ESTAVILIZACION CON CEMENTO IMPRIMIR (1).docx

UNIVERSIDAD ALAS PERUANASINGENIERÍA CIVIL – diseño de pavimentos

ESTABILIZACION CON CAL

ALUMNO: SANTUYO MARCA ROXANA MILAGROS

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2013

INTEGRANTES:

ISABEL GUEVARA VARGAS

DANIEL CALATAYU VARGAS

ROBERTO CARLOS ANGELES ROMERO

EDSON MANUEL RICRA COMUN

ALEXIS SERGIO HIPOLITO HUORORGA

DOCENTE: ING. HUGO CASSO

FECHA: 23/ 03 / 2013


ESTABILIZACION CON CEMENTOTABLA DE CONTENIDO

1.-INTRODUCCIÓN................................................................................................2

1.1.-NORMA GENERAL DE DOSIFICACIÓN DE SUELO – CEMENTO…………3

1.2.-OBJETIVO GENERAL....................................................................................4

1.3.-OBJETIVOS ESPECIFICOS............................................................................4

2.-MARCO DE REFERENCIA .............................................................................5

3.-MATERIALES.....................................................................................................7

4.-EQUIPOS.......................................................................................................... 9

5.-PROCEDIMIENTOS……………........................................................................ 10

6.- LIMITACIONES A LA EJECUCIÓN............................................................... 14

7.-ENSAYOS Y FRECUENCIA............................................................................ 16

8.-CONCLUSIONES Y COMENTARIOS............................................................. 17

9.-BIBLIOGRAFÍA................................................................................................ 18

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INTRODUCCIÓN

El suelo cemento es un producto endurecido resultante de una mezcla íntima compactada de suelo, cemento y agua, en proporciones establecidas a través de una dosificación racional, ejecutada de acuerdo con las normas aplicables al suelo en estudio. Las especificaciones para ejecución de capas de suelo – cemento presentan los cuidados especiales que deben ser seguidos para garantía de que sea obtenido un producto acabado resistente y durable. Muchos de estos requisitos son genéricos y se aplican a cualquier caso; tres de ellos entretanto, dependen estrictamente de las características del suelo con que se está trabajando: • Cantidad de cemento; • Cantidad de agua; • Peso específico seco aparente a ser alcanzado después de la compactación.

Dosificación de suelo – cemento, es la secuencia de ensayos realizados con una determinada mezcla de suelo, cemento y agua, seguida de la interpretación de los resultados por medio de criterios preestablecidos; el resultado final es la fijación de las tres variables citadas. Entretanto, la cantidad de agua y el peso específico aparente indicadas para una determinada mezcla sufren pequeñas oscilaciones, dadas las variaciones de campo que ocurran en las características del suelo. Así siendo, la cantidad de agua a ser adicionada en la mezcla y el peso específico seco aparente de mezcla compactada pasarán a ser tomadas exclusivamente como elemento de control de servicio y, con eso, el objetivo de dosificación pasa a ser sólo la fijación de cantidad adecuada de cemento, sin embargo el abastecimiento, apenas con los datos indicativos básicos, la humedad óptima y el peso específico seco aparente máximo de la muestra ensayada.

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1.1.-NORMA GENERAL DE DOSIFICACIÓN DE SUELO – CEMENTO

La determinación de la adecuada cantidad de cemento se basa en el hecho de que suelos mezclados con pequeñas cantidades de cemento, estando debidamente compactados y curados, mejoran sensiblemente sus características originales de resistencia mecánica, convirtiéndose muy superiores a lo obtenido con otros materiales utilizados como capas de pavimentos. La acción de las cargas y la variación de condiciones climáticas podrían, después de cierto tiempo, disgregar la mezcla endurecida, lo que haría que perdiese el grado de estabilización alcanzado, transformándose en una simple mezcla compactada de suelo con cemento, de calidad baja e indefinida. En vista de eso, la Norma General de Dosificación procura determinar la cantidad de cemento capaz de garantizar una mezcla con permanencia de sus características mejoradas. Con este objetivo, fueron idealizados los ensayos de durabilidad por mojado y secado (y por congelamiento y deshielo en la versión original de la norma). La dosificación se la hace experimentalmente: diferentes cantidades de cemento son usadas en los ensayos y el análisis de resultados indica el menor de ellos que es capaz de estabilizar el suelo sobre el concepto del suelo – cemento. La Norma General de Dosificación de Suelo – cemento puede ser resumida en las siguientes operaciones: a) Identificación y clasificación del suelo; b) Elección de la cantidad de cemento para el ensayo de compactación; c) Ejecución del ensayo de compactación de suelo – cemento; d) Elección de cantidades de cemento para el ensayo de durabilidad; e) Formación de probetas de ensayo para ensayo de durabilidad; f) Ejecución del ensayo de durabilidad por mojado y secado; g) Elección de cantidad de cemento adecuado en función de los resultados del

ensayo.

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1. OBJETIVOS

1.2 OBJETIVO GENERAL

Obtener un suelo con las propiedades necesarias para poder llegar a una compactación adecuada para nuestro paquete estructural.

Obtendremos estas propiedades atreves de la estabilización con cemento en las proporciones según norma del ministerio de transportes y comunicaciones sección 306B (SUELO ESTABILIZADO CON CEENTO PORTLAND ).

1.3 OBJETIVOS ESPECIFICOS

La estabilización con cemento, responde a dos objetivos:a) Obtener suelo modificado con cementob) Obtener mezclas de Suelo – Cemento compactables

El uso de materiales locales reduce los costos. Prácticamente, todos los suelos pueden estabilizarse con cemento, pero la variación del % a agregar determinará estudios económicos que son necesarios considerar antes de tomar decisiones.

El éxito de un Suelo Cemento se basa en los siguientes elementos:

1) Elección correcta del suelo2) Cantidad de cemento apropiada3) Humedad apropiada4) Densidad correcta

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2. MARCO DE REFERENCIA

El aprovechamiento de los suelos existentes mediante la estabilización, incluso en el caso de suelos marginales o contaminados, evita la reducción de los recursos naturales disponibles al disminuir el empleo de suelos de mejor calidad. Por otra parte, se suprimen las operaciones de remoción de los suelos existentes y su transporte a vertedero, así como las de extracción y transporte a obra de los suelos que los sustituyen. Se trata de una técnica enfocada claramente a lograr una mayor sostenibilidad, a cuyas ventajas medioambientales y técnicas, se suman importantes beneficios económicos.

Ventajas medioambientales:

El empleo de suelos de la traza evita explotar nuevos yacimientos y disminuye la necesidad de vertederos.

La eliminación del transporte de los suelos disminuye las emisiones de CO2 y otros contaminantes y reduce el daño que generan los combustibles y aceites, así como los impactos colaterales (polvo, erosiones y otros) que provoca sobre las carreteras y flora adyacentes.

Es una técnica en frío que consume poca energía. Se disminuyen con ello notablemente la contaminación y las emisiones de vapores nocivos.

Ventajas técnicas

Permite el empleo de los suelos de la traza, mejorando sus características hasta el grado deseado.

Proporciona una elevada capacidad de soporte a la explanada, disminuyendo las tensiones que llegan a las capas del firme, con lo que aumenta la vida de servicio del mismo.

Asegura la estabilidad de los suelos, tanto por la reducción de su sensibilidad al agua y a la helada

Puede permitir en ciertos casos el paso inmediato del tráfico de obra. Se disminuyen las molestias por el tráfico de obra y los daños a la red de

carreteras adyacentes debido a que se evita transportar los suelos a vertedero y aportar otros nuevos.

Ventajas económicas

El empleo de los suelos de la traza y la eliminación del transporte suponen una reducción importante de costes.

La obtención de cimientos de mayor calidad permite una economía en los firmes y en el volumen total de áridos empleados en los mismos.

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Se reducen los plazos de ejecución dado que la estabilización se realiza con equipos de alto rendimiento y que se disminuye el espesor total de la explanada frente a las alternativas con suelos sin tratar.

Las ventajas técnicas y ambientales citadas también se traducen en beneficios económicos.

Limitaciones:

Las limitaciones para estabilizar suelos con cemento son fundamentalmente el que tengan contenidos elevados de sulfatos solubles (por encima del 1% se puede formar etringita muy expansiva) o de materia orgánica (puede inhibir el endurecimiento de la mezcla, aunque se puede resolver con altos contenidos de cemento). Aunque en principio todos los demás suelos pueden estabilizarse con cemento, las altas dotaciones de conglomerante que se precisan cuando el contenido de finos plásticos es muy elevado, así como las mayores dificultades de mezclado, aconsejan restringir los tratamientos con cemento a los suelos con un índice de plasticidad inferior a 15 y un cernido ponderal por los tamices UNE 2 mm y 0,063 mm superior al 20% e inferior al 35% respectivamente.

3. MATERIALES

SUELOS:

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El material por estabilizar con cemento podrá provenir de la escarificación de la capa superficial existente o ser un suelo natural proveniente de:

a.- Excavaciones o zonas de préstamo.

b.- Agregados locales de baja calidad.

c.- Mezclas de ellos

Cualquiera que sea el material a emplear, deberá estar libre de materia orgánica u otra sustancia que pueda perjudicar la elaboración y fraguado del concreto. Deberá, además los siguientes requisitos generales.

(a) Granulometría (agregados)

La granulometría del material a estabilizar puede corresponder a los siguientes tipos de suelos:

A-1 A-2 A-3 A-4 A-5 A-6 A-7

Además el tamaño máximo no podrá ser mayor de cincuenta milímetros (50mm).

(b) Plasticidad

Las restricciones del LL e IP del suelo, están indicadas en la guía referencial para la selección del tipo de aditivo estabilizador.

(c) Composición química

La proporción de sulfatos del suelo, expresado com SO4 no podra exceder de 0.2%.

(d) Abrasión

Si los materiales a estabilizar van a conformar capas estructurales los agregados deben tener un desgaste la abrasión no mayor del 50% (maquina de Los Angeles).

(e) Solidez

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Si los materiales a estabilizar van a conformar capas estructurales los agregados no deben presentar perdidas en sulfato de sodio superiores a 12% y en materiales finos superiores a 10%.

CEMENTO:

El cemento para estabilización será del tipo portland, según las características del suelo se tomara en cuenta la mejor elección del ejecutor en campo. Cumpliendo con lo especificado en la subsección 610B.02.

AGUA:

El agua deberá ser limpia y ertara libre de materia organica, álcalis y otras sustancias deletéreas.

4. EQUIPOS:

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ESCARIFICADORA DISGREGACION ADICION DE CEMENTO PORTLAND Y MEZCLADO ADICION DE AGUA EXTENDIDO, COMPACTADO Y ACABADO DE LA SUPERFICIE DE CAPA CURADO(FRAGUADO) CONTROL DE CALIDAD

5. PROCEDIMIENTO.

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Etapas de una estabilización con cemento:La estabilización de un suelo para obtener una explanada de calidad requiere realizar previamente los estudios de laboratorio oportunos para cada caso en particular. Las características del suelo (tipo, clasificación, grado de humedad, u otros) y la maquinaria disponible (actualmente hay en Perú un elevado número de equipos de última generación) son dos parámetros básicos que definen la forma de estabilizar y la cantidad de conglomerante más apropiada para conseguir las óptimas condiciones técnicas y económicas. Así, se pueden diferenciar las siguientes fases en una estabilización:

- Clasificación del suelo El primer paso, consiste en realizar los ensayos previos para caracterizar

correctamente el suelo. Para ello, se toman muestras suficientemente representativas del suelo (se excava en las zonas de desmonte hasta la cota de explanada y se cogen muestras válidas de los materiales de aportación de los terraplenes) y se llevan a cabo los ensayos de identificación. Al menos se debe definir la granulometría, la plasticidad (límites de Atterberg), el hinchamiento, la humedad natural, el contenido de materia orgánica y el de otros componentes perjudiciales, tales como sulfuros (piritas), sulfatos (yesos) o cloruros (sal gema) que puedan perturbar o incluso impedir el fraguado del cemento. - Elección y dosificación del conglomerante De acuerdo con las características del suelo se selecciona el tipo de conglomerante más apropiado para conseguir la capacidad de soporte o la resistencia solicitada.

En la figura 1 se incluye un gráfico orientativo sobre cuando usar cal o cemento, pues aunque esta posibilidad puede quedar determinada en la normativa (tabla 2) donde se fijan unos límites, hay casos de obras en los que, aun habiéndolos rebasado ligeramente, se han obtenido resultados correctos.

Otra opción que no hay que descartar, es

la estabilización mixta con cal y cemento, bien porque el suelo tenga mucha humedad y requiera previamente un secado, o

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bien porque contenga finos muy plásticos sobre los que no se consigue obtener resistencias con la acción del cemento. Con un 1-2% de cal se reduce la plasticidad, aumentando la humedad optima de compactación y disminuyendo la densidad máxima del suelo, y tras un período de maduración, con un 3-4% de cemento se pueden lograr las resistencias especificadas para obtener una explanada de calidad.

- Ensayos previos:

Definido el conglomerante, se realizan los ensayos de dosificación necesarios para conocer la cantidad del mismo a aportar. Para ello se realiza para cada contenido de cemento (o para un porcentaje medio) el ensayo Proctor Modificado siguiendo la norma y se determina la humedad óptima y la densidad máxima de compactación. Posteriormente se obtiene el valor del índice CBR, en el que se exige una resistencia de 1,5 MPa a la edad de 7 días, se confeccionan probetas para ensayar a compresión a dicha edad.

La fórmula de trabajo debe indicar al menos: - La granulometría del suelo, los límites de Atterberg y las demás características

definidas anteriormente. - La humedad óptima del material en el momento del mezclado. - La densidad a obtener, que no debe ser inferior al 97% de la máxima Proctor

modificado. - El tipo y dotación de cemento a utilizar: Dada la variabilidad de las características de los suelos que pueden encontrarse

en un firme, es aconsejable para asegurar una homogeneización correcta que la dotación de cemento no sea inferior al 3% (aunque algunas normas limitan al mínimo del 2,5%) a fin de asegurar la obtención de la capacidad de soporte o la resistencia especificada a lo largo de toda la obra y evitar problemas posteriores, en general muy costosos de solucionar.

La dosificación óptima de cemento se determina ensayando varias series de probetas con distintas dotaciones de cemento. Dichas probetas se fabrican con la humedad óptima y la densidad mímima exigida en obra. Se debe adoptar un cierto margen de seguridad para tener en cuenta la variabilidad de la obra. Una vez definido el contenido de cemento conviene realizar un análisis de sensibilidad sobre probetas compactadas a diferentes densidades. De esta forma se puede determinar la dotación de conglomerante a añadir al suelo que garantice suficientemente la obtención de las prescripciones exigidas (CBR o resistencia) con las densidades alcanzadas en obra.

Etapas de la ejecución

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La estabilización de un suelo puede realizarse in situ o en central. Este último proceso es similar al de otras unidades de obra como el suelo cemento, pero es poco frecuente.

Las operaciones a realizar en la estabilización in situ son en general las siguientes:

• Preparación del suelo al menos en tres aspectos básicos: granulometría (escarificado, disgregación y retirada de gruesos), humedad (humectación o secado) y nivelación. • Distribución del conglomerante: según como se realice, se diferencia entre estabilizado por vía seca (el cemento se extiende en polvo sobre la superficie de la capa a estabilizar) o por vía húmeda (se incorpora como lechada al suelo dentro de la estabilizadora). • Mezclado: un adecuado proceso de mezclado, con la humedad apropiada para asegurar una buena homogeneidad del suelo estabilizado en todo el espesor requerido, es muy importante para lograr un aprovechamiento óptimo de esta unidad. • Compactación inicial: tras el mezclado se realizan varios ciclos de compactación con el rodillo vibrando a su máxima amplitud para compactar bien el fondo de la capa. • Refino o nivelación: posteriormente se lleva a cabo un refino con la motoniveladora para obtener la rasante. • Compactación final: se realiza con un rodillo liso, que a veces se combina con un rodillo de neumáticos para cerrar la superficie, hasta obtener como mínimo la densidad especificada. Tanto en esta etapa como en la compactación inicial es importante mentalizar al maquinista de la importancia de su trabajo por lo monótono que resulta y controlar a menudo que el proceso se realiza correctamente. • Curado y/o protección superficial: El curado se puede realizar manteniendo la superficie húmeda mediante un riego con agua pulverizada, o bien extendiendo una emulsión bituminosa de rotura rápida y baja viscosidad con una dotación mayor de 300 gr/m2 de betún residual. Para poder soportar el paso inmediato de los vehículos sin que se produzcan deformaciones importantes que puedan perjudicar su comportamiento posterior, el suelo estabilizado con cemento debe tener un esqueleto mineral con estabilidad suficiente. Para la estimación de la misma, se emplea el índice de capacidad de soporte inmediata, que debe ser como mínimo igual a 50 para poder permitir la apertura a la circulación. En este caso se debe proteger el riego de curado con una gravilla 3-6, aplicada con una dotación 2-4 l/m2.

De acuerdo con los equipos disponibles, algunas de las operaciones anteriores pueden agruparse o realizarse conjuntamente. Los equipos usualmente empleados y el objetivo de cada etapa se resumen en el cuadro siguiente:

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6. LIMITACIONES A LA EJECUCIÓN

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5.1. Ejecución en época calurosa:

En épocas calurosas, las altas temperaturas pueden dar lugar a una desecación del material que altera desfavorablemente las relaciones de hidratación del cemento. Algunas de las medidas que se pueden emplear para reducir estos problemas cuando se extiende a temperaturas superiores a 35 ºC son:

Empleo de cementos con alto contenido en adiciones (Tipo IV, V o ESP VI) y resistencia 32,5 N, que tienen un menor calor de hidratación, lo que se traduce en una fisuración más reducida.

Empleo de un retardador de fraguado para incrementar el plazo de trabajabilidad, que en estos casos disminuye

Mezclado con agua fría, incrementando el volumen de agua para prever la evaporación que se producirá durante el proceso.

pulverización de agua durante la compactación. Extensión del riego de curado inmediatamente.

5.2. Ejecución en época fría:

No se debe extender el material cuando la temperatura ambiente descienda por debajo de 5ºC y exista fundado temor de heladas, ya que la ganancia de resistencia es muy débil y prácticamente inexistente por debajo de dicha temperatura. En caso de que la temperatura tienda a aumentar, se puede fijar este límite en 2ºC. En este caso se deberán emplear cementos con un contenido reducido de adiciones (tipo II) y categoría resistente 42,5 N y obtener altas resistencias. Por otra parte, en caso de ser factibles recomendable realizar la mezcla con agua caliente.

5.2. Ejecución en época lluviosa:

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En caso de lluvia la ejecución de la estabilización debe suspenderse, tanto por la gran dificultad para compactar el material al incrementarse considerablemente la humedad por encima de la óptima, como por el peligro de que se produzca un lavado de la superficie. No obstante, se puede trabajar cuando haya una lluvia fina y ligera, que tienda a desaparecer.

Ejecución con viento fuerte En caso de dosificarse el cemento en polvo, no se debe extender cuando haya viento fuerte (velocidad por encima de 35 km/h). Si el cemento se incorpora como lechada, hay que tener en cuenta que, incluso aunque se esté en un ambiente marítimo con un alto porcentaje de humedad, la capacidad del viento para desecar rápidamente la superficie del material es muy alta, por lo que se deberán tomar las precauciones adecuadas.

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7. ENSAYOS Y RECUENCIAS

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8. CONCLUSIONES Y COMENTARIOS

Para poder obtener una compactación con el CBR adecuado y las propiedades físicas y químicas del suelo apropiadas para nuestro paquete estructural entonces tendremos que estudiar al suelo dese el punto donde esta nuestra subrogante y poder analizar sus estratos y poder identificar los materiales por los cuales está compuesta. Para ello mandaremos muestra a laboratorio y este laboratorio nos dirá cuál es el porcentaje de material orgánico y su máxima densidad seca y cuál es el óptimo contenido de humedad para lograr la compactación requerida en campo. De no ser que el suelo sea el apropiado nosotros podremos optar por estabilizar nuestro suelo ya sea con cemento hidráulico o con cal según sea el caso.

En el caso de estabilizar el suelo con cemento tomar las precauciones que ya se observaron según el clima o tipo de suelo y sus dosificaciones correspondientes con la maquinaria adecuada para el esparcimiento y mezclado del suelo con el cemento y toma en cuenta que cada cierto tramo debemos tomar muestras para poder estar seguros de que el trabajo realizado sea adecuado y llegar a los parámetros que debemos cumplir como ejecutores o supervisores.

Un pequeño comentario acerca de la estabilización de suelos es que no siempre será con cemento ya que muchas veces será necesario usar sistema de estabilización con cal o sistema mixto cal – cemento según sean las propiedades de nuestro suelo y poder obtener sus mejoras correspondientes al mismo suelo.

Tomar en cuenta que todo se debe basar en un costo – beneficio y si en el caso de que se tenga una cantera cercana poder tomarla en cuenta y hacer el cambio de subrasante para una mejora si el costo lo permite.

La estabilización con cal o cemento son unos sistemas un tanto medio ambientales ya que no usamos las maquinarias para realizar grandes movimientos de suelos y traer materiales de préstamo y nos reducimos costos con el ahorro de estas maquinarias, aplicando la estabilización con cemento, cal y/o sistema mixto cemento/cal.

Antes de realizar nuestro tramo total de estabilización realizar tramos de prueba tal y como la norma del MINISTERIO DE TRANSPORTES Y COMUNICACIONES nos indica, esto es para no cometer errores que nos perjudicara gravemente en lo que son costos.

Las pruebas después de la estabilización también se tienen que realizar como la del cono de arena para poder determinar si se llegó a la densidad correspondiente.

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9. BIBLIOGRAFIA

SECCION 306B (2005) DEL MINISTERIO DE TRASPORTES Y

COMUNICACIONES

IECA (MANUALES DE ESTABILIZACION CON CEMENTO)

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. CURTIS, W. E. & FORBES, A. J. Determination of cement of soil-cement

mixturee. Washington, D.C., Hiqhway research Record, 1963. p.123-32.

(Number 36).

2. DAVIDSON, D. T. & BRUNS, B. W. Comparison of type I and type III portland

cements for soil stabilization. Washington, D.C., Highway Research Board,

1960. p.28-45. (Bul. 267).

3. AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS (ASTM). Freezing and

thawing tests of compacted zoil-cement, mixtures; D 560. In:_____. Book of

ASTM standards. Philadelphia, 1978. V.19.

4. GRESILLON, Jean-Michel. Etude de l'aptitude des sols a la stabilisation au

ciment; application a la construction. Annales I.T.B.T.P., Paris, (361): 1-8, Mai

1978.

5. MACLEAN, D. J. & LEWIS, W. A. British practice in the design and specification

of cement-stabilized bases and subbases for roads. Washington, D.C., Highway

Research Record, 1963. p.56-76. (Number 36).

6. NORLING, L. T. Standard Laboratory tests for soil-cement; development,

purpose and history of use. Washington, D.C., Highway Research Record,

1963. p.1-10. (Number 36).

7. PORTLAND CEMENT ASSOCIATION (PCA). Soil-cement laboratory handbook.

Skokie, 1959. (SC 6-5).

8. AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS (ASTM). Tests for

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