Tesis

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMÓN FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA

CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

ESTABILIZACION DE SUBRASANTES COMPUESTAS DE ARCILLA DISPERSIVA: IDENTIFICACION DE AGENTES DE

ESTABILIZACION PARA EL PARQUE INDUSTRIAL SANTIVAÑEZ

Proyecto de Grado, Presentado Para Optar al Diploma Académico de

Licenciatura en Ingeniería Civil.

Presentado por:

RAFAEL ROJAS RUIZ

OMAR CRISTIAN VILLARROEL ROJAS

Tutor: Ing. Guido León Clavijo

COCHABAMBA – BOLIVIA

Noviembre, 2006

ii

DEDICATORIA

A nuestros queridos padres y a nuestros hermanos

por brindarnos su apoyo incondicional durante nuestra

investigación.

iii

AGRADECIMIENTOS

A Dios por darnos la luz y guía espiritual para nuestro crecimiento tanto intelectual como moral. A nuestros padres por el amor que nos brindaron sus desvelos, sus sacrificios, su amistad y compañerismo. A nuestros hermanos por la ayuda que nos compartieron. Al Ing. Guido León por ayudarnos a que sea posible este proyecto. Al Director Ing. Mauricio Salinas, personal y amigos del Laboratorio de Geotecnia de la Universidad Mayor de San Simón ya que sin ellos el proyecto no seria una realidad. A los docentes por sus concejos y enseñanzas, haciendo de nosotros personas de bien. A la Universidad Mayor de San Simón por abrirnos las puertas y cobijarnos hasta la culminación de nuestros estudios. Y a todos nuestros amigos que nos ayudaron y nos apoyaron cuando el camino parecía infinito.

¡Muchas Gracias¡¡

iv

FICHA RESUMEN

El Parque Industrial Santiváñez de la ciudad de Cochabamba presenta un tipo de arcilla muy problemático denominado arcilla dispersiva el cual es causante de varios problemas en especial sobre los pavimentos flexibles de las calles de conexión de dicho parque, por lo tanto se ha visto por conveniente realizar un estudio de investigación para la identificación de agentes estabilizadores que logren disminuir su impacto negativo.

Primeramente se realizó una investigación bibliográfica de este tipo de suelo ya que no es un suelo muy común y su estudio no se encuentra muy profundizado.

Posteriormente se realizo un reconocimiento visual de la zona en estudio para apreciar la magnitud del daño causado por este tipo de suelo y se obtuvo muestras para su posterior estudio en laboratorio. Todo ello con el fin de establecer el grado de dispersividad actual de las arcillas.

También se realizó ensayos de las arcillas una vez que estas estaban dosificadas con diferentes agentes estabilizadores para poder apreciar el comportamiento y verificar si existía o no mejora en la dispersividad y la capacidad de carga.

Se registro y se observo claramente como el comportamiento del suelo variaba de forma distinta con cada agente tanto en la dispersividad como en la resistencia mecánica. Para el caso de la dispersividad se realizaron los cuatro ensayos pertinentes los cuales son: Erosión interna, Doble Hidrometria, Análisis químico de fracciones de suelo y Ensayo químico de extracto de agua de poros, y para la resistencia mecánica ensayos de CBR (Coeficiente de relación de soporte). Se dosifico al suelo en seis cantidades diferentes.

En el siguiente paso se procedió a la comparación de los comportamientos que cada aditivo lograba en el suelo de estudio y se identifico los agentes que mejores resultados presentaron tanto en el aspecto de dispersividad como en el de resistencia mecánica. Se realizaron curvas de comportamiento para cada aditivo para facilitar la comparación entre agentes.

Con los datos recabados se procedió a la identificación de los agentes mas adecuados para mejorar las características del problemático tipo de suelo que afecta al Parque Industrial Santiváñez. Y se registraron las recomendaciones más importantes para cuando se trabaje con agentes estabilizadores.

INDICE

v

ÍNDICE GENERAL

DEDICATORIA ii

AGRADECIMIENTOS iii

FICHA RESUMEN iv

ÍNDICE GENERAL v

ÍNDICE DE FIGURAS xii

ÍNDICE DE TABLAS xix

GLOSARIO DE SÍMBOLOS xxiii

PARTE I. ANTECEDENTES DEL PROYECTO

Capítulo 1. INTRODUCCIÓN 1

1.1. ANTECEDENTES 1

1.2. OBJETIVOS 2

1.2.1. Objetivo General 2

1.2.2. Objetivos Específicos ..2

1.3. JUSTIFICACIÓN 3

INDICE

vi

PARTE II. FUNDAMENTOS TEÓRICOS

Capítulo 2. ARCILLAS 4

2.1. INTRODUCCIÓN 4

2.2. DEFINICION DE ARCILLA 4

2.3. ESTRUCTURA DE LAS ARCILLAS 7

2.4. CLASIFICACION DE LAS ARCILLAS 9

2.4.1. Caolinita 9

2.4.2. Ilita 11

2.4.3. Montmorilonita 11

2.5. PROPIEDADES FISICO - QUIMICAS 12

2.5.1. Superficie Específica 12

2.5.2. Capacidad de Intercambio Catiónico 13

2.5.3. Capacidad de Absorción 14

2.5.4. Hidratación e Hinchamiento 14

2.5.5. Plasticidad 15

2.5.6. Tixotropía 15

Capítulo 3. ARCILLAS DISPERSIVAS 17


3.2. DEFINICIÓN DE ARCILLA DISPERSIVA 19

3.2.1. Influencia de la doble película de agua en las Arcillas Dispersivas 20

3.3. ORIGEN GEOLOGICO DE LAS ARCILLAS DISPERSIVAS 22

3.4. PROPIEDADES FISICAS DE LAS ARCILLAS DISPERSIVAS 24

3.5. TUBIFICACION 24

3.6. CARCAVAS 26

Capítulo 4. IDENTIFICACION DE ARCILLAS DISPERSIVAS 28


4.2. METODOS DE IDENTIFICACION 29

4.2.1. Identificación Visual 29

4.2.2. Identificación de Arcillas Dispersivas mediante ensayos de laboratorio 30

4.3. ARCILLAS DISPERSIVAS EN LA CIUDAD DE COCHABAMBA 37

Capítulo 5. PAVIMENTOS FLEXIBLES 39


5.2. PAVIMENTO FLEXIBLE 39

INDICE

vii

5.2.1. Terminología de las capas del Pavimento 40

5.3. FUNCION Y CARACTERISTICAS DE LAS DIFERENTES CAPAS DE UN PAVIMENTO

FLEXIBLE 42

5.3.1. Terreno de Fundación 42

5.3.2. Sub Base 42

5.3.3. Base 43

5.3.4. Capa de Rodamiento 44

5.4. CALCULO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES 44

5.4.1. Método del Instituto del Asfalto 44

5.4.2. Método CBR 45

5.4.3. Método del Índice de Grupo 47

5.5. PAVIMENTO FLEXIBLE DEL PARQUE INDUSTRIAL SANTIVAÑEZ 47

Capítulo 6. ESTABILIZACION DE SUELOS 52


6.2. AGENTES ESTABILIZADORES 53

6.3. ESTABILIZACION CON CAL 54

6.3.1. Generalidades 54

6.3.2. Obtención de la Cal Hidratada 55

6.3.3. Efectos de la Cal en el suelo 56

6.4. ESTABILIZACION CON CLORURO DE SODIO 57


6.4.2. Obtención de la Cloruro de Sodio 57

6.4.3. Efectos de la Sal en el suelo 59

6.5. ESTABILIZACION CON CEMENTO PORTLAND 61


6.5.2. Obtención del Cemento Pórtland 63

6.5.3. Efectos del Cemento en el suelo 64

6.6. ESTABILIZACION CON SULFATO DE ALUMINIO HIDRATADO 65


6.6.2. Obtención del Sulfato de Aluminio Hidratado 66

6.6.3. Efectos del Sulfato de Aluminio Hidratado en el suelo 67

6.7. ESTABILIZACION CON MELAZA 68


6.7.2. Obtención de la Melaza 69

INDICE

viii

6.7.3. Efectos de la Melaza en el suelo 69

PARTE III. DESARROLLO PRÁCTICO

Capítulo 7. CARACTERIZACION DEL SITIO DE ESTUDIO 71


7.2. IMPORTANCIA DEL PARQUE INDUSTRIAL SANTIVAÑEZ 72

7.3. IDENTIFICACION VISUAL DE ARCILLAS DISPERSIVAS EN EL PARQUE

INDUSTRIAL SANTIVAÑEZ 73

7.4. ESTUDIOS PREVIOS DE SUELOS 74

7.5. OBTENCION DE LA MUESTRA 76

Capítulo 8. DESCRIPCION DE AGENTES ESTABILIZADORES USADOS 79


8.2. CAL HIDRATADA 80

8.3. CLORURO DE SODIO 80

8.4. CEMENTO PORTLAND 82

8.5. SULFATO DE ALUMINIO HIDRATADO 83

8.6. MELAZA 85

8.7. PROCEDIMIENTO EN CAMPO 87

Capítulo 9. DESCRIPCION DE ENSAYOS 89


9.2. CUIDADOS EN EL PREPARADO DE MUESTRAS 90

9.2.1. Maduración de la muestra 90

9.2.2. Control del Fraguado 91

9.3. CARACTERIZACION DEL SUELO 92

9.3.1. Análisis de tamaño de partículas de Suelo 92

9.3.2. Limites de Consistencia 94

9.4. DOBLE HIDROMETRIA 97

9.4.1. Preparación de la muestra 97

9.4.2. Procedimiento del Ensayo 97

9.5. EROSION INTERNA 99

9.5.1. Preparación de la muestra ........... 100


9.6. ENSAYO QUIMICO DE FRACCIONES DE SUELO 104


INDICE

ix


9.7. ENSAYO QUIMICO DE EXTRACCION DE AGUA DE POROS 107

9.8. PROCTOR MODIFICADO 107



9.9. INDICE DE PENETRACION CALIFORNIA 111



9.10. pH 120

9.10.1. Determinación del pH 121

PARTE IV. ANALISIS DE RESULTADOS

Capítulo 10. ANALISIS DE RESULTADOS 123


10.2. MUESTRA SIN ADITIVO 123

10.2.1. Características del Suelo 124

10.3. LIMITES DE ATTERBERG 124

10.3.1. Suelo sin Aditivo 124

10.3.2. Dosificación con Cloruro de Sodio 125

10.3.3. Dosificación con Cal Hidratada 127

10.3.4. Dosificación con Cemento Pórtland 128

10.3.5. Dosificación con Sulfato de Aluminio Hidratado 129

10.3.6. Dosificación con Melaza 130

10.4. PROCTOR MODIFICADO 131







10.5. CARACTERISTICAS DE EXPANSION 137




INDICE

x




10.6. INDICE DE PENETRACION CALIFORNIA (CBR) 140







10.7. ENSAYO DE EROSION INTERNA 148







10.8. ENSAYO DE DOBLE HIDROMETRIA 151






10.9. ANALISIS DE EXTRACCION DE AGUA DE POROS 154







10.10. ENSAYO QUIMICO DE FRACCIONES DE SUELO 159

10.11. ENSAYO DE pH 163



INDICE

xi





10.12. COMPARACION DE RESULTADOS ENTRE ADITIVOS 166

10.12.1. Limites de Consistencia 166

10.12.2. Proctor Modificado 167

10.12.3. CBR 167

10.12.4. Características de Dispersividad 169

10.12.5. Características de expansión 170

10.12.6. pH 171

PARTE V. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Capítulo 11. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 172

11.1. CONCLUSIONES 172

11.2. RECOMENDACIONES 173

11.3. OBSERVACIONES 174

REFERENCIAS BIBLIGRÁFICAS 175

ANEXO A

ANEXO B

ANEXO C

INDICE DE FIGURAS

xii

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 2.1. Hojuela de Arcilla amplificada 15000 veces (Sherard, J.L.; Dunningan, L.P.; Decker,

1995) 6

Figura 2.2. Borde de la hojuela amplificada 20000 veces (Sherard, J.L.; Dunningan, L.P.; Decker,

1995) 7

Figura 2.3. Esquema de la estructura de la lamina silícica (Garnica, P. Et. al, 2000) 7

Figura 2.4. Esquema de una unidad hexagonal de la lámina silícica (Garnica, P. Et. al, 2000) 8

Figura 2.5. Esquema de la estructura de la lamina Alumínica (Garnica, P. Et. al, 2000) 8

Figura 2.6. El árbol de los Caolines (Sherard, J.L.; Dunningan, L.P.; Decker, 1995) 9

Figura 2.7. La baraja de los Caolines (Holgrem, G.G.S & Flanagan, C.P., 1976) 10

Figura 3.1. Daños en suelos de Arcillas Dispersivas (Sherard, J.L., 1976) 18

Figura 3.2. Daños en suelos de Arcillas Dispersivas: con presencia de tubificaciones y agujeros

(Sherard, J.L., 1976) 19

Figura 3.3. Molécula de Agua 21

INDICE DE FIGURAS

xiii

Figura 3.4. Fuerzas electroestáticas entre partículas de Arcilla (Claros, H., 2001) 21

Figura 3.5. Agua Absorbida (Dass, B., 1998) 22

Figura 3.6. Detalles esquemáticos de túneles erosionados por lluvia en Arcillas Dispersiva (Sherard,

J.L., 1976) 25

Figura 3.7. Detalle de la evolución de una cárcava en cuatro etapas (Ameneiro R. y Alvarez J.,

2004) 27

Figura 4.1. Erosión Severa en Laderas del Parque Industrial Santiváñez 29

Figura 4.2. Laderas Erosionadas del camino de acceso al Parque Industrial Santiváñez 29

Figura 4.3. Orificios Superficiales producto de la Erosión de las Arcillas Dispersivas – Parque

Industrial Santiváñez 30

Figura 4.4. Perforación del orificio interno (Laboratorio de Geotecnia) 31

Figura 4.5. Elementos que comprenden al ensayo de Erosión Interna 31

Figura 4.6. Determinación del diámetro final del orificio (Laboratorio de Geotecnia) 32

Figura 4.7. Relación entre el porcentaje de sodio Na (%) y totales de sales disueltas (TDS), (Journal

of geotechnical engineering division, 1976) 33

Figura 4.8. Elementos que comprenden al ensayo Hidrométrico Simple 34

Figura 4.9. Resultados del ensayo de Doble Hidrometria 35

Figura 4.10. Terrón de Arcilla 36

Figura 4.11. Nubosidad de una muestra de Arcilla altamente dispersiva – Parque Industrial

Santiváñez 37

Figura 4.12. Ensayo Químico de Fracciones de Suelo (Laboratorio de Geotecnia) 37

Figura 5.1. Partes de un Pavimento Flexible (Camacho, L.A. & Iguay, J.M., 2004) 40

Figura 5.2. Terreno de Fundación de buena calidad; hace de sub base a la vez (Camacho, L.A. &

Igual, J.M., 2004) 41

Figura 5.3. Terreno de Fundación de buena calidad; hace de sub base y base a la vez (Camacho,

L.A. & Iguay, J.M., 2004) 41

Figura 5.4. Espesores para diferentes CBR (Camacho, L.A. & Iguay, J.M., 2004) 46

Figura 5.5. Fisuras del Pavimento Flexible del Parque Industrial Santiváñez 48

INDICE DE FIGURAS

xiv

Figura 5.6. Fisuras del Pavimento Flexible del Parque Industrial Santiváñez 48

Figura 5.7. Cárcavas en el suelo del Parque Industrial Santiváñez 49

Figura 5.8. Erosión del Pavimento Flexible del Parque Industrial Santiváñez 49

Figura 5.9. Erosión del Pavimento Flexible del Parque Industrial Santiváñez 50

Figura 5.10. Deterioro del Pavimento Flexible del Parque Industrial Santiváñez 50

Figura 5.11. Parchado del Pavimento Flexible del Parque Industrial Santiváñez 51

Figura 6.1. Salar de Uyuni Potosí - Bolivia 58

Figura 6.2. Bloque de Sal utilizada antes de la disgregación 58

Figura 6.3. Proceso de Coagulación 67

Figura 6.4. Polímero Floculantes 68

Figura 6.5. Melaza utilizada en el proyecto 69

Figura 7.1. Deterioros en el pavimento Flexible 72

Figura 7.2. Laderas Erosionas del Parque Industrial Santiváñez 73

Figura 7.3. Diferentes lugares erosionados del Parque Industrial Santiváñez 73

Figura 7.4. Laderas erosionadas localizadas cerca del Pavimento del Parque Industrial Santiváñez

74

Figura 7.5. Erosiones en el camino de acceso al Parque Industrial Santiváñez 74

Figura 7.6. Obtención de la muestra a ser analizada 76

Figura 7.7. Cárcava hallada a una profundidad de 0.70 m durante la obtención de la muestra 77

Figura 7.8. Cárcava hallada en la zona del Parque Industrial 78

Figura 8.1. Proceso de la disgregación de los terrones de Sal 81

Figura 8.2. Grafica de los márgenes utilizados de la granulometría de la sal 82

Figura 8.3. Proceso de Control de la Temperatura de por lo menos 15ºC de Agua de aplicación 83

Figura 8.4. Calculo 11.35 Kgrs de Sulfato de Aluminio y 45,4 Kgrs de Agua utilizando barbijo y

guantes 85

Figura 8.5. Proceso de mezclado para la obtención del Sulfato de Aluminio Hidratado 85

Figura 8.6. Proceso de Homogenización de la Melaza 87

INDICE DE FIGURAS

xv

Figura 9.1. Introducción del Hidrometro en el tubo de suspensión (laboratorio de Geotecnia) 94

Figura 9.2. Tamizado de la muestra 95

Figura 9.3. Preparación de muestra – Dosificación con Sal 95

Figura 9.4. Preparación de muestra – Limite Plástico 96

Figura 9.5. Proceso de Decantación en una muestra dosificada con Sal para diferentes tiempos de

lectura 98

Figura 9.6. Decantación total de un muestra dosificada con Sal a las 24 hrs. de lectura 98

Figura 9.7. Elementos necesarios para el ensayo Doble Hidrometria 99

Figura 9.8. Cilindros a partir del cual se talla la muestra del Pinhole ............ 100

Figura 9.9. Corte transversal del Equipo de Erosión Interna (United States Engineers Army Corp)

101

Figura 9.10. Vista en Planta del Equipo de Erosión Interna (United States Engineers Army Corp)

101

Figura 9.11. Proceso de Armado, una vez que se tiene la muestra de Pinhole tallada y preparada

para el ensayo 102

Figura 9.12. Flujograma para el ensayo de Erosión Interna 103

Figura 9.13. Especimenes de Arcilla cortadas longitudinalmente 104

Figura 9.14. Incremento de la nubosidad alrededor del terrón para diferentes tiempos. Arcilla de la

zona de Santiváñez 105

Figura 9.15. Comportamiento de la nubosidad para una arcilla dosificada con Alumbre 106

Figura 9.16. Comportamiento de la nubosidad para una arcilla dosificada con diferentes porcentajes

de melaza 106

Figura 9.17. Equipo necesario para el ensayo de Erosión Interna 107

Figura 9.18. Proceso de Dosificación – Aditivo Cal 109

Figura 9.19. Proceso de Humedecimiento – Control del Fraguado 109

Figura 9.20. Proceso de Compactación de la muestra 110

Figura 9.21. Proceso de Enrazamiento de la muestra compactada 110

INDICE DE FIGURAS

xvi

Figura 9.22. Proceso de Determinación del contenido de humedad de la muestra compactada 111

Figura 9.23. Equipo necesario para el ensayo CBR 112

Figura 9.24. Preparación de la muestra para CBR – dosificación con Cal 113

Figura 9.25. Humedecimiento de la muestra para CBR – dosificación con Cal 114

Figura 9.26. Realización del ensayo CBR – Dosificación con Cal 115

Figura 9.27. Compactación de la muestra – determinación del contenido de Humedad 115

Figura 9.28. Retiración – Pesado del molde con lo muestra compactada 116

Figura 9.29. Colocación de la sobrecarga en la muestra compactada 116

Figura 9.30. Saturación de la muestra 117

Figura 9.31. Equipo de penetración – Ensayo CBR 118

Figura 9.32. Penetración de la muestra – Ensayo CBR 119

Figura 9.33. Corrección de la curva – Ensayo CBR 120

Figura 9.34. Escala del pH para suelos (Departamento de Agricultura FOA) 121

Figura 9.35. Efecto del Ph del suelo en la disponibilidad de Nutrientes, la zona verde de Ph 5.5 a 7.5

es la mas angosta significa menos disponibilidad de nutrientes (Prat, 1965) 122

Figura 10.1. Características de plasticidad de la muestra sin Aditivo 125

Figura 10.2. Características de plasticidad de la muestra dosificada con Sal 126

Figura 10.3. Características de plasticidad de la muestra dosificada con Cal 127

Figura 10.4. Características de plasticidad de la muestra dosificada con Cemento 129

Figura 10.5. Características de plasticidad de la muestra dosificada con Alumbre 130

Figura 10.6. Características de plasticidad de la muestra dosificada con Melaza 131

Figura 10.7. Características de Compactación de la muestra sin Aditivo 132

Figura 10.8. Características de Compactación de la muestra dosificada con Sal 133

Figura 10.9. Características de Compactación de la muestra dosificada con Cal 134

Figura 10.10. Características de Compactación de la muestra dosificada con Cemento 135

Figura 10.11.Características de Compactación de la muestra dosificada con Alumbre 136

INDICE DE FIGURAS

xvii

Figura 10.12. Características de Compactación de la muestra dosificada con Melaza 137

Figura 10.13. Comportamiento del CBR dosificado con Sal 142

Figura 10.14. Comportamiento del CBR dosificado con Cal 143

Figura 10.15. Comportamiento del CBR dosificado con Cemento 145

Figura 10.16. Comportamiento del CBR dosificado con Alumbre 146

Figura 10.17. Comportamiento del CBR dosificado con Melaza 148

Figura 10.18. Grafica de Comportamiento del ensayo TDS de la muestra sin Aditivo 154

Figura 10.19. Grafica de Comportamiento del ensayo TDS de la muestra dosificada con Sal 155

Figura 10.20. Grafica de Comportamiento del ensayo TDS de la muestra dosificada con Cal 156

Figura 10.21. Grafica de Comportamiento del ensayo TDS de la muestra dosificada con Cemento

157

Figura 10.22. Grafica de Comportamiento del ensayo TDS de la muestra dosificado con Sulfato de

Aluminio 158

Figura 10.23. Grafica de Comportamiento del ensayo TDS de la muestra dosificado con Melaza 159

Figura 10.24. Comportamiento de la nubosidad para una arcilla tratada con diferentes dosificaciones

de Cal 160


de Cemento 161


de Sal 161


de Melaza 162


de Alumbre 162

Figura 10.29. Comparación de comportamientos del suelo dosificado con los distintos aditivos

(Limites de consistencia) 166

Figura 10.30. Comparación de comportamientos del suelo dosificado con los distintos aditivos-CBR

168

INDICE DE FIGURAS

xviii


168

Figura 10.32. Grafica del comportamiento de expansión para los diferentes aditivos 170

Figura 10.33. Grafica del comportamiento pH para los diferentes aditivos 171

INDICE DE TABLAS

xix

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 2.1. Superficies especificas de algunas Arcillas (Velho, J., Gomes, C. & Romariz, C., 1998)

13

Tabla 2.2. Valores de Capacidad de Intercambio Catiónico de algunas Arcillas (Velho, J., Gomes,

C. & Romariz, C., 1998) 14

Tabla 3.1. Susceptibilidad de los suelos a la Tubificación (Rico - Del Castillo, 1999) 25

Tabla 4.1. Notación utilizada para la clasificación de las características dispersivas de las muestras

según el método A 32


según el método B 32


según el método C 32

Tabla 4.4. Resultados de ensayos de las zonas con Arcillas Dispersivas en la ciudad de Cochabamba

(Aranibar, A., Salinas, L.M., 2003) 38

Tabla 5.1. Clasificación de las Subrasantes según el método CBR 47

INDICE DE TABLAS

xx

Tabla 6.1. Requerimiento de las Calizas y Carbonatos de Calcio naturales para formar Cal

estabilizante (Rico – Del Castillo, 1999) 56

Tabla 6.2. Especificaciones químicas y físicas de la Cal Hidratada 56

Tabla 6.3. Composición química del Cemento Pórtland 62

Tabla 6.4. Métodos de Estabilización con Cemento Pórtland 62

Tabla 7.1. Propiedades mecánicas del estudio previo de Suelos (Claure Pereira & Asociados, 2001)

75

Tabla 8.1. Parámetros de la Sal utilizada para la estabilización 80

Tabla 8.2. Granulometría de la Sal usada en el proyecto de investigación 81

Tabla 8.3. Porcentaje de Cemento a usar inicialmente en varios tipos de suelos (Rico - Del Castillo,

1999) 83

Tabla 8.4. Parámetros del Sulfato de Aluminio utilizado para la Estabilización 84

Tabla 8.5. Parámetros de la Melaza utilizado para la Estabilización 86

Tabla 9.1. Comparación de resultados-Maduración de a muestra-Dosificación con Cal 90

Tabla 9.2. Comparación de resultados-Maduración de a muestra-Dosificación con Cemento 91

Tabla 10.1. Clasificación del suelo en estudio 124

Tabla 10.2. Características de plasticidad de la muestra Sin Aditivo 125

Tabla 10.3. Características de plasticidad de la muestra dosificada con Sal 126

Tabla 10.4. Características de plasticidad de la muestra dosificada con Cal 127

Tabla 10.5. Características de plasticidad de la muestra dosificada con Cemento 128

Tabla 10.6. Características de plasticidad de la muestra dosificada con Alumbre 129

Tabla 10.7. Características de plasticidad de la muestra dosificada con Melaza 130

Tabla 10.8. Características de Compactación de la muestra Sin Aditivo 131

Tabla 10.9. Características de Compactación de la muestra dosificada con Sal 132

Tabla 10.10. Características de Compactación de la muestra dosificada con Cal 133

Tabla 10.11. Características de Compactación de la muestra dosificada con Cemento 134

Tabla 10.12. Características de Compactación de la muestra dosificada con Alumbre 135

INDICE DE TABLAS

xxi

Tabla 10.13. Características de Compactación de la muestra dosificada con Melaza 136

Tabla 10.14. Características de expansión de la muestra Sin Aditivo 137

Tabla 10.15. Características de expansión de la muestra dosificada con Sal 138

Tabla 10.16. Características de expansión de la muestra dosificada con Cal 138

Tabla 10.17. Características de expansión de la muestra dosificada con Cemento 139

Tabla 10.18. Características de expansión de la muestra dosificada con Alumbre 139

Tabla 10.19. Características de expansión de la muestra dosificada con Melaza 140

Tabla 10.20. Resultados del ensayo CBR de la muestra sin Aditivo 140

Tabla 10.21. Resultados del ensayo CBR de la muestra dosificada con Sal 141

Tabla 10.22. Resultados del ensayo CBR de la muestra dosificada con Cal 142

Tabla 10.23. Resultados del ensayo CBR de la muestra dosificada con Cemento 144

Tabla 10.24. Resultados del ensayo CBR de la muestra dosificada con Alumbre 146

Tabla 10.25. Resultados del ensayo CBR de la muestra dosificada con Melaza 147

Tabla 10.26. Clasificación del suelo sin Aditivo según el ensayo de Erosión Interna 148

Tabla 10.27. Clasificación del suelo dosificado con Sal según el ensayo de Erosión Interna 149

Tabla 10.28. Clasificación del suelo dosificado con Cal según el ensayo de Erosión Interna 149

Tabla 10.29. Clasificación del suelo dosificado con Cemento según el ensayo de Erosión Interna 150

Tabla 10.30. Clasificación del suelo dosificado con Alumbre según el ensayo de Erosión Interna 150

Tabla 10.31. Clasificación del suelo dosificado con Melaza según el ensayo de Erosión Interna 151

Tabla 10.32. Características de dispersividad del suelo sin Aditivo según el ensayo de Doble

Hidrometria 151

Tabla 10.33. Características de dispersividad del suelo dosificado con Sal según el ensayo de Doble

Hidrometria 152

Tabla 10.34. Características de dispersividad del suelo dosificado con Cal según el ensayo de Doble

Hidrometria 152

Tabla 10.35. Características de dispersividad del suelo dosificado con Alumbre según el ensayo de

Doble Hidrometria 153

INDICE DE TABLAS

xxii

Tabla 10.36. Características de dispersividad Clasificación del suelo dosificado con Melaza según el

ensayo de Doble Hidrometria 153

Tabla 10.37. Resultados del ensayo TDS de la muestra sin Aditivo 154

Tabla 10.38. Resultados del ensayo TDS de la muestra dosificada con Sal 155

Tabla 10.39. Resultados del ensayo TDS de la muestra dosificada con Cal 156

Tabla 10.40. Resultados del ensayo TDS de la muestra dosificada con Cemento 157

Tabla 10.41. Resultados del ensayo TDS de la muestra dosificada con Alumbre 158

Tabla 10.42. Resultados del ensayo TDS de la muestra dosificada con Melaza 159

Tabla 10.43. Valores de pH para el suelo sin Aditivo 163

Tabla 10.44. Valores de pH para el suelo dosificado con Sal 163

Tabla 10.45. Valores de pH para el suelo dosificado con Cal 164

Tabla 10.46. Valores de pH para el suelo dosificado con Cemento 164

Tabla 10.47. Valores de pH para el suelo dosificado con Alumbre 165

Tabla 10.48. Valores de pH para el suelo dosificado con Melaza 165

Tabla 10.49. Resumen de ensayos de dispersividad 169

GLOSARIO DE SIMBOLOS

xxiii

GLOSARIO DE SÍMBOLOS A área superficial

Å medida de espesor

A1 dosificación con 2% de alumbre






C1 dosificación con 2% de cal






d espesor de la doble capa

DB500 descobond

D diámetro de las partículas de suelo

Gs gravedad especifica

IP índice de plasticidad

ID índice de dispersividad

K constante dieléctrica

L profundidad


xxiv

LP limite plástico

LL limiten líquido

M1 dosificación con 2% de melaza






meq mili equivalentes

[Mpa] mega pascales

ND no determinado

[N] newton

Ps densidad de las partículas del suelo

Pw densidad de el agua

Q carga eléctrica

qadm capacidad de carga admisible

S1 dosificación con 5% de sal






TDS análisis químico de extracto de poros

T1 dosificación con 2% de cemento






t tiempo

v velocidad

w contenido de humedad

Z energía potencial


xxv

µm unidad micra

µ viscosidad de agua

φd peso específico seco

φd máx. peso específico seco máximo

CAPITULO 1 INTRODUCCION

1

CAPITULO 1

INTRODUCCION

1.1. ANTECEDENTES

Actualmente el “Parque Industrial Santiváñez” presenta un pavimento flexible en las calles de

conexión, la Subrasante que soportara el diseño vial ya sea este pavimento flexible o rígido debe ser

la mas optima y factible posible, se ha observado que en el Parque Industrial el pavimento flexible

se realizó sobre arcilla dispersiva el cual se encuentra deteriorado para el poco uso que tiene.

No se tiene un conocimiento claro del porque el pavimento empezó a mostrar una serie de

deterioros, pero se tiene una baga sospecha de que se debe a las arcillas dispersivas en si, aunque

otros orígenes de las fallas podrían haber sido: un mal diseño de la estructura de pavimento, una

mala compactación, una mala elección de materiales u otros.

El suelo natural de la zona de Santiváñez tuvo un estudio de suelos orientado a analizar tres

aspectos importantes:

• Erosión de los suelos

• Capacidad de carga del suelo

• Vías de circulación


2

Mediante estos estudios se pudo confirmar que el suelo de la zona de “Santiváñez” presenta una

incipiente degradación de los suelos producto de la actividad salina del agua intersticial

manifestándose con la formación de cárcavas y tubificaciones que muestran la erosión del suelo. La

capacidad de carga admisible del subsuelo fue obtenida mediante las pruebas de Penetración

Estándar (SPT) de acuerdo a las normas de la ASTM D-1586 en la cual se pudo determinar que el

diseño de las fundaciones fueron calculadas con una capacidad de carga admisible de 1.5

[Kg./cm2].(Claure Pereira & Asociados Consultores)

La capacidad de soporte de los suelos para el diseño de la plataforma de los caminos, presentaba en

muchos sectores del camino valores del CBR (California Bearing Ratio) inferiores a 5, lo que

demostraba baja resistencia de carga, consiguientemente era necesario mejorar el terreno con

material granular del rió mas próximo.

El diseño de la sección del pavimento fue realizado mediante el método del Ministerio de Obras

Publicas de Colombia y del Instituto del Asfalto realizado por la Consultora “Claure-Pereira” donde

se obtuvo el siguiente diseño:

Concreto Asfáltico 7.50 [cm.]

Capa Base 14.0 [cm.]

Capa Sub-Base 20.0 [cm.]

Subrasante Mejorada 30.0 [cm.]

1.2. OBJETIVOS

1.2.1. OBJETIVO GENERAL

Identificar aditivos para estabilizar arcillas dispersivas del Parque Industrial Santiváñez

disminuyendo el grado de dispersividad y mejorando la capacidad de carga del mismo para el uso

en subrasantes para pavimentos flexibles.

1.2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS

Reconocimiento del sitio de estudio.

Determinar el grado de dispersividad de las Arcillas del Parque Industrial Santiváñez.


3

Introducción de 5 agentes de Estabilización para la Subrasante utilizando materiales de bajo

costo y fácil obtención.

Obtener los comportamientos del suelo por la aplicación de los agentes estabilizadores.

Comparar y determinar cuales son los agentes estabilizadores más factibles que se adecuen

a las condiciones del Parque Industrial Santiváñez, orientados a la disminución del grado de

Dispersividad y la mejoría de la capacidad de carga del suelo.

1.3. JUSTIFICACION

Uno de los medios de comunicación mas importantes y útiles en la mayoría de los países es el

medio carretero, por lo tanto el buen estado de las vías de comunicación (carreteras) debe ser una

prioridad en cualquier gobierno para que así el desarrollo económico no sea obstruido de ninguna

manera especialmente en países como el nuestro.

Siendo el sub-suelo uno de los componentes mas importantes para el buen comportamiento del

pavimento frente a los diferentes esfuerzos ya tomados en cuenta en el prediseño, esta debe cumplir

los parámetros mínimos de resistencia, pero si el sub-suelo es problemático se debe introducir una

solución como la aplicación de algún aditivo que ayude a mejorar ya sea la resistencia de este o las

propiedades del mismo; como la dispersividad de suelos problemáticos para la aplicación en

construcción de pavimentos.

El tener un conocimiento de solución como la aplicación de agentes estabilizadores frente a este

problemático tipo de suelo de forma preventiva logra evitar gastos posteriores, y por otro lado no

limita las aperturas de carreteras en zonas con características de dispersividad dando así al

ingeniero una herramienta útil, la cual puede ser utilizada para la introducción de comunidades

aisladas a la interacción social del país.

La técnica de identificar agentes estabilizadores para mejorar las características del suelo presenta

un grado de facilidad elevado, siendo la aplicación de la misma manera y estas no afectan en gran

medida el medio ambiente ya que no cambian radicalmente las condiciones del mismo.

CAPITULO 2 ARCILLAS

4

CAPITULO 2

ARCILLAS

2.1. INTRODUCCION

En este capitulo se proporcionaran las características y propiedades de las arcillas, además de las

diferencias de este tipo de suelo respecto a los demás. Tomando en cuenta que las arcillas son

principalmente partículas submicroscopicas en forma de escama de mica, minerales arcillosas y

otros minerales, las arcillas presentan partículas menores a 0.002 mm (2 µm). En algunos casos las

partículas de tamaño entre 0.002 mm y 0.005 mm también se denominan arcillas, Brajan, D. (1998).

Las partículas se clasifican como arcilla con base en su tamaño y no contienen necesariamente

minerales arcillosos, Brajan, D. (1998).

Los minerales arcillosos son complejos silicatos de aluminio compuestos de una o dos unidades

básicas: tetraedro de sílice y octaedro de alúmina, Brajan, D. (1998).

2.2. DEFINICION DE ARCILLA

El diccionario nos dice lo siguiente: Las arcillas son las rocas blandas que se hacen plásticas al

contacto con el agua, siendo frágiles en seco, y con gran capacidad de absorción.

CAPITULO 2 ARCILLAS

5

La Enciclopedia las define así: La arcilla es un silicato de aluminio hidratado, en forma de roca

plástica, impermeable al agua y bajo la acción del calor se deshidrata, endureciéndose mucho.

La Enciclopedia técnica dice: Las arcillas son cualquier sedimento o depósito mineral que es

plástico cuando se humedece y que consiste de un material granuloso muy fino, formado por

partículas muy pequeñas cuyo tamaño es inferior a 4 micras, y que se componen principalmente de

silicatos de aluminio hidratados [1 micra es la diezmilésima parte de un centímetro o sea la

dimensión aproximada de los microbios comunes], Romero, E. & Suárez, M. (1999).

Las Arcillas presentan distintas definiciones a partir del punto de vista desde la cual es observada

.Es decir que si es desde el punto de vista mineralógico, engloba a un grupo de minerales (minerales

de la arcilla), filosilicatos en su mayor parte, cuyas propiedades físico-químicas dependen de su

estructura y de su tamaño de grano, muy fino (inferior a 2 µm), Romero, E. & Suárez, M. (1999).

Desde el punto de vista petrológico la arcilla es una roca sedimentaria, en la mayor parte de los

casos de origen detrítico, con características bien definidas. Para un sedimentólogo, arcilla es un

término granulométrico, que abarca los sedimentos con un tamaño de grano inferior a 2 µm,

Romero, E. & Suárez, M. (1999).

Para un ceramista una arcilla es un material natural que cuando se mezcla con agua en la cantidad

adecuada se convierte en una pasta plástica. Desde el punto de vista económico las arcillas son un

grupo de minerales industriales con diferentes características mineralógicas y genéticas y con

distintas propiedades tecnológicas y aplicaciones.

Desde un punto de vista utilitario las arcillas han sido los materiales preferidos por el hombre para

la manufactura de utensilios que sirven en la cocción y el consumo de sus alimentos, de vasijas de

barro para almacenar y añejar el vino, de piezas finas de porcelana, así como pisos de mosaico y

embaldosados.

Desde el punto de vista geológico las arcillas son minerales naturales que se formaron hace varios

millones de años y que reúnen las características peculiares de composición y formación

relacionadas con el curso de la evolución de la Tierra, Grim, R.E. (1953).

Las arcillas han sido definidas como aquellos suelos compuestos por partículas que al ser mezcladas

con una cantidad limitada muestran cierta plasticidad, Grim, R.E. (1953).

CAPITULO 2 ARCILLAS

6

Plasticidad es aquella propiedad de las arcillas de tener al contacto con el agua una apariencia y

consistencia de masilla, esta propiedad se debe al agua absorbida por las partículas de arcilla,

Brajan, D. (1998).

Por tanto, el término arcilla no sólo tiene connotaciones mineralógicas, sino también de tamaño de

partícula, en este sentido se consideran arcillas todas las fracciones con un tamaño de grano inferior

a 2 µm. Según esto todos los filosilicatos pueden considerarse verdaderas arcillas si se encuentran

dentro de dicho rango de tamaños, incluso minerales no pertenecientes al grupo de los filosilicatos

(cuarzo, feldespatos, etc.) pueden ser considerados partículas arcillosas cuando están incluidos en

un sedimento arcilloso y sus tamaños no superan las 2 µm, Brahan, D. (1998).

Figura 2.1. Hojuela de arcilla amplificada 15 000 veces. (Fuente: Sherard, J.L.; Dunningan, L.P.; Deckers 1975)

Las arcillas son constituyentes esenciales de gran parte de los suelos y sedimentos debido a que son,

en su mayor parte, productos finales de la meteorización de los silicatos que, formados a mayores

presiones y temperaturas, en el medio exógeno se hidrolizan.

Se menciona en las definiciones precedentes que la arcilla es un silicoaluminato hidratado, es decir

que desde el punto de vista químico está compuesta de silicio (Si), aluminio (Al), oxígeno (O) e

hidrógeno (H).

CAPITULO 2 ARCILLAS

7

Figura 2.2. Borde de la hojuela amplificado 20 000 veces. (Fuente: Sherard, J.L.; Dunningan, L.P.; Deckers 1975)

2.3. ESTRUCTURA DE LAS ARCILLAS Por su parte las arcillas están constituidas básicamente por silicatos de aluminio hidratados,

presentando además, en algunas ocasiones, silicatos de magnesio, hierro u otros metales, también

hidratados. Estos minerales tienen casi siempre, una estructura cristalina definida, cuyos átomos se

disponen en láminas. Existen dos variedades de tales láminas: la silícica y la alumínica. La primera,

de tales láminas, está formada por un átomo de silicio, rodeado de cuatro de oxígeno, disponiéndose

el conjunto en forma de tetraedro, tal como se muestra en la Figura 2.3.

Figura 2 .3. Esquema de la estructura de la lámina silícica (Fuente: Garnica, P. Et. al, 2002)

CAPITULO 2 ARCILLAS

8

Estos tetraedros se agrupan en unidades hexagonales, sirviendo un átomo de oxígeno de nexo entre

cada dos tetraedros, Brajan, D. (1998). Un esquema de una unidad hexagonal aparece en la Figura

2.4. Las unidades hexagonales repitiéndose indefinidamente, constituyen una retícula laminar.

Figura 2 .4. Esquema de una unidad hexagonal de una lámina silícica

(Fuente: Garnica, P. Et. al, 2002)

Las láminas alumínicas están formadas por retículas de octaedros dispuestos con un átomo de

aluminio al centro y seis de oxígeno alrededor, tal como aparece en la Figura 2.5. Y la combinación

de las unidades octaédricas de hidroxilos de aluminio dan una lamina octaédrica (también llamada

lamina de Gibbsita) en ocasiones el Magnesio reemplaza a los átomos de aluminio en las unidades

octaédricas; en tal caso la lamina octaédrica se denomina lamina de Brucita. También ahora es el

oxígeno el nexo entre cada dos octaedros vecinos, para constituir la retícula, Das, Brahan. (1998).

Figura 2.5. Esquema de la estructura de la lámina alumínica

(Fuente: Garnica, P. Et. al, 2002)

CAPITULO 2 ARCILLAS

9

2.4. CLASIFICACION DE LAS ARCILLAS

De acuerdo con su estructura, los minerales de arcilla se clasifican en tres grupos: caolinitas,

montmorilonitas e ilitas.

2.4.1. CAOLINITA

El nombre caolín proviene de la voz china Kau-Ling, nombre del cerro de una región situada al

norte de China de donde se extraía esta arcilla desde el siglo VIII d.C., para la fabricación de la

porcelana.

La sustitución del silicio por otro elemento, como el aluminio, o bien la sustitución del aluminio en

la lamina octaédrica por otro elemento de menor carga, por ejemplo el magnesio, causa un cambio

químico en el material pero mantiene esencialmente la misma estructura. Estas sustituciones dan

origen a la familia de los caolines, Figura 2.6.

Figura 2.6. El árbol de los caolines. (Fuente: Sherard, J.L.; Dunningan, L.P.; Deckers 1975)

La primera rama comprende a aquellos minerales derivados de la Caolinita que guardan la misma

composición química por cada unidad estructural:

Al2 Si2 O5 (OH)4

CAPITULO 2 ARCILLAS

10

Estos son la nacrita, dickita, anauxita, halloisita y el alofano, los cuales difieren entre si sólo por su

arreglo laminar. Imaginemos un paquete de naipes en el que todas las cartas se encuentran

ordenadas perfectamente: ésta es la estructura de la nacrita, Figura 2.7. En este caso el paquete de

cartas puede llegar a ser muy alto debido a que la estructura ordenada es más estable.

Figura 2.7. La baraja de los caolines.

(Fuente: Holgren, G.G.S. & Flanagan, C.P. 1976)

En cambio, la dickita está dispuesta de tal manera que el paquete de naipes se abre más de un lado

que del otro, entre 6 y 7 grados, mientras que la Caolinita se abre hasta 15 grados.

Existe un mineral asociado (livesita) que presenta una abertura a un lado que es siempre regular,

mientras que la carta siguiente se abre de forma irregular hacia el otro lado, dando origen a una

estructura laminar muy desordenada y poco estable, Holgren, G.G.S. & Flanagan, C.P. (1976).

Las Caolinitas (Al2O3.2SiO2.2H2O) están formadas por una lámina silícica y otra alumínica, que

se superponen indefinidamente. La unión entre todas las retículas es lo suficientemente firme para

no permitir la penetración de moléculas de agua entre ellas (adsorción). En consecuencia, las

arcillas caoliníticas son relativamente estables en presencia de agua, Holgren, G.G.S. & Flanagan,

C.P. (1976).

Las caolinitas son menos susceptibles de intercambiar sus cationes que las montmorilonitas y las

ilitas poseen la propiedad en grado intermedio. La capacidad de intercambio crece con el grado de

acidez de los cristales, es decir es mayor si el pH del suelo es menor ; la actividad catiónica se hace

notable, en general, para valores del pH menores que 7. La capacidad de intercambio también crece

con la velocidad y concentración de la solución que circule por la masa de suelo El área superficial

CAPITULO 2 ARCILLAS

11

de las partículas de Caolinita por masa unitaria es aproximadamente de 15 m2/g .El área superficial

por masa unitaria se define como superficie especifica, Das, Brahan. (1998).

2.4.2. ILITAS

Las ilitas ((OH)4.Ky(Si8-y.Aly) (Al4.Fe4.Mg4.Mg6) O20, están estructuradas análogamente que las

montmorilonitas, pero su constitución interna manifiesta tendencia a formar grumos de materia, que

reducen el área expuesta al agua por unidad de volumen; por ello, su potencial de expansión es

menor que el de las montmorilonitas y su comportamiento mecánico es más favorable para el

ingeniero.

Además de que consiste en una lámina de gibbsita enlazada a dos laminas de sílice, una arriba y

otra abajo y es denominada a veces mica arcillosa. Las capas de ilita están enlazadas entre si por

iones de potasio. La carga negativa para balancear proviene de la sustitución de aluminio por silicio

en las láminas tetraédricas. La sustitución de un elemento por otro, sin cambio en la forma cristalina

se conoce sustitución isomorfa. La superficie específica de las partículas es aproximadamente de 80

m2/g, Das, Brahan. (1998).

2.4.3. MONTMORILONITA

Las montmorilonitas ((OH) 4Si8Al4O20.nH2O) están formadas por una lámina alumínica entre dos

silícicas, superponiéndose indefinidamente. En este caso la unión entre las retículas del mineral es

débil, por lo que las moléculas de agua pueden introducirse en la estructura con relativa facilidad a

causa de las fuerzas eléctricas generadas por su naturaleza dipolar. Lo anterior, produce un

incremento en el volumen de los cristales, lo que se traduce en expansión. Las arcillas

montmoriloníticas, especialmente en presencia de agua, presentarán fuerte tendencia a la

inestabilidad. Las bentonitas son arcillas del grupo montmorilonítico, originadas por la

descomposición química de las cenizas volcánicas y presentan la expansividad típica del grupo en

forma particularmente aguda, lo que las hace sumamente críticas en su comportamiento mecánico.

Estas arcillas aparecen, con frecuencia en los trabajos de campo.

En la Montmorilonita hay sustitución isomorfa de magnesio y hierro por aluminio en las láminas

octaédricas. Los iones de potasio no están aquí presentes como el caso de la ilita y una gran

cantidad de agua es atraída hacia los espacios entre las capas. La superficie específica es

aproximadamente de 800 m2/g, Das, Brahan. (1998).

CAPITULO 2 ARCILLAS

12

Además de Caolinita, ilita, Montmorilonita, otros minerales arcillosos comunes generalmente

encontrados son: clorita, haloisita, vermiculita y atapulgita.

2.5. PROPIEDADES FISICO QUIMICAS Las importantes aplicaciones de este grupo de minerales radican en sus propiedades físico-

químicas. Dichas propiedades derivan, principalmente, de:

• Su extremadamente pequeño tamaño de partícula (inferior a 2 µm).

• Su morfología laminar (filosilicatos).

• Las sustituciones isomórficas, que dan lugar a la aparición de carga en las láminas y a la

presencia de cationes débilmente ligados en el espacio ínter laminar.

Como consecuencia de estos factores, presentan, por una parte, un valor elevado del área superficial

y, a la vez, la presencia de una gran cantidad de superficie activa, con enlaces no saturados. Por ello

pueden interaccionar con muy diversas sustancias, en especial compuestos polares, por lo que

tienen comportamiento plástico en mezclas arcilla-agua con elevada proporción sólido/líquido y son

capaces en algunos casos de hinchar, con el desarrollo de propiedades reológicas en suspensiones

acuosas. Por otra parte, la existencia de carga en las láminas se compensa, como ya se ha citado,

con la entrada en el espacio ínter laminar de cationes débilmente ligados y con estado variable de

hidratación, que pueden ser intercambiados fácilmente mediante la puesta en contacto de la arcilla

con una solución saturada en otros cationes, a esta propiedad se la conoce como capacidad de

intercambio catiónico y es también la base de multitud de aplicaciones industriales, Patterson, S.H.

& Murria, H.H. (1983).

2.5.1. SUPERFICIE ESPECÍFICA

La superficie específica o área superficial de una arcilla se define como el área de la superficie

externa más el área de la superficie interna (en el caso de que esta exista) de las partículas

constituyentes, por unidad de masa, expresada en m2/g.

Las arcillas poseen una elevada superficie específica, muy importante para ciertos usos industriales

en los que la interacción sólido-fluido depende directamente de esta propiedad, Patterson, S.H. &

Murria, H.H. (1983).

CAPITULO 2 ARCILLAS

13

A continuación se muestran algunos ejemplos de superficies específicas de arcillas:

Tabla 2.1. Superficies Específicas de algunas Arcillas

(Fuente: Velho, J. Gomes, C. & Romariz, C. 1998)

Arcilla Superficie Especifica [m2/g] Caolinita de elevada cristalinidad 15 Caolinita de baja cristalinidad 50 Halloisita 60 Ilita 50 - 80 Montmorillonita 80 - 800 Sepiolita 100 - 240 Paligorskita 100 - 200

2.5.2. CAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATIÓNICO

Es una propiedad fundamental de las esmécticas. Son capaces de cambiar, fácilmente, los iones

fijados en la superficie exterior de sus cristales, en los espacios ínter laminares, o en otros espacios

interiores de las estructuras, por otros existentes en las soluciones acuosas envolventes.

La capacidad de intercambio catiónico (CEC) se puede definir como la suma de todos los cationes

de cambio que un mineral puede adsorber a un determinado pH. Es equivalente a la medida del total

de cargas negativas del mineral. Estas cargas negativas pueden ser generadas de tres formas

diferentes:

• Sustituciones isomórficas dentro de la estructura.

• Enlaces insaturados en los bordes y superficies externas.

• Disociación de los grupos hidroxilos accesibles.

El primer tipo es conocido como carga permanente y supone un 80 % de la carga neta de la

partícula; además es independiente de las condiciones de pH y actividad iónica del medio. Los dos

últimos tipos de origen varían en función del pH y de la actividad iónica. Corresponden a bordes

cristalinos, químicamente activos y representan el 20 % de la carga total de la lámina, Patterson,

S.H. & Murria, H.H. (1983).

A continuación se muestran en la Tabla 2.2., algunos ejemplos de capacidad de intercambio

catiónico (en meq/100 g).

CAPITULO 2 ARCILLAS

14

Tabla 2.2. Valores de Capacidad de Intercambio Catiónico de algunas Arcillas (Fuente: Velho, J. Gomes, C. & Romariz, C. (1998))

Arcilla Capacidad de Intercambio catiónico [meq/100g] Caolinita 3 - 5 Halloisita 10 - 40 Illita 10 - 50 Clorita 10 - 50 Vermiculita 100 - 200 Montmorillonita 80 - 200 Sepiolita-paligorskita 20 - 35

meq = Mili equivalentes

2.5.3. CAPACIDAD DE ABSORCION

Algunas arcillas encuentran su principal campo de aplicación en el sector de los absorbentes ya que

pueden absorber agua u otras moléculas en el espacio ínter laminar (esmécticas) o en los canales

estructurales (sepiolita y paligorskita).

La capacidad de absorción está directamente relacionada con las características texturales

(superficie específica y porosidad) y se puede hablar de dos tipos de procesos que difícilmente se

dan de forma aislada: absorción (cuando se trata fundamentalmente de procesos físicos como la

retención por capilaridad) y adsorción (cuando existe una interacción de tipo químico entre el

adsorbente, en este caso la arcilla, y el líquido o gas adsorbido, denominado adsorbato), Huertos, G.

(1990).

La capacidad de adsorción se expresa en porcentaje de absorbato con respecto a la masa y depende,

para una misma arcilla, de la sustancia de que se trate. La absorción de agua de arcillas absorbentes

es mayor del 100% con respecto al peso.

2.5.4. HIDRATACION E HINCHAMIENTO

La hidratación y deshidratación del espacio ínter laminar son propiedades características de las

esmécticas, y cuya importancia es crucial en los diferentes usos industriales. Aunque hidratación y

deshidratación ocurren con independencia del tipo de catión de cambio presente, el grado de

hidratación sí está ligado a la naturaleza del catión ínter laminar y a la carga de la lámina.

La absorción de agua en el espacio ínter laminar tiene como consecuencia la separación de las

láminas dando lugar al hinchamiento. Este proceso depende del balance entre la atracción

CAPITULO 2 ARCILLAS

15

electrostática catión-lámina y la energía de hidratación del catión. A medida que se intercalan capas

de agua y la separación entre las láminas aumenta, las fuerzas que predominan son de repulsión

electrostática entre láminas, lo que contribuye a que el proceso de hinchamiento pueda llegar a

disociar completamente unas láminas de otras, Patterson, S.H. & Murria, H.H. (1983).

Cuando el catión ínter laminar es el sodio, las esmécticas tienen una gran capacidad de

hinchamiento, pudiendo llegar a producirse la completa disociación de cristales individuales de

esméctica, teniendo como resultado un alto grado de dispersión y un máximo desarrollo de

propiedades coloidales. Si por el contrario, tienen Ca o Mg como cationes de cambio su capacidad

de hinchamiento será mucho más reducida, Patterson, S.H. & Murria, H.H. (1983).

2.5.5. PLASTICIDAD

Las arcillas son eminentemente plásticas. Esta propiedad se debe a que el agua forma una envuelta

sobre las partículas laminares produciendo un efecto lubricante que facilita el deslizamiento de unas

partículas sobre otras cuando se ejerce un esfuerzo sobre ellas.

La elevada plasticidad de las arcillas es consecuencia, nuevamente, de su morfología laminar,

tamaño de partícula extremadamente pequeño (elevada área superficial) y alta capacidad de

hinchamiento. Generalmente, esta plasticidad puede ser cuantificada mediante la determinación de

los índices de Atterberg (Límite Líquido, Límite Plástico y Límite de Retracción). Estos límites

marcan una separación arbitraria entre los cuatro estados o modos de comportamiento de un suelo

sólido, semisólido, plástico y semilíquido o viscoso, Jiménez Salas, et al., 1975.

La relación existente entre el límite líquido y el índice de plasticidad ofrece una gran información

sobre la composición granulométrica, comportamiento, naturaleza y calidad de la arcilla. Existe una

gran variación entre los límites de Atterberg de diferentes minerales de la arcilla, e incluso para un

mismo mineral arcilloso, en función del catión de cambio. En gran parte, esta variación se debe a la

diferencia en el tamaño de partícula y al grado de perfección del cristal. En general, cuanto más

pequeñas son las partículas y más imperfecta su estructura, más plástico es el material.

2.5.6. TIXOTROPIA

La tixotropía se define como el fenómeno consistente en la pérdida de resistencia de un coloide, al

amasarlo, y su posterior recuperación con el tiempo.

CAPITULO 2 ARCILLAS

16

Las arcillas tixotrópicas cuando son amasadas se convierten en un verdadero líquido. Si, a

continuación, se las deja en reposo recuperan la cohesión, así como el comportamiento sólido. Para

que una arcilla tixotrópica muestre este especial comportamiento deberá poseer un contenido en

agua próximo a su límite líquido. Por el contrario, en torno a su límite plástico no existe posibilidad

de comportamiento tixotrópico, Patterson, S.H. & Murria, H.H. (1983).

CAPITULO 3 ARCILLAS DISPERSIVAS

17

CAPITULO 3

ARCILLAS DISPERSIVAS

3.1. INTRODUCCION

En el capitulo dos se ha desarrollado la características de las arcillas en general, su estructura y

clasificación. En este capitulo se proporcionan las características particulares de estas arcillas, los

problemas que ocasionan tanto en las estructuras construidas con este material, como en aquellas

fundadas sobre este suelo.

La naturaleza básica de las arcillas dispersivas ha sido mas o menos entendida por los científicos y

los ingenieros agrónomos desde hace mas de 40 años, es así que la importancia de este suelo en la

ingeniería civil no fue reconocida sino hasta los años 60 cuando se vieron muchas fallas atribuidas

al uso de este material en las presas de tierra en Australia, Sherard, J.L. et al. (1976).

Hasta los tiempos actuales las arcillas dispersivas han sido analizadas e identificadas en muchas

ciudades del mundo. Sus efectos perjudiciales en el funcionamiento de presas, en el rendimiento de

canales y otras estructuras hidráulicas, así como el comportamiento erosivo de estos suelos han sido

motivo de estudio de muchos autores.

Debido a la baja permeabilidad característica propia de estos suelos, la velocidad del agua que se

mueve entre sus poros no es suficiente para desplazar a las partículas, pero los asentamiento


18

diferenciales o la pobre compactación en las presas, permiten la formación de grietas por donde

filtra el agua que arrastra partículas de arcilla a su paso, produciendo canales internos que

inhabilitan las presas durante su reparación y en algunos casos históricos la perdida total de la

estructura por el efecto de tubificación que se genera, Mcelroy, Ch. H.(1987).

El efecto perjudicial de las arcillas dispersivas en las estructuras fundadas sobre estos suelos, es

manifestado en casos donde el agua caída sobre terreno descubierto se infiltra hacia el estrato

inferior a través de canales delgados dejados generalmente por raíces vegetales, hechos por

roedores, grietas provocados por la desecación superficial, o finalmente por medio de los canales

que se forman progresivamente por el paso del agua durante varios periodos de lluvias, Figura 3.2.

Estos canales facilitan la erosión del suelo formando a corto o largo plazo verdaderos túneles

internos que son cerrados por las cargas de las estructuras como se ve en la Figura 3.1. Sherard, J.L.

(1976).

Generalmente estos estratos de arcilla se encuentra

sobre otros de material granular lo cual facilita la

infiltración de agua hacia el fondo (ver Figura 3.1).

Esta disposición se debe al proceso geomorfológico

de sedimentación aluvial diferencial.

A diferencia de las arcillas normales que presentan

una preponderancia en contenido de calcio y

magnesio en el agua de poros, las arcillas

dispersivas son altamente erosionables debido a que

contienen un elevado porcentaje de sodio disuelto.

Esta característica peculiar tiene un origen en un

proceso de degradación denominada alcalinización.

Son los factores antes expuestos y la diferencia en

el contenido de iones que permiten separar y definir a las arcillas dispersivas como un tipo especial

de suelo.

Según Holmgren, et.al (1976) la tendencia a una erosión por dispersión depende

fundamentalmente del tipo de catión predominante en la estructura de la arcilla, siendo los suelos

sódicos más dispersivos que los que contienen calcio y magnesio, aunque también influyen en

menor medida el pH del suelo y el tipo de mineral arcilloso.

Figura 3.1. Daños en suelos de arcillas dispersivas. (Fuente: Sherard, J.L 1976)

Erosión Supsuperficial Erosión Superficial


19

3.2. DEFINICION DE ARCILLA DISPERSIVA

La arcilla dispersiva se caracteriza por presentar un elevado contenido de cationes de sodio que

rodea cada partícula y hacen que las fuerzas eléctricas repulsivas entre partículas excedan a las de

atracción, de tal forma que cuando entran en contacto con el agua, las partículas de arcilla son

progresivamente desprendidas quedando en suspensión y finalmente acarreadas hacia los estratos

inferiores a través de huecos dejados por raíces, actividad de roedores o por la desecación del suelo,

López, F.(1999).

La arcilla dispersiva ha sido definida como aquel suelo cuya propiedad principal es la de ser

altamente erosiva al contacto con el agua, a diferencia de las arcillas ordinarias contiene un alto

porcentaje de cationes de sodio disueltos en el agua de poros. El sodio incrementa el espesor de la

doble capa de agua que rodea las partículas individuales de arcilla. Estas partículas son rápidamente

expuestas en suspensión en presencia de poca cantidad de agua debido a que las fuerzas repulsivas

llegan a exceder a las atractivas en la doble película causando con lo que se conoce como erosión,

Mcelroy, Ch. H. (1987).

Grava

Agujeros por hundimientoAlfalfa

Partículas de arcilla dispersiva que son acarreadas a los espacios huecos de las gravas

Rajadura por contracción

“Piping”

Huecos de topo

Arcilla Dispersiva

Figura 3.2. Daños en suelos de arcillas dispersivas: con presencia de tubificaciones y agujeros. (Fuente: Sherard, J.L 1976)


20

Este tipo de arcilla es sobre todo problemático cuando es utilizado en la construcción de canales y

otras obras hidráulicas, pero principalmente en la construcción de presas heterogéneas donde es

utilizado como material de construcción impermeabilizante.

Entre sus propiedades físicas, se tiene:

Al menos 12% de sus partículas (tomadas a partir del peso seco) son más finas

que 0.005 mm.

Tienen un índice de plasticidad mayor que 4 (IP >4).

3.2.1. INFLUENCIA DE LA DOBLE PELICULA DE AGUA EN LAS ARCILLAS DISPERSIVAS Las partículas de arcilla suelen presentar una carga neta negativa comprobada experimentalmente

mediante un procedimiento denominado electrolisis. Este ensayo consiste en hacer pasar corriente a

través de una suspensión de arcilla en agua en un par de electrodos. Con este procedimiento se ha

comprobado que las partículas de arcilla se mueven hacia el ánodo (polo positivo que representa al

electrodo de entrada de corriente, Jiménez Salas, J.A y Justo Alpañes, J.L, (1981).

Una de las teorías más aceptadas, hasta ahora desarrolladas, para explicar la estructura interna de las

arcillas es la que menciona que la superficie de cada partícula de suelo posee carga eléctrica

negativa. La intensidad de la carga depende de la estructuración y composición de la arcilla. La

partícula atrae a los iones positivos del agua (H + ) y a cationes de diferentes elementos químicos,

tales como Na+, K+, Ca++, Mg++, Al+++, Fe+++, etc., se tiene entonces, en primer lugar, al hecho

de que cada partícula individual de arcilla se ve rodeada en forma definida y ligada a su estructura

(agua adsorbida).

Las moléculas de agua son polarizadas, es decir, en ellas no coinciden los centros de gravedad de

sus cargas negativas y positivas, sino que funcionan como pequeños dipolos permanentes.

Una molécula de agua consiste en un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno, unidos

formando un ángulo de 105°, ver Figura 3.3. Al estar unido cada átomo de hidrógeno con un

elemento muy electronegativo como el oxígeno, el par de electrones del enlace estará muy atraído

por éste. Estos electrones forman una región de carga negativa, que polariza eléctricamente a toda la

molécula. Esta cualidad polar explica el fuerte enlace entre las moléculas, así como ciertas

propiedades del agua poco comunes, por ejemplo, el hecho de que se expande al solidificarse.


21

Esta disposición de cargas ocasiona que las moléculas de agua

sean atraídas tanto por la carga negativa de la partícula de arcilla

como por los cationes intercambiables presentes. Al mismo

tiempo los cationes son atraídos por las partículas de arcilla, sin

embargo, esta fuerza de atracción disminuye con la distancia,

Jiménez Salas, J.A y Justo Alpañes, J.L, (1981).

Por lo explicado en los párrafos anteriores, se define a la doble

película como toda el agua unida a las partículas de arcilla por

fuerzas de atracción.

En un suelo de arcilla dispersiva, los cationes de sodio predominantes debido a la alcalinización del

suelo hacen que una partícula de arcilla quede totalmente aislada y rodeada por cargas positiva.

Como se observa en la Figura 3.4, las cargas positivas incrementan las fuerzas de repulsión entre

partículas al extremo de ocasionar que sean puestas en suspensión y acarreadas fácilmente por el

agua, Claro, H. (2001).

Figura 3.4. Fuerzas electroestáticas entre partículas de arcilla.

(Fuente: Claros, H. 2001)

La película mas profunda de la doble capa de agua que esta adherida a la partícula de arcilla es

conocida como agua adsorbida, esta es mas viscosa que el agua que queda libre y su disposición

Figura 3.3. Molécula de agua(Fuente: Encarta 2006)

105 º


22

junto a la doble capa de agua alrededor de una partícula de arcilla, le dan a los suelos arcillosos sus

propiedades plásticas, Das, Brahan. (1998). Figura 3.5.

Sherard, J.L. et.al (1976) indican que algunas

arcillas naturales se dispersan ante la presencia

de agua relativamente pura, como la originada

por precipitaciones. El fenómeno se genera

debido a que el agua presente en los poros del

suelo tiene una mayor concentración de cationes

que el agua pura de lluvia. Cuando ésta última

ingresa al suelo produce básicamente dos

efectos:

Por un lado tiende a tomar cationes del agua de poro para reducir la diferencia de

concentración, lo que genera un desequilibrio entre el complejo de adsorción de la partícula

de arcilla y el agua de poro, produciéndose una transferencia de cationes desde la partícula

hacia el agua de poro. El resultado es una descompensación eléctrica de la estructura

química de la arcilla, aumentando la repulsión electrostática entre partículas.

Al mismo tiempo, los cationes que permanecen adheridos a la partícula de arcilla tienden a

aumentar su esfera de solvatación por la disminución de la concentración de cationes en la

solución. Esto aumenta la distancia entre partículas con la consecuente reducción de las

fuerzas de atracción.

Ambos efectos producen la dispersión de las partículas de arcilla, tendiéndola al estado coloidal. En

estas condiciones un gradiente hidráulico mínimo puede provocar erosiones considerables.

3.3. ORIGEN GEOLOGICO DE LAS ARCILLAS DISPERSIVAS

Se tiene conocimiento que la mayoría de ellas encontradas en el tiempo e investigadas por los

científicos de suelos han sido arcillas aluviales halladas en la formación de depósitos en las llanuras

inundadas, en la capa de los taludes o en la base de los lagos. En alguna áreas, pizarras y piedras

arcillosas han sido encontradas en la base de depósitos marinos, estos tienen el mismo contenido de

sales en el agua de poros que las arcillas dispersivas siendo sus residuos sólidos identificados como

dispersivos, Sherard, J.L. et al. (1976).

Figura 3.5. Agua adsorbida.(Fuente: Das, Braham 1998)


23

De acuerdo a su origen las rocas se clasifican en rocas ígneas, metamórficas y sedimentarias. La

más significativas resultan ser las ultimas ya que su extensión abarca cerca de las 3/4 partes de la

superficie terráquea por lo que son consideradas como las mas importantes para la formación de los

suelos, Cáceres, A (1997). Con solo una excepción conocida por los investigadores, todos los

ensayos hechos sobre muestras de suelo fino obtenido de estratos provenientes de rocas

metamórficas o ígneas, han sido descritos e identificados como no dispersivos, así como los suelos

derivados de la piedra caliza, Sherard, J.L. et al. (1976). Este estudio determina que los estratos de

arcilla dispersiva tienen un origen sedimentario y son el producto de un proceso geomorfológico de

sedimentación aluvial diferencial, por lo cual pueden ser clasificadas como aluviones, (Aluvión,

limo, arena, arcilla, grava o material suelto depositado por corrientes de agua). Adicionalmente la

sedimentación diferencial vertical producido para este proceso geomorfológico, explica la razón por

la cual los estratos de arcilla dispersiva estudiados y caracterizados en muchas partes del mundo han

sido encontradas siempre sobre otros estratos de grava o material granular donde las partículas son

de mayor tamaño.

Investigaciones de científicos de suelos e ingenieros del servicio de conservación de suelos, Decker,

R.S. Dunnigam, L.P. han revelado que las arcillas que causan problemas en la agricultura y en las

estructuras hidráulicas han sido encontradas mas comúnmente en regiones áridas o semiáridas y

generalmente presentan un agua de poros alcalino, con valores de ph mayores a 8.5. (pH, término

que indica la concentración de iones hidrógeno en una disolución). Sin embargo los estudios de los

últimos años para proyectos de ingeniería específicamente, incluyendo los estudios realizados en

presas dañadas, han encontrado muchos suelos dispersivos en áreas húmedas muchos con un ph en

el lado ácido, Sherard, J.L. et al. (1976).

Los ensayos de laboratorio y modelos de erosión actualmente bien desarrollados y establecidos, han

identificado deposito de arcilla dispersiva en muchas partes del mundo, lo que lleva a sospechar que

estos pueden ser encontrados en cualquier parte ya que los factores que causan la alcalinización de

los suelos arcillosos no solo dependen de la naturaleza o del origen geológico, sino también de la

influencia directa de la mano del hombre.

En lugares de topografía escarpada donde se ha encontrado arcilla dispersiva, la superficie es muy

peculiar y fácilmente reconocida por los túneles y canales profundos que se presentan. Sin embargo

se han encontrado estos suelos en lugares de topografía moderada con pendientes que son menores


24

a 1 % , con un relieve bajo y liso donde se presentan taludes relativamente planos, Sherard, J.L. et

al. (1976).

Usualmente en áreas donde no se han realizado excavaciones, ni existen presas de tierra que puedan

dar evidencias de que el suelo es altamente erosionable, se ha observado que la superficie de la

tierra tiene una capa protectora de vegetación o esta cubierta por una delgada capa de limo arenoso,

de donde la arcilla dispersiva ha sido removida hacia los estratos inferiores, Sherard, J.L. et al.

(1976).

3.4. PROPIEDADES FISICAS DE LAS ARCILLAS DISPERSIVAS

En adición a sus inusuales propiedades químicas mencionadas, las arcillas dispersivas son

identificadas con las siguientes propiedades físicas descritas por Mcelroy, Ch.H. (1987):

Tienen por lo menos unos 12 % de partículas, computadas en su peso seco, más finas que

0,005 mm, porcentaje obtenido mediante un ensayo ASTM D 422 para la determinación del

tamaño de partículas.

Tienen un índice de plasticidad mayor a 4, IP > 4, Ryker (1977), obtenido mediante el

ensayo ASTM D 4318, para la determinación del limite liquido, limite plástico e índice

plástico de suelos.

Tienen una permeabilidad entre baja y muy baja, pero la presencia de un orificio causado

por factores externos que hacen que las partículas se pongan en suspensión y se han

fácilmente acarreadas por el agua.

Los colores de las arcillas dispersivas generalmente son el rojo, marrón, plomo, algunas

cercanas al blanco, amarillo y todas las transiciones entre estos colores. El color negro es

descartado puesto que es característico de los suelos con elevado contenido de materia

orgánica.

3.5. TUBIFICACION

El fenómeno de tubificación en presas y en suelos en general, consiste en la apertura de canales

internos por erosión regresiva de unos o varios conductos a través del suelo, ver Figura 3.6. Si las

circunstancias no varían y no se consideran métodos preventivos o de solución, estos conductos

seguirán aumentando de sección y pueden conducir a la ruina de la obra, Jiménez Salas, J.A y Justo

Alpañes, J.L, (1981).


25

Figura 3.6. Detalles esquemáticos de túneles erosionados por lluvia en arcillas dispersivas.

(Fuente: Sherard, J.L. 1976)

Ahora bien los suelos también tienen cierta susceptibilidad a las tubificaciones como se puede

observara en la Tabla 3.1. Tabla 3.1.Susceptibilidad de los suelos a la Tubificación

(Fuente: Rico-Del Castillo, 1999) Gran resistencia a 1. Arcillas muy plásticas IP>15%, Tubificación bien compactadas 2. Arcillas muy plásticas IP>15%, deficientemente compactadas Resistencia media a 3. Arenas bien graduadas o mezclas de arena y grava la Tubificación con contenido de arcilla de plasticidad media IP>6%,bien compactadas 4. Arenas bien graduadas o mezclas de arena y grava con contenido de arcilla de plasticidad media IP>6%,deficientemente compactadas 5. Mezclas no plásticas, bien graduadas y bien compactadas, de grava, arena y limo con IP<6%. Baja resistencia a la 6. Mezclas no plásticas, deficientemente graduadas y bien compactadas tubificación de grava, arena y limo con IP<6%. 7. Arenas limpias, finas, uniformes IP<6%, bien compactadas 8. Arenas limpias, finas, uniformes IP<6%, deficientemente compactadas

IP = Índice de Plasticidad 3.6. CARCAVAS

Se denomina "cárcava" al estado más avanzado de la erosión en surcos. La erosión en surcos es la

forma de erosión más fácilmente perceptible, tiene su origen a causa del escurrimiento superficial

del agua que se concentra en sitios irregulares o depresiones superficiales del suelo desprotegido o

trabajado inadecuadamente.

Entrada de túneles

Túneles Erosionados

Cresta de la presa

Salida de la Tubificación


26

En función de la pendiente y de la longitud de la ladera del terreno, el flujo concentrado de agua

provoca el aumento de las dimensiones de los surcos formados inicialmente, hasta transformarse en

grandes zanjas llamadas cárcavas. Al profundizarse y ampliarse los surcos de erosión se convierten

en cárcavas, las cuales ya no pueden ser eliminadas con prácticas agrícolas. En este proceso una

cárcava con cauce en V captura a las vecinas y va transformando su sección de una V ampliada a U.

Una de las condiciones esenciales para su formación es la existencia de materiales no consolidados

sobre la superficie; puede tratarse de, por ejemplo, suelos conformados por arena, arcilla o por la

mezcla de distintas texturas

Existen dos tipos de cárcava:

“Cárcavas Continuas” No tiene cabeza con escarpe vertical importante. Esto ocurre en

suelos granulares o cohesivos al deteriorarse la cobertura vegetal por acción de los surcos

de erosión.

“Cárcavas con escarpe vertical superior” Ocurren generalmente, en suelos cohesivos o

con coberturas densas de raíces, son retrogresivas con avance y fallas de los taludes

resultantes por esfuerzo al corte o volteo. En ocasiones se agrava el proceso por

afloramiento de agua subterránea en el pie del escarpe formado.

Según Alves (1978), a los efectos de evaluación práctica en el campo, las cárcavas pueden

clasificarse en relación a la profundidad:

cárcavas pequeñas, cuando tienen menos de 2,5 m de profundidad.

cárcavas medianas, cuando tienen de 2,5 a 4,5 m de profundidad.

cárcavas grandes, cuando tienen más de 4,5 m de profundidad.

Inicialmente la cárcava se profundiza hasta lograr una pendiente de equilibrio por razones

geológicas o propias del proceso erosivo y luego inicia un proceso de avance lateral y hacia arriba

mediante la ocurrencia de deslizamientos y se forma una micro cuenca de erosión. Los lugares más

proclives a la erosión en cárcavas son aquellos carentes de vegetación, como en vertientes de climas

áridos o semiáridos. También en zonas deforestadas por diversas actividades antrópicas

(agricultura, minería, etc.), donde los suelos han quedado al descubierto.


27

Este acelerado proceso de degradación manifestado en

la erosión por la incidencia de las gotas de lluvia al

llegar al suelo, donde además se transporta y

sedimenta partículas de suelo. En la Figura 3.7 se

contempla que a partir de un surco puede surgir una

cárcava.

Se dice que una cárcava es activa cuando su

crecimiento es incesante; en cambio, se dice que una

cárcava es estable cuando no hay un crecimiento

significativo a lo largo de varios años. La cárcava

crece en todas las direcciones, siempre buscando el

suelo que puede llevarse más fácilmente. La cárcava

siempre quiere crecer más a lo ancho, y busca

derrumbar a los taludes (o los costados). Esto se puede

ver por las rajaduras en el suelo en los costados de la

cárcava, que en cualquier momento puede

derrumbarse.

Figura 3.7. Detalle de la evolución de una cárcava en cuatro etapas.

(Fuente: Ameneiro R. y Alvarez, J. 2004)

CAPITULO 4 IDENTIFICACION DE ARCILLAS DISPERSIVAS

28

CAPITULO 4

IDENTIFICACION DE

ARCILLAS DISPERSIVAS

4.1. INTRODUCCION

Se presentan con frecuencia serios problemas de erosión por la presencia de suelos dispersivos en

terraplenes de caminos, en obras de defensa contra inundaciones y en secciones de escurrimiento de

canales.

La erosión de los suelos puede producirse por fenómenos de distinta naturaleza. Según Ghuman

et.al (1976), los mecanismos de erosión se pueden generar por fuerzas exteriores, al incrementarse

la velocidad del fluido; o puede darse por degradación de las fuerzas internas, como la disolución

química de cementos naturales o la dispersión de arcillas. La erosión continúa hasta que las fuerzas

externas e internas se equilibran.

Las investigaciones efectuadas en el tema indican que los ensayos Standard de clasificación de

suelos para fines de ingeniería no detectan la susceptibilidad a la erosión por dispersión en suelos

finos.


29

4.2. METODOS DE IDENTIFICACION La identificación de arcillas dispersivas puede ser realizada de manera visual o mediante la

realización de ensayos en laboratorio, a continuación se explicará de forma breve los distintos

métodos los cuales se podrán apreciar de mejor manera en el ANEXO A.

4.2.1. IDENTIFICACION VISUAL DE ARCILLAS DISPERSIVAS

Se determina la presencia de arcillas dispersiva a partir de las características visuales que presentan

en campo. Mcelroy, Ch.H. (1987) indica que estas características son: La presencia de arcillas

dispersivas puede ser identificada por el afloramiento superficial de Sales o por la formación de

orificios superficiales que se hallan bastante erosionados, Figura 4.1. y Figura 4.2.

Figura 4.1. Erosión severa en laderas del Parque Industrial Santiváñez.

(Fuente: Propia)

Figura 4.2. Laderas erosionadas del camino de acceso al Parque Industrial Santiváñez. (Fuente: Propia)


30

La erosión severa superficial es otro problema causado por la presencia de arcillas dispersivas. Esta

erosión va por lo general acompañada de túneles verticales llamados Cántaros, Figura.4.3.

Figura 4.3. Orificios superficiales producto de la tubificación de la arcilla dispersiva Parque Industrial Santiváñez.

(Fuente: Propia)

4.2.2. IDENTIFICACION DE ARCILLAS DISPERSIVAS MEDIANTE ENSAYOS DE

LABORATORIO.

Para la identificación de arcillas dispersivas en laboratorio, el Servicio de Conservación de Suelo de

EEUU (SCS) recomienda la realización de al menos tres de los cuatro siguientes ensayos de

laboratorio:

Ensayo de erosión interna (Pinhole test propuesto por Sherard et al.) según ASTM

D4647.

Análisis químico del extracto de poros (propuesto por Sherard et al.).

Método Estándar para las características de suelos arcillosos por doble hidrometría

según ASTM D4221.

Ensayo químico de fracciones de suelo (Crumb test propuesto por Emerson) según

ASTM D6572.

Los científicos de suelos ha recomendado utilizar tres ensayos distintos sobre muestras idénticas,

para comparar los resultados y asegurar una correcta clasificación de las muestras ensayadas,

Mcelroy, Ch.H. (1987).


31

ENSAYO DE EROSION INTERNA, PINHOLE.

Este ensayo se halla especificado según norma ASTM D4647 (ASTM, 2003) y presenta una medida

directa y cualitativa de la dispersividad y consecuente erosión de suelos arcillosos.

El ensayo es realizado sobre muestras cilíndricas talladas a partir de muestras de suelo no

disturbadas o muestras re compactadas a un peso específico determinado. Consiste básicamente en

realizar un pequeño orifico en la muestra y permitir el paso del flujo de agua a través de este como

se muestra en la Figura 4.4, Aranibar, A. y Salinas, L.M. (2003).

Figura 4.4 Perforación del orificio interno (Fuente: Cortesía de Laboratorio de Geotecnia).

El flujo es generado a partir del sistema de generación y medición de carga de agua propio del

aparato de ensayo. Posteriormente, la dispersividad de la muestra es evaluada en función a las

nubosidades que presenta el efluente de agua y la razón de flujo obtenida. La carga de agua es

incrementada de acuerdo a las condiciones que se hallen especificadas en la norma. Aranibar, A. y

Salinas, L.M. (2003).

Figura 4.5 Elementos que comprenden al ensayo de erosión interna. (Fuente: Propia)


32

Finalmente, una vez concluida el ensayo la muestra es cortada longitudinalmente como se observa

en la Figura 4.6, y se procede a la medición del agujero para la determinación de la dispersividad

según los métodos A, B o C presentados en las Tablas 4.1, 4.2 y 4.3. La diferencia básica entre

estos es el criterio para la clasificaron de las características dispersivas de la muestra. Aranibar, A. y

Salinas, L.M. (2003).

Figura 4.6. Determinación del diámetro final del orificio.

(Fuente: Cortesía de Laboratorio de Geotecnia).

Tabla 4.1. Notación utilizada para la clasificaron de las características dispersivas de la muestra según el método A

METODO A Clasificación Observaciones

D1-D2 Arcillas dispersivas que fallan rápidamente bajo cargas de 50 mm Arcillas ligera a moderadamente dispersivas que erosionan ND4-ND3 lentamente bajo cargas de 50 mm o 180 mm

Arcillas no dispersivas con evidencia de muy ligera a no erosión ND2-ND1

coloidal bajo cargas de 380 mm o 1020 mm

Tabla 4.2. Notación utilizada para la clasificaron de las características dispersivas de la muestra según el método B

METODO B Clasificación Observaciones

D Arcillas dispersivas que erosionan rápidamente bajo cargas de 50 mm Arcillas ligeramente dispersivas que erosionan lentamente bajo cargas SD de 180 mm de columna de agua Arcillas no dispersivas en las que se observa muy ligera a no erosión

ND coloidal bajo cargas de 380 mm de columna de agua

Tabla 4.3. Notación utilizada para la clasificaron de las características dispersivas de la muestra según el método C

METODO C

Clasificación Observaciones D1-D2 Arcillas dispersivas que fallan rápidamente bajo cargas de 50 mm

Arcillas dispersivas que erosionan lentamente bajo cargas de 50 mm ND4-ND3 180 mm o 380 mm de columna de agua Arcillas no dispersivas con evidencia de muy ligera a no erosión

ND2-ND1 coloidal bajo cargas de 380 mm


33

ANALISIS QUIMICO DEL ESTRATO DE AGUAS DE POROS.

Este es un ensayo usado principalmente por la USDA (U. S. Department of Agriculture). El

objetivo principal de este ensayo es la determinación de las cantidades de los cuatro cationes

metálicos principales presentes en el agua.

Para la realización del ensayo la muestra es mezclada con agua destilada, y una vez alcanzada la

saturación, el agua es extraída al vació por medio de un filtro. Posteriormente este ensayo químico

determina los cuatro cationes metálicos principales: calcio, magnesio, sodio y potasio en la

estructura de la arcilla y en el agua de poro del suelo determinada en meq/L. El porcentaje de sodio

con respecto a los demás cationes indica el potencial dispersivo de la arcilla. La literatura

internacional ha optado por correlacionar las características dispersivas con análisis químicos

efectuados en el agua de poro del suelo, determinando el porcentaje de sodio con respecto al total de

sales disueltas. A partir de estos valores, y basados en resultados de ensayos Pinhole, Sherard et.al

(1975) elaboraron la Figura 4.7, y establecieron tres zonas. La Zona A, Alta erosionabilidad, suelos

dispersivos con los cuales no es recomendable construir obras de tierra y se deben esperar

problemas serios de estabilidad en los taludes, tanto naturales como artificiales, relacionados con

procesos de erosión tanto superficial como interna. , la Zona B, Suelos no dispersivos. La mayoría

de los suelos están ubicados en esta zona. y la Zona C Suelos medianamente dispersivos, los cuales

pueden presentar problemas moderados de erosión. Sherard et.al (1975)

Figura 4.7. Relación entre porcentaje de Sodio Na (%) y total de sales disueltas (TDS)

(Fuente: Journal of geotechnical engineering division, 1976).

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

0,1 1 10 100 1000

Total de sales Disueltas en extracto de saturacion TDS(meq/L.)

Porc

enta

je d

e so

dio

(Na%

)

Zona A: Suelos Dispersivos

Zona C: De Transición

Zona B: Suelos No Dispersivos


34

Según el análisis del fenómeno de la dispersión, el factor fundamental es el porcentaje de sodio

presente en la capa adsorbida de la partícula de arcilla. El criterio empleado por la literatura

internacional de analizar el agua de poro del suelo, en vez de los cationes adheridos a la partícula de

arcilla, se basa en que existe una correlación entre tipo y cantidad de cationes presentes en ambos

ambientes, optándose por emplear análisis químicos del agua de poro porque la técnica es mas

simple de aplicar, Mitchell, (1993).

METODO ESTANDAR PARA LA DETERMINACION DE LAS CARACTERISTICAS DE SUELOS ARCILLOSOS POR DOBLE HIDROMETRIA, DH. El ensayo de doble hidrometría se halla estandarizado según Norma ASTM D422-63 y consiste

básicamente de la realización de dos ensayos hidrométricos; el primero se hace utilizando un agente

dispersante mientras que el segundo se lo realiza prescindiendo de este.

Finalmente se comparan los resultados obtenidos de los dos ensayos realizados. A partir de esta

comparación se obtiene el grado de dispersión de las arcillas. Este método no es capaz, por si solo,

de identificar todas las arcillas dispersivas; teniendo un grado de confiabilidad del 85%. El

porcentaje de dispersión es calculado a partir de la siguiente Ecuación 4.1:

% Porcentaje menor a 5 µm en el ensayo de Doble Hidrométria % de Dispersión = % Porcentaje menor a 5 µm en el ensayo de Hidrometría Tradicional

(4.1)

A manera de ilustración se presenta en la Figura 4.9. los resultados obtenidos a partir de la

realización de un ensayo de doble hidrometría y en la Figura 4.8. los elementos que se necesitan

para la realización del mismo.

Figura 4.8. Elementos que comprenden al ensayo hidrométrico simple.

(Fuente: Propia)


35

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

1,0010,00100,00

Diámetro (µm)

% q

ue p

asa

Hidrometria Doble Hidrometria

Figura 4.9 Resultados del ensayo de doble hidrometría. (Fuente: Propia)

ENSAYO QUIMICO DE FRACCIONES DE SUELO (CRUMB TEST), FS. Este ensayo es un método bastante simple para la identificación de arcillas dispersivas tanto en

campo como en laboratorio. La dispersividad del suelo es determinada a partir de su clasificación en

cuatro grados o categorías que se diferencian de acuerdo a la reacción suelo agua que se presenta en

el ensayo.

Según norma ASTM D6572 existen dos métodos para la realización de este ensayo. La diferencia

principal entre ambos es que uno trabaja con una muestra de suelo natural (método A) y el otro

trabaja con una muestra remoldeada de suelo (método B).

El terrón de suelo debe ser preparado a partir de la fracción de suelo que pasa el tamiz N° 10

como se ve en la Figura 4.10.


36

Figura 4.10. Terrón de arcilla. (Medidas de 15 mm X 15 mm) (Fuente: Propia)

Para el método A, a partir de una muestra representativa de suelo, se toma un terrón de forma

irregular que tenga un volumen equivalente al de un cubo de 15 mm de lado. Para el método B la

muestra consiste de un cubo de 15 mm de lado, remoldeado a partir de una muestra de suelo

representativa. El grado de dispersión es determinado mediante los siguientes criterios:

Grado 1. No dispersivo.- No se produce reacción, el suelo puede deshacerse, pero no se

crean nubosidades en el agua (no existen partículas en suspensión coloidal). Todas las

partículas se asientan durante la primera hora.

Grado 2. Intermedio.- Existe una ligera reacción. Este grado constituye el grado de

transición. Se observa turbidez en el agua en regiones cercanas al terrón o alrededor de todo

éste. La suspensión coloidal que ocurre es apenas visible. En caso de que las nubosidades

sean claramente notorias se debe asignar el grado 3.

Grado 3. Dispersivo.-Existe una reacción moderada. Alrededor de toda la muestra se

observa una nube, claramente visible, de partículas de arcilla en suspensión coloidal. La

nube puede extenderse hasta 10 mm más allá de la masa de suelo a lo largo del fondo de la

probeta.

Grado 4. Altamente Dispersivo.-Se observa una reacción muy fuerte, caracterizada por

una nube densa formada de partículas de arcilla en suspensión coloidal, las que se extienden

a lo largo de todo el fondo de la probeta.

Ocasionalmente, la dispersión del terrón de suelo es tan extensiva que resulta muy difícil el

determinar la interfase entre el terrón de suelo original y la suspensión coloidal. En la Figura 4.11.

se puede apreciar de buena manera la suspensión de una muestra de la zona de Santiváñez.

15mm

15mm


37

Figura 4.11. Nubosidad de una muestra de arcilla altamente dispersiva Parque Industrial Santiváñez.

(Fuente: Propia)

Figura 4.12. Ensayo químico de fracciones del suelo (a) Muestra no dispersiva (b) Muestra dispersiva. (Fuente: Cortesía de Laboratorio de Geotecnia)

4.3. ARCILLA DISPERSIVA EN LA CIUDAD DE COCHABAMBA La ciudad de Cochabamba presenta este problemático tipo de suelo en varias zonas, de las cuales

las mas notorias son las de Arocagua ubicada en la orilla norte del cauce del rio Rocha en el Valle

de Sacaba , la zona de La Maica y por consiguiente la zona en estudio del Parque Industrial de

Santiváñez.

Terrón


38

Se han considerado 19 muestras de suelo ,9 de las cuales son de la Zona de Sacaba , mientras que

las 10 restantes son muestras provenientes de la zona La Maica, a objeto de la determinación e

identificación del grado de dispersividad de arcillas de la ciudad de Cochabamba. Aranibar, A y

Salinas, L.M., (2003).

A continuación se mostraran los ensayos realizados sobre las muestras y los resultados obtenidos

Tabla 4.4. Resultados de ensayos de las zonas con arcilla dispersiva en la ciudad de Cochabamba. (Fuente: Aranibar, A. y Salinas, L.M. 2003)

Ensayos

EI TDS FS DH Procedencia Realizado Resultado Realizado Resultado Realizado Resultado Realizado Resultado

La Maica X D1 X D X ND La Maica X D1 X D X AD La Maica X D2 X D X I La Maica X ND3 X D X AD La Maica X D2 X D La Maica X ND3 X T X ND La Maica X ND3 X T X AD La Maica X D2 X T X AD La Maica X D2 X T X ND La Maica X ND3 X ND X ND Arocagua X D1 X D X D Arocagua X D1 X ND X D Arocagua X D2 X T X D Arocagua X D1 X D X D Arocagua X D1 X D X D Arocagua X D1 X D X D Arocagua X D1 X D X D Arocagua X ND1 X ND X D

Arocagua X ND3 X ND X D

EI = Erosión Interna TDS = Análisis de extracto de agua se poros FS = Análisis químico de fracciones de suelo DH = Doble Hidrometria

Con la Tabla 4.4. , podemos identificar que ambas zonas ya mencionadas son características de los

suelos dispersivos, mostrando de esta manera que esas son las zonas más representativas de la

ciudad de Cochabamba de este problemático tipo de suelo.

CAPITULO 5 PAVIMENTOS FLEXIBLES

39

CAPITULO 5

PAVIMENTOS FLEXIBLES

5.1. INTRODUCCION

En este capitulo se proporcionara las características y todos los requerimientos que todos los

componentes de un Pavimento Flexible debe cumplir para ser un pavimento optimo y además las

características del pavimento que presenta las calles de conexión del Parque Industrial Santiváñez

actualmente (zona de estudio).

El paquete estructural de una carretera esta formado por los pavimentos, que pueden ser

constituidos por un conjunto de capas superpuestas relativamente horizontales de diferentes

materiales adecuados y/o compactados.

Se clasifican en pavimentos flexibles y rígidos, además existe un gran número de tipos especiales

como aquellos formados por: adoquines, ladrillos, piedra, articulados, etc. Las calles de conexión

del Parque Industrial Santiváñez presentan Pavimento Flexible actualmente.

5.2. PAVIMENTO FLEXIBLE

Son aquellos que tienen una base flexible o semirigido, sobre la cual se ha construido una capa de

rodamiento, formada por una mezcla bituminosa de alquitrán o asfalto.


40

5.2.1. TERMINOLOGIA DE LAS CAPAS DEL PAVIMENTO

Pavimento

Toda la estructura que descansa sobre el terreno de fundación y que se hallan formada por

diferentes capas: subbase, base, capa de rodamiento y sello.

Figura 5.1. Partes de un pavimento flexible.

(Fuente: Camacho, L.A. & Iguay, J.M. 2004)

Terreno de fundación

Aquel que sirve de fundación al pavimento después de haber sido terminado el movimiento de

tierras y que una vez compactado, tiene las secciones transversales y pendientes especificas en los

planos de diseño.

Subrasante

La correspondiente a la superficie del terreno de fundación.

Subbase

La capa de material seleccionado que se coloca encima de la Subrasante.

Base

La capa de material pétreo, mezcla de suelo cemento, mezcla bituminosa o piedra triturada que se

coloca encima de la subbase.

Capa de rodamiento

Lo que se coloca encima de la base y esta formada por una mezcla bituminosa o de concreto.

Subrasante

Rasante

Sub base

Base

Capa de rodadura

Sello

Terreno de Fundación


41

Carpeta de desgaste o sello

Lo que se coloca sobre la capa de rodamiento y esta formada por una mezcla bituminosa, encima de

esta carpeta se coloca a veces un riego de arena o piedra triturada menuda. (Generalmente para

mantenimiento rutinario y no en pavimentos nuevos).

Superficie rasante

Lo que soporta el tránsito de los vehículos motorizados.

Nota. No siempre un pavimento se compone de todas las capas anteriormente usadas, la ausencia de

una o varias de ellas dependen de la capacidad de soporte del terreno de fundación, de la clase de

material a usarse, intensidad de tránsito, carga de diseño.

A continuación se muestran secciones de pavimentos flexibles para diferentes clases de subrasantes.

Figura 5.2. Terreno de fundación de buena calidad; hace de Sub-base a la vez


Figura 5.3.Terreno de fundación de buena calidad; hace de Sub-base y Base a la vez


Subrasante

Capa de rodadura

Base

Sello Rasante

Pavimento

Capa de rodadura

Sello Rasante

Pavimento


42

5.3. FUNCION Y CARACTERISTICAS DE LAS DIFERENTES CAPAS DE UN

PAVIMENTO FLEXIBLE

5.3.1. TERRENO DE FUNDACION

Depende de su capacidad de soporte en gran parte el espesor que debe tener un pavimento, sea este

flexible o rígido. Si el terreno de fundación es pésimo, por ejemplo si el material que lo compone

tiene un alto contenido de materia orgánica debe desecharse y sustituirse por otro de mejor calidad.

Si el terreno de fundación es malo y se halla formado por un suelo limoso o arcilloso susceptible de

saturación habrá de colocarse una sub base granular de material seleccionado antes de colocar la

base y la capa de rodadura.

Si el terreno de fundación es regular o bueno y esta formado por un suelo bien gradado que no

ofrece peligro de saturación o por un material de granulometría gruesa posiblemente no se requiera

la capa de sub base.

Finalmente si el suelo de fundación es excelente que tiene un valor de soporte elevado y no existe

además la posibilidad que se sature de agua bastaría colocar encima la capa de rodamiento.

5.3.2. SUB BASE

Es la capa de material seleccionado que se coloca encima de la Subrasante, tiene por objeto:

a) Servir de capa de drenajes al pavimento

b) Controlar o eliminar los cambios de volumen, elasticidad y plasticidad perjudiciales que

pudiera tener el material de la Subrasante.

c) Controlar la ascensión capilar del agua proveniente de las capas freáticas cercanas o de otras

fuentes, protegidas así el pavimento contra los hinchamientos, que se producen en épocas de

helado. Este es causado por el congelamiento del agua capilar, fenómeno que se observa en

suelos limosos donde la ascensión capilar del agua es grande.

El material de la subbase debe ser seleccionado y tener mayor capacidad de soporte que el terreno

de fundación compactado. Este material puede ser arena, grava, granzón, (arena gruesa o residuos

minerales.) o residuos de materiales de cantería.


43

En algunos casos es posible emplear para subbase el material del Subrasante mezclado con

granzón, cemento, cal, etc. El material debe tener las características de su suelo A-1 A-2 de la

clasificación en grupos o subgrupos de suelos de la AASHTO, su LL debe ser inferior a 35% y su

IP < 6, el CBR > 15%.

Si la función principal de la subbase es de servir de capa de drenaje el material a emplearse debe ser

granular y la cantidad de material fino (limo y arcilla) que pase el tamiz ·200 no ha de ser mayor del

8%.

5.3.3. BASE

Esta capa tiene por finalidad absorber los esfuerzos transmitidos por las cargas de los vehículos y

además repartir uniformemente estos esfuerzos a la subbase y al terreno de fundación.

Las bases pueden ser granulares o bien estar formadas por mezcla bituminosa o mezclas

estabilizadoras con cemento, cal u otro material ligante.

El material pétreo que se emplea en la base deberá llevar los siguientes requisitos:

a) Ser resistente a los cambios de humedad y temperatura.

b) No presentar cambios de volúmenes que sean perjudiciales.

c) El porcentaje de desgaste según el ensayo de los "Ángeles” debe ser inferior a 50%

d) La fracción que pasa el tamiz # 40 debe tener un LL< 25% y IP < 6

e) La fracción que pasa el tamiz # 200 no podrá exceder de medio y en ningún caso de los 2/3 de

la fracción que pase el tamiz # 40.

f) La gradación del material de la base es importante que se halle dentro los límites indicados en

las curvas granulometrías recomendadas para el material pétreo a emplearse como base y de

acuerdo a especificaciones.


44

g) El CBR tiene que ser >80%, por lo general para la capa base se emplea piedra triturada, grava

o mezclas estabilizadas de suelo – cemento, suelo – cal, suelo bituminoso.

5.3.4. CAPA DE RODAMIENTO

Su función principal es la de proteger la base impermeabilizando la superficie para evitar así

posibles infiltraciones del agua de lluvia que podría saturar parcial o totalmente las capas inferiores.

Además evita que se desgaste o se desintegre la base a causa del tránsito de los vehículos, Así

mismo la capa de rodamiento contribuye de cierto modo a aumentar la compacidad soporte

especialmente así su espesor es apreciable >3 plg.

Los tipos de mezclas bituminosas por lo general para las capas de rodamiento en los pavimentos

flexibles son:

a) Tratamiento superficial

b) Macadam Bituminoso

c) Mezclas asfálticas, etc.

5.4. CALCULO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES

Para el cálculo de Pavimentos Flexibles existen distintos métodos de cálculo, a continuación

indicamos los métodos de cálculo que existen actualmente:

5.4.1. METODO DEL INSTITUTO DEL ASFALTO

En el moderno diseño de pavimentos flexibles propuesto por el Instituto del Asfalto de los

Estados Unidos, el espesor requerido está compuesto enteramente de concreto asfáltico

(Full-Depth Asphalt Pavement Structure), de donde se obtienen varias combinaciones

equivalentes con base y subbase de materiales granulares para seleccionar la estructura de

pavimento más económica considerando el tráfico previsto y la capacidad portante de la

Subrasante.


45

5.4.2. METODO C.B.R. (Relación de Soporte California)

El Método CBR (California Bearing Ratio) para el diseño de pavimentos flexibles en carreteras y

pistas de aeropuertos, es uno de los más utilizados en la actualidad tanto por dependencias viales

como por entidades encargadas del transporte aéreo.

Simplemente anotemos que el Método CBR establece una relación entre la Resistencia a la

Penetración de un suelo, y su capacidad soporte para sustentación de pavimentos.

Para determinar el CBR, se toma como material de comparación piedra triturada de alta calidad. Es

decir se tendría que la resistencia a la penetración de la piedra triturada es 100% vale decir que su

CBR es igual a 100%. Cuanto mayor es el valor de CBR, mayor es la capacidad soporte del suelo

ensayado.

El CBR de un suelo en laboratorio es la relación de la carga unitaria que se requiere para introducir

un pistón dentro del suelo, a la carga unitaria requerida para introducir el mismo pistón a la misma

profundidad en la muestra tipo de piedra triturada, expresada en por ciento. El CBR que se usa

para proyectar es el mayor valor que se obtiene para una penetración de 0,1 o de 0,2 de pulgada.

La Figura 5.4 proporciona los espesores para diferentes CBR y cargas por eje sencillo, considerando

Tráfico: Liviano, Mediano, Pesado y Muy Pesado, además correlaciona el CBR con índices de

Grupo, Valores Resistentes y valores soporte; asimismo muestra una valoración del suelo para

subrasantes, subbases y bases. Ábaco del Instituto del Asfalto.


46

Figura 5.4. Espesores para diferentes CBR



47

En la Tabla 5.1 se puede observar la clasificación de las subrasantes según su valor de CBR

obtenido del ensayo, mostrando el rango tentativo de CBR.

Tabla 5.1. Clasificación de la Subrasantes según el método CBR (Fuente: Propia)

Valores de CBR para Clasificación de Subrasantes

Clasificación Subrasante muy mala

Subrasante mala

Subrasante regular

Subrasante buena

Subrasante Muy buena

CBR 0-3 3-4,5 4,5-6,5 6,5-10 10-15 CBR = California Bearing Ratio

5.4.3. METODO DEL INDICE DE GRUPO

Este Método es incluido por su simplicidad de aplicación, sin embargo deberá tenerse mucho

cuidado con los materiales de la Subrasante o terreno de fundación, para una adecuada elección de

la "estructura del pavimento".

Generalmente los sistemas de Clasificación de Suelos agrupan a estos según su graduación y

similares características físicas. Cada grupo tiene en común ciertas propiedades, sin embargo existe

un amplio intervalo entre ellos y también un traslape de capacidades de soportar cargas en los

diferentes grupos. Por esta razón ha sido necesario dividir los grupos básicos de suelos y

caracterizarlos con un índice, para obtener una mayor aproximación en lo que se refiere a su

valoración en el grupo.

5.5. PAVIMENTO FLEXIBLE DEL PARQUE INDUSTRIAL SANTIVAÑEZ

En la zona del Parque Industrial Santiváñez (zona de estudio para el proyecto) el pavimento que

presentan sus calles de conexión; el cual es Pavimento Flexible; se encuentra con bastantes

deterioros. El pavimentado se realizó sobre Arcilla Dispersiva como terreno de fundación; el cual es

el suelo de estudio para este proyecto de investigación.

Como podemos observar en la Figura 5.5 y Figura 5.6 el pavimento flexible de las calles del Parque

Industrial presenta bastantes fisuras de gran magnitud. Es sorprendente ver el estado malo al que se

encuentra este pavimento flexible para el poco uso que tiene, además del poco tiempo que tiene de

su conclusión e inauguración


48

Figura 5.5. Fisuras del Pavimento Flexible del Parque Industrial Santiváñez (Fuente: propia)

Figura 5.6 Fisuras del Pavimento Flexible del Parque Industrial Santiváñez (Fuente: propia)

El pavimento flexible de las calles del Parque Industrial Santiváñez también presenta erosión en

varios lugares, especialmente en la zona de las bermas del pavimento; estas erosiones son debidas a

las cárcavas que existen en el terreno de fundación; como podemos observar en la Figura 5.7.


49

Figura 5.7 Cárcavas en la suelo del Parque Industrial Santiváñez (Fuente: propia)

Producto de las cárcavas existentes en el terreno de fundación; vistos anteriormente; se va

produciendo la erosión del pavimento, como observamos en las Figura 5.8 y Figura 5.9.

Figura 5.8 Erosión del Pavimento Flexible del Parque Industrial Santiváñez (Fuente: propia)


50

Figura 5.9. Erosión del Pavimento Flexible del Parque Industrial Santiváñez (Fuente: propia)

En la Figura 5.10a y Figura 5.10b podemos observar como la parte central del Pavimento esta

recubierta por una capa de 5 cm., esto debido a que al poco tiempo de la conclusión del

pavimentado se produjo el deterioro de este mismo; con el motivo de reforzar la parte central del

pavimento se realizó el recubrimiento de una capa de 5 cm.

En la Figura 5.10c observamos el crecimiento de plantas en la parte de la berma de la calzada, esto

observamos en varios lugares del Parque, no se sabe si esto de alguna manera afecta a la resistencia

del pavimento pero cabe recalcarlo y se deja a algún proceso de investigación futura.

b

ca

Figura 5.10 Deterioro del Pavimento Flexible del Parque Industrial Santiváñez


51

En la Figura 5.11 observamos algunos parchados que realizaron para tratar de disimular el deterioro

del pavimento.

Figura 5.11 Parchado del Pavimento Flexible del Parque Industrial Santiváñez (Fuente: propia)

CAPITULO 6 ESTABILIZACION DE SUELOS

52

CAPITULO 6

ESTABILIZACION DE SUELOS

6.1. INTRODUCCION

Desde 1960 los científicos de suelos han improvisado muchos métodos de tratamiento que

básicamente consisten en la aplicación de aditivos químicos en el suelo de arcilla dispersiva.

La estabilización de los suelos en la ingeniería práctica, particularmente en las vías terrestres, ha

sido una técnica ampliamente utilizada para mejorar el comportamiento esfuerzo deformación de

los suelos. Garnica, P. Et. al , (2002).

La estabilización de suelos en la construcción de carreteras se define como un proceso de mejorar el

comportamiento mediante la reducción de la susceptibilidad a la influencia del agua y condiciones

del tránsito en un periodo de tiempo razonable.

En la actualidad, el principal empleo de la estabilización en suelos, es en la construcción de la capa

base de la estructura de pavimento; también puede ser en la construcción de caminos revestidos y en

el mejoramiento de la Subrasante.

El mejoramiento de los suelos ha atendido a diversos requerimientos, tales como la resistencia al

esfuerzo cortante, la deformabilidad o compresibilidad, la estabilidad volumétrica ante la presencia


53

de agua, entre otros, buscando en todos los casos, un buen comportamiento esfuerzo deformación

de los suelos y de la estructura que se coloque sobre ellos, a lo largo de su vida útil.

Las partículas de arcilla son elementos laminares muy pequeños, con cargas negativas en su

superficie. Sobre estas partículas actúan fuerzas que tienden a flocularlas y otras que tienden a

separarlas. Las primeras se deben a la atracción entre átomos de partículas adyacentes y son

inversamente proporcionales a la 7ma potencia de la distancia entre las mismas, siendo

independientes de las características químicas del medio que rodea a las partículas de arcilla. Las

segundas se deben a la repulsión electrostática generada por las cargas negativas superficiales, y son

considerablemente mayores a las anteriores. Si estas cargas negativas no son neutralizadas, las

partículas se mantienen en suspensión comportándose como coloides. Según Mitchell (1993), la

floculación se logra cuando se incorporan a la estructura de la arcilla elementos con cargas positivas

denominados cationes, que neutralizan las cargas negativas. Los mismos provienen de la solución

en la que se encuentra la partícula de arcilla (agua de poro). Los cationes frecuentes son el calcio, el

magnesio, el sodio y el potasio. En torno a cada catión se forma una esfera de solvatación con

moléculas de agua, y es el conjunto el que se adhiere a la partícula de arcilla. Esto se debe al campo

eléctrico que generan los cationes y a las características dipolares de las moléculas de agua. El

tamaño de la esfera de solvatación disminuye al aumentar la concentración de cationes en la

solución y viceversa. Sotelo, R.R., (2000).

6.2. AGENTES ESTABILIZADORES

En los terrenos arcillosos, particularmente en climas áridos o semiáridos, es altamente probable

encontrar problemas relacionados con inestabilidades volumétricas ante la ganancia o pérdida de

agua, Garnica, Et. al 2002. Existen en la práctica diversos métodos para estabilizar a tales suelos;

cada método, utiliza diferentes agentes estabilizadores, entre los que se pueden encontrar:

La cal El cemento Pórtland Productos asfálticos Ácidos orgánicos Resinas y polímeros Sales, entre otros

Incluso se ha utilizado la combinación de diferentes productos estabilizadores, así como la mezcla

de suelos con el fin de dar soluciones óptimas a problemas particulares.


54

En nuestro medio la cal y el cemento fueron utilizados como agentes estabilizadores para

subrasantes con suelos arcillosos. El presente proyecto de investigación realizará la estabilización

específicamente en suelos arcillosos dispersivos.

Los agentes estabilizadores que se aplicarán en el proyecto serán los siguientes:

Estabilización con CAL HIDRATADA, Ca (OH)2

Estabilización con CEMENTO

Estabilización con CLORURO DE SODIO, NaCl

Estabilización con SULFATO DE ALUMINIO HIDRATADO

Estabilización con MELAZA

6.3. ESTABILIZACION CON CAL 6.3.1. GENERALIDADES La estabilización con cal por lo general se realiza utilizando cal hidratada y algunas veces, pero en

menor grado, con cal viva (oxido de calcio). En términos generales, las técnicas de estabilización

con cal hidratada son bastantes similares a las de la estabilización con cemento, pero hay dos

aspectos de diferencia que conviene destacar. En primer lugar la cal tiene un espectro de aplicación

que se extiende mucho mas hacia los materiales mas arcillosos que el cemento y, en contrapartida

se extiende algo menos hacia el lado de los materiales granulares de naturaleza friccionante. En

segundo lugar, esta el uso cada día más extendido que se hace de la estabilización con cal como un

pre-tratamiento, lo que da una fisonomía especial a muchos de los usos de la cal, pues en estos

casos no necesariamente han de satisfacerse todos los requerimientos de una estabilización

definitiva, Rico-Del Castillo, (1999).

La cal hidratada (hidróxido de cal, Ca (OH)2) ha sido mezclada con arcilla dispersiva para reparar

superficies expuestas de muchas presas erosionadas construidas desde 1970. Una manta de material

de cal tratada provee una barrera en contra de las precipitaciones erosivas a lo largo de la superficie

de las grietas. Asimismo, este material ha sido usado en la construcción de muchas presas como

parte del diseño para los sitios donde se presentaron arcillas dispersivas. El porcentaje de cal

requerido para el mejoramiento de las propiedades de una arcilla dispersiva es determinado en

laboratorio, basado en una serie de pruebas con el ensayo de erosión interna. Es muy importante

tomar en cuenta que solo puede ser usada la cal hidratada que no haya estado almacenado por mas


55

de un mes, puesto que se ha demostrado que la cal que contiene mas de un 7 % de dióxido de

carbono que absorbe de la atmósfera , proporciona resultados no confiables y las conclusiones

pueden ser no validas. Claros, H. (2001).

Usualmente son necesarios tres o mas ensayos para determinar el porcentaje mínimo de cal

hidratada requerida para cambiar el comportamiento de la arcilla dispersiva (D1, D2, ND3, y ND4)

a no dispersivas (ND1 o ND2).

El tratamiento con cal hidratada también disminuye el límite líquido y el índice de plasticidad de la

mayor parte de la arcilla y reduce el potencial de cambio volumétrico.

6.3.2. OBTENCION DE LA CAL HIDRATADA

La cal es el producto resultante de la calcinación y descomposición de las rocas calizas,

calentándose a temperaturas superiores de los 900 ºC, se obtiene la denominada cal viva, compuesta

principalmente de oxido de calcio (CaO), sustancia blanca ligera, cáustica y alcalina que en

contacto con el agua se hidrata con desprendimiento de calor. Si las calizas son puras y se calientan

a 900º C se verifica la siguiente reacción:

CaCO3 + Calor = CO2 + CaO

(6.1)

La cal se prepara generalmente calentando carbonatos de calcio, muchas veces bajo la forma de

calizas naturales, hasta que pierden su bióxido de carbono devienen en óxidos de calcio, el resultado

es cal viva, muy inestable y ávida de agua, lo que hace difícil su manejo y almacenamiento, por lo

que suele hidratarse de inmediato. Para formar la cal estabilizante no es preciso partir de calizas

puras, sino que pueden tolerarse algunas impurezas. La Tabla 6.1 siguiente expresa los requisitos

que suelen pedirse a la materia prima para formar cal estabilizante, Rico-Del Castillo, (1999).


56

Tabla 6.1. Requerimiento de las Calizas y carbonatos de calcio naturales para formar cal estabilizante (Fuente: Rico-Del Castillo, 1999)

Propiedad Cal viva CaO Cal Hidratada Ca(OH)2 Óxidos de calcio magnesio No menos de 92 % No menos de 95 % Bióxido de carbono No mas de 3 % No mas de 5 % En el horno. Fuera del horno. No mas de 10 % No mas de 7 % Finura ----------------------- No mas de 12 % retenido en la malla Nº 180,

La cal hidratada que se emplea en la estabilización de suelos debe reunir los requisitos de la Norma

ASTM C 977-02 en cuanto a su composición química y tamaño de grumos Tabla 6.2.

Tabla 6.2 Especificaciones químicas y físicas de la cal hidratada

Composición química

Oxido de calcio y magnesio 90,00 máximo Dióxido de carbono 5,00 máximo Agua libre 2,00 máximo

Propiedades físicas Retenido en la malla No 30 3% máximo Retenido en la malla No 200 25% máximo

6.3.3. EFECTOS DE LA CAL EN EL SUELO

Hay dos tipos de reacciones químicas entre la cal y el suelo. La primera es inmediata e incluye una

fuerte captación de iones de calcio por las partículas del suelo, lo que deprime su “doble capa”, a

causa del incremento en la concentración de cationes en el agua, a la vez ocurre otro efecto que

tiende a expandir la doble capa por el alto pH de la cal.

La segunda reacción tiene lugar a lo largo de lapsos considerables y es la reacción propiamente

cementada, aunque no es completamente bien conocida, se atribuye a una interrelación entre los

iones calcio de la cal y los componentes aluminicos y silicosos de los suelos, de hecho, esta ultima

reacción puede reforzarse añadiendo al suelo cenizas ricas en sílice. La reacción cementante tiene


57

lugar a través de la formación de silicatos de calcio y es muy dependiente del tipo de suelo que en

ella intervenga; en esto la estabilización con cal difiere mucho de la estabilización con cemento,

Rico-Del Castillo, (1999).

La cal tiene poco efecto en suelos muy orgánicos o en suelos sin arcillas. Tiene su máximo efecto

las gravas-arcillosas, en las que puede producir mezclas inclusive más resistentes que las que se

obtendrían con cemento. Ha obtenido su utilización mas frecuentemente en arcillas plásticas, a las

que hace, adicionalmente, mas trabajables y fáciles de compactar, razón por la que se usa

frecuentemente como pre-tratamiento, anterior a una estabilización con cemento, además de los

muchos casos en que se usa como estabilizante definitivo. El efecto de la cal en las arcillas es mas

rapido en las montmoriloniticas que en las caoliniticas y en las primeras la cal logra resultados

mucho mas espectaculares en el aumento de resistencia, Rico-Del Castillo, (1999).

6.4. ESTABILIZACION CON CLORURO DE SODIO 6.4.1. GENERALIDADES Las sales se forman a partir de la neutralización de un ácido con una base. Las sales normales tales

como el cloruro de sodio (NaCl), cloruro de calcio (CaCl2) o cloruro de potasio (KCl) son sales

completamente neutralizadas, es decir que no contienen exceso de iones ácidos de hidrógeno (H+)

ni básicos de hidróxilo (OH-).Se designan como sales ácidas aquellas que contienen exceso de iones

de hidrógeno, como el bicarbonato de sodio (NaHCO3) y a las que contienen exceso de iones

hidroxilo se les designa como sales básicas. Garnica, P. Et. al (2002).

En laboratorios de la cuidad de México, se han estudiado, un gran número de sales (NaCl, CaCl2,

NaNO3, Na2CO3, BaCl2, MgCl2, KCl) con fines de estabilización, pero tanto la economía como su

disponibilidad han hecho que solamente se utilicen algunas, siendo las más utilizada el cloruro de

sodio, obteniéndose buenos resultados en la Estabilización de Suelos Arcillosos.

6.4.2. OBTENCION DEL CLORURO DE SODIO; SAL

El cloruro de sodio se produce mediante 3 métodos. El más antiguo consiste en el empleo del calor

solar para producir la evaporación del agua salada, con lo que se obtienen los residuos de sal. Otro

método consiste en la extracción directa de las minas de sal y el método más reciente consiste en la

evaporación del agua de mar mediante el empleo de hornos. En la ciudad de Potosí se encuentra la

mayor reserva de cloruro de sodio en el mundo. El salar de Uyuni constituye una de las reservas

más importantes de salmueras a nivel mundial y representa una base para el desarrollo de proyectos


58

químico-industriales, en un área de la geografía boliviana de escasa presencia humana y mínimos

recursos agrícolas y ganaderos.

Figura 6.1. Salar de Uyuni. Potosí – Bolivia (Fuente: Encarta 2006)

El cloruro de sodio se presenta en forma de cristales como se puede ver en la Figura 6.2., fácilmente

solubles en agua, los cuales son higroscópicos y se les consigue en el mercado constituyendo

cristales grandes o polvo fino y con diferentes grados de pureza (la ASTM y la AASHTO han fijado

especificaciones al respecto, Garnica, P. Et. al (2002).

Figura 6.2. Bloque de sal utilizada antes de la disgregación.

(Fuente: Propia)


59

Con la adición de sal al agua, se puede abatir la temperatura de congelamiento de ésta última. Se

han reportado casos en los que el empleo de 2 a 3% de sal abatió el punto de congelamiento de un

suelo hasta 2º C.

6.4.3. EFECTOS DE LA SAL EN EL SUELO

Las soluciones que contengan cloruro de sodio (NaCl) disuelto, presentan una mayor tensión

superficial que en el caso del agua destilada y en 1% de sal incrementa la tensión superficial en 1 a

2 dinas por cm2, asimismo, la adición de sal al agua abate la presión de vapor.

Ahora bien, la sal se adiciona al agua en pequeños porcentajes, ésta se disuelve rápidamente pero a

medida que el porcentaje adicionado va siendo más elevado, la sal se disuelve con más dificultad y

se tendrá un cierto porcentaje más allá del cual la sal ya no se disuelve. Garnica, P. Et. al (2002).

Existe en la superficie de las partículas arcillosas una doble capa de iones adsorbidos, en la cual la

energía potencial existente se disipa a partir de dicha superficie, hasta que a una cierta distancia se

tenga el mismo potencial que el líquido circundante. La magnitud de este potencial se puede

expresar por una cantidad asignada como:

Z = 4 Qd / AK (6.2)

En donde: Q es la carga eléctrica (culombio) d es el espesor de la doble capa (µm) A es el área superficial (µm²) K es la constante dieléctrica De los parámetros anteriores, el único que se puede modificar es el espesor de la doble capa, lo cual

se logra incrementando la concentración de electrolito en el agua de mezclado y sustituyendo iones

de valencia alta por iones de valencia menor. Al sustituir iones de valencia superior por iones de

valencia menor en la superficie de una partícula de arcilla se tendrán entonces, menos iones

susceptibles a crecer debido a que están rodeados por moléculas de agua sobre dicha superficie y en

consecuencia se reduce el espesor de la doble capa.

Cuando las partículas se encuentran rodeadas por cargas del mismo signo se repelen; pero si alguna

de las partículas o parte de ellas tiene carga opuesta entonces se desarrollan fuerzas de atracción. Se

ha observado que si el medio que rodea a estas partículas es con un bajo pH, entonces los bordes de


60

las partículas tienden a cargarse en forma positiva, en cuanto a las caras estas permanecen con carga

negativa, por lo que resulta una floculación de las caras de unas partículas con los bordes de las

otras. En tanto que si se tiene un alto pH, tanto los bordes como las caras tienden a quedar con

cargas negativas y la estructura puede quedar en forma dispersa. Garnica, P. Et. al (2002).

En las partículas arcillosas el tipo de intercambio importante es el catiónico es decir, intercambio de

iones positivos, debido a que las superficies de las partículas están cargadas negativamente.

Los cloruros sirven para retener la humedad dentro de la base o carpeta compactada captando la

humedad de la atmósfera, además de que los cloruros actúan como lubricantes para los granos del

suelo. El exceso de iones de sodio, calcio y magnesio actúan como un floculante con la fracción de

arcilla en un suelo, aumentando el ángulo de fricción interna.

Se aumenta significativamente la tensión superficial del agua que puede, después del

endurecimiento, ser responsable del aumento de la densidad del suelo hasta un 15% sobre aquella

de un suelo sin tratar.

En lugares donde las carpetas de rodado estabilizadas con cloruro están sometidas a volúmenes

mayores de tráfico, se debe considerar la construcción de una superficie de desgaste del tipo de

pavimento o tratamiento superficial. Sin importar el espesor o el tipo de superficie construida, es

muy importante mantener en todo momento la integridad de la superficie para impedir la

infiltración de agua y el debilitamiento resultante de la carpeta por lixiviación de la base tratada con

sal.

Existen varios autores que han estudiado el efecto del cloruro de sodio en las propiedades de los

suelos, principalmente en las propiedades físicas y entre las principales observaciones podemos

citar las siguientes:

El peso volumétrico seco y la resistencia a la compresión se incrementan al adicionar

cloruro de sodio hasta en un 2%. El límite líquido y el índice plástico se reducen al

adicionar cloruro de sodio, Ogawa et al, (1963).

La cohesión y el ángulo de fricción interna parecen disminuir al adicionar cloruro de sodio

y en especimenes en los que no se permita la pérdida de humedad. Parece que si se permite


61

el secado antes de ensayar los especimenes tanto la cohesión como el ángulo de fricción

aumentan de manera importante, Ogura & Uto, (1963).

La capacidad de retención de humedad aumenta en los suelos tratados con cloruro de sodio.

Marks et al (1970).

A partir de la revisión en la literatura se parece evidenciar, en todo caso, que existen suelos que al

parecer no responden a la estabilización con cloruro de sodio. En su trabajo doctoral El-Sekelly,

1987, estudio tres mezclas de suelo. En todos ellos observó mejoras de los valores de resistencia a

la compresión, a la tensión, de valor relativo de soporte e incluso en los valores de módulo de

resiliencia. Cabe mencionar, sin embargo, que en varios casos agregó un 2% de cal además del

cloruro de sodio. Adicionalmente, es de llamar la atención en el trabajo de El-Sekelly, el hecho de

que dos de las mezclas de suelo que estudio eran suelos gruesos, con clasificaciones SC y GC según

el SUCS. El otro suelo estudiado por El-Sekelly se clasifica como MH, con un límite líquido de

54% y un índice plástico del 38% y el porcentaje de arcilla es del 28%, con una gran proporción de

limo y arena. Garnica, P. Et. al (2002).

También en el trabajo de G. Singh y B. Das, (1999), se presentan mejoras en las propiedades de

resistencia y módulo de resiliencia en los suelos estudiados que son los mismos que investigó El-

Sekelly. Llama la atención el hecho de que en esos trabajos, las mejoras de comportamiento que se

presentan se lograron cuando los especimenes de suelo tuvieron un secado previo a la ejecución de

los ensayes correspondientes. Lo anterior es muy importante ya que no hay manera de diferenciar si

esa aparente mejora de propiedades se logró porque disminuyó el contenido de agua del espécimen

o por una real contribución del cloruro de sodio. Garnica, P. Et. al (2002).

6.5. ESTABILIZACION CON CEMENTO PORTLAND 6.5.1. GENERALIDADES Cemento, sustancia de polvo fino hecha de argamasa de yeso capaz de formar una pasta blanda al

mezclarse con agua y que se endurece espontáneamente en contacto con el aire.

Los cementos son sustancias o conglomerantes Hidráulicos (que tienen como materia prima

esencial los compuestas de cal) capaces de unir fragmentos o masas de materia sólida hasta una

total consolidación, constituyen un material base en construcción, irremplazable para formar

morteros y hormigones.


62

Los cementos se clasifica según: el tiempo de fraguado, Composición química y aplicación.

Los componentes esenciales del cemento Pórtland es la cal, sílice y alumina. Un análisis realizado

de los cementos Pórtland nos dan la siguiente composición:

Tabla 6.3. Composición química del cemento Pórtland.

(Fuente: Propia)

Componente Símbolo Porcentaje Sílice SiO2 22% al 29% Alumina AlO3 5% al 11% Oxido Ferrico Fe2O3 2% al 6% Oxido de Calcio CaO 52% al 65% Oxido de Magnesio MgO 0,5% al 3% Anhídrido Sulfúrico SO3 0,5% al 2,5%

Al mejorar un material con cemento Pórtland se piensa principalmente en aumentar su resistencia,

es muy importante para que se logre este efecto, que el material por mejorar tenga un porcentaje

máximo de materia orgánica del 34%, Salinas, R.

Existen dos formas o métodos para estabilizar con cemento Pórtland, unas llamadas estabilizaciones

del tipo flexible, en el cual el porcentaje de cemento varía del 1 al 4%, con esto solo se logra

disminuir la plasticidad y el incremento en la resistencia resulta muy bajo, las pruebas que se les

efectúan a este tipo de muestras son semejantes a las que se hacen a los materiales estabilizados con

cal.

Otra forma de mejorar el suelo con cemento, se conoce como tipo rígida, en ella el porcentaje de

cemento varía del 6 al 14%, este tipo de mejoramiento es muy común en las bases, ya que resulta

muy importante que éstas y la carpeta presenten un módulo de elasticidad semejante, ya que con

ello se evita un probable fracturamiento de la carpeta, ya que ambos trabajan en conjunto; para

conocer el porcentaje óptimo por emplear se efectuan pruebas de laboratorio con diferentes

contenidos de cemento.

Tabla 6.4 Métodos de estabilización con cemento Pórtland (Fuente Propia)

METODO % de Cemento Obtención

Flexible 1-4 Disminución de plasticidad; incremento de Resistencia baja Rígido 6-14 Obtención de Modulo de elasticidad de la base semejante al de la Carpeta


63

6.5.2. OBTENCION DEL CEMENTO PORTLAND

Se obtienen mediante la pulverización del clinker y una pequeña proporción de piedra natural de

yeso para retardar su fraguado. Estos cementos son los que tienen mas aplicación en las obras

civiles.

Los cementos Portland se elaboran con la incorporación de una mezcla de materiales

calcáreos y arcillosos. La materia prima se dosifica con mucho cuidado para obtener las cantidades

deseadas de cal, sílice, oxido de aluminio, y oxido de hierro. En las ecuaciones se muestran los

cuatro componentes principales del cemento, en forma de productos de reacción.

(CaO + CO2) + (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 + H2O) + Calor = (3CaO.SiO2 + 2CaO.SiO2 + 3CaO.Al2O3 + 4CaO.Al2O3.Fe2O3)

(6.3)

El cemento Pórtland se fabrica a partir de materiales calizos, por lo general piedra caliza, junto con

arcillas, pizarras o escorias de altos hornos que contienen óxido de aluminio y óxido de silicio, en

proporciones aproximadas de un 60% de cal, 19% de óxido de silicio, 8% de óxido de aluminio, 5%

de hierro, 5% de óxido de magnesio y 3% de trióxido de azufre. Ciertas rocas llamadas rocas

cementosas presentan en su composición estos elementos en proporciones adecuadas y se puede

obtener cemento a partir de ellas sin necesidad de emplear grandes cantidades de otras materias

primas. No obstante, las cementeras suelen utilizar mezclas de diversos materiales.

En la fabricación del cemento se trituran las materias primas mezcladas y se calientan hasta que se

funden, formando el “clínquer”, que a su vez se tritura hasta lograr un polvo fino. Para el

calentamiento se suele emplear un horno rotatorio de más de 150 m de largo y más de 3,2 m de

diámetro. Estos hornos están ligeramente inclinados, y las materias primas se introducen por su

parte superior, ya sea en forma de polvo seco de roca o como pasta húmeda hecha de roca triturada

y agua. A medida que desciende a través del horno, se va secando y calentando con una llama

situada al fondo del mismo. Según se acerca a la llama se separa el dióxido de carbono y la mezcla

se funde a temperaturas entre 1.540 y 1.600 ºC. El material tarda unas seis horas en pasar de un

extremo a otro del horno. Después de salir del horno, el clínquer se enfría con rapidez y se tritura,

transportándose a una empaquetadora o a silos o depósitos de almacenamiento. El material obtenido

tiene una textura tan fina que el 90% o más de sus partículas podrían atravesar un tamiz o colador

con 6.200 agujeros por centímetro cuadrado.


64

En los hornos modernos se pueden obtener de 27 a 30 Kg. de cemento por cada 45 Kg. de materia

prima. La diferencia se debe sobre todo a la pérdida de agua y dióxido de carbono. Por lo general,

en los hornos se quema carbón en polvo, consumiéndose unos 450 Kg. de carbón por cada 900 g de

cemento fabricado. También se utilizan gases y otros combustibles derivados del petróleo.

Para comprobar la calidad del cemento se llevan a cabo numerosas pruebas. Un método común

consiste en tomar una muestra de argamasa de tres partes de arena y una de cemento y medir su

resistencia a la tracción después de una semana sumergida en agua.

6.5.3. EFECTOS DEL CEMENTO EN EL SUELO

La estabilización de suelos con cemento es una de las más usadas en el momento presente. Los

fenómenos químicos que ocurren entre el suelo y el cemento, cuando ambos se mezclan con el

apropiado contenido de agua, aun no son comprendidos del todo, pero básicamente parecen que

consisten en reacciones de cemento con los componentes silicosis de los suelos , que producen

conglomerantes que ligan a las gravas, arenas y limos . Rico-Del Castillo, (1999).

Además el hidrato de calcio que se forma como consecuencia del contacto del cemento con el agua,

libera iones de calcio, muy ávidos de agua que la toman de la que existe entre las laminillas de

arcilla, el resultado de este proceso es la disminución de la porosidad y la plasticidad del suelo, así

como aumento en su resistencia y su durabilidad. Rico-Del Castillo, (1999).

La reacción favorable suelo – cemento se ve muy afectada cuando el suelo contiene materia

orgánica pues los ácidos orgánicos poseen gran avidez por los iones de calcio que libera la reacción

original del cemento y los captan, dificultando la acción aglutinante del propio cemento en los

suelos gruesos o la estabilización de partículas laminares en las arcillas. Por esta razón, las

especificaciones de casi todos los países exigen que el contenido de materia orgánica en un suelo no

sobrepase 1 -2 % en peso, si ha de ser considerado apropiado para ser estabilizado con cemento

Rico –Del Castillo, (1999).

El efecto del cemento en los suelos arcillosos resulta más complicado y peor comprendido que en

los suelos más gruesos, por lo que pudiera resultar conveniente detallarlo más. Parece ser que en

primer lugar se produce un efecto primario en el que la hidratación del cemento produce silicatos y

aluminatos hidratados de calcio, hidróxido de calcio e iones de Ca, que elevan la concentración de

electrolitos del agua intersticial, aumentando su pH. Viene a continuación un efecto secundario en


65

dos fases. En la primera, se produce un intercambio iónico entre los iones calcio y otros absorbidos

por lo minerales de arcilla, todo lo cual tiende a flocular a la propia arcilla. En la segunda fase,

tienen lugar reacciones químicas puzolanicas entre la cal y los elementos que componen los

cristales de arcilla. Rico –Del Castillo, (1999).

Las arcillas montmoriloniticas son, a la larga las mas reactivas ante el cemento, seguidas de las

ilitas y las caolinitas. Sin embargo, el aumento de resistencia del material ante la estabilización no

demuestra seguir leyes tan sencillas, de hecho, parece acercarse más bien a ser inversamente

proporcional a la reactividad de la arcilla.

Prácticamente todos los tipos de cemento son útiles para la estabilización de suelos y normalmente

se emplean los de fraguado y resistencias normales. Para contrarrestar los efectos de la materia

orgánica son recomendables cementos de alta resistencia y cuando la mezcla con el suelo se

produce y extiende a baja temperatura, pudieran convenir los de fraguado rápido. Rico –Del

Castillo, (1999).

Cualquier suelo que no tenga cantidades excesivas de materia orgánica puede ser tratado con

cemento para mejorar su comportamiento mecánico (resistencia), las únicas limitaciones estriban en

lo difícil que pueda resultar un adecuado mezclado del cemento, lo que llega ha ser muy difícil en

arcillas suaves y húmedas.

6.6. ESTABILIZACION CON SULFATO DE ALUMINIO HIDRATADO 6.6.1. GENERALIDADES Dos casos históricos son presentados como pruebas de aplicación de aluminio en suelos de arcilla

dispersiva por el Soil Conservation Service en Oklahoma. Estas enmiendas se las puede apreciar en

(1ro) las arcillas construidas de una mejoría de canal y en (2do) en las inclinaciones de las

protecciones de una presa. El estado crítico de las arcillas dispersivas es identificado en laboratorio

y por la presencia in situ de severas erosiones común en estos tipos de suelo, en ambas ejemplos

1ro y 2do el aluminio disminuye la naturaleza erosiva de las arcillas. Sherard, J.L. et al. (1976).

Aunque la aplicación cuesta menos, el alumbre (sulfato de aluminio hidratado) no es favorable

sobre alternativas como la cal, ya que el alumbre es toxico a la mayoría de las plantas y no reduce

significativamente la plasticidad. Sherard, J.L. et al. (1976).


66

Alumbre (Sulfato de Aluminio hidratado Al2 (SO4)3 X 14H2O) fue usado por el Soil Conservation

Service (SCS) en Oklahoma para tratamientos en campo de arcillas dispersivas. Sherard, J.L. et al.

(1976).

Por muchos años agricultores han tenido que lidiar con arcillas dispersivas tanto en operaciones

normales y en construcciones de tratamiento de tierras, medidos como terrenos, pozos, como cursos

de agua. La exposición a arcillas dispersivas forman lo que se algunas veces se llama “ollas” son

productos ya sea el efecto del movimiento del sodio de la sal hacia la superficie por capilaridad o

por la remoción del suelo superior a través de la lamina de erosión. Materia orgánica, yeso, o cal

fueron algunas veces aplicados como elementos de estabilización, Harper y Plice, (1949).

Por el hecho del tiempo en el curado y problemas logísticos pocas obras han realizado la

construcción de una capa de cal-suelo. Particularmente por estas razones y desde que el aluminio es

realmente más soluble en agua un alto porcentaje del (SCS) se ha interesado en tratar con este

químico como alternativa de enmienda para modificar la dispersión de las arcillas. Sherard, J.L. et

al. (1976).

El sulfato de aluminio ha sido utilizado históricamente para tratar todo tipo de aguas, ya sea para el

consumo humano como para mejorar la calidad de los efluentes industriales o cloacales, en el

encolado de papel, como mordiente en tintorerías y otros usos.

En la actualidad se utiliza predominantemente en tratamiento de aguas. El sulfato de aluminio libre

de hierro es requerido mayormente por la industria papelera como encolante en método ácido. Se

comercializa sólido con concentraciones de 16 % ó 17% expresado como Al2O3 y líquido con

concentraciones que varían entre 7 y 8% de Al2O3.

6.6.2. OBTENCION DEL SULFATO DE ALUMINIO HIDRATADO

El Sulfato de Aluminio es una sal inorgánica proveniente de la reacción del ácido sulfúrico y la

bauxita. Su uso principal está orientado hacia el tratamiento de agua para consumo humano y

tratamiento de aguas residuales. La relación costo - beneficio es ampliamente atractiva para el

usuario.


67

Alumbre es usado como referencia de un grado comercial común de sulfato de aluminio en forma

hidratada, contiene como 17 % de Al2 O3. Este grado es comúnmente usado en plantas de

tratamiento de aguas, de acuerdo con los requerimientos del American Water Works Association

(AWWA. B403-70) estandarizados, de alguna manera esta se encuentra al alcance en

supermercados.

6.6.3. EFECTOS DEL SULFATO DE ALUMINIO HIDRATADO EN EL SUELO

La adición de sulfato de aluminio que produce la aglomeración de los coloides con formación de

agregados coloidales, o flóculos que pueden decantar debido a su mayor tamaño y peso es uno de

los efectos del alumbre en el suelo. La coagulación implica tres etapas: adición de coagulante,

desestabilización de la partícula coloidal y formación de flóculos, Figura 6.3. La adición de la sal

coagulante como la ya dicha sulfato de aluminio, produce cationes poliméricos tales como

[Al13O4(OH)24]7+ y [Fe3(OH)4]5+ cuyas cargas positivas neutralizan las cargas negativas de los

coloides, permitiendo que las partículas se unan formando aglomerados pequeños denominados

flóculos.

Figura 6.3. Proceso de coagulación

(Fuente: Propia)

La reunión de estos flóculos pequeños en conglomerados mayores (floculación) se realiza con

ayuda de polímeros polielectrolíticos, que permiten la decantación a velocidades altas de

sedimentación. Debido a que la coagulación y la inmediata etapa de floculación ocurren muy

rápidamente, en la práctica poco se distinguen. Figura 6.4.

Cation Coagulante


68

Figura 6.4.Polímero Floculantes

(Fuente: Propia)

6.7. ESTABILIZACION CON MELAZA 6.7.1. GENERALIDADES No todos los suelos existentes en Cochabamba presentan buenas condiciones para usarse como

materiales en la construcción de obras civiles. Existen suelos arcillosos que presentan serias

dificultades para cimentar estructuras, debido a que se deforman fácilmente en presencia del agua y

estas deformaciones no son deseables para una cimentación. Si bien es cierto que existen aditivos

que pueden mejorar las características de estabilización, resistencia y compresibilidad, la mayoría

de ellos son productos químicos que afectan a los Ecosistemas suelo y agua.

Esta situación motivó a que se introduzca a la investigación una alternativa para la estabilización de

suelos arcillosos mediante la utilización de un producto orgánico, la melaza de caña de azúcar o

miel de purga.

También es un aglomerante natural muy útil en la producción de piensos compuestos. También es

un substrato único para los procesos de fermentación y ofrece diversas ventajas, desde el control de

la viscosidad hasta ser una fuente de nitrógeno para el tratamiento de aguas y suelos.

Polímero Floculante


69

6.7.2. OBTENCION DE LA MELAZA

La melaza o “miel” de caña se obtiene de la caña de azúcar mediante su molienda utilizando unos

rodillos que la comprimen fuertemente obteniendo un jugo que luego se cocina a fuego directo para

evaporar el agua y lograr que se concentre.

Melaza es la miel residual que se obtiene del proceso de la cristalización del azúcar. El producto

final tiene una textura parecida a la miel de abeja como se ve en la Figura 6.5.

Figura 6.5. Melaza utilizada en el proyecto. (Fuente: Propia)

La melaza o miel final es un producto rico en sacarosa. La melaza puede dar origen a una serie de

derivados, pero sus principales usos se encuentran en la producción de alcohol etílico, levaduras,

miel proteica, L-lisina, glutamato monosódico y ácido cítrico. La melaza es un subproducto de la

producción de azúcar muy apreciada y muy bien pagada en los mercados internacionales por su

pureza.

6.7.3. EFECTOS DE LA MELAZA EN EL SUELO

La materia orgánica presenta un efecto importante en la mejora de las características físicas de

suelos afectados por las sales y especialmente por el sodio. Esta tiene la capacidad de aumentar el

grado de agregación de las partículas finas de la capa superficial, aumentando su estabilidad. Los

ácidos húmicos, en cantidades elevadas, dificultan el hinchamiento de las partículas del suelo,


70

evitando la disgregación, aumentando la cohesión de las partículas y manteniendo estable la

estructura de los agregados, Moliné, (1986).

La estructura es de enorme trascendencia en el suelo y depende de la forma de agregación de las

partículas del suelo y estas agregaciones son tanto más positivas cuanto más equilibrada es la

presencia de materia orgánica unificada en él. Pero es que además, la estructura conseguida con una

correcta presencia de materia orgánica es mucho más estable, es decir, que admite el laboreo sin

sufrir modificaciones importantes en la misma, así como se muestra más resistente a las acciones de

los agentes erosivos.

La estabilidad estructural del suelo se debe a la capacidad que tiene el "humus" para unir las

partículas minerales del suelo, lo que ejerce sobre el terreno acciones positivas respecto a la

porosidad y con ella a la circulación de aire y del agua, a la penetración radicular, etc.

El aporte de materia orgánica supone una adición de alimentos y energía para los microorganismos

y demás flora responsable de llevar adelante los ciclos bioquímicos en la naturaleza, bien por la

mejora de las condiciones físico - químicas del suelo o bien por el aporte de microorganismos

beneficiosos en sí o por activación de los más favorables en detrimento de los patógenos.

CAPITULO 7 CARACTERIZACION DEL SITIO DEL ESTUDIO

71

CAPITULO 7

CARACTERIZACION DEL

SITIO DE ESTUDIO

7.1. INTRODUCCION

Actualmente el “Parque Industrial Santiváñez” presenta un pavimento flexible en las calles de

conexión, la Subrasante que soportara el diseño vial ya sea este pavimento flexible o rígido debe ser

la mas optima posible, se ha observado que en el Parque Industrial el pavimento flexible se realizó

sobre arcilla dispersiva, pavimento que se encuentra deteriorado para el poco uso que tiene.

No se tiene un conocimiento claro del porque el pavimento empezó a mostrar una serie de

deterioros, pero se tiene una baga sospecha de que se debe a las arcillas dispersivas en si, aunque

otros orígenes de las fallas podrían haber sido: un mal diseño de la estructura de pavimento, una

mala compactación, una mala elección de materiales u otros. Estos deterioros se pueden observar en

la Figura 7.1. y en el Capitulo 5 con mas detalle.


72

7.2. IMPORTANCIA DEL PARQUE INDUSTRIAL SANTIVAÑEZ El Parque Industrial de Santiváñez se encuentra ubicado en el valle de Santiváñez provincia

Capinota del departamento de Cochabamba a una distancia de 20 Km. de la ciudad.

El parque Industrial de Santiváñez tiene una ubicación estratégica presentando importantes ventajas

y facilidades. La zona de Santiváñez tiene condiciones expetables para su desarrollo como

facilidades de acceso a la zona, topografía adecuada para asentamientos industriales, disponibilidad

y accesibilidades de los servicios básicos y además cuenta con posibilidades para el crecimiento y

expansión del sector industrial.

El estudio del mercado realizado determina que el Parque Industrial de Santiváñez tiene un alto

grado de atractividad para empresas industriales y de servicios, donde se ha identificado sectores

potenciales como: productos de cuero, madera, textiles, cerámica, metalmecánica, plásticos,

laboratorio de productos farmacéuticos, alimentos, bebidas y otros.

Actualmente el parque Industrial cuenta con un camino de acceso empedrado a la zona del parque la

cual se proyecta a ser pavimentada. También este parque presenta actualmente una planta de

tratamiento de aguas residuales terminada, y un proyecto de una planta de tratamiento de aguas

industriales.

Figura 7.1. Deterioros en el pavimento flexible. (Fuente propia).


73

7.3. IDENTIFICACION VISUAL DE ARCILLAS DISPERSIVAS EN EL PARQUE INDUSTRIAL SANTIVAÑEZ

Como ya se explico en el Capitulo 4, la identificación de las arcillas dispersivas se puede realizar de

forma visual. Es decir que se determina que una zona comprende las arcillas dispersivas al mostrar

afloramiento superficial de Sales, o por la formación de orificios superficiales que se hallan bastante

erosionados.

La presencia de tubos verticales también muestra un gran grado de presencia de arcillas dispersivas

como se ven las Figuras 7.2, 7.3, 7.4.

Figura 7.2. Laderas erosionadas del Parque Industrial Santiváñez. (Fuente propia).

Figura 7.3. Diferentes lugares erosionados del Parque Industrial Santiváñez.

(Fuente propia).


74

Figura 7.4. Laderas erosionadas localizadas cerca del pavimento del Parque Industrial Santiváñez. (Fuente propia)

Como se observa en las anteriores figuras la erosión no solo abarca la parte del parque industrial si

no también las laderas de los caminos de acceso a la zona como se puede apreciar en la figura 7.5.

Figura 7.5.Erosiones en el camino de acceso al Parque Industrial Santiváñez.

(Fuente propia).

7.4. ESTUDIOS PREVIOS DE SUELOS El suelo natural de la zona de Santiváñez tuvo un estudio previo de suelos orientado a analizar tres

aspectos importantes:

Erosión de los suelos

Capacidad de carga del suelo

Vías de circulación

Pavimento Ladera erosionada


75

Mediante estos estudios se pudo confirmar que el suelo de la zona de “Santiváñez” presenta una

incipiente degradación de los suelos producto de la actividad salina del agua intersticial

manifestándose con la formación de cárcavas (Figura 7.7) y tubificaciones que muestran la erosión

del suelo. La capacidad de carga admisible del subsuelo fue obtenida mediante las pruebas de

Penetración Estándar (SPT) de acuerdo a las normas de la ASTM D-1586 en la cual se pudo

determinar que el diseño de las fundaciones fueron calculadas con una capacidad de carga admisible

de 1.5 [Kg./cm2].(Claure Pereira & Asociados Consultores)

La capacidad de soporte de los suelos para el diseño de la plataforma de los caminos, presentaba en

muchos sectores del camino valores del CBR (California Bearing Ratio) inferiores a 5, lo que

demostraba baja resistencia de carga, consiguientemente era necesario mejorar el terreno con

material granular del rió mas próximo. (Claure Pereira & Asociados Consultores).

El diseño de la sección del pavimento fue realizado mediante el método del Ministerio de Obras

Publicas de Colombia y del Instituto del Asfalto realizado por la Consultora “Claure-Pereira” donde

se obtuvo el siguiente diseño:

Concreto Asfáltico 7.50 [cm.] Capa Base 14.0 [cm.] Capa Sub-Base 20.0 [cm.] Subrasante Mejorada 30.0 [cm.]

Los suelos que conforman el área del valle de Santiváñez corresponden a depósitos de suelos de

antiguas lagunas existentes en la zona, los suelos en su generalidad son de grano fino clasificados

como limos arcillosos y arcillas con bajo contenido de humedad.

Tabla 7.1.Propiedades mecánicas del estudio previo de suelo

(Fuente: Claure Pereira & Asociados Consultores).

PROPIEDADES MECANICAS (VALORES MEDIOS)

PROFUNDIDAD m. DCP mm/golpe. N

SPT Cohesión Kg/cm² q adm Kg/cm²

0,30-1,50 100 3 0,2 0,4 1,50-3,50 10 20 0,9 1,5 3,50-7,00 - 32 1,44 2,5

DCP = Ensayo de Penetración de cono SPT = Ensayo de Penetración Estándar q adm = Capacidad de carga admisible


76

Hasta la profundidad perforada de 7.0 metros, no se encontró la napa freática. (Claure Pereira &

Asociados Consultores).

7.5. OBTENCION DE LA MUESTRA Se recurrió a la excavación de calicata, con la ayuda de picotas y palas, hasta una profundidad

promedio de dos metros para la extracción de muestras alteradas, siendo estas representativas de los

tipos de suelo encontrados. Asimismo, este método de obtención de muestras permitió observar la

presencia de orificios provocados por la tubificación que caracteriza a las arcillas dispersivas.

La muestra a ser analizada en condiciones controladas es decir en laboratorio fue obtenida de una

calicata de medidas de 1.5 x 2 m., localizada justo a lado del pavimento donde se ve el deterioro

prematuro del mismo como se puede observar en la figura 7.6.

Figura 7.6.Obtención de la muestra a ser analizada. (Fuente propia).

Una vez extraídas, una cierta cantidad de muestra fueron cubiertas con bolsas plásticas, con el

objetivo de mantener el contenido de humedad natural, requisito importante para la realización de

los ensayos que determinan la dispersividad de los suelos.

Deterioro del pavimento

2 (m).

1.5 (m).


77

Durante la obtención de la muestra se puede apreciar que el suelo es relativamente suave, se

profundizo hasta una altura de 1.8 m, para que así los especimenes tengan las mismas condiciones

cuando se realicen los ensayos.

Una vez que se logro llegar a una altura de 0.7 m se pudo observar una cárcava ocasionada por la

erosionabilidad de este problemático suelo como se puede apreciar en la siguiente Figura 7.7. La

cárcava tenía una altura de casi 20 cm. La cual se extendía hacia lo largo del pavimento y de la zona

de análisis.

Figura 7.7.Cárcava hallada a una profundidad de 0.70 m durante la obtención de muestra. (Fuente propia).

En esta última figura la duda de que existen arcillas dispersivas en la zona de Santiváñez queda

completamente disipada ya que es una característica peculiar de estas arcillas como única.

La formación de cárcavas, una forma grave de erosión del suelo, es un proceso geológico natural

que puede verse acelerado por actividades del hombre como la deforestación, el sobre pastoreo y la

explotación agrícola. La erosión afecta a la capacidad de absorción del suelo y añade sedimentos a

las corrientes de agua. Estos procesos se dan en todos los continentes debido a la superpoblación y

la industrialización.

0,20 m


78

Figura 7.8.Cárcava hallada en la zona del parque Industrial.

(Fuente propia).

CAPITULO 8 DESCRIPCION DE AGENTES ESTABILIZADORES USADOS

79

CAPITULO 8

DESCRIPCION DE AGENTES

ESTABILIZADORES USADOS

8.1. INTRODUCCION

En el diseño de la estabilización de un suelo se deben tener presentes las variaciones que se espera

lograr en lo que se respecta a la estabilidad volumétrica, resistencia mecánica, permeabilidad,

durabilidad y compresibilidad. El diseño de estabilizaciones con agentes estabilizantes, consiste en

llevar a cabo una adecuada clasificación del suelo con la cual se determina el tipo y cantidad de

agente estabilizante así como el procedimiento para efectuar la estabilización. El método de diseño

obviamente depende del uso que se pretenda dar al suelo estabilizado.

En la actualidad se ha aplicado un gran número de productos químicos con este fin, la mayoría de

ellos con resultados satisfactorios. En el presente proyecto se utilizaran aditivos que son tanto

químicos como, minerales e incluso la introducción de un elemento orgánico. Los agentes usados ya

se explicaron el Capitulo 6, pero en este capitulo se darán a conocer las características particulares

de cada uno y se darán a conocer las dosificaciones particulares de cada aditivo que son de seis por

aditivo.


80

8.2. CAL HIDRATADA, Ca (OH)2

La cal hidratada para la fase practica del proyecto fue cal común que se puede encontrar en

cualquier ferretería y estos deben presentar algunos parámetros particulares para este tipo de

estabilizante, los cuales fueron controlados y además se tuvo cuidado que la cal se encuentre en

envases herméticos.

Las dosificaciones para este tipo de aditivo fueron de 2, 5, 8, 11, 15 y 20 % del peso seco del suelo,

sin embargo cave recalcar que hay que tomar en cuenta el contenido de humedad del aditivo.

8.3. CLORURO DE SODIO, NaCl

La sal utilizada fue la que se obtuvo del salar de Uyuni, Las propiedades típicas de la sal utilizada

en el presente proyecto se realizaron en el Departamento de Química de la Facultad de Ciencias y

Tecnología ANEXO D de los cuales los más importantes son:

Tabla 8.1.Parámetros de la Sal utilizada para la estabilización. (Fuente: Propia)

Parámetro Resultado

Cloruro de sodio (NaCl) 98,32% Sulfato (SO4) 0,80% Calcio (Ca) 0,62%

Magnesio (Mg) ND Humedad 0,10%

Materia insoluble 0,42% ND = No determinado

Los porcentajes de sal que se fijaron para este estudio fueron los siguientes: 5, 8, 13, 17, 20 y 25%.

Estos porcentajes se pueden adicionaron en dos formas: en salmuera (sal diluida en agua destilada)

y en grano. La dosificación que se aplico en el proyecto fue en grano.

Previamente para la dosificación lo primero que se debe hacer es la disgregación de la misma con

un combo o algún instrumento suficientemente pesado que separe las partículas pero que no rompa

las mismas tomando mucho cuidado en este aspecto ya que se sabe que son cristales los cuales

romperán sus enlaces pero mientras menos se afecte esto mejor, la siguiente Figura 8.1. muestra un

mejor detalle de este aspecto.


81

Figura 8.1. Proceso de la disgregación de los terrones de Sal.

(Fuente: Propia)

Una vez que se logra la disgregación de los bloques se debe seguir con la obtención de una

granulometría de la cual se tomaran márgenes de tamaño de partículas de sal que servirán para la

dosificación.

En la Tabla 8.2. se muestran los resultados obtenidos al realizar el análisis granulométrico de la sal.

Tabla 8.2. Granulometría de la sal utilizada en el proyecto de investigación

(Fuente: Propia)

Tamiz Nº Masa Retenido (gr.) % Retenido acumulado % Material que pasa

3" 0 0 100 2" 0 0 100 1" 0 0 100

3/4" 0 0 100 1/2" 17,71 2,26 97,74 3/8" 64,26 10,46 89,54 1/4" 122,88 26,15 73,85

4 100,55 38,99 61,01 10 283,75 75,21 24,79 30 136,88 92,68 7,32 50 32,21 96,79 3,21 100 13,14 98,47 1,53 200 6,66 99,32 0,68

bandeja 5,02 99,96 0,04 SUMA 783,06

Con la granulometría obtenida se decidió trabajar con los porcentajes de partículas que pasan la

malla No.10 hasta los porcentajes retenidos en la malla No.50. En la siguiente Figura 8.2. se ven los

márgenes utilizados.

1 2 3


82

Figura 8.2. Grafica de los márgenes utilizados de la granulometría de la Sal.

(Fuente: Propia)

8.4. CEMENTO PORTLAND

En la aplicación del cemento se debe tener cuidado en aspectos del mismo, tomando en cuenta

algunas restricciones que debe cumplir. El cemento utilizado en el proyecto fue un IP 30.

Los porcentajes de cemento que se fijaron para este estudio fueron los siguientes: 2, 5, 8, 11, 15 y

20%. En el laboratorio suele tenerse el problema de dar las primeras dosificaciones para la

preparación de los especimenes de las diferentes pruebas. La Tabla 8.3. proporciona una guía para

la elección de esos primeros porcentajes (Rico – Del Castillo, 1999).

Sin embargo en el presente proyecto se intento utilizar para arcillas porcentajes bajos como altos

para que se tenga mejor noción de la dosificación mas útil. De la misma manera que para la mezcla

con cal es aconsejable que la mezcla se realice del centro a los extremos.


83

Tabla 8.3. Porcentaje de cemento a usar inicialmente en varios tipos de suelos (Fuente: Rico-Del Castillo, 1999)

% de cemento, en % de cemento, en % de cemento, en peso, usualmente peso, a usar peso, a usar

requerido por la capa terminada inicialmente en inicialmente en

pruebas de pruebas de

Suelo

compactación durabilidad

GW, GP, GM, SW 3 – 8 5 – 6 3 – 7

SC, GC 5 – 9 7 5 – 9 SP, SM 7-11 9 7-11

ML 7 – 12 10 8 – 12 CL, OL, MH 8-13 10 8 – 12

CH 9-15 12 10 – 14 OH, Pt 10-16 13 11 – 15

GW = Grava bien graduada SC = Arena Arcillosa ML = Limo baja plasticidad GP = Grava pobremente gradada GC = Grava Arcillos CL = Arcilla baja plasticidad GM = Grava limosa SP = Arena mal Graduada OL = Orgánico SW = Arena bien graduada SM = Arena Limosa Pt = Turbas

8.5. SULFATO DE ALUMINIO HIDRATADO

En realidad para la obtención de la mezcla homogénea de sulfato de aluminio hidratado se debe

controlar muy cuidadosamente la temperatura que sea por lo menos de 15º C para que se asegure

más del 60% de disolución de sulfato de aluminio seco. Con relación a esto es muy aconsejable que

se conserve el agua que se utilizará en la mezcla en un equipo térmico donde la temperatura no

cambie como se ve en la Figura 8.3.

Figura 8.3. Proceso de control de la temperatura de por lo menos de 15º C de agua de aplicación. (Fuente: Propia).


84

Las propiedades típicas del sulfato de aluminio utilizadas en el presente proyecto se obtuvieron de

la empresa MERANOL S.A.C.I. de los cuales los más importantes son:

Tabla 8.4.Parámetros del Sulfato de Aluminio utilizada para la estabilización. (Fuente: Propia)

SULFATO DE ALUMINIO SÓLIDO (BASE HIDRATO) CARACTERISTICAS

Parámetros Unidad Limits Óxidos Útiles Totales OUT (Al2O3) g % 16-18 Residuo Insoluble en agua g % 0,5 (máx.) Residuo Insoluble en H2SO4 0,1 N g % 0,5 (max) Acidez Libre (como H2SO4) g % 0,1 (max) Alcalinidad Libre (como Al2O3) g % 0,5 (max) Hierro (como Fe2O3) g % 0,05 (max) Manganeso (referido a OUT) g % 0,07 (max) Arsénico (referido a OUT) g % 0,05 (max) Mercurio (referido a OUT) g % 0,0006 (max) Plomo (referido a OUT) g % 0,02 (max) Cromo (referido a OUT) g % 0,02 (max) Detergentes (referido a OUT) g % 0,007 (max)

Los porcentajes de sulfato de aluminio hidratado que se fijaron para este estudio fueron los

siguientes: 2, 5, 10, 15, 17 y 20%. Estos porcentajes se adicionaron en peso de la solución del

aditivo. Es decir que se calculaba el peso que se necesitaba del aditivo, pero este aditivo no era seco

era una solución la cual se explica a continuación.

El tratamiento esta especificado en términos de porcentaje de aluminio el cual es el peso del sulfato

de aluminio hidratado (o su equivalente) en 100 unidades en peso de suelo seco. Se aplica la misma

relación para soluciones, como un 25 % de solución es 11.35 Kg (25 libras) de aluminio disuelto en

45,4 Kg (100 libras).En estado básico, aluminio a 15 ºC (60 ºF) es mas de 60 % soluble en agua.

Una vez que se tenga las cantidades exactas de agua y de sulfato de aluminio pesadas se procede a

la mezcla de ambas, la aplicación debe ser poco a poco para que así el sulfato se disuelva

completamente. Se debe batir la mezcla con cuidado tratando que no se queden en el fondo del

recipiente de mezclado partículas de sulfato de aluminio sólidas. Una vez que se determina que

absolutamente todas las partículas están disueltas se debe almacenar la mezcla en recipientes que se


85

encuentre en ambientes donde la temperatura no sea muy variable. Para el cuidado personal es

recomendable utilizar guantes, barbijos y mandiles.

A continuación se muestra el proceso de lo ya explicado por la Figura 8.4. y la Figura 8.5.

Figura 8.4. Calculo 11.35 Kg de sulfato de aluminio y 45.4 Kg. de agua utilizando barbijo y guantes. (Fuente: Propia)

Figura 8.5. Proceso de mezclado para la obtención del Sulfato de aluminio Hidratado (Fuente propia)

8.6. MELAZA

Las propiedades típicas de la melaza utilizada en el presente proyecto se realizaron en el Centro de

alimentos y Productos naturales de la Facultad de Ciencias y Tecnología de los cuales los más

importantes son:

Homogénea

1 23

1 2 34


86

Tabla 8.5. Parámetros de la Melaza utilizada para la estabilización. (Fuente: Propia)

Parámetros Valores

Humedad (%) 20,42 Cenizas (%) 8,77 Materia orgánica (%) 70,81 Azucares Totales (%) 55,12 Azucares Reductores (%) 16,22 Azucares no Reductores (%) (expresado como sacarosa)

38,9

Los análisis para determinar cada uno de los parámetros fueron realizados por duplicado como

mínimo y la Tabla 8.5. de resultados ha sido elaborada con los valores ponderados.

A continuación se dará a conocer el método para cada uno de los parámetros obtenidos en la Tabla

8.5. :

HUMEDAD: Método gravimetrico secado a estufa a 105ºC, hasta peso constante. (Ref.:

OFFICIAL METHODS OF ANALYSIS of the Association of Official Analytical

Chemists, Met. 14.004, 14a. Edic. 1984. USA).

CENIZAS: Método gravimetrico, calcinación 550ºC, hasta peso constante. (Ref.:

OFFICIAL METHODS OF ANALYSIS of the Association of Official Analytical

Chemists, Met. 14.006, 14a. Edic. 1984. USA).

MATERIA ORGANICA: Calculado por diferencia, restando a los 100 los porcentajes de

humedad y cenizas.

AZUCARES TOTALES: Método espectrofotometrico con el 2,4 Dinitrofenol a una

longitud de onda de 560 nm, previa hidrólisis ácida de la muestra de interferentes con

Carrez I y Carrez II (Ref.: Ross, F. 1975, Potatoes Processing Av. 1 Publishing Compañy

Inc. 3ra Edic. Weet Port Connection).

AZUCARES REDUCTORES: Método espectrofotometrico con el 2,4 Dinitrofenol a una

longitud de onda de 560 nm, previa clarificación y separación de interferentes con Carrez I

y Carrez II (Ref.: Ross, F. 1975, Potatoes Processing Av. 1 Publishing Compañy Inc. 3ra

Edic. Weet Port Connection).

El procedimiento de obtención de la melaza fue: primero de diluir la melaza que presenta una

viscosidad que a simple vista no seria fácil de mezclar con el suelo en análisis. Para diluir la melaza

lo que se hizo fue calcular las cantidades necesarias de melaza y agua en peso para que así se tenga

la solución al porcentaje fijado que se explica a continuación, una ves que se tuvo las cantidades


87

necesarias se procedió a batir hasta que se obtenga mezclas homogéneas como se ve en la Figura

8.6.

Figura 8.6. Proceso de homogenización de la Melaza. (Fuente: Propia)

Los porcentajes de melaza que se fijaron para este estudio fueron los siguientes: 2, 5, 10, 15, 17 y

20%. Estos porcentajes se adicionaron de la melaza diluida con agua como solución pero la

dosificación fue en peso.

La mezcla tenia una solución del 50% es decir que 25 Kg. de melaza se mezclaron con 50 Kg, de

agua. La razón de la mezcla de la melaza con agua es por que se tendrá una solución mas manejable

además de que el suelo melaza será mucho mas homogénea, que es lo que se esta buscando.

8.7. PROCEDIMIENTO DE CAMPO

Generalmente el tratamiento de arcillas dispersivas ha sido requerido en presas de tierra construidos

con este material, de donde se ha obtenido el método para recomendar su aplicación en los suelos

del Parqué industrial Santiváñez.

El método de tratamiento consiste básicamente en el mejoramiento de una capa superficial del

estrato dispersivo, aislando de esta manera de la infiltración y protegiendo contra la erosión a las

capas inferiores.

El tratamiento dependiendo del tipo de aditivo a usarse se debe aplicar en la profundidad requerida

del estrato de arcilla dispersiva en el área delimitada por el proyecto. Para esto se requiere de un

método de mezclado con disco, que en si seria una mezcladora de disco. Luego de que la mezcla se

encuentre uniforme deberá compactarse en capas de no más de 15 cm. mezclando con agua para

Homogéneo

1 2 3

Dos tonalidades


88

alcanzar un peso específico que este cerca del óptimo. La introducción de los aditivos que son secos

como cal, cemento y sal será mediante el equipo que pueda esparcir el aditivo de mejor manera

talvez un cargador frontal. En el caso de la melaza y el alumbre que se aplica en solución se

recomienda utilizar un equipo llamado “hydro-seeder” el cual tiene 1500 gallones de tanque y

además un agitador de 0.10 m de bomba centrífuga para la mezcla aditivo-agua, y la solución tiene

que ser esparcida a las superficie mediante un disco de arado para que así sea mas homogénea.

CAPITULO 9 DESCRIPCION DE ENSAYOS

89

CAPITULO 9

DESCRIPCION DE ENSAYOS

9.1. INTRODUCCION

Para el proyecto se realizaron ensayos de Caracterización del suelo, ensayos para determinar el

grado de dispersividad del suelo, como también se realizaron ensayos para determinar las

propiedades mecánicas del suelo.

En este capitulo se describirá todos las particularidades, cuidados y procesos adicionales que se

realizaron en los ensayos para cada aditivo utilizado para esta investigación; ya que algunos de los

procedimientos de los ensayos según la Norma ASTM se encuentran en la parte de ANEXOS A.

A continuación mencionamos los ensayos que se realizaron en el presente proyecto:

Caracterización de Suelos

Análisis Hidrométrico

Limites de Consistencia

Gravedad Específica

Doble Hidrometria

Ensayo de Erosión Interna (Pinhole)

Crumb Test


90

Análisis Químico del extracto de agua de poros TSD

Próctor Modificado

Relación de Soporte California CBR

PH

9.2. CUIDADOS EN EL PREPARADO DE MUESTRAS

En el proceso de preparado de muestras se tuvo algunas consideraciones las cuales serán descritas a

continuación:

9.2.1. MADURACION DE LA MUESTRA

La maduración se refiere a la homogenización entre las partículas de arcilla con el agente o aditivo

estabilizador utilizado para una mejor interacción entre partículas durante el efecto que realiza el

agente a la partícula de arcilla. Este proceso de Maduración se aplicó en todos los aditivos en

general, tanto los que se dosificaron en peso seco de la arcilla (Cloruro de Sodio, Cal Hidratada,

Cemento Pórtland) como aquellos que se dosificaron en solución (Sulfato de Aluminio, Miel de

Purga o Melaza).

En caso que no se dejaran minimamente 24 hrs. de reposo para su respectiva maduración, la

muestra (aditivo-arcilla), no se encontraría homogeneizado y de esta manera no obtuviéramos

resultados validos para el proyecto de investigación.

En la investigación se realizó ensayos de Próctor Modificado para comparar resultados y así

demostrar la diferencia abismal que existe. Los ensayos se realizaron para muestras; las cuales se

dosificaron con Cal y Cemento Pórtland. En la tabla 8.1 se muestra los resultados para muestras que

se dosificaron con 11 % de Cal; una de ellas con una maduración de 24 hrs. y la otra sin

maduración; es decir el ensayo se realizó inmediatamente después de la dosificación. Tabla 9.1. Comparación de resultados – Maduración de la muestra- Dosificación con Cal

(Fuente: Propia)

PROCTOR MODIFICADO - Dosificación con Cal Muestra Dosificación [%] Maduración [Hrs] φd Máximo [KN/M³] ω Optimo (%)

M1 11 0 17,34 17,45 M2 11 24 17,66 17,39

ω = Contenido de humedad φd = Peso especifico seco


91

Como observamos en la Tabla 9.1, los resultados para una muestra dosificada con Cal Hidratada

con una maduración de 24 hrs presenta un pequeño incremento en el peso específico seco máximo

como también la disminución del contenido de humedad, en comparación a los resultados de la

muestra con maduración de 0 hrs.

En la Tabla 9.2 se presenta los resultados del ensayo Próctor modificado para muestras dosificadas

con Cemento Pórtland, una con maduración de 24 hrs y la otra con maduración de 0 hrs.

Tabla 9.2. Comparación de resultados – Maduración de la muestra- Dosificación con Cemento

(Fuente: Propia)

PROCTOR MODIFICADO - Dosificación con Cemento Muestra Dosificación [%] Maduración [Hrs] φd Máximo [KN/M³] ω Óptimo (%)

M1 2 0 18,59 12,12 M2 2 24 18,66 10,80


Como observamos en la Figura 9.2 para el caso de la muestra dosificada con Cemento Pórtland, la

maduración de la muestra hace que el peso especifico incremente ligeramente y el contenido de

humedad disminuya en gran magnitud de un 12.12 % a 10.8 %, lo cual es un gran valor ya que con

menor cantidad de agua llegamos a mayor peso especifico seco.

Para la aplicación de los otros 3 aditivos se vio que la maduración no afectaba en gran magnitud en

los resultados, pero se realizó la respectiva maduración de la misma manera para todos los aditivos

usados.

Por tal motivo para cada caso se dejo reposar la mezcla dosificada durante 24 horas mínimo para su

respectiva maduración, de tal forma que después de esto se pueda continuar con su humedecimiento

a las respectivas humedades requeridas.

9.2.2. CONTROL DEL FRAGUADO

El control del fraguado solo es para el caso donde se utiliza como aditivo la Cal Hidratada y el

Cemento Pórtland, debido a que estos aditivos presenta esta característica particular.


92

Después de cierto tiempo del Humedecimiento de la muestra (dosificado con Cal y Cemento), esta

adquiere resistencia, la cual aumenta con el curado de la muestra y el pasar del tiempo, hasta que

adquiere su resistencia máxima.

Para el caso de los aditivos Cal y el Cemento sabemos que después del fraguado recibirá cierta

resistencia y este ira aumentando, por tal motivo solo exclusivamente para estos dos aditivos, la

muestra una vez humedecido se debe proseguir instantáneamente al ensayo en un tiempo no mayor

a 2 horas.

9.3. CARACTERIZACION DE SUELOS

Para la caracterización de un suelo se deben realizar una serie de ensayos en laboratorio y a la vez

ensayos en campo para la identificación de suelos. Se realizó para la caracterización de la muestra

los siguientes ensayos:

Análisis de tamaño de partículas de suelo, ASTM D422

Limites de Consistencia. ASTM D4318

9.3.1. ANALISIS DE TAMAÑO DE PARTICULAS DE SUELO, ASTM D422

PREPARACION DE LA MUESTRA

La preparación de la muestra para los casos donde se dosificara el suelo con: Cloruro de Sodio, Cal

Hidratada, Cemento Pórtland se realizó de forma similar. Para estos aditivos la dosificación se

realizó en peso seco; es decir la dosificación del aditivo se realizó en función del peso seco de la

muestra de Arcilla.

PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO

El objetivo del ensayo es determinar la distribución cuantitativa de tamaño de partículas menores a

0.075 mm. a través de un proceso de sedimentación.

El análisis hidrométrico se basa en el principio de la sedimentación de granos de suelo de agua.

Cuando un espécimen de suelo se dispersa en agua las partículas se asientan a diferentes

velocidades, dependiendo de sus formas, tamaños y pesos. Por simplicidad se supone que todas las


93

partículas de suelo son esferas y que la velocidad de las partículas se expresa por la ley de Stokes,

según la cual:

v = ((Ps – Pw) / (18*µ)) * D²

(9.1)

Donde: v velocidad (cm/min) Ps densidad de las partículas de suelo (g/cm³) Pw densidad del agua (g/cm³) µ Viscosidad del agua (g*s/cm²) D diámetro de las partículas del suelo (mm) De la ecuación 9.1 podemos determinar el Diámetro de las partículas en sedimentación. En el laboratorio, la prueba del hidrometro se conduce en un cilindro de sedimentación con 50 gr.

de muestra seca al horno. El cilindro de sedimentación tiene 457 mm de altura y 63.5 mm de

diámetro; el cilindro esta marcado para un volumen de 1000 ml. Como agente dispersor se usa

generalmente el hexametafosfato de sodio. El volumen de la suspensión suelo dispersado se lleva

hasta los 1000 ml añadiendo agua destilada.

Cuando un tipo de hidrometro ASTM 152H se coloca en la suspensión de suelo (Figura 9.1) en un

tiempo t , medido desde el principio de la sedimentación , mide la densidad de sólidos en la

vecindad de su bulbo a una profundidad L . La densidad de sólidos es una función de la cantidad de

partículas de suelo presentes por volumen unitario de suspensión en esa profundidad L tendrán un

diámetro menor que D, calculado según la Ecuación 9.1. Las partículas más grandes se habrán

asentado más allá de la zona de medición. Los hidrómetros son calibrados para suelos que tienen

una densidad de sólidos Gs de 2,65; para suelos de otra densidad de sólidos es necesario hacer

correcciones.

Conocida la cantidad de peso en suspensión, L y t, podemos calcular el porcentaje de suelo por peso

mas fina que un cierto diámetro. Note que L es la profundidad medida desde la superficie del agua

hasta el centro de gravedad del bulbo del hidrometro donde se mide la densidad en suspensión. El

valor de L cambia con el tiempo a su variación con las lecturas del hidrometro esta dada en el libro

de Normas de la ASTM. El análisis por hidrometro es efectivo para separar las fracciones de suelo

hasta un tamaño de aproximadamente 0.5 µ.


94

Figura 9.1 Introducción del hidrometro en el tubo de suspensión (Fuente: Cortesía del Laboratorio de Geotecnia)

9.3.2. LIMITES DE CONSISTENCIA Cuando existen minerales de arcilla en un suelo de grano fino este puede ser removido en presencia

de alguna humedad sin desmoronarse. Esta naturaleza cohesiva es debida al agua absorbida que

rodea a las partículas de arcilla. Cuando el contenido de agua es muy bajo, el suelo se comporta mas

como un sólido frágil y cuando el contenido de agua es muy alto el suelo y el agua fluyen como un

liquido; por tanto; dependiendo del contenido de agua la naturaleza del comportamiento del suelo se

clasifica arbitrariamente en cuatro estados básicos, denominados sólido, semisólido, plástico y

liquido.

El contenido de agua en el punto de transición de estado semisólido a plástico es el límite plástico y

de estado plástico a líquido es el límite líquido; estos límites se conocen como Limites de

Consistencia.

LIMITE LÍQUIDO

PREPARACION DE MUESTRA

Dependiendo del tipo de aditivo, primeramente dosificamos con los porcentajes ya establecidos

tomando en cuenta para el caso de la sal que las partículas de sal deben pasar el tamiz # 40; como

podemos observar en la Figura 9.2.


95

Figura 9.2 Tamizado de la muestra (Fuente: Propia)

Una vez tamizado y calculado las cantidades para la dosificación se prepara la pasta para luego ser

embolsado y dejar reposar la muestra al menos 16 horas; Figura 9.3.

Figura 9.3 Preparación de muestra – Dosificación con Sal (Fuente: Propia)

1 2 3

4 5 6


96

Cabe recalcar que esta preparación varía de acuerdo al tipo del aditivo que se usa; para el caso de la

cal el preparado de la muestra se realizó de la misma manera, la dosificación se la realizó en peso

seco, como indicamos anteriormente.

En cambio para el caso en el que se utilizó cemento, cabe recalcar que el ensayo se realizó

inmediatamente después del preparado, debido al curado de la pasta. Pasado las16 horas de reposo

la pasta adquiría resistencia lo cual impedía realizar el ensayo.

Para el caso del Sulfato de Aluminio (Alumbre), la dosificación se realizó en solución; como

indicamos el procedimiento anteriormente.

Para el caso de la Melaza la dosificación también se realizo en solución, el preparado se realizó de

la misma manera que el preparado con el Sulfato de Aluminio anteriormente indicado.

LIMITE PLASTICO

El límite plástico se define como el contenido de agua, en porcentaje, cuando el suelo al ser

enrollado en rollitos de 3,2 mm de diámetro se desmorona. El límite plástico es el límite inferior de

la etapa plástica del suelo.

PREPARACION DE LA MUESTRA

La muestra que es utilizada para el límite líquido es la misma utilizada para el límite plástico.

Seleccionamos 20 gramos y reducimos el contenido de humedad hasta una consistencia en la cual

esta pueda ser enrollada sin adherirse a la mano; para ello se puede mezclar y esparcir la muestra

sobre la placa de vidrio continuamente o se puede emplear una secadora eléctrica; como podemos

observar en la Figura 9.4.

Figura 9.4 Preparación de muestra – Limite Plástico (Fuente: Cortesía del Laboratorio de Geotecnia)


97

PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO

Enrollamos la muestra entre las palmas de la mano o los dedos y la placa de vidrio, para luego

presionar lo suficiente para lograr el hilo de muestra a un diámetro uniforme aproximado de 3.2

mm, aproximadamente en un tiempo no mayor a 2 minutos.

9.4. DOBLE HIDROMETRIA

La explicación de este ensayo se encuentra explicado en el Capitulo 4, a continuación se explicaran

algunas características que se obtuvieron al realizar el ensayo con las diferentes dosificaciones.

9.4.1. PREPARACION DE LA MUESTRA

Se toma la muestra que pasa el tamiz # 200, y con este se calcula tanto contenido de humedad para

hallar la equivalencia de la muestra húmeda para lograr 55 g de muestra seca relativamente.

En el caso de la sal se trabajara con las partículas que pasen la malla # 10 y sean retenidos en la

malla # 50. Como ya se explico en el Capitulo 8, la malla # 50 es la mas pequeña del parámetro que

se utilizó de la granulometría.

Para el caso de los demás aditivos tiene los mismos principios de la preparación de muestra para el

ensayo de Hidrometria, explicado anteriormente, tomando en cuenta todos los cuidados

mencionados al comienzo de este capitulo.

9.4.2. PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO

El procedimiento es exactamente igual que el ensayo de hidrométrica simple, solo que en este caso

se realiza dos veces dicho procedimiento, una prueba se realiza con el defloculante

(hexametafosfato de sodio) y la segunda prueba sin el defloculante. La lecturas realizada en el

ensayo son de 0.5, 1, 2, 4, 8, 15, 30, 60, 120, 240 y 1440 min., donde para cada una de ellas se

realiza una lectura que posteriormente se corregirá. Ahora en la Figura 9.5. Se muestra la velocidad

de decantación de la muestra con el ensayo realizado para una dosificación de 13% de sal y sin la

utilización del hexametafosfato de sodio.


98

Figura 9.5 Proceso de decantación en una muestra dosificada con Sal para diferentes tiempos de lectura (Fuente: Propia)

Figura 9.6 Decantación total de una muestra dosificada con sal a las 24 horas de lectura (Fuente: Propia)

1440 min. 1440 min.

8 min. 15 min. 30 min.

60 min. 120 min. 240 min.


99

La decantación se puede notar más fácilmente a partir de los 8 min., como se observa en el

conjunto de las Figuras 9.5 y la Figura 9.6. Los equipos necesarios para la realización de este

ensayo están descritos en el proceso de la norma ASTM D422. Pero con fin de tratar de ser mas

explícitos la Figura 9.7 mostrara los elementos mas básicos que se necesitan durante la realización

del ensayo.

Figura 9.7 Elementos necesarios para el ensayo de Doble Hidrometria (Fuente: Propia)

9.5. EROSION INTERNA (PINHOLE)


algunas características que se obtuvieron al realizar el ensayo con las diferentes dosificaciones.

El ensayo no se aplica a suelos con menos del 12% de partículas de 0.005 mm y con un índice de

plasticidad menor o igual a 4, en nuestros especimenes dosificados con los respectivos aditivos, el

valor mas bajo del IP fue 9.45 % por tanto se realizó para todas las muestras.

El ensayo no identifica algunas arcillas dispersivas con un contenido de sales solubles en el agua en

sus poros, menor a 0.4 meq/l, siendo sodio más del 80% de sales solubles.

Cuando el ensayo es realizado en muestras no disturbadas es necesario verificar la sensitividad de

estas, pues se ha observado que en suelos altamente sensitivos el ensayo identifica al suelo como

dispersivo, no obstante en campo su comportamiento es no dispersivo.


100


La preparación de las muestras dosificadas con sal se realizó exactamente igual que el

procedimiento de la norma ASTM D4647 indica. Ahora para las dosificaciones de agentes

estabilizadores se debe dejar 24 horas de maduración antes de la homogenización y el posterior

proceso de fraguado que es de 48 horas. En caso de las dosificaciones con melaza y alumbre se

debe dejar 24 horas de homogenización solo con los aditivos antes de aumentar el agua al contenido

de humedad requerido, esto se hace por el hecho de que estos dos últimos aditivos se aplican en

solución.

Una vez que se logra la preparación de los especimenes, se compactan y se extraen de los moldes de

Próctor de 4” y a partir del cual se realiza el tallado del cilindro que se necesita para el ensayo.

Figura 9.8.

Figura 9.8 Cilindros a partir del cual se talla la muestra del Pinhole (Fuente: Propia)

Una vez que se realizó el tallado de la muestra necesaria para el ensayo que se encuentra explicado

en el procedimiento de la norma ASTM D4647 (ver ANEXO A), se procedió al armado del Equipo

de Erosión, como se muestra en la Figura 9.9 y Figura 9.10.


101

Figura 9.9 Corte Transversal del Equipo de Erosión Interna (Fuente: Cortesía del Laboratorio de Geotecnia, United States Engineers ArmyCorp)

Figura 9.10 Vista en Planta del Equipo de Erosión Interna

(Fuente: Cortesía del Laboratorio de Geotecnia, United States Engineers ArmyCorp)


102

A continuación se podrá apreciar de forma mas detallada los pasos de armado del equipo de Erosión

Interna, ver Figura 9.11.

Figura 9.11 Proceso de Armado una vez que se tiene la muestra de Pinhole tallada y preparada para el ensayo (Fuente: Propia)

9.5.2. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO

La duración del ensayo y el criterio de finalización del mismo dependen del comportamiento de la

muestra durante la ejecución del ensayo, debiendo registrar datos de caudal y color del agua luego

de fluir a través de la muestra. Las denominaciones para la clasificación del agua en función de su

color, luego de su paso por el orificio perforado, son: completamente clara, turbiedad levemente

visible, ligeramente oscura, moderadamente oscura, oscura o muy oscura. Las etapas que se deben

seguir son las que muestra el flujo grama mostrado en el procedimiento de dicho ensayo de la

norma ASTM. Figura 9.12.

.

1 2 3 4

5 6 7


103

Figura 9.12 Flujograma para el Ensayo de Erosión Interna

NO

SI

SI

SI

SI

NO

NO

NO

NO

NO

SI

ND3 Moderada a ligeramente dispersiva

Orificio 1.5 a 2 veces el diámetro

ND4 Moderadamente Dispersiva

Rehacer

ND2 No Dispersiva

ND1 No Dispersiva

ND3 Ligeramente Dispersiva

El orificio es mayor a 2 veces el diámetro

Carga hidráulica = 50 mm Tiempo = 5 min

Efluente = muy oscuro Q = 1.0 a 1.4 ml/s


Efluente = oscuro Q > 8 ml/s


Efluente = oscuro Q = 1.4 a 2.7 ml/s


Efluente = oscuro Q = 1.8 a 3.2 ml/s


Efluente = ligeramente oscuro

Q = 1.0 a 1.3 ml/s Orificio mayor a 1.5

veces el diámetro

Rehacer

D2 Dispersiva

D1 Altamente Dispersiva

SI

SI

SI

NO

NO


104

Una vez que se finalizó el ensayo se sacó el espécimen del tubo de erosión (Figura 9.11. Vista 3). Y

se procedió a cortar longitudinalmente la muestra, luego se procedió a medir el orificio que se hizo

por el paso del agua, (Figura 9.13 vista a). A continuación se mostrará dos especimenes cortados

longitudinalmente; observamos en la Figura 9.13 (vista b) un espécimen de Arcilla Dispersiva y un

espécimen de Arcilla No Dispersiva (vista c); ambas cortadas longitudinalmente, en el cual

podemos distinguir claramente el grado de Erosión de las dos muestras.

Figura 9.13. Especimenes de arcillas cortadas longitudinalmente: altamente dispersivas (b) y no dispersivas (c) (Fuente: Propia.)

9.6. ENSAYO QUIMICO DE FRACCIONES DE SUELO (CRUMB TEST)


algunas características que se tuvieron que tomar en cuenta al realizar el ensayo con las diferentes

dosificaciones.

El ensayo de Crumb Test es un ensayo bastante sencillo; pequeños terrones de suelo con contenidos

de humedad optima (determinadas por previos ensayos de Próctor Modificado) son cuidadosamente

colocados en el fondo de un vaso de 100 ml. lleno con agua destilada. El comportamiento del terrón

se la caracteriza por el análisis de las nubosidades que se van formando a medida que el terrón se va

disgregando; para eso se toman fotografías desde la parte superior a los 2min, 1hora y 6 horas de

haber sido colocado el terrón en el vaso, además de registrar la temperatura para cada tiempo..

b c a


105

9.6.1. PREPARACION DE MUESTRA

Según norma ASTM D6572 existen dos métodos para la realización de este ensayo. La diferencia

principal entre ambos es que uno trabaja con una muestra de suelo con humedad natural (método A)

y el otro trabaja con una muestra remoldada de suelo (método B). La explicación mas detallada de

este ensayo se encuentra en el Capitulo 4. Además que hay que tomar en cuenta las dosificaciones

para cada tipo de aditivo.

Como en este proyecto de investigación se dosificó con varios aditivos y a diferentes porcentajes, se

utilizó el método B para la preparación de la muestra.

9.6.2. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO

El procedimiento realizado para el ensayó es simplemente el de observar el comportamiento de lo

nubosidad que se forma alrededor del terrón cada cierto tiempo (2 min, 1hora y 6 horas) y el de

tomar las temperaturas. A continuación se vera el comportamiento de una arcilla altamente

dispersiva determinado por este ensayo (Figura 9.14) y el comportamiento de la misma arcilla con

un dosificación de 20% de alumbre (Figura 9.15).

Figura 9.14. Incremento de la nubosidad alrededor del terrón para diferentes tiempo. Arcilla de la zona de Santiváñez (Fuente: Propia).

2 min 1 hra 6 hors


106

Figura 9.15. Comportamiento de la nubosidad para una arcilla dosificada con Alumbre. (Fuente: Propia)

En las anteriores figuras podemos ver la diferencia de las nubosidades a las diferentes mediciones

mostrando así que la dispersividad se redujo consideradamente con el tratamiento de alumbre.

Con referencia al comportamiento de la arcilla dosificada con un aditivo a continuación se mostrara

la mejora que existe a medida que se aumenta la dosificación con Melaza, Figura 9.16.

Figura 9.16. Comportamiento de la nubosidad para una arcilla dosificada con diferentes porcentajes de Melaza. (Fuente: Propia).

2 min 1 hra 6 hors

5 % 10 % 15 % 17 % 20 % 2 %

6 hrs.

1 hrs.

2 min.


107

Para tener un mejor entendimiento del ensayo en la Figura 9.17 se muestra los elementos básicos

para la realización del ensayo que consta de: cronometro, agua destilada, vasos de vidrio,

termómetro.

Figura 9.17 Equipo necesario para el ensayo de Crumb test (Fuente: propia)

9.7. ENSAYO QUIMICO DE EXTRACCION DE AGUA DE POROS

Este ensayo se realizó en el Laboratorio de Suelos de la Facultad de Agronomía. El procedimiento

es básicamente lo explicado en el Capitulo 4.

9.8. PROCTOR MODIFICADO

La explicación de este ensayo se encuentra explicado en la parte de ANEXOS A, a continuación se

explicaran algunas características que se tuvieron que tomar en cuenta al realizar el ensayo con las

diferentes dosificaciones

El ensayo de Compactación Próctor Modificado (ASTM D1557) es utilizado para la determinación

de la relación que existe entre el contenido de humedad y el peso unitario seco de un suelo.

Además, mediante este ensayo se determina el peso unitario seco máximo para un valor óptimo del

contenido de humedad; este ensayo se aplica únicamente a suelos con menos del 30 % en peso de

partículas retenidas en el tamiz de 19 mm.


108

En la prueba Próctor el suelo es compactado en un molde que tiene un volumen de 943.3 cm³. El

diámetro del molde es de 101.6 mm. Durante la prueba de laboratorio el molde se une a una placa

de base en el fondo y a una extensión en la parte superior

El suelo se mezcla con cantidades variables de agua y luego se compacta en 5 capas iguales por

medio de un pisón que trasmite 25 golpes a cada capa, el pisón pesa 44.5 [N] y presenta una altura

de caída 457.2 mm.


Para la preparación de la muestra debemos tomar en cuenta varios factores que influyen mucho en

el peso específico seco de la muestra; los cuales indicaremos a continuación:

MADURACION

La maduración se refiere a la homogenización entre las partículas de arcilla con el agente o aditivo

utilizado para una mejor interacción entre partículas durante su efecto.

Por tal motivo para cada caso se dejo reposar la mezcla dosificada durante 24 horas mínimo para su

respectiva maduración, de tal forma que después de esto se pueda continuar con su humedecimiento

a las respectivas humedades requeridas.

En la Figura 9.18 podemos observar el proceso de dosificación con cal, luego de esto se embolsa la

muestra dosificada para su respectiva maduración durante 24 horas.


109

Figura 9.18 Proceso de Dosificación – Aditivo Cal (Fuente: propia)

CONTROL DEL FRAGUADO

Para el caso de los aditivos Cal y el Cemento sabemos que después del fraguado recibirá cierta

resistencia y este ira aumentando, por tal motivo solo exclusivamente para estos dos aditivos, la

muestra una vez humedecido se debe proseguir instantáneamente al ensayo en un tiempo no mayor

a 2 horas, como podemos observar en la Figura 9.19.

Figura 9.19 Proceso de Humedecimiento – Control del Fraguado (Fuente: propia)

1 2 3

4 5

1

2 3

4

5


110

En cambio para el caso de la Sal, Sulfato de Aluminio y la Melaza, después del humedecimiento a

los distintos contenidos de humedad (5 muestras con distintas humedades) se debe dejar al menos

24 horas para la homogenización de la muestra al contenido de humedad requerido.


Una vez pasado las 24 horas de Homogenización de la muestra, se procedió a la compactación de

las muestras. La compactación se realizó en 5 capas, cada una con 25 golpes (Figura 9.20).

Figura 9.20 Proceso de Compactación de la muestra (Fuente: propia)

Una vez compactada la ultima capa, esta debe exceder ligeramente el nivel del molde, llegando

hasta el anillo de extensión; como podemos observar en la Figura 9.20 vista 3; (el exceso no debe

ser mayor a 6 mm, de otra manera descartar la muestra). Luego enrazamos la muestra compactada

con la ayuda de la regla metálica rígida, hasta el nivel del borde del molde, rellenando cualquier

orificio con el suelo restante, e inmediatamente determinar la masa de la muestra pesándola (Figura

9.21).

1

2 3

6 mm.

Figura 9.21 Proceso de Enrazamiento de la muestra Compactada (Fuente: propia)


111

Extraer suelo de la parte superior como también de la parte inferior de la muestra compactada con el

propósito de determinar el contenido de humedad de ambas partes; para luego determinar el

contenido de la muestra la cual será el promedio de las dos humedades (Figura 9.22 ).

Figura 9.22 Proceso de Determinación del contenido de humedad de la muestra Compactada (Fuente: propia)

9.9. INDICE DE PENETRACION CALIFORNIA CBR

La finalidad de este ensayo, es determinar la capacidad de soporte (CBR) de suelos y agregados

compactados en laboratorio, con una humedad óptima y niveles de compactación variables. Es un

método desarrollado por la división de carreteras del Estado de California (EE.UU.) y sirve para

evaluar la calidad relativa del suelo para sub-rasante, sub-base y base de pavimentos.

El ensayo mide la resistencia al corte de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad

controladas, permitiendo obtener un (%) de la relación de soporte. El (%) CBR, está definido como

la fuerza requerida para que un pistón normalizado penetre a una profundidad determinada,

expresada en porcentaje de fuerza necesaria para que el pistón penetre a esa misma profundidad y

con igual velocidad, en una probeta normalizada constituida por una muestra patrón de material

chancado.

1 2

3


112

La expresión que define al CBR, es la siguiente:

CBR = (carga unitaria del ensayo / carga unitaria patrón) * 100 (%)

(9.2)

De la ecuación se puede ver que el número CBR, es un porcentaje de la carga unitaria patrón. En la

práctica el símbolo de (%) se quita y la relación se presenta simplemente por el número entero.

Usualmente el número CBR, se basa en la relación de carga para una penetración de 2,5 mm. (0,1"),

sin embargo, si el valor de CBR a una penetración de 5 mm. (0,2") es mayor, el ensayo debe

repetirse. Si en un segundo ensayo se produce nuevamente un valor de CBR mayor de 5 mm. de

penetración, dicho valor será aceptado como valor del ensayo. Los ensayos de CBR se hacen sobre

muestras compactadas con un contenido de humedad óptimo, obtenido del ensayo de compactación

Próctor.

Antes de determinar la resistencia a la penetración, generalmente las probetas se saturan durante 96

horas para simular las condiciones de trabajo más desfavorables y para determinar su posible

expansión.

En general se confeccionan 3 probetas como mínimo, las que poseen distintas energías de

compactación (lo usual es con 56, 25 y 10 golpes); ver Figura 9.23. El suelo al cual se aplica el

ensayo, debe contener una pequeña cantidad de material que pase por el tamiz de 50 mm. y quede

retenido en el tamiz de 20 mm. Se recomienda que esta fracción no exceda del 20%.

Figura 9.23 Equipo necesario para el ensayo CBR. (Fuente: propia)


113


Se prepara una muestra de tamaño igual o superior a 18 kg. Esta muestra deberá secarse al aire o en

un horno, a una temperatura menor que 60º C, hasta que se vuelva desmenuzable. Además, se

deberán disgregar los terrones evitando reducir el tamaño natural de las partículas.

La muestra debe pasar por el tamiz Nº 4 ASTM, debemos dividir la cantidad de muestra en tres

partes, cada una de 6 kg. Para cada molde CBR, durante la preparación de la muestra se realiza la

dosificación respectiva que anteriormente mencionamos; de la misma manera que en el preparado

de las demás muestras para los distintos ensayos se toma en cuenta la maduración de la muestra con

el aditivo, la cual es de 24 horas, como observamos en la Figura 9.24.

Figura 9.24 Preparación de la muestra para CBR – Dosificación con Cal. (Fuente: propia)

Previamente al ensayo CBR, se realizo el ensayo de Próctor Modificado del cual obtenemos el

contenido de humedad óptimo y el peso especifico seco máximo para cada dosificación, el cual lo

utilizamos para humedecer la muestra (Figura 9.25) y poder realizar la compactación.


114

Figura 9.25 Humedecimiento de la muestra para CBR – Dosificación con Cal. (Fuente: propia)


La compactación de probetas CBR normalmente se compactan de tres a cinco probetas en un rango

de 90 a 100% de la DMCS determinada según el ensayo Próctor. Cada porción de suelo, se debe

mezclar con una cierta cantidad de agua para obtener la humedad óptima, si es necesario curar el

suelo, debe colocarse dentro de un recipiente tapado para lograr una distribución uniforme de la

humedad.

Una vez que se haya pesado el molde (Mm) y verificado su volumen (Vm), se coloca el disco

espaciador sobre la placa base, se fija el molde con el collarín sobre la placa y se coloca un disco de

papel filtro sobre el disco espaciador, (Figura 9.26) Dentro del molde se compacta mediante 5 capas

cada una de las porciones de suelo húmedo, utilizando para cada porción una energía de

compactación distinta (Nº de golpes), de manera que la densidad a la cual se desee determinar el

CBR quede comprendida entre las densidades de dos probetas. Se compactarán con 56, 25 y 10

golpes respectivamente; como observamos en la Figura 9.27.

Al comienzo y al final de la compactación deberán tomarse 2 muestras representativas de suelo para

calcular el contenido de humedad. En caso que las muestras no sean sumergidas, la humedad se

determina concluida la penetración; como podemos observa en la Figura 9.27.


115

Figura 9.26 Realización del Ensayo CBR – Dosificación con Cal. (Fuente: propia)

Figura 9.27 Compactación de la muestra – Determinación del contenido de humedad. (Fuente: propia)

Finalizada la compactación, se retira el collarín y se enrasa el suelo al nivel del borde del molde,

rellenando los huecos dejados por la eliminación del material grueso con material de menor tamaño.

Se retiran la placa base perforada, el disco espaciador y se pesa el molde con el suelo compactado;

como podemos observa en la Figura 9.28.

2 3

4 5

1

6


116

Figura 9.28 Retiración – Pesado del molde con la muestra Compactada. (Fuente: propia)

DETERMINACION DE LAS PROPIEDADES EXPASIVAS DEL SUELO

Sobre la placa base perforada, se coloca un disco de papel filtro grueso y se ajusta el molde con el

suelo compactado en forma invertida, de manera que el espacio formado por el disco espaciador

quede en la parte superior.

En la superficie libre de la muestra, se coloca un disco de papel filtro grueso y sobre éste se coloca

la placa metálica perforada provista de un vástago regulable. Sobre ésta placa se colocarán las

sobrecargas, cuyo número deberá ser especificado o de lo contrario, se usará una sobrecarga mínima

de 4,54 kg., equivalente al peso de un pavimento de hormigón de 5 pulgadas de espesor (Figura

9.29).

Figura 9.29 Colocación de la Sobrecarga en la muestra Compactada. (Fuente: propia)


117

A continuación se coloca todo el conjunto cuidadosamente dentro del estanque sin agua, sobre

pequeños bloques metálicos o de otro material con el objeto de permitir el libre acceso del agua por

debajo de la muestra. Se monta el trípode y se instala el comparador de dial de tal modo que su

punta palpable quede tocando el vástago.

Luego, se llena el estanque con agua y se registra la lectura inicial del comparador de dial (Li). El

tiempo de inmersión dependerá del tipo de saturación. Para un ensayo con saturación normal se deja

el molde sumergido durante 96 horas, en cambio para un ensayo de saturación completa se dejará el

tiempo necesario hasta que no haya más hinchamiento, lo que se comprueba cuando dos lecturas de

dial efectuadas con 24 horas de intervalo difieren en menos de 0,03 mm.

Durante todo el tiempo de inmersión, el nivel de agua se debe mantener constante (Figura 9.30).

Figura 9.30 Saturación de la muestra. (Fuente: propia)

Registrada la lectura final del comparador de dial, se retira el trípode y se saca el molde del agua,

para dejarlo drenar durante 15 minutos. Finalmente se retiran las sobrecargas, los discos de papel

filtro y las placas perforadas para determinar el peso del molde más el suelo compactado y saturado.


118

RESISTENCIA A LA PENETRACION

Se lleva la probeta a la máquina de ensayo y se colocan sobre ella, una cantidad tal de cargas para

reproducir una sobrecarga igual a la que supuestamente ejercerá el material de base y pavimento del

camino proyectado (pero no menor que 4,54 kg.), redondeando a múltiplos de 2,27 kg. En caso de

que la probeta haya sido sumergida, la carga será igual a la aplicada durante la inmersión.

En la Figura 9.31 presentamos el Equipo de Penetración para el ensayo del Cbr, que consta

principalmente por la Prensa, el Anillo de carga y el Deformimetro para medir la deformación de la

muestra a medida que se aplica la carga con el Anillo.

Figura 9.31 Equipo de Penetración – Ensayo CBR. (Fuente: propia)

Se apoya el pistón de penetración con una carga lo más pequeña posible (no debe exceder de 45

Newton) y se colocan los diales de lectura de tensión y deformación en cero. Esta carga inicial, se

necesita para asegurar un apoyo satisfactorio del pistón, pero debe considerarse como carga cero


119

para la relación carga-penetración. La velocidad de carga aplicada al pistón de penetración será de

1,27 mm/min.

Se anotarán las lecturas de carga, en los siguientes niveles de penetración: 0,65 - 1,25 - 1,90 - 2,50 -

3,10 - 3,75 - 4,40 - 5,00 - 7,50 - 10,00 y 12,5 milímetros (o bien, 0,025 - 0,050 - 0,075 - 0,100 -

0,125 - 0,150 - 0,175 - 0,200 - 0,300 - 0,400 y 0,500 pulgadas); como observamos en la Figura 9.32.

Figura 9.32 Penetración de la muestra – Ensayo CBR (Fuente: propia)

Finalmente, se retira el total de la muestra de suelo del molde y se determina el contenido de

humedad de la capa superior, con una muestra de 25 mm. de espesor. Si se desea determinar la

humedad promedio, se deberá extraer una muestra que abarque el total de la altura del molde. Una

vez finalizado el ensayo obtenemos la curva tensión contra deformación, graficando en la ordenada,

las tensiones de penetración en megapascales (MPa) y en la abscisa la penetración en milímetros.

En algunos casos la curva puede tomar inicialmente una forma cóncava hacia arriba, debido

principalmente a irregularidades en la superficie de la probeta. Si esto ocurriera, el punto cero debe

corregirse trazando una recta tangente a la mayor pendiente de la curva y se traslada el origen al

punto en que la tangente corta la abscisa (Figura 9.33.).


120

Figura 9.33 Corrección de la curva – Ensayo CBR.

(Fuente: propia)

Usando los valores de tensión (corregidos o no) tomados de las curvas tensión contra penetración,

se calcula el CBR (%) para 2,5 mm. y 5 mm. de penetración dividiendo las tensiones normales por

6,9 MPa. y 10,3 MPa. respectivamente, multiplicándolas por 100. Se calcula también el CBR para

la carga máxima si la penetración es menos que 5 mm. Interpolando la tensión normal.

Usando los datos obtenidos anteriormente de las tres probetas, se dibuja la curva CBR contra

densidad seca (si se trata de suelos granulares, se graficará la curva solo con la penetración de 5

mm.; en cambio para suelos arcillosos, se graficarán la de 2,5 y 5 mm. de penetración). Con ella se

puede determinar el CBR correspondiente a una densidad seca preestablecida.

9.10. PH

El ph es una característica muy importante que tienen todas las tierras, los sustratos, etc. y las aguas

de riego. La definición, se entenderá de mejor manera con conocimientos de química.

El pH se expresa con un número y puede estar comprendido entre 1 y 14, pero en el 99% de los

casos estará entre 3 y 9 de suelos sin tratar.

• Suelo ÁCIDO tiene un pH menor de 7.

• Suelo NEUTRO tiene un pH igual a 7.

• Suelo BÁSICO o ALCALINO: pH mayor de 7.

Puntos de Tangencia - Corrección


121

Por tanto, si decimos: "Este suelo tiene un pH 5.5"; significa que es ácido. O: "Este suelo tiene un

pH 9,2"; significa que es básico o alcalino. El pH neutro, aunque se indique el 7 como valor teórico,

normalmente se considera neutro si está entre 6,5 y 7.

El mejor pH para la mayoría de las plantas oscila entre 6,5 y 7, es decir, neutro. Algunas, llamadas

acidófilas, lo prefieren inferior a 6, y otras (calcícolas), son más fértiles con un pH superior a 7.

9.10.1. DETERMINACION DEL PH

El pH de una disolución puede medirse mediante una valoración, que consiste en la neutralización

del ácido (o base) con una cantidad determinada de base (o ácido) de concentración conocida, en

presencia de un indicador (un compuesto cuyo color varía con el pH). También se puede determinar

midiendo el potencial eléctrico que se origina en ciertos electrodos especiales sumergidos en la

disolución.

El principal efecto de un pH muy alto o muy bajo es que algunos nutrientes pueden estar

disponibles en forma excesiva y ser tóxicos mientras que la disponibilidad de otros puede disminuir

y aparecer como deficiencias del suelo. Un nivel de pH demasiado alto o demasiado bajo estresará a

la planta, la variación del pH modifica el grado de solubilidad de los minerales. Determinadas sales

minerales que son esenciales para el crecimiento vegetal, como el fosfato de calcio, son menos

solubles a un pH alto, lo que hace que esté menos disponible para las plantas.

Figura 9.34. Escala de pH para suelos. (Fuente: Departamento de Agricultura

FOA)


122

Figura 9.35 Efecto del pH del suelo en la disponibilidad de nutrientes, la zona verde de pH 5.5 a 7.5 es la mas angosta

significa menos disponibilidad del nutriente. (Fuente: Prat ,1965)

CAPITULO 10 ANALISIS DE RESULTADOS

123

CAPITULO 10

ANALISIS DE RESULTADOS

10.1. INTRODUCCION

En este capitulo se presentan las principales propiedades físicas y mecánicas del suelo en estudio,

así como la influencia en esta por la adición de los distintos aditivos utilizados con distintas

dosificaciones. Mostrando el comportamiento del suelo con las diferentes dosificaciones y los

diferentes aditivos.

10.2. MUESTRA SIN ADITIVO

La muestra seleccionada del lugar de estudio como indicamos anteriormente fue extraída mediante

la excavación de una calicata, esta muestra extraída fue seleccionada de acuerdo a las

profundidades a las cuales fueron excavadas.

Para poder observar si existe alguna variación de las características tanto de dispersión como

también las características mecánicas del suelo se realizó una caracterización de las muestras

extraídas a una profundidad de 0.50 [m.] y a 1.50 [m.].


124

10.2.1. CARACTERISTICAS DEL SUELO

Los materiales que se analizaron se obtuvieron de un muestreo alterado como ya mencionamos en

el Capitulo 9, el cual se realizó en la zona de Santiváñez, mas específicamente en el Parque

Industrial Santiváñez. La razón por la que se escogió este suelo, es básicamente el antecedente de

Dispersividad que presentaba el Suelo. Se realizó la caracterización del suelo a dos profundidades

distintas.

El primer suelo presenta las siguientes características:

Características del 1er suelo Localización Santiváñez - Cbba Profundidad de la muestra 0,50 [m] Descripción de la muestra Arcilla Marrón Olivo Tipo de muestreo Alterado

El segundo suelo presenta las siguientes características:

Características del 2do suelo Localización Santiváñez - Cbba Profundidad de la muestra 1,50 [m] Descripción de la muestra Arcilla Marrón olivo Tipo de muestreo Alterado

La clasificación del suelo de acuerdo al SUCS (Sistema Unificado de Clasificación de Suelos) que

se determinaron para los suelos en estudio, se muestra en la Tabla 10.1.

Tabla 10.1. Clasificación del suelo en estudio

(Fuente: Propia) Muestra Profundidad Clasificación Ph

[m] SUCS

Nombre

Color [%]

I 0,5 CL Arcilla Magra Marrón olivo 8,44 II 1,5 CL Arcilla Magra Marrón olivo 8,40

SUCS = Sistema unificado de clasificación de suelos

10.3. LIMITES DE ATTERBERG

10.3.1. SUELO SIN ADITIVO

Los resultados obtenidos de los Límites de Atterberg para las muestras sin aditivos a las

profundidades indicadas se presentan en la Tabla 10.2.


125

Tabla 10.2. Características de Plasticidad de la muestra sin Aditivo

(Fuente: Propia)

LIMITES DE CONSISTENCIA Muestra L.L. (%) L. P. (%) I. P. (%) 0,50 [m] 27,54 18,4 9,14 1,50 [m] 24,91 17,8 7,11

LL = Limite liquido LP = Limite plástico IP = Índice de plasticidad Los resultados de los Límites de Plasticidad se muestran en la Figura 10.1. Podemos observar a

mayor profundidad el suelo presenta una ligera disminución de plasticidad, además de una ligera

disminución del Limite Liquido; pero los dos suelos se encuentran dentro de la misma clasificación

USCS; con lo cual podemos demostrar que no existe una variación notoria a mayor profundidad y

que se trata del mismo suelo; Arcilla Magra – CL .

Carta de Plasticidad

0

10

20

30

40

50

60

70

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Limite Liquido, LL.[%]

Indi

ce d

e Pl

astic

idad

, IP[

%] Linea A

Linea U

0,50 [m]

1.50 [m]

Arcillas de alta plasticidad

Arcillas de plasticidad media

Arcillas de baja plasticidad

Figura 10.1. Características de Plasticidad de la muestra sin Aditivo (Fuente: Propia)

10.3.2. DOSIFICACION CON CLORURO DE SODIO (Sal)

Los resultados obtenidos de los Límites de Atterberg para las muestras dosificadas con Cloruro de

Sodio (sal) se presentan en la Tabla 10.3.


126

Tabla 10.3. Características de Plasticidad de la muestra dosificada con Sal

(Fuente: Propia)

LIMITES DE CONSISTENCIA - Dosificación con Sal Muestra Dosificación (%) L.L. (%) L. P. (%) I. P. (%)

S1 5 31,84 18,70 13,14 S2 8 29,87 18,20 11,67 S3 13 28,71 18,00 10,71 S4 17 28,20 18,00 10,20 S5 20 27,24 17,70 9,54 S6 25 27,54 16,40 11,14

LL = Limite liquido LP = Limite plástico IP = Índice de plasticidad

Los resultados de los Límites de Atterberg para la dosificación con Cloruro de Sodio (Sal) se

muestran en la Figura 10.2. Podemos observar como a medida que se incrementa el contenido de

Sal, la muestra disminuye su plasticidad, cuando la muestra esta con 8 % de Sal, pasa de arcillas de

plasticidad media a Arcillas de plasticidad baja, pero la clasificación del suelo sigue siendo Arcilla

Magra – CL.

Carta de PlasticidadDosificación con Sal

0

10

20

30

40

50

60

0 10 20 30 40 50

Limite Liquido, LL. [ % ]

Indi

ce d

e Pl

astic

idad

, IP

[ % ]

Linea A

Linea U

5 % Sal

8 % Sal

13 % Sal

17 % Sal

20 % Sal

25 % Sal



Figura 10.2. Características de Plasticidad de la muestra dosificada con Sal

(Fuente: Propia)


127

10.3.3. DOSIFICACION CON CAL HIDRATADA

Los resultados obtenidos de los Límites de Atterberg para las muestras dosificadas con Cal

Hidratada se presentan en la Tabla 10.4. Tabla 10.4. Características de Plasticidad de la muestra dosificada con Cal

(Fuente: Propia)

LIMITES DE CONSISTENCIA - Dosificación con Cal Muestra Dosificación (%) L.L. (%) L. P. (%) I. P. (%)

C1 2 42,98 26,00 16,98 C2 5 48,91 29,30 19,61 C3 8 48,78 30,80 17,98 C4 11 48,16 30,96 17,20 C5 15 48,53 31,68 16,85 C6 20 47,04 30,40 16,64

LL = Limite liquido LP = Limite plástico IP = Índice de plasticidad Los resultados de los Límites de Atterberg para la dosificación con Cal Hidratada se muestran en la

Figura 10.3. Observamos como a medida que aumenta el contenido de Cal en la muestra, el límite

líquido y el límite plástico se incrementan proporcionalmente.

Carta de PlasticidadDosificación con Cal

0

10

20

30

40

50

60

0 10 20 30 40 50 60 70


Indi

ce d

e Pl

astic

idad

, IP

[ % ]

Linea A

Linea U

2 % Cal

5 % Cal

8 % Cal

11 % Cal

15 % Cal

20 % Cal



Limos de Compresibilidad media

Figura 10.3. Características de Plasticidad de la muestra dosificada con Cal

(Fuente: Propia)


128

Cuando la muestra se encuentra con 2 % de Cal (su menor dosificación), se encuentra sobre la línea

A en la Carta de Plasticidad, Luego al aumentar la cantidad de Cal, en la Carta de Plasticidad

observamos que las muestras se encuentran por debajo de la línea A; por tal razón el suelo

dosificado con Cal Hidratada se comporta como un suelo ML (Limo de compresibilidad media)

según la carta de plasticidad.

Al incrementar la cantidad de Cal en la muestra, el suelo incrementa su plasticidad en más del 80 %

de su plasticidad inicial, de tal manera que el suelo pasa de ser una Arcilla de baja plasticidad a un

Limo de compresibilidad mediana.

10.3.4. DOSIFICACION CON CEMENTO PORTLAND Los resultados obtenidos de los Límites de Atterberg para las muestras dosificadas con Cemento

Pórtland se presentan en la Tabla 10.5.

Tabla 10.5. Características de Plasticidad de la muestra dosificada con Cemento

(Fuente: Propia)

LIMITES DE CONSISTENCIA - Dosificación con Cemento Muestra Dosificación (%) L.L. (%) L. P. (%) I. P. (%)

T1 2 36,85 24,02 12,83 T2 5 38,41 24,37 14,04 T3 8 38,45 25,10 13,35 T4 11 37,39 26,20 11,19 T5 15 36,33 26,88 9,45 T6 20 38,88 26,63 12,25



129

Carta de PlasticidadDosificación con Cemento

0

10

20

30

40

50

60

0 10 20 30 40 50 60


Indi

ce d

e Pl

astic

idad

, IP

[ % ]

Linea A

Linea U

2 %Cemento5 %Cemento8 %Cemento11 %Cemento15 %Cemento20 %Cemento



Limos de compresibilidad media

Figura 10.4. Características de Plasticidad de la muestra dosificada con Cemento (Fuente: Propia)

Los resultados de los Límites de Atterberg para la dosificación con Cemento Pórtland se muestran

en la Figura 10.4. Observamos que para el caso del cemento también se incrementa la plasticidad a

medida que aumentamos la dosificación. Al igual que el caso de la cal, el suelo dosificado con

Cemento Pórtland también presenta el mismo comportamiento, pasa de una Arcilla de baja

plasticidad (CL) a un Limo de compresibilidad media (ML).

10.3.5. DOSIFICACION CON SULFATO DE ALUMINIO HIDRATADO (Alumbre)

Los resultados obtenidos de los Límites de Atterberg para las muestras dosificadas con Sulfato de

Aluminio Hidratado se presentan en la Tabla 10.6. Tabla 10.6. Características de Plasticidad de la muestra dosificada con Alumbre

(Fuente: Propia)

LIMITES DE CONSISTENCIA - Dosificación con Alumbre Muestra Dosificación (%) L.L. (%) L. P. (%) I. P. (%)

A1 2 32,67 19,40 13,27 A2 5 36,53 21,60 14,93 A3 10 39,58 23,20 16,38 A4 15 32,03 21,80 10,23 A5 17 30,90 20,60 10,30 A6 20 30,15 20,40 9,75



130

Los resultados de los Límites de Atterberg para la dosificación con Sulfato de Aluminio se

muestran en la Figura 10.5. Podemos observar que no existe alguna tendencia clara para el caso de

la dosificación del suelo con Alumbre. Cuando la muestra esta dosificada con 10 % de Alumbre se

observan valores altos tanto del Limite Liquido como del Limite Plástico, a partir de esta

dosificaron los valores decrecen.

Carta de PlasticidadDosificación con Alumbre

0

10

20

30

40

50

60

0 10 20 30 40 50 60


Indi

ce d

e Pl

astic

idad

, IP

[ % ]

Linea A

Linea U

2 % Alumbre

5 % Alumbre

10 % Alumbre

15 % Alumbre

17 % Alumbre

20 % Alumbre



Figura 10.5. Características de Plasticidad de la muestra dosificada con Alumbre

(Fuente: Propia) Aunque los valores de los Límites de Consistencia no presenten alguna tendencia que las

relacionen, podemos observar en la carta de plasticidad que todas las muestras dosificadas con

Alumbre se encuentran por encima de la Línea A, y se clasifican como Arcillas de Plasticidad

Media.

10.3.6. DOSIFICACION CON MELAZA Los resultados obtenidos de los Límites de Atterberg para las muestras dosificadas con Melaza se

presentan en la Tabla 10.7. Tabla 10.7. Características de Plasticidad de la muestra dosificada con Melaza

(Fuente: Propia) LIMITES DE CONSISTENCIA - Dosificación con Melaza

Muestra Dosificación (%) L.L. (%) L. P. (%) I. P. (%) M1 2 30,99 20,00 10,99 M2 5 30,36 19,00 11,36 M3 10 29,01 18,00 11,01 M4 15 27,94 17,90 10,04 M5 17 27,86 17,50 10,36 M6 20 26,89 17,30 9,59

LL = Limite liquido LP = Limite plástico


131

Los resultados de los Límites de Atterberg para la dosificación con Melaza se muestran en la

Figura 10.6. Observamos para este caso especial la disminución de la plasticidad, cosa contraria al

comportamiento con los demás aditivos utilizados.

Carta de PlasticidadDosificación con Melaza

0

10

20

30

40

50

60

0 10 20 30 40 50

Limite Liquido, LL [ % ]

Indi

ce d

e Pl

astic

idad

, IP

[ % ]

Linea A

Linea U

2 % Melaza

5 % Melaza

10 %Melaza

15 %Melaza

17 %Melaza

20 %Melaza



Figura 10.6. Características de Plasticidad de la muestra dosificada con Melaza

(Fuente: Propia) A medida que la dosificación aumenta, tanto el Límite Líquido como el Límite plástico disminuyen

ligeramente; por tal motivo podemos observar que cuando la muestra se encuentra con 5% con

Melaza, la muestra pasa de una Arcilla de plasticidad media a una Arcilla de plasticidad baja.

10.4. PROCTOR MODIFICADO 10.4.1. SUELO SIN ADITIVO Los resultados obtenidos del ensayo Próctor Modificado para las muestras sin aditivos a las

profundidades indicadas se presentan en la Tabla 10.8.

Tabla 10.8. Características de Compactación de la muestra sin Aditivo

(Fuente: Propia)

PROCTOR MODIFICADO Muestra ω Óptimo (%) φd Máximo [KN/m³] 0,50 [m] 13,11 19,11 1,50 [m] 11,45 19,53



132

Las curvas del Próctor Modificado para las muestras sin aditivo se presentan en la Figura 10.7.

Podemos observar que el valor del peso unitario seco máximo para la muestra de mayor

profundidad es ligeramente mayor al de la muestra de 0.50 m. y que el contenido de humedad

optimo es menor. Comparando estos valores de las características de compactación observamos

que no existe una variación de gran magnitud a mayor profundidad.

PROCTOR MODIFICADO

17

18

19

20

4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Contenido de Humedad Optimo, ωopt. [ % ]

Peso

Uni

tario

Sec

o M

axim

o ,φ

dmax

. [K

N/M

³] 0.50 [m]

1.50 [m]

Figura 10.7. Características de Compactación de la muestra sin Aditivo (Fuente: Propia)


Los resultados obtenidos del ensayo Próctor Modificado para las muestras dosificadas con Cloruro

de Sodio se presentan en la Tabla 10.9. Tabla 10.9. Características de Compactación de la muestra dosificadas con Sal

(Fuente: Propia)

PROCTOR MODIFICADO - Dosificación con Sal Muestra Dosificación (%) ω Óptimo (%) φd Máximo [KN/m³]

S1 5 11,35 19,64 S2 8 11,69 19,54 S3 13 10,05 19,87 S4 17 9,79 19,73 S5 20 11,16 19,35 S6 25 10,01 19,29



133

Las curvas del Próctor Modificado para las muestras dosificadas con Cloruro de Sodio se presentan

en la Figura 10.8. Podemos observar claramente que el contenido de humedad óptimo no presenta

un comportamiento a medida que aumentamos la cantidad de sal; al igual que el peso unitario seco

no presenta un comportamiento definido sin embargo se llega a valores altos con el aumento de la

dosificación con Sal. Esto es realmente muy bueno ya que podemos llegar a valores de peso

unitario seco elevados y utilizando menor cantidad de Agua en la compactación.

PROCTOR MODIFICADODosificacion con Sal

17,6

18,6

19,6

4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Contenido de Humedad Optimo, ωopt.[ % ]

Peso

Uni

tario

Sec

o M

axim

o ,φ

dmax

. [K

N/M

³]

Sin Aditivo

5 % Sal

13 % Sal

25 % Sal

Figura 10.8. Características de Compactación de la muestra dosificado con Sal (Fuente: Propia)


Los resultados obtenidos del ensayo Próctor Modificado para las muestras dosificadas con Cal

Hidratada se presentan en la Tabla 10.10. Tabla 10.10. Características de Compactación de la muestra dosificadas con Cal

(Fuente: Propia)

PROCTOR MODIFICADO - Dosificación con Cal Muestra Dosificación (%) ω Optimo (%) φd Máximo [KN/m³]

C1 2 12,67 18,66 C2 5 14,08 17,82 C3 8 15,00 18,11 C4 11 17,71 17,67 C5 15 16,37 17,30 C6 20 17,32 16,79



134

Las curvas del Próctor Modificado para las muestras dosificadas con Cal Hidratada se presentan en

la Figura 10.9. Como podemos observar, a diferencia del anterior aditivo, en este caso podemos

distinguir la tendencia que existe a medida que aumentamos la cantidad de Cal; vemos claramente

que el peso unitario seco máximo disminuye y el contenido de humedad optimo aumenta

considerablemente hasta un 50 % de su humedad inicial.

PROCTOR MODIFICADODosificacion con Cal

15,7

16,7

17,7

18,7

8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24


Peso

Uni

tario

Sec

o M

axim

o ,φ

dmax

. [K

N/M

³]

Sin Aditivo

2 % Cal

8 % Cal

20 % Cal

Figura 10.9. Características de Compactación de la muestra dosificado con Cal

(Fuente: Propia)

10.4.4. DOSIFICACION CON CEMENTO

Los resultados obtenidos del ensayo Próctor Modificado para las muestras dosificadas con

Cemento se presentan en la Tabla 10.11.

Tabla 10.11. Características de Compactación de la muestra dosificadas con Cemento

(Fuente: Propia)

PROCTOR MODIFICADO - Dosificación con Cemento Muestra Dosificación (%) ω Optimo (%) φd Máximo [KN/m³]

T1 2 10,83 18,66 T2 5 11,14 19,44 T3 8 12,16 18,99 T4 11 13,00 18,66 T5 15 13,69 18,69 T6 20 13,32 19,06



135

Las curvas del Próctor Modificado para las muestras dosificadas con Cemento se presentan en la

Figura 10.10. Este caso es muy particular ya que no observamos un cambio notorio en los Pesos

Unitarios Secos Máximos; a medida que incrementamos la cantidad de cemento; por el contrario el

contenido de humedad óptimo incrementa ligeramente lo cual nos indica la necesidad extra de agua

en la compactación.

PROCTOR MODIFICADODosificacion con Cemento

17,4

17,9

18,4

18,9

19,4

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23


Peso

Uni

tario

Sec

o M

axim

o ,φ

dmax

. [K

N/M

³]

Sin Aditivo

2 % Cemento

8 % Cemento

20 % Cemento

Figura 10.10. Características de Compactación de la muestra dosificado con Cemento

(Fuente: Propia)

10.4.5. DOSIFICACION CON SULFATO DE ALUMNIO (Alumbre)

Los resultados obtenidos del ensayo Próctor Modificado para las muestras dosificadas con Sulfato

de Aluminio se presentan en la Tabla 10.12.

Tabla 10.12. Características de Compactación de la muestra dosificadas con Alumbre

(Fuente: Propia)

PROCTOR MODIFICADO - Dosificación con Alumbre Muestra Dosificación (%) ω Optimo (%) φd Máximo [KN/m³]

A1 2 12,59 19,04 A2 5 13,76 18,89 A3 10 13,39 19,06 A4 15 13,87 18,91 A5 17 13,15 19,27 A6 20 14,24 19,37



136

Las curvas del Próctor Modificado para las muestras dosificadas con Alumbre se presentan en la

Figura 10.11.Observamos que las curvas de compactación para las distintas dosificaciones con

Alumbre son similares; es decir no presentan alguna variación severa tanto en el Peso Unitario Seco

máximo como en el contenido de humedad optimo. Mostrando un comportamiento claramente casi

constante.

PROCTOR MODIFICADODosificacion con Alumbre

17,4

17,9

18,4

18,9

19,4

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23


Peso

Uni

tario

Sec

o M

axim

o ,φ

dmax

. [K

N/M

³]

Sin Aditivo

2 % Alumbre

10 % Alumbre

17 % Alumbre

Figura 10.11. Características de Compactación de la muestra dosificado con Alumbre

(Fuente: Propia)

10.4.6. DOSIFICACION CON MELAZA

Los resultados obtenidos del ensayo Próctor Modificado para las muestras dosificadas con Melaza

se presentan en la Tabla 10.13.

Tabla 10.13. Características de Compactación de la muestra dosificadas con Melaza (Fuente: Propia)

PROCTOR MODIFICADO - Dosificación con Melaza

Muestra Dosificación (%) ω Optimo (%) φd Máximo [KN/m³] M1 2 11,49 19,55 M2 5 11,05 19,67 M3 10 11,62 19,39 M4 15 12,11 19,44 M5 17 10,55 19,91 M6 20 10,00 20,04



137

Las curvas del Próctor Modificado para las muestras dosificadas con Melaza se presentan en la

Figura 10.12. Nuevamente observamos una tendencia clara del comportamiento del suelo, en este

caso dosificado con melaza. Contrariamente a la Cal, vemos claramente que el Peso Unitario Seco

Máximo aumenta considerablemente y el contenido de humedad óptima disminuye a medida que

incrementamos la cantidad de melaza. Mostrando un comportamiento ascendente claro y definido.

PROCTOR MODIFICADODosificacion con Melaza

17,5

18,5

19,5

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20


Peso

Uni

tario

Sec

o M

axim

o ,φ

dmax

. [K

N/M

³]

Sin Aditivo

5 % Melaza

17 % Melaza

20 % Melaza

Figura 10.12. Características de Compactación de la muestra dosificado con Melaza

(Fuente: Propia)

10.5. CARACTERISTICAS DE EXPANSION

10.5.1 SUELO SIN ADITIVO

Los resultados obtenidos de las características de expansión para las muestras sin aditivo se

presentan en la Tabla 10.14. Tabla 10.14. Características de expansión de la muestra dosificada sin aditivo

(Fuente: Propia)

Características de Expansión Expansión [%] Muestra Profundidad [m]

0 dias 4 dias M1 0,50 0 3,81 M2 1,50 0 4,03

10.5.2 DOSIFICACION CON SAL

Los resultados obtenidos de las características de expansión para las muestras dosificadas con Sal

se presentan en la Tabla 10.15.


138

Tabla 10.15. Características de expansión de la muestra dosificada con Sal (Fuente: Propia)

Expansión - Dosificación con Sal

Expansión [%] Muestra Dosificación [%]0 dias 4 dias

S1 5 0 7,15 S2 8 0 5,18 S3 13 0 5,81 S4 17 0 7,24 S5 20 0 7,16 S6 25 0 6,22

En relación al porcentaje de expansión obtenido del suelo sin aditivo, la expansión de la muestra

dosificada con Sal se incrementó hasta un 7,24 % con 17 % de Sal, siendo este un valor casi

duplicado del valor inicial. Sin embargo la expansión con la muestra dosificada con Sal no muestra

una tendencia de comportamiento.

10.5.3 DOSIFICACION CON CAL

Los resultados obtenidos de las características de expansión para las muestras dosificadas con Cal

se presentan en la Tabla 10.16. Tabla 10.16. Características de expansión de la muestra dosificada con Cal

(Fuente: Propia)

Expansión - Dosificación con Cal Expansión [%] Muestra Dosificación [%]

0 dias 4 dias C1 2 0 2,74 C2 5 0 1,57 C3 8 0 1,25 C4 11 0 1,11 C5 15 0 1,13 C6 20 0 1,26

En la Tabla 10.16 observamos que a medida que incrementamos la cantidad de Cal en la

dosificación de la muestra la expansión presenta una tendencia de disminución de hasta 1.11%

logrando así una menor influencia del agua en la muestra.

10.5.4 DOSIFICACION CON CEMENTO

Los resultados obtenidos de las características de expansión para las muestras dosificadas con

Cemento se presentan en la Tabla 10.17.


139

Tabla 10.17. Características de expansión de la muestra dosificada con Cemento (Fuente: Propia)

Expansión - Dosificación con Cemento


T1 2 0 1,18 T2 5 0 1,06 T3 8 0 1,33 T4 11 0 0,88 T5 15 0 0,50 T6 20 0 0,68

Observamos en la Tabla 10.17 que los porcentajes de expansión disminuyen considerablemente

incluso llegando a valores de 0.50 %.

10.5.5 DOSIFICACION CON ALUMBRE


Alumbre se presentan en la Tabla 10.18. Tabla 10.18. Características de expansión de la muestra dosificada con Alumbre

(Fuente: Propia)

Expansión - Dosificación con Alumbre Expansión [%] Muestra Dosificación [%]

0 dias 4 dias A1 2 0 5,70 A2 5 0 5,44 A3 10 0 1,43 A4 15 0 2,45 A5 17 0 5,70 A6 20 0 6,02

Observamos en la Tabla 10.18 que los porcentajes de expansión para las muestras dosificadas con

Alumbre no presentan alguna tendencia, mas aun observamos que con 10 % de Alumbre presenta el

menor valor de expansión de 1.43%.

10.5.6 DOSIFICACION CON MELAZA


Melaza se presentan en la Tabla 10.19.


140

Tabla 10.19. Características de expansión de la muestra dosificada con Melaza (Fuente: Propia)

Expansión - Dosificación con Melaza


M1 2 0 5,81 M2 5 0 5,36 M3 10 0 2,54 M4 15 0 3,65 M5 17 0 3,93 M6 20 0 3,11

En la Tabla 10.19 observamos que no existe alguna tendencia pero se observa una disminución

ligera de los porcentajes de expansión a medida que incrementamos la dosificación.

10.6. INDICE DE PENETRACION CALIFORNIA (CBR)


Los resultados obtenidos del ensayo CBR para las muestras sin aditivos a las profundidades

indicadas se presentan en la Tabla 10.20.

Tabla 10.20. Resultados del ensayo CBR de la muestra sin Aditivo

(Fuente: Propia)

RELACION DE SOPORTE CALIFORNIA Muestra Nº Golpes φd [KN/m³] CBR [%] CBR final [%]

10 16,4 0,4 25 18,2 0,9 0,50 [m] 56 18,8 2,2

2,16

10 16,9 0,9 25 18,5 2,7 1,50 [m] 56 19,4 2,7

2,64

φd = Peso especifico seco máximo

Como podemos observar en la Tabla anterior los valores del CBR para las muestras a las dos

profundidades indicadas no presentan una variación considerable, lo cual nos indica que el suelo

presenta características mecánicas similares, no variando así a mayor profundidad.


141


El comportamiento logrado con las diferentes dosificaciones con cloruro de sodio muestra un

decremento del valor de CBR, demostrando de esta manera que en sentido de resistencia mecánica

el aditivo no es la mejor opción.

El valor máximo obtenido con este aditivo fue de 1.3 % de CBR lo cual demuestra que con la

dosificación mas baja el valor del suelo ya se reduce de un valor de 2.64% que era el valor de CBR

del suelo sin ninguna dosificación. El comportamiento mostrado en la Figura 10.13 es particular

para este tipo de suelo e incluso para la zona en análisis por lo que no es bueno generalizar el

mismo. Los resultados obtenidos del ensayo CBR para las muestras dosificadas con Cloruro de

Sodio son indicados en la Tabla 10.21.

Tabla 10.21. Resultados del ensayo CBR de la muestra dosificada con Sal

(Fuente: Propia) RELACION DE SOPORTE CALIFORNIA - Dosificación con Sal

Muestra Dosificación [%] Nº Golpes φd [KN/m³] CBR [%] CBR final [%] 10 16,3 0,8 25 18,2 1,0 S1 5 56 19,6 1,3

1,3

10 16,5 1,0 25 18,3 1,1 S2 8 56 19,6 1,3

1,3

10 16,1 0,6 25 18,4 0,9 S3 13 56 19,8 1,0

1,0

10 16,3 0,3 25 18,4 0,6 S4 17 56 19,7 1,0

1,0

10 16,6 0,9 25 18,5 0,9 S5 20 56 19,4 1,0

1,0

10 16,3 0,6 25 18,3 0,6 S6 25 56 19,3 1,0

1,0

φd = Peso especifico seco


142

RELACION DE SOPORTE CALIFORNIADosificacion con sal

0

1

2

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26

Dosificaciones [%].

CB

R [%

]

5 % Sal

8 % Sal

13 % Sal

17 % Sal

20 % Sal

25 % Sal

Sin Aditivo

Tendencia deCurva

Figura 10.13. Comportamiento del CBR dosificado con Sal

(Fuente: Propia)


Los resultados obtenidos del ensayo CBR para las muestras dosificadas con Cal son indicados en la

Tabla 10.22. Tabla 10.22. Resultados del ensayo CBR de la muestra dosificada con Cal

(Fuente: Propia) RELACION DE SOPORTE CALIFORNIA - Dosificación con Cal

Muestra Dosificación [%] Nº Golpes φd [KN/m³] CBR [%] CBR final [%] 10 16,1 3,8 25 17,4 10,2 C1 2

56 18,8 9,8

9,5

10 15,8 7,5 25 17,2 14,2 C2 5

56 18,3 21,2

21

10 13,4 6,8 25 17,0 14,7 C3 8

56 18,2 23,1

22,5

10 15,2 9,4 25 16,5 15,1 C4 11

56 17,7 22,3

22,2

10 15,3 11,8 25 16,5 15,7 C5 15

56 17,3 22,2

22,1

10 14,6 5,9 25 16,0 16,2 C6 20

56 16,9 26,9

23,0



143

El comportamiento del suelo al ser dosificado con Cal demuestra un incremento del valor de CBR

por encima de los 5%, el valor mínimo que se consiguió fue con la dosificación mas baja de 2% de

cal logrando un valor de CBR = 9.5%.

Cabe recalcar que ya a partir de un 5% de dosificación los valores de CBR se encuentran por

encima de los 20 %, el cual ya es un valor muy estable para un suelo de fundación.

La Figura 10.14., muestra la variación de la resistencia del Coeficiente de Penetración California de

varias dosificaciones con el aditivo de cal. Puede verse como el valor de CBR aumenta en términos

generales hasta contenidos de cal del orden de 8% en peso; mas allá de este limite es frecuente que

la resistencia permanezca relativamente insensible al aumento de la proporción de la cal.

RELACION DE SOPORTE CALIFORNIADosificacion con Cal

0

5

10

15

20

25

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

Dosificaciones [%].

CB

R [%

]

Sin Aditivo

2 % Cal

5 % Cal

8 % Cal

11 % Cal

15 % Cal

20 % Cal

Tendenciade Curva

Figura 10.14. Comportamiento del CBR dosificado con Cal

(Fuente: Propia)


Los resultados obtenidos del ensayo CBR para las muestras dosificadas con Cemento son

presentados en la Tabla 10.23.


144

Tabla 10.23. Resultados del ensayo CBR de la muestra dosificada con Cemento (Fuente: Propia)

RELACION DE SOPORTE CALIFORNIA - Dosificación con Cemento

Muestra Dosificación [%] Nº Golpes φd [KN/m³] CBR [%] CBR final [%] 10 16,9 21,8 25 18,2 26,8 T1 2

56 19,2 41,5

39

10 16,6 64,1 25 17,8 77,7 T2 5

56 19,4 90,3

88

10 16,3 76,2 25 18,1 107,2 T3 8

56 18,9 107,3

105

10 16,2 87,6 25 17,7 154,0 T4 11

56 18,8 172,8

170

10 16,6 145,5 25 18,1 215,6 T5 15

56 18,8 309,8

304

10 16,4 135,6 25 18,2 235,8 T6 20

56 19,2 326,3

320


Como ya se sabe en general la resistencia aumenta casi linealmente con el contenido de cemento,

pero la pendiente de las graficas, si varían mucho de suelo a suelo.

En la Figura 10.15 presentamos el comportamiento de la muestra dosificada con Cemento Pórtland.

Observamos claramente que el valor de CBR aumenta proporcionalmente a medida que se

incrementa la dosificación. Con una dosificación de 2% ya se llegó a valores de CBR superiores a

los que la Norma ASTM recomienda para la Subrasante.


145

RELACION DE SOPORTE CALIFORNIADosificacion con Cemento

0

50

100

150

200

250

300

350

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

Dosificaciones [%].

CB

R [%

]

Sin Aditivo

2 % Cemento

5 % Cemento

8 % Cemento

11 % Cemento

15 % Cemento

20 % Cemento

Tendencia deCurva

Figura 10.15. Comportamiento del CBR dosificado con Cemento

(Fuente: Propia)

10.6.5. DOSIFICACION CON SULFATO DE ALUMINIO (Alumbre)

El comportamiento con el aditivo estabilizador de alumbre es mas constante (Figura 10.16) que con

los anteriores ya analizados mostrando valores que se encuentran en un rango menor a 4%, aunque

este aditivo no logre superar los 5% de CBR que es el valor mínimo para muchos casos , muestra un

cierto aumento del valor en relación al del suelo natural.

Talvez este comportamiento esta muy relacionado con la forma de dosificación que tiene este

aditivo que es en forma soluble.

Los resultados obtenidos del ensayo CBR para las muestras dosificadas con Sulfato de Aluminio

son presentados en la Tabla 10.24.


146

Tabla 10.24. Resultados del ensayo CBR de la muestra dosificada con Alumbre

(Fuente: Propia)

RELACION DE SOPORTE CALIFORNIA - Dosificación con Alumbre Muestra Dosificación [%] Nº Golpes φd [KN/m³] CBR [%] CBR final [%]

10 16,8 0,6 25 18,1 0,9 A1 2 56 19,2 1,9

1,7

10 17,1 1,0 25 18,5 2,5 A2 5 56 19,2 3,8

3,6

10 16,2 1,0 25 18,0 2,4 A3 10 56 19,1 4,4

4,2

10 16,6 0,9 25 18,4 2,8 A4 15 56 19,1 3,0

2,9

10 16,8 1,4 25 18,4 2,9 A5 17 56 19,4 3,3

3,1

10 16,5 1,0 25 18,0 2,6 A6 20 56 19,4 3,7

3,5


RELACION DE SOPORTE CALIFORNIADosificacion con Alumbre

0

1

2

3

4

5

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

Dosificaciones [%].

CB

R [%

]

Sin Aditivo

2 % Alumbre

5 % Alumbre

10 % Alumbre

15 % Alumbre

17 % Alumbre

20 % Alumbre

Tendencia deCurva

Figura 10.16. Comportamiento del CBR dosificado con Alumbre

(Fuente: Propia)


147


Los resultados obtenidos del ensayo CBR para las muestras dosificadas con Melaza son presentados

en la Tabla 10.25. Tabla 10.25. Resultados del ensayo CBR de la muestra dosificada con Melaza

(Fuente: Propia)

RELACION DE SOPORTE CALIFORNIA - Dosificación con Melaza Muestra Dosificación [%] Nº Golpes φd [KN/M³] CBR [%] CBR final [%]

10 16,8 0,5 25 18,0 0,8 M1 2 56 19,6 2,4

2,3

10 17,0 0,5 25 18,5 2,5 M2 5 56 19,8 3,7

3,6

10 17,3 0,7 25 18,7 2,6 M3 10 56 19,5 4,6

4,5

10 16,7 0,7 25 18,2 3,2 M4 15 56 19,5 6,2

6,1

10 17,9 0,8 25 19,2 5,6 M5 17 56 20,0 7,7

7,6

10 17,0 1,0 25 19,2 6,1 M6 20 56 20,1 10,2

10,1


Como ya era de esperarse por el comportamiento del suelo en el ensayo de Proctor se muestra un

tendencia de aumento de CBR del suelo con el único aditivo relacionado con materia orgánica,

mostrando valores superiores a los obtenidos con alumbre aunque ambos tienen el mismo criterio de

dosificación es decir en peso de solución del aditivo.

En la Figura 10.17 se muestra el comportamiento del suelo dosificado con Melaza. Se observa el

incremento de los valores del CBR con el incremento de la dosificación.

No se llego a valores altos de CBR, pero existe una mejoría considerable superando los valores

mínimos de CBR para Subrasante (Según Norma ASTM).


148

RELACION DE SOPORTE CALIFORNIADosificacion con Melaza

0123456789

1011

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

Dosificaciones [%].

CB

R [%

]

Sin Aditivo

2 % Melaza

5 % Melaza

10 % Melaza

15 % Melaza

17 % Melaza

20 % Melaza

Tendencia deCurva

Figura 10.17. Comportamiento del CBR dosificado con Melaza

(Fuente: Propia)

10.7. ENSAYO DE EROSION INTERNA (PINHOLE) 10.7.1. SUELO SIN ADITIVO A continuación se presentaran los resultados obtenidos de este ensayo (Tabla 10.26.) para el suelo

sin la aplicación de ningún aditivo, para que de esta manera sepamos el grado de dispersividad que

este ensayo nos da del suelo de la Zona de Santiváñez.

Tabla 10.26. Clasificación del suelo sin aditivo según el ensayo de Erosión interna

(Fuente: Propia).

Descripción Clasificación de la muestra erosión interna

no tratada Prof.: 0,5 m D2 no tratada Prof.: 1,5 m D2

Como podemos observar en la anterior tabla, la zona de Santiváñez presenta arcillas con un grado

de dispersividad D2: Arcillas dispersivas que fallan rápidamente bajo cargas de 50 mm. Lo cual nos

confirma que la zona esta compuesta por arcillas dispersivas de un grado de dispersividad alto.

Una ves que se trato el suelo con los diferentes aditivos el comportamiento del suelo de la zona de

análisis cambio bruscamente.


149

10.7.2. DOSIFICACION CON SAL

Como se observa en la Tabla 10.27, el comportamiento del suelo tratado con Sal muestra el

mejoramiento del grado de dispersividad con el aumento de las dosificaciones, mejorando este de

un “D2” a un “ND3” e incluso a un “ND2”, este mejoramiento se logra hasta una dosificación de

20%, una ves que se supera este valor la dispersividad vuelve a su grado inicial como se observa en

la Tabla 10.27.

Tabla 10.27. Clasificación del suelo dosificado con sal según el ensayo de Erosión interna

(Fuente: Propia).

EROSION INTERNA - Dosificación con Sal Clasificación Erosión Interna Muestra Dosificación (%)

Clasificación Observaciones S1 5 ND3 Ligeramente dispersiva S2 8 ND3 Ligeramente dispersiva S3 13 ND3 Ligeramente dispersiva S4 17 ND3 Ligeramente dispersiva S5 20 ND2 No dispersiva S6 25 D2 Dispersiva

10.7.3. DOSIFICACION CON CAL

En la Tabla 10.28, observamos que el mejoramiento del grado de dispersividad de un “D2” a un

“ND1” se logra incluso con una dosificación tan baja como de 2% de cal hidratada.

Tabla 10.28 Clasificación del suelo dosificado con Cal según el ensayo de Erosión interna

(Fuente: Propia).

EROSION INTERNA - Dosificación con Cal Hidratada Clasificación Erosión Interna Muestra Dosificación (%)

Clasificación Observaciones C1 2 ND1 No dispersiva C2 5 ND1 No dispersiva C3 8 ND1 No dispersiva C4 11 ND1 No dispersiva C5 15 ND1 No dispersiva C6 20 ND1 No dispersiva

La acción de la Cal Hidratada en el suelo es decisiva ya que no se necesita grandes dosificaciones

para disminuir la Dispersividad de un suelo altamente dispersivo.


150


Como se puede ver en la Tabla 10.29, el comportamiento del suelo es idéntico al del tratamiento

con Cal hidratada. Con una dosificación baja de 2% de Cemento el comportamiento del suelo

cambia de Dispersivo (D2) a no dispersivo (ND1). Demostrando que el cemento es una excelente

opción para la disminución del grado de dispersividad para las arcillas del Parque Industrial

Santiváñez. Tabla 10.29 Clasificación del suelo dosificado con Cemento según el ensayo de Erosión interna.

(Fuente: Propia).

10.7.5. DOSIFICACION CON SULFATO DE ALUMINIO

Para el tratamiento de alumbre se puede observar en la Tabla 10.30. que una reducción del grado de

dispersividad más óptimo; es decir llegar a un “ND1”; se logra a partir de una dosificación de 10%.

Cabe destacar que ya con un 2% de dosificación existe una modificación del comportamiento pero

aun presenta características de dispersividad. Siempre es bueno aclarar que el alumbre se puede

trabajar con diferentes porcentajes de solución para que así exista mayor concentración, además que

la dosificación de este aditivo se realiza en solución del peso seco.

Tabla 10.30. Clasificación del suelo dosificado con Alumbre según el ensayo de Erosión interna

(Fuente: Propia).

EROSION INTERNA - Dosificación con Cemento Clasificación Erosión Interna Muestra Dosificación (%)

Clasificación Observaciones T1 2 ND1 No dispersiva T2 5 ND1 No dispersiva T3 8 ND1 No dispersiva T4 11 ND1 No dispersiva T1 15 ND1 No dispersiva T2 20 ND1 No dispersiva

EROSION INTERNA - Dosificación con Sulfato de Aluminio Hidratado (Alumbre) Clasificación Erosión Interna Muestra Dosificación (%)

Clasificación Observaciones A1 2 ND3 Moderada a ligeramente dispersiva A2 5 ND3 Moderada a ligeramente dispersiva A3 10 ND1 No dispersiva A4 15 ND1 No dispersiva A5 17 ND1 No dispersiva A6 20 ND1 No dispersiva


151


La Tabla 10.31., nos demuestra que el porcentaje mínimo para que podamos lograr el cambio del

comportamiento del suelo de Dispersivo (D2) a no Dispersivo (ND1) es de 10% al igual que en el

alumbre con la diferencia que ya en un porcentaje de melaza de 5% el suelo también se considera

no Dispersivo (ND2), esto se deba talvez al hecho que ambos aditivos se aplican en solución y no

en seco como la sal, cemento, y cal. Sin embargo la melaza es el único aditivo con relación directa

con materia orgánica que logra cambiar realmente un comportamiento del suelo en sentido de su

dispersividad.

Tabla 10.31. Clasificación del suelo dosificado con Melaza según el ensayo de Erosión interna (Fuente: Propia).

EROSION INTERNA - Dosificación con Melaza Clasificación Erosión Interna Muestra Dosificación (%)

Clasificación Observaciones M1 2 ND3 Moderada a ligeramente dispersiva M2 5 ND2 No dispersiva M3 10 ND1 No dispersiva M4 15 ND1 No dispersiva M5 17 ND1 No dispersiva M6 20 ND1 No dispersiva

10.8. ENSAYO DE DOBLE HIDROMETRIA


La Tabla 10.32. presenta los resultados del Ensayo Doble Hidrometria para el Suelo sin Aditivo a

dos distintas profundidades, para observar si las características de Dispersión del suelo varían con la

profundidad. Tabla 10.32.Características de dispersividad del suelo dosificado sin aditivo según el ensayo de Doble Hidrometria

(Fuente: Propia).

ENSAYO DOBLE HIDROMETRIA - Suelo Sin Aditivo Muestra Profundidad [m.] I.D. (%) Clasificación

Muestra 1 0,50 59,60 Dispersiva Muestra 2 1,50 60,00 Dispersiva

I.D. = Índice de Dispersividad


152

Como observamos el valor del Índice de Dispersividad del suelo sin tratar, para las dos

profundidades no presenta una gran variación, además que ambos son superiores a 40 % lo cual

hace que se clasifiquen como altamente Dispersivos.

10.8.2. DOSIFICACION CON CLORURO DE SODIO

En la Tabla 10.33. presentamos los resultados del ensayo de Doble Hidrometria para la muestra

dosificada con Cloruro de Sodio. Tabla 10.33. Características de Dispersividad del suelo dosificado con Sal según el ensayo de Doble Hidrometria

(Fuente: Propia).

DOBLE HIDROMETRIA - Dosificación con Sal Muestra Dosificación (%) I.D. (%) Clasificación

S1 5 36,00 Dispersiva S2 8 13,72 No Dispersiva S3 13 10,71 No Dispersiva S4 17 28,57 No Dispersiva S5 20 7,02 No Dispersiva S6 25 29,17 No Dispersiva


Como observamos en la tabla 10.27, el I.D. para todas las muestra dosificadas con Sal muestran una

disminución, pero las características de dispersividad del suelo mejoran a partir de una dosificación

de 8%, ya que pasa de un suelo Dispersivo a No Dispersivo.


En la Tabla 10.34 presentamos los resultados del ensayo de Doble Hidrometria para la muestra

dosificada con Cal Hidratada. Tabla 10.34. Características de Dispersividad del suelo dosificado con Cal según el ensayo de Doble Hidrometria

(Fuente: Propia).

ENSAYO DOBLE HIDROMETRIA - Dosificación con Cal Muestra Dosificación (%) I.D. (%) Clasificación

C1 2 4,35 No Dispersiva C2 5 11,36 No Dispersiva C3 8 0,00 No Dispersiva C4 11 0,00 No Dispersiva C5 15 0,00 No Dispersiva C6 20 0,00 No Dispersiva



153

Observamos claramente en la Tabla 10.34 que la Cal es un buen aditivo para disminuir el grado de

Dipersividad del suelo, ya que con el menor porcentaje de dosificación que se utilizó (2%), se logró

mejorar el suelo hasta llegar a valores de Índice de Dispersividad igual a 4.35.

10.8.4. DOSIFICACION CON SULFATO DE ALUMINIO (ALUMBRE)


dosificada con Sulfato de Aluminio. Tabla 10.35. Características de Dispersividad del suelo dosificado con Alumbre según el ensayo de Doble Hidrometria

(Fuente: Propia). ENSAYO DOBLE HIDROMETRIA - Dosificación con Alumbre

Muestra Dosificación (%) I.D. (%) Clasificación A1 2 0,00 No Dispersiva A2 5 0,00 No Dispersiva A3 10 0,00 No Dispersiva A4 15 0,00 No Dispersiva A5 17 0,00 No Dispersiva A6 20 0,00 No Dispersiva


El Sulfato de Aluminio resultó ser un excelente aditivo para mejorar las características de

Dispersividad del suelo, ya que con tan solo una dosificación de 2% de Alumbre se logro disminuir

totalmente la Dispersividad del suelo.



dosificada con Sulfato de Aluminio. Tabla 10.36. Características de Dispersividad del suelo dosificado con Melaza según el ensayo de Doble Hidrometria

(Fuente: Propia).

ENSAYO DOBLE HIDROMETRIA - Dosificación con Melaza Muestra Dosificación (%) I.D. (%) Clasificación

M1 2 83,30 Dispersiva M2 5 76,00 Dispersiva M3 10 72,00 Dispersiva M4 15 0,00 No Dispersiva M5 17 0,00 No Dispersiva M6 20 0,00 No Dispersiva



154

Para el caso de la muestra dosificada con Melaza, en la Tabla 10.36 podemos observar que también

existe una mejoría sustancial de las características de Dispersividad del suelo. Esta mejoría se da a

partir de una dosificación de 15% de melaza, donde el suelo pasa a ser un suelo No Dispersivo.

10.9. ANALISIS QUIMICO DEL EXTRACTO DE POROS

10.9.1. SUELO SIN ADITIVO Los resultados obtenidos del análisis químico se muestran en la Tabla 10.37.

Tabla 10.37. Resultados del ensayo TDS de la muestra sin aditivo (Fuente: Propia)

TDS - Suelo Sin Aditivo

Cationes Solubles (meq/lt.) Muestra Dosificación

(%) % de saturaciónCa++ Mg++ Na+ K+

Muestra1 0 26,00 1,00 1,00 5,72 0,17 meq = miliequivalente

Como se puede observar en la Figura 10.18 el suelo se encuentra en la Zona A, la cual como ya se

explico es de alta dispersividad, por lo que se puede decir que el suelo de Santiváñez según la

clasificación de este análisis es dispersivo.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

0,1 1 10 100 1000 10000

Total de sales Disueltas (meq/L.)

Porc

enta

je d

e so

dio

(Na%

)

Figura 10.18.Grafica de comportamiento para el Ensayo TDS de la muestra sin aditivo.

(Fuente: Propia).


Los resultados del suelo al ser dosificado con este aditivo se encuentran detallados en la Tabla

10.38, en el cual se puede observar elevados valores de cationes Solubles de sodio, los cuales


155

sobrepasan los 1000. El dato anterior ya nos indica que el suelo tratado con este aditivo darán

valores que se encuentran en la Zona A, y esto se puede confirmar en la Figura 10.19. En la ya

mencionada figura todos lo valores sobrepasan el porcentaje de Sodio sobre un 90%, lo cual es

lógico por el hecho que la sal es prácticamente sodio.

Tabla 10.38. Resultados del ensayo TDS de la muestra dosificada con sal

(Fuente: Propia)

TDS - Dosificación con Sal


(%) % de saturación Ca++ Mg++ Na+ K+

S1 5 34 100,00 70,00 1601,60 0,05 S2 8 32,8 90,00 90,00 2002,00 0,05 S3 13 32 90,00 100,00 3718,00 0,05 S4 17 30 95,00 105,00 3750,00 0,05 S5 20 28,8 120,00 60,00 4862,00 0,05 S6 25 27,2 110,00 110,00 5291,00 0,05

meq = miliequivalente

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

0,1 1 10 100 1000 10000


Porc

enta

je d

e so

dio

(Na%

)

Figura 10.19.Grafica de comportamiento para el Ensayo TDS de la muestra dosificada con sal.

(Fuente: Propia).


Los datos obtenidos del suelo dosificado con Cal para este ensayo se encuentran en la Tabla 10.39.

Ahora bien el análisis nos demuestra que el suelo se encuentra en la Zona A (Figura 10.20) de


156

clasificación para este ensayo por lo que se puede decir que el suelo es clasificado como dispersivo,

para este aditivo el porcentaje de sodio sobrepasa el 80 %.

Tabla 10.39. Resultados del ensayo TDS de la muestra dosificada con cal

(Fuente: Propia)

TDS - Dosificación con Cal Cationes Solubles (meq/lt.)

Muestra Dosificación (%) % de saturación

Ca++ Mg++ Na+ K+ C1 2 40,80 0,25 0,25 51,48 0,02 C2 5 45,60 7,00 0,50 65,78 0,01 C3 8 46,40 12,00 0,50 64,35 0,03 C4 11 48,00 12,00 1,00 67,21 0,07 C5 15 53,60 13,00 0,05 71,50 0,12 C6 20 48,40 7,50 0,50 68,64 0,27


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

0,1 1 10 100 1000 10000


Porc

enta

je d

e so

dio

(Na%

)

Figura 10.20.Grafica de comportamiento para el Ensayo TDS de la muestra dosificada con Cal.

(Fuente: Propia).

10.9.4. DOSIFICACION CON CEMENTO PORTLAND

Los resultados obtenidos con Cemento se encuentran en la Tabla 10.40 , mostrando valores de

Cationes solubles de sodio muy elevados lo cual nos da la pauta que el suelo ya se encontrara en la

Zona A, y clasificando al suelo como dispersivo. La Figura 10.21 nos muestra que el suelo se

encuentra en la Zona de alta dispersividad.


157

Tabla 10.40. Resultados del ensayo TDS de la muestra dosificada con Cemento (Fuente: Propia)

TDS - Dosificación con Cemento

Cationes Solubles (meq/lt.) Muestra

Dosificación (%) % de saturación Ca++ Mg++ Na+ K+

T1 2 42,00 0,25 0,25 107,25 0,20 T2 5 42,00 2,50 0,50 128,70 0,43 T3 8 39,20 8,00 1,00 128,70 0,73 T4 11 42,80 7,50 0,50 107,25 1,33 T5 15 41,20 12,50 0,50 114,40 1,96 T6 20 40,80 5,00 1,00 117,98 3,30


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

0,1 1 10 100 1000 10000


Porc

enta

je d

e so

dio

(Na%

)

Figura 10.21.Grafica de comportamiento para el Ensayo TDS de la muestra dosificada con Cemento

(Fuente: Propia).

10.9.5. DOSIFICACION CON SULFATO DE ALUMINIO HIDRATADO

Los resultados obtenidos del suelo dosificado con alumbre se denota en la Tabla 10.41 , mostrando

valores de Sodio ya no tan elevados y la Figura 10.22 nos muestra que el suelo se encuentra ya en la

Zona B (No Dispersiva) y la Zona C (Transición) , logrando clasificar al suelo como no dispersivo

para dosificaciones superiores de 15 % de alumbre.

Sin embargo el suelo ya no se comporta como Dispersiva para ninguna de las dosificaciones por el

hecho que ninguno de los valores supera los 60% de sodio.


158

Tabla 10.41. Resultados del ensayo TDS de la muestra dosificada con alumbre (Fuente: Propia)

TDS - Dosificación con Sulfato de Aluminio



A1 2 35,20 21,00 24,00 42,90 0,03 A2 5 36,80 20,00 40,00 48,62 0,10 A3 10 35,60 14,00 76,00 64,35 0,23 A4 15 35,60 12,00 133,00 68,64 0,23 A5 17 34,00 12,00 128,00 68,64 0,25 A6 20 35,60 13,00 147,00 62,92 0,20


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

0,1 1 10 100 1000 10000


Porc

enta

je d

e so

dio

(Na%

)

Figura 10.22.Grafica de comportamiento para el Ensayo TDS de la muestra dosificada con Alumbre

(Fuente: Propia).

10.9.6. DOSIFICACION CON MELAZA Los resultados obtenidos del suelo dosificado con melaza se denota en la Tabla 10.42, mostrando

valores de Sodio ya no tan elevados y la Figura 10.23 nos muestra que el suelo muestra dos valores

en la Zona A (Dispersiva) y 4 en la Zona B (No dispersiva), logrando clasificar al suelo como no

dispersivo para dosificaciones superiores de 10 % de melaza.

Sin embargo el suelo aun se comporta como Dispersiva para bajas dosificaciones.


159

Tabla 10.42. Resultados del ensayo TDS de la muestra dosificada con Melaza (Fuente: Propia)

TDS - Dosificación con Melaza



M1 2 33,60 13,00 14,00 50,05 0,22 M2 5 36,40 15,50 17,00 45,76 0,40 M3 10 36,80 55,00 105,00 44,33 2,10 M4 15 48,00 60,00 160,00 27,17 11,30 M5 17 39,20 99 160 57,2 14,2 M6 20 37,20 100 150 54,34 18,3


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

0,1 1 10 100 1000 10000


Porc

enta

je d

e so

dio

(Na%

)

Figura 10.23.Grafica de comportamiento para el Ensayo TDS de la muestra dosificada con Melaza

(Fuente: Propia). 10.10. ENSAYO QUIMICO DE FRACCIONES DE SUELO

Con referencia al comportamiento de la arcilla dosificada en este ensayo a continuación se mostrara

la mejora que existe a medida que se aumenta la dosificación de: Cal, Cemento, Sal, Melaza y

Alumbre .Figuras 10.24, 10.25, 10.26, 10.27, 10.28 respectivamente.


160

Figura 10.24. Comportamiento de la nubosidad para una arcilla tratada con diferentes dosificaciones de Cal

Los resultados obtenidos con este ensayo para la cal nos muestra una mejoría de un suelo

clasificado por este suelo como Grado 4 (Altamente Dispersivo) a un suelo de donde al ser tratado

con este aditivo nos demostró una mejoría a Grado 2 (Intermedio).

Los resultados fueron muy parecidos a los que se lograron con la Cal para el Cemento Figura

10.26., se logro mejorar el suelo con dosificaciones tan bajas como de 5% de Cemento que el suelo

se comporte a un grado 2 (Intermedio).

Los resultado logrados con la Sal no fueron muy variables, donde se logro simplemente con una

dosificación de 13% de sal un comportamiento de grado 2 (Intermedio) como se ve en la Figura

10.27., pero es lógico ya que si se analizan los resultados del Ensayo de Erosión interna la sal

mejora el suelo pero no a una condición deseable.

5 % 8 % 11 % 15 % 20 % 2 %

2 min

1 hra

6 hrs.


161

Figura 10.25. Comportamiento de la nubosidad para una arcilla tratada con diferentes dosificaciones de Cemento.

Figura 10.26. Comportamiento de la nubosidad para una arcilla tratada con diferentes dosificaciones de Sal.

Los resultados obtenidos con Melaza son mas consoladores ya que nos demuestran un

comportamiento mucho menos dispersivo, convirtiendo así a la melaza en unos de los aditivos

orgánicos con mejores resultados para este estudio experimental sobre arcillas dispersivas de la

5 % 8 % 11 % 15 % 20 % 2 %

2 min

1 hra

6 hrs.

8 % 13 % 17 % 20 % 25 % 5 %

2 min

1 hra

6 hrs.


162

Zona del Parque Santiváñez de Cochabamba, logrando que las arcillas con ciertas dosificaciones

tengan un comportamiento de Grado 1 (No Dispersivo).Figura 10.27.

Figura 10.27. Comportamiento de la nubosidad para una arcilla tratada con diferentes dosificaciones de Melaza.

Figura 10.28. Comportamiento de la nubosidad para una arcilla tratada con diferentes dosificaciones de Alumbre.

5 % 10 % 15 % 17 % 20 % 2 %

6 hrs.

1 hrs.

2 min.

5 % 10 % 15 % 17 % 20 % 2 %

2 min.

1 hra.

6 hrs.


163

Los resultados con Alumbre en este ensayo fueron los mejores, talvez por el hecho que el alumbre

es usado en aplicaciones en solución, sin embargo los resultados como se muestran en la Figura

10.28., nos muestra que el comportamiento es de Grado 1 (No dispersivo), demostrando que el

suelo mejoro el grado de dispersividad.

10.11. ENSAYO DE PH


En la tabla siguiente se ven los valores del pH para dos profundidades diferentes del suelo sin tratar.

Tabla 10.43. Valores de pH para el suelo sin aditivo. (Fuente: Propia).

Descripción

de la muestra pH

no tratada Prof.: 0,5 m 8,44 no tratada Prof.: 1,5 m 8,40

Los valores de la Tabla 10.43 para las diferentes profundidades es muy similar con una diferencia

de 0.04 lo cual se podría considerar pequeño o nulo. Al estar por encima de 7 se lo considera como

un suelo básico.


La tabla 10.38 presenta los resultados del pH para el suelo dosificado con cloruro de sodio.

Tabla 10.44. Valores de pH para el suelo dosificado con Sal.

(Fuente: Propia).

PH - Dosificación con Sal

Muestra Dosificación (%) pH

S1 5 7,58 S2 8 6,57 S3 13 7,81 S4 17 7,94 S5 20 7,36 S6 25 7,34

El comportamiento del suelo dosificado con Sal en relación del suelo sin tratar es de reducción en

cierto grado del pH, pero esta reducción no es muy notoria y más que reducirse podríamos decir que


164

se mantiene el valor del pH del suelo natural, Tabla 10.44. Por tanto podríamos decir que el Cloruro

de Sodio no afecta en gran magnitud en los valores del pH del suelo natural.


En la Tabla 10.45 presentamos los resultados del ensayo del pH para el suelo dosificado con Cal

Hidratada. Tabla 10.45. Valores de pH para el suelo tratado con Cal Hidratada.

(Fuente: Propia). PH - Dosificación con Cal Hidratado


C1 2 11,68 C2 5 11,72 C3 8 11,74 C4 11 11,91 C5 15 12,02 C6 20 11,78

Ahora bien a diferencia del suelo tratado con sal, este aditivo (Cal hidratada) incrementa el pH del

suelo a valores superiores, con un máximo de 12.02. El suelo a mayor dosificación de Cal va

convirtiéndose en un suelo de pH básico, lo cual lleva al problema de la regeneración del las

plantas, pero se dice que este es un efecto inmediato y que después de un tiempo el pH vuelve a

estabilizarse. Tabla 10.45.

10.11.4. DOSIFICACION CON CEMENTO PORTLAND

El cemento al igual que la Cal tiende a elevar el valor de pH y llevarlo por encima de 12 lo cual

como ya se explico en la Cal causa problemas de regeneración. El comportamiento de este aditivo

causa en el suelo una tendencia de elevar el pH a medida que se aumente la dosificación. Siendo el

Cemento el que eleva más el pH de 8.44 a 12.23 como se puede ver en la Tabla 10.46.

Tabla 10.46. Valores de pH para el suelo tratado con Cemento. (Fuente: Propia).

PH - Dosificación con Cemento


T1 2 11,87 T2 5 12,01 T3 8 12,16 T4 11 12,12 T5 15 12,22 T6 20 12,23


165

10.11.5. DOSIFICACION CON ALUMBRE

El comportamiento del suelo tratado con alumbre es completamente opuesto al del tratamiento con

los anteriores, es decir que los anteriores aditivos elevan el valor del pH del suelo a medida que la

dosificación sea mayor, mayor es el pH, mientras que con el Alumbre a mayor dosificación el valor

de pH es menor y lo convierte de básico a ácido ya que todos sus valores están por debajo de 7, y

este es el único aditivo que reduce el pH de 8.44 a 3.73 logrando el pH mas bajo como se puede

observar en la Tabla 10.47., entre los aditivos usados.

Tabla 10.47. Valores de pH para el suelo tratado con Alumbre.

(Fuente: Propia).

PH - Dosificación con Alumbre


A1 2 6,27 A2 5 4,33 A3 10 3,94 A4 15 3,84 A5 17 3,78 A6 20 3,73

10.11.6. DOSIFICACION CON MELAZA El comportamiento de la Melaza; el único aditivo ligado con materia orgánica; reduce el pH del

suelo volviéndolo ácido y logrando una reducción de pH a medida que la dosificación aumenta,

Tabla 10.48.

Tabla 10.48. Valores de pH para el suelo tratado con Melaza.

(Fuente: Propia).

PH - Dosificación con Melaza


M1 2 7,40 M2 5 6,08 M3 10 5,89 M4 15 5,58 M5 17 4,64 M6 20 4,73


166

10.12. COMPARACION DE RESULTADOS ENTRE ADITIVOS

10.12.1. LIMITES DE CONSISTENCIA

En la Figura 10.29 presentamos la comparación de los comportamientos del suelo dosificado con

los distintos aditivos para observar las diferencias entre estos. Podemos observar que el

comportamiento del suelo dosificado con la sal es muy parecido al suelo dosificado con melaza; los

dos se clasifican según la carta de plasticidad como Arcillas de baja plasticidad, al igual que el suelo

sin tratar.

Carta de PlasticidadComparacion de Aditivos

0

10

20

30

40

50

60

0 10 20 30 40 50 60 70

Limite Liquido, LL.

Indi

ce d

e Pl

astic

idad

, IP

Linea A

Linea U

SinAditivoSal

Cal

Cemento

Alumbre

melaza



Arcillas de plasticidad alta

Limos de compresibilidad media

Figura 10.29. Comparación de comportamientos del suelo dosificado con los distintos aditivos (Limites de consistencia).

(Fuente: Propia).

El suelo dosificado con Cemento y Cal logró un comportamiento de Limos de Compresibilidad

media, logrando un comportamiento distinto al del Arcilla natural. Esto es debido a que la Cal y el

Cemento incrementan la plasticidad del suelo y hace que se comporte como Limos.

En cambio a diferencia de todos los anteriores aditivos el suelo dosificado con Alumbre se

comporta como Arcilla de plasticidad media.


167

10.12.2. PROCTOR MODIFICADO

El suelo al ser dosificado tuvo diferentes comportamientos con los distintos aditivos. Se partió de

Ensayos de Próctor Modificado sin dosificación para dos profundidades 0.5m y 1.5m, donde sus

valores son w%(contenido de humedad 0.5m)=13.11 y φdmax (peso especifico seco 0.5m)=19.11

KN/m³, w%(contenido de humedad 1.5m)=11.45 y φdmax (peso especifico seco 0.5m)=19.53

KN/m³.

Como podemos observar en la Figura 10.9 a medida que aumenta la dosificación con Cal, vemos

que aumenta el contenido de humedad; esto es debido a que la cal es ávida de agua por tanto a

mayor cal necesita mayor cantidad de agua; este comportamiento es todo lo contrario para el caso

de la melaza como podemos ver en la Figura 10.12. Lo que quiere decir que utilizando la melaza

como aditivo, logramos mayores valores del Peso Especifico Seco con menores cantidades de agua.

El incremento de cloruro de Sodio en el suelo hace que se incremente el peso específico seco y

reduzca el contenido de humedad hasta cierto rango para todas las dosificaciones, lo cual es lo

contrario del tratamiento con Cemento. Por lo contrario a todos los aditivos, el suelo dosificado con

Alumbre lo valores de Contenido de humedad y peso específico seco se mantuvo casi constante de

los valores del suelo natural.

10.12.3. CBR

En la Figura 10.30 mostramos la comparación del comportamiento del suelo dosificado con todos

los aditivos utilizados, donde podemos apreciar la amplia diferencia en los valores del CBR con

Cemento.

En este caso la cal difiere del cemento, con el que la resistencia sigue aumentando para contenidos

muy altos de estabilizante arriba del 20% de dosificación como se muestra en la Figura 10.31 Se

puede observar que con la dosificación mas baja del aditivo de cemento (2%) el valor de CBR es

mas alto que el valor hallado con la dosificación mas alta de cal (20%), mostrando así una vez mas

que el cemento es uno de los mejores aditivos si de resistencia se trata.


168

RELACION DE SOPORTE CALIFORNIAComparacion entre Aditivos

0

50

100

150

200

250

300

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26

Dosificaciones [%].

CB

R [%

]

Sal

Cal

Alumbre

Melaza

Cemento

Figura 10.30 Comparación de comportamientos del suelo dosificado con los distintos aditivos-CBR

(Fuente: Propia).

En la Figura 10.31 podemos observar más claramente la diferencia entre los comportamientos con

los aditivos a excepción del Cemento. Mostrando a la cal como segundo aditivo de mejor resultado

para CBR, a diferencia de comportamiento con Cal, el suelo mezclado con melaza tiende a

aumentar el valor de resistencia a medida que aumenta la dosificación, en el proyecto se tomó la

dosificación máxima de 20% para la melaza. Y con la Figura 10.17 observamos que el valor de

CBR incrementa proporcionalmente con la dosificación, es decir no se encontró la dosificación en

la cual el suelo no muestre insensibilidad, como lo hace con la cal donde 8% de cal es al valor a

partir del cual no existe variación notoria.

RELACION DE SOPORTE CALIFORNIAComparacion entre Aditivos

0

5

10

15

20

25

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26

Dosificaciones [%].

CB

R [%

]

Sal

Cal

Alumbre

Melaza


(Fuente: Propia).


169

10.12.4. CARACTERISTICAS DE DISPERSIVIDAD

En la Tabla 10.49 presentamos un resumen completo de todos los ensayos realizados para

determinar el grado de Dispersividad en todos los aditivos. Demostramos que el Alumbre dio

resultados mas óptimos de reducción de Dispersividad ya que en los cuatro ensayos los resultados

dieron clasificaciones de No Dispersividad, es aconsejable que el criterio de clasificación del suelo

sea el mas repetitivo de los cuatro ensayos, es decir que si tres de los cuatro ensayos clasifican al

suelo como no dispersivo o en estado intermedio el suelo sea clasificado como “No Dispersivo”.

Tabla 10.49. Resumen de ensayos de Dispersividad.

(Fuente: Propia).

COMPARACION DE ENSAYO DE DISPERSIVIDAD Dosificación Clasificación después de la Dosificación

Aditivo % Pinhole Crumb Test TDS Doble. Hidrometria

Sal 5 ND3 Moderada a ligeramente dispersiva Grado 4 Altamente Dispersivo Zona A Suelos Dispersivos 36,00% No Dispersiva Sal 8 ND3 Moderada a ligeramente dispersiva Grado 3 Dispersivo Zona A Suelos Dispersivos 13,72% No dispersiva Sal 13 ND3 Moderada a ligeramente dispersiva Grado 2 Intermedio Zona A Suelos Dispersivos 10,71% No dispersiva Sal 17 ND3 Moderada a ligeramente dispersiva Grado 3 Dispersivo Zona A Suelos Dispersivos 28,57% No dispersiva Sal 20 ND2 No dispersiva Grado 3 Dispersivo Zona A Suelos Dispersivos 7,02% No dispersiva Sal 25 D2 Dispersiva Grado 3 Dispersivo Zona A Suelos Dispersivos 29,17% No dispersiva Cal 2 ND1 No dispersiva Grado 4 Altamente Dispersivo Zona A Suelos Dispersivos 4,35% No dispersiva Cal 5 ND1 No dispersiva Grado 3 Dispersivo Zona A Suelos Dispersivos 11,36% No dispersiva Cal 8 ND1 No dispersiva Grado 2 Intermedio Zona A Suelos Dispersivos 0,00% No dispersiva Cal 11 ND1 No dispersiva Grado 2 Intermedio Zona A Suelos Dispersivos 0,00% No dispersiva Cal 15 ND1 No dispersiva Grado 2 Intermedio Zona A Suelos Dispersivos 0,00% No dispersiva Cal 20 ND1 No dispersiva Grado 3 Dispersivo Zona A Suelos Dispersivos 0,00% No dispersiva

Cemento 2 ND1 No dispersiva Grado 4 Altamente Dispersivo Zona A Suelos Dispersivos -- -- Cemento 5 ND1 No dispersiva Grado 2 Intermedio Zona A Suelos Dispersivos -- -- Cemento 8 ND1 No dispersiva Grado 2 Intermedio Zona A Suelos Dispersivos -- -- Cemento 11 ND1 No dispersiva Grado 3 Dispersivo Zona A Suelos Dispersivos -- -- Cemento 15 ND1 No dispersiva Grado 2 Intermedio Zona A Suelos Dispersivos -- -- Cemento 20 ND1 No dispersiva Grado 3 Dispersivo Zona A Suelos Dispersivos -- -- Alumbre 2 ND3 Moderada a ligeramente dispersiva Grado 3 Dispersivo Zona C De Transición 0,00% No dispersiva Alumbre 5 ND3 Moderada a ligeramente dispersiva Grado 1 No dispersivo Zona C De Transición 0,00% No dispersiva Alumbre 10 ND1 No dispersiva Grado 1 No dispersivo Zona C De Transición 0,00% No dispersiva

Alumbre 15 ND1 No dispersiva Grado 2 Intermedio Zona B Suelos no dispersivos 0,00% No dispersiva

Alumbre 17 ND1 No dispersiva Grado 1 No dispersivo Zona B Suelos no dispersivos 0,00% No dispersiva

Alumbre 20 ND1 No dispersiva Grado 1 No dispersivo Zona B Suelos no dispersivos 0,00% No dispersiva

Melaza 2 ND3 Moderada a ligeramente dispersiva Grado 4 Altamente Dispersivo Zona A Suelos Dispersivos 83,30% Dispersiva Melaza 5 ND2 No dispersiva Grado 4 Altamente Dispersivo Zona C De Transición 76,00% Dispersiva

Melaza 10 ND1 No dispersiva Grado 2 Intermedio Zona B Suelos no dispersivos 72,00% Dispersiva

Melaza 15 ND1 No dispersiva Grado 1 No dispersivo Zona B Suelos no dispersivos 0,00% No dispersiva

Melaza 17 ND1 No dispersiva Grado 2 Intermedio Zona B Suelos no dispersivos 0,00% No dispersiva

Melaza 20 ND1 No dispersiva Grado 1 No dispersivo Zona B Suelos no dispersivos 0,00% No dispersiva


170

De todos los ensayos realizados con las diferentes dosificaciones se puede resumir que con

excepciones de dosificaciones de 5 % de sal, 2% de melaza, 5% de melaza y 10 % de melaza, todos

los demás son inferiores a 40% (según la clasificación del ensayo Doble Hidrometria) por lo que se

los considera no dispersivos, en el caso de la sal solo la dosificación mas baja dio resultados

dispersivos y de la melaza a partir de un 15% dio resultados de no dispersividad. No se realizaron

ensayos para el cemento por el temor de fracturar los vasos de vidrio que se utilizan en el ensayo al

momento de limpiarlos ya que el cemento se adhería en la parte del fondo. Como se observa en la

Figura 10.18., casi todos los valores se encuentran por debajo de la línea de 40% lo que quiere decir

que la dispersividad se redujo, exceptuando claro algunos valores ya nombrados. En general de un

100% de dosificaciones que se utilizaron, un 56% de estos lograron clasificar al suelo como No

Dispersivos.

10.12.5. EXPANSION

Ahora bien si hablamos de características de expansión vemos claramente que la Cal y el Cemento

son aquellos aditivos que disminuyen este valor desde un 4 % reduciéndolos mas del 50%, la Sal es

aquel aditivo que muestra un incremento de la expansión hasta casi el doble del inicial siendo este

el peor aditivo en cuanto a esta característica. La Melaza tiende a disminuir la expansión pero en

menor grado en comparación con la Cal y el Cemento, el Alumbre disminuye logrando su valor

mínimo con una dosificación de 10% de dosificación.

Caracteristicas de ExpansionComparacion entre Aditivos

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26

Dosificaciones [%].

Expa

nsio

n [%

]

Sal

Cal

Cemento

Alumbre

Melaza

Figura 10.32. Grafica del comportamiento de expansión para los diferentes aditivos. (Fuente: Propia).


171

10.12.6. pH Ahora bien para que exista un mejor entendimiento del comportamiento para los diferentes aditivos

en relación al pH del suelo se muestra en la Figura 10.33., lo diferentes comportamientos

gráficamente. Como ya se explico en el Capitulo 8, el valor del pH mas adecuado para una planta

esta entre 6.5 y 7, lo cual nos indica que para no alterar el crecimiento de una planta los únicos

aditivos permitidos serian la melaza y el alumbre y que las dosificaciones máximas serian de 1 a 3%

para el alumbre y de 4 a 8% para la melaza. Sin embargo también cabe aclarar que los pH extremos

o mejor dichos muy altos o muy bajos afectan a la plantas por lo que se debe analizar muy bien los

aditivos que logran pH superiores a 12 o inferiores a 4. Siempre un pH alto causa más daño por lo

que los valores obtenidos para la Cal y el Cemento son más dañinos que los encontrados por la

melaza, sal y alumbre.

Graf ica pH vs. D o sif icacio n

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

0 5 10 15 20 25 30

Dosi f i c a c i on %

pH

MELAZA

SAL

CAL

ALUMBRE

CEMENTO

8, 42

Figura 10.33. Grafica del comportamiento pH para los diferentes aditivos.

(Fuente: Propia).

CAPITULO 11 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

172

CAPITULO 11

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

11.1. CONCLUSIONES

El presente proyecto logró identificar agentes estabilizadores como Cal hidratada, Cemento,

Cloruro de Sodio, Sulfato de Aluminio Hidratado y Melaza o miel de caña, los cuales

lograron disminuir la dispersividad del suelo y mejorar la capacidad de carga.

Se hizo un reconocimiento del sitio de estudio logrando determinar de forma visual que la

zona esta compuesta de Arcilla Dispersiva.

La zona del Parque Industrial Santiváñez presenta Arcillas dispersivas de Grado elevado

según la clasificación de los cuatro ensayos realizados en laboratorio para la determinación

del grado de Dispersividad.

Los 5 aditivos introducidos para la estabilización fueron: Cloruro de Sodio, Cal Hidratada,

Cemento Pórtland, Sulfato de Aluminio Hidratado, Miel de caña (Melaza).

Los agentes de estabilización disminuyeron en diferentes grados la dispersividad del suelo,

de donde la Melaza y el Sulfato de Aluminio presentaron mejores resultados, sin embargo

la cal hidratada y el cemento lograron clasificar al suelo como No Dispersivo.


173

De los agentes estabilizadores incorporados para el presente proyecto, la Melaza, la Cal

Hidratada y el Cemento Pórtland dieron resultados de resistencia mecánica (Relación de

Soporte California) elevados, los cuales se clasifican según el Método de diseño CBR como

Subrasantes “excelentes”.

Según la carta de plasticidad, el cemento Pórtland y la cal hidratada logran convertir el

comportamiento del suelo de una arcilla de baja plasticidad a un limo de compresibilidad

media.

Se concluye que la Cal Hidratada, Cemento, Melaza logran disminuir el grado de

Dispersividad del suelo del Parque Industrial Santiváñez como también aumentan la

resistencia mecánica del mismo, siendo la única diferencia entre estos las dosificaciones de

aplicación.

11.2. RECOMENDACIONES

Para la Caracterización de Dispersividad de la muestra se recomienda realizar de los cuatro

ensayos por lo menos tres, excluyendo al Ensayo Químico de Fracciones de Suelo (Crumb-

Test).

Para todos los ensayos realizados con la aplicación de aditivos se recomienda la maduración

de la muestra suelo – aditivo de por lo menos 24 hrs. para una mejor homogenización e

interacción entre las partículas.

El pH se debe tomar en cuenta por el hecho que afecta a la regeneración de las plantas. Se

observo que la Sal es el Aditivo que daña en menor proporción al ecosistema.

Se recomienda para el caso de la Cal y el Cemento tomar en cuenta el curado, por tal

motivo se debe realizar el ensayo una vez humedecida la muestra debido a que la cal y el

Cemento son ávidas de agua.

Para la dosificación con Alumbre, Melaza se recomienda preparar la solución minutos antes

de la dosificación respectiva, debido a que la utilización de soluciones guardadas hacen que

el Alumbre y la Melaza no produzcan su efecto floculante en las partículas.


174

Siempre es bueno ver que tipo de plantas existen en la zona para ver el pH máximo

admisible que soportan, esto ya que los aditivos podrían afectar a la regeneración de las

plantas adyacentes al lugar de aplicación.

Siempre es recomendable que la dosificación que se utilice sea en 1% más de la elección

con la cual se quiere tratar una zona.

11.3. OBSERVACIONES

Se observo que en la realización del ensayo de Limite plástico para el suelo dosificado con

melaza a medida que se incrementaba la dosificación era mas difícil llegar a este limite ya

que el suelo se comportaba mas como un suelo Orgánico.

Se observo que para el suelo dosificado con Cemento y Cal el valor de expansión mayor se

obtuvo en el 1er día de la muestra sumergida y que a partir de este el valor se incrementaba

en menor proporción, por lo contrario con Sal la expansión incrementaba

proporcionalmente al pasar de los dias sumergidos en el agua.

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175


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CALIBRACION DE MOLDES CBR

Nº golpes Peso del molde [gr]



152,38 116,21 116,07 116,4756 5549,5 152,21 152,28

152,06 119,16 118,79 119,5925 5681,5 151,79 151,79

Diametro [mm] Altura [mm]

10 5426,5 153,93 153,18 153,48 122,26 123,14 122,68

153,89 123,58 123,96 123,5

153,29

56 5446 153,66 153,73

25 5392,5 153,45 153,47 153,83 123,59 123,6 123,88

153,94 117,49 117,16

116,41

117,49

B. Set Nº 1


152,36 152,39 116,45 116,49

116,56

25 4230 152,39 152,34 152,3 116,53 116,48 116,46

C. Set Nº 2

10 152,344230

56 4230 152,3

10 4946,5 153,95

A. Set Laboratorio


152,35 152,35 116,39 116,44

Laboratorio Geotecnia-UMSS B 1

Laboratorio Geotecnia-UMSS B 1

A. DATOS GENERALES

Proyecto: PI 013/06Ubicación: Santivañez Fecha: 15-may-06Descripción de la muestra: Arcilla magra-CLIdentificación de muestra: sin aditivo Profundidad: 0,5 mTipo de muestra: Operador: C.VasquezExtracción de la muestra:

B. DATOS DEL ENSAYOIdentificación del picnómetro A-2 A-6Masa del picnómetro [g] 138,49 163,19Volumen del picnómetro [ml] 499,48 499,81Masa del picnómetro + agua [g] 637,361 662,370Masa del picnómetro + agua + suelo [g] 700,32 725,18Temperatura [ºC] 17,00 17,20Masa recipiente [g] 374,96 374,98Masa recipiente + muestra seca [g] 473,05 472,99Masa muestra seca [g] 98,09 98,01Densidad del agua a la temperatura del ensayo [g/cm3] 0,99878 0,99874

1,00057 1,000542,79 2,78

C. RESULTADO2,79 2,79

Factor de corrección

2,79

GRAVEDAD ESPECIFICAastm D 854-02

Gravedad específica sin corrección

Gravedad especifica aparente a 20 ºC

Inalterada RecompactadaAlterada

Cliente GTUMSS

A. DATOS GENERALES

Proyecto: PI 013/06Ubicación: Santivañez Fecha: 08-jun-06Descripción de la muestra: Arcilla magra-CLIdentificación de muestra: sin aditivo Profundidad: 1,5 mTipo de muestra: Operador: F.GalindoExtracción de la muestra:

B. DATOS DEL ENSAYOIdentificación del picnómetro A-2 A-6Masa del picnómetro [g] 138,63 163,34Volumen del picnómetro [ml] 499,48 499,81Masa del picnómetro + agua [g] 637,621 662,630Masa del picnómetro + agua + suelo [g] 703,24 728,14Temperatura [ºC] 15,50 15,90Masa recipiente [g] 379,48 374,95Masa recipiente + muestra seca [g] 482,89 478,43Masa muestra seca [g] 103,41 103,48Densidad del agua a la temperatura del ensayo [g/cm3] 0,99902 0,99896Factor de corrección 1,00081 1,00075Gravedad específica sin corrección 2,74 2,73

C. RESULTADOravedad especifica aparente a 20 ºC 2,74 2,73

2,73


Inalterada RecompactadaAlterada

Cliente GTUMSS

A. DATOS GENERALES

Proyecto: PI 013/06Ubicación: Santivañez Fecha: 05-sep-06Descripción de la muestra: Arcilla magra-CLIdentificación de muestra: Dosificacion con 2% de sal Profundidad: 0,8 mTipo de muestra: Operador: C.MinaExtracción de la muestra:

B. DATOS DEL ENSAYOIdentificación del picnómetro A-2 A-6Masa del picnómetro [g] 138,51 163,18Volumen del picnómetro [ml] 499,48 499,81Masa del picnómetro + agua [g] 637,486 662,485Masa del picnómetro + agua + suelo [g] 669,94 694,78Temperatura [ºC] 15,70 15,80Masa recipiente [g] 379,49 374,97Masa recipiente + muestra seca [g] 430,08 425,46Masa muestra seca [g] 50,59 50,49Densidad del agua a la temperatura del ensayo [g/cm3] 0,99899 0,99899Factor de corrección 1,00078 1,00077Gravedad específica sin corrección 2,79 2,77

C. RESULTADOravedad especifica aparente a 20 ºC 2,79 2,78

2,78


Inalterada RecompactadaAlteradaCliente GTUMSS

Dosificacion%

Sin aditivo 0,5 m 27,54 18,42 9,12

Sin aditivo 1,5 m 24,91 17,85 7,06Sal 5 31,84 18,75 13,09Sal 8 29,87 18,15 11,72Sal 13 28,71 18,03 10,68Sal 17 28,2 18,03 10,17Sal 20 27,54 17,73 9,81Sal 25 27,54 16,42 11,12Cal 2 42,98 26,02 16,96Cal 5 48,91 29,3 19,61Cal 8 48,78 30,82 17,96Cal 11 48,16 30,96 17,2Cal 15 48,53 31,68 16,85Cal 20 47,04 30,42 16,62

Cemento 2 36,85 24,02 12,83Cemento 5 38,41 24,37 14,04Cemento 8 38,45 25,08 13,37Cemento 11 37,39 26,18 11,21Cemento 15 36,33 26,88 9,45Cemento 20 38,88 26,63 12,25Alumbre 2 32,67 19,42 13,25Alumbre 5 36,53 21,65 14,88Alumbre 10 39,58 23,16 16,42Alumbre 15 32,03 21,78 10,25Alumbre 17 30,9 20,62 10,28Alumbre 20 30,15 20,36 9,79Melaza 2 30,99 19,96 11,03Melaza 5 30,36 18,97 11,39Melaza 10 29,01 18,03 10,98Melaza 15 27,94 17,87 10,07Melaza 17 27,86 17,51 10,35Melaza 20 26,89 17,29 9,6

Cortesia del Laboratorio de Geotecnia-Realizado en el Laboratorio de Geotecnia

Planilla Limites de Consitencia

Aditivo LL LP IP

Dosificacion%

Sin aditivo 0,5 m 19,11 13,11

Sin aditivo 1,5 m 19,54 11,42Sal 5 19,64 11,43Sal 8 19,54 11,69Sal 13 19,87 10,05Sal 17 19,73 9,79Sal 20 19,35 11,16Sal 25 19,29 10,01Cal 2 18,66 12,85Cal 5 17,82 14,08Cal 8 18,11 14,99Cal 11 17,66 17,39Cal 15 17,3 16,37Cal 20 16,79 17,32

Cemento 2 18,66 10,8Cemento 5 19,22 11,94Cemento 8 18,99 12,16Cemento 11 18,66 13Cemento 15 18,69 13,69Cemento 20 19,06 13,32Alumbre 2 19,04 12,68Alumbre 5 18,89 13,71Alumbre 10 19,06 13,35Alumbre 15 18,9 13,78Alumbre 17 19,27 13,12Alumbre 20 19,36 14,29Melaza 2 19,55 11,49Melaza 5 19,67 11,02Melaza 10 19,39 11,62Melaza 15 19,44 12,11Melaza 17 19,91 10,55Melaza 20 20,04 10


Aditivo Peso unitario seco max KN/m3 Contenido de humerad optimo W%

Planilla Proctor modificado

Dosificacion%

Sin aditivo 0,5 m

Sin aditivo 1,5 mSal 5Sal 8Sal 13Sal 17Sal 20Sal 25Cal 2Cal 5Cal 8Cal 11Cal 15Cal 20

Cemento 2Cemento 5Cemento 8Cemento 11Cemento 15Cemento 20Alumbre 2Alumbre 5Alumbre 10Alumbre 15Alumbre 17Alumbre 20Melaza 2Melaza 5Melaza 10Melaza 15Melaza 17Melaza 20


4,56,17,5

10,1

3,13,52,33,6

1,73,64,22,9

105170304320

22,1233988

9,521

22,522,2

1111

2,16

2,641,31,3

Aditivo

Planilla CBR

CBR %

Dosificacion%

Sal 5 ND3 Moderada a ligeramente dispersiva Grado 4 Altamente Dispersivo Zona A Suelos Dispersivos 36,00% DispersivaSal 8 ND3 Moderada a ligeramente dispersiva Grado 3 Dispersivo Zona A Suelos Dispersivos 13,72% No dispersivaSal 13 ND3 Moderada a ligeramente dispersiva Grado 2 Intermedio Zona A Suelos Dispersivos 10,71% No dispersivaSal 17 ND3 Moderada a ligeramente dispersiva Grado 3 Dispersivo Zona A Suelos Dispersivos 28,57% No dispersivaSal 20 ND2 No dispersiva Grado 3 Dispersivo Zona A Suelos Dispersivos 7,02% No dispersivaSal 25 D2 Dispersiva Grado 3 Dispersivo Zona A Suelos Dispersivos 29,17% No dispersivaCal 2 ND1 No dispersiva Grado 4 Altamente Dispersivo Zona A Suelos Dispersivos 4,35% No dispersivaCal 5 ND1 No dispersiva Grado 3 Dispersivo Zona A Suelos Dispersivos 11,36% No dispersivaCal 8 ND1 No dispersiva Grado 2 Intermedio Zona A Suelos Dispersivos 0,00% No dispersivaCal 11 ND1 No dispersiva Grado 2 Intermedio Zona A Suelos Dispersivos 0,00% No dispersivaCal 15 ND1 No dispersiva Grado 2 Intermedio Zona A Suelos Dispersivos 0,00% No dispersivaCal 20 ND1 No dispersiva Grado 3 Dispersivo Zona A Suelos Dispersivos 0,00% No dispersiva

Cemento 2 ND1 No dispersiva Grado 4 Altamente Dispersivo Zona A Suelos Dispersivos -- --Cemento 5 ND1 No dispersiva Grado 2 Intermedio Zona A Suelos Dispersivos -- --Cemento 8 ND1 No dispersiva Grado 2 Intermedio Zona A Suelos Dispersivos -- --Cemento 11 ND1 No dispersiva Grado 3 Dispersivo Zona A Suelos Dispersivos -- --Cemento 15 ND1 No dispersiva Grado 2 Intermedio Zona A Suelos Dispersivos -- --Cemento 20 ND1 No dispersiva Grado 3 Dispersivo Zona A Suelos Dispersivos -- --Alumbre 2 ND3 Moderada a ligeramente dispersiva Grado 3 Dispersivo Zona C De Transicion 0,00% No dispersivaAlumbre 5 ND3 Moderada a ligeramente dispersiva Grado 1 No dispersivo Zona C De Transicion 0,00% No dispersivaAlumbre 10 ND1 No dispersiva Grado 1 No dispersivo Zona C De Transicion 0,00% No dispersivaAlumbre 15 ND1 No dispersiva Grado 2 Intermedio Zona B Suelos no dispersivos 0,00% No dispersivaAlumbre 17 ND1 No dispersiva Grado 1 No dispersivo Zona B Suelos no dispersivos 0,00% No dispersivaAlumbre 20 ND1 No dispersiva Grado 1 No dispersivo Zona B Suelos no dispersivos 0,00% No dispersivaMelaza 2 ND3 Moderada a ligeramente dispersiva Grado 4 Altamente Dispersivo Zona A Suelos Dispersivos 83,30% DispersivaMelaza 5 ND2 No dispersiva Grado 4 Altamente Dispersivo Zona C De Transicion 76,00% DispersivaMelaza 10 ND1 No dispersiva Grado 2 Intermedio Zona B Suelos no dispersivos 72,00% DispersivaMelaza 15 ND1 No dispersiva Grado 1 No dispersivo Zona B Suelos no dispersivos 0,00% No dispersivaMelaza 17 ND1 No dispersiva Grado 2 Intermedio Zona B Suelos no dispersivos 0,00% No dispersivaMelaza 20 ND1 No dispersiva Grado 1 No dispersivo Zona B Suelos no dispersivos 0,00% No dispersiva


Planilla de Dispersividad

Aditivo Clasificacion despues de la Dosificacion

Pinhole Crumb Test TDS Doble. Hidrometria

Documents

Tesis