Efecto de concentraciones salinas sobre la compactación

Efecto de concentraciones salinas sobre la compactación del suelo.

Proyecto De Grado

Presentado a: Nicolás Estrada Mejía

La Universidad De Los Andes

Facultad De Ingeniería

Departamento De Ingeniería Civil Y Ambiental

Para obtener el título de

Ingenieras Civiles

Por

Beatriz Juliana Vanegas García

Laura Fernanda Sarmiento González

Diciembre 2014

- Asesor: Nicolás Estrada Mejía, Profesor Asistente, Universidad de los Andes

1

Agradecimientos

En primer lugar agradecemos a nuestros padres por su apoyo incondicional y por contribuir

a nuestra formación profesional como ingenieras civiles. De igual forma, agradecemos al

asesor de este proyecto, el doctor Nicolás Estrada Mejía, debido a que gracias a su apoyo e

interés en el desarrollo del proyecto, se pudo completar la totalidad de los objetivos

propuestos. Por último, pero no menos importante, es necesario agradecer a todo el

personal técnico de los laboratorios, ya que siempre estuvieron dispuestos a colaborar y

supervisar cada uno de los ensayos realizados.

2

Tabla de contenido

Índice de Tablas .................................................................................................................................. 3

Índice de Gráficas ............................................................................................................................... 3

1. Introducción ................................................................................................................................ 4

1.1 Justificación ......................................................................................................................... 5

1.2 Alcance ................................................................................................................................ 5

1.2.1 Objetivo General ......................................................................................................... 5

1.2.2 Objetivos específicos ................................................................................................... 5

2. Marco teórico .............................................................................................................................. 6

2.1 Estudios previos del efecto de la sal en suelos arcillosos .................................................... 6

2.2 Ensayo de compactación Proctor (IVN-E-143) ................................................................... 7

2.2.1 Peso específico seco y Porcentaje de humedad ........................................................... 8

2.2.2 Cálculos ....................................................................................................................... 9

2.2.3 Campana y Energía de compactación ....................................................................... 10

3. Descripción de material ............................................................................................................. 12

4. Procedimiento: .......................................................................................................................... 14

4.1 Ensayo proctor (modelo) ................................................................................................... 14

4.2 Ensayo proctor estándar .................................................................................................... 16

4.2.1 Muestra 2 ................................................................................................................... 17

4.2.2 Muestra 3 ................................................................................................................... 17

4.3 Inmersión de las muestras ................................................................................................. 17

5. Resultados y análisis ................................................................................................................. 19

5.1 Muestra 1 ........................................................................................................................... 19

5.2 Muestra 2 ........................................................................................................................... 25

5.3 Muestra 3 ........................................................................................................................... 28

5.4. Inmersión de las muestras ................................................................................................. 32

6. Conclusiones y recomendaciones .............................................................................................. 33

7. Bibliografía ............................................................................................................................... 34

3

Índice de Tablas

Tabla 1. Granulometría de la muestra 2. ........................................................................................... 12

Tabla 2. Granulometría de la muestra 3. ........................................................................................... 13

Tabla 3. Dimensiones y características del modelo. ......................................................................... 14

Tabla 4. Resultados muestra 1 concentración de 0.00 g/L ................................................................ 19

Tabla 5. Resultados muestra 1, concentración 10 g/L ....................................................................... 20



Tabla 8. Humedad optima y peso específico seco de cada concentración para la muestra 1 ............ 23

Tabla 9. Aumento promedio de propiedades con la aplicación de sal .............................................. 24


Tabla 11. Resultados muestra 2, concentración 30 g/L ..................................................................... 26

Tabla 12. Humedad optima y peso específico seco de cada concentración para la muestra 2 .......... 27

Tabla 13. Aumento promedio de propiedades con la aplicación de sal para muestra 2 .................... 27


Tabla 15. Resultados muestra 3, concentración 30 g/L ..................................................................... 29

Tabla 16. Humedad optima y peso específico seco de cada concentración para la muestra 3 .......... 31

Tabla 17. Aumento promedio de propiedades con la aplicación de sal para la muestra 3 ................ 31

Tabla 18. Expansión y compresión de suelo sumergido en agua ...................................................... 32

Tabla 19. Desplazamiento de las muestras bajo condiciones de saturación ...................................... 32

Índice de Gráficas

Gráfica 1 Resultados de proyecto de grado del ingeniero Juan Pablo Dueñas (Dueñas, 2014) .......... 6

Gráfica 2. Relación típica de contenido de humedad vs. Densidad seca (Wray, 1986) .................... 10

Gráfica 3. Cambio de campana de compactación según la energía de compactación (Wray, 1986) 11

Gráfica 4. Curva de compactación muestra 1, concentración 0.00 g/L ............................................. 19

Gráfica 5. Curva de compactación muestra 1, concentración 10 g/L ................................................ 20



Gráfica 8. Campanas de compactación de las concentraciones de 0, 10, 20 y 30 g/L para la muestra

1 ......................................................................................................................................................... 23

Gráfica 9. Curva de compactación muestra 2, concentración 0 g/L .................................................. 25

Gráfica 10. Curva de compactación muestra 2, concentración 30 g/L .............................................. 26

Gráfica 11. Campanas de compactación de las concentraciones de 0 y 30 g/L para la muestra 2 .... 27


Gráfica 13. Curva de compactación muestra 3, concentración 30g/L ............................................... 30

Gráfica 14. Campanas de compactación de las concentraciones de 0 y 30 g/L para la muestra 3 .... 30

4

1. Introducción

En la ingeniería civil existen varios campos de acción, y éstos se clasificaban respecto a la

prioridad y relevancia dada por los ingenieros. Anteriormente, los ingenieros civiles

consideraban que el terreno simplemente participaba como material de soporte de

edificaciones de bajo peso e incluso se le daba poca participación mecánica puesto que no

se conocían ni estudiaban sus características y propiedades estructurales. Sin embargo, en la

actualidad quienes tienen la responsabilidad de determinar la estabilidad de las

edificaciones, han comprendido que el suelo es parte fundamental en el comportamiento

estructural y por lo tanto se han propuesto estudiarlo y clasificarlo.

En estos estudios se establece si el terreno encontrado es adecuado para las solicitaciones

de carga e incluso se plantea la modificación de sus propiedades mediante la combinación

con otros elementos o materiales que permitan mejorar sus condiciones mecánicas y la

interacción positiva con la estructura. Por ello se realizan modelos que permiten la

aproximación de propiedades físicas y mecánicas del suelo tales como su tamaño, densidad,

textura, capacidad de absorción de humedad, contenido de arcilla, granulometría, entre

otras.

Entre estos estudios destaca el realizado por el doctor Asuri Sridharan quien en su artículo

Engineering behaviour of clays: Influence of mineralogy, muestra a través de diferentes

ensayos la influencia de la sal (NaCl) como agente modificador o estabilizador de las

propiedades y características de suelos con contenidos significativos de arcillas (Sridharan,

2002). En base a esto y a otros estudios realizados en proyectos anteriores, se buscó

comprobar el efecto de la sal sobre la humedad óptima de compactación y el peso

específico seco de suelos con diferentes contenidos de arcillas. Para ello, se emplearon tres

muestras de diferente composición de suelo, generando así las respectivas curvas de

compactación por medio del ensayo de proctor estándar y de un modelo de éste a menor

escala.

5

1.1 Justificación

El ingeniero Juan Pablo Dueñas en su proyecto de grado, analizó el comportamiento de

diferentes mezclas de arcilla en presencia de sal, con el fin de replicar el ensayo realizado

por Asuri Sridharan (2002) y M. Schmitz con L.A. vanPaassen en el 2003 (Sridharan,

2002). En su trabajo, Dueñas llegó a la conclusión de que algunos tipos de arcillas

(especialmente las montmorillonitas) presentan un cambio en el límite líquido, ya que éste

disminuye a medida que la concentración de sal aumenta, hasta estabilizarse; tal como lo

describen las teorías que buscó comprobar (Dueñas, 2014).

1.2 Alcance

Se quiere comprobar si el aumento de salinidad, además de generar disminución del límite

líquido, produce variaciones en las propiedades mecánicas de los suelos. De ser así, se

quiere identificar si estas propiedades aumentan o disminuyen. Por otra parte, se busca

establecer si el efecto de NaCl sobre el suelo estudiado es reversible.

1.2.1 Objetivo General

Comprobar si la sal (NaCl) tiene efectos sobre algunas propiedades de los suelos como el

peso específico seco y la humedad óptima.

1.2.2 Objetivos específicos

Identificar si existe un efecto del cloruro de sodio en el comportamiento mecánico

de los suelos con altos y bajos contenidos de finos.

Probar si el efecto de la sal en las propiedades de los suelos analizados es reversible.

6

2. Marco teórico

2.1 Estudios previos del efecto de la sal en suelos arcillosos

El proyecto que se está desarrollando, surge a partir de estudios realizados por el Ingeniero

Juan Pablo Dueñas en el presente año, en el cual se busca replicar los ensayos y corroborar

los planteamientos realizados en los estudios del doctor Asuri Sridman (2001) y R.M.

Shmitz con L.A. vanPaassen (2003); en estos se plantea y demuestra por medio de

diferentes ensayos, que las propiedades de los suelos arcillosos pueden variar si se

encuentran en presencia de diferentes concentraciones de sal (Dueñas, 2014). El ingeniero

Dueñas, realizó ensayos con diferentes mezclas compuestas de dos tipos de arcillas

(caolinita y bentonita) a las cuales se les adicionó agua con concentraciones de salinidad de

0.00, 10.00, 20.00 y 30.00 g/L; para cada mezcla, Dueñas calculó el límite líquido y evaluó

la tendencia de la propiedad para cada concentración. De lo anterior se tienen los siguientes

resultados (ver Gráfica 1):

Gráfica 1 Resultados de proyecto de grado del ingeniero Juan Pablo Dueñas (Dueñas, 2014)

7

El ingeniero Dueñas concluyó que la sal si tiene un efecto en el límite líquido de las arcillas,

sobre todo en las que son de tipo montmorillonitas (bentonita), y plantea que esta

disminución del límite líquido puede implicar un cambio en propiedades mecánicas del

suelo.

2.2 Ensayo de compactación Proctor (IVN-E-143)

En las normas INV-E-141 a la INV-E-143 del INVIAS, se encuentran descritos los

procedimientos y requisitos de las muestras para realizar el ensayo de compactación (norma

que corresponde a la AASHTO T 272). En la norma se describen 4 métodos condicionados

por el tipo y tamaño del material, que resultan en el empleo de diferentes moldes o número

de golpes (INVIAS).

Método A: Se emplea para un suelo que pasa por el tamiz No 4

Molde:

Diámetro: 102mm

Altura: 116.43 ± 0.127 mm

# Capas: 3

# Golpes: 25

Peso del maso: 2.5 kg

Altura caída libre: 305 mm

Método B: Se emplea para un suelo que pasa por el tamiz No 4

Molde:

Diámetro: 152mm

Altura: 116.43 ± 0.127 mm

# Capas: 3

# Golpes: 56



Método C: Se emplea para un suelo que pasa por el tamiz de ¾’’ y la muestra puede

provenir de terreno.

Molde:

Diámetro: 102mm

Altura: 116.43 ± 0.127 mm

# Capas: 3

8

# Golpes: 25



Método D: Se emplea para un suelo que pasa por el tamiz de ¾’’.

Molde:

Diámetro: 152mm

Altura: 116.43 ± 0.127 mm

# Capas: 3

# Golpes: 56



Para cada método, primero se mezcla el suelo con el agua correspondiente al 3% del peso

del material, de tal manera que se aumente la humedad proporcionalmente en cada

repetición; de esta forma se desarrolla el ensayo para humedades de 3%, 6%, 9%, 12%,

15% y 18%. Luego se compacta capa por capa, golpeando repetidas veces con el mazo

(según el método). Posteriormente el suelo se enrasa y se pesa.

Una vez pesado el suelo compactado, se separa una fracción de éste para medir el

porcentaje de humedad real de la muestra, ya que todos los suelos en su estado natural

presentan una humedad inicial; éste se pesa y se lleva al horno mínimo por 12 horas,

posteriormente se pesa el suelo seco. Lo anterior se repite agregando agua por cada

procedimiento culminado.

2.2.1 Peso específico seco y Porcentaje de humedad

Mediante el ensayo proctor, se obtienen como resultado dos propiedades que describen

algunas características de un suelo, los cuales corresponden a: Peso específico seco y

porcentaje de humedad. El primero se representa con el símbolo 𝛾𝑠𝑒𝑐𝑜 y físicamente se

refiere a la densidad del suelo sin incluir el peso del agua que contiene. La segunda

propiedad se refiere a la cantidad de agua que hay en proporción con el peso total de la

muestra.

La humedad para la cual se obtiene el peso específico máximo se considera como la

humedad óptima de compactación. En la práctica, el ingeniero de suelos solicita estos

valores para poder desarrollar las pruebas de densidad en campo y, aconsejar a la

9

constructora como debe ajustar la humedad del suelo y poder lograr la densidad requerida.

Debido a que usualmente en el laboratorio se obtiene un peso específico mayor, con menor

porcentaje de humedad óptimo, se determina que el valor de la densidad en el campo debe

ser al menos de 95% del resultado del laboratorio según lo establece la norma ASTM

D698-78 (Wray, 1986).

2.2.2 Cálculos

Los cálculos que se deben realizar para obtener las propiedades de interés provienen de las

mediciones realizadas en los ensayos, donde se debe tener: el peso y volumen del molde, el

peso del molde más el suelo compactado para cada humedad, el peso húmedo de cada

fracción separada y el peso seco de los mismos. Una vez culminados estos procedimientos

y al tener todos los datos se procede a realizar los siguientes cálculos:

1. El porcentaje de humedad de la prueba se realiza de la siguiente manera:

%𝑤 = 𝑊ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑜 − 𝑊𝑠𝑒𝑐𝑜

𝑊𝑠𝑒𝑐𝑜 𝐸𝑞. 1

Donde W húmedo es el peso de la fracción de suelo húmeda separada, w seco es el peso de

la fracción después de pasar por el proceso del horno.

2. Peso específico de la muestra

𝛾 =𝑊𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜+𝑚𝑜𝑙𝑑𝑒 − 𝑊𝑚𝑜𝑙𝑑𝑒

𝑉𝑚𝑜𝑙𝑑𝑒 𝐸𝑞. 2

Donde 𝑊𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜+𝑚𝑜𝑙𝑑𝑒W es el peso del suelo compactado dentro del molde, 𝑊𝑚𝑜𝑙𝑑𝑒 es el

peso del mismo y 𝑉𝑚𝑜𝑙𝑑𝑒 es el volumen del recipiente que contiene el suelo.

3. Peso específico Seco

𝛾𝑠𝑒𝑐𝑜 =𝛾

1 + %𝑤 𝐸𝑞. 3

Donde γ es el peso específico de la muestra y el %w es el porcentaje de humedad de la

muestra calculado anteriormente.

10

2.2.3 Campana y Energía de compactación

La manera típica de representar los datos es por medio de una gráfica de humedad contra el

peso específico seco del material. Esta gráfica es una curva cóncava en forma de campana

como se muestra en la gráfica 2, donde se puede ver bien representado que con poca o con

mucha humedad el resultado de peso específico no llegará al máximo, sino que existe un

punto, que es la humedad óptima, donde la densidad es la máxima para ese tipo de suelo.

De igual forma, se puede observar en la siguiente gráfica que esta campana se encuentra

siempre al lado izquierdo de una línea de saturación del material, esto indica que para que

el suelo llegue a sus condiciones óptimas de densidad, éste no puede estar saturado (ver

Gráfica 2).

Gráfica 2. Relación típica de contenido de humedad vs. Densidad seca (Wray, 1986)

Por otro lado, para un mismo tipo de suelo pueden existir infinito número de campanas,

debido a que los ensayos pueden tener diferente energía de compactación. La energía de

compactación está determinada por la variación de los factores en el procedimiento del

ensayo, lo cual afecta el valor de humedad oprima y de 𝛾𝑠𝑒𝑐𝑜 como lo muestra la gráfica 3.

11

Gráfica 3. Cambio de campana de compactación según la energía de compactación (Wray, 1986)

En esta gráfica se puede identificar que para cada energía, se tiene una combinación óptima,

y uniendo estos puntos se obtiene la línea de óptimos del material. Esta energía está

determinada por la siguiente ecuación:

𝐸𝑎[𝑘𝑔 ∗ 𝑚 𝑚3⁄ ] =𝑊𝑚 ∗ 𝐻𝑐𝑎𝑖𝑑𝑎 ∗ #𝐺𝑜𝑙𝑝𝑒𝑠 ∗ #𝐶𝑎𝑝𝑎𝑠

𝑉𝑚𝑜𝑙𝑑𝑒 𝐸𝑞. 5

Donde 𝑊𝑚 es el peso del mazo; 𝐻𝑐𝑎𝑖𝑑𝑎es la altura de la caída; #Golpes es el número de

golpes por cada capa; # de capas es el número de capas para la compactación y 𝑉𝑚𝑜𝑙𝑑𝑒 es el

volumen del molde donde se realiza el ensayo.

12

3. Descripción de material

Con frecuencia los ingenieros se encuentran en sus proyectos con suelos que muchos años

atrás fueron lechos de río. Esto implica la presencia de un alto porcentaje de arenas finas

con una proporción significativa de arcilla. Dicho material, posee gran variabilidad en su

comportamiento mecánico ante la presencia de agua; es por esto, que las muestras de suelo

usadas durante el desarrollo de los ensayos buscaron simular estas situaciones que tienen

lugar en la práctica. Para los primeros ensayos se realizó una mezcla en laboratorio, de

ahora en adelante llamada muestra 1, con las siguientes proporciones: 50% arena, 25%

Arcilla tipo caolinita y 25% arcilla tipo Montmorillonita, (bentonita).

El segundo material empleado (muestra 2), es un suelo obtenido de una cantera cercana a

Bogotá, disponible en el laboratorio, a continuación, se muestra la granulometría de este

suelo.

Tabla 1. Granulometría de la muestra 2.

No Tamiz %

1 0,00

3./4 0,66

1./2 2,67

3./8 5,67

4 17,12

8 24,92

16 17,12

38 13,84

50 10,17

100 5,44

200 1,73

Pasa 200 0,66

Como se puede ver en la tabla anterior, el porcentaje de finos de este material es escaso;

además, no se tiene conocimiento de que tipo de arcilla contiene esta mezcla. Finalmente,

se definió la muestra 3, la cual fue producto del tamizado de la muestra 2 (pasa tamiz

No.16), es decir, se obtuvo una mezcla con arena fina y un contenido de arcilla superior

respecto al de la muestra 2. Esto se realizó con el fin de obtener un material con mayor

proporción de suelos finos puesto que este proyecto tiene como fin analizar los efectos de

NaCl sobre éstos. A continuación se muestra la granulometría final de esta muestra.

13

Tabla 2. Granulometría de la muestra 3.

No Tamiz %

38 4

50 3

100 18

200 4

Pasa 200 2

14

4. Procedimiento:

4.1 Ensayo proctor (modelo)

El ensayo realizado para medir una la densidad seca del suelo es el ensayo de compactación

de proctor; por medio de éste, se puede determinar el porcentaje de humedad óptimo y su

respectivo peso específico seco. Para la ejecución de este ensayo se requiere el uso de un

molde y de un martillo cuyas especificaciones y forma de uso se estipulan en el método A

descrito de la sección 2.2. Sin embargo, para efectos de este proyecto se decidió fabricar un

modelo a menor escala de dicho montaje, con el fin de reducir la cantidad de material

utilizado en cada ensayo. Para definir las dimensiones de los elementos correspondientes al

modelo, se realizaron los siguientes cálculos a partir de la ecuación 5:

𝐸𝑃 =2,5 𝑘𝑔 × 0,305 × 3 × 25

9,44 × 10−4 𝑚3

𝐸𝑚 =𝑊𝑚 × 0,1𝑚 × 3 × 25

0,05 × 𝜋 ×(0,052)

4

𝐸𝑚 = 𝐸𝑃 𝐸𝑞. 6

𝑊𝑚 = 0,79 𝑘𝑔

De esta manera fue posible definir la carga o peso que se requería para la energía de

compactación. Sin embargo, las dimensiones de los elementos obtenidos para la fabricación

del modelo no correspondían exactamente a las planteadas inicialmente, motivo por el cual

fue preciso definir nuevamente la altura de caída de la carga. A continuación se muestran

las características finales del modelo del proctor estándar:

Tabla 3. Dimensiones y características del modelo.

W[Kg] 0,7338

h [cm] 0,123

𝐸𝑚[𝐾𝑔. 𝑚 𝑚3⁄ ] 73893,6

h molde [m] 0,04

d molde [m] 0,054

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Una vez definidas las dimensiones y características del modelo a menor escala se procedió

con la búsqueda y obtención de los materiales necesarios para realizar finalmente el

montaje que se muestra en la ilustración 1.

Ilustración 1. Elementos del modelo a menor escala del proctor estándar.

A continuación se describen las actividades que componen y describen el método A del

ensayo proctor (modelo), el cual fue ejecutado para una muestra sin concentraciones de sal:

1. Se hizo la mezcla de los suelos correspondientes a la muestra 1 descrita en la

sección 3.

2. A continuación se le adicionó el 3% de agua respecto a la cantidad de material y se

distribuyó en toda la muestra.

3. Una vez obtenida la mezcla de suelo y agua deseada se introdujo el suelo en el

molde de manera tal que fue posible realizar la primera capa.

4. Luego se le aplicaron 25 golpes a la capa de material.

5. Para terminar el proceso de compactación se repitieron los puntos 3 y 4 de manera

tal que se generaron 3 capas de material compactadas.

6. Seguidamente se enrasó la muestra que se encontraba en el molde y se midió su

peso.

7. Para la determinación de la humedad real de la muestra de suelo fue necesario medir

el peso húmedo y el peso seco de ésta, motivo por el cual se tomó una pequeña

16

cantidad representativa de dicha muestra. Esta cantidad de material fue pesada en el

momento de la realización del ensayo y 24 horas después (tiempo durante el cual la

muestra se secó en un horno a 110℃).

8. El proceso descrito anteriormente se repitió varias veces hasta obtener una cantidad

de datos que permitieran describir las propiedades estudiadas en este proyecto.

9. Finalmente se realizaron los cálculos pertinentes para la obtención de la humedad

óptima y el peso específico seco de la muestra analizada.

Como el propósito de este proyecto es determinar el efecto de la sal sobre las propiedades

estudiadas, se procedió a realizar un proceso similar al descrito anteriormente pero con una

variación en el paso 2. En este paso no se adicionó agua pura a la muestra sino agua con

una concentración de sal determinada. Las concentraciones empleadas fueron 10, 20 y 30

g/L y para cada una de éstas se realizó dos veces dicho procedimiento con el fin de verificar

la consistencia de los datos obtenidos.

4.2 Ensayo proctor estándar

Con el fin de analizar el efecto del NaCl en un tipo de suelo real y no creado en el

laboratorio, se decidió tomar un suelo de cantera y con éste realizar el ensayo de

compactación de proctor estándar, cuyos elementos y características son descritos en la

sección 2.2. A continuación se ilustran dichos elementos (ver ilustración 2)

Ilustración 2. Molde y mazo de proctor estándar

17

4.2.1 Muestra 2

Para el análisis de la muestra 2 se realizó el ensayo de proctor estándar correspondiente al

método A, el cual es enunciado en la sección 2.2. Para dicha muestra se realizaron dos

ensayos, donde el primero consistió en agregar agua sin sal y el segundo en agregar una

mezcla de agua con una concentración de sal de 30 g/L. El procedimiento de estos ensayos

está conformado por los mismos pasos descritos en la sección anterior pero implementando

las herramientas del proctor estándar y no del modelo a menor escala.

4.2.2 Muestra 3

Para la muestra 3 se realizaron los mismos procedimientos explicados en la sección 4.2.1.

La diferencia entre el procedimiento de estos dos grupos de ensayos radica en el inicio de

los ensayos de la muestra 3, en el cual fue necesario realizar procesos de tamizado para

obtener las características granulométricas deseadas y de esta manera evaluar y analizar la

influencia de la sal sobre un material real que estuviera compuesto por mayor porcentaje de

finos. Cada ensayo se repitió 2 veces.

4.3 Inmersión de las muestras

Como parte final de los ensayos correspondientes a este proyecto, se decidió comprobar si

los efectos de la sal sobre la muestra 3 eran reversibles. Para esto se realizó el siguiente

procedimiento:

1. Se tomaron dos moldes del ensayo de proctor estándar y se le adhirieron tres reglas

a cada uno.

2. Se realizó el ensayo proctor estándar de compactación para la humedad óptima tanto

de la mezcla de suelo sin sal como para una mezcla con una concentración de sal de

30 g/L correspondientes a la muestra 3.

3. Una vez compactadas las muestras se le agregó una carga de 9 kg a cada una de

éstas de manera tal que fuera posible simular el peso aproximado de una estructura

de pavimento ligero ( Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja.

CSIC, 2010).

18

4. A continuación se sumergieron totalmente las muestras en agua. Lo anterior, con el

fin de modelar una situación crítica a la cual están expuestos los suelos con

frecuencia, es decir, una condición de saturación total.

5. Finalmente, durante tres días se midió por medio de las reglas si hubo presencia de

expansión o compresión en cada una de las muestras analizadas.

A continuación se ilustra el montaje mencionado en los puntos anteriores:

Ilustración 3. Montaje de muestras sumergidas en agua.

19

5. Resultados y análisis

A continuación, se muestran los resultados de cada ensayo donde se muestran los pesos

específicos secos con sus respectivos porcentajes de humedad; a partir de éstos, se obtienen

las campanas de compactación del material estudiado.

5.1 Muestra 1

Primero, se muestra el resultado de los cálculos de las propiedades para una concentración

de 0 g/L. Posteriormente, se muestran las campanas de las concentraciones de 10, 20 y 30

g/L respectivamente y una comparación entre éstas. Es preciso tener en cuenta que la línea

de tendencia de las gráficas se realizó con el fin de ilustrar aproximadamente la forma en

que se comportan los datos.

Tabla 4. Resultados muestra 1 concentración de 0.00 g/L

Humedad γ Seco [g/cm³]

3.12% 1.49

3.97% 1.49

4.15% 1.52

7.54% 1.49

8.94% 1.46

Gráfica 4. Curva de compactación muestra 1, concentración 0.00 g/L

1.45

1.46

1.47

1.48

1.49

1.50

1.51

1.52

1.53

0.00% 2.00% 4.00% 6.00% 8.00% 10.00%

γ S

eco

[g

/cm

3]

Humedad [%]

Muestra 1 Concentración 0 g/L

20

La campana de compactación tiene el comportamiento esperado para cualquier tipo de

suelo; además de esto, se puede ver que la humedad óptima [𝑊𝑜𝑝𝑡] se encuentra

aproximadamente en 7% con un peso específico seco (𝛾𝑠𝑒𝑐𝑜) correspondiente de

1.52 𝑔

𝑐𝑚3⁄ .

Tabla 5. Resultados muestra 1, concentración 10 g/L


4.78% 1.54

6.66% 1.55

8.76% 1.63

9.44% 1.61

12.77% 1.66

13.25% 1.74

13.44% 1.65

14.51% 1.73

18.11% 1.64

19.44% 1.54

22.31% 1.48

Gráfica 5. Curva de compactación muestra 1, concentración 10 g/L

De la gráfica anterior, se puede observar que con el aumento de la humedad, los valores de

peso específico empiezan a incrementar hasta llegar a un máximo y luego disminuyen. En

1.45

1.50

1.55

1.60

1.65

1.70

1.75

1.80

0.00% 5.00% 10.00% 15.00% 20.00% 25.00%

γ s

eco

[g

/cm

³]

Humedad [%]

Muesta 1 Concentracion 10g/L

21

este caso, el porcentaje de humedad óptimo [𝑊𝑜𝑝𝑡] es aproximadamente de 14% dando un

peso específico seco (𝛾𝑠𝑒𝑐𝑜) de 1.70 𝑔

𝑐𝑚3⁄ . A pesar de seguir el mismo procedimiento del

ensayo anterior, se puede ver que al adicionar una concentración de sal se genera un

aumento en la humedad óptima y del peso específico del material.



4.92% 1.51

5.81% 1.53

11.31% 1.64

11.41% 1.58

16.23% 1.71

16.26% 1.66

18.10% 1.58

18.92% 1.59


Para esta prueba, se aumentó la concentración de sal a 20 gramos por litro, en este caso los

resultados fueron muy dispersos, por tal motivo, se decidió eliminar algunos puntos al

inicio de la gráfica (puntos resaltados en color rojo), ya que no tienen mucha consistencia

con los resultados esperados. Lo anterior debido a la dificultad en distribuir

1.45

1.5

1.55

1.6

1.65

1.7

1.75

0.00% 5.00% 10.00% 15.00% 20.00%

γ s

eco

[g/c

m³]

Humedad [%]


22

homogéneamente el agua en toda la muestra. Esta situación es de esperarse, puesto que

materiales como la bentonita y la sal retienen el agua. Sin embargo, la nube de puntos si

tiende a aumentar hasta llegar a un óptimo para luego disminuir. El valor de humedad

óptima [𝑊𝑜𝑝𝑡] es cercano a 15.5% y un peso específico seco (𝛾𝑠𝑒𝑐𝑜) aproximadamente de

1.67 𝑔

𝑐𝑚3⁄ .



0.86% 1.59

2.35% 1.61

2.58% 1.57

4.57% 1.65

7.54% 1.66

12.53% 1.68

12.69% 1.71

13.50% 1.76

13.50% 1.76

18.48% 1.58

20.62% 1.52


1.45

1.5

1.55

1.6

1.65

1.7

1.75

1.8

0.00% 5.00% 10.00% 15.00% 20.00% 25.00%

γ s

eco

[g

/cm

³]

Humedad [%]

Muestra 1 Concentración 30g/L

23

Finalmente se realizó el ensayo de compactación de proctor con una concentración de sal

de 30 gramos por litro. En ésta prueba los puntos describen bastante bien la campana de

compactación típica. Los valores de porcentaje de humedad óptimo [𝑊𝑜𝑝𝑡] es

aproximadamente de 13% dando un peso específico seco (𝛾𝑠𝑒𝑐𝑜) de 1.72 𝑔

𝑐𝑚3⁄ . A

continuación se presenta una comparación de las cuatro campanas, correspondientes a las 4

concentraciones analizadas (0, 10, 20 y 30 g/L).

Gráfica 8. Campanas de compactación de las concentraciones de 0, 10, 20 y 30 g/L para la muestra 1

A continuación se enumeran los valores correspondientes a la humedad óptima y el peso

específico seco de cada concentración de sal.

Tabla 8. Humedad optima y peso específico seco de cada concentración para la muestra 1

Concentración [g/L] Humedad γ seco [g/cm³]

0.00 7.0% 1.52

10.00 14.0% 1.70

20.00 15.5% 1.67

30.00 13.0% 1.72

1.45

1.50

1.55

1.60

1.65

1.70

1.75

1.80

0.00% 5.00% 10.00% 15.00% 20.00% 25.00%

γ S

eco

[g

/cm

3]

Humedad [%]

Campanas de compactación

Muestra 1

0 g/L 10 g/L 20 g/L 30 g/L

24

Tabla 9. Aumento promedio de propiedades con la aplicación de sal

Aumento promedio

Humedad γ seco [g/L]

102% 11%

Una vez realizados todos los ensayos para la muestra 1 y procesados todos los datos

resultantes, se graficaron todas las campanas obtenidas en un plano cartesiano, de tal

manera que fuera posible realizar una comparación entre los cambios de tamaño, forma y

ubicación de la cresta con respecto al suelo sin concentración de sal.

En la gráfica 8, se identificó que a pesar de que el crecimiento de la humedad óptima y del

peso específico de la muestra no es proporcional al aumento de salinidad, la adición de

NaCl a la mezcla produce cambios significativos en los resultados del ensayo de

compactación, debido a que tanto el porcentaje de humedad óptima como el peso seco del

material aumenta, haciendo que la campana se amplíe y su cresta se mueva en dirección

diagonal derecha. Además se observó que el efecto promedio del Cloruro de Sodio resulta

en un aumento del 102% para el caso de la humedad óptima de compactación, es decir, que

este valor se duplicó respecto a la muestra control (0.00 g/L); de igual forma, hubo un

aumento del 11% para el peso específico seco, lo cual se observa en la tabla 9.

Es posible analizar a partir de la gráfica 8, que el cambio de posición en dirección diagonal

derecha que presentan las crestas de las curvas correspondientes al suelo con contenido de

sal; puede estar relacionado a que la línea de saturación se desplace hacia la derecha,

permitiendo que el suelo pueda retener más agua por efecto de la sal.

Finalmente, se encontró que para las concentraciones de 10.00 y 20.00 g/L de salinidad, la

humedad óptima aumenta, sin embargo, en cierto punto ésta disminuye. Por el contrario, el

peso específico aumenta para la mayor concentración de sal empleada; de esta manera se

puede plantear que al igual que existe una humedad óptima, puede existir una

concentración de sal óptima que modifique las propiedades de los suelos con contenidos

arcillosos y que permita alcanzar un aumento con la mayor proporción posible entre estas

dos propiedades (%humedad y γ seco).

25

5.2 Muestra 2

La muestra dos como se menciona en la sección 3 de descripción del material, contiene una

alta cantidad de suelos gruesos, sin embargo, se realiza el procedimiento para verificar si el

efecto de la sal es considerable incluso para mezclas con menor porcentaje de material fino.

Además de esto, al ser un suelo de cantera, no se tiene conocimiento de que tipo de arcilla

puede contener. A continuación, se presentan los resultados de los ensayos realizados tanto

para una concentración de 0 g/L como para una de 30 g/L.



2.13% 1.45

3.80% 1.52

8.34% 1.54

10.71% 1.45

10.89% 1.45

11.58% 1.47

15.46% 1.35


1.30

1.35

1.40

1.45

1.50

1.55

1.60

0.00% 2.00% 4.00% 6.00% 8.00% 10.00% 12.00% 14.00% 16.00% 18.00%

γ S

eco

[g

/cm

³]

Humedad [%]


26

En la anterior gráfica, se observa la campana de compactación obtenida de los resultados

del ensayo. Ahí se muestra que el porcentaje de humedad óptimo de este suelo es

aproximadamente en 6%, y tiene un 𝛾𝑠𝑒𝑐𝑜 máximo cercano a 1.55 𝑔

𝑐𝑚3⁄ . Se puede

identificar que la campana tiene la forma típica, con una humedad óptima típica para este

tipo de suelos la cual oscila entre 6 y 9%.



3.64% 1.53

5.96% 1.51

8.06% 1.56

9.20% 1.58

11.75% 1.68

12.89% 1.63


Para esta prueba, se realizó nuevamente el ensayo proctor estándar, agregando agua con

una concentración salina de 30 g/L. El resultado arroja la campana esperada, sin embargo,

el contenido de humedad óptima se encuentra alrededor de 12% el cual supera el rango

1.3

1.35

1.4

1.45

1.5

1.55

1.6

1.65

1.7

0.00% 2.00% 4.00% 6.00% 8.00% 10.00% 12.00% 14.00% 16.00% 18.00% 20.00%

γ s

eco

[g

/cm

³]

Humedad [%]


27

típico de ésta. Para esta humedad se obtuvo un peso específico seco de 1.68 𝑔

𝑐𝑚3⁄ . Como

se observa en la gráfica 10 los primeros puntos no representan el comportamiento esperado

de los datos, lo cual es aceptable dado que la tendencia general de los mismos permite

identificar una cresta y una zona de ascenso y descenso del peso específico.

Gráfica 11. Campanas de compactación de las concentraciones de 0 y 30 g/L para la muestra 2

Los valores máximos según los ajustes de las campanas son aproximadamente:



0.00 6.00% 1.55

30.00 11.70% 1.68

Tabla 13. Aumento promedio de propiedades con la aplicación de sal para muestra 2

Aumento promedio


95% 8%

1.30

1.35

1.40

1.45

1.50

1.55

1.60

1.65

1.70

1.75

0.00% 2.00% 4.00% 6.00% 8.00% 10.00% 12.00% 14.00% 16.00% 18.00%

γ S

eco

[g

/cm

³]

Humedad [%]

Campanas de compactación

0 g/L 30 g/L

28

Al igual que para la muestra 1, en el caso de este tipo de suelo se puede encontrar una

diferencia importante en los resultados de peso específico seco para cada concentración

estudiada. Esto permite concluir que la sal, en efecto, cambia de alguna manera las

propiedades mecánicas de los suelos. Como se muestra en las tablas 12 y 13 el aumento de

la humedad óptima es del 95%, es decir, que la humedad óptima de compactación para un

mismo suelo se duplica y llega a una compactación 8% mayor. Estos datos concuerdan con

los porcentajes de variación de las propiedades de la muestra 1. Debido a que no se realizó

el ensayo en esta muestra para más concentraciones, no se puede concluir nada acerca de la

cantidad apropiada de sal para llegar a una mejor máxima de las propiedades.

5.3 Muestra 3

En esta sección se pueden ver los resultados de los cálculos de porcentaje de humedad y

peso específico seco de la muestra 3, material descrito en la sección 3. Se ensayaron solo

para las concentraciones de 10 g/L y 30 g/L para observar si el comportamiento del suelo

en presencia de sal es el mismo que se han venido describiendo, ahora para una proporción

de finos mayor y una granulometría menos variada.



2.86% 1.56

2.88% 1.54

3.88% 1.61

4.71% 1.59

5.80% 1.66

7.07% 1.67

10.62% 1.77

10.81% 1.77

12.59% 1.76

12.66% 1.74

17.96% 1.65

29


Como se muestra en la gráfica anterior, los datos muestran una tendencia parabólica,

mostrando un pico donde se puede encontrar el 𝛾𝑠𝑒𝑐𝑜 máximo y su respectiva humedad;

estos valores son aproximadamente 1.75 𝑔

𝑐𝑚3⁄ y 11.5% respectivamente.



2.34% 1.57

4.01% 1.60

5.67% 1.70

8.40% 1.73

13.13% 1.77

15.21% 1.72

2.34% 1.57

5.17% 1.54

4.96% 1.69

7.20% 1.73

7.45% 1.87

11.86% 1.81

16.51% 1.67

1.500

1.550

1.600

1.650

1.700

1.750

1.800

0.00% 2.00% 4.00% 6.00% 8.00% 10.00% 12.00% 14.00% 16.00% 18.00% 20.00%

γ s

eco

[g

/cm

³]

Humedad [%]


30

Gráfica 13. Curva de compactación muestra 3, concentración 30g/L

La gráfica 13 ilustra la tendencia parabólica de los datos, describiendo la campana de

compactación con su pico en un peso específico de 1.85 𝑔

𝑐𝑚3⁄ y su correspondiente

porcentaje de humedad aproximadamente en 12%.

Gráfica 14. Campanas de compactación de las concentraciones de 0 y 30 g/L para la muestra 3

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

0.00% 2.00% 4.00% 6.00% 8.00% 10.00% 12.00% 14.00% 16.00% 18.00%

γ s

eco

[g

/cm

³]

Humedad [%]


1.500

1.550

1.600

1.650

1.700

1.750

1.800

1.850

1.900

0.00% 5.00% 10.00% 15.00% 20.00%

γ s

eco

[g

/cm

³]

Humedad [%]

Campanas de Compactación

0 g/L 30 g/L

31



0.00 11% 1.77

30.00 12% 1.85

Tabla 17. Aumento promedio de propiedades con la aplicación de sal para la muestra 3

Aumento promedio


9% 5%

Así como para las muestras anteriores, se puede confirmar que la presencia de sal en la

muestra, incurre en el aumento de la capacidad de compactación de la misma. Además, se

obtiene el valor máximo de γ en un porcentaje de humedad mayor.

A pesar de esto, se puede ver que el aumento de la humedad en este caso no es muy alto,

sin embargo, como se plantea anteriormente, puede ser que la concentración usada no es la

óptima para esta muestra, y exista una cantidad de NaCl tal que el aumento del porcentaje

de humedad y de 𝛾𝑠𝑒𝑐𝑜 sea mayor.

32

5.4. Inmersión de las muestras

A continuación se muestran los resultados correspondientes al desplazamiento que

presentaron las muestras bajo condiciones de saturación total. Los valores positivos

corresponden a la expansión del material mientras que los negativos a la compresión de éste.

Tabla 18. Expansión y compresión de suelo sumergido en agua

Día # Regla

Desplazamiento [mm]

0 g/L 30 g/L

1

1 1.75 0.5

2 1.7 2

3 0 1

2

1 1 1

2 1 0

3 -2 1

3

1 0 0

2 0 0

3 2.5 0

Tabla 19. Desplazamiento de las muestras bajo condiciones de saturación

Desplazamiento Total [mm]

0 g/L 30 g/L

1.98 1.83

Estos resultados ilustran que tanto en la muestra con concentración salina de 0 g/L como en

la de 30 g/L, se puede ver que el suelo tiende a expandirse en proporciones similares. Esto

pudo suceder debido a la ocupación de los vacíos del suelo por el agua.

33

6. Conclusiones y recomendaciones

A partir de los resultados obtenidos se puede concluir que la sal sí genera un gran

cambio en las propiedades de compactación del suelo.

El peso específico seco máximo y su humedad óptima aumentan bajo los efectos de

concentraciones de sal.

Los cambios observados en las propiedades del suelo permiten plantear que la

implementación de sal como agente estabilizador es favorable para el suelo, ya que

permite que el material se comporte mejor aún si se encuentra bajo altos contenidos

de humedad.

Se puede decir que existe una concentración de salinidad óptima para lograr que el

aumento del peso específico seco y de la humedad óptima se maximice.

Bajo condiciones de salinidad, la línea de saturación de las muestras estudiadas

puede presentar desplazamientos.

Del ensayo de inmersión se puede decir que el efecto de la sal parece ser reversible

sobre el suelo cuando se encuentra en condiciones de saturación total. Sin embargo,

los resultados no son concluyentes y se recomienda realizar más ensayos al respecto,

que permitan comprobar dicho planteamiento.

Para futuros proyectos se recomiendo contar con mecanismos o herramientas que

permitan la distribución homogénea de la humedad en toda la muestra.

Los resultados obtenidos mediante el uso de modelos a escala son consistentes con

los resultados de los ensayos realizados en el proctor estándar, por tal motivo se

puede decir que dichos modelos son una herramienta y un medio adecuado para

evaluar propiedades del suelo, permitiendo así un proceso más práctico y la

disminución en el gasto de material.

34

7. Bibliografía

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Estructural. Obtenido de Código técnico de la edificación:

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Documents

Efecto de concentraciones salinas sobre la compactación