser tales que la probeta una vez compactada tenga 70 mm de diámetro y 16 mm de altura. Un anillo guía, de igual diámetro interior y espesor que el anillo portaprobeta y con una altura de unos 17 mm. Tanto el anillo portaprobeta como el guía deben disponer en el borde, de un encaje para que se asegure un buen ajuste entre ellos. Dos placas porosas. Pueden ser de material abrasivo o metálicas resistentes a la corrosión, debiendo en cualquier caso permitir libremente el paso del agua y con un tamaño de poro que evite la intrusión de partículas de suelo. La placa inferior debe tener un diámetro mayor que el interior del anillo portaprobeta. La placa superior debe tener un diámetro menor que el interior del anillo, en un valor comprendido entre 0,2 mm y 0,5 mm. Esta placa puede adoptar una forma troncocónica para evitar posibles acodalamientos. En este caso la base mayor debe quedar en contacto con la probeta. La relación entre los diámetros de las bases superior e inferior debe estar comprendida entre 0,97 y 1. Un pistón de carga, con la rigidez adecuada para que no experimente deformacion es apreciables durante el ensayo. Anillo dinamométrico El anillo dinamométrico debe tener una rigidez tal que, una milésima de milímetro de deformación se produzca bajo una fuerza de 10 N ± 1 N. Debe ir sólidamente unido al puente superior del marco metálico y disponer, en la posición diametralmente opuesta, de un pistón de longitud variable con una tuerca de bloqueo en la posición deseada. 69

70 Martillo de compactación del ensayo Proctor Normal, Horno Con circulación de aire frío o caliente, con temperatura regulable hasta 60º C. Tamiz de 2.0 mm Equipo auxiliar Enrasador metálico, de borde recto y afilado. Cuchara Una brocha, de pelo suave. Un mazo de goma, para desmenuzar la muestra. Figura 11: Representaciòn esquemàtica del aparato de Lambe. 70

71 2.1-2 Preparacion de la muestra La muestra de suelo se seca al aire, en horno, o por medio de secadores de aire frío o caliente, pero siempre a menos de 60º C, hasta que la muestra se pueda deshacer por medio del mazo de goma. Una vez seca, se cuartea hasta obtener dos porciones de 1 kg aproximadamente. Una de ellas, se tamiza por el2.00 mm. El ensayo se realiza con la fracción que pasa por dicho tamiz, preparada con uno de los contenidos de humedad que se indican a continuación: El correspondiente al límite plástico A este estado se le denomina, en el límite plástico. El que resulte de mantener la fracción de la muestra de suelo durante 48 h en un ambiente con una humedad relativa del 100%. Se puede utilizar una cámara húmeda. A este estado se le denomina, húmedo1. El que resulte de mantener la fracción de la muestra de suelo durante 48 h en un ambiente con una humedad relativa del 50%. Se puede utilizar una cámara húmeda o bien se puede dejar al aire durante 48 h en una zona de clima seco. A este estado se le denomina, seco Procedimiento El procedimiento operatorio comprende los siguientes pasos: -Compactación del suelo. -Obtención de la probeta. El número de capas y el de golpes por capa, con que se ha de compactar el suelo, depende de las condiciones de humedad en que se haya preparado, de acuerdo con lo indicado en la Sección anterior. Se coloca sobre la base el anillo portaprobeta, y sobre éste, el anillo guía. Se sitúa el conjunto sobre un soporte de gran solidez para evitar amortiguamientos. 71

72 Según las condiciones en que se haya preparado el suelo se debe proceder como se indica a continuación: Si se ha preparado con las condiciones de humedad correspondientes al límite plástico,se coloca el suelo dentro de los anillos y se presiona con la maza uniformemente por toda su superficie, hasta que ésta quede plana y unos mm por debajo de la cara superior del anillo guía. Se dan, seguidamente, cinco golpes repartidos por dicha superficie, cambiando la posición de la maza después de cada golpe. Si se ha preparado con las condiciones de humedad correspondientes a los estados que se han denominado húmedo y seco, se vierte en el interior del conjunto la cantidad de suelo necesaria para que, una vez finalizada la compactación, la altura de la capa sea ligeramente superior a 1/ de la altura del anillo. Se presiona seguidamente con la maza de manera uniforme, para distribuir bien el suelo. A continuación, se aplican los golpes que correspondan según el caso, repartiéndolos por toda la superficie. Antes de colocar la siguiente capa, se debe escarificar ésta con un objeto punzante en una profundidad comprendida entre 1 mm y 2 mm, para así facilitar la unión entre ambas. En cualquiera de los casos, al finalizar la compactación, la superficie de la probeta debe quedar entre mm y 6 mm por encima del plano de separación de los dos anillos. Si esto no se consigue a la primera, se debe repetir el proceso, aumentando o disminuyendo la cantidad de suelo a compactar en cada capa. Finalizada la compactación, se sueltan los elementos de fijación y se gira ligeramente el anillo guía para facilitar su separación, y se retira. Se enrasa el suelo al nivel de la cara superior del anillo portaprobeta, empezando por los bordes y avanzando hacia el centro, hasta que se consiga una superficie plana. Si en este proceso queda alguna pequeña cavidad, se rellena con suelo procedente del enrasado, tomando toda clase de precauciones para que no se altere el resto de la probeta. Seguidamente, se gira con suavidad el anillo portaprobeta para despegarlo de la base y se retira de la misma Se eliminan los restos de suelo que hayan podido quedar en la base, si la compactación se ha efectuado directamente sobre ésta. 72

73 Montaje del equipo Se coloca la placa porosa inferior sobre la base del equipo y sobre ésta el anillo portaprobeta, asegurando un buen contacto entre dichos elementos. A continuación, se sitúa el anillo guía encima del anillo portaprobeta, quedando asegurado el ajuste por medio del encaje que ambos disponen. Se fija el conjunto mediante los tornillos correspondientes y se colocan sobre la probeta, la placa porosa y el pistón de carga. Se coloca en su posición, el puente superior del marco metálico con el anillo dinamométrico, y se fija a las columnas por medio de las correspondientes tuercas. Se coloca la carga de fijación, se ajusta el vástago del anillo sobre la superficie del pistón de carga hasta que se consiga una lectura del medidor de deformaciones equivalente a 40 N. Se fija a continuación la contratuerca de que va provisto el vástago, de manera que quede sin juego. Se comprueba seguidamente que la lectura del medidor de deformaciones sigue siendo la correspondiente a 40 N. Realización del ensayo Se anota el tiempo y se añade agua, llenando la célula hasta que el nivel de aquélla sobrepase ligeramente la cara superior del anillo guía. Se toman lecturas del anillo dinamométrico a medida que el suelo hincha, a diferentes tiempos, 1, 2,, 4, 5, 10, 15,0, 60, 90 y 120 minutos. Transcurridas 2 horas, se toma el valor de la lectura del anillo dinamométrico y se calcula el valor de la fuerza correspondiente en Newtons Calculos Se obtienen y se expresan los resultados del índice de hinchamiento y del cambio de volumen potencial de la siguiente manera: Índice de hinchamiento El índice de hinchamiento es el cociente entre el valor de la fuerza calculada y expresada en N, y la sección de la probeta,expresada en mm². 7

74 El índice de hinchamiento se expresa en MPa. Obtención del cambio de volumen potencial (PVC) expresándose éste como: No crítico, Marginal, Crítico o Muy Crítico. 2.2 APARATO PARA MEDIR INDICE DE EXPANSION DE SUELOS (ASTM D-4829) Resumen del método de prueba Una muestra de suelo es preparada para una prueba de compactación en el anillometalico, con un grado de saturación de 50%. La muestra y el anillo son colocados en el consolidometro, una presión vertical de confinamiento de 6.9 KPa es aplicada a la muestra, misma que se encuentra sumergida en agua destilada. La deformación de la muestra es registrada por 24 o hasta ritmo de deformación es inferior a mm/h lo que suceda antes. Es requerido que exista un registro de por lo menos horas Significado y aplicación El índice de expansión, EL, nos proporciona la capacidad de hinchamiento de un suelo compactado. La prueba EL no suele obtener los mismo resultados de un campo en particular, aunque estos contengan la misma densidad, cantidad de agua colocada en la estructura o componentes del suelo. Sin embargo existirán datos similares entre las muestras que podrán ser de utilidad. 74

75 2.2- Componentes Molde: molde hecho de metal en forma cilíndrica. El molde desmontable tendrá una línea que señala 50.8 mm desde la base. En la parte inferior del molde se encuentra un aro de acero inoxidable que puede ser retirado con una altura de 25.4mm, mm de diámetro y un grosor no superior a los.10 mm. Pistón: pistón de metal con base circular de 50.8 de diámetro y una masa de 2.5 kg. El pistón cuenta con el mecanismo apropiado para un rango de caída entre los 04.8 mm y 1. mm sobre el tipo de suelo que será compactado. Bascula: bascula con al menos 1000 g de capacidad y que cumple con los requerimientos de secado. Cuenta con un termostato capaz de mantener una temperatura de 110 para el secado de las muestras humedecidas. Borde de acero: borde biselado de acero con al menos 150 mm de largo. Tamizador: un tamizador de 4.75 mm de acuerdo a los requerimientos específicos. Revolvedores: distintas herramientas de mezclado, tales como contenedores, cucharas, manivelas, espátulas y todo lo necesario para lograr unificar el suelo con el agua. Dispositivo de carga: consolidometro o dispositivo de carga como es descrito en el método de prueba, permite mantener sumergida la muestra aplicando una carga vertical y midiendo los cambios de altura de la misma. Disco poroso: el disco se encarga de suavizar la superficie lo suficiente para reducir las irregularidades existentes en el suelo. El disco permite tener mayor precisión en las muestras, sobre todo cuando los datos deseados de la muestra deben de ser mediciones muy pequeñas. El disco poroso se encuentra incrustado en el consolidometro evitando que este sufra de perforaciones o golpes. Las dimensiones adecuadas del disco son 12.7 mm de altura y mm de diámetro. 75

76 2.2-4 Preparación de las muestras Contenido de agua: mezcle la muestra con agua destilada suficiente para poner en el suelo un contenido con agua que tenga un grado de saturation de 50% en el estado compactado. Después de hecha la mezcla tome una muestra rapresentativa del material para la determinación del contenido de agua y sellar el resto del suelo en un recipiente hermético por un periodo de por lo menos 16h. Pesar inmediatamente en la muestra la humedad y secar en un horno a 110 grados por lo menos 12 horas. En la muestra el contenido de agua tendrá una masa de al menos 100 g. Poner la muestra de suelo en el molde de 101mm de diametro en dos capas iguales para dar una profundidad total de 50 mm compactado. Compactar con un matrillo cada capa de 15 golpes uniformemente distribuidos de la estiba usandos o de 05 mm por encima de la elevación apoximada de cada capa. Despuès se quitan las partes superior e inferior del anillo con un borde recto. Figura 12:El molde y el martillo. 76

77 Grado de saturatión: determine el grado de saturatión con la ecuación obtenida a continuación si el grado de saturatión no está dentro de los 50% preparar otra muestra. S WGsγ d = G γ γ s w d Donde: S= grado de saturatión, %. W= contenido de agua, %. G s =peso especifico. γ w =peso unitario de agua 9,79 KN/ m a 20 grados. γ d = peso especifico seco de la unidad de volumen del suelo compactado KN/ m Procedimento 1)Colocar la muestra de suelo compactado en el anillo de un consolidómetro o carga equivalente dispositivo con el secado al aire discos porosos colocados en los extremos superior e inferior de la muestra. La muestra tiene una presión total de 6.9 kpa, incluyendo el peso del disco superior poroso y cualquier peso desequilibrado de la máquina. Permitir que la muestra para comprimir este bajo esta presión durante un periodo de 10 minutos. Después de este período inicial de compresión de obtener la primera lectura en el indicator de linea consolidometro con una resolucion de 0,0 mm 0 superior. 2)Inunde la muestra con agua destilada obteniendo lecturas periodicas del indicador de cuadrante por un período de 24 horas o hasta que la tasa de expansión se convierta en menos de 0,005 mm/h sin embargo, en ningún caso, la muestra se inundaron en las lecturas tomadas por menos de horas. 77

78 ) Extraer la muestra de la máquina de carga después de la lectura final obtenida con una resolución de 0,0 mm o mejor y determinar el cambio en la altura como la diferencia entre la lectura inicial y final del indicador. Determinar la masa de la muestra con una precisión de 0,1 g Cálculo Calcular el indice de expansión de la siguiente manera: EI = H 1000 H 1 Donde: H = cambio en la altura. H 1 = altura inicial. D 1 = lectura inicial en mm. D 2 = lectura final en mm. 78

79 -USO DEL EQUIPO EN ESTUDIO DE ESTABILIZACION CON CAL.1 ARCILLA NO TRATADA Primeramente se toman en cuenta las carateristicas de plasticidad de esto suelo y entonces se calculano los limite liquido, limite plastico, indice plastico limite de contracción y densidad..1-1 Lìmite lìquido El límite líquido se determina con la copa de Casagrande. Figura 1: La copa de Casagrande. El material se pone en la copa, se hace un surco en centro del suelo, con uso de un ranurador, de manera que el material se divide en dos fracciones iguales, se opera la manivala de la copa de casagrande entonce los golpes necesarios para unir dos fracciones de suelo, por lo menos de 1 mm. Los golpes son

80 Figura 14: Características de la copa de Casagrande. Se pesa el meterial antes y despues del secado en horno a temperatura de 105 grados centigrados se obtiene el contenido de agua espresado en porcentaje. La formula que se usa es la seguientes: % limite líquido= wh ws ws 100 En la tabla seguientes se mira que esto suelo tiene un limite liquido de 86,6% Peso suelo húmedo mas cristal wh 9,85 g Peso suelo húmedo 67,8 g Peso suelo seco mas cristal ws 62,7 g Peso cristal 26,05 g Peso de agua 1,48 g Peso suelo seco 6,2 g Limite líquido 86,6% Tabla : Los datos para obtener el lìmite lìquido. 80

81 .1-2 Lìmite plastico El limite plastico representa para un suelo el contenido de agua que despus de ello el suelo comenzia a perder su comportamiento plastico. Se determina hacindo con los manos, rolando en una losa de vidrio el suelo hasta alcanzar un espesor de cerca,2 mm. Figura 15: Losa de vidrio y pois de suelo. En el limite de plasticidad en el suelo se forman grietas debido a la perdida de agua por evaporación del suelo mismo. Cuando comienza a agreitarse inmediatamente se pesa el suelo registrando dicho peso y se coloca en el horno para su secado total, durante 24 hrs. Despues se extrae del horno y se registra su peso seco, y el contenido de agua en portentaje que es el limite plastico. La formula que se usa es la seguientes: wh ws 100 % limite plastico= ws 81

82 En la tabla siguientes se mira que el suelo tiene un limite plastico de 5,5%. Peso suelo húmedo mas cristal wh,86 g Peso suelo húmedo 7,81 g Peso suelo seco mas cristal ws 1,81 g Peso cristal 26,05 g Peso de agua 2,05 g Peso suelo seco 5,76 g Lìmite plàstico 5,5 % Tabla 4: Datos para obtener el lìmite plàstico..1- Índice plastico El indice plastico es la diferencia entre limite líquido menos limite plastico. Indice plastico 51%. En la tabla de plasticidad siguientes se puede clasificar el suelo en base a su limite liquido e indice plástico y en este caso con un limite liquido de 86,6% y un indice plastico de 51% se encuentra el suelo que se comporta como arcillas de alta plasticidad. 82

83 Tabla 5: Tabla de plasticidad con identificación del ìndice plàstico y lìmite lìquido de la arcilla no tratada..1-4 Lìmite de contracciòn Se toma una muestra aproximada de 100 g pasando por el tamiz N 40, mezclando completamente de acuerdo al procedimento para el ensayo de límite liquido, es decir el suelo debe tener una consistencia que se aproxime a dicho limite. 8

84 Figura 16: El tamiz. Despues se regista el peso del recipiente de contracción vacío y se recubre el interiorcon vaselina o grasa que evite la adherencia del suelo y la capsula. Sucesivamente se coloca en el recipente de contracción una candidad de suelo igual al tercio del volumen de éste y se golpee el recipiente sobre una superficie firme, despues se agrega una cantitad de suelo igual a la primera porcion y se golpeea el plato hasta que el suelo expulce todo el aire atrapado, se enrrasa el recipiente con la espátula. Entonces se registra la masa del recipiente de contracción mas la muestra húmeda. Se deja secar la pastilla de suelo al aire hasta que su color pase de oscuro a claro ( 6-8 horas) y despues se pone en el horno, para su secado total, se registra el peso del recipiente de contracción mas el suelo seco. Despues se determina el volumen del recipiente de contracción llenandolo de mercurio y enrasando el exceso de mercurio con una placa de vidreo plana de tres puntas. 84

85 Figura 17: Recipiente de contracción con el mercurio y la placa de viario de tres puntas. Se registra el peso del recipiente de contracción mas mercurio restando despues el peso del recipiente y se determina el volumen del recipiente utilizando la densidad del mercurio. Despues se toma un recipiente de vidrio y se llena con el mercurio y se enrrasa el exceso con una placa de vidreo de tres puntas. Despues se coloca la muestra de suelo seco sobre el mercurio cuidadamente se sumerje la pastilla de suelo seco dentro del mercurio con ayuda de la placa de vidrio con las tres puntas cuidando que no se forme burbujas de aire entre la placa y el mercurio. Se registra el peso del recipiente más el mercurio desalojado, restando despues el peso del recipiente. La formula que se usa para elcalculo del limite de contracción es la siguientes: V V O Limite de contracción= W * 100 WO 85

86 En la siguientes tabla se muestra que esto suelo tiene un limite de contacción de 12,6%. PESO RECIPIENTE DE CONTRACCIÓN +SUELO UMEDO g 57,98 PESO SUELO HÚMEDO g 0,68 PESO RECIPIENTE DE CONTRACCION + SUELO SECO g 44, PESO RECIPIENTE DE CONTRACCION g 27, PESO DEL AGUA g 1,68 PESO SUELO SECO g W O 17 % HUMEDAD W 80,4% VOLUME INICIAL VOLUMEN FINALCm Cm V 20,04 V O 8,52 PESO RECIPIENTE DE VIDRIO g 145,01 PESO DEL RECIPIENTE DE VIDRIO + MERCURIO INCICIAL g 417,60 PESO DEL RECIPIENTE VIDRIO + MERCURIO FINAL g 260,82 LIMITE DE CONTRACCION % 12,6% Tabla 6: Datos para obtener el limite de contracción..1-5 Densidad Primero se pone agua en un fraso o matraz hasta la marca de aforo de 500 ml y con una bomba de vacio se extráe el aire, despues se retira la bomba y se seca el interior del cuello del frasco y todo el exterior del mismo con papel absorbente y se registra su peso. Despues se retira agua del frasco dejando aproximadamente 00 mililitros y se vierte en el interior una cantidad de suelo de arcilla y se extrae el aire con la bomba de vacío, depues se retira la bomba y se le vierte mas agua hasta la marca de aforo de 500 mililitros se coloca nuevamente la bomba de vacío y se le extrae el aire hasta que no presente burbujas, se retira la bomba y se verifica que la parte inferior del minisco que hace el agua en el cuello del frasco coincida con la marca de aforo de 500 mililitros, se registra el peso del frasco con el suelo y el agua. Despues se extrae el agua y el suelo del frasco y se coloca en una charola. 86

87 Figura 18: Carola con material y agua. Se registra el el peso de la carola en conjunto con el suelo y el agua y se coloca en el horno a 105 grados centigrados de 16 a 24 horas. Despues se extrae del horno y se registra el peso de el peso de la charola con el suelo seco, y se resta el peso de la charola, obteniendo unicamente el peso del suelo. La formula que se usa es la seguientes: ws dendidad= ( wfw + ws) wfsw En la tabla se mira que el suelo tiene una densidad de 2,5 g/ cm Peso del frasco con agua wfw 668 g Peso del fasco con agua y sólidos wfsw Peso de sólidos ws Peso de la carola wch Peso de la carola + suelo seco wchss Volumen de solidos vol 696,04 g 46,05 g 44,67 g 90,72 g 18,01 g Densidad 2,5 g/ cm Tabla 7: Datos para obtener la densidad. 87

88 Sucesivamente se hace la medida de la expancion libre la norma D , Standard Test Method for Expansion index of Soil, utizada en este trabajo prevé la utìzacion de un suelo con el 50% de grado de saturaciòn, entonces para encontr el respectivo contenido de agua de un suelo que tiene el 50% de grado de saturacion tiene que calcular antes, el peso volumetrico seco y el porcentaje de humedad, se hacen diferentes pruebas incrementando cada vez el contenido de agua por cada especimen; con el valor porcentaje de agua corsispondente al 50% del grado de saturazion se puede hacer la medida de la expansion libre..1-6 Determinaciòn del peso volumetrico seco-maximo y humedad optima Se comienza con una muestra 550 g de arcilla negra que tiene una humedad inferior de la optima, compactandola con el pizón en el molde o equipo de lambe, despues se registra el peso del suelo humedo y despès se somete al horno y despues de secado se registra el peso seco. La formula que se usa para determinar la % de umedad cada prueba es la seguiente: wh ws *100 % de humedad= ws En la tabla se miran los datos para obtener la % de humedad PRUEBA N Peso capsula g,19 19,05 18,7,57 4,86 Peso capsula+suelo hùm. g 149,1 125,17 16,72 16,84 149, Peso suelo húmedo g wh 115,91 106,12 117,99 10,27 114,47 Peso suelo seco+cápsula g 12,45 102,24 110,1 1,2 119,45 Peso suelo secov g ws 99,26 8,19 91,7 99,66 84,59 % de humedad 16,7 27,5 29,1 0,7 5, Tabla 8: Datos para obtener la % de humedad. La norma D Standard Test Method for Expansion index of Soil utilizada en este trabajo prevè la utìzacion de un molde con le siguientes dimensiones: 88

89 Altura cm Diàmetro cm Àrea 2 cm Vm Volumen cm ,71 204,28 Tabla 9: Las dimensiones del molde o anillo. Figura 19: El anillo o molde. Figura 20: El aparato de Lambe. 89

90 Las formulas para determinar el peso volumetrico seco cada prueba son las seguientes: wh Peso volumetrico humedo wvh = Vm wvh Peso volumètrico seco= 1+ % H En la tabla los datos para obtener el peso volumètrico seco. PRUEBA N PESO MOLDE g 418,46 PESO MOLDE +SUELO HUM. g 725,8 768,55 776,05 787,59 78,4 PESO SUELO HUMEDO g wh 07,4 50,09 57,59 69,1 64,97 PESO VOLUMETRICO SECO kg / m Tabla 10: Datos para obten el peso volumètrico seco. Se grafica el peso volumetrico seco y la % de humedad. PESO VOL Kg/cm^ % 28% 29% 0% 1% 2% % 4% 5% 6% % HUMEDAD Gràfico 2: El peso volumètrico seco màximo y la % humedad. 90

91 En el grafico se determina por enterpolaciòn un peso volumetrico seco màximo de 170 kg / m y una humedad optima 1,4%. Con uso de los datos cada prueba de la densidad, peso, volumen de solidos y del volumen de vasio y agua se determina el grado de saturacion como se mira en la siguientes tabla. PRUEBA DENSIDAD DE SOLIDOS g/ cm 2,557 2,557 2,557 2,557 2,557 PESO DE SOLIDOS g 26,19 274,44 276,91 282,9 269,70 VOLUMEN DE SOLIDOS VOLUMEN DE AGUA VOLUMEN DE VACIOS cm 102,9 107, 108,0 110,44 105,48 cm 44,15 75,65 80,68 86,74 95,27 cm 101,5 96,95 95,99 9,84 98,81 SATURACION % Tabla 11: Datos para obtener la % de saturacion. Figura 21: Diagrama de fases de los suelos, (Chen,F.H., Foundations on Expansive Soil, Elsevier Publishing Co 1975). 91

92 La norma D , Standard Test Method for Expansion index of Soil, utìzacion de un suelo con el 50% de grado de saturaciòn prevè la 54% % SATURACION 52% 50% 48% 46% 16% 17% 18% 19% 20% 21% % AGUA Gràfico : El 50% de saturacion y la % de agua. En el gràfico se determina que para un 50% de saturación de este suelo se requiere un 18.9 % de agua.1-7 Expansiòn libre Se obtuvo una muestea rapresentativa con un contenido de agua correspondientes a 50% de saturacion en acuerdo con la norma D La muestra fue primero compatada en el molde con dos capas de 15 golpes cada capa conforme especifica la norma. 92

93 Figura 22: El molde y el martillo. Despuès de compactado se estrae el anillo en conjunto con el material y se enrrasan el enillo tanto la parte superior como la inferior chitandole asi el material execedente y se pesa el anillo con el material. Figura 2: Anillo con la cara chidada del material excedente. 9

94 Despues el todo, lo trasportè al aparato de Lambe y ensamblè todo el conjunto del equipo collocando en la parte inferior y superior de la muestra las piedras porosas, y sovre la piedra porosa superior coloquè el contrapeso. Todo el conjunto del equipo de Lambe ya ensamblabo con el suelo en su interior que previamente fuè compactado con el agua a un grado de saturasion del 50%; fue collocado en el marco y con el micròmetro digital collocado al centro de la parte superior del contrapeso y dichio micrometro conectado a la computadora el qual tiene un programa desarollado da Visual basic que con el uso del porto serial verifica se existono variaciones y solo en esto caso se efectua el registro automaticamente en una hoja de excel. Figura 24: El micròmetro digital. 94

95 Figura 25: Aparato de Lambe asemblado con contrapeso y micròmetro. En la tabella siguente mostra la registrazion de la variacion de expancion libre. FECHA TIEMPO sec EXPANSION mm 1/05/ /05/ ,00 1/05/ ,004 1/05/ ,006 1/05/ ,007 1/05/ ,008 1/05/ ,01 1/05/ ,011 1/05/ ,012 1/05/ ,01 1/05/ ,014 1/05/ ,016 1/05/ ,017 1/05/ ,019 Tabla 12: Registacion de variacion de expansion libre. 95

96 En el gràfico se mira la tendencia la expansiòn libre de la arcilla no tratada con el tiempo y el resultado es un maximo de 5,69 mm de espansion libre. 6 EXPANSION LIBRE mm TIEMPO sec Gràfico 4: Expanciòn libre de la arcilla no tratada..1-8 Exfuerzo de expansion Un ulterior analisi es lo esfuerzo de expancion, que gracias a un programa desarollado da Visual basic como el de antes, con el uso del porto serial verifica se existono variaciones y solo en esto caso se efectua el registro automaticamente en una hoja de excel. Se grafica el esfuerzo de expanción con el tiempo y se obtiene que esto suelo tiente un esfuerzo maximo de expancion de 125 KPa 96

97 150 ESFUERZO EXP KPa TIEMPO min Gràfico 5: El esfuerzo de expanciòn de la arcilla no tratada. 97

98 .2 ARCILLA CON EL 6% DE HIDRÓXIDO DE CALCIO Como por la arcilla no tratada se hacen las mismas analisi tomando una muestra con mezcla de arcilla y hidroxido de calcio..2-1 Determinaciòn del % de hidròxido de calcio Primeramente se necesita encontrar el PH ideal segundo la norma D ª, Standard test method for using ph to estimate the soil-lime proportion requirement for soil stabilization; La norma prevede un suelo con un PH no inferior de 12,4. Figura 26: Equipo para determinar el PH. Se hacen diferentes pruebas con el uso de diferente percentaje de Hidróxido de calcio y se toma la mas cerca a 12,4. 98

99 Figura 27: Pruebas con diferentes percentaje de hidróxido de calcio. En la tabla siguientes se mira que el PH mas cercano es de 12,45 con un percentaje de hidróxido de calcio del 6% HIDRÓXIDO DE CALCIO % PH 12, , ,7 6 12, ,48 Tabla 1: PH y percentaje de hidroxido de calcio. 99

100 En el gràfico se muestran las pruebas de diferentes ph con diferentes porcentaje de hidróxido de calcio y con poso de rilievo el ideal. 12,48 12,40 PH 12,2 12,24 12,16 12, % HIDROXIDO DE CALCIO Gràfico 6: PH y percentaje hidroxidode calcio. Despues se calculan los limites liquido, plastico y de contracción, el indice plastico y la densidad, con uso de arcilla mas hidróxido de calcio en manera de descrivir las carateristicas de plasticidad de esto tipo de suelo..2-2 Lìmite lìquido En la tabla se mira que esto suelo tiene un limite liquido de 75, % Peso suelo húmedo mas cristal wh 75,71 g Peso suelo húmedo 52,29 g Peso suelo seco mas cristal ws 5,24 g Peso cristal 2,42 g Peso de agua 22,47 g Peso suelo seco 29,82 g Lìmite lìquido 75, % Tabla 14: Datos para obtener el lìmite lìquido. 100

101 .2- Lìmite plastico El suelo tiene un limite plastico de 47,5 %. Peso suelo húmedo mas cristal wh 4,67 g Peso suelo húmedo 8,25 g Peso suelo seco mas cristal ws 2,01 g Peso cristal 26,42 g Peso de agua 2,66 g Peso suelo seco 5,59 g Lìmite plàstico 47,5 % Tabla 15: Datos para obtener el lìmite plàstico..2-4 Índice plastico El indice plastico se ha por la diferencia entre limite líquido menos limite plastico. Indice plastico 27,7 %. En nel grafico siguientes la clasificacion del suelo en base al su limite liquido y indice plastico entonces, con un limite liquido de 75,% y un indice plastico de 27,7% se encuentra un suelo que se comporta como un limo de alta plasicidad, entonce esto resultado es diferente en comparacion con la arcilla no tratada, que se comporteba como una arcilla de alta plasticidad. 101

102 Tabla 16: Tabla de plasticidad con graficados el lìmite lìquido y el ìndice plàstico de la arcilla con 6% de hidroxido de calcio. 102

103 .2-5 Lìmite de contracciòn En la siguientes tabla se muestra que esto suelo tiene un limite de contacción de 24,2%. PESO RECIPIENTE DE CONTRACCIÓN +SUELO UMEDO g 58,22 PESO SUELO HÚMEDO g 0,9 PESO RECIPIENTE DE CONTRACCION + SUELO SECO g 45,6 PESO RECIPIENTE DE CONTRACCION g 27,29 PESO DEL AGUA g 12,62 PESO SUELO SECO g W O 18,1 % HUMEDAD W 68,9 % VOLUME INICIAL VOLUMEN FINALCm Cm V 20,21 V O 12,0 PESO RECIPIENTE DE VIDRIO g 145,01 PESO DEL RECIPIENTE DE VIDRIO + MERCURIO INCICIAL g 419,88 PESO DEL RECIPIENTE VIDRIO + MERCURIO FINAL g 08,59 LIMITE DE CONTRACCION % 24,2 % Tabla 17: Datos para obtener el lìmite de contracción..2-6 Densidad En la tabla siguientes los datos para el calculo de la densidad y se obtiene que esto suelo tiene una densidad de los solidos de 2,6 g/ cm. Peso del frasco con agua wfw 669,96 g Peso del fasco con agua y sólidos wfsw 74,86 g Peso de sólidos ws 104,4 g Peso de la carola wch 44,69 g Peso de la carola + suelo seco wchss 449,09 g Volumen de solidos vol 9,5 g Densidad 2,6 g/ cm Tabla 18: Datos para obtener la densidad. 10

104 .2-7 Determinaciòn del peso volumetrico seco-maximo y humedad optima Para determinar el peso volumetrico y la humedad optima, se hacen varias pruebas aumentando la cantidad de agua para cada especimen, pero ahora hay arcilla negra mas hidróxido de calcio. Figura 28: Hidróxido de calcio y arcilla. Figura 29: Mezcla de Hidróxido de calcio y arcilla. 104

105 En la siguiente tabla se miran los datos para obtener la % de humedad PRUEBA N Peso capsula g 5,42 4,87 5,44 18,74 Peso capsula+suelo hùm. g 156,5 140,22 142,29 18,8 Peso suelo húmedo g wh 121,11 105,5 106,85 120,06 Peso suelo seco+cápsula g 14,99 119,95 119,15 111,41 Peso suelo seco g ws 99,57 85,08 8,71 92,67 % de humedad 21,6 2,8 27,6 29,5 Tabla 19: Datos para obten la % de humedad. De bajo los datos para obtener el peso volumètrico seco. PRUEBA N PESO MOLDE g 418,46 PESO MOLDE +SUELO HUM. g 700,7 77,55 751,85 748,09 PESO SUELO HUMEDO g wh 281,91 19,09,9 29,6 PESO VOLUMETRICO SECO kg / m Tabla 20: Datos para obtener el peso volumètrico seco. 105

106 Se gràfica el peso volumetrico seco y la % de humedad PESO VOL Kg/cm^ % 22% 2% 24% 25% 26% 27% 28% 29% 0% 1% 2% % 4% % HUMEDAD Gràfico 7: El peso volumetrico seco maximo y la % de humedad. En el gràfico se determina por enterpolaciòn un peso volumetrico seco maximo de 125 kg / m y una humedad optima 25,2%. Sucesivamente cada prueba se determina el grado de saturacion, los datos son en la tabla de bajo. PRUEBA DENSIDAD DE SOLIDOg/ cm 2,64 2,64 2,64 2,64 PESO DE SOLIDOS g 21,77 257,70 261,19 254,4 VOLUMEN DE SOLIDOS VOLUMEN DE AGUA VOLUMEN DE VACIOS cm 87,69 97,50 98,82 96,27 cm 50,14 61,9 72,20 75,20 cm 116,59 106,78 105,46 108,02 SATURACION % Tabla 21: Datos para obtener la % de saturaciòn. 106

107 La norma D Standard Test Method for Expansion index of Soil prevè la utìzacion de un suelo con el 50% de grado de saturaciòn 54% 52% % SATURACION 50% 48% 46% 44% 20% 21% 22% 2% 24% 25% 26% % AGUA Gràfico 8: El 50% de saturacion y la % de agua. Para un 50% de saturación de este suelo con el 6% de hidroxido de calcio se requiere un 22,6% de agua..2-8 Expansiòn libre Con lo mismo procedimento utilizado en el la medida de la expancion libre de la arcilla no tratada, se hace con el uso de arcilla con mas el 6% de idroxido de calcio. En el grafico se mira la tendencia la expansion libre de la arcilla mas 6% de hidroxido de calcio con el tiempo y el resultado es un maximo de 0.51 mm de espansion libre, esto valor es muy menor en confronto a la expansion libre de la arcilla no tratada que fue de 5,69 mm. 107

108 EXPANSION LIBRE mm TIEMPO sec Gràfico 9: La expanciòn libre de la arcilla con 6% de hidroxido de calcio. 108

109 .2-9 Esfuerzo de expansiòn Se grafica el esfuerzo de expanción con el tiempo de la arcilla mas 6% de hidroxido de calcio y se obtiene que esto suelo tiente un esfuerzo maximo de expancion de 41 KPa entonce, muy bajo en confronto al esfurzo de expancion de la arcilla no tratada que fue de 125 Kpa. 50 ESFUERZO EXP KPa TIEMPO min Gràfico 10: El esfuerzo de expancion de la arcilla con 6% de hidroxido de calcio. 109

110 . ARCILLA CON EL 4% DE ÓXIDO DE CALCIO Como por la arciila no tratada y la arcilla mas el 6%de idroxido de calcio, se hacen las mismas analisi tomando, una muestra con mezcla de arcilla y oxido de calcio..-1 Determinaciòn del % de òxido de calcio En el primero punto se necesita encontrar el PH ideal segundo la norma D ª, Standard test method for using ph to estimate the soil-lime proportion requirement for soil stabilization; La norma prevede un suelo con un PH no inferior de 12,4 Figura 0: El oxido de calcio. 110

111 Se hacen diferentes pruebas con el uso de diferente percentaje de óxido de calcio y se toma la que tiene un PH de 12,4. Figura 1: Pruebas con diferentes percentaje de óxido de calcio. En la tabla se mira que el PH 12,40 se obtiene con un percentaje de óxido de calcio del 4%. ÓXIDO DE CALCIO % PH 12,1 4 12, ,4 6 12, ,49 Tabla 22: PH y percentaje de oxido de calcio. 111

112 En el gràfico se muestran las pruebas de diferentes PH con diferentes porcentaje de óxido de calcio y con poso de rilievo el PH de 12,40 con un persentaje de 4% oxido de calcio. 12,49 PH 12,40 12, % OXIDO DE CALCIO Gràfico 11: PH y percentaje de oxido de calcio. Sucesivamente para descrivir las carateristicas de plasticidad de esto tipo de suelo se calculan los limites liquido, plastico y de contracción, el indice plastico, y la densidad con uso de arcilla mas óxido de calcio. 112

113 .-2 Lìmite lìquido En la tabla se mira que esto suelo tiene un lìmite lìquido de 8,1 % Peso suelo húmedo mas cristal wh 80,27 g Peso suelo húmedo 5,84 g Peso suelo seco mas cristal ws 55,8 g Peso cristal 26,4 g Peso de agua 24,44 g Peso suelo seco 29,4 g Lìmite lìquido 8,1 % Tabla 2: Datos para obtener el lìmite lìquido..- Lìmite plàstico El suelo tiene un lìmite plàstico de 42,9 %. Peso suelo húmedo mas cristal wh 4,59 g Peso suelo húmedo 11,15 g Peso suelo seco mas cristal ws 1,24 g Peso cristal 2,44 g Peso de agua,5 g Peso suelo seco 7,8 g Lìmite plàstico 42,9% Tabla 24: Datos para obtener el lìmite plàstico. 11

114 .-4 Índice plàstico El ìndice plàstico se ha por la diferencia entre limite líquido menos limite plastico. Indice plàstico 40,1 %. En nel grafico siguientes se puede clasificar el suelo en base, al su limite liquido y indice plastico y en esto caso con un limite liquido de 8,1%, y un indice plastico de 40,1%, se encuentra un suelo que se comporta, como un limo de alta plasticidad entonce lo mismo resultado que se tiene con arcilla mas 6% de hidroxido de calcio. Tabla 25: Tabla de plasticidad con graficados el lìmite lìquido y el ìndice plàstico de la arcilla con 4% de oxido de calcio. 114

115 .-5 Lìmite de contracciòn En la siguientes tabla se muestra que esto suelo tiene un limite de contacción de 22,1%. PESO RECIPIENTE DE CONTRACCIÓN +SUELO UMEDO g 42,17 PESO SUELO HÚMEDO g 20,89 PESO RECIPIENTE DE CONTRACCION + SUELO SECO g 2,87 PESO RECIPIENTE DE CONTRACCION g 21,28 PESO DEL AGUA g 9, PESO SUELO SECO g W O 11,59 % HUMEDAD W 80,2% VOLUME INICIAL VOLUMEN FINALCm Cm V 1,52 V O 6,79 PESO RECIPIENTE DE VIDRIO g 145,01 PESO DEL RECIPIENTE DE VIDRIO + MERCURIO INCICIAL g 28,8 PESO DEL RECIPIENTE VIDRIO + MERCURIO FINAL g 27,29 LIMITE DE CONTRACCION % 22,1% Tabla 26: Datos para obtener el lìmite de contracción..-6 Densidad En la tabla siguientes los datos para el calculo de la densidad y se obtiene que esto suelo tiene una densidad de los solidos de 2,4 g/ cm. Peso del frasco con agua wfw 669,96 g Peso del fasco con agua y sólidos wfsw 701,09 g Peso de sólidos ws 51,95 g Peso de la carola wch 44,6 g Peso de la carola + suelo seco wchss 96,58 g Volumen de solidos vol 20,82 Densidad 2,4 g/ cm. Tabla 27: Datos para obtener la densidad de los solidos. 115

116 .-7 Determinaciòn del peso volumetrico seco-maximo y humedad optima Como antes, para determinar el peso volumetrico y la humedad optima, se hacen varias pruebas aumentando la cantidad de agua para cada especimen, pero utilizando arcilla negra mas 4% de óxido de calcio. Figura 2: Mezcla con el 4% óxido de calcio y arcilla. En la siguiente tabla se miran los datos para obtener la % de humedad PRUEBA N Peso capsula g 8,80 4,88 4,08 18,72,71 Peso capsula+suelo hùm. g 144,26 14,49 16,07 125,05 125,6 Peso suelo húmedo g wh 110,46 99,6 101,99 106, 91,89 Peso suelo seco+cápsula g 128,15 117,7 116,55 101,7 102,29 Peso suelo seco g ws 94,5 82,51 82,47 8,01 68,58 % de humedad 17,1% 20,7% 2,6% 28,1%,9% Tabla 28: Datos para obtener la % de humedad. 116

117 De bajo los datos para obtener el peso volumètrico seco. PRUEBA N PESO MOLDE g 418,46 PESO MOLDE +SUELO HUM. g 724,2 70,5 741,91 759,42 76,11 PESO SUELO HUMEDO g wh 05,86 12,07 2,45 40,96 44,65 PESO VOLUMETRICO SECO kg / m Tabl a 29: Datos para obtener el peso volumètrico seco. Se gràfica el peso volumètrico seco y la % de humedad PESO VOL Kg/cm^ % 20% 22% 24% 26% 28% 0% 2% 4% 6% 8% 40% % HUMEDAD Gràfico 12: El peso volumètrico seco maximo y la % de humedad. En el gràfico se determina por enterpolaciòn un peso volumetrico seco maximo de 101 kg / m y una humedad optima 28,1%. 117

118 Sucesivamente cada prueba se determina el grado de saturaciòn los datos son en la tabla de bajo. PRUEBA DENSIDAD DE SOLIDOg/ cm 2,64 2,64 2,64 2,64 PESO DE SOLIDOS g 261,25 258,45 261,54 266,18 257,22 VOLUMEN DE SOLIDOS VOLUMEN DE AGUA VOLUMEN DE VACIOS cm 98,85 97,78 98,96 100,71 97,2 cm 44,61 5,62 61,91 74,78 87,4 cm 105,44 106,50 105, 10,57 106,96 SATURACION % Tabla 0: Datos para obtener la % de saturaciòn. La norma D Standard Test Method for Expansion index of Soil prevè la utìzacion de un suelo con el 50% de grado de saturaciòn 54% 52% % SATURACION 50% 48% 46% 44% 17% 18% 19% 20% 21% 22% 2% % AGUA Gràfico 1: El 50% de saturacion y la % de agua. 118

119 En el gràfico se mira que para un 50% de saturación de este suelo con el 4% de oxido de calcio se requiede un 20,7% de agua..-8 Expansiòn libre En el grafico se mira la tendencia, de la expansion libre de la arcilla mas 4% de oxido de calcio con el tiempo, y el resultado es un maximo de 1,46 mm, esto valor es intermedio entre la expansion libre de la arcilla con el 6% de hidroxido, y el valor de la arcilla no tratada que fue de 5,69 mm entonce muy alto. EXPANSION LIBRE mm 2,0 1,5 1,0 0,5 0, TIEMPO sec Gràfico 14: La expanciòn libre de la arcilla con 4% de òxido de calcio. 119

120 .-9 Esfuerzo de expansiòn Se grafica el esfuerzo de expanción con el tiempo, de la arcilla mas 4% de oxido de calcio, y se obtiene que esto suelo tiente un esfuerzo maximo de expancion de 94 Kpa, entonce muy alto en confronto, al esfurzo de expancion de la arcilla con el 6% de hidroxido de calcio, que fue solamente de 41 Kpa, y un valor menor en confronto a lo esfuerzo maximo de la arcilla no tratada que fue de 125 KPa. 120 ESFUERZO EXP KPa ,0000 0,0001 0,0010 0,0100 0,1000 1,0000 TIEMPO min Gràfico 15: El esfuerzo de expanciòn de la arcilla con 4% de òxido de calcio. 120

121 4-CONCLUSIONES Se tomaron en conjunto los tres diferentes tipos de suelo examinados, y se observa que las características plásticas de los suelos, como un indicador primario de expansividad de las arcillas muestan que la arcilla no tratada, y arcilla con mas 4% de oxido de calcio, tienen un valor de grado de potencial expansivo muy alto, mientre para la arcilla con 6% de hidroxido de calcio se encuentra un valor medio. INDICE PLÁSTICO ARCILLA NO ARCILLA+6% DE ARCILLA +4% DE TRATADA HIDROXIDO DE CALCIO OXIDO DE CALCIO 51 % 27,7 % 40,1 % Tabla 1: Indice plàstico de los tres diferentes tipos de suelo. GRADO DE POTENCIAL EXPANSIVO INDICE PLÁSTICO Bajo 0-15 Medio 10-5 Alto Muy alto >5 Tabla 2: El grado de potencial expansivo. Considerando ta tabla de plasticidad se pone en conjunto las tres diferentes situacion y se observa que la arcilla no tratada, se comporta come una arcilla de alta plasticidad mientras, las arcilla mas oxido e hidroxido de calcio se comportan come limo de alta plasicita. 121

122 De todo este analisis se puede tomar en cuenta que el limite liquido, de las arcilla con oxido e hidroxido de calcio es muy alto porque la cal absorbe considerable agua. LIMITE LIQUÍDO % LIMITE PLASTICO % INDICE DE PLASTICIDA % ARCILLA NO TRATADA 86,6 % 5,5% 51 % ARCILLA+6% DE 75, % 47,5 % 27,7 % HIDROXIDO DE CALCIO ARCILLA +4% DE OXIDO DE CALCIO 8,1 % 42,5 % 40,1 % Tabla : El lìmite lìquido,plàstico y ìndice de plasticida de los tres diferentes tipos de suelo. 122