Suelo cemento (84.07) Mecánica de Suelos y Geología Alejo O. Sfriso: asfriso@fi.uba.ar Mauro Codevilla: mcodevilla@aosa.com.ar
Índice Propósito de la compactación de suelos Equipos de compactación Ensayo de Proctor Controles de compactación Suelo cemento Aplicación en pavimentos 2
Propósito y aplicación de la compactación de suelos Para qué se compacta el suelo Mayor resistencia del terreno Mayor rigidez Mayor estabilidad volumétrica Menor permeabilidad Aplicaciones Sub-bases de caminos, pistas, playas de acopio Rellenos, terraplenes, pedraplenes Presas 3
Índice Propósito de la compactación de suelos Equipos de compactación Ensayo de Proctor Controles de compactación Suelo cemento Aplicación en pavimentos 4
Equipos de compactación 5 Rodillo pata de cabra
Equipos de compactación 6 Rodillo liso, estático o vibratorio
Equipos de compactación 7 Rodillo vibratorio liviano
Equipos de compactación 8 Motoniveladora
Equipos de compactación 9 Retroexcavadora
Equipos de compactación 10 Camión regador
Equipos de compactación 11 Vibroapisonador manual
Compactación en obra 12
Reglas del buen arte Selección del material de aporte Selección del equipamiento según tipo de suelo Calibración de número de pasadas y velocidad Calibración de espesor de capa Calibración de humedad de compactación Controles de compactación adecuados 13
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Ensayo de Proctor 15 Molde de ensayo Proctor Std. y Modificado
Procedimiento de ensayo Se prepara suelo con humedad uniforme Se coloca la primera capa Se apisona con golpes del pisón Se repite en las demás capas Se enrasa Se mide peso unitario y humedad Se calcula peso unitario seco 16
Tipos de ensayo Proctor Estándar 4 Molde 4 (V ~ 944 cm 3 ) Martillo ~ 2.5kg x 30cm Suelo pasante por #4 3 capas de 25 golpes Modificado 4 Molde 4 (V ~ 944 cm 3 ) Martillo ~ 4.5kg x 45cm Suelo pasante por #4 5 capas de 25 golpes Estándar 6 Molde 4 (V ~ 2124cm 3 ) Martillo ~ 2.5kg x 30cm Suelo pasante por 3/4 3 capas de 56 golpes Modificado 6 Molde 4 (V ~ 2124 cm 3 ) Martillo ~ 4.5kg x 45cm Suelo pasante por 3/4 5 capas de 56 golpes 17
Ensayo Proctor Objetivo: Encontrar el par de valores, d maxm, Proctor Modificado maxn, Proctor Standard 18 opm, opn, c
Peso unitario seco por compactación El límite de las curvas de compactación se alcanza cuando se elimina todo el aire de la muestra = 1 = = 1 + = 1 + Para eliminar todo el aire por compactación se requiere energía infinita Se define este peso unitario como un peso unitario seco por saturación teórica 19
Pesos unitarios teóricos d s dteor = 0 = = = 0 = 1 + 20 c
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Experiencia de laboratorio: Ensayos de Proctor Ejecutar un ensayo de Proctor sobre un limo de baja plasticidad 22
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Controles directos - volumenómetro 24
Controles directos - cono de arena 25
Controles indirectos - rigidez 26
Controles indirectos - resistividad 27
Controles indirectos - nucleodensímetro 28
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Estabilización de suelos El objeto de la estabilización es modificar algunas propiedades naturales del suelo Resistencia y rigidez Estabilidad volumétrica Durabilidad Permeabilidad Tipos de estabilizaciones Mecánica: Compactación Físico-química: suelo cemento, otros 30
Suelo cemento Mezcla de suelo, cemento y agua, compactada y curada durante el endurecimiento Estabilización físico-química en la que interviene la estabilización mecánica (compactación) 31
Suelo cemento 32 Según el % de cemento se define: Suelo modificado % bajos de cemento (< 2%) Se usa generalmente para: bajar el IP, controlar cambios volumétricos, modificar granulometría No se busca aumentar la resistencia Suelo estabilizado Generalmente entre un 5 y 15% de cemento Se obtiene un material endurecido con alta rigidez y resistencia mecánica, prácticamente insensible al agua y durable
Suelos que pueden emplearse Todos los suelos excepto muy plásticos con contenidos altos de materia orgánica con sales nocivas para el cemento Condicionante de diseño de mezcla Granulometría Plasticidad Sales presentes Suelos finos plásticos: Suelo-cal 33
Etapas de la reacción del suelocemento Hidratación: forma gel de CSH en la superficie de los granos de cemento y aumento del ph en el agua de poro Activación de componentes del suelo: sílice y alúmina de arcilla reacciona con iones Ca(OH) 2, baja el ph ambiente C S Endurecimiento: reacciones evolucionan con el tiempo. Aumento de la rigidez y resistencia del material 34
Dosificación de cemento según tipo de suelo 35
Proceso de fragüe Lapso para trabajar la mezcla 36
Dosificación y compactación ϒ d y ω opt varia según tipo de suelo, % de cemento y energía de compactación Mejoran las propiedades mecánicas con el aumento de densidad seca Con una energía de compactación mayor se requiere menos cemento para obtener las resistencias especificadas 37
Resistencia a la compresión simple Factores Tipo de suelo Cantidad y tipo de cemento Densidad seca Humedad Edad Duración y condición de curado Eficiencia de mezclado Intervienen muchos factores: alta dispersión 38
Resistencia a compresión simple 28 dias 14 dias 7 dias 3 dias 39 4%CP 6%CP
Resistencia a compresión simple 28 dias 14 dias 7 dias 3 dias 40 8%CP 10%CP
Rigidez Los factores que influyen en la rigidez son los mismos que para la resistencia a la compresión 41
Evolución de rigidez con el tiempo Cuatro grupos de probetas Cuatro edades de curado 42
E i vs contenido de cemento 43
E i vs tiempo 1800 Ei (Mpa) Modelo cinético: la rigidez es proporcional a la concentración de agentes cementados = + 1600 1400 1200 1000 800 4% Cemento 6% Cemento 8% Cemento 10% Cemento 600 400 200 Tiempo (dias) 44 0 0 20 40 60 80 100 120
UCS vs contenido de cemento La resistencia tiene una dependencia del contenido de cemento muy similar a la de la rigidez 3 2.5 UCS (MPa) UCS= 0.0463cp 2-0.3838cp + 1.951 R² = 0.9734 2 1.5 1 45 %cp 0.5 3.5 4.5 5.5 6.5 7.5 8.5 9.5 10.5
UCS vs E i 46 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 Ei(Mpa) Ei= 968.99.UCS - 869.16 = 1048 R 2 = 0.9941 UCS(MPa) 0.8 1.3 1.8 2.3 2.8 3.3
Rigidez mediante ultrasonido 47
Resistencia al desgaste Resistencia al efecto abrasivo vehicular (en obras viales) o del agua (obras hidráulicas) La resistencia al desgaste aumenta con el % de cemento 48
Resistencia al desgaste Congelamiento y deshielo Humedecimiento y secado 49
Índice Propósito de la compactación de suelos Equipos de compactación Ensayo de Proctor Controles de compactación Suelo cemento Aplicación en pavimentos 50
Aplicaciones para pavimentos Capa del paquete estructural del pavimento (rígido o flexible) Capa de rodamiento en caminos rurales Se exige Resistencia a la compresión simple (7dias) > 2MPa % de pérdida en peso por ensayos de durabilidad según tipo de suelo 51
Bibliografía Básica Jiménez Salas y otros. Geotecnia y Cimientos. Ed. Rueda Complementaria Sagüés, P. (2008). Rigidez a baja deformación en el Pampeano Compactado. Tesis de grado, LMS, FIUBA. Serigós, P. (2009). Rigidez a baja deformación de mezclas de suelo de la Formación Pampeano y Cemento Portland. Tesis de grado, LMS, FIUBA. Laría, T. (2013). Rigidez a baja deformación de Suelo Cemento mediante técnicas directas de medición. Tesis de grado, LMS, FIUBA. 52