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Ensayo de compactación para la comparación de
sistemas con y sin Geoceldas
Proyecto de Grado
Para obtener el título de
Ingeniería Civil
Desarrollado por:
Nicolás Jaramillo Martínez
Dirigido por:
Nicolás Estrada Mejía
Mayo 2015
Universidad de los Andes
Facultad de Ingeniería
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Tabla de contenido
1. Introducción .............................................................................................................. 1
2. Ensayo ....................................................................................................................... 3 2.1 Materiales básicos ............................................................................................................................................................. 3 2.2 Proceso de compactación ............................................................................................................................................... 7 2.3 Peso específico y densidad ............................................................................................................................................ 8 2.4 Peso unitario seco .......................................................................................................................................................... 11
3. Resultados ............................................................................................................... 15 3.1 Peso específico y densidad ......................................................................................................................................... 15 3.2 Peso específico seco y humedad ............................................................................................................................... 16
4. Análisis de resultados............................................................................................... 18
5.Conclusiones y recomendaciones .............................................................................. 24
6. Bibliografía .............................................................................................................. 25
Índice de Ecuaciones
Ecuación 1. Ecuación del peso específico. .......................................................................................................................................................................... 8 Ecuación 2. Ecuación del peso total de una muestra.................................................................................................................................................. 11 Ecuación 3. Ecuación del peso específico seco. ............................................................................................................................................................. 12 Ecuación 4. Ecuación de la humedad. ................................................................................................................................................................................ 12 Ecuación 5. Ecuación del peso específico seco utilizada para la experimentación realizada................................................................. 12
Índice de Figuras
Figura 1. Neoweb. .......................................................................................................................................................................................................................... 3
Figura 2. Cajones de madera. .................................................................................................................................................................................................... 4
Figura 3. Material granular utilizado en la experimentación. ................................................................................................................................... 5
Figura 4. Mapa de la ubicación de la cantera. ................................................................................................................................................................... 5
Figura 5. Rana vibro-compactadora. ..................................................................................................................................................................................... 6
Figura 6. Balde con agua utilizado para determinar el volumen solicitado para la mezcla. ...................................................................... 6
Figura 7. Mezcladora..................................................................................................................................................................................................................... 7
Figura 8. Proceso de relleno de los cajones de madera. .............................................................................................................................................. 7
Figura 9. Proceso de compactación y resultados en ambos sistemas. .................................................................................................................. 8
Figura 10. Ubicación aproximada del lugar de cada una de las muestras de cada sistema. ...................................................................... 9
Figura 11. Proceso de excavación de la sub-muestra Superior............................................................................................................................. 10
Figura 12. Proceso de medida del volumen de cada sub-muestra. ..................................................................................................................... 10
Figura 13. Yeso utilizado para rellenar las geoceldas vacías. ................................................................................................................................ 11
Figura 14. Proceso de medida de la masa del molde vacío. .................................................................................................................................... 13
Figura 15. Proceso de medida de la masa de una sub-muestra. ........................................................................................................................... 13
Figura 16. Proceso de secado de las muestra en el horno. ...................................................................................................................................... 14
Figura 17. Proceso de medición de la masa del peso seco de las sub-muestras. .......................................................................................... 14
Figura 18. Gráfica de la densidad de las muestras para el sistema con geoceldas. ..................................................................................... 18
Figura 19. Gráfica de la densidad de las muestras para el sistema sin geoceldas........................................................................................ 19
Figura 20. Gráfica del peso específico seco de las muestras para el sistema con geoceldas. ................................................................. 20
Figura 21. Gráfica del peso específico seco de las muestras para el sistema sin geoceldas. ................................................................... 21
Figura 22. Gráfica comparativa de los promedios de la densidad de las sub-muestras en ambos sistemas. ................................. 22
Figura 23. Gráfica comparativa de los promedios del peso específico seco de las sub-muestras en ambos sistemas. ............. 22
Figura 24. Gráfica comparativa de los promedios de la humedad de las sub-muestras en ambos sistemas. ............................... 23
Índice de Tablas
Tabla 1. Tabla del peso específico y densidad de las muestras para el sistema con geoceldas............................................................. 15 Tabla 2. Tabla del peso específico y densidad de las muestras para el sistema sin geoceldas. ............................................................ 16 Tabla 3. Tabla de resultados del peso específico seco de las muestras para el sistema con geoceldas. ........................................... 16 Tabla 4. Tabla de resultados del peso específico seco de las muestras para el sistema sin geoceldas. ............................................. 17
1
1. Introducción
En la actualidad para las construcciones de infraestructura vial o diferentes estructuras
geotécnicas (taludes, muros en suelo reforzados, entre otras), se ha acudido a la
implementación de las geoceldas con el fin de evitar el desplazamiento horizontal del suelo
que se localice dentro de éstas. Así mismo, otras ventajas otorgada por este material son:
incrementar la capacidad portante, menores asentamientos, mejor distribución en las
cargas aplicadas sobre la superficie, entre otras (Geosistemas PAVCO, 2011).
Ahora bien, las geoceldas son una herramienta de confinamiento celular desarrollada desde
hace más de treinta años. Inicialmente, fueron por ingenieros del ejército estadounidenses
en 1970, cuya composición inicial era en aluminio. Después de un tiempo, se empezaron a
producir a base de polietileno de alta densidad (HDPE), lo cual ofrece propiedades más
elásticas que cualquier tipo de metal, y se utilizaron en las vías para que se movilizaran los
vehículos de carga de estas fuerzas militares. Sin embargo, esta malla comenzó a
deteriorarse debido al tiempo y a los cambios en la temperatura, lo que generó
consecuencias con respecto a la estabilidad. En consecuencia, las geoceldas evolucionaron a
un compuesto polimérico denominado Neoloy, el cual combina HDPE y poliéster, para
poder brindar las características necesarias a largo plazo con una alta resistencia térmica y
de impacto (PRS Stabilizing An Unstable World).
Además, este material innovador tiene unas características geométricas, las cuales son
similares a la red interna de un panal de abeja. De esta manera, las geoceldas son una maya
cuyos hoyos tienen unas medidas de 245-340 milímetros por 210-290 milímetros (±3%) y
su altura varía entre los 75 hasta los 200 milímetros (±5%) (Geosistemas PAVCO, 2014), en
forma de romboide. De cualquier modo, estas dimensiones pueden variar según el
proveedor.
No obstante, existe una incertidumbre sobre la facilidad de desarrollo del proceso de
compactación en presencia de las geoceldas. Por esta razón, este proyecto de grado efectuó
de manera experimental un ensayo de compactación a escala real, con el objetivo de
comparar las propiedades físicas del suelo en dos sistemas, bajo las mismas condiciones de
elaboración, pero en uno de ellos con la presencia de geoceldas. Por lo tanto, con la ayuda
de herramientas de laboratorio se midió tanto la densidad como el peso específico seco, con
la finalidad de evaluar mediante un análisis cuantitativo las diferencias obtenidas de estos
dos casos.
2
Finalmente, con la experimentación desarrollada se identificará si realmente las geoceldas
pueden llegar a ser un impedimento para la ejecución de la compactación, ya que su
entrometimiento en este proceso podría no permitir mejores condiciones que las ofrecidas
por un caso donde estas no intervengan, generando problemas de estabilidad en las obras
donde se implementen.
3
2. Ensayo
Ahora bien, en cuanto a los procedimientos ejecutados durante la investigación realizada se
encontró que principalmente fue necesario tener dos sistemas, uno en el cual debía estar la
presencia de las geoceldas, y en el otro la ausencia de ellas. Adicionalmente, otro aspecto de
gran importancia para poder lograr una comparación viable fue manipular las mismas
condiciones en ambos experimentos. Finalmente, el resultado a comparar fue la densidad y
el peso unitario seco de los sistemas, el cual define el mayor nivel de compactación.
2.1 Materiales básicos
Por lo tanto, a continuación se exponen y explican los elementos básicos que fueron
utilizados para la elaboración de esta comprobación.
Geoceldas
Las geoceldas utilizadas fueron brindadas por el proveedor PAVCO, cuyo producto lo
denominan como NEOWEB (véase Figura 1) y tienen una altura de 120 milímetros
(120mm). Así mismo, el material del cual están elaboradas es una combinación de
poliéster y polietileno de alta densidad (Geosistemas PAVCO, 2011).
Figura 1. Neoweb.
Imagen tomada de: (Mexichem Colombia S.A.S, 2013)
Cajones de madera
Con el fin de poder realizar una experimentación a escala real fue fundamental
elaborar unos cajones de madera que pudieran soportar el proceso de compactación
que será explicado más adelante. De igual modo, para suplir una mayor resistencia
se reforzaron estos cajones con aluminio en las partes críticas (esquinas y zonas
4
centrales) y de esta manera se evitó que el montaje tuviera rupturas significativas
que afectaran el ensayo.
Por otra parte, estos cajones fueron diseñados de tal forma que pudieran contener el
material granular de la experimentación teniendo en cuenta las especificaciones de
uso de las geoceldas. Por ende, las dimensiones requeridas fueron: 1 metro de largo
por un metro de ancho por 20 centímetros de alto (1m_x_1m_x_0.2m). (Véase Figura
2)
Otro punto importante a mencionar, es que para lograr la expansión correcta de las
geoceldas se instalaron ocho trozos de la misma madera con una altura equivalente a
las geoceldas (120 mm). Éstos fueron ubicados internamente a 10 centímetros de las
paredes de los cajones, cuatro en cada una de las esquinas y otras cuatro en las
partes centrales. Además, para evitar diferencias en el comportamiento mecánico del
suelo en investigación se implementaron estos trozos en ambas cajas sin importar
que una de ellas no tuviera geoceldas.
Figura 2. Cajones de madera.
Material granular
El material granular utilizado (observar Figura 3) fue procedente de una cantera
cercana a la ciudad de Bogotá, la cual se encuentra en el municipio de Soacha al sur
de esta ciudad, como se observa en el mapa de la Figura 4. Principalmente, este
material está compuesto por gravas limo arcillosas cuyo color es claro similar al
habano (Moreno Oliveros, 2008). Para la ejecución de este ensayo, fue necesario un
volumen suficiente del material mencionado mezclado con agua para llenar ambos
cajones de madera, exactamente 0,4 metros cúbicos.
5
Figura 3. Material granular utilizado en la experimentación.
Figura 4. Mapa de la ubicación de la cantera.
Imagen tomada de: (Moreno Oliveros, 2008)
Rana vibro-compactadora
Este artefacto es una herramienta utilizada en obras ya que mediante la vibración
que transmite se obtiene la compactación requerida de un suelo. Así pues, la rana
vibro-compactadora tuvo un rol importante en la ejecución de este experimento
pues fue la fuente de la energía mecánica requerida para lograr el proceso de
compactación (Véase Figura 5).
6
Figura 5. Rana vibro-compactadora.
Agua
Este elemento fue mezclado con el material granular anteriormente descrito para
poder obtener un grado de humedad requerido, exactamente del 11%, con la
finalidad de lograr la máxima compactación suelo en investigación (Véase Figura 6)
(Montes Casadiego, 2013).
Figura 6. Balde con agua utilizado para determinar el volumen solicitado para la mezcla.
Mezcladora
Por otro lado, para combinar de manera homogénea la cantidad de agua sugerida y
el material granular determinado fue importante utilizar una mezcladora de la
Figura 7.
7
Figura 7. Mezcladora.
2.2 Proceso de compactación
La compactación es aquel proceso donde mecánicamente se reduce la relación de vacíos de
un cierto volumen de suelo, generando que éste tenga una composición más unida, es decir
que las partículas se encuentran más juntas entre ellas. Así pues, al llevar a cabo una
compactación existe un incremento en la densidad de la muestra en análisis manteniendo la
humedad (Berry & Reid, 2000).
Por esta razón, para llevar a cabo el proceso de compactación en el experimento a escala
que se desarrolló, se introdujeron siete baldes de material granular y siete litros de agua
con el objetivo de lograr un aproximado de la humedad óptima para alcanzar la
compactación máxima. Esto es de gran importancia ya que en ensayos como el de Proctor
modificado se demuestra que el contenido de agua proporciona el nivel máximo de peso
específico seco, como se establece en la ASTM D1557. Esta misma relación (agua – material
granular) se mantuvo hasta llenar a cabalidad ambos cajones de madera, es decir los 20
centímetros de altura (Véase Figura 8).
Figura 8. Proceso de relleno de los cajones de madera.
8
Aparte de lo explicado anteriormente, un aspecto fundamental para la utilización de las
geoceldas es que debe existir una capa superior a estas cuyo espesor debe ser de por lo
menos siete centímetros (Geosistemas PAVCO). No obstante, durante el desarrollo del
ensayo se utilizó una capa de ocho centímetros para que con esto se llegara al tope de las
cajas de madera y se cumpliera con el requisito.
Ahora bien, una vez vertida la mezcla en estos recipientes se continuó a la implementación
de la energía mecánica, la cual se obtuvo a través de una rana vibro-compactadora. Este
artefacto fue encendido durante ocho minutos sobre la superficie total de cada uno de los
sistemas manteniendo una vez más las mismas condiciones en ambas ocasiones (Véase
Figura 9).
Figura 9. Proceso de compactación y resultados en ambos sistemas.
Sin embargo, es necesario resaltar que en las esquinas de cada uno de los cajones no se
alcanzó la misma compactación que la parte central, debido a la dificultad que hay en la
manipulación de la máquina en este espacio reducido.
2.3 Peso específico y densidad
El peso específico en un suelo se define concretamente como el peso por unidad de volumen
de la muestra en análisis (Das, 2009). Por ende, se expone a continuación la ecuación de
esta propiedad física.
𝛾 =𝑊𝑇
𝑉𝑇
Ecuación 1. Ecuación del peso específico.
Fuente: (Das, 2009).
9
Donde:
𝛾 es el peso específico de la muestra [kN/m3].
𝑊𝑇 es el peso total de la muestra [kN].
𝑉𝑇 es el volumen de la muestra en metros cúbicos [m3].
En otro orden de ideas, los siguientes pasos significativos fueron determinar tanto la masa
como el volumen de unas muestras específicas, las cuales fueron extraídas en un lugar
estratégico. Por ejemplo, para el caso en presencia de geoceldas se tomaron aquellas que se
encontraban en la parte central del cajón ya que tenían una forma más regular (7
muestras); en el caso en ausencia de estas, se tomaron en las partes más centrales alejadas
por lo menos a 15 centímetros para que no se produjera alguna alteración entre las mismas
(5 muestras). A continuación, en la Figura 10 se expone la ubicación estipulada de cada una
de éstas.
Figura 10. Ubicación aproximada del lugar de cada una de las muestras de cada sistema.
Además, cada muestra en investigación se dividió en tres sub-muestras que se extraían
aproximadamente a un tercio de la altura del ejemplar total (Superior-Intermedia-Inferior)
con la finalidad de visualizar e identificar los acontecimientos que le ocurren al suelo en
examen. Por consiguiente, cada una de estas sub-muestras del caso en presencia de
geoceldas fue almacenada en bolsas plásticas, cuya masa promedio vacía era de 1.607
gramos, y para el otro caso presentaban una masa promedio de 6.26 gramos.
10
Figura 11. Proceso de excavación de la sub-muestra Superior.
Así mismo, una vez extraída la sub-muestra superior se introdujo dentro de la bolsa
respectiva debidamente marcada con su serial y finalmente se medía la masa en una pesa.
En este orden de ideas, el siguiente procedimiento fue el de identificar el volumen. Por ello,
una vez extraída la sub-muestra superior se colocaba un plástico en todo el hoyo resultante
y se vertía agua hasta llenar completamente este agujero. De todas formas, cabe resaltar
que el agua es un fluido incompresible, lo cual es una propiedad física importante para
poder determinar el aspecto en estudio y también debido a que 1 gramo de ésta es un 1
centímetro cúbico genera facilidad para el cálculo del volumen con una mayor exactitud.
Por ello, con la ayuda de un recipiente se midió la cantidad de agua requerida para rellenar
estos orificios. Una vez desarrollado este asunto se continuaba con la misma metodología
con las siguiente sub-muestras (Intermedia e Inferior) hasta llegar al fondo del cajón de
madera.
Figura 12. Proceso de medida del volumen de cada sub-muestra.
No obstante, una cuestión importante que se debe señalar es que después de realizar la
medición de masa y el volumen de las muestras para el caso en presencia de geoceldas fue
obligatorio rellenar los agujeros con yeso (Muestras 1, 2 y 3) para evitar cambios en los
11
volúmenes debido a que las muestras para este sistema se encontraban consecutivas y se
quiso evitar mayor variación en los resultados finales.
Figura 13. Yeso utilizado para rellenar las geoceldas vacías.
Adicionalmente, otro aspecto que se quiso evaluar con los datos registrados, fue el de la
propiedad física denominada como densidad, la cual corresponde a la relación de masa
sobre el volumen en la que se encuentra (Berry & Reid, 2000).
2.4 Peso unitario seco Esta propiedad física puede llegar a ser una opción con respecto al uso de la densidad. Sin
embargo, ésta se define como el peso seco por unidad volumen y por eso mismo se puede
hallar simplemente multiplicando la densidad seca por la gravedad (Das, 2009). Por otro
lado, también se puede obtener a través de la Ecuación 1 modificándola como se desarrolla
a continuación:
𝛾 =𝑊𝑇
𝑉𝑇
𝑊𝑇 = 𝑊𝑎𝑔𝑢𝑎 +𝑊𝑠𝑒𝑐𝑜
Ecuación 2. Ecuación del peso total de una muestra.
Fuente: (Das, 2009).
𝛾 =𝑊𝑎𝑔𝑢𝑎 +𝑊𝑠𝑒𝑐𝑜
𝑉𝑇
𝛾 =𝑊𝑎𝑔𝑢𝑎 +𝑊𝑠𝑒𝑐𝑜
𝑉𝑇∗𝑊𝑠𝑒𝑐𝑜
𝑊𝑠𝑒𝑐𝑜
12
𝛾 =𝑊𝑎𝑔𝑢𝑎 +𝑊𝑠𝑒𝑐𝑜
𝑊𝑠𝑒𝑐𝑜∗𝑊𝑠𝑒𝑐𝑜
𝑉𝑇
𝛾𝑑 =𝑊𝑠𝑒𝑐𝑜
𝑉𝑇
Ecuación 3. Ecuación del peso específico seco.
Fuente: (Das, 2009)
𝛾 =𝑊𝑎𝑔𝑢𝑎 +𝑊𝑠𝑒𝑐𝑜
𝑊𝑠𝑒𝑐𝑜∗ 𝛾𝑑
𝛾 = (𝑊𝑎𝑔𝑢𝑎
𝑊𝑠𝑒𝑐𝑜+ 1) ∗ 𝛾𝑑
𝜔 =𝑊𝑎𝑔𝑢𝑎
𝑊𝑠𝑒𝑐𝑜
Ecuación 4. Ecuación de la humedad.
Fuente: (Das, 2009)
𝛾 = (𝜔 + 1) ∗ 𝛾𝑑
𝛾𝑑 =𝛾
(𝜔 + 1)
Ecuación 5. Ecuación del peso específico seco utilizada para la experimentación realizada.
Fuente: (Das, 2009)
Donde:
𝛾 es el peso específico de la muestra [kN/m3].
𝛾𝑑 es el peso unitario seco de la muestra [kN/m3].
𝑊𝑇 es el peso total de la muestra [kN].
𝑊𝑎𝑔𝑢𝑎 el peso del agua de la muestra [kN].
𝑊𝑠𝑒𝑐𝑜 el peso seco de la muestra [kN].
𝑉𝑇 es el volumen de la muestra[m3].
𝜔 es la humedad de la muestra [%].
13
Por lo tanto, para la determinación del peso unitario seco de cada muestra fue fundamental
realizar pruebas de humedad a cada sub-muestra tomando un pequeño ejemplar (36 en
total). De esta manera, los pasos siguientes son los que describen el desarrollo de estas
pruebas:
1. Pesar el molde vacío, el cual estaba marcado con un serial para evitar confusiones
entre los ejemplares.
Figura 14. Proceso de medida de la masa del molde vacío.
2. Verter material en análisis y pesar el molde con este.
Figura 15. Proceso de medida de la masa de una sub-muestra.
3. Introducir el recipiente con el material en un horno a 120 grados centígrados,
superior a 100 grados centígrados para que se logre la evaporación total del
contenido de agua en la muestra. Del mismo modo, la duración a la cual se
mantuvieron los ejemplares dentro del horno fue de 24 horas para que finalmente
solo estuviera el peso seco de cada exponente.
14
Figura 16. Proceso de secado de las muestra en el horno.
4. Por último, pesar de nuevo los recipientes pero ahora las muestras solo tenían su
peso seco.
Figura 17. Proceso de medición de la masa del peso seco de las sub-muestras.
15
3. Resultados
Una vez terminado todos los procesos anteriormente descritos, se empezó a realizar los
cálculos pertinentes para comparar los sistemas entre el que hay presencia de geoceldas y
el que se encuentra sin ellas.
3.1 Peso específico y densidad
Al registrar todos los datos para calcular el peso específico de acuerdo a la Ecuación 1, se
obtuvo los siguientes resultados para cada una de las sub-muestras de ambos sistemas, los
cuales se encuentran en las tablas a continuación:
Tabla 1. Tabla del peso específico y densidad de las muestras para el sistema con geoceldas.
Con Geoceldas
Sub-
Muestra
Peso Específico [kN/m^3]
Densidad[kg/m^3]
Muestra 1
Superior 23,010 2.345,54
Intermedio 22,199 2.262,86
Inferior 20,448 2.084,36
Muestra 2
Superior 23,296 2.374,68
Intermedio 23,249 2.369,93
Inferior 19,534 1.991,21
Muestra 3
Superior 22,865 2.330,80
Intermedio 22,160 2.258,88
Inferior 19,599 1.997,82
Muestra 4
Superior 22,055 2.248,26
Intermedio 22,265 2.269,61
Inferior 18,882 1.924,79
Muestra 5
Superior 14,771 1.505,75
Intermedio 11,466 1.168,82
Inferior 8,837 900,76
Muestra 6
Superior 14,419 1.469,79
Intermedio 10,240 1.043,83
Inferior 12,139 1.237,42
Muestra 7
Superior 16,594 1.691,55
Intermedio 13,973 1.424,36
Inferior 7,706 785,50
16
Tabla 2. Tabla del peso específico y densidad de las muestras para el sistema sin geoceldas.
Sin Geoceldas
Sub-
Muestra
Peso
Específico
[kN/m^3]
Densidad[kg/m^3]
Muestra
1
Superior 29,768 3.034,49
Intermedio 24,695 2.517,37
Inferior 17,926 1.827,31
Muestra
2
Superior 23,389 2.384,19
Intermedio 14,639 1.492,24
Inferior 24,386 2.485,78
Muestra
3
Superior 19,507 1.988,47
Intermedio 24,620 2.509,68
Inferior 20,849 2.125,32
Muestra
4
Superior 23,055 2.350,20
Intermedio 21,944 2.236,87
Inferior 23,108 2.355,51
Muestra
5
Superior 18,556 1.891,55
Intermedio 24,217 2.468,59
Inferior 20,881 2.128,56
3.2 Peso específico seco y humedad
Por otra parte, los resultados mostrados en las siguientes tablas corresponden al peso
específico seco y humedad, los cuales fueron obtenidos a través de la Ecuación 4 y Ecuación
5, respectivamente.
Tabla 3. Tabla de resultados del peso específico seco de las muestras para el sistema con geoceldas.
Con Geoceldas
Sub-Muestra Humedad [%] Peso Específico Seco[kN/m^3]
Muestra 1
Superior 9,32% 21,049
Intermedio 12,42% 19,747
Inferior 10,24% 18,548
Muestra 2
Superior 9,27% 21,319
Intermedio 10,63% 21,015
Inferior 9,42% 17,852
Muestra 3
Superior 8,89% 20,998
Intermedio 10,69% 20,019
Inferior 12,51% 17,420
Muestra 4
Superior 9,96% 20,058
Intermedio 10,78% 20,098
Inferior 12,85% 16,733
17
Muestra 5
Superior 10,43% 13,377
Intermedio 10,38% 10,388
Inferior 13,01% 7,819
Muestra 6
Superior 10,38% 13,063
Intermedio 9,76% 9,329
Inferior 12,36% 10,803
Muestra 7
Superior 8,70% 15,266
Intermedio 10,89% 12,601
Inferior 15,61% 6,665
Tabla 4. Tabla de resultados del peso específico seco de las muestras para el sistema sin geoceldas.
Sin Geoceldas
Sub-Muestra Humedad [%] Peso Específico Seco[kN/m^3]
Muestra 1
Superior 8,87% 27,342
Intermedio 7,55% 22,962
Inferior 11,76% 16,040
Muestra 2
Superior 9,44% 21,371
Intermedio 14,39% 12,797
Inferior 10,24% 22,121
Muestra 3
Superior 9,72% 17,779
Intermedio 8,46% 22,700
Inferior 9,68% 19,010
Muestra 4
Superior 9,76% 21,005
Intermedio 9,00% 20,132
Inferior 8,54% 21,290
Muestra 5
Superior 9,46% 16,953
Intermedio 8,87% 22,243
Inferior 9,44% 19,080
18
4. Análisis de resultados A continuación, a partir de las tablas de resultados obtenidas se desarrollaron las siguientes
gráficas, con la finalidad de visualizar los acontecimientos más relevantes que tuvieran
relación con el objeto de este proyecto de grado.
Por consiguiente, con los resultados del sistema con geoceldas de la Tabla 1 se consigue la
Figura 18, la cual expone la densidad de cada uno de los niveles examinados para cada una
de las muestras. Seguramente, lo más impactante que exhibe esta gráfica es la densidad
obtenida para los casos 5, 6 y 7; donde no se supera los 1700 kilogramos por metro cúbico,
lo cual indica que durante la obtención de estos valores se manifestó un error. Por ende, la
explicación más acertada de esta fluctuación se encuentra en el momento en el que se
rellenó con yeso los hoyos de las geoceldas una vez tomado los datos para que no se
deformará el hoyo siguiente en análisis, al parecer para estas últimas tres muestras no fue
suficiente esta medida de precaución generando un aumento de volumen con la misma
cantidad de material y por esta razón se da lugar esta reducción en la densidad.
Figura 18. Gráfica de la densidad de las muestras para el sistema con geoceldas.
19
En este orden de ideas, la gráfica que corresponde a la densidad de cada una de las tres
zonas inspeccionadas, para el caso sin geoceldas, se encuentra en la Figura 19. En contraste,
con el esquema representativo anterior, en éste se alcanza una tendencia más constante. En
cambio, para este escenario se da una mayor variabilidad de la densidad en cada uno de los
niveles y no de forma decreciente como en la mayoría de los casos del gráfico preliminar.
Por lo tanto, se puede decir que las geoceldas al retener el material dentro de su espacio
están evitando que se traslade el material de manera horizontal de un lado para otro y
terminan recibiendo en forma de bloque la fuerza mecánica aplicada, lo cual provoca ese
decrecimiento escalonado.
Figura 19. Gráfica de la densidad de las muestras para el sistema sin geoceldas.
Así mismo, se desarrolló la misma dinámica para la gráfica de peso específico seco en
presencia de las geoceldas, la cual se encuentra en la Figura 20. Efectivamente, como se
había notificado anteriormente, la presencia del error en las últimas tres muestras se sigue
resaltando debido a que la Ecuación 5 tiene relación con la de peso específico y por ende,
con la de densidad. Aparte de eso, para las cuatro primeras muestras se logró un rango de
valores, el cual osciló entre los 20 y 21 kN por metro cúbico para la capa superior, lo cual
produce una mayor consistencia en estos datos. De la misma manera, se puede concluir que
20
en los niveles intermedios e inferiores ocurre una desviación mínima, lo cual ratifica que los
valores obtenidos exponen una semejanza entre los mismos.
Figura 20. Gráfica del peso específico seco de las muestras para el sistema con geoceldas.
De igual forma, se desarrolló la misma gráfica de barras para el sistema sin geoceldas y se
obtuvo la Figura 21. En esta situación, es de suma importancia dar a conocer la existencia
de una mayor capacidad de carga, puesto que en la mayoría (60%) de los resultados
obtenidos superan los 20 kN por metro cúbico. No obstante, más adelante en este informe
se demostrará de forma global por qué es mayor en cuanto a este aspecto.
Del mismo modo, la gráfica de peso específico seco se comporta de forma variable en cada
muestra pero la tendencia lograda en los datos muestra consistencia a la hora del registro
de datos efectuados y en la ejecución de las pruebas de humedad desarrolladas.
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Figura 21. Gráfica del peso específico seco de las muestras para el sistema sin geoceldas.
Además de lo discutido anteriormente, para desplegar un análisis comparativo más directo
entre los dos sistemas establecidos, el siguiente paso fue realizar un promedio estadístico
entre los resultados de las muestras para identificar realmente qué sucede en forma global
para cada caso en particular. Igualmente, las muestras para el modelo en el que se
implementó geoceldas se redujeron a cuatro, eliminando lo obtenido por aquellas de
enumeración 5,6 y 7; de esta forma, se adquirieron datos más consistentes para este caso
porque de lo contrario se estaría ejecutando una investigación desequilibrada por lo que se
había descubierto de los errores encontrados.
En primer lugar, en cuestiones de la densidad promedio lograda con la experimentación
desarrollada, se interpreta en la Figura 22 que para ambos sistemas la densidad se
comporta de manera decreciente cada vez que se aleja de la superficie compactada. Así
mismo, otro aspecto relevante observado en este gráfico es que para el caso en el que se
implementó el uso de las geoceldas siempre se obtuvo una densidad inferior en
comparación con el caso sin la manejo de las mismas. Para colmo, en las zonas más bajas se
presenta la situación más crítica puesto que la diferencia es aproximadamente de 100
kilogramos por metro cúbico, lo cual estaría demostrando que en el caso de la presencia de
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geoceldas se obtiene una menor reducción de vacíos en los lugares más bajos del material
compactado dentro de esta herramienta de confinamiento celular.
Figura 22. Gráfica comparativa de los promedios de la densidad de las sub-muestras en ambos sistemas.
En segundo lugar, con respecto al peso específico seco promedio obtenido, se elaboró la
Figura 23 con el fin de analizar esta propiedad física para los casos en investigación. De
modo similar, la tendencia acontecida en la Figura 22 se manifiesta de igual conducta para
este caso. No obstante, en este asunto se está midiendo peso seco por unidad de volumen y
por ello se logra identificar que por segunda vez, en las zonas de más bajas se encuentra la
diferencia más crítica entre los sistemas, con aproximadamente 1,87 kN por metro cúbico.
En otras palabras, el caso en presencia de geoceldas puede portar 190,86 kilogramos por
metro cúbico de material seco menos que el sistema donde estas no se encuentran.
Figura 23. Gráfica comparativa de los promedios del peso específico seco de las sub-muestras en ambos sistemas.
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En cierto modo, es de suma importancia resaltar que a pesar de que todo fue desarrollado
bajo las mismas circunstancias de elaboración, el único factor que pudo alterar los
resultados obtenidos son las geoceldas. Efectivamente, debido a la rigidez de este material
comportándose como una barrera, haciendo que obstruyera la función de la rana vibro-
compactadora, a la hora de aplicar la fuerza mecánica sobre el suelo.
Finalmente, un último aspecto que garantiza que el proceso experimental desarrollado se
realizó de manera adecuada es el porcentaje promedio de humedad logrado. Esto se
demuestra con la Figura 24, ya que expone unos resultados cercanos al 11%, el cual es el
porcentaje de humedad óptima como bien se había establecido anteriormente para este
tipo de material granular.
Figura 24. Gráfica comparativa de los promedios de la humedad de las sub-muestras en ambos sistemas.
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5. Conclusiones y recomendaciones
A pesar de que las geoceldas están íntimamente relacionadas con el aumento de la
capacidad portante, lo demostrado en este proyecto de grado señala que a partir de
una experimentación a escala real el procedimiento de compactación puede llegar a
no cumplir su objetivo al estar presente este material. De esta manera, con el análisis
construido se identifica que las geoceldas se interponen en el proceso de
compactación de un suelo, puesto que en las capas inferiores del modelo la fuerza
mecánica aplicada no llega a intervenir de manera significativa debido a la rigidez de
las mismas. Por otra parte, con respecto a los niveles superiores e intermedios del
modelo, se afirma que se comporta de manera similar en ambos sistemas, pero en
ningún momento llega a modificar de forma positiva las propiedades evaluadas del
suelo ya que no produce un aumento en el caso donde se utilizan las geoceldas. De
esta forma, se puede concluir que esta herramienta de confinamiento celular
dificulta la compactación.
Ahora bien, las obras de construcción donde utilicen las geoceldas, si no se logra una
compactación propicia podrían generar desplazamientos verticales del suelo ya que
no se alcanza una reducción de vacíos requerida, lo cual perjudicaría la
funcionalidad de la infraestructura y hasta podría afectar la estabilidad de la misma.
Por ejemplo, en una estructura de pavimentos si no se llega a la reducción de vacíos
diseñada, esto podría crear deficiencias alterando la vida útil de este tipo de
proyectos (Caro Spinel, 2015).
Por último, otro aspecto relevante que es fundamental resaltar es que los resultados
obtenidos para el sistema en presencia de las geoceldas están sujetos a las
indicaciones de uso propuestas por el proveedor del material. Sin embargo, con lo
ejecutado en este proyecto de grado se concluye que con una capa de material sin
compactar de ocho centímetros por encima de las geoceldas, antes del proceso de la
aplicación de la energía mecánica, la compactación no logra su objetivo en los niveles
inferiores. Por lo tanto, se recomienda realizar una investigación donde realmente se
determine cuál es la altura correspondiente para que este procedimiento no se vea
intervenido por la rigidez de las geoceldas.
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6. Bibliografía
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de confinamiento celular. Recuperado el 5 de Abril de 2015, de http://www.infraestructura.org.co/memoriaseventos/expovial2011/AnaMariaMarin.pdf
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Caro Spinel, S. (2015). Consecuencias sobre una mala compactación en pavimentos. Bogotá, Colombia.
