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1

DETERMINACION DEL GRADO DE DISPERSIVIDAD EN LA COLINITA

MODIFICADA CON SAL DE SODIO Y SAL DE MAGNESIO

JOHN JAIRO PULIDO LOPEZ

UNIVERSIDAD CATOLICA DE COLOMBIA

PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL

BOGOTÁ D.C.

2016

2

DETERMINACION DEL GRADO DE DISPERSIVIDAD EN LA CAOLINITA

MODIFICADA CON SAL DE SODIO Y SAL DE MAGNESIO

JOHN JAIRO PULIDO LOPEZ

Trabajo de grado presentado como requisito parcial para optar al titulo de

Ingeniero Civil

Director temático:

Ing. Juan Carlos Ruge

UNIVERSIDAD CATOLICA DE COLOMBIA

FACULTADAD DE INGENIERIA CIVIL

BOGOTA D.C.

2016

3

Nota de aceptación:

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

JUAN CARLOS RUGE CARDENAS

Director de Proyecto

_______________________________

Firma del presidente del jurado

________________________________

Firma del jurado

________________________________

Firma del jurado

Bogotá D.C., 13 de Mayo de 2016.

6

AGRADECIMIENTOS

AL INGENIERO JUAN CARLOS RUGE, asesor temático del trabajo de

investigación. Por la colaboración brindada durante el desarrollo de este proyecto.

A SEG GEOTECNIA Y CONTROL DE CALIDAD S.A.S, Ingeniero Nilson Cadena

Chacon, por permitir la oportunidad de realizar los ensayos para esta

investigación.

Al laboratorio de suelos de la UNIVERSIDAD CATOLICA DE COLOMBIA por

permitir la oportunidad de realizar los ensayos para esta investigación.

A todas y cada una de las personas que estuvieron cerca durante el desarrollo de

esta investigación.

Y finalmente, a todos los docentes de la UNIVERSIDAD CATOLICA DE

COLOMBIA, quienes contribuyeron en mi formación como profesional.

7

DEDICATORIA

A Dios, que me ha regalado la oportunidad de iniciar y terminar este proceso…

A mis padres Belisario y Consolación; por ser el apoyo incondicional en este

proceso, por la paciencia que han tenido durante todo este tiempo, por estar ahí

en mis triunfos y mis derrotas, por no dejarme solo jamás, gracias padres por esta

larga espera…

A mi hermana Jennifer, que ha sido un pilar importante para mí durante este

proceso, sus consejos me han servido para ser un gran hombre, un gran amigo y

un gran hermano…

A la mujer que quiero con todo mi corazón, la cual ha sido la inspiración para ser

un hombre diferente, el pilar para lograr esta meta tan importante y que ha visto al

final los frutos de tantas horas de paciencia, sacrificio y dedicación…

A Melissa, mi gran amiga y confidente que ha sido de gran apoyo moral para

sacar adelante este proceso educativo…

A todos mis amigos y familiares que de una u otra manera han estado

acompañándome en este proceso, brindando su apoyo incondicional para que

este aquí logrando este sueño profesional…

“Al principio todos los pensamientos pertenecen al amor. Después todo el amor

pertenece a los pensamientos”

Albert Einstein.

8

CONTENIDO

Pág.

INTRODUCCION ................................................................................................... 15

1. PROBLEMA ...................................................................................................... 16

1.1 TITULO ............................................................................................................ 16

1.2 DESCRIPCION DEL PROBLEMA .................................................................. 16

1.3 FORMULACION DEL PROBLEMA ................................................................ 16

1.4 JUSTIFICACION ............................................................................................. 17

1.5 OBJETIVOS .................................................................................................... 17

1.5.1 Objetivo general ............................................................................................ 17

1.5.2 Objetivos específicos .................................................................................... 17

2. MARCO REFERENCIAL ................................................................................... 19

2.1 MARCO TEORICO CONCEPTUAL ................................................................ 19

2.1.1 Dispersividad ................................................................................................ 19

2.1.2 Suelos dispersivos ........................................................................................ 20

2.1.3 Determinación de Dispersividad .................................................................. 21

2.2 MARCO CONTEXTUAL .................................................................................. 23

2.2.1 Caolinita ........................................................................................................ 23

2.2.2 Sal de sodio .................................................................................................. 26

2.2.3 Sal de magnesio ........................................................................................... 27

2.3 MARCO NORMATIVO..................................................................................... 28

2.3.1 Limite liquido, limite plástico e índice de plasticidad ..................................... 28

2.3.2 Método para determinar el grado dispersivo CRUMB .................................. 31

2.3.3 Método para determinar el grado dispersivo DOBLE HIDROMETRO .......... 32

2.3.4 Método para determinar el grado dispersivo PINHOLE ................................ 34

3. METODOLOGIA ................................................................................................ 36

3.1 DISEÑO DE LA INVESTIGACION .................................................................. 36

3.2 OBJETO DE ESTUDIO ................................................................................... 36

3.3 INSTRUMENTOS ............................................................................................ 37

9

3.4 HIPOTESIS ...................................................................................................... 37

3.5 COSTOS .......................................................................................................... 37

4. TRABAJO INGENIERIL .................................................................................... 38

4.1 DESCRIPCION DEL SUELO Y CONDICIONES PARA ENSAYO .................. 38

4.1.1 Determinación del límite liquido, límite plástico e índice de plasticidad ....... 38

4.1.2 Densidad máxima y humedad optima de compactación ............................... 41

4.1.3 Dispersión de la caolinita por el método CRUMB ........................................ 43

4.1.4 Dispersión de la caolinita por el método DOBLE HIDROMETRO ................ 44

4.1.5 Dispersión de la caolinita por el método PINHOLE ...................................... 50

4.1.6 Dispersión de la caolinita modificada con sodio al 10% por el método

CRUMB ................................................................................................................. 54


DOBLE HIDROMETRO ......................................................................................... 55


PINHOLE ............................................................................................................... 58

4.1.9 Dispersión de la caolinita modificada con magnesio al 10% por el método

CRUMB ................................................................................................................. 61


DOBLE HIDROMETRO ......................................................................................... 63

4.1.11Dispersion de la caolinita modificada con magnesio al 10% por el método

de PINHOLE .......................................................................................................... 66

4.1.12 Dispersión de la caolinita modifica con sodio al 25% por el método de

PINHOLE ............................................................................................................... 70


de PINHOLE .......................................................................................................... 74

5. ANALISIS DE RESULTADOS ........................................................................... 78

6. CONCLUSIONES .............................................................................................. 79

BIBLIOGRAFIA ..................................................................................................... 80

ANEXOS ................................................................................................................ 82

10

INDICE DE FIGURAS

Pág.

FIGURA 1 Limite liquido ...................................................................................... 28

FIGURA 2 Curva de flujo ..................................................................................... 29

FIGURA 3 Limite plástico .................................................................................... 30

FIGURA 4 Índice de plasticidad .......................................................................... 30

FIGURA 5 Ensayo CRUMB .................................................................................. 32

FIGURA 6 Dispersión Doble Hidrómetro............................................................ 32

FIGURA 7 Ensayo Doble Hidrómetro ................................................................. 33

FIGURA 8 Determinación de Dispersión ............................................................ 34

FIGURA 9 Ensayo Pinhole .................................................................................. 34

FIGURA 10 Curva de moldeo .............................................................................. 42

FIGURA 11 Tabla del PH ...................................................................................... 44

11

INDICE DE TABLAS

Pág.

TABLA 1 Intervalos limite liquido ....................................................................... 29

TABLA 2 Clasificación de dispersividad ........................................................... 35

TABLA 3 Instrumentos ........................................................................................ 37

TABLA 4 Insumos para ensayos ........................................................................ 38

TABLA 5 Resultados limite liquido .................................................................... 40

TABLA 6 Resultados limite plástico ................................................................... 40

TABLA 7 Resultados índice de plasticidad ....................................................... 40

TABLA 8 Resultados Harvard miniatura ............................................................ 42

TABLA 9 Resultados hidrometría agitada ......................................................... 47

TABLA 10 Resultados hidrometría sin agitar .................................................... 49

TABLA 11 % pasa 0.005 mm agitado ................................................................. 49

TABLA 12 % pasa 0.005 mm sin agitar .............................................................. 49

TABLA 13 Grado de dispersión .......................................................................... 49

TABLA 14 Resultados Pinhole ............................................................................ 54

TABLA 15 Resultados hidrometría ..................................................................... 58

TABLA 16 % pasa 0.005 mm ............................................................................... 58

TABLA 17 Determinación dispersividad ............................................................ 58


TABLA 19 Resultados hidrometría ..................................................................... 66

TABLA 20 % pasa 0.005 mm ............................................................................... 66

TABLA 21 Determinación grado dispersivo ...................................................... 66




TABLA 25 Analisis de resultados ....................................................................... 78

12

INDICE DE FOTOS

Pág.

FOTO 1 Muestra limite plástico .......................................................................... 39

FOTO 2 Muestra limite liquido ............................................................................ 39

FOTO 3 Montaje en la cazuela ............................................................................ 39

FOTO 4 Muestra en la cazuela ............................................................................ 39

FOTO 5 Muestra sin ranurar ................................................................................ 39

FOTO 6 Muestra ranurada ................................................................................... 39

FOTO 7 Ranura cerrada ....................................................................................... 39

FOTO 8 Amasado limite plástico ........................................................................ 40

FOTO 9 Especímenes cilíndricos ....................................................................... 40

FOTO 10 Preparación Harvard miniatura ........................................................... 41




FOTO 14 Espécimen CRUMB .............................................................................. 43


FOTO 16 Medida del PH ...................................................................................... 43

FOTO 17 Determinación del PH .......................................................................... 43

FOTO 18 Masa de ensayo ................................................................................... 45

FOTO 19 Masa de agente dispersante ............................................................... 45

FOTO 20 Solución hexametafosfato .................................................................. 45

FOTO 21 Agitado solución .................................................................................. 45

FOTO 22 Agitado lechada ................................................................................... 46

FOTO 23 Agitado mecánico de lechada ............................................................. 46

FOTO 24 Agitado manual de lechada ................................................................. 46

FOTO 25 Inicio de sedimentación ...................................................................... 46

13

FOTO 26 Sedimentación en 1440 minutos......................................................... 46

FOTO 27 Inicio sedimentación ............................................................................ 47

FOTO 28 Sedimentación en 5 minutos .............................................................. 47

FOTO 29 Sedimentación en 60 minutos ............................................................ 48


FOTO 31 Preparación espécimen ....................................................................... 50

FOTO 32 Compactación espécimen .................................................................. 50

FOTO 33 Compactación espécimen ................................................................... 50

FOTO 34 Perforación Pinhole ............................................................................. 50

FOTO 35 Armado de espécimen de ensayo ...................................................... 51

FOTO 36 Armado de ensayo ............................................................................... 51

FOTO 37 Cabeza de 110 mmca ........................................................................... 52

FOTO 38 Turbidez del agua................................................................................. 52

FOTO 39 Cabeza 180 mmca ................................................................................ 52


FOTO 41 Cabeza 380 mmca ................................................................................ 52


FOTO 43 Cabeza de 1020 mmca ......................................................................... 53


FOTO 45 Diámetro del Pinhole ........................................................................... 53


FOTO 47 Espécimen sumergido ......................................................................... 54

FOTO 48 Espécimen después de 10 minutos .................................................... 55






FOTO 54 Cabeza 110 mmca ................................................................................ 59

14










FOTO 64 Espécimen sumergido ......................................................................... 62

FOTO 65 Espécimen después de 20 minutos .................................................... 62






FOTO 71 Cabeza 110 mmca ................................................................................ 67


FOTO 73 Cabeza 180 mmca ................................................................................ 67


FOTO 75 Cabeza 380 mmca ................................................................................ 68





FOTO 80 Cabeza 110 mmca ................................................................................ 70




15


FOTO 85 Turbidez el agua ................................................................................... 72













16

INDICE DE ANEXOS

Pág.

ANEXO 1 Formato limite liquido y limite plástico ............................................. 82

ANEXO 2 Formato hidrometría agitado + dispersante ..................................... 83

ANEXO 3 Formato hidrometría sin agitar y sin dispersante ............................ 84

ANEXO 4 Formato hidrometría 10% sal de sodio ............................................. 85

ANEXO 5 Formato hidrometría 10% sal de magnesio ...................................... 86

ANEXO 6 Formato Pinhole caolinita .................................................................. 87

ANEXO 7 Formato Pinhole 10% magnesio ........................................................ 88

ANEXO 8 Formato Pinhole 10% sodio ............................................................... 89

ANEXO 9 Formato Pinhole 25% magnesio ........................................................ 90

ANEXO 10 Formato Pinhole 25% sodio ............................................................. 91

17

INTRODUCCION

El presente proyecto tiene como finalidad la determinación del grado de

dispersividad de la caolinita modificada con soluciones salinas de sodio y

magnesio.

La determinación del grado de dispersividad se realizara a partir de ensayos de

laboratorio los cuales presentan análisis cualitativo y cuantitativo. A partir de estos

resultados se pretende dar un concepto técnico sobre el suelo ensayado y como

este puede ser afectado por las soluciones salinas dentro de su composición.

Para el desarrollo de esta investigación se hizo necesario consultar y aplicar la

normatividad existente para determinar los parámetros necesarios para determinar

el grado de dispersividad y el posterior análisis de resultados.

18

1. PROBLEMA

1.1 TITULO

Determinación del grado de dispersividad en la caolinita modificada con soluciones

salinas de sodio y potasio.

1.2 DESCRIPCION DEL PROBLEMA

Antiguamente se tenía el criterio de que algunos materiales arcillosos eran

altamente resistentes a la erosión cuando el agua pasaba a través de estos. En el

último siglo variedad de científicos e ingenieros han estado trabajando en la

metodología para determinar si un suelo arcilloso es resistente a la erosión,

llegando a la conclusión de que existen en la naturaleza ciertos materiales

arcillosos que presentan patologías altamente erosionables, por lo cual se ha

determinado que este tipo de suelos se consideran altamente dispersivos. Los

métodos científicos que se han creado nos permiten en la actualidad definir si un

suelo es dispersivo o no, ya no de manera visual sino con relación a unos

resultados obtenidos en el laboratorio siguiendo parámetros exigidos en la

normatividad.

1.3 FORMULACION DEL PROBLEMA

¿Como determinar el grado de dispersión de la caolinita modificada con

soluciones salinas de sodio y magnesio, según lo especificado en la normatividad

definida para determinar el grado dispersivo?

19

1.4 JUSTIFICACION

La caolinita se define como un material arcilloso, el cual no tiene una referencia

técnica del grado de dispersividad que podría tener en el caso de que el suelo

fuese utilizado para la construcción.

Este proyecto de investigación promueve la definición del grado de dispersión de

la caolinita sin modificar y a su vez promueve la determinación del grado

dispersivo cuando el suelo es modificado con soluciones salinas que podrían

afectar la composición del suelo y por ende las propiedades mecánicas y físicas.

1.5 OBJETIVOS

1.5.1 Objetivo general

Determinar el grado de dispersión de la caolinita modificada con soluciones

salinas de sodio y magnesio.

1.5.2 Objetivos específicos

Determinar el límite líquido, límite plástico e índice de plasticidad de la

caolinita.

Determinar la densidad máxima seca compactada y la humedad optima de

la caolinita.

Determinar el grado dispersivo de la caolinita por medio de CRUMB,

DOBLE HIDROMETRO Y PINHOLE.

Determinar el grado dispersivo de la caolinita modificada con 10% de sodio

por medio de CRUMB, DOBLE HIDROMETRO Y PINHOLE.

20

Determinar el grado dispersivo de la caolinita modificada con 10% de

magnesio por medio de CRUMB, DOBLE HIDROMETRO Y PINHOLE.

Determinar el grado dispersivo de la caolinita modificada con 25% de sodio

por medio de PINHOLE.

Determinar el grado dispersivo de la caolinita modificada con 25% de

magnesio por medio de PINHOLE.

21

2. MARCO REFERENCIAL

2.1 MARCO TEORICO CONCEPTUAL

2.1.1 Dispersividad

Cuando el resultante de las fuerzas de atracción y repulsión entre dos partículas

arcillosas es de repulsión, se conoce como dispersividad. Este fenómeno hace

que las partículas tomen un comportamiento de separación entre partículas. Esta

separación depende mucho de la composición del sistema, puesto que si se altera

en alguna medida el sistema, la reacción es prácticamente de dispersión.

Para que este fenómeno sea visible en las partículas arcillosas, se ha determinado

que se deben aumentar o disminuir algunas de las siguientes características en el

sistema:

Aumentando:

Concentración de electrolitos

Valencia jónica

Temperatura

Disminuyendo:

Constante dieléctrica

Tamaño del ion hidratado

Adsorción de aniones

pH

22

Existe una clara evidencia de que otras fuerzas eléctricas pueden resultar muy

importantes cuando la separación entre partículas arcillosas se reduce a

distancias bastantes reducidas. Este tipo de suelos son los más apetecidos para

utilizar como materias primas por el ingeniero civil a la hora de construir

terraplenes y presas con núcleo arcilloso.

2.1.2 suelos dispersivos

Las arcillas dispersivas son fácilmente erosionables al ponerse en contacto con

agua pura, alterando su estado físico químico y causa en las partículas la

tendencia a deflocularse. El gradiente hidráulico juega un papel importante debido

a que entre más bajo sea este, al punto de llegar a ser estático, va a generar en el

suelo una capacidad erosionable bastante considerable. Cuando estos suelos

están sumergidos, las partículas de arcilla tienen una atracción mínima de

electroquímica y encuentran la falla al momento de adherirse con otras partículas

que componen el suelo. El suelo de arcilla dispersiva tiende a ser erosivo cuando

el agua que fluye a través, parte y transporta plaquetas individuales de la arcilla,

donde la erosión que se presenta puede ser provocada por una filtración inicial a

través de una presa construida con este tipo de suelo. Esta erosionabilidad la

podemos observar en áreas de suelo con alta permeabilidad, en zonas donde se

hace contacto con las cimentaciones, contra las estructuras en concreto reforzado,

en el asentamiento diferencial de las fisuras, la saturación del asentamientos de

las fisuras y/o el fracturamiento hidráulico.1

1 Emersson W.W. (1977), A classification of Soils Aggregates Base on their

Coherence in Water, Australian Journal of Soil Research, Vol. 2. pp 211-217.

23

La principal diferencia entre las arcillas ordinarias y las arcillas dispersivas es la

resistencia que presentan a la erosión. Las arcillas aparecen en la naturaleza de

los cationes en los poros del agua de la masa de arcilla. Las arcillas dispersivas

tienen una preponderancia de cationes de sodio, mientras que las arcillas

ordinarias preponderan cationes de calcio, potasio y magnesio en el agua de

poros.

Los suelos dispersivos no se pueden identificar de manera visual o con ensayos

tradicionales donde podemos evidenciar los estados de consistencia o la

distribución cuantitativa de las partículas, por esto se han generado varios

procedimientos validados donde podemos clasificar de manera cuantitativa y

cualitativa el grado dispersivo y así dar un dictamen técnico con relación a si un

suelo es dispersivo o no erosionable.

2.1.3 determinación de la dispersividad.

La determinación del grado de dispersividad debería comenzar con el

reconocimiento en campo, donde de manera visual se puede ver una evidencia

superficial en el suelo, mostrando estampados erosivos en forma de túnel u

hondonadas profundas. El grado de turbidez del agua depositada dentro de estos

túneles llega a ser excesivo y se podría llegar a un dictamen en donde el suelo

podría estar cargado de sales en el agua de los poros. Sin embargo, los suelos

dispersivos pueden también presentarse en suelos neutrales o en suelos ácidos

que ayudan al crecimiento frondoso del césped. Cuando en la superficie se

evidencie claramente un indicio de dispersividad, no excluye la posibilidad de que

en la profundidad el suelo también tenga arcillas dispersivas, donde las

24

exploraciones adicionales podrían aportar la evidencia necesaria para dar un parte

técnico.2

Ensayos simples y rápidos en campo pueden ser útiles para identificar los suelos

dispersivos, estas observaciones se pueden realizar observando el

comportamiento de los suelos en campo. Algunos ejemplos son:

la presencia de quebradas profundas y fallas por tubificacion pueden dar

indicios de la presencia de los suelos dispersivos.

La erosión que se presenta en los caminos, erosión de tipo túnel a los largo

de las quebradas y algunos materiales arcillosos que se encuentran

adheridos a la superficie de las rocas señalan la posibilidad de que los

suelos sean potencialmente dispersivos.

La presencia de agua con cierto grado de turbidez en pequeños pozos en

las quebradas o charcos generados por la lluvia indican la potencialidad de

suelos dispersivos.

Estas técnicas de observación podrían deducir la mineralogía de la arcilla,

adicional a esto también la geología del área ayuda como guía para la

determinación de la dispersividad. Autores como Ingles & Metcalf (1972) y Sherard

& Decker señalan que:

2 Porteros, Hilda Garay, Alva Hurtado, Jorge E, Identificación y ensayos en suelos

dispersivos, (1999), pp 12, ponencia presentada en el XII congreso nacional de

ingeniería civil, Laboratorio Geotécnico CISMID – FIC – UNI.

25

La mayoría de las arcillas dispersivas son de origen aluvial, aclarando que

bajo la experiencia de los autores también existen arcillas aluviales que no

presentan grado de dispersividad alguno.

Algunos suelos derivados de la lutita y la arcillita que se encuentran en el

mar pueden presentar grados de dispersión.

Los suelos que se derivan de la intemperización de las rocas ígneas y

metamórficas presentan patologías no dispersivas, pero pueden llegar a ser

erosionables.

Suelos con un alto contenido de material orgánico probablemente no son

dispersivos. La determinación para este tipo de suelos se ha realizado con

base en los suelos denominados “algodón negro”, los cuales han

presentado tendencia a la dispersividad.3

2.2 MARCO CONTEXTUAL

2.2.1 Caolinita

La caolinita es uno de los minerales mayoritarios en los 10 primeros metros de la

corteza continental, solo en contadas ocasiones posee todas la propiedades

necesarias para que merezca la pena su explotación. Los términos caolín y

caolinita derivan del término “Ka O Ling”, localidad en china donde se encuentra

un importante yacimiento y cuyo significado es “alta montaña”. De esta localidad

proceden las muestras de una arcilla blanca usada por los chinos para hacer

porcelanas, descubiertas por misioneros y exploradores europeos en el XVIII.

3 Ingles D.G. y Metcalf M. (1972), Soil Stabilization, Butterworsths, Sydney,

Australia.

26

Se podría definir como caolín a toda roca masiva con un porcentaje variable de

minerales de la arcilla, de composición igual o próxima a la del mineral caolinita

(2SiO2.Al2O3.2H2O), que sean fáciles de concentrar por separación de los

restantes minerales. El termino equivale a la denominación inglesa de china clay.4

PROPIEDADES FISICAS, COMPOSICION Y ESTRUCTURA.

Las principales propiedades físicas del caolín pueden verse a continuación:

Color: blanco, gris o amarillento.

Aspecto: untuoso al tacto.

Brillo: terroso, mate o nacarado cuando es cristalino.

Raya: Blanca.

Densidad: 2.40 g/cm3 – 2.64 g/cm3.

Dureza: entre 2 y 2.5.

Los caolines pueden contener uno o varios silicatos poliformos: caolinita, nacrita y

dickita. La nacrita fue propuesta después de un estudio de un caolín francés y la

dickita es un homenaje al autor de la descripción de un caolín francés.

El termino arcillas caoliniferas agrupa un conjunto de arcillas sedimentarias con

significativos contenidos de caolinita acompañada de otros minerales detríticos

como micas, feldespatos, óxidos de hierro, etc. Sin embargo, en estos materiales

4 Bartolomé, J.F., El Caolín: composición, estructura, génesis y aplicaciones,

Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio. Vol. 36 Núm. 1, (Ene-Feb.

1997), p. 7-12.

27

la fina distribución del tamaño de sus partículas de todos sus componentes impide

la separación y la concentración de fracciones ricas en caolinita. Al tener carácter

refractario, son destinados a industrias cerámicas prácticamente en bruto, sin

tratamientos previos. En función de sus características físico-químicas,

mineralógicas y geológicas, reciben nombres específicos. Asi, se distinguen:

BALL CLAYS.

Arcillas caoliniferas altamente plásticas y dispersables en agua. Presentan colores

oscuros causados por la presencia de materia orgánica pero son cocidas con color

blanco.

FIRECLAYS.

Son arcillas compactas más o menos plásticas. En general contienen óxidos de

hierro que impiden la cocción blanca, pero al igual que las anteriores, la caolinita

desordenada es el mineral mayoritario. El termino índice a la confusión ya que el

carácter refractario es común en todas las arcillas caoliniferas, aunque no todas se

emplean en la industria.

FLINT CLAYS

Son arcillas masivas y duras, carentes de plasticidad, hasta el punto de presentar

fractura concoidea. Su componente mayoritario es la caolinita muy ordenada y

bien cristalizada con pequeño tamaño de partícula. Su campo de aplicación

principales la fabricación de refractarios sílico-aluminosos.

28

TONSTEINS UNDERCLAYS

Esta es una denominación usada en Centroeuropa para un tipo de roca similar en

sus propiedades físico-químicas y mineralógicas a las Flint Clays. En este caso

son niveles volcánicos interestratificados o no, en los paquetes de carbón de

ciertas cuencas huelleras.

2.2.2 Sal de Sodio

El cloruro de sodio, más conocido como sal de sodio o sal de mesa es un

componente necesario para la salud humana. Está destinado a ser consumido en

cantidades mínimas y provee al cuerpo con electrolitos y ayuda a relajar los

músculos.

El cloruro de sodio es fácilmente soluble en el agua e insoluble o ligeramente

soluble en la mayoría de los otros líquidos. El cloruro de sodio es inodoro pero

tiene un saber característico salado.

Es un compuesto iónico, siendo compuesto por igual número de sodio con carga

positiva y los iones de cloro cargados negativamente. Cuando se funde o se

disuelve en agua, los iones pueden moverse libremente, de manera que el cloruro

fundido o disuelto es un conductor de electricidad y se puede descomponer en

sodio y cloro haciendo pasar una corriente eléctrica a través de él.

Su composición química es NaCl, su nomenclatura sistemática es monocloruro de

sodio y su nomenclatura stock es cloruro de sodio.

29

Sus características son:

Punto de fusión: 801 C°.

Punto de ebullición: 1465 C°.

Masa molar: 58.443 g/mol.

PH neutro.

Densidad: 2.165 g/cm3.

No inflamable.

2.2.3 Sal de magnesio.

Sal de magnesio, de nombre común sal de Epsom, es un compuesto químico que

contienen magnesio, y cuya fórmula es Mg.SO47H2O. La sal de Epsom fue

originalmente elaborada mediante cocido de las aguas minerales de la comarca

cercana a Epsom, Inglaterra, y luego preparados a partir del agua marina. En

tiempos posteriores las sales se obtuvieron de un mineral denominado epsomita.

En agricultura y jardinería, la sal de Epsom se emplea como corrector de la

deficiencia de magnesio en el suelo. Es común su aplicación en el cultivo de

plantas en huerto o en maceta carecen de suficiente magnesio.

En la ingeniería, la sal de Epsom se utiliza para evaluar la resistencia de los

agregados utilizados para la fabricación de concreto hidráulico y concreto asfaltico,

donde se someten los agregados de tamaños determinados a la absorción de una

solución y como este reacciona a los cambios de temperatura. Cuando los

agregados son sometidos a este proceso, algunos presentan varios tipos de

alteraciones entre los cuales se encuentran la fractura y el desmoronamiento.

30

2.3 MARCO NORMATIVO

2.3.1 Limite líquido, limite plástico e índice de plasticidad.

El límite líquido y el límite plástico son estados de consistencia del suelo en donde

estos estados se representan como humedades en el suelo. La norma INV E-

125/13 e INV E-126/13 establecen los parámetros adecuados para poder

determinar de manera confiable estos estados de consistencia del suelo. Para la

determinación del límite liquido se realiza un ensayo con ayuda de la cazuela de

Casagrande en donde por medio de este dispositivo se determina dicha constante

indirecta. El suelo debe ser ensayado en dicho dispositivo y de acuerdo al número

de golpes se establece el límite líquido. 5

La norma especifica que el límite líquido es determinado cuando el suelo

ensayado en la cazuela necesita 25 golpes para cerrar una ranura realizada

transversalmente sobre el suelo apoyado en la cazuela. Directamente el suelo no

siempre cierra la ranura en 25 golpes, por ese motivo la norma establece que se

5 Instituto Nacional de Vías, Sección 100 – Suelos, INV E-125/13, Determinación

del límite liquido de los suelos, Colombia, 2013.

Figura 1. Limite líquido.

31

deben ensayar al menos tres determinación con intervalos que se muestran en la

siguiente tabla:

1 determinación Entre 25 y 35 golpes



Las humedades determinadas con relación al número de golpes se grafican de

manera logarítmica y para el valor de 25 golpes se determina el valor de humedad

en el suelo que corresponde al límite liquido.

En lo que respecta al límite plástico, la norma INV E-126/13 establece un

procedimiento para determinar este estado de consistencia. Se debe humedecer

el suelo, se deben formar unos especímenes cilíndricos de 3.2 mm de espesor

que mantengan un espesor homogéneo a lo largo de toda su longitud. El estado

de consistencia es óptimo cuando bajo determinada presión producida por los

Tabla 1. Intervalos limite líquido.

líquido

INV E-125/13.

Figura 2. Curva de flujo.

Geotecnia-Sor-blogspot.com

32

pulgares del operador haga que este espécimen cilíndrico se desmorone. La

constante de límite plástico es también una humedad contenida en el suelo.6

Para la determinación del índice de plasticidad, la norma INV E-126/13 establece

que el resultado de la diferencia entre el límite líquido y el límite plástico es el

índice de plasticidad.

Donde:

LL: limite líquido

LP: limite plástico

6 Instituto Nacional de Vías, Sección 100 – Suelos, INV E-126/13, Limite plástico e

índice de plasticidad de los suelos, Colombia, 2013.

Figura 3. Limite Plástico.

Figura 4. Índice de plasticidad

INV E-126/13.

33

2.3.2 Método para determinar el grado dispersivo “CRUMB”.

El ensayo de Emerson Crumb (Emerson, 1967) fue desarrollado como un

procedimiento simple para identificar el comportamiento dispersivo en campo,

pero ahora es muy frecuente su uso en el laboratorio.

El ensayo de Crumb entrega una buena indicación del potencial de erosionabilidad

de los suelos arcillosos; sin embargo un suelo dispersivo puede a veces dar una

reacción no dispersiva en el ensayo de Crumb. Si el ensayo de Crumb señala

dispersión, lo más probable es que el suelo sea dispersivo.

El ensayo consiste en preparar un espécimen cubico de 15 mm de lado eligiendo

un suelo secado al aire de igual volumen. El espécimen es colocado

cuidadosamente en alrededor de 250 ml de agua destilada. Se observa la

tendencia de las partículas coloidales para deflocularse y entrar en suspensión. La

tendencia para que las partículas de arcilla entren en suspensión coloidal es

observada después de 5 y 10 minutos de inmersión, usando la siguiente guía de

interpretación:7

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.

GRADO 2: reacción ligera. Simple insinuación de nubosidad en el agua en la

superficie del Crumb.

7 United States Bureau of Reclamation, USBR 5400-89, Crumb Test, USA, 1989.

34

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 que cubre casi la totalidad del

fondo del cubilete, usualmente en una superficie muy delgada. En casos extremos

toda el agua del cubilete se vuelve nubosa.

2.3.3 Método para determinar el grado dispersivo “DOBLE HIDROMETRO”

El ensayo del servicio de conservación del suelo de EEUU, también conocido

como ensayo del doble hidrómetro, o el ensayo de dispersión en porcentaje

(norma de la asociación de Australia, 1980). Este ensayo implica dos ensayos del

hidrómetro en suelos tamizados a través de la malla de 2.0 mm. Los ensayos del

hidrómetro sin conducidos con y sin dispersante. La dispersión en porcentaje es:

Figura 5. Ensayo CRUMB.

www.cismid.uni.edu.pe

Figura 6. Dispersión Doble Hidrómetro


35

Donde:

P= porcentaje de suelos más finos que 0.005 mm para el ensayo sin dispersante.

Q= porcentaje de suelos más finos que 0.005 mm para el ensayo con dispersante.

La distribución del tamaño de las partículas es determinada empleando primero el

ensayo estándar de hidrómetro en el que el espécimen de suelo es dispersado en

agua destilada con una fuerte agitación mecánica y con un dispersante químico.

Un ensayo paralelo al hidrómetro es realizado después en un espécimen

duplicado, pero sin agitación mecánica y sin dispersante químico. El “porcentaje

de dispersión” es la relación de transformación de las partículas de 0.005 mm de

diámetro del segundo ensayo al primero, expresado en porcentaje.8

El criterio para la evaluación del grado de dispersión usando los resultados del

ensayo del doble hidrómetro es:

8 Instituto Nacional de Vías, Sección 100 – Suelos, INV E-123/13, Determinación

del tamaño de las partículas de los suelos, Colombia, 2013.

Figura 7. Ensayo Doble Hidrómetro


36

2.3.4 Método para determinar el grado dispersivo “PINHOLE”

La clasificación de dispersión de Pinhole, conocido también como ensayo de

Pinhole, o ensayo de Pinhole Sherard (Norma de la asociación de Australia, 1980).

Este ensayo fue desarrollado por Sherard el al (1976). Un hueco de 1.0 mm de

diámetro es perforado en el suelo que será ensayado, y a través del agujero se

pasa agua destilada a diferentes cabezas de presión hidráulica durante un periodo

determinado. El suelo es tamizado a través del tamiz de 2.0 mm y compactado

aproximadamente en el límite plástico a una proporción de densidad del 95%.

Figura 8. Determinación de dispersión.


Figura 9. Ensayo Pinhole


37

El ensayo fue desarrollado para una medida directa de erosionabilidad de los

suelos de grano fino compactados. Es importante que el ensayo sea hecho sobre

suelo con contenido de humedad óptimo, porque si el suelo se encuentra

totalmente seco podría afectar los resultados. Si el material contiene partículas

gruesas de arena o grava, estas deben ser eliminadas tamizando la muestra a

través del tamiz de 2.0 mm. El agua añadida para llevar el espécimen a la

humedad óptima debe ser agua destilada, o en su defecto utilizar agua del grifo.

El grado de dispersión se determina de acuerdo al color del agua que pasa a

través del espécimen de ensayo, el periodo que pasa el agua y el caudal.9

Conociendo estos tres datos se determina de acuerdo a la siguiente tabla:

9 ASTM international, D4647 - 93, Standard Test Methods for Identification and

Classification of Dispersive Clay Solis by the Pinhole Test, (Reapproved 1998),

USA, 1993.

Tabla 2. Clasificación de Dispersividad

ASTM D4647-93

38

3. METODOLOGIA

3.1 DISEÑO DE LA INVESTIGACION

El presente proyecto de investigación se desarrollo con la siguiente metodología:

Recopilación de información sobre la caolinita y las sales de sodio y

magnesio.

Obtención de las muestra de ensayo como la obtención de las sales.

Investigación normativa sobre los ensayos dispersivos que se realizan en el

laboratorio.

Condiciones iniciales del espécimen de ensayo.

Parámetros técnicos para la realización de las soluciones salinas.

Realización de ensayos de caracterización del espécimen de ensayo sin

modificar.

Determinación del grado dispersivo del espécimen modificado con solución

de sal de sodio por medio de los tres métodos de ensayo.

Determinación del grado dispersivo del espécimen modificado con solución

de sal de magnesio por medio de los tres métodos de ensayo.

Análisis de resultados obtenidos.

Planteamiento de conclusiones.

Planteamiento de recomendaciones.

3.2 OBJETO DE ESTUDIO

El objeto de estudio del presente proyecto es la determinación del grado

dispersivo de la caolinita sin modificar y con modificaciones de soluciones salinas

39

de sodio y magnesio. Se utilizan tres métodos de ensayo en donde dos de los

métodos son de tipo cualitativo y no de tipo cuantitativo.

3.3 INSTRUMENTOS

Durante el desarrollo de este proyecto fue necesario utilizar equipos de

laboratorio, los cuales se relacionan en la siguiente tabla:

3.4 HIPOTESIS

La ejecución correcta de los ensayos bajo determinadas condiciones ambientales

arroja resultados óptimos en cuanto a lo que se refiere con la determinación del

grado de dispersividad de la caolinita. Por otra parte el haber desarrollado los

ensayos con los equipos adecuados y estipulados en la norma de ensayo dan

fiabilidad en los resultados obtenidos.

3.5 COSTOS

Para la realización de los ensayos, se conto con recursos destinados

exclusivamente para la adquisición de la muestra de ensayo y las sales para

modificar. Los ensayos no presentaron ningún tipo de costo debido a que dos de

Tabla 3. Instrumentos.

Trabajo de grado.

40

los tres ensayos fueron realizados por mi parte en un laboratorio de ingeniería y el

tercero realizado en el laboratorio de la universidad.

La siguiente tabla muestra los costos de la muestra de ensayo y las sales

utilizadas para modificar el espécimen.

4. TRABAJO INGENIERIL.

4.1 DESCRIPCION DEL SUELO Y CONDICIONES PARA ENSAYO.

La muestra utilizada corresponde a una caolinita de tipo industrial, la cual se utiliza

como anexo para determinar el valor del azul de metileno en agregados finos que

pasa el tamiz de 4.75 mm (N. 4). Este suelo fue tamizado por el tamiz de 2.0 mm y

secado al horno hasta masa constante. A partir de esta condición se realizaron los

ensayos siguiendo las cantidades mínimas requeridas y las especificaciones para

los especímenes de acuerdo a la norma de ensayo.

4.1.1 Determinación del límite liquido, limite plástico e índice de plasticidad.

Para la caracterización de la caolinita se realizo el ensayo de límite líquido y límite

plástico. De acuerdo a lo estipulado en la norma INV E-125/13 e INV E-126/13 se

realizaron 3 determinaciones para límite líquido y dos determinaciones para el

límite plástico.

Tabla 4. Insumos para ensayos.

41

Foto 1. Muestra limite plástico. Foto 2. Muestra limite líquido.

Foto 3. Montaje en la cazuela Foto 4. Muestra en la cazuela

Foto 5. Muestra sin ranurar Foto 6. Muestra ranurada

Foto 7. Ranura cerrada

42

Los resultados obtenidos para el límite líquido, límite plástico e índice de

plasticidad se relacionan en las siguientes tablas:

Foto 8. Amasado espécimen limite plástico Foto 9. Especímenes cilíndricos

Tabla 5. Resultados limite líquido

Tabla 6. Resultados limite plástico

Tabla 7. Resultados índice de plasticidad

43

4.1.2 Densidad máxima y humedad optima de compactación.

Para la determinación de dichas constantes se utilizo un método conocido como

Harvard miniatura, el cual es muy similar al ensayo de proctor estándar (INV E-

142/13), en el cual se moldea un espécimen con un porcentaje de humedad y

luego se compacta en un molde cilíndrico de un volumen determinado. A

diferencia del proctor estándar, la compactación por cada capa se realiza con un

martillo manual que tiene una energía de compactación menor.

Foto 10. Preparación Harvard miniatura Foto 11. Preparación Harvard miniatura

Foto 12. Preparación Harvard miniatura

Foto 13. Preparación Harvard miniatura

44

Los resultados obtenidos para la densidad máxima seca compactada y la

humedad óptima de moldeo se relacionan en la siguiente tabla y en la siguiente

figura:

Tabla 8. Resultados Harvard miniatura

Figura 10. Curva de moldeo

45

4.1.3 Dispersión de la caolinita por el método “CRUMB”

De acuerdo a lo estipulado en la norma de ensayo, se compacto un espécimen

cubico de 15 mm de lado, moldeado con la humedad producto del límite plástico.

Al ser moldeado el espécimen con dicha humedad, se procedió a secar la muestra

al aire y luego se inicio el ensayo utilizando los equipos descritos en la norma.

Foto 14. Espécimen CRUMB Foto 15. Espécimen CRUMB

sumergido

Foto 16. Medida del PH Foto 17. Determinación del PH

46

Adicionalmente al ensayo se le realizo una prueba de PH al agua utilizada y de

acuerdo a la coloración del papel se determino que el agua tiene un PH neutro

(grado 6). Para hacer dicha determinación se utilizo la siguiente tabla:

Los resultados obtenidos con respecto al grado de dispersión por este método

determinaron que el suelo tiene 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).

4.1.4 Dispersión de la caolinita por el método “DOBLE HIDROMETRO”

De acuerdo a la norma de ensayo se tomaron 50 g de caolinita como masa inicial.

La solución de hexametafosfato de sodio se realizo de acuerdo a la norma. (40 g

por 1000 cm3 de agua). La muestra debe estar sumergida en 250 cm3 de la

solución por un periodo no menor a 16 horas. Después de este periodo la muestra

es agitada mecánicamente en una batidora a mas de 10000 rpm por un periodo de

1 minuto. Después la lechada es llevada al cilindro sedimentador y con agua se

lleva a la marca de aforo, que en este caso es 1000 cm3. A partir de ese momento,

en otro cilindro sedimentador se dispone de agua también hasta la marca de aforo,

en donde se colocara el hidrómetro 152H en los momentos en donde no se

realizan lecturas directamente en la solución con agente dispersante y suelo.

Figura 11. Tabla del PH

virtualmarketingpro.com

47

Se toman lecturas en los intervalos de tiempo estipulados en la norma y a partir de

estos datos se calculan los porcentajes pasa por cada diámetro de partícula en

suspensión.

Foto 18. Masa de ensayo Foto 19. Masa de agente dispersante

Foto 20. Solución Hexametafosfato Foto 21. Agitado de solución

48

Foto 22. Agitado de lechada Foto 23. Agitado mecánico de lechada

Foto 24. Agitado manual de lechada Foto 25. Inicio de sedimentación

Foto 26. Sedimentación en 1440 minutos

49

Los resultados obtenidos para el ensayo se relacionan en la siguiente tabla:

Paralelo a este ensayo se realizo la hidrometría para la caolinita sin dispersante y

sin agitación mecánica. En 250 cm3 de agua del grifo se sumergió la muestra y se

dejo por un periodo mayor a 16 horas.

Tabla 9. Resultados hidrometría agitada

Foto 27. Inicio sedimentación Foto 28. Sedimentación en 5 minutos

50

Los resultados obtenidos para la hidrometría sin agitación mecánica y sin

dispersante químico se relacionan en la siguiente tabla:



51

Según la fórmula, el grado dispersivo de la caolinita fue no dispersivo debido a que

su porcentaje de dispersión fue menor al 30%. En la siguiente tabla se relaciona

el resultado obtenido por el ensayo.

Tabla 10. Resultados Hidrometría sin agitar

Tabla 11. % pasa 0.005 mm agitado

Tabla 12. % pasa 0.005 mm sin agitar

Tabla 13. Grado de dispersión

52

4.1.5 Dispersión de la caolinita por el método “PINHOLE”

Con los datos obtenidos en el ensayo Harvard miniatura, se procede a compactar

un espécimen para ensayar con la humedad optima encontrada.

Foto 31. Preparación espécimen Foto 32. Compactación espécimen

Foto 33. Compactación espécimen Foto 34. Perforación Pinhole

53

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.

Foto 35. Armado de espécimen de ensayo

Foto 36. Armado de ensayo

54

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.

Foto 37. Cabeza 110 mmca Foto 38. Turbidez del agua

Foto 41. Cabeza 380 mmca

Foto 40. Turbidez del agua



55


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.


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.

Los resultados obtenidos nos arrojan una determinación no dispersiva tipo 1 )

ND1, debido a que el caudal final que paso a través del Pinhole fue menor a 3 ml/s

y el orificio fue ligeramente mayor que 1 mm de diámetro. Los resultados se

evidencian en la siguiente tabla:


Foto 45. Diámetro del Pinhole

56


“CRUMB”

Para este ensayo se fabrica un espécimen cubico de 15 mm de lado, agregándole

solución salina de sodio al 10% de acuerdo con la humedad del límite plástico.

Esta muestra es secada al aire hasta masa constante y después es sumergida en

250 cm3 de solución de agua más 10% de sal de sodio.

Tabla 14. Resultados Pinhole

Foto 46. Espécimen Crumb Foto 47. Espécimen sumergido

57

La muestra estuvo en inmersión por un periodo de 10 minutos y después de ese

periodo se observo que la muestra no presenta ningún tipo de dispersión por lo

cual se determina el grado 1. Adicional se midió el PH de la solución lo cual arrojo

un grado 7 (neutro).


“DOBLE HIDROMETRO”

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 sodio 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 sodio, 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

Foto 48. Espécimen después de 10 minutos

Foto 49. Determinación del PH

58

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.

Foto 50. Inicio de sedimentación


59

Los resultados obtenidos se relacionan en la siguiente tabla:



60


“PINHOLE”

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 sodio.

Tabla 15. Resultados Hidrometría

Tabla 16. % pasa 0.005 mm

Tabla 17. Determinación dispersividad

61



través del Pinhole está totalmente clara.



de 300 segundos.






62







ha aumentado.




63


ND2, debido a que el caudal final que paso a través del Pinhole fue mayor a 3

ml/s y el orificio fue ligeramente mayor que 1 mm de diámetro. Los resultados se


4.1.9 Dispersión de la caolinita modificada con magnesio al 10% por el

método “CRUMB”

Para este ensayo se fabrica un espécimen cubico de 15 mm de lado, agregándole

solución salina de magnesio al 10% de acuerdo con la humedad del límite

plástico. Esta muestra es secada al aire hasta masa constante y después es

sumergida en 250 cm3 de solución de agua más 10% de sal de magnesio.


64

Foto 63. Espécimen Crumb

Foto 64. Espécimen sumergido

Foto 65. Espécimen después de 20 minutos

Foto 66. Determinación del PH

65

La muestra estuvo en inmersión por un periodo de 20 minutos y después de ese

periodo se observo que la muestra no presenta ningún tipo de dispersión por lo

cual se determina el grado 1. Adicional se midió el PH de la solución lo cual arrojo

un grado 6 (neutro).


método “DOBLE HIDROMETRO”

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 magnesio 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 magnesio,

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.

66

|

Foto 67. Inicio de sedimentación


67



68

Los resultados obtenidos se relacionan en la siguiente tabla:


método “PINHOLE”

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 magnesio.

Tabla 19. Resultados hidrometría

Tabla 20. % pasa 0.005 mm

Tabla 21. Determinación grado dispersivo

69



través del Pinhole está totalmente clara.



de 300 segundos.






70







ha aumentado.



71







72


“PINHOLE”

Dado que las muestras ensayadas con las soluciones salinas al 10% arrojaron

resultados no dispersivos por el método de Pinhole, se decide realizar

nuevamente el ensayo pero con soluciones salinas al 25%.

Se compacta una muestra modificada con solución salina al 25% de sal de sodio,

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.


73

Pasados los 600 segundos el agua que salió del dispositivo no muestra ningún

tipo de turbidez, entonces de 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.

Pasados los 300 segundos, el agua que paso a través del dispositivo continuo

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.



74

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 a

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

segundos.



75

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.







76


método “PINHOLE”

Se compacta una muestra modificada con solución salina al 25% de sal de

magnesio, 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.

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.



77

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 380 mmca y se deja correr el agua a través del dispositivo por

un periodo de 300 segundos.





78

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.

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.




79






80

5. ANALISIS DE RESULTADOS

Después de realizados los ensayos para determinar el grado de dispersión de la

caolinita y la caolinita modificada con sales de sodio y magnesio, la siguiente tabla

muestra los diferentes resultados obtenidos, los cuales demuestran que aun si se

modifica la caolinita con las soluciones salinas, dos de los tres ensayos realizados

demuestran que no presenta ninguna señal de dispersión. Los ensayos que

tuvieron más relación entre sí fueron los de Crumb y Pinhole, siendo estos

ensayos de tipo cualitativo, mientras que Doble hidrómetro al ser un ensayo

cuantitativo demostró que en los especímenes modificados presenta grado de

dispersión intermedio y grado dispersivo. Se puede decir que en general la

caolinita sin modificar y modificada, presenta una tendencia de aproximadamente

66% de probabilidad de no tener algún grado de dispersividad.

Tabla 25. Analisis de resultados

81

6. CONCLUSIONES

Tras haber ensayado la caolinita sin modificar, se pudo determinar que el

suelo no presenta ninguna señal de ser dispersivo por lo tanto es muy

probable que el suelo sea no erosivo bajo la presión hidráulica.

Solamente los ensayos cuantitativos demostraron algún tipo de grado de

dispersión, lo cual puede llegar a ser un indicio de que el suelo sea

dispersivo.

Cuando se modifica la estructura química del suelo con algún tipo de sales,

en este caso, sal de sodio y sal de magnesio, no demostraron que las

partículas coloidales entraron en suspensión, por lo tanto la colinita no

presenta dispersión alguna.

Después de ensayar bajo los tres métodos, generalmente no concuerdan

los resultados, pero para hacer una determinación del grado dispersivo, el

ensayo de Pinhole resulta ser el más efectivo por ser un ensayo cualitativo

y cuantitativo.

Se observa que existe una relación entre el ensayo de Crumb y el ensayo

de Pinhole, ya que sus determinaciones son muy parecidas.

El ensayo de Pinhole es recomendable para situaciones en donde el agua

estaría corriendo a través del suelo y el Crumb solo para situaciones en

donde el agua permanece estática sobre el suelo.

La caolinita puede llegar a ser muy útil para construir estructuras de tipo

presas y terraplenes, pero su alto costo de explotación y operación, resulta

inviable económicamente para cualquier proyecto.

82

BIBLIOGRAFIA

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Nature of Dispersive Soils, Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, Vol.

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75008 Paris.

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217.

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1989.

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plástico e índice de plasticidad de los suelos, Colombia, 2013.

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noviembre de 2012, {14 de mayo de 2016}, disponible en:

(https://es.wikipedia.org/wiki/Sulfato_de_magnesio)

84

ANEXOS

Anexo 1. Formato limite líquido y limite plástico

85

Anexo 2. Formato hidrometría agitada + dispersante

86

Anexo 3. Formato hidrometría sin agitar sin dispersante

87

Anexo 4. Formato hidrometría + 10% sal de sodio

88

Anexo 5. Formato hidrometría + 10% sal de magnesio

89

Anexo 6. Formato Pinhole caolinita

90

Anexo 7 Formato Pinhole + 10% sal de magnesio

91

Anexo 8. Formato Pinhole + 10% sal de sodio

92

Anexo 9. Formato Pinhole + 25% sal de magnesio

93

Anexo 10. Formato Pinhole + 25% sal de magnesio

universidad catolica de colombia programa de … · a todas y cada una de las personas que...

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