Trabajo De Grado - Determinar La Dispersividad De Las Arcillas Mediante.pdf

DETERMINACION DEL GRADO DE DISPERSIVIDAD EN SUELOS CAOLINITICOS MODIFICADOS CON SALES DE POTASIO Y CALCIO

ALEXANDRA CAROLINA SIERRA SOSA KELLY JOHANNA ESCUDERO EGUIS

FACULTAD INGENIERIA PROGRAMA INGENIERIA CIVIL BOGOTÁ, D. C, 2016

DETERMINACION DEL GRADO DE DISPERSIVIDAD EN SUELOS CAOLINITICOS MODIFICADOS CON SALES DE POTASIO Y CALCIO

ALEXANDRA CAROLINA SIERRA SOSA KELLY JOHANNA ESCUDERO EGUIS

Proyecto de Grado para optar al título de Ingeniero Civil

Director Ing. Juan Carlos Ruge

FACULTAD INGENIERIA PROGRAMA INGENIERIA CIVIL BOGOTÁ, D. C, 2016

NOTA DE ACEPTACIÓN ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________

___________________________________________________ Firma del presidente del Jurado

___________________________________________________ Firma del Jurado

___________________________________________________ Firma del Jurado

Bogotá,Mayo de 2016

AGRADECIMIENTOS

Inicialmente deseo agradecerle este trabajo a Dios por haberme permitido llegar a este punto, a mi madre Elepsia Rivas el pilar en mí vida, mi esposo Javier Ordoñez por sus consejos y por la motivación constante, pero más que nada, por su amor, mi tía Nancy Escudero y a todas las personas que siempre creyeron en mi capacidad, es grato saber que la fuerza y determinación que poseemos cuando queremos alcanzar algo, es indispensable para llegar a la meta. A Alexandra Sierra, compañera incondicional, ya que valió la pena luchar juntas por una meta, te doy las gracias por tu apoyo y afecto.

Kelly Johanna Escudero Eguis

CONTENIDO Pág. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................... 18 1.

GENERALIDADES........................................................................................................... 19 1.1.

2.

3.

ANTECEDENTES Y JUSTIFICACION ................................................................. 19

1.1.1.

Arcillas dispersivas a nivel mundial ............................................................... 19

1.1.2.

Antecedentes Nacionales ............................................................................... 22

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ........................................................................... 24 2.1.

DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA ......................................................................... 24

2.2.

FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ....................................................................... 24

OBJETIVOS ...................................................................................................................... 25 3.1.

OBJETIVO GENERAL............................................................................................. 25

3.2.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS .................................................................................. 25

4.

ALCANCES Y DELIMITACIONES ................................................................................ 26

5.

MARCO DE REFERENCIA ............................................................................................ 27 5.1.

MARCO TEORICO .................................................................................................. 27

5.2.

MARCO CONCEPTUAL ......................................................................................... 29

5.2.1. 6.

ENSAYOS DE LABORATORIO ..................................................................................... 34 6.1.

ENSAYO DOBLE HIDROMETRO – CAOLINITA ............................................... 34

6.1.1.

Hidrometría sin agitar. ..................................................................................... 37

6.1.2.

Doble Hidrómetro 10% Sal de Potasio. ........................................................ 38

6.1.3.

Doble Hidrómetro 10% Sal de Calcio............................................................ 39

6.2.

ENSAYO PINHOLE ................................................................................................. 40

6.2.1.

ENSAYO PINHOLE – CAOLINITA. ............................................................... 42

6.2.2.

Ensayo de Pinholemás 10% de sal de Potasio. .......................................... 43

6.3.

7.

Ensayo Pinhole. ................................................................................................ 30

ENSAYO DE PINHOLE........................................................................................... 47

6.3.1.

Pinhole Caolinita más el 25% de Sal de Calcio. ......................................... 47

6.3.2.

Pinhole Caolinita más el 25% de Sal de Potasio. ....................................... 49

RESULTADOS OBTENIDOS ......................................................................................... 52

7.1.

ENSAYO DOBLE HIDROMETRO ......................................................................... 52

7.1.1.

Ensayo Doble Hidrómetro Con 10% De Potasio ......................................... 54

7.1.2.

Ensayo Doble Hidrómetro Con 10% De Calcio ........................................... 56

7.2.

ENSAYO PINHOLE – CAOLINITA ........................................................................ 60

7.2.1.

Ensayo Pinhole – Caolinita Mas 10% De Calcio ......................................... 61

7.2.2.

Ensayo Pinhole – Caolinita más 10% De Potasio....................................... 62

7.3.

ENSAYO DE CRUMB ............................................................................................. 63

7.3.1.

Características de los suelos analizados. .................................................... 64

8.

CONCLUSIONES............................................................................................................. 68

9.

BIBLIOGRAFIA ................................................................................................................. 70

ANEXOS .................................................................................................................................... 72

LISTA DE TABLAS

Pág. . Tabla 1Datos básicos .............................................................................................................. 52 Tabla 2 Resultados consolidados Doble Hidrómetro Caolinita sin agitar ....................... 52 Tabla 3 Resultados consolidados Doble Hidrómetro Caolinita agitada} ......................... 53 Tabla 4 Determinación de K de acuerdo a la Gravedad Especifica................................. 53 Tabla 5 Resultado de la muestras agitadas y sin agitar .................................................... 53 Tabla 6 Porcentaje de Dispersión y clasificación ................................................................ 54 Tabla 7 Clasificación del suelo de acuerdo a resultados ................................................... 54 Tabla 8 Datos iniciales doble hidrómetro Con 10% de potasio ........................................ 54 Tabla 9 Resultado doble hidrómetro caolinita agitado al 10% K ...................................... 54 Tabla 10 Resultado doble hidrómetro caolinita sin agitar al 10% K ................................. 55 Tabla 11 Determinación de K de acuerdo a la Gravedad Especifica .............................. 55 Tabla 12 Resultado doble hidrómetro caolinita al 10% K .................................................. 55 Tabla 13 Porcentaje de Dispersión y clasificación.............................................................. 56 Tabla 14 Clasificación del suelo de acuerdo a resultados................................................. 56 Tabla 15 Doble hidrómetro con 10% de calcio .................................................................... 57 Tabla 16 Resultados doble hidrómetro caolinita agitado 10% de calcio ......................... 57 Tabla 17 Resultado doble hidrómetro caolinita sin agitar al 10% Ca .............................. 57 Tabla 18 Determinación de K de acuerdo a la Gravedad Especifica .............................. 58 Tabla 19 Resultado doble hidrómetro caolinita al 10% Ca................................................ 58 Tabla 20 Porcentaje de dispersión y clasificación .............................................................. 58 Tabla 21 Clasificación del suelo de acuerdo a resultados................................................. 59 Tabla 22 Pinhole- caolinita ..................................................................................................... 60 8

Tabla 23 Pinhole – caolinita más 10% de calcio ................................................................. 61 Tabla 24 Pinhole – caolinita más 10% de potasio .............................................................. 62 Tabla 25. Limite líquido ........................................................................................................... 64 Tabla 26. Limites Plástico ....................................................................................................... 65 Tabla 27. Humedad de compactación .................................................................................. 65 Tabla 28 Muestras sometidas al ensayo crumb en presencia de ClCa y ClK ................ 66 Tabla 29 Muestras sometidas al ensayo crumb en presencia de ClCa y ClK ................ 67 Tabla 30 Resultados del ensayo crumb ............................................................................... 67

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LISTA DE FIGURAS

Pág. Figura 1 Muestra en Kg ........................................................................................................... 34 Figura 2 Disolución del agente dispersante ........................................................................ 34 Figura 3 Transferencia lechada al vaso agitador ............................................................... 35 Figura 4 Transferencia lechada a la probeta ...................................................................... 35 Figura 5 Agitación de la muestra ........................................................................................... 36 Figura 6 Suelo en suspensión después de 15´ .................................................................. 36 Figura 7 Toma de datos después de 15´ ............................................................................ 37 Figura 8 Dispersividad de la caolinita sin agente y sin agitar .......................................... 37 Figura 9 Dispersividad de la caolinita sin agente y sin agitar 2 horas ............................ 38 Figura 10 Toma de muestra .................................................................................................. 38 Figura 11 Procedimiento y análisis de la muestra ............................................................. 39 Figura 12 Doble Hidrómetro 10% sal de calcio .................................................................. 39 Figura 13 Lectura de tiempo para sedimentación de la muestra .................................... 40 Figura 14 Compactación de la Muestra Harvard miniatura ............................................. 41 Figura 15 Preparación de la Muestra en el equipo pinole ................................................ 41 Figura 16 Maquina Pinhole laboratorio ................................................................................. 42 Figura 17 Muestra en la máquina Pinhole .......................................................................... 42 Figura 18 Muestra luego del ensayo Pinhole ..................................................................... 42 Figura 19 Especimen analizado............................................................................................. 43 Figura 20 Resultados de la muestra luego de Pinhole ..................................................... 44 Figura 21 Resultado de la Muestra luego de 300´ a 180 mmca ´ ................................... 44 Figura 22 Resultado de la Muestra luego de 300´ a 380 mmca ...................................... 44 10

Figura 23 Resultado de la Muestra luego de 300´ a 1020 mmca ................................... 45 Figura 24 Pinhole para observar si tiene el mismo diámetro ........................................... 45 Figura 25 Resultado de la Muestra luego de 600´ a 110 mmca ClCa ............................ 46 Figura 26 Resultado de la Muestra luego de 300´ a 180 mmca ClCa ............................ 46 Figura 27 Resultado de la Muestra luego de 300´ a 380 mmca ClCa ............................ 46 Figura 28 Resultado de la Muestra luego de 300´ a 1020 mmca ClCa ......................... 47 Figura 29 Pinhole para observar si tiene el mismo diámetro ClCa ................................. 47 Figura 30 6.4.1. Pinhole Caolinita más el 25% de Sal de Calcio ................................. 48 Figura 31 Toma de muestra a 180mmca después de 300´ ............................................. 48 Figura 32 Toma de muestra a 380mmca después de 300´ ............................................. 48 Figura 33 Toma de muestra a 1020 mmca después de 300´ .......................................... 49 Figura 34 Pinhole para observar si tiene el mismo diámetro al 25% mas .................... 49 Figura 35 Pinhole Caolinita más el 25% de Sal de Potasio ............................................. 49 Figura 36 Toma de muestra al 25% de ClK a 180mmca luego de 300´ ........................ 50 Figura 37 Toma de muestra al 25% de ClK a 380mmca luego de 300´ ........................ 50 Figura 38 Toma de muestra al 25% de ClK a 1020mmca luego de 300´ ...................... 51 Figura 39 Comparación de cambio de la aguja al 25% de ClK ...................................... 51 Figura 40Muestras de caolinita para el ensayo crumb ..................................................... 63 Figura 41 Muestra de caolinita sumergida en agua destilada ......................................... 63

.

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LISTA DE ANEXOS

Pág.

ANEXOS 1. Tabla de Clasificación de Arcillas Dispersivas según Norma ASTM D4647 ......................................................................................................................................... 72 ANEXOS 2. Formato para el registro de datos ensayo hidrómetro caolinita agitado. . 73 ANEXOS 3.Formato para el registro de datos ensayo hidrómetro caolinita sin agitar . 74 ANEXOS 4. Ensayo hidrómetro caolinita más 10% de calcio........................................... 75 ANEXOS 5. Ensayo hidrómetro caolinita más 10% de potasio ........................................ 76 ANEXOS 6. Ensayo pinhole caolinita ................................................................................... 77 ANEXOS 7. Ensayo pinhole caolinita más 10% de calcio ................................................. 78 ANEXOS 8. Ensayo pinhole caolinita más 10% de potasio .............................................. 79

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GLOSARIO

AFORAR: Medir la cantidad de agua que lleva una corriente en una unidad de tiempo. ARCILLA: Tierra finamente dividida, constituida por agregados de silicatos de aluminio hidratados, que procede de la descomposición de minerales de aluminio, blanca cuando es pura y con coloraciones diversas según las impurezas que contiene. ASENTAMIENTO: Dicho de un líquido: posarse (‖ depositarse en el fondo sus partículas sólidas). CALCIO: Elemento químico metálico, de núm. atóm. 20, de color blanco o gris, blando y muy ligero, muy abundante en la corteza terrestre en forma de carbonato o de sulfato, que es un componente esencial de huesos, dientes, caparazones y estructuras vegetales, y tiene gran importancia en el metabolismo celular. CAOLINITA: Arcilla blanca muy pura que se emplea en la fabricación de porcelanas, aprestos y medicamentos. COMPACTACION: Dicho de un cuerpo: De textura apretada y poco porosa. DENSIDAD: Magnitud que expresa la relación entre la masa y el volumen de un cuerpo, y cuya unidad en el sistema internacional es el kilogramo por metro cúbico DISPERSION: Sustancia aparentemente homogénea, en cuyo seno hay otra finamente dividida. DISPERSIVIDAD: una propiedad empírica de un medio poroso que determina la dispersión característica del medio relacionando los componentes de velocidad de poro para el coeficiente de dispersión. ENSAYO: Prueba que se hace para determinar si una cosa funciona o resulta como se desea. EROSION: Desgaste y modelación de la corteza terrestre causados por la acción del viento, la lluvia, los procesos fluviales, marítimos y glaciales, y por la acción de los seres vivos. ESMECTITA: Conjunto de filosilicatos pertenecientes al grupo de los minerales de la arcilla.

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ESPECIMEN: Muestra, modelo o ejemplar que tiene las cualidades o características que se consideran representativas de la especie a la que pertenece. ESTRUCTURA: Disposición o modo de estar relacionadas las distintas partes de un conjunto. FILTRACION: Dejar [un cuerpo sólido] que pase un fluido a través de él. FREATICO: Dicho de una capa del subsuelo: Que contiene aguas freáticas. GRADIENTE: Razón entre la variación del valor de una magnitud en dos puntos próximos y la distancia que los separa. GRANULOMETRIA: Tamaño de las piedras, granos, arena, etc., que constituyen un árido o polvo. GRIETA: Hendidura alargada que se hace en la tierra o en cualquier cuerpo sólido. HALOISITA: Arcilía de color blanco, blanda y fácil de cortar. HEXAMETAFOSFATO: Un anión cíclico, polimérico compuesto por seis grupos fosfato vinculados P6O186-; cualquier sal que contiene este anión. HIDROMETRO: Instrumento que sirve para medir el caudal, la velocidad o la fuerza de las corrientes líquidas. ILLITAS: Es un mineral de la clase 9 silicatos, según la clasificación de Strunz, del grupo de las micas. Es una arcilla no expansiva, micácea. La illita es un filosilicato o silicato laminar. INMERSION: Introducción completa de un cuerpo en un líquido. LATERITA: Es el suelo propio de las regiones cálidas, caracterizado por la pobreza en sílice y su elevada cantidad de hierro, alúmina y/u otros minerales. MASA: Mezcla consistente, homogénea y maleable que se consigue deshaciendo sustancias sólidas, machacadas o pulverizadas en sustancias líquidas; en especial la que se emplea en la elaboración de productos de repostería. PARTICULAS: Es el fragmento más pequeño de materia que mantiene las propiedades químicas de un cuerpo. PERMEABILIDAD: Que deja pasar agua u otro líquido a través de sus poros.

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PICNOMETRO: Recipiente de pequeñas dimensiones que se usa para determinar la densidad de un sólido o de un líquido. PLASTICIDAD: Propiedad que tiene un material de ser moldeado o trabajado para cambiarlo de forma. POROSIDAD: O fracción de huecos es una medida de espacios vacíos en un material, y es una fracción del volumen de huecos sobre el volumen total. POTASIO: Elemento químico de número atómico 19, masa atómica 39,102 y símbolo K; es un metal alcalino plateado, blando y ligero, que se oxida fácilmente y produce llama en contacto con el agua; se encuentra en grandes cantidades en la naturaleza en algunos minerales y en el tejido vegetal y animal, y es uno de los componentes fundamentales de los suelos fértiles; se usa en las células fotoeléctricas, y sus compuestos tienen numerosísimas aplicaciones.. PRESION: Fuerza que ejerce un gas, un líquido o un sólido sobre una superficie. SUELO: Superficie de la corteza terrestre. TEMPERATURA: Grado o nivel térmico de un cuerpo o de la atmósfera. TURBIDEZ: Que está alterado por una cosa que le quita la transparencia o la claridad. VERMICULITA: Sustancia mineral, de la familia de la mica, que, bajo la acción del calor, se deshidrata y toma un volumen mayor y aspecto similar al de una masa de gusanos; se usa como aislante y absorbente.

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RESUMEN

Los suelos dispersivos son suelos particulares que pueden encontrarse en cualquier parte del mundo, el cual presenta un tipo de comportamiento inusual ya que se encuentra saturado o en presencia de flujos de agua que alteran su composición. Su estudio y los diferentes métodos de caracterización que existen son de gran importancia ya que ayudan a prevenir fallas en la construcción de una Obra civil. A lo largo de este documento se encuentran conceptos teóricos que tratan sobre la caracterización de los suelos dispersivos, como se presentan, porque se producen y los ensayos que se tienen en laboratorio para la identificación de la dispersividad de las arcillas. Cuenta además con antecedentes históricos y obras a nivel mundial en donde los suelos dispersivos han sido parte relevante y determinante durante y después de su construcción. Además se detallan algunos antecedentes en Colombia, aunque por la poca documentación con la que se cuenta no existe mayor información sobre dicho tema. De acuerdo a lo investigado se tiene que el mayor número de daños por suelos dispersivos se presentan en las obras de contención, terraplenes y estructuras en donde el elemento más predominante es el agua que siempre está presente. El ensayo de Pinhole es el más acertado al momento de realizar la clasificación de un suelo. También se debe tener en cuenta que las demás pruebas para caracterización de un suelo como el Ensayo de Crumb y el Ensayo de Doble Hidrómetro se deben llevar a cabo para obtener mejores resultados. Es por esto que en este trabajo se realizan los tres ensayos utilizando dos sales: Cloruro de Sodio y Cloruro de Potasio, dejando abierta la posibilidad para profundizar en la investigación de los suelos dispersivos utilizando diferentes sales

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ABSTRACT

Dispersive soils are particular soils that can be found anywhere in the world, which presents an unusual type of behavior because it is saturated or in the presence of water flows that alter its composition. His study and the different methods of characterization that there are of great importance as they help prevent failures in the construction of civil works. Throughout this document are theoretical concepts dealing characterization dispersive soils, as presented, because they are produced and the tests are laboratory for identifying dispersivity of clays. It also has historical background and works worldwide where dispersive soils have been important and decisive part during and after construction. In addition some background detailed in Colombia, although little documentation with which it has no further information on that topic. According to the investigation it has the largest number of damage dispersive soils occur in the containment works, earthworks and structures where the dominant element is water that is always present. Pinhole testing is the most accurate at the time of the classification of a soil. It should also be noted that other tests for characterization of soil and Crumb Testing and Test Double Hydrometer should be performed for best results. That is why in this work the three tests are performed using two salts: sodium chloride and potassium chloride, leaving open the possibility for further research of dispersive soils using different salts.

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INTRODUCCIÓN Al hablar de un suelo arcilloso desde el punto de vista de la Ingeniería Civil, estos se convierten en el mayor inconveniente en problemas de estabilidad en un gran número de obras. En la naturaleza existen algunos suelos finos que su principal característica es ser erosionables; a esto se les conoce como suelos dispersivos.

Existen diferentes fenómenos de distinta naturaleza que producen la erosión de los suelos. Según Ghuman1 los mecanismos de erosión se pueden generar por fuerzas exteriores, al incrementarse la velocidad del fluido; o puede darse por degradación de las fuerzas internas, como la disolución química de cementos naturales o de la dispersión de arcillas, continuando la erosión hasta que las fuerzas externas e internas se equilibren.

La principal característica de la dispersividad es la erosión que produce en los suelos arcillosos, ya que no son suelos aptos para realizar ningún tipo de construcción, así como lo advierte la NSR-10 (Norma Sismo Resistente Colombiana) en el Capitulo H.9.2.5: “No deben utilizarse por ningún motivo materiales identificados o sospechosos de ser dispersivos, como materia prima para rellenos o terraplenes, hasta tanto no se compruebe su naturaleza por medio de ensayos apropiados.”

Para identificar las propiedades que determinan o caracterizan el comportamiento de un suelo se pueden determinar mediante ensayos de laboratorio los cuales identifican parámetros como contenido de humedad, permeabilidad, porosidad, densidad, forma y tamaño de las partículas (granulometría), estructura, plasticidad, entre otras, esto permite tener certeza del suelo sobre el cual vamos a construir.

Para el presente proyecto se busca profundizar en el tema de la dispersividad mediante un marco referencial que brinde algunos conceptos básicos sobre las arcillas dispersivas, además se busca mediante el desarrollo de ensayos como el Ensayo de Pinhole basado en la Norma ASTM D 4647-93 y Norma USBR 5410-90, el Ensayo de Crumb basado en la Norma USBR 5400-89 y el Ensayo de Doble Hidrómetro basado en la Norma ASTM D 4221-90, aplicarlos como herramientas para evaluar la dispersividad de las arcillas utilizando el Cloruro de Sodio y el Cloruro de Potasio como sales que intervienen en el desarrollo de estos ensayos que ayudan a determinar si la arcilla es o no dispersiva

1

GHUMAN, O.S., ALLEN, R.L.M Mc NEILL, R.L. Erosion, Corrective Maintenance, and Dispersive Clays, Proceedings American Society for Testing and Materials, Publication No. 623, 1976, pp. 172-190.

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1. GENERALIDADES 1.1.

ANTECEDENTES Y JUSTIFICACION

Los primeros eventos relacionados con las arcillas dispersivas se detectaron hace más de 100 años por agricultores, luego de esto el concepto fue entendible gracias a los científicos geotécnicos e Ingenieros Agrónomos Richards, 1954 y Yema 1937, aproximadamente hace 50 años, y, en el área de la Ingeniería Civil por fracasos presentados en la construcción de presas con arcilla (Aitchison y Wood, 1965), este concepto fue reconocido a inicios de los años 60 debido a una investigación realizada en Australia.

Los estudios que se realizaron indicaron inicialmente que las arcillas dispersivas se asociaban únicamente con suelos formados en climas áridos y/o semiáridos y en áreas de suelos alcalinos. Estos mismos problemas se presentaron en climas húmedos en países como Australia, Tasmania, México, Trinidad Brasil, Venezuela entre otras ciudades (Clark 1986).

1.1.1. Arcillas dispersivas a nivel mundial Australia - 1964 En una zona de suelos salinos, donde el embalse se llenó inicialmente con agua del pozo, con una concentración de sales relativamente alta; la presa se mantuvo estable durante algunos años, aunque se presentaron pequeñas perdidas continuamente por filtraciones menores. Tras la finalización de una tubería de 32 Kilómetros para traer agua de un rio con menor concentración iónica de sodio, la presa falló por tubificacion 3 días después debido a la reducción de la concentración de sales. Estados Unidos – 1972 En los estados de Oklahoma, Mississippi y Arizona, entre los años 1970 y 1972, se presentaron fenómenos de tubificacion y fallas sobre las estructuras de cientos de presas, debido a las intensas lluvias y a las características dispersivas de la arcilla.

Muchas de las presas fueron tratadas para protegerse de las fallas por tubificacion. En estas, se hicieron estudios de dispersión, físicos y químicos, donde la identificación en cambo no tuvo una buena correlación con las circunstancias del sitio o las pruebas de laboratorio hechas. El primer tratamiento que se usó, fue aplicar una capa de cal hidratada, para reducir la dispersividad y mejorar la resistencia del suelo; seguido por el relleno con capas de arena y grava para la eliminación de los túneles. 19

La estabilización del suelo con cal, es lograda a través del intercambio de cationes, la floculación, la aglomeración, la carbonatación de la cal y la reacción puzolanica2.

Las 3 primeras reacciones toman lugar rápidamente, cambiando las propiedades del suelo, como la resistencia y la plasticidad, mientras que la reacción puzolánica sucede en un momento diferente.

Tailandia - 1977 Entre los años de 1970 a 1977, un alto número de presas de tierra sufrieron seria tubificacion y erosión por lluvia, y otras tantas más fallaron durante el primer llenado del embalse. Un comportamiento típico las presas construidas con material arcilloso de características dispersivas.

Algunas medidas que se optaron para reparar las presas dañadas por este fenómeno de dispersión del suelo, envolvían el remplazo del material erodable y la prevención de futuras fallas para el existente y nuevo material por tratamientos físicos y químicos. Se instalaron nuevas zonas de impermeabilización conectadas a un lecho rocoso. Para proveer protección contra la tubificacion, fue ubicado un suelo tratado con yeso en la zona impermeable, la cresta de las presas fue sellada con una superficie de asfalto sobre una capa de laterita3. Aguas abajo, el material dañado fue removido y reemplazado. El tratamiento con cal también fue usado en la cresta para prevenir la erosión que pudiera existir por la filtración de agua a través del asfalto. Grecia – 1977 Se estudió la relación de las propiedades dispersivas de las arcillas con el rendimiento de las capas superiores de una presa de tierra antes del llenado, y la selección de materiales arcillosos para ser usados en la construcción de la estructura, suelos con alto contenido de sodio se encontraron, principalmente en las zonas donde la capa freática estaba cerca o variaba por encima de la superficie del suelo.

No se reportó ningún daño debido a la erosión por tubificacion en las presas, pese a las características dispersivas de la arcilla con que fue construida la estructura. Una posible explicación es que las aguas del rio tienen un alto 2

Una puzolana es un material, natural o artificial, que contiene fundamentalmente silicio y/o aluminio, lo que le da un carácter ácido y por tanto, una gran afinidad por la cal. La puzolana molida y en presencia de humedad reacciona con el hidróxido cálcico (activador) a temperatura ambiente, dando lugar a una nueva formación de compuestos estables, poco solubles en agua y de características cementantes 3 La laterita es el suelo propio de las regiones cálidas, caracterizado por la pobreza en sílice y su elevado contenido de hierro y alúmina

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contenido de calcio que pudo contribuir a minimizar los efectos de los fenómenos de erosión del agua que se filtra a través de las grietas de la presa. Brasil – 1977 En la represa de Sobradinho, en el estado de Bahía, existe una predominante cantidad de arcillas dispersivas, teniendo en cuenta el criterio de la “Concentración de sodio en el agua intersticial de los suelos”.

Se llevaron a cabo pruebas de filtros de arena utilizando probetas cilíndricas con un agujero circular céntrico y de grandes probetas prismáticas con una ranura vertical en el centro. Los resultados revelaron que los filtros de arena compactada, actuaron de manera segura para el control y sellado de las fugas a través de las grietas en la estructura.

Los ensayos de los filtros de arena fueron llevados sobre 3 especímenes: uno altamente dispersivo, con baja dispersividad y uno no dispersivo, variando la gradación de la arena, el tamaño del agujero, el gradiente hidráulico y la calidad del agua, muy similar a las condiciones del ensayo de Pinhole. Sur África – 1980 En Zimbabue, una presa sufrió daños debido a la erosión del suelo, el cual no registraba una cantidad de sodio significativa en los ensayos que se llevaron a cabo. Durante una visita a la presa, notaron que el área era rica en depósitos de litio, particularmente mica de litio, y teniendo en cuenta que el orden de reactividad de los metales alcalinos es Li >Na> K, inmediatamente concluyeron la causa de la alta dispersividad presentada. Para corregir, se inyectó cal hidratada sobre el suelo de la presa, para mitigar los efectos por el alto contenido de Litio. Pakistán – 1985 En la presa de Surla, también se trataron mecanismos de falla similares a las de las demás presas de tierra de los demás países.

El incremento de la humedad del suelo de cimentación en el llenado del depósito de agua, se produjo porque no se adoptaron medidas para comprobar filtraciones hacia el material expansivo de la base.

La erosión del material arcilloso en la base de la presa Surla, presentaba una naturaleza muy dispersiva. El agrietamiento de la estructura inicialmente se produjo debido a la presión por la expansión de las arcillas. Así, cuando el agua pasó por las losas y entró por debajo de ellas a través de las grietas, comenzó la erosión de las arcillas en la fundación. Grandes cavernas se 21

formaron bajo la estructura de hormigón y las losas posteriormente se hundieron en su propio peso, deslizándose dentro del rio.

1.1.2. Antecedentes Nacionales Bogotá – 2005 En el barrio Usme, al sur de Bogotá, estudiantes de la Universidad de la Salle se interesaron en la zona, debido a que algunas edificaciones han sufrido deterioros estructurales que indicaban este fenómeno.

Se llevaron a cabo ensayos de laboratorio sobre muestras representativas de suelos los de la zona para determinar su potencial de dispersividad. Para la caracterización, se hicieron 5 sondeos (Una muestra de suelo por cada sondeo) que incluían ensayos de clasificación de suelos (límite de Atterberg, granulometría, límite plástico, etc.) y el ensayo de Pinhole.

Con los resultados obtenidos en los ensayos de clasificación, determinaron que estos suelos corresponden a arcillas de baja plasticidad, que presentan dispersividad aunque las pruebas quimias hayan dado un resultado negativo en la salinidad de este. Sin embargo, el ensayo de Pinhole indicaba dispersión, lo que muestra que la erosionabilidad para esta zona, deberá ser causada por efectos físicos. Girón – 2005 Una catástrofe se presentó cuando el Rio de Oro se desbordó a causa de las fuertes y constantes lluvias que activaron una serie de deslizamientos de tierra, que terminaron con la destrucción de cerca de 1000 viviendas y la muerte de más de 20 personas.

Aparentemente la quebrada Angulito tuvo un cauce profundo y ancho hasta desembocar al Rio de Oro, que posteriormente fue obstaculizado por rellenos implementados con el fin de construir urbanizaciones. Estos depósitos contenían materiales arenosos característicos del rio de Oro y de limos provenientes del sector de la quebrada Angulito. La quebrada pertenece a la formación Bucaramanga, que corresponde a un depósito sedimentario aluvial caracterizado por erosionarse fácilmente, formando surcos y cárcavas que dan forma a los estoraques.

En la investigación se realizaron diferentes tipos de ensayos físicos (Crumb, Pinhole y doble hidrómetro) y químicos (pH y ESP). Como resultado de estos ensayos, se pudo establecer que los suelos de la zona presentan hasta un 22

90% de dispersividad, una cifra alarmante y que permite esclarecer una parte el porqué, de los deslizamientos que reportaron la tragedia.

En la literatura, los autores sugirieron como medida de prevención la adición de yeso agrícola como una posible solución a los problemas de dispersión. De igual manera, consideran que un plan de revegetalizacion de la cuenca, utilizando especies nativas como el fique, de raíz profunda, puede brindar al suelo una resistencia adicional que reduzca su susceptibilidad a deslizamientos.

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2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

2.1.

DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA

A lo largo del trabajo se ha evidenciado tanto a través de la historia, por hechos sucedidos y practica de ensayos de laboratorio, que las arcillas dispersivas representan una grave problema para la estabilidad de las estructuras que se construyen sobre estas, ya que su principal características y desventaja es que son suelos altamente erosionables. Estos suelos se dispersan en presencia de un flujo de agua, generando esto alta susceptibilidad a la erosión.

La erosión por dispersión de un suelo en específico, depende principalmente, de la mineralogía y la composiciónquímica de la arcilla, además de la presencia de sales disueltas en el agua presente en los poros del suelo y en el flujo de agua erosionable.

La turificación o erosión interna se define como el flujo de agua a través del suelo puede transportar partículas formando cavernas internas dentro de la tierra. Este problema puede iniciarse por cualquier tipo de grieta no importa el tamaño, las cuales hayan sido producidas por asentamientos diferenciales, sismos o grietas de tensión. Para que esta falla se produzca, se necesita que una grieta este presente desde el inicio.

2.2.

FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

¿Es posible generar una metodología para evaluar la dispersividad en arcillas desarrollando los métodos directos e indirectos recomendados por los estándares internacionales?

24

3. OBJETIVOS

3.1. 

3.2.

OBJETIVO GENERAL

Estimar el efecto en la dispersividad de suelos arcillosos con diferentes contenidos de sales minerales, a través de los ensayos Phinhole, Crumb y Doble Hidrómetro regido por la norma ASTM D4647 y Norma del USBR.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS



Caracterizar física y químicamente de diferentes muestras de arcilla (LL, LP, LC), luego de someterle a luego de someterle a diversas condiciones contaminación.



Ejecutar ensayo de Pinhole, Crumb y doble hidrómetro a diferentes muestras de arcilla



Analizar los resultados delos ensayos de los tipos de muestras de arcilla y la influencia de la cantidad de minerales en su dispersividad.



Hacer recomendaciones respecto a las metodologías de ensayo adecuadas para determinar correctamente la dispersividad en las arcillas.

25

4. ALCANCES Y DELIMITACIONES

Un limitante principal en la presente investigación de la dispersividad de las arcillas, y dado los ensayos a realizar, serán ejecutados sobre una muestra podrían resultar no representativos en el comportamiento total de las arcillas analizadas.

Cabe resaltar que durante la manipulación de las muestras, es posible alterar el comportamiento de estas, ante los estímulos aplicados al momento de obtener las mediciones de cada prueba, alterando así los resultados obtenidos.

Los resultados más consistentes son los que se producen cuando el contenido de humedad de la muestra no es alterado.

Es importante establecer que los métodos que serán analizados son sugeridos para situaciones donde el agua esté fluyendo como en el caso del ensayo Pinhol y el ensayo de Crumb para el agua en condiciones quietas, por lo anterior la comparación entre estos dos se pretende lograr evidenciar una buena correlación que permita resultado similares para la identificación de la dispersividad.

26

5. MARCO DE REFERENCIA

5.1. MARCO TEORICO Los suelos dispersivos, en el sentido geotécnico de la palabra, son aquellos susceptibles a erosión interna y turificación ante la presencia de agua relativamente pura. Cualquier suelo que contenga un alto porcentaje de sales intercambiables, puede ser dispersivo4.

La principal diferencia entre las arcillas dispersivas y arcillas ordinarias resistentes a la erosión es la naturaleza de los cationes en el agua presente en los poros de la masa de arcilla. En las arcillas dispersivas predominan los cationes de sodio, mientras que en las arcillas ordinarias predominan los cationes de calcio, potasio y magnesio en el agua de poros. En consecuencia, este fenómeno químico es propio de suelos salino. Camapun “Presenta el fenómeno de erosión interna, como un fenómeno de erosión subterránea en el cual la fuerza de infiltración del agua ocasiona la remoción de partículas al interior del suelo, formando cavidades en forma tubular, las cuales avanzan hacia el interior del suelo”5.

Este fenómeno, con el tiempo, lleva a la generación de canales que evolucionan en sentido contrario al del flujo del agua, pudiendo dar origen al colapso del terreno, los cuales provocan desprendimientos que agrandan las cárcavas o crean nuevos brazos6.

La erosión interna no es un fenómeno exclusivo de los taludes, donde se producen cárcavas, ésta también se puede generar a centenares de metros al interior de la masa de suelo, debilitando la estructura interna y generando regiones de infiltración preferencial. También, se propone que este fenómeno puede ser atribuido a antiguas galerías de hormigueros, cuyos vacíos favorecen la infiltración del agua y la dispersión de las partículas7.

4CAMAPUM,

José. Processos Erosivos no Centro- Oestre Brasileiro. 2 ed. Brasília: Finatec 2006. P. 86. 5 Ibíd., p. 102 6 Oliveira, Cadastrogeorrefenciado de erosões no Distrito Federal. Dissertacao de Mestrado. Brasília: Universidade de Brasilia, Faculdade de Tecnologia, Departamento de engenharia civil e ambiental. E. (2005). p.134 7 CAMAPUM, José. Processos Erosivos no Centro- Oestre Brasileiro. 2 ed. Brasília: Finatec 2006. P. 87.

27

La erosión interna o el fenómeno de dispersión en el suelo como tal, puede ocurrir, al presentarse una de las siguientes condiciones:La fuerza de infiltración sobrepasa la resistencia del suelo, generando la ruptura hidráulica; el gradiente hidráulico sobrepasa el gradiente crítico del suelo; la fracción gruesa del suelo no funciona como filtro para la fracción fina, generando el desplazamiento de esta última y propiciando la formación de grandes cavidades en la interior de los estratos o macizo8.

Los suelos residuales con características dispersivas incluyen aquellos con fracciones arcillosas compuestas principalmente de esméctita, vermiculita, haloisita y algunas illitas, pero rara vez caolinitas. Los suelos dispersivos pueden encontrarse en regiones húmedas tanto como en las regiones áridas9. De acuerdo a lo explicado por el geotecnia Holmgren, establece que “La erosión por dispersión”

La tendencia a una erosión por dispersión depende fundamentalmente del tipo de catión predominante en la estructura de arcilla, siendo los suelos sódicos más dispersivos que los que contienen calcio, potasio y magnesio. Por tanto, las arcillas dispersivas se caracterizan por presentar un elevado contenido de cationes sodio en el agua presente en sus poros. Estos cationes rodean totalmente a las partículas de arcilla haciendo que las fuerzas eléctricas repulsivas entre partículas excedan a las fuerzas atractivas, de tal forma que, cuando la arcilla entra en contacto con el agua, sus partículas son progresivamente desprendidas quedando así en suspensión. Las partículas suspendidas son finalmente acarreadas hacia los estratos inferiores del suelo, a través de los orificios dejados por raíces, la actividad de roedores o por la desecación del suelo10.

La erosión de suelos es un fenómeno de impredecibles consecuencias para estructuras hidráulicas, presas de tierra, terraplenes para carreteras, entre otras. Particularmente, cuando dicho fenómeno se asocia al uso inapropiado de arcillas dispersivas. Por lo anterior, este es un aspecto de vital importancia y que debe ser tenido en cuenta durante el diseño y construcción de los mencionados tipos de estructuras11.

Algunos suelos arcillosos pueden perder cohesión cuando se exponen al agua de una composición química particular (Arulanandan, 1975). Dichos suelos 8

Ibíd., p. 90 Fookes, P. G. Tropical Residual Soils. Londres: The Geological Society. (1997).p..124 10 Holmgren, F. Diccionario básico de Geotecnia. Medellín: Universidad Nacional de Colombia, Facultad de Minas, Escuela de Ingeniería Civil. 2007. p.. 34 11 Fookes, P. G. Tropical Residual Soils. Londres: The Geological Society. (1997).p..165 9

28

arcillosos naturales se dispersan o defloculan en presencia de agua relativamente pura y son, por lo tanto, altamente susceptibles a la erosión y la tubificación, incluso cuando el agua a la que se encuentran expuestos tiene poca o ninguna velocidad hidráulica. Tales suelos son conocidos como suelos dispersivos o arcillas dispersivas12.

5.2. MARCO CONCEPTUAL

Se denomina dispersión al proceso por el cual las partículas de arcilla de muy pequeñas dimensiones, ven disminuidas sus fuerzas de atracción molecular por efecto de la presencia de iones de sodio, lo que las vuelve susceptibles al arrastre o dilución De acuerdo la definición de Barden las “arcillas”:

Las arcillas son agregados de partículas microscópicas y su comportamiento está dominado principalmente por la actividad electroquímica.Son suelos plásticos dentro de límites extensos en contenido de humedad y cuando están secos son duros. Además poseen muy baja permeabilidad. En general tiene una carga negativa neta y presenta afinidad por el agua. Son derivadas de la composición química que sufren los constituyentes de las rocas y están compuestos en su mayor parte por silicatos de magnesio, hierro, potasio y otros; tienen una estructura cristalina definida, cuyos átomos se disponen en láminas. SILICICA Y ALUMINICA13.

Los minerales arcillosos tienen forma cristalina y están constituidos por dos unidades estructurales:Unidad tetraédrica: 4 oxígenos encierran un átomo de silicio y unidad octaédrica: un átomo de aluminio o magnesio está encerrado por 6 grupos de hidróxidos.14

Las arcillas expansivastiene unas propiedades que son características a lo que confiere a los suelo, la capacidad de aumentar su volumen ante la presencia de agua, de manera tal que disminuye la presión efectiva que actúa sobre los mismos.15 12

Ibídem., p. 167 Barden, L. (1965). Consolidation of compacted and unsaturated clays.Géotechnique, 15 (3): 267-286. 14 Idídem., p. 287 15 Barden, L. (1965). Consolidation of compacted and unsaturated clays.Géotechnique, 15 (3): 288 13

29

El fenómeno que produce una arcilla expansiva, es empleado por ingenieros para indicar un suelo que presenta por observación o pruebas, las características de expansión y contracción volumétrica cuando está sometido a incrementos o disminuciones en el contenido de humedad.Se aplica este nombre a cualquier suelo que sea capaz de mantenerse plástico con variaciones relativamente amplias de humedad.

En Norte América la arcilla significa limo no plástico, en otras palabras se usa para designar limos micáceos de baja plasticidad.

5.2.1. Ensayo Pinhole.Para realizar una caracterización de los suelos y su dispersividad se realiza el ensayo Pinhole bajo la norma ASTM D4647 .Este ensayo mide de forma cuantitativa la dispersividad en suelos arcillosos compactados o también puede utilizarse con muestras inalteradas, siguiendo las indicaciones respectivas. El procedimiento se basa en hacer fluir agua destilada a través de un orificio de 1 mm sobre el eje longitudinal de una muestra de acilla, observando la turbidez a la salida del flujo y clasificar el suelo de acuerdo con la nube de partículas disueltas por la acción de arrastre del agua, y el aumento en el tamañodel agujero por el cual se hizo fluir.

El ensayo Pinhole proporciona un método de identificación para las características de los suelos arcillosos usados en la construcción de elementos en tierra. Las fallas por turificación que se trataran de moldear son fenómenos que ocurren usualmente en presas de tierra, terraplenes y otros elementos. La falla se origina por la filtración de agua en las grietas que presenta los elementos, luego por la acción del flujo, algunas partículas entran en suspensión y son arrastradas generando asípérdidas de las propiedades mecánicas del elemento comprometiendo toda la estructura.

Este método modela la acción del agua fluyendo a lo lardo de las grietas presentes en las obras construidas en tierra. Se encuentran otros métodos indirectos tal como la prueba de doble hidrómetro y Crumb, los cuales reaccionan a la turbidez de una nube suspendida de arcilla como indicador de la dispersividad. La comparación de resultados entre el ensayo Pinhole contra las pruebas indirectas presenta una mejor correlación en la clasificación de los suelos dispersivos. El ensayo puede tener diferente análisis, pero uno de los cuales se tomará como referencia es el plateado por el Camapu donde:

30

“Propone analizar los resultados del ensayo Pinhole a partir de la curva Caudal vs Gradiente Hidráulico. Cuando se obtiene una curva con un comportamiento casi lineal y con un ligero desplazamiento hacia abajo, el suelo se considera como no dispersivo. Por otra parte el suelo se considera dispersivo, cuando la curva presenta inflexión bien marcada hacia la partesuperior de esta. Hay también, una curva en que el tramo de descarga de la curva muestra claramente valores muy pequeños, es decir, una disminución considerable en el caudal que fluye, en comparación con el dado para el tramo de carga. Esta es la curva típica que representa el fenómeno conocido como taponamiento, el cual es signo de un grado severo de dispersión en el suelo”16. 5.2.1.4 Clasificación. El desarrollo de esta prueba proporciona las bases para la clasificación del suelo dentro de la categoría de dispersivo acorde a los siguientes criterios. 

Método A. D1 – D2 Arcilla dispersiva que fallan rápidamente bajo una cabeza hidráulica de 50mm; ND4 – Nd3 Arcilla con características bajas o moderadas de dispersión, con cabezas hidráulicas entre 50 mm y 180 mm.;ND1 – ND2 Arcilla no dispersiva con baja erosión, cabezas hidráulicas entre 180 mm y 1020 mm



Método B. Arcilla dispersiva que se erosiona rápidamente con una cabeza hidráulica de 50 mm de presión; SD – Arcilla ligeramente dispersiva que se erosiona con una cabeza hidráulica de 180 mm de presió;ND – Arcilla no dispersiva bajo cabeza hidráulica de 380 mm de presión.



Método C. D2 Arcilla dispersiva que se erosiona rápidamente con cabeza hidráulica de 50 mm de presión; ND4 – ND3 Arcilla dispersiva que se erosionan ligeramente con cabezas hidráulicas entre 50 mm 180 mm y 380 mm de presión; ND2 – ND1 Arcilla no dispersiva



Aparato. El aparato utilizado en este ensayo es un cilindro acrílico con dimensiones de 100 mm de largo y 38 mm de diámetro interno provisto de dos cabezas con juntas y dos tornillos para el cierre. 

Cono truncado metálico de 10 mm de base inferior y de 3,8 mm de diámetro superior, y una altura de 12,7 mm, perforado por su eje longitudinal con un orificio de 1,58 mm de diámetro.

16

CAMAPUM, José. Processos Erosivos no Centro- Oestre Brasileiro. 2 ed. Brasília: Finatec 2006. P. 135

31





Seis malla metálicas en forma de disco No. 14 que se ajustan al interior del cilindro.



Manómetro con sensibilidad de 1 mm.



Agujas o brocas de 1,00 mm para perforar el orificio en la muestra.



Tuberías flexibles para conexiones.



Compactador tipoAmy, con una masa de 0,5 Kg y una altura de caída de 350 mm.



Probetas graduadas de 250 ml y 100 ml



Cronometro



Tamiz No. 10



Agua destilada.



Espátula.



Gravilla de granulometría comprendida entre los tamices No. 10 y No. 14.

Preparación de la muestra 



Suelo alterado y contenido de humedad  Retirar del suelo las partículas de arena y grava mayores a 2mm de diámetro.  Determinar el contenido de humedad, ajustar la humedad adicionando agua destilada.

Muestra alterada pulverizada y secado al aire

32





Retirar las partículas de arena y grava mayores a 2 mm de diámetro o Tamiz No. 10.



Adicionar agua destilada para brindarle al suelo 2 puntos por encima de la humedad requerida.



Compactar el suelo usando el compactador tipo Amy.



Retirar la muestra compactada del molde y almacenar la muestra en bolsas herméticas durante 24 horas.

Muestrasalteradas  Cortar la muestra de 40 mm de longitud para que ingrese en la posición correcta. 

Sellar el perímetro de la parte superior de la muestra con arcilla o masillas impermeables para evitar el flujo de agua entre la muestra y la pared del cilindro.

5.2.2. Ensayo CrumbEl ensayo de Emerson Crumb (Emerson, 1967) fue desarrollado como un procedimiento simple para identificar el comportamiento dispersivo en campo, pero ahora es muy frecuente usado en el Laboratorio17

17

SUELOS DISPERSIVOS [en línea]. agosto 2008,no. 520 [consultado 09 de noviembre de 2015]. Disponible en Internet: http://www.monografias.com/trabajos76/suelos-dispersivos/suelosdispersivos2.shtml#ixzz4A69SNRxO

33

6. ENSAYOS DE LABORATORIO 6.1. ENSAYO DOBLE HIDROMETRO – CAOLINITA Para caracterizar la muestra de caolinita y poder hacer comparativos con relación a los resultados de las arcillas modificadas, se realizó un ensayo de hidrometría de acuerdo a la norma INV E-123/13 y un ensayo similar pero sin agitar y sin utilizar hexametafosfato de sodio como agente dispersante.

Se toman inicialmente 50 g de caolinita que es la masa inicial del ensayo y a continuación se prepara una solución de hexametafosfato de sodio a razón de 40 g por litro de agua. En este caso se realizó una solución en 500 cm³ de agua y 50 g de hexametafosfato.

Figura 1 Muestra en Kg

Fuente: Archivo fotográfico de la investigación

Se vierte el agente dispersante en el agua y se agita hasta que se disuelva completamente, luego se vierten los 50 g de caolinita en 250 cm3 de solución dispersante y se deja en inmersión por un periodo no menor a 16 horas.

Figura 2 Disolución del agente dispersante

Fuente: Archivo fotográfico de la investigación 34

Cuando la muestra ha pasado el tiempo mínimo de inmersión, se transfiere la lechada al vaso del agitador de aspas y se agita por un periodo de 1 minuto a más de 10000 rpm.

Figura 3 Transferencia lechada al vaso agitador

Fuente: Archivo fotográfico de la investigación.

Al terminar el periodo de agitación, se transfiere nuevamente la lechada al cilindro sedimentador y se llena el cilindro sedimentador con agua hasta la marca de aforo que en este caso son 1000 ml. Poniendo la mano en el extremo abierto del cilindro se gira el cilindro 180° por un periodo de 1 minuto. Al terminar la agitación se coloca el cilindro sobre una superficie plana y se inicia la toma de lecturas en intervalos de 1, 2, 5, 15, 30, 60, 250 y 1440 minutos.

Figura 4Transferencia lechada a la probeta

Fuente: Archivo fotográfico de la investigación

35

Figura 5 Agitación de la muestra

Fuente: Archivo fotográfico de la investigación.

Figura 6 Suelo en suspensión después de 15´

Fuente: Archivo fotográfico de la investigación.

36

Figura 7 Toma de datos después de 15´

Fuente: Archivo fotográfico de la investigación.

6.1.1. Hidrometría sin agitar.Para poder hacer la determinación del grado de dispersividad de la caolinita se realiza un ensayo de hidrometría pero sin utilizar agente dispersante y sin agitar. Figura 8Dispersividad de la caolinita sin agente y sin agitar

Fuente: Archivo fotográfico de la investigación.

37

Figura 9Dispersividad de la caolinita sin agente y sin agitar 2 horas

Fuente: Archivo fotográfico de la investigación

6.1.2. Doble Hidrómetro 10% Sal de Potasio.Como se ha determinado el diámetro de las partículas para la caolinita con agente dispersante, se realiza un ensayo sin agitar con una muestra de caolinita inmersa en una solución de sal de potasio al 10%. Se realiza el mismo procedimiento sin agitación y se toman lecturas de acuerdo a la norma. Se toman 250 cm3 de agua del grifo y se le añaden 25 g de sal de potasio, seguido de esto se insertan dentro del vaso de precipitados una masa de 50 g de caolinita y se deja en inmersión por un periodo no menor a 16 horas. Pasado el periodo, se trasfiere la lechada al cilindro sedimentador y se llena con agua del grifo hasta la marca de aforo e inmediatamente se inician las tomas de lecturas.

Figura 10 Toma de muestra

Fuente: Archivo fotográfico de la investigación. 38

Figura 11 Procedimiento y análisis de la muestra

Fuente: Archivo fotográfico de la

investigación

6.1.3. Doble Hidrómetro 10% Sal de Calcio.Se toma 50 g de caolinita como masa inicial. En un vaso de precipitados se toman 250 cm3 de agua y con 25 g gramos de sal de calcio se prepara una solución en la cual se vierte la caolinita y se deja en inmersión por un periodo no menor a 16 horas. Figura 12 Doble Hidrómetro 10% sal de calcio

Fuente: Archivo fotográfico de la investigación.

Terminado el periodo de inmersión, se vierte la lechada en el cilindro sedimentador y se llena con agua hasta el aforo. A partir de ese momento se 39

empiezan a tomar lecturas de acuerdo a los intervalos de tiempo estipulados en la norma.

Figura13 Lectura de tiempo para sedimentación de la muestra

Fuente: Archivo fotográfico de la investigación.

6.2.

ENSAYO PINHOLE

Para la determinación del grado de dispersividad de la caolinita, se realizó el ensayo de Pinhole el cual consiste en pasar a través de un orificio de 1 mm de diámetro un volumen de agua en un tiempo determinado, a una cabeza de presión determinada y se observa la condición cualitativa del agua que pasa a través del Pinhole. De acuerdo a estos parámetros y de acuerdo al comportamiento se determina el grado dispersivo del suelo.

Para compactar la muestra es necesario realizar un ensayo de compactación el cual se conoce como Harvard miniatura. Este ensayo nos determina la densidad máxima teórica seca compactada del suelo y la humedad optima de moldeo. Este ensayo es similar al propuesto en la norma INV E-141/13, pero a diferencia de este ensayo, el Harvard miniatura utiliza un martillo compactador por impacto con un diámetro menor al de la norma, un molde acrílico con un diámetro menor, una altura menor y se compacta el espécimen con 16 golpes respectivamente.

40

Figura 14 Compactación de la Muestra Harvard miniatura

Fuente: Archivo fotográfico de la investigación Después de determinar la densidad máxima seca compactada y la humedad óptima de moldeo se compacta un espécimen cilíndrico con la humedad óptima de moldeo como se realizó el Harvard miniatura. Este espécimen compacto es la muestra a la cual se le va a realizar el ensayo de Pinhole.

Figura 15 Preparación de la Muestra en el equipo pinole

Fuente: Archivo fotográfico de la investigación

41

Figura 16 Maquina Pinhole laboratorio

.

Fuente: Archivo fotográfico de la investigación

Figura 17 Muestra en la máquina Pinhole

Fuente: Archivo fotográfico de la investigación 6.2.1. ENSAYO PINHOLE – CAOLINITA.El ensayo se inicia con una presión de 110 mmca y se toma como referencia un tiempo de 600 segundos. Se toma este tiempo debido a que el agua que pasa a través del Pinhole no presenta turbidez.

Figura 18 Muestra luego del ensayo Pinhole

Fuente: Archivo fotográfico de la investigación. 42

Pasados los 600 segundos el agua que sale por el Pinhole está totalmente clara, entonces se aumenta la cabeza de presión a 180 mmca y se toma un tiempo límite de 300 segundos.

Pasados los 300 segundos, el agua que sale por el Pinhole continua totalmente clara, entonces se aumenta la cabeza de presión hasta 380 mmca y se deja correr el agua a través del Pinhole por un periodo de 300 segundos.

Pasados los 300 segundos, el agua que sale por el Pinhole continua totalmente clara, entonces se aumenta la cabeza de presión hasta 1020 mmca y se deja correr el agua a través del Pinhole por un periodo de 300 segundos.

Pasados los 300 segundos, el agua que sale por el Pinhole continua totalmente clara, entonces se hace el desmonte del espécimen y se analiza el diámetro del Pinhole para observar si tiene el mismo diámetro que la aguja de penetración o si ha aumentado.

Figura 19Especimen analizado

Fuente: Archivo fotográfico de la investigación.

6.2.2. Ensayo de Pinholemás 10% de sal de Potasio.La fabricación de la muestra de ensayo se realiza de la misma forma que se fabricó para el ensayo de referencia de la caolinita. La humedad de amasado es la determinada mediante el Harvard miniatura pero en vez de utilizar agua del grifo se prepara una solución de agua + 10% sal de potasio.

El ensayo se inicia con una presión de 110 mmca y se toma como referencia un tiempo de 600 segundos. Se toma este tiempo debido a que el agua que pasa a través del Pinhole está totalmente clara.

43

Figura 20 Resultados de la muestra luego de Pinhole

Fuente: Archivo fotográfico de la investigación.

Pasados los 600 segundos el agua que sale por el Pinhole está totalmente clara, entonces se aumenta la cabeza de presión a 180 mmca y se toma un tiempo límite de 300 segundos.

Figura 21 Resultado de la Muestra luego de 300´ a 180 mmca ´

Fuente: Archivo fotográfico de la investigación.

Pasados los 300 segundos, el agua que sale por el Pinhole continua totalmente clara, entonces se aumenta la cabeza de presión hasta 380 mmca y se deja correr el agua a través del Pinhole por un periodo de 300 segundos.

Figura 22 Resultado de la Muestra luego de 300´ a 380 mmca

Fuente: Archivo fotográfico de la investigación. 44

Pasados los 300 segundos, el agua que sale por el Pinhole continua totalmente clara, entonces se aumenta la cabeza de presión hasta 1020 mmca y se deja correr el agua a través del Pinhole por un periodo de 300 segundos.

Figura 23 Resultado de la Muestra luego de 300´ a 1020 mmca

Fuente: Archivo fotográfico de la investigación.

Pasados los 300 segundos, el agua que sale por el Pinhole continua totalmente clara, entonces se hace el desmonte del espécimen y se analiza el diámetro del Pinhole para observar si tiene el mismo diámetro que la aguja de penetración o si ha aumentado.

Figura 24Pinhole para observar si tiene el mismo diámetro

Fuente: Archivo fotográfico de la investigación. Ensayo de Pinholemás 10% de sal de Calcio. La fabricación de la muestra de ensayo se realiza de la misma forma que se fabricó para el ensayo de referencia de la caolinita. La humedad de amasado es la determinada mediante el Harvard miniatura pero en vez de utilizar agua del grifo se prepara una solución de agua + 10% sal de calcio.

El ensayo se inicia con una presión de 110 mmca y se toma como referencia un tiempo de 600 segundos. Se toma este tiempo debido a que el agua que pasa a través del Pinhole está totalmente clara.

45

Figura 25 Resultado de la Muestra luego de 600´ a 110 mmca ClCa

Fuente: Archivo fotográfico de la investigación.

Pasados los 600 segundos el agua que sale por el Pinhole está totalmente clara, entonces se aumenta la cabeza de presión a 180 mmca y se toma un tiempo límite de 300 segundos.

Figura 26 Resultado de la Muestra luego de 300´ a 180 mmcaClCa

Fuente: Archivo fotográfico de la investigación. Pasados los 300 segundos, el agua que sale por el Pinhole continua totalmente clara, entonces se aumenta la cabeza de presión hasta 380 mmca y se deja correr el agua a través del Pinhole por un periodo de 300 segundos.

Figura 27 Resultado de la Muestra luego de 300´ a 380 mmcaClCa

Fuente: Archivo fotográfico de la investigación.

Pasados los 300 segundos, el agua que sale por el Pinhole continua totalmente clara, entonces se aumenta la cabeza de presión hasta 1020 mmca y se deja correr el agua a través del Pinhole por un periodo de 300 segundos. 46

Figura 28 Resultado de la Muestra luego de 300´ a 1020 mmcaClCa

Fuente: Archivo fotográfico de la investigación.

Pasados los 300 segundos, el agua que sale por el Pinhole continua totalmente clara, entonces se hace el desmonte del espécimen y se analiza el diámetro del Pinhole para observar si tiene el mismo diámetro que la aguja de penetración o si ha aumentado.

Figura 29Pinhole para observar si tiene el mismo diámetro ClCa

Fuente: Archivo fotográfico de la investigación.

De acuerdo a los resultados arrojados en el ensayode Pinhole, se tiene que la muestra de caolinita ensayada con las dos sales no arroja resultados dispersivos; por lo tanto se vuelve a realizar este ensayo aumentando la concentración de solución en un 25%. 6.3. ENSAYO DE PINHOLE 6.3.1. Pinhole Caolinita más el 25% de Sal de Calcio.Se compacta una muestra modificada con solución salina al 25% de sal de calcio, dejándola en proceso de curado durante un periodo de 24 horas dentro de la cámara del dispositivo de Pinhole.Se inicia el ensayo con una cabeza de presión equivalente a 110 mmca y se deja correr agua del grifo a través del orificio durante un periodo de 600 segundos.

47

Figura 30 6.4.1.

Pinhole Caolinita más el 25% de Sal de Calcio

Fuente: Archivo fotográfico de la investigación.

Pasados los 600 segundos el agua que salió del dispositivo no muestra ningún tipo de turbidez, entonces se aumenta la cabeza de presión a 180 mmca y se deja correr agua a través del Pinhole durante un periodo de 300 segundos y se observa el grado de turbidez del agua que sale del dispositivo . Figura 31Toma de muestra a 180mmca después de 300´

Fuente: Archivo fotográfico de la investigación.

Pasados los 300 segundos, el agua que paso a través del dispositivo continúa mostrando un grado de turbidez nulo, entonces se procede a aumentar la cabeza hidráulica a 380 mmca y se pasa el agua a través del dispositivo por un periodo de 300 segundos.

Figura 32 Toma de muestra a 380mmca después de 300´

Fuente: Archivo fotográfico de la investigación Al pasar el periodo de 300 segundos, el agua que pasa a través del dispositivo continua totalmente clara, entonces se aumenta la cabeza de presión hidráulica 48

a 1020 mmca y se deja pasar agua a través del dispositivo por un periodo de 300 segundos.

Figura 33 Toma de muestra a 1020 mmca después de 300´

Fuente: Archivo fotográfico de la investigación.

Pasados los 300 segundos, el agua que salió no muestra ningún signo de turbidez, entonces de acuerdo al caudal final que paso a través del Pinhole se determina el grado de dispersión de la muestra ensayada. Adicional a esto se corta transversalmente la muestra para poder medir el orificio del Pinhole y ver si este ha aumentado su diámetro.

Figura 34Pinhole para observar si tiene el mismo diámetro al 25% mas

Fuente: Archivo fotográfico de la investigación. 6.3.2. Pinhole Caolinita más el 25% de Sal de Potasio.Se compacta una muestra de colinita con una solución de sal de potasio al 25%, se deja en curado por un periodo de 48 horas y se inicia el ensayo bajo una cabeza de presión hidráulica de 110 mmca, se pasa agua a través del dispositivo por un periodo de 600 segundos.

Figura 35Pinhole Caolinita más el 25% de Sal de Potasio 49

Fuente: Archivo fotográfico de la investigación.

Pasados los 600 segundos, el agua que salió del dispositivo no presenta ningún tipo de turbidez, por lo tanto se procede a aumentar la cabeza de presión hidráulica a 180 mmca y se deja pasar agua a través del dispositivo por un periodo de 300 segundos.

Figura 36Toma de muestra al 25% de ClK a 180mmca luego de 300´

Fuente: Archivo fotográfico de la investigación.

Pasado el periodo de 300 segundos, el agua que sale a través del dispositivo no muestra ninguna señal de turbidez, entonces se procede a aumentar la cabeza de presión hidráulica a 380mmca y se deja correr el agua a través del dispositivo por un periodo de 300 segundos.

Figura 37 Toma de muestra al 25% de ClK a 380mmca luego de 300´

Fuente: Archivo fotográfico de la investigación. Pasados los 300 segundos, el agua continua presentando ninguna señal de turbidez, entonces se procede a aumentar la cabeza hidráulica a 1020 mmca y se deja pasar agua a través del dispositivo por un periodo de 300 segundos. 50

Figura 38 Toma de muestra al 25% de ClK a 1020mmca luego de 300´

Fuente: Archivo fotográfico de la investigación.

Pasados los 300 segundos se observa que el agua no muestra ninguna señal de turbidez, entonces se procede a hacer un corte transversal sobre la muestra ensayada, de acuerdo al caudal final que paso a través del Pinhole y el tamaño del orificio del Pinhole se determina el grado de dispersividad de la muestra.

Figura 39Comparación de cambio de la aguja al 25% de ClK

Fuente: Archivo fotográfico de la investigación.

51

7. RESULTADOS OBTENIDOS 7.1.

ENSAYO DOBLE HIDROMETRO

Tabla1Datos básicos Gravedad especifica de la caolinita masa picnómetro vacío (g) 164,2 masa picnómetro en el aforo (g) 662,21 volumen del picnómetro (cm3) 500 masa picnómetro + agua + suelo (g) 693,19 masa suelo secado al horno (g) 49,98 Gs 2,63

Tabla 2 Resultados consolidados Doble Hidrómetro Caolinita sin agitar

Agitado Tiempo 1 2 5 15 30 60 250 1440

Masa inicial (g) Temperatura 20 20 20 20 20 20 20 20

0,003 0,002

50,13 R 1,027 1,025 1,023 1,02 1,018 1,016 1,015 1,013

P (%) 86,89 80,46 74,02 64,36 57,93 51,49 48,27 41,84

3,22 2,06

52

L 9,2 9,7 10,2 11 11,5 12,1 12,3 12,9

K 0,0138 0,0138 0,0138 0,0138 0,0138 0,0138 0,0138 0,0138

0,004 0,002

3,21 1,79

D (mm) 0,0418 0,0303 0,0197 0,0118 0,0085 0,0062 0,0031 0,0013

Tabla 3 Resultados consolidados Doble Hidrómetro Caolinita agitada}

Sin agitar Tiempo 1 2 5 15 30 60 250 1440

Masa inicial (g) Temperatura 20 20 20 20 20 20 20 20

50,22 R 1,003 1,003 1,002 1,002 1,002 1,002 1,001 1,001

P (%) 9,64 9,64 6,42 6,42 6,42 6,42 3,21 3,21

L 15,5 15,5 15,8 15,8 15,8 15,8 16 16

K 0,0138 0,0138 0,0138 0,0138 0,0138 0,0138 0,0138 0,0138

Tabla 4 Determinación de K de acuerdo a la Gravedad Especifica

Determinación de K de acuerdo a la Gravedad Especifica 0,003 3,22 0,004 3,21 0,002 2,06 0,002 1,79

Tabla 5 Resultado de la muestras agitadas y sin agitar

Agitado Diámetro (mm) 0,005 Sin Agitar Diámetro (mm) 0,005

53

% pasa 50,33 % pasa 5,00

D (mm) 0,0542 0,0384 0,0245 0,0141 0,0100 0,0071 0,0035 0,0015

Tabla 6 Porcentaje de Dispersión y clasificación

Fuente: Hilda Garay Porteros, Jorge E. Alva Hurtado., IDENTIFICACION Y ENSAYOS EN SUELOS DISPERSIVOS, Ponencia presentada en el XII Congreso Nacional de Ingeniería Civil, 16 al 20 de Noviembre de 1999, Huánuco.

Tabla 7 Clasificación del suelo de acuerdo a resultados Porcentaje de Dispersión Grado de Dispersión

9,9 NO DISPERSIVO

7.1.1. Ensayo Doble Hidrómetro Con 10% De Potasio

Tabla 8 Datos iniciales doble hidrómetro Con 10% de potasio Gravedad Especifica de la Caolinita masa picnómetrovacío (g) 164,2 masa picnómetro en el aforo (g) 662,21 volumen del picnómetro (cm3) 500 masa picnometro+agua+suelo (g) 693,19 masa suelo secado al horno (g) 49,98 Gs 2,63

Tabla 9Resultadodoble hidrómetro caolinita agitado al 10% K 54

Agitado Tiempo 1 2 5 15 30 60 250 1440

Masa inicial (g) Temperatura 20 20 20 20 20 20 20 20

0,003 0,002

50,13 R 1,027 1,025 1,023 1,020 1,018 1,016 1,015 1,013

P (%) 86,89 80,46 74,02 64,36 57,93 51,49 48,27 41,84

3,22 2,06

L 9,2 9,7 10,2 11 11,5 12,1 12,3 12,9

0,003 0,002

K 0,01378 0,01378 0,01378 0,01378 0,01378 0,01378 0,01378 0,01378

D (mm) 0,0418 0,0303 0,0197 0,0118 0,0085 0,0062 0,0031 0,0013

3,22 1,98

Tabla 10 Resultado doble hidrómetro caolinita sin agitar al 10% K Sin Agitar Tiempo 1 2 5 15 30 60 250 1440

Masa inicial (g) Temperatura 18 18 18 18 18 18 18 18

50,03 R 1,024 1,02 1,018 1,017 1,015 1,014 1,013 1,012

P (%) 77,39 64,49 58,04 54,82 48,37 45,15 41,92 38,70

L 10 11 12,1 12,6 12,6 12,9 12,9 13,1

K 0,01378 0,01378 0,01378 0,01378 0,01378 0,01378 0,01378 0,01378

Tabla 11 Determinación de K de acuerdo a la Gravedad Especifica

Determinación de K de acuerdo a la Gravedad Especifica 2,6 0,01386 0,05 0,00021 2,65 0,01365 0,02 0,000082 Tabla 12 Resultado doble hidrómetro caolinita al 10% K 55

D (mm) 0,0436 0,0323 0,0214 0,0126 0,0089 0,0064 0,0031 0,0013

Agitado Diámetro (mm) 0,005 Sin Agitar Diámetro (mm) 0,005

% Pasa 50,33 % Pasa 43,90

Tabla 13 Porcentaje de Dispersión y clasificación

Fuente: Hilda Garay Porteros, Jorge E. Alva Hurtado., IDENTIFICACION Y ENSAYOS EN SUELOS DISPERSIVOS, Ponencia presentada en el XII Congreso Nacional de Ingeniería Civil, 16 al 20 de Noviembre de 1999, Huánuco

Tabla 14 Clasificación del suelo de acuerdo a resultados Porcentaje de Dispersión 87,2 Grado de Dispersión DISPERSIVO

7.1.2. Ensayo Doble Hidrómetro Con 10% De Calcio

56

Tabla 15 Doble hidrómetro con 10% de calcio

Gravedad especifica de la Caolinita masa picnómetrovacío (g) 164,2 masa picnómetro en el aforo (g) 662,21 volumen del picnómetro (cm3) 500 masa picnometro+agua+suelo (g) 693,19 masa suelo secado al horno (g) 49,98 Gs 2,63

Tabla 16 Resultados doble hidrómetro caolinita agitado 10% de calcio

Masa inicial Agitado (g) Tiempo Temperatura 1 20 2 20 5 20 15 20 30 20 60 20 250 20 1440 20 0,003 0,002

50,13 R 1,027 1,025 1,023 1,020 1,018 1,016 1,015 1,013

P (%) 86,892 80,456 74,019 64,365 57,928 51,492 48,273 41,837

3,22 2,06

L 9,2 9,7 10,2 11,0 11,5 12,1 12,3 12,9

0,003 0,00175115

K 0,0138 0,0138 0,0138 0,0138 0,0138 0,0138 0,0138 0,0138 3,23 1,69

Tabla 17 Resultado doble hidrómetro caolinita sin agitar al 10% Ca

57

D (mm) 0,0418 0,0303 0,0197 0,0118 0,0085 0,0062 0,0031 0,0013

Masa inicial Sin agitar (g) Tiempo Temperatura 1 17 2 17 5 17 15 17 30 17 60 17 250 17 1440 17

50 R 1,017 1,016 1,013 1,011 1,011 1,01 1,009 1,008

P (%) 54,852 51,626 41,946 35,493 35,493 32,266 29,039 25,813

L 11,8 12,1 12,9 13,4 13,4 13,7 13,9 14,2

K 0,0138 0,0138 0,0138 0,0138 0,0138 0,0138 0,0138 0,0138

Tabla 18 Determinación de K de acuerdo a la Gravedad Especifica

Determinación de K de acuerdo a la Gravedad Especifica 2,6 0,01386 0,05 0,00021 2,65 0,01365 0,02 0,000082

Tabla 19 Resultado doble hidrómetro caolinita al 10% Ca Agitado % Diámetro (mm) pasa 0,005 50,33 Sin Agitar % Diámetro (mm) pasa 0,005 30,73

Tabla 20 Porcentaje de dispersión y clasificación

58

D (mm) 0,0473 0,0339 0,0221 0,0130 0,0092 0,0066 0,0032 0,0014

Fuente: Hilda Garay Porteros, Jorge E. Alva Hurtado., IDENTIFICACION Y ENSAYOS EN SUELOS DISPERSIVOS, Ponencia presentada en el XII Congreso Nacional de Ingeniería Civil, 16 al 20 de Noviembre de 1999, Huánuco

Tabla 21 Clasificación del suelo de acuerdo a resultados

Porcentaje de Dispersión 61,1 Grado de dispersión DISPERSIVO

59

7.2. ENSAYO PINHOLE – CAOLINITA Tabla22 Pinhole- caolinita Formato de Ensayo Pinhole Muestra # Características de Compactación Contenido de humedad Agrega agua destilada Tiempo de curado Procedencia Proyecto

Caolinita Harvard miniatura 100% densidad máxima seca compactada 18,60% No, agua del grifo

Caudal (cm3/s)

2016-04-23 14:00 2016-04-23 14:10 2016-04-23 14:15 2016-04-23 14:20

110 180 380 1020

286 236 413 819

600 300 300 300

0,48 0,79 1,38 2,73

Completame nte claro Completame nte claro desde arriba

s

Apenas visible

Cm3

Moderadame nte oscura Ligeramente oscura

Cabeza de presión (mm)

Oscura

Tiempo y hora

Muy Oscura

24 horas N/A Arcillas modificadas y dispersivas Caudal Grado de turbidez Observaciones

x x x x ND1

60

7.2.1. Ensayo Pinhole – Caolinita Mas 10% De Calcio Tabla 23Pinhole – caolinita más 10% de calcio Formato de Ensayo Pinhole Muestra # Características de Compactación Contenido de humedad Agrega agua destilada Tiempo de curado Procedencia Proyecto

Caolinita + 10% sal de calcio Harvard miniatura 100% densidad máxima seca compactada 18,60% No, agua del grifo

Caudal (cm3/s)

2016-04-19 17:00 2016-04-17 17:10 2016-04-17 17:15 2016-04-17 17:20

110 180 380 1020

240 204 381 797

600 300 300 300

0,4 0,68 1,27 2,66

Completame nte claro Completame nte claro desde arriba

s

Apenas visible

Cm3

Moderadam ente oscura Ligeramente oscura

Cabeza de presión (mm)

Oscura

Tiempo y hora

Muy Oscura

24 horas N/A Arcillas modificadas y dispersivas Caudal Grado de turbidez Observaciones

x x x x ND1

61

7.2.2. Ensayo Pinhole – Caolinita más 10% De Potasio Tabla 24Pinhole – caolinita más 10% de potasio

Formato de Ensayo Pinhole Muestra # Características de Compactación Contenido de humedad Agrega agua destilada Tiempo de curado Procedencia Proyecto

Caolinita + 10% sal de Potasio Harvard miniatura 100% densidad máxima seca compactada 18,60% No, agua del grifo

Caudal (cm3/s)

2016-04-18 17:00 2016-04-18 17:10 2016-04-18 17:15 2016-04-18 17:20

110 180 380 1020

214 274 617 1230

600 300 300 300

0,36 0,91 1,62 4,1

Completame nte claro Completame nte claro desde arriba

s

Apenas visible

Cm3

Moderadame nte oscura Ligeramente oscura

Cabeza de presión (mm)

Oscura

Tiempo y hora

Muy Oscura

24 horas N/A Arcillas modificadas y dispersivas Caudal Grado de turbidez Observaciones

x x x x ND2

62

7.3. ENSAYO DE CRUMB

Para la determinación del grado de dispersividad de la caolinita, se realizó el ensayo de Crumb basado en la Norma USBR 5400-89. Figura 40Muestras de caolinita para el ensayo crumb

Fuente: Archivo fotográfico de la investigación.

Se preparó un espécimen cúbico de 15 mm de lado de caolinita secado al aire con contenido de humedad relativamente cercano al del límite plástico. El espécimen es colocado cuidadosamente en 250 ml de agua destilada. El espécimen fue sumergido en 250 ml de agua del grifo por un periodo de 10 minutos, al término de este periodo, se determinó el grado de dispersividad con relación a la coloración del agua en donde está sumergido el espécimen. Adicionalmente a esto también se determinó el pH del agua con la cual se sumergió el espécimen compacto

Figura 41 Muestra de caolinita sumergida en agua destilada

Fuente: Archivo fotográfico de la investigación.

La tendencia para que las partículas de arcilla entren en suspensión coloidal es observada después de 5-10 minutos de inmersión, usando la siguiente guía de interpretación:

Grado 1: Ninguna reacción: El desmenuzado puede desmoronarse y esparcirse en el fondo del cubilete en amontonamiento plano, sin ningún signo de agua nublada causada por coloidales en suspensión.

Grado 2: Reacción ligera: Simple insinuación de nubosidad en agua en la superficie del Crumb (si la nubosidad es fácilmente visible, use el grado 3).

Grado 3: Reacción moderada: Nubosidad de coloides fácilmente reconocible en suspensión. Usualmente diseminado en trazas delgadas en el fondo del cubilete.

Grado 4: Reacción fuerte: Nubosidad coloidal cubre casi la totalidad del fondo del cubilete, usualmente en una superficie muy delgada. En casos extremos toda el agua en el cubilete se vuelve nubosa.

7.3.1. Características de los suelos analizados. Para efectos de conocer algunas propiedades mecánicas de la caolinita, se realizaron ensayos de caracterización. Los ensayos realizados fueron: Normatividad utilizada:    

Limite líquido (INV E-125/13) Limite plástico e índice de plasticidad (INV E-126/13) Gravedad específica (INV E-128/13) Crumb (USBR 5400/89)

Tabla25.Limitelíquido LIMITE LIQUIDO # GOLPES 35 24 P1 49,23 49,98 P2 43,05 42,91 P3 28,22 27,74 V 90 79 %W 41,67 46,61

64

17 47,28 39,63 24,78 13 51,52

LL LP IP

44,67 24,42 20

Tabla26.LimitesPlástico

LIMITE PLASTICO P1 P2 P3 V %W

34,81 33,63 28,8 75 24,43

34,55 33,43 28,84 71 24,40

Tabla27. Humedad de compactación

HUMEDAD DE COMPACTACION P1 P2 P3 V %W

65,37 57,43 27,85 89 26,84

agua del grifo: 250 ml espécimen: 15 mm x 15 mm

65

Tabla 28 Muestras sometidas al ensayo crumb en presencia de ClCa y ClK

Ensayo crumb en presencia de agua destilada

Espécimen compacto listo para ensayo

Espécimen sumergido en agua

Espécimen después de 5 minutos en inmersión

Espécimen después de 10 minutos en inmersión

Medida de ph del agua

Equivalencia en la tabla de colores

66

Tabla 29 Muestras sometidas al ensayo crumb en presencia de ClCa y ClK

Ensayo de crumb con cloruros de potasio y calcio

Solución agua más cloruro de potasio

Solución agua más cloruro de calcio

Tabla 30 Resultados del ensayo crumb grado 1 ninguna reaccion: el desmenuzado puede desmoronarse y esparcirse en el fondo del cubilete en amontonamiento plano sin ningun signo de agua nublada causada por coloidales en suspension.

Los resultados de la medida del pH son los siguientes:

el agua tiene un pH neutro según la escala (grado 6).

67

8. CONCLUSIONES

De los tres ensayos realizados se puede comprobar a través de sus resultados, que no necesariamente deben coincidir, a pesar de que existe una correlación entre ellos, el propósito principal de estos ensayos es la identificación confiable de los suelos dispersivos.

El Ensayo de Pinhole en la actualidad es el mas usado para determinar la dispersividad de las arcillas por la confiabilidad de sus resultados, aun así se recomienda que sea complementado con los demás ensayos utilizados para dicha caracterización, con el fin de obtener resultados aún más confiables.

Se necesita realizar más de un ensayo por muestra para obtener resultados más precisos y de esta forma comprobar la dispersividad de un suelo.

De los tres ensayos de laboratorio analizados, comprueba que con frecuencia los resultados no concuerdan, y que el ensayo de Pinhole es el más fiable, por ser un ensayo cuantitativo y cualitativo; por lo tanto, es el ensayo de laboratorio que modela las condiciones de servicio y evalúa la dispersión.

Se determinó la dispersividad en los suelos arcillosos que para el desarrollo de este trabajo se utilizó la caolinita con adición de sales minerales como Cloruro de Potasio y Cloruro de Potasio, en donde los resultados de los tres ensayos fueron diferentes.

Los resultados tanto para Doble Hidrometro y Pinhole con Caolinita su resultado es el mismo; No Dispersivo, y para el ensayo de Crumb su resultado es Grado 1; es decir no presenta ningún tipo de alteración la muestra ensayada.

Cuando se realiza el ensayo de Doble Hidrometro y Pinhole adicionándole a la Caolinita el 10% de Cloruro de Sodio y Cloruro de Potasio (analizadas las muestras por separado) se obtienen que dichos resultados son diferentes, en el primer ensayo da como resultado Dispersivo y en el segundo ensayo da No Dispersivo.

Para el Ensayo de Crumb en donde se analizó solo la caolinita y luego se analizó con las dos sales; su resultado no varía para cualquier caso siempre dio Grado 1: Ninguna reacción, el desmenuzado puede desmoronarse y esparcirse en el fondo del cubilete en amontonamiento plano sin ningún signo de agua nublada causada por colídales en suspensión.

68

RECOMENDACIONES

Se recomienda que para el Ensayo de Pinhole se deben realizar varios ensayos aumentado la concentración de las sales, con el fin de que los resultados sean más confiables. Para este caso se realizó una comprobación del resultado final aumentando la concentración de las dos sales en un 25%, dando como resultado No Dispersivo.

Se recomienda realizar los mismos ensayos con la Caolinita cambiando las sales, lo cual puede determinar si con una sal diferente su resultado puede cambiar Dispersivo o No Dispersivo y determinar cuáles sales afectan el estado de la arcilla

69

9. BIBLIOGRAFIA

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71

ANEXOS

ANEXOS 1. Tabla de Clasificación de Arcillas Dispersivas según Norma ASTM D4647

72

ANEXOS 2. Formato para el registro de datos ensayo hidrómetro caolinita agitado.

73

ANEXOS 3. Formato para el registro de datos ensayo hidrómetro caolinita sin agitar.

74

ANEXOS 4. Ensayo hidrómetro caolinita más 10% de calcio

75

ANEXOS 5. Ensayohidrómetrocaolinitamás 10% de potasio

76

ANEXOS 6.Ensayo pinhole caolinita

77

ANEXOS 7. Ensayo pinhole caolinita más 10% de calcio

78

ANEXOS 8. Ensayo pinhole caolinita más 10% de potasio

79