REFUERZO DE ESTRUCTURAS TERREAS UTILIZANDO

TEREFTALATO DE POLIETILENO (PET)

JUAN SEBASTIAN ARBELÁEZ VARÓN

DANIEL FERNANDO GÓNGORA PLAZAS

UNIVERSIDAD DE IBAGUÉ

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL

IBAGUÉ

2019

2

REFUERZO DE ESTRUCTURAS TERREAS UTILIZANDO

TEREFTALATO DE POLIETILENO (PET)

JUAN SEBASTIAN ARBELAEZ VARON

DANIEL FERNANDO GONGORA

Monografía de investigación

Título de obtención: Ingeniero civil

DIRECTOR DE PROYECTO

MARIA PAULA SALAZAR SUSUNAGA

ING. CIVIL MAGISTER EN GEOTECNIA

UNIVERSIDAD DE IBAGUÉ

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL

IBAGUÉ – TOLIMA

2019

3

NOTA DE ACEPTACIÓN

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FIRMA DEL PRESIDENTE DEL JURADO

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FIRMA DEL JURADO

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FIRMA DEL JURADO

IBAGUÉ, TOLIMA ___________________ DEL 2019

ÍNDICE

Contenido

ÍNDICE .................................................................................................................................................. 4

RESUMEN ............................................................................................................................................ 8

1. INTRODUCCION ......................................................................................................................... 10

2. OBJETIVOS ................................................................................................................................. 13

2.1. Objetivo general ................................................................................................................ 13

2.2. Objetivos específicos ......................................................................................................... 13

3. JUSTIFICACIÓN........................................................................................................................... 14

4. MARCO DE REFERENCIA ............................................................................................................ 16

5. MARCO CONTEXTUAL ............................................................................................................... 24

6. METODOLOGIA .......................................................................................................................... 33

6.1. Elección del refuerzo ............................................................................................................ 36

6.2. Exploración directa .............................................................................................................. 36

6.3. Caracterización del suelo ..................................................................................................... 39

6.4. Elaboración de los especímenes de prueba ........................................................................ 48

6.5. Pruebas de laboratorio......................................................................................................... 50

7. ANALISIS DE RESULTADOS ......................................................................................................... 53

8. CONCLUSIONES ......................................................................................................................... 76

9. RECOMENDACIONES ................................................................................................................. 78

10. BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................................ 79

11. ANEXOS ................................................................................................................................. 90

5

Índice de Ilustraciónes

Ilustración 1: Ejemplos de fibras sintéticas para reforzar el concreto. (maestros, 2014)... 16

Ilustración 2: Ficha técnica del PET (PET F. t., 2008) ....................................................... 17

Ilustración 3: Cuchara de Casagrande. ............................................................................... 18

Ilustración 4: Montaje del ensayo Proctor (Construpedia, 2016) ....................................... 20

Ilustración 5: Ejemplo de círculo de Mohr. (Colombia U. N., 2006) .................................. 22

Ilustración 6: Ubicación de la vereda potrerillo y su cercanía con la ciudad de Ibagué.

Fuente: Google Maps. ........................................................... ¡Error! Marcador no definido.

Ilustración 7: Ubicación de la extracción de la muestra. ..... ¡Error! Marcador no definido.

Ilustración 8: Descripción de la metodología. ...................... ¡Error! Marcador no definido.

ilustración 9 Extracción del material. ................................... ¡Error! Marcador no definido.

Ilustración 10 Diagrama de fases de un sólido (Techniques, 2005). .... ¡Error! Marcador no

definido.

Ilustración 11 Extracción y preparación de la muestra ........ ¡Error! Marcador no definido.

Ilustración 12 Terrones de arcilla. ........................................ ¡Error! Marcador no definido.

Ilustración 13Cuchara de CasaGrande. ............................... ¡Error! Marcador no definido.

Ilustración 14 : Planos de la copa de Casagrande. Fuente: (Torregrosa, 2015). .......¡Error!

Marcador no definido.

Ilustración 15 Tamizado del material. .................................. ¡Error! Marcador no definido.

Ilustración 16 Clasificación de suelos (USCS). .................... ¡Error! Marcador no definido.

Ilustración 17 Materiales para la determinación de la gravedad especifica...............¡Error!

Marcador no definido.

Ilustración 18 Procedimiento ensayo Proctor....................... ¡Error! Marcador no definido.

Ilustración 19 Molde para ensayo de compactación de Proctor. ......... ¡Error! Marcador no

definido.

Ilustración 20 Molde teórico de la curva de compactación. Fuente: (Whitlow, 1994).

............................................................................................... ¡Error! Marcador no definido.

Ilustración 21 Montaje para el ensayo Proctor. ................... ¡Error! Marcador no definido.

Ilustración 22 Tira típica de PET. ......................................... ¡Error! Marcador no definido.

Ilustración 23: Tiras de refuerzo. .......................................... ¡Error! Marcador no definido.

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6

ilustración 24 Inclusión y mezclado de las fibras de PET. .. ¡Error! Marcador no definido.

Ilustración 25: Suelo con inclusiones de PET. ...................... ¡Error! Marcador no definido.

Ilustración 26: Montaje compresión no confinada. .............. ¡Error! Marcador no definido.

ilustración 27 Falla plástica, falla frágil, falla intermedia. Fuente: (Whitlow, 1994).

............................................................................................... ¡Error! Marcador no definido.

Ilustración 28: Ejemplo de la metodología del círculo de Mohr. (Badillo, 2005) .......¡Error!

Marcador no definido.

Ilustración 29: Modelo teórico de la gráfica esfuerzo vs deformación. Fuente: (Whitman,

1979). ..................................................................................... ¡Error! Marcador no definido.

Ilustración 30: Contenido de humedad Vs numero de golpes. ............................................. 54

Ilustración 31: Grafica de plasticidad. (SUCS) ................................................................... 55

Ilustración 32: Picnómetro para la Gs ................................. ¡Error! Marcador no definido.

Ilustración 33: Gravedad específica. ................................................................................... 56

Ilustración 34: Curva de compactación. .............................................................................. 57

Ilustración 35: Características de los especímenes. ............................................................ 58

Ilustración 36: Algunos especímenes para el montaje experimental. Fuente ...................... 59

Ilustración 37: Montaje experimental de compresión no confinada. .... ¡Error! Marcador no

definido.

Ilustración 38: Circulo de Mohr típico del material. ........................................................... 61

Ilustración 39: Grafica esfuerzo – deformación con 0,3% a 15 Golpes .............................. 61

lustración 40: Grafica esfuerzo – deformación con 0,3% a 25 Golpes. ............................. 62

Ilustración 41: Grafica esfuerzo – deformación con 0,3% a 56 Golpes. ............................. 62

Ilustración 42: Grafica esfuerzo – deformación con 0,5% a 15 Golpes .............................. 63

Ilustración 43: Grafica esfuerzo – deformación con 0,5% a 25 Golpes ............................. 63

Ilustración 44: Grafica esfuerzo – deformación con 0,5% a 56 Golpes. ............................. 64

Ilustración 45: Grafica esfuerzo – deformación con 0,8% a 15 Golpes .............................. 65

Ilustración 46: Grafica esfuerzo – deformación con 0.8% de PET a 25 Golpes. ................ 65

Ilustración 47: Grafica esfuerzo – deformación con 0,8% de PET a 56 Golpes. ................ 65

Ilustración 48: Grafica del Incremento porcentual por espécimen a una compactación de

15 golpes por capa. .............................................................................................................. 71

file:///C:/Users/ASUS/Downloads/TRABAJO%20DE%20GRADO%20FINAL!.docx%23_Toc530225924file:///C:/Users/ASUS/Downloads/TRABAJO%20DE%20GRADO%20FINAL!.docx%23_Toc530225925file:///C:/Users/ASUS/Downloads/TRABAJO%20DE%20GRADO%20FINAL!.docx%23_Toc530225928file:///C:/Users/ASUS/Downloads/TRABAJO%20DE%20GRADO%20FINAL!.docx%23_Toc530225928file:///C:/Users/ASUS/Downloads/TRABAJO%20DE%20GRADO%20FINAL!.docx%23_Toc530225929file:///C:/Users/ASUS/Downloads/TRABAJO%20DE%20GRADO%20FINAL!.docx%23_Toc530225930file:///C:/Users/ASUS/Downloads/TRABAJO%20DE%20GRADO%20FINAL!.docx%23_Toc530225932file:///C:/Users/ASUS/Downloads/TRABAJO%20DE%20GRADO%20FINAL!.docx%23_Toc530225933file:///C:/Users/ASUS/Downloads/TRABAJO%20DE%20GRADO%20FINAL!.docx%23_Toc530225938file:///C:/Users/ASUS/Downloads/TRABAJO%20DE%20GRADO%20FINAL!.docx%23_Toc530225940file:///C:/Users/ASUS/Downloads/TRABAJO%20DE%20GRADO%20FINAL!.docx%23_Toc530225941file:///C:/Users/ASUS/Downloads/TRABAJO%20DE%20GRADO%20FINAL!.docx%23_Toc530225942file:///C:/Users/ASUS/Downloads/TRABAJO%20DE%20GRADO%20FINAL!.docx%23_Toc530225943file:///C:/Users/ASUS/Downloads/TRABAJO%20DE%20GRADO%20FINAL!.docx%23_Toc530225944file:///C:/Users/ASUS/Downloads/TRABAJO%20DE%20GRADO%20FINAL!.docx%23_Toc530225945file:///C:/Users/ASUS/Downloads/TRABAJO%20DE%20GRADO%20FINAL!.docx%23_Toc530225946

7

Ilustración 49 :Grafica del Incremento porcentual por espécimen a una compactación de

25 golpes por capa. .............................................................................................................. 72

Ilustración 50: Grafica del Incremento porcentual por espécimen a una compactación de

56 golpes por capa. .............................................................................................................. 73

Ilustración 51: Deformación de los especímenes. ................................................................ 74

Ilustración 52 Tamizado y mezcla del material con las fibras de PET. ............................... 90

Ilustración 53: Mezclado del material e inclusión de fibras. ............................................... 91

Ilustración 54: Elaboración de los especímenes con su molde. ........................................... 91

Ilustración 55: Especímenes. ................................................................................................ 92

Ilustración 56: Especímenes fallados. .................................................................................. 92

Ilustración 57: Hoja de calculo para realizar las graficas de esfuerzo Vs deformación. ... 93

Ilustración 58: Terrones de suelo y montaje Proctor........................................................... 93

Ilustración 59: Descripción de los especímenes. ................................................................. 94

Ilustración 60: Descripción de los especímenes. ................................................................. 94

Ilustración 61: Hoja de cálculo para los incrementos de resistencia al corte aumentando el

número de golpes. ................................................................................................................. 95

Ilustración 62 Hoja de cálculo para los incrementos porcentuales con el mismo número de

golpes. ................................................................................................................................... 96

Ilustración 63: Lectura de carga de los especímenes. ......................................................... 96

Ilustración 64: Mezclado del material. ................................................................................ 97

Ilustración 65: Preparación de las muestras. ...................................................................... 97

Ilustración 66: Especímenes remodelados. .......................................................................... 98

Ilustración 67: Especímenes remodelados. .......................................................................... 98

Índice de tablas

Tabla 1: Grados de plasticidad. Fuente: (Badillo, 2005). .... ¡Error! Marcador no definido.

Tabla 3: Datos del límite liquido .......................................................................................... 53

Tabla 4: Determinación del límite líquido. Fuente: Autores. .............................................. 53

Tabla 5: Datos Obtención del límite líquido. Fuente: Autores. ........................................... 54

Tabla 6: Promedio de máxima resistencia al corte con baja inclusión de PET. ................. 69

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8

Tabla 7: Máxima resistencia al corte por compactación. .................................................... 70

Tabla 8: Incremento porcentual por espécimen a una compactación de 15 golpes por capa.

.............................................................................................................................................. 71

Tabla 9: Incremento porcentual por espécimen a una compactación de 25 golpes por capa.

.............................................................................................................................................. 72

Tabla 10: Incremento porcentual por espécimen a una compactación de 56 golpes por

capa. ..................................................................................................................................... 73

RESUMEN

En el siguiente proyecto se demostrará el proceso para mejorar un suelo de características

arcillosas (arcilla de alta plasticidad CH), haciendo uso de un método experimental que

consiste en inclusiones aleatorias de PET (Polietileno Tereftalato) para que mejore el com-

portamiento mecánico del suelo que se va a estudiar. El modo de uso de este este material

será en forma de tiras o fibras de material reciclable PET, se cortará en forma de tiras de 8

cm de longitud, 2 mm de ancho y 0.5 mm de espesor (0.5 mm es el espesor de una botella

plástica promedio).

Se usará este tipo de plástico debido a que este material es uno de los que tiene mayor de-

manda en consumo, no solo en Colombia, sino en todo el mundo, además son unos de los

que más contaminan el ambiente, pues este material se usa para fabricar envases plásticos y

la mayoría de los empaques que se utilizan en el mercado hoy en día (Angel , 1993). Par-

tiendo de esta idea, es ideal mitigar el impacto ambiental de tales desechos recolectándolos

para reutilizarlos pasando o no por un proceso anterior de reciclaje.

Para corroborar si existe un incremento en la resistencia en el suelo a analizar (CH), se to-

mó una muestra de suelo mediante una excavación (Muestra alterada) en la vereda Potreri-

llo más específicamente en la finca Altamira en a 3 km de la ciudad de Ibagué. se harán

9

probetas de suelo con inclusión de fibras de PET utilizando 0%, 0.3%, 0,8%, 1%, 1,2% del

peso de las probetas del suelo transformado en tira, se elaborarán 45 probetas las cuales

tienen dimensiones de 4” de alto y 2” de diámetro, estas se discretizaron en 15 que se com-

pactaron con 15 golpes, es decir una compactación media, 15 con 25 golpes siendo esta una

compactación media-alta y finalmente 15 compactadas a 56 golpes siendo esta una compac-

tación alta. concorde con esto, 3 probetas con cada porcentaje de inclusión de PET.

Como resultado de esta monografía, se obtiene que el material de refuerzo en fibras de PET

mejora el comportamiento del suelo, pues el suelo de estudio presento una mejora de

137,24% en cuanto a la resistencia al corte para los especímenes con mayor cantidad de

refuerzo y mayor compactación con respecto a los especímenes sin refuerzo.

Palabras claves: Resistencia al corte, PET, Compactación, Inclusión, Probetas.

ABSTRACT

The following project will demonstrate the process to improve a soil with clay characteris-

tics (clay of high plasticity CH), making use of an experimental method that consists of

random inclusions of PET (Polyethylene Terephthalate) to improve the mechanical behav-

ior of the soil that will be studied. The way of using this material will be in the form of

strips or fibers of PET recyclable material, cut into strips of 8 cm in length, 2 mm in width

and 0.5 mm in thickness (0.5 mm is the thickness of a bottle) average plastic).

This type of plastic will be used because this material is one of those that has the highest

demand in consumption, not only in Colombia, but throughout the world, and they are also

one of the most polluting the environment, as this material used to manufacture plastic con-

tainers and most of the packaging used in the market today (Angel, plastic recycling was

industrialized, 1993). Starting from this idea, it is ideal to mitigate the environmental im-

pact of such waste by collecting it to reuse it, passing or not through an earlier recycling

process.

To corroborate if there is an increase in the resistance in the soil to be analyzed (CH), a soil

sample was taken through an excavation (Altered sample) in the path Potrerillo more spe-

10

cifically in the Altamira farm in 3 km from the city of Ibague. soil samples will be made

with inclusion of PET fibers using 0%, 0.3%, 0.8%, 1%, 1.2% of the weight of the test

pieces of the soil transformed into strip, 45 test pieces will be prepared which have dimen-

sions of 4" high and 2" diameter, these were discretized in 15 that were compacted with 15

strokes, that is to say an average compaction, 15 with 25 strokes I feel this a medium-high

compaction and finally 15 compacted to 56 strokes This being a high compaction. agree

with this, 3 test tubes with each percentage of inclusion of PET.

After carrying out the proposed tests it is concluded that the behavior of the soil using the

fibrous reinforcement has been satisfactory, since the percentage increase of soil showed an

improvement of 137.24% in terms of the cut resistance for the specimens with the greatest

amount of reinforcement and greater compaction.

Keywords: Cut resistance, PET, Compaction, Inclusion, Test tubes.

1. INTRODUCCION

Una de las mayores problemáticas actuales a nivel mundial es la contaminación, debido a

diversos factores como lo son la sobrepoblación mundial; y es que de acuerdo con diferen-

tes investigaciones se conoce que actualmente el planeta posee un índice de natalidad alto,

35% (Díaz, 2013), además a la sociedad se le ha inducido a través de publicidad a llevar

una vida de consumo excesivo, es por esto que las fabricas e industrias incrementan la pro-

ducción, generando con esto una gran cantidad de desechos materiales teniendo en cuenta

que gran porcentaje de ellos son derivados del petróleo, en este trabajo se hablará acerca de

los plásticos, debido a que la industria del plástico se encuentra en crecimiento en nuestro

país y produce gran cantidad de residuos al año, según Acoplásticos la cantidad de

desechos oscila entre las 220.000 y las 280.000 toneladas al año (Acoplasticos, 2011), en

especial se hablara del PET (polietileno tereftalato); este tipo de plástico se presenta y co-

mercializa principalmente en forma de envases, empaques y botellas.

11

Por otro lado, otra de las grandes industrias a nivel mundial y en Colombia es la construc-

ción; en la cual desde los últimos años se viene presentando un crecimiento anual cada vez

mayor, y para el año del 2018 esta cifra se sitúa en un 4,6% (Colombia S. d., 2013); es por

esto que es necesario encontrar materiales que sean aplicables a la ingeniería civil y permi-

tan soluciones eficientes y eficaces a los retos que se presentan día a día en la construcción;

por lo cual es necesario implementar prácticas y procesos de reciclaje, que permitan dismi-

nuir el impacto ambiental que generan estos desechos al planeta.

Con la finalidad anteriormente mencionada, el plástico (PET), ya ha sido implementado en

la industria de la construcción y son muchas los usos actuales de este material; cabe men-

cionar algunos entre los cuales se encuentran los siguientes: estabilización de taludes, mejo-

ramiento de suelo y sub-base granular, construcción de viviendas, etc. Por tanto, es posible

implementar residuos de plástico (PET); en todas las ramas de la construcción; debido a

que sus características y composición son muy útiles,(como por ejemplo, añadir fibras PET

en morteros para mejorar la resistencia a flexión) (Conacyt, 2017).

De este modo, estudios acerca del reforzamiento de suelos con fibras han sido de interés

por los últimos 20 años, tiempo en el cual se han realizado investigaciones acerca del com-

portamiento de suelos reforzados mediante la adición de fibras; algunos antecedentes de la

implementación de fibras en la construcción en Colombia son: en casas o iglesias, cuya

estructura de mampostería está compuesta de bahareque y en las cuales habitan aproxima-

damente 300 familias por municipio (Tiempo, 2010).

Mediante este trabajo de grado, se pretende implementar fibras de PET con dimensiones de

8cm de largo, 0,5cm de ancho y 1mm de espesor; con la finalidad de mejorar las propiedad

mecánicas y físicas del suelo y a su vez, disminuir el impacto ambiental que estos desechos

generan, en este trabajo también se mencionan algunas de las ventajas que tiene la imple-

mentación de este material en suelos inestables, y a través de la adicción de estas fibras se

analiza el comportamiento del suelo reforzado, de manera que se incrementa la resistencia

al corte.

12

Para esta investigación, se utiliza una metodología que consta de añadir al suelo un porcen-

taje de PET (Extraído de botellas de bebidas plásticas utilizadas), en forma de tiras, al suelo

en estado húmedo (humedad optima) de modo aleatorio, sabiendo anteriormente que la

orientación de estas no tiene relevancia en la investigación (Galvis, 2017); para esto es ne-

cesario mezclar de manera manual el suelo húmedo con las tiras; posteriormente se intro-

duce una porción del suelo mesclado dentro de una probeta fabricada anteriormente, y se

compacta mediante golpes en tres capas, finalizando de este modo el procedimiento.

Las variables que se tendrán en cuenta en esta investigación será porcentaje de adición de

fibras y densidad del suelo, utilizando siempre el mismo material de refuerzo y la misma

herramienta de compactación, conociendo que son estos factores los que permiten un in-

cremento en estabilidad del suelo, así como su resistencia al corte esto a su vez, genera una

resistencia a la tensión en suelos reforzados; para el desarrollo de esta investigación es re-

comendable que las dimensiones de ancho de las tiras sean menores a 1cm (Betancourt,

2014) Por último, es importante aclarar que este estudio será realizado en un suelo de carac-

terísticas arcillosas de alta plasticidad; es decir CH según el Sistema de clasificación de

suelos (SUCS).

13

2. OBJETIVOS

2.1.Objetivo general

Estudiar el comportamiento de un suelo reforzado mediante la inclusión de fibras de

PET (Polietileno Tereftalato) con dimensiones de 8 cm de largo, 2mm de ancho y

0,5mm de espesor con el fin de dar estabilidad a estructuras terreas.

2.2.Objetivos específicos

2.2.1 Conocer las propiedades y comportamiento del suelo previo al mejoramiento.

2.2.2 Mejorar la resistencia al corte del suelo mediante la inclusión de fibras aleato-

rias de PET.

2.2.3 Comparar el comportamiento del suelo de análisis antes y después del mejo-

ramiento, observando los resultados obtenidos a partir de los ensayos.

14

3. JUSTIFICACIÓN

Es importante realizar la estabilización de suelos y el mejoramiento de estos aplicados a la

ingeniería geotécnica debido a que son herramientas que permiten enmendar los problemas

que se presentan en un suelo decadente. Dado que, al dejar atrás los años, las estructuras

han aumentado su tamaño y su variedad por lo cual se hace obligatorio que las decisiones

que tomen los constructores estén más direccionadas a la conducta del suelo en el que se va

a situar la estructura. A partir que se empezó a construir, surgió la necesidad de mejorar el

suelo. Esto se puede evidenciar en los suelos donde construyeron algunas ruinas los cuales

estaban mezclados con diferentes tipos de fibras, como paja, raíce, etc. En este momento en

Colombia más específicamente algunos pueblos, se construye mampostería compuesta de

materiales fibrosos que previenen grietas en estas estructuras (Rivera, 2018).

El uso de fibras naturales o sintéticas como ingrediente que refuerza diferentes materiales

ha sido provechoso para la ingeniería pues según los estudios realizados hacen menos de

cincuenta años dicen que unos suelos renovados con diferentes inclusiones fibrosas mejo-

ran la resistencia al corte de algunos suelos como los finos de esta manera se busca solucio-

nar un problema de mitigación de impactos ambientales usando como materia prima un

principal desecho de la sociedad.

15

Partiendo de esto, la propuesta consiste en ejecutar las inclusiones de materiales fibrosos

hechos algún un material se pueda reutilizar de modo provechoso para este fin, pues se sabe

que el porcentaje de desechos no biodegradables en el planeta es muy alto por lo que es de

mucha trascendencia que se reduzcan los impactos ambientales causados por estos residuos.

Uno de estos materiales de desecho que son potencialmente reutilizable es el PET (Polieti-

leno tereftalato) que se usa para la elaboración de botellas plásticas, envases plásticos, y

demás contenedores o materiales plásticos reciclables. Haciendo uso de estos materiales es

posible elaborar otros útiles para procesos de edificación tales como geotextiles, geo-

(Rivera, 2018)mallas o simplemente fibras de sostenimiento.

Cabe notar que este proceso ha sido realizado en algunos lugares de Colombia, en países

como México y España (Betancourt, 2014)con resultados favorables en cuanto al mejora-

miento de los parámetros de resistencia del suelo.

16

4. MARCO DE REFERENCIA

Las fibras sintéticas

Son denominadas así, puesto que su origen se basa en la mezcla de varios compuestos quí-

micos provenientes en su mayoría de derivados pétreos que pasan por procesos industriales,

y no proceden directamente del entorno natural, como lo son las fibras naturales y las artifi-

ciales.

Entre los materiales más comunes de los cuales son fabricadas están: nylon, polipropileno,

plástico o polietileno; y tienen propiedades como una alta durabilidad y resistencia lo cual

permite que sea utilizada como material de refuerzo; entre otras: es un material liviano,

resistente a agentes químicos, resistente a microorganismos, y posee una baja absorción de

agua. (LAFAYETTE, 2017)

17

Ilustración 1: Ejemplos de fibras sintéticas para reforzar el concreto. (maestros, 2014).

Polietileno Tereftalato (PET)

El polietileno tereftalato más distinguido por sus siglas (PET), es un polímero plástico, per-

teneciente al conjunto de materiales sintéticos denominados poliésteres. está compuesto

principalmente por 64% de petróleo, 23% de derivados líquidos del gas natural y 13% de

aire. Algunas de las razones por las cuales este material es más implementado en la manu-

factura de envases plásticos son: Es el material de envoltorio de superior reciclado en el

mundo. Es un material termoplástico, pues sus propiedades permiten que adaptarse a todas

las formas y tamaños de botellas transformándolo mediante procesos diferentes procesos.

(Manzilla Perez, 2009)

18

Ilustración 2: Ficha técnica del PET (PET F. t., 2008)

Límites de Atterberg

Los límites de Atterberg son ensayos de laboratorio mediante los cuales se obtiene los valo-

res límites de humedad de un suelo de partículas finas que se encuentra en estado plástico; a

medida que se incrementa la humedad de un suelo plástico en estado sólido, se cambia su

consistencia pasando a un estado líquido.

Fueron originados inicialmente por el sueco Albert Mauritz Atterberg; posteriormente fue-

ron redefinidos por Arthur Casagrande, el cual aplico una metodología para encontrar la

humedad de un suelo ubicado en la frontera de dos estados de consistencia.

Los limites que lo conforman son:

Índice de plasticidad

Limite liquido

Limite plástico

19

Mediante estos ensayos se identifica el tipo de suelo en la Clasificación Unificada de Sue-

los (Unified Soil Classification System, USCS). (Whitman, 1979).

Plasticidad

La plasticidad es la propiedad que poseen los suelos finos; es decir, limos y arcillas para

cambiar la rigidez de las partículas que la componen con relación a la humedad (resistencia

al corte); se presenta cuando un suelo se encuentra entre el limite líquido y el limite plásti-

co, de manera que este puede ser moldeado como si fuera una plastilina y acepta deforma-

ciones sin que se rompa; esta propiedad no se encuentra en suelos de granulometría gruesa

(arena, gravas, gravilla o cantos). (Whitman, 1979).

Ensayo de Casagrande

Ilustración 3: Cuchara de Casagrande.

Este ensayo fue inventado por Arthur Casagrande y se emplea en la ingeniería civil y geo-

tecnia con la finalidad de determinar el limite líquido de un terreno partiendo del análisis de

una muestra del mismo; se realiza mediante un aparato llamada cuchara o copa de Casa-

grande.

Composición y uso

El instrumento se compone de una media esfera metálica, con un mecanismo de manivela

que se opera de forma manual conjunto a una base de superficie dura, mediante el cual se

20

produce una caída de la copa a una altura determinada cierto número de veces; se divide en

dos mitades la porción de suelo en estado plástico y con cada golpe generado en el casquete

se tiende a unir los bordes de la ranura. (Badillo, 2005)

Las clases de suelos definidas en función del grafico de Casagrande son:

Arcilla inorgánica de baja plasticidad (CL).

Arcilla inorgánica de alta plasticidad (CH).

Limo inorgánico de baja plasticidad (ML).

Suelo con materia orgánica coloidal y baja plasticidad (OL).

Limo orgánico de alta plasticidad (MH).

Suelo con materia orgánica coloidal y alta plasticidad (OH).

Ensayo Proctor

el ensayo Proctor es un conducto mediante el cual se conoce la aptitud en la compactación

de un terreno. Su objetivo primordial es definir la compactación máxima de un terreno de

acuerdo a su grado de humedad, así como disminuir su volumen de vacíos; esto optimiza el

inicio de la obra con relación al costo y el progreso estructural e hidráulico. Existen dos

tipos de ensayo Proctor normalizados; el "Ensayo Proctor Normal", y el "Ensayo Proctor

Modificado".

La diferencia entre ellos radica en la energía utilizada, debido a que incrementa el peso del

pisón y la elevación de caída en el Proctor modificado. Estos ensayos fueron establecidos

por Ralph R. Proctor en el año 1933, y mediante estos se obtiene la máxima densidad que

es factible lograr para suelos o áridos, en unas determinadas situaciones de humedad.

21

Ilustración 4: Montaje del ensayo Proctor (Construpedia, 2016)

Humedad Óptima

Contenido de agua de un suelo con el que puede ser compactado hasta un peso unitario seco

máximo con un trabajo de compactación dado. (Normas ASTM D698 y D1557).

Compactación

la compactación del suelo es un método mecánico que consiste en la aplicación de una

fuerza cuando un suelo tiene una alta permeabilidad y una baja capacidad de soporte con el

fin de eliminar los vacíos del estrato del estrato de suelo y aumentar su densidad, a lo ante-

rior se le conoce como densificación.

Este método de mejoramiento de suelos consigue incrementar las prestaciones mecánicas

del mismo, para su adecuado desempeño en obras civiles, tales como: estabilización de

taludes, construcción de terrenos artificiales, y elaboración de carreteras, entre otros.

Estos métodos de compactación pueden ser llevados a cabo en situ acorde a las especifica-

ciones que la obra requiera o mediante ensayos de laboratorio para analizar la compacta-

ción del suelo; algunos de los ensayos de laboratorio son los siguientes: Proctor, Marshall,

triaxial y comprensión no confinada. (Braja M , 1985)

Algunos factores que influyen en la compactación:

22

Características físicas del suelo.

Contenido inicial de agua en el suelo.

El equipo de compactación y la energía especifica de compactación.

El procedimiento adoptado y el equipo seleccionado para compactar

El espesor de las capas.

Arcillas

Las arcillas son un tipo de suelo o sedimento el cual al humedecerse se vuelven muy plásti-

cas y al calentarse pierde su humedad y se endurece notablemente; lo conforman las partí-

culas más finas del suelo, con diámetros menores a 0.005 mm. Tienen origen inorgánico y

en general son partículas cristalinas de silicatos de aluminio, hierro o magnesio hidratados.

Generalmente son muy impermeables debido a su compacidad (Peck),sus propiedades mol-

deables permiten que este tipo de suelo sea implementado en la construcción, y en la fabri-

cación.

Cohesión

La cohesión es la mayor resistencia del suelo a la tensión. Es generado por las fuerzas de

las moléculas que lo componen, sus situaciones de drenaje, esfuerzos anteriormente aplica-

dos; así como las películas de agua que se forman en el suelo. Sus unidades de medida son

de esfuerzo. En los suelos no plásticos de grano fino se observa una cohesión aparente

cuando se encuentra en condiciones de saturación parcial.

El valor de cohesión que se utiliza al diseñar depende directamente de las condiciones de

drenaje bajo la carga impuesta, así como el método de prueba que se emplee para calcular-

lo, por lo que todo debe evaluarse cuidadosamente. (Peck)

Círculo de Mohr

Es una metodología inventada por Christian Otto Mohr; empleada en ingeniería y geotec-

nia, la cual se desarrolla mediante la elaboración de círculos con la finalidad de determinar

23

momentos de inercia, tensiones y deformaciones en un plano bidimensional con distintas

orientaciones cercanas a un punto.

Para su elaboración se ubica en el eje horizontal los esfuerzos normales y en el vertical los

esfuerzos cortantes; mediante el circulo de Mohr es posible determinar los ángulos donde

las tensiones serán máximas siendo usualmente ese punto donde se produce la falla.

Ilustración 5: Ejemplo de círculo de Mohr. (Colombia U. N., 2006)

Resistencia al corte

La resistencia al corte es la resistencia interna por área unitaria que la masa de suelo

genera para resistir la falla y el deslizamiento a lo largo de un plano; es utilizada pa-

ra determinar la estabilidad de taludes, capacidad de carga de un suelo y la resisten-

cia a presiones laterales

Cuando el material falla es debido a una combinación de esfuerzo normal y esfuerzo

cortante parte de fricción e influyen algunos factores como: el nivel de confinamien-

to, relación de vacíos (e), y la velocidad de cargas (en suelos con comportamiento

viscoso).

Existen dos tipos de resistencia al corte que son: resistencia drenada y resistencia no

drenada, la primera se utiliza en esfuerzos efectivos mientras que la no drenada se

utiliza en esfuerzos totales. (Badillo, 2005).

Entre las pruebas de laboratorio están las siguientes:

24

• Ensayo triaxial

• Ensayo de corte directo

• Ensayo de corte directo simple

Angulo de fricción

Es una propiedad de los suelos granulares, la cual consiste en la resistencia que tiene el

suelo al deslizamiento debido a la fricción generada entre la superficie de las partículas y su

densidad, de manera que, si en el suelo se encuentran partículas angulosas, este tendrá una

alta fricción interna; en cambio si sus partículas son finas tendrá una baja fricción interna

Los factores que determinan el ángulo de fricción son: fricción, la cohesión, tamaño y for-

ma de las partículas, distribución y composición de las partículas, permeabilidad y densi-

dad. Por otro lado, para materiales donde no se presenta una cohesión el ángulo de fricción

es el mismo ángulo de rozamiento interno.

Es fundamental su obtención en la geotecnia para cálculos de: estabilidad de taludes, resis-

tencia de cimentaciones y empujes de tierras.

“Los valores del ángulo de fricción interna varían desde 0º para arcillas plásticas, consis-

tencia se aproxima al límite líquido, hasta 45º o más, para gravas y arenas secas, compactas

y de partículas angulares. usualmente, el ángulo f para arenas es alrededor de 30º”. (Badi-

llo, 2005).

5. MARCO CONTEXTUAL

Las propiedades del suelo natural se pueden mejorar para resolver muchos problemas inge-

nieriles que surjan de trabajos temporales o permanentes. Los métodos de mejora del te-

25

rreno cubren una amplia gama de técnicas, a menudo denominadas procesos geotécnicos, e

incluyen compactación, control de humedad, estabilización, lechada y refuerzo (Blake,

1989). También se debe hacer referencia al uso de geotextiles para refuerzo, separación y

filtración en el suelo y de tiras de refuerzo de acero suave para producir estructuras de tierra

reforzada con propiedades de cizallamiento aumentadas en terraplenes y rellenos (Blake,

1989).

Las soluciones de ingeniería alternativas relativas al mejoramiento del suelo deben exami-

narse teniendo en cuenta tres pilares: ambiental, social, y económico. El aspecto ambiental

es muy importante porque abarca dos conceptos muy importantes la sostenibilidad y susten-

tabilidad. Estos dos aspectos basan su importancia debido al impacto más amplio de la geo-

técnica en el uso de los recursos: la energía incorporada y utilizada directamente, las emi-

siones de CO2, uso del agua y otras preocupaciones similares. La industria de la ingeniería

civil ahora ha pasado a un estado de conciencia global que exige que vaya más allá del en-

foque tradicional de "costo, calidad y tiempo" al diseño de ingeniería. Las alternativas de

mejora del terreno a las soluciones "estructurales" representan un excelente ejemplo de có-

mo se desarrollan estas consideraciones (Burland, Chapman, Skinner, & Brown, 2012).

En este capítulo se expone una revisión de publicaciones académicas con un alcance limi-

tado referentes al mejoramiento del suelo con medios físicos y químicos como la introduc-

ción de refuerzos al suelo y la modificación del suelo con aditivos.

A continuación, se agrupan investigaciones que evalúan el comportamiento mecánico en

términos de la resistencia a la compresión no confinada de suelos cohesivos reforzados con

polímeros termoplásticos como el polietileno y polipropileno y elastómeros termoplásticos

como el caucho de llanta. Estos materiales provenientes de procesos industriales suponen

impactos severos al medio ambiente, por lo que la utilización de parte de su producción y

desechos por parte de la ingeniería geotécnica es un avance primordial en aras de brindar

sostenibilidad y sustentabilidad tanto a esos procesos industriales que derivan su fabrica-

ción como en los trabajos ingenieriles de la geotecnia.

26

Akbulut, Arasan, & Alkam (2007) evaluaron el uso de materiales de fibra de desecho

como el caucho de llanta de desecho, polietileno y fibra de polipropileno para la

modificación de suelos arcillosos. En la investigación evaluaron la resistencia y el

comportamiento dinámico de los suelos reforzados con materiales de fibra de desecho

incluidos aleatoriamente. Las muestras no reforzadas y reforzadas se sometieron a pruebas

de compresión, corte y frecuencia de resonancia no confinadas para determinar su

resistencia y propiedades dinámicas. Estas fibras de desecho mejoran las propiedades de

resistencia y comportamiento dinámico de los suelos arcillosos. Los autores concluyeron

que las fibras de caucho, polietileno y polipropileno de la llanta de desecho pueden usarse

exitosamente como materiales de refuerzo para la modificación de suelos arcillosos.

Pradhan, Kar, & Naik (2012) estudiaron el efecto de la inclusión aleatoria de las fibras de

polipropileno en las características de resistencia del suelo. El suelo cohesivo (CL)

disponible localmente se usa como medio y las fibras de polipropileno con tres relaciones

de aspecto (l / d = 75, 100 y 125) se usan como refuerzo. El suelo se compacta con la

densidad máxima estándar de Proctor con un bajo porcentaje de refuerzo (0-1% en peso de

suelo secado al horno). Las pruebas de corte directo, las pruebas de compresión no

confinadas y las pruebas de CBR se realizaron en suelos no reforzados y reforzados para

investigar las características de resistencia de los suelos reforzados con fibra. Los

resultados de la prueba revelan que la inclusión de fibras de polipropileno distribuidas al

azar en el suelo aumenta la resistencia máxima al cizallamiento y la resistencia al corte

residual, la resistencia a la compresión no confinada y el valor CBR del suelo. Se observa

que el contenido óptimo de fibra para lograr la máxima resistencia es de 0,4 a 0,8% del

peso del suelo secado al horno para una relación de aspecto de fibra de 100.

Zaimoglu & Yetimoglu (2012) llevaron a cabo una serie de pruebas de compresión no

confinadas, pruebas de corte directo y pruebas de relación de resistencia de California para

investigar el efecto de la fibra de polipropileno distribuida al azar en el comportamiento de

resistencia de un suelo de grano fino. El contenido de fibra de polipropileno se varió entre

0,25 y 1% en peso seco total de las muestras reforzadas. Se observó que la resistencia a la

compresión no confinada, la intercepción de cohesión y la relación de soporte de California

27

aumentaron con la adición de fibras. Por otro lado, los resultados de las pruebas indicaron

que el ángulo de resistencia al corte no se vio afectado significativamente por el refuerzo de

la fibra.

Bin Hasan, binti Yusuf, binti Noor, & Kassim (2015) invesgigaron la mejora de la resis-

tencia al corte de arcilla blanda de caolín cuando se refuerza con columnas de polipropileno

(PP) triturado en grupo. En primer lugar, se identificaron las propiedades físicas y mecáni-

cas de los materiales utilizados que son el caolín (muestra de suelo) y el PP (columnas de

refuerzo). Luego, el caolín consolidado como arcilla blanda se reforzó con columnas de PP

trituradas en grupo y, posteriormente, se probó bajo Prueba de compresión no confinada

(UCT). Se probaron un total de 7 lotes de muestra de caolín, incluida la muestra de control,

para identificar la resistencia al corte. Cada lote incluye cuatro muestras para encontrar el

valor promedio de la tensión máxima. Las variables utilizadas para la instalación de las

columnas fueron las alturas de las columnas de 60 mm, 80 mm y 100 mm, donde la rela-

ción de penetración de la columna es de 0,6, 0,8 y 1,0 respectivamente. Además, se han

utilizado diferentes valores de diámetro de columnas que son 6 mm y 10 mm para cada

altura diferente de columnas. Se realizaron 28 pruebas de compresión no confinadas en

muestras de caolín. Las muestras de caolín tenían las dimensiones de 50 mm de diámetro y

100 mm de altura. Para el refuerzo de PP del grupo, la resistencia al corte aumentó aproxi-

madamente 2,13%, 13,51% y 12,84% para una relación de penetración de muestra de 0,6,

0,8, 1,0 respectivamente. Se puede concluir que los parámetros de resistencia al corte fue-

ron afectados por el diámetro y la altura de las columnas, y la presencia de la columna PP

mejoró en gran medida la resistencia al corte.

Ortiz, (2013) En este trabajo se analizan suelos arcillosos reforzados con materiales de

plástico reciclado (pet). Dada la necesidad de implementar del proceso para reforzar los

suelos con materiales plásticos y reciclables, se desarrolló un estudio que tenía como enfo-

que el mejoramiento de un suelo arcilloso muy pobre en cuanto a sus propiedades mecáni-

cas es por esto que será agregado material PET de manera aleatoria y la cantidad de fibra

plástica que han determinado del 0,2%, 0,5%, 1,0% y 1,5% del peso total de la muestra y

con dimensiones de 3,0 y 5,0 cm de longitud y un diámetro de 0,5m para lo cual realizaron

28

de cada porcentaje 6 probetas para cada longitud para un total de 48 probetas alteradas.

Teniendo como objetivo esto, con los resultados obtenidos evaluaron el comportamiento

del PET y se llegó a la conclusión de que es posible obtener resultados positivos en cuanto

a la cohesión, incrementando para las tiras de mayor porcentaje de adición (1,5%) un

43,3% en las de 3 cm de longitud y 41,9% en las de 5cm de longitud; así como también se

concluye que ayudar a mitigar los impactos ambientales que produce el plástico en el mun-

do. (Ortiz, 2013)

Tran, Satomi, & Takahashi (2018) evaluaron las propiedades mecánicas de un suelo re-

forzado con fibras de maíz. Este estudio consideró el efecto de la cantidad aditiva de fibras

(0.5, 1, 1.5 y 2%), así como las longitudes de las fibras (10, 30 y 50 mm) sobre las propie-

dades mecánicas del suelo reforzado con fibra mediante el uso de la prueba de compacta-

ción, prueba de compresión no confinada, y prueba de tensión de división. Los resultados

indicaron que la adición de fibras de maíz en el suelo mejoró las propiedades mecánicas,

incluida la resistencia a la compresión, la resistencia a la tracción, la ductilidad, la tenaci-

dad y la rigidez. Normalmente, el mayor aumento de la resistencia a la compresión máxima

no confinada fue de aproximadamente el 38% cuando se usa el contenido de fibra del 1% y

la longitud de la fibra de 10 o 30 mm. El mayor aumento de la resistencia a la rotura por

falla fue del 210,5%, con un contenido de fibra del 2% y una longitud de fibra de 50 mm.

Se puede concluir que las fibras de maíz mostraron un buen desempeño en la estabilización

del suelo, y debería considerarse su utilización en la modificación de suelos.

La ingenieria geotécnica ha utilizado fibras sinteticas tales como el poliéster, etileno,

polipropileno, poliamina para la fabricación de geotextiles. Entre las aplicaciones

potenciales de los geotextiles en la ingeniería de suelos se encuentran la separación,

filtración, drenaje y reforzamiento (Blake, 1989). En las siguientes investigaciones

combinan técnicas para el mejoramiento de suelos arcillosos, métodos físicos como el

reforzamiento con fibras sintéticas y naturales y métodos químicos como la adición de

productos como el cemento, cenizas volantes y cal.

29

Walia, & Mohan (2006) mezclaron fibras de poliéster con un suelo de arcilla blanda para

investigar la ganancia de resistencia relativa en términos de compresión no confinada. Los

investigadores analizaron muestras en compresión no confinada con 0%, 0,5%, 1,0%, 1,5%

y 2,0% de fibras de poliéster lisas y onduladas. También realizaron pruebas de verificación

para investigar la repetibilidad de los resultados de la prueba. Los resultados presentados

muestran que el grado de compactación afectó los beneficios relativos del refuerzo de fibra

para el suelo sujeto. También se analizaron muestras compactadas después de mezclar va-

rias proporciones de arena en arcilla (variando de 0% a 12% de arcilla). Se observó que la

resistencia a la compresión no confinada de la arcilla aumenta con la adición de fibras y

aumenta aún más cuando las fibras se utilizan como refuerzo en la mezcla de arena y arci-

lla. Las pruebas de verificación realizadas revelaron que a pesar de que las fibras estaban

orientadas al azar, los resultados de las pruebas se pueden reproducir con una precisión

razonable.

Kumar, Walia, & Bajaj (2007) estudiaron experimentalmente los efectos de las

inclusiones de fibra de poliéster y la estabilización de la cal en las características

geotécnicas de las mezclas de cenizas volantes-suelo. Una ceniza voladora india se mezcló

con un suelo expansivo en diferentes proporciones. Se investigaron las características

geotécnicas de las muestras de suelo de ceniza volante, muestras de suelo de cal y muestras

de suelo de ceniza volante y cal mezcladas con diferentes proporciones de fibras orientadas

al azar. La cal y las cenizas volantes se agregaron a un suelo expansivo en rangos de 1-10%

y 1-20%, respectivamente. Las muestras de prueba se sometieron a pruebas de

compactación, pruebas de compresión no confinadas y pruebas de resistencia a la tracción

dividida. Las muestras se curaron durante 7, 14 y 28 días, después de lo cual se analizaron

para pruebas de compresión no confinadas y pruebas de tracción dividida. Sobre la base de

los valores óptimos obtenidos para la cal y las cenizas volantes, las pruebas se realizaron en

muestras de prueba preparadas a partir de la mezcla de fibra de cal y cal, expansiva de las

cenizas volantes, después de 28 días de curado. Las muestras se analizaron con 0, 0,5, 1,0,

1,5 y 2% de fibras de poliéster por peso seco. Sobre la base de los resultados favorables

30

obtenidos, se puede concluir que el suelo expansivo se puede estabilizar con éxito mediante

la acción combinada de las fibras, la cal y las cenizas volantes.

Sánchez & Paredes (2014) estudiaron la viabilidad técnica de la implementación del

polietileno tereftalato como material para estabilización de taludes; platearon que este

material esta siendo ultimamente utilizado en la industria de la construccion para el

mejoramiento de suelo para terraplenes, control de erosion, drenaje y filtracion y

estabilizacion de taludes; de forma que analizan el funcionamiento y las diferentes aplica-

ciones del PET en la ingeniería civil , con el objetivo de recopilar información de usos

anteriores de este material, así como identificar los tipos de remoción retenidos por muros

PET, mediante esta investigación se identificaron los tipos de movimientos que presenta un

terreno de acuerdo a la Sismicidad y topografía del mismo, clasificándolos en: desprendi-

miento o caídas, reptaciones, vuelcos, deslizamientos, expansiones y flujos.

Entre las propiedades que resaltan del PET, esta que este puede soportar la humedad, asi

como condiciones de acidez, aporta resistencia a los esfuerzos que genera el terreno y posee

características sismos resistentes.

Como resultado de esta investigación se obtiene que la contención de taludes con PET es

viable para movimientos de tierras con velocidades bajas y pocos centímetros de material

por año, como lo son los movimientos de reptación; por tanto, es viable solo si las fuerzas

de empuje generadas por el terreno no son muy altas ya pueden sobrepasar la capacidad de

absorber esfuerzos a tensión del material.

Estabragh, Namdar, & Javadi (2012) llevaron a cabo una serie de experimentos para

investigar el comportamiento de la arcilla reforzada con fibra de nilon estabilizada con

cemento con diferentes contenidos de cemento. Se realizaron tres grupos de pruebas en: (1)

muestras reforzadas con cuatro contenidos de fibra diferentes (0,5%, 0,75%, 1% y 1,25%);

(2) muestras estabilizadas con cemento con tres contenidos diferentes de cemento (5%, 8%

y 10%); y (3) muestras reforzadas con fibra y cemento estabilizado con el mismo contenido

de fibra que las muestras reforzadas sin cementar. Se llevaron a cabo pruebas de

compresión no confinadas (UCT) en los tres grupos de muestras descritos previamente

31

después de 3, 7, 14 y 28 días de curado. Los resultados indicaron que la inclusión de fibras

en el suelo no cementado y estabilizado con cemento provocó un aumento en la resistencia

a la compresión no confinada y la tensión axial, y cambió el comportamiento frágil del

suelo estabilizado con cemento a un comportamiento más dúctil. También se demostró que

las características mecánicas de las mezclas de suelo-cemento-fibra son funciones del

contenido de fibra y del tiempo de curado.

Chen et al. (2015) evaluaron el comportamiento de la mezcla de cemento y arcilla suave de

Shanghai mejorada con fibra de polipropileno. En las pruebas, se emplearon dos tipos de

fibras poliméricas; el primero es fibra de polipropileno de monofilamento y el otro es pa-

quetes de fibras partidas de bolsas textiles de polímero. Las pruebas se realizaron utilizando

una prueba de resistencia a la compresión no confinada (UCS) después de que el espécimen

de mezcla de fibra-suelo-cemento se curó durante cierto período. Los resultados muestran

que el aditivo de fibra puede mejorar significativamente la resistencia y la ductilidad de la

arcilla de Shanghai tratada con cemento. Ambas muestras de arcilla-cemento reforzada con

fibras alcanzaron su resistencia máxima con un contenido de fibra de 0.5%. Aunque la fibra

de polipropileno funciona mejor que la fibra de bolsas de textiles de polímero, la diferencia

es inferior al 5%.

Yilmaz (2015) investigaron los efectos de fibras de polipropileno y cenizas volantes de

Clase C en el comportamiento de tensión-deformación y resistencia al corte de un suelo

arcilloso. Se consideraron dos tipos de fibra (fibra de polipropileno fibrilado y fibra de po-

lipropileno multifilamento) en dos longitudes diferentes (6,0 mm y 19,0 mm) y dos dosis de

fibra (es decir, 0,5% y 1,0% en peso seco del suelo). Primero, se evaluaron las característi-

cas de compactación del suelo no tratado y siete mezclas diferentes de ceniza volante-suelo

(2.5%, 5.0%, 7.5%, 10.0%, 15.0%, 20.0% y 30.0% por peso seco del suelo) en la compac-

tación estándar. Teniendo en cuenta las características de compactación, se realizaron prue-

bas de compresión no confinadas del suelo no tratado y cinco mezclas diferentes de ceniza

volante-suelo (5.0%, 10.0%, 15.0%, 20.0% y 30.0% por peso seco del suelo) después de

1,7,14, 28 y 90 días de curación. De acuerdo con los resultados de la prueba, el suelo no

tratado y dos mezclas diferentes de ceniza volante-suelo (es decir, 10.0 y 30.0% en peso

32

seco del suelo) se mezclaron con fibra de polipropileno fibrilada y fibra de polipropileno

multifilamento en dos longitudes diferentes y en dosificaciones de fibra diferentes, por se-

parado. Se prepararon un total de 17 mezclas diferentes de fibra, ceniza volante y suelo, y

sus pruebas de compresión no confinadas se llevaron a cabo después de 28 días de curado.

Los resultados de las pruebas obtenidas indicaron que el efecto del contenido de cenizas

volantes en el comportamiento de tensión-deformación es superior al efecto de las fibras.

La inclusión de fibra sola sin cenizas volantes disminuye la resistencia a la compresión no

confinada (UCS) de las mezclas compactadas de fibra y arcilla. Por otro lado, cuando se

combina con cenizas volantes, la inclusión de fibra aumenta la UCS según el tipo de fibra,

la longitud y la dosis. Además, tanto para los tipos de fibra como para las longitudes de

fibra, cuanto mayor sea la dosis de fibra, mayor será la UCS. El aumento de la UCS se es-

tima en un 218% para un 30% de contenido de cenizas volantes y 1,0% de fibra de polipro-

pileno fibrilada de 19 mm de largo.

Kumar & Gupta (2016) estudiaron el efecto de la adición de ceniza de cáscara de arroz,

ceniza de estanque, cemento y fibras de propileno en la compactación y resistencia de una

arcilla de caolín. Se llevaron a cabo pruebas de compresión no confinada (UCS) y pruebas

de resistencia a la tracción (STS) para evaluar las propiedades de resistencia de la arcilla.

Para fines de prueba, se prepararon muestras con diferentes cantidades de aditivos. La ceni-

za de estanque (PA) y la ceniza de cáscara de arroz se agregaron a los suelos arcillosos en

rangos de 30 a 45% y 5 a 20%, respectivamente. En este estudio se utilizan fibras de poli-

propileno de longitud 6 mm y 12 mm con diferentes contenidos como 0, 0.5, 1.0 y 1.5% en

peso seco de la mezcla, mientras que los contenidos de cemento usados son 0, 2 y 4%. Para

estudiar el efecto del curado en la propiedad de resistencia, los especímenes se curaron du-

rante 7, 14 y 28 días. Los resultados de las pruebas demostraron que la densidad seca má-

xima disminuye y el contenido óptimo de humedad aumenta con la adición de aditivos,

pero la inclusión de la fibra tiene un efecto marginal. Los resultados muestran que la inclu-

sión del refuerzo de fibra en el suelo no cementado y cementado causó un aumento en el

esfuerzo de UCS, STS y axial, disminuyó la rigidez y la pérdida de resistencia después del

pico, y cambió el comportamiento de fragilidad del suelo cementado a uno más dúctil. La

33

resistencia de la arcilla mejora mediante la adición de aditivos y fibras. El estudio ha de-

mostrado que la combinación de arcilla, RHA, PA, cemento y fibra se puede usar como ma-

terial de relleno liviano en diferentes estructuras como terraplenes, paredes de contención,

etc.

Finalmente los avances tecnológicos han permitido crear fibras sitéticas con mejores

prestaciones y desempeño. La fibra de carbono es una fibra sintética con propiedades

mecánicas similares al acero pero mucho más ligero, inmune a la corrosión, que puede

adoptar diversas formas y adaptarse a las necesidades de múltiples sectores (Llano, 2011)

SUELOS REFORZADOS CON FIBRAS: ESTADO DEL ARTE Y APLICACIONES

En este trabajo, se presenta una revisión bibliográfica sobre el refuerzo de suelos mediante

la adición de fibras; de acuerdo con lo investigado en las últimas décadas, el hombre ha

desarrollado diversos métodos con la finalidad de mejorar el comportamiento tenso defor-

maciones de los suelos. Si bien el mejoramiento de suelos mediante la incorporación de

fibras es una práctica antigua (un ejemplo de ello es el adobe), su estudio ha adquirido inte-

rés recién en los últimos 20 años. Se analizan los tipos y contenidos usuales de fibras em-

pleados tanto en suelos granulares como cohesivos. Asimismo, se describen algunos mode-

los predictivos desarrollados en la literatura. Se discuten los diferentes enfoques existentes

en la bibliografía para abordar el tema. Se concluye que la incorporación de fibras aumenta

la resistencia al corte principalmente a grandes deformaciones y le brinda mayor ductilidad

tanto a suelos granulares como cohesivos. Por último, se describen algunas aplicaciones

potenciales y proyectos existentes donde se ha empleado esta técnica de mejoramiento de

suelos (Paula Vettorelo, 2016).

34

6. METODOLOGIA

La metodología consta de 5 fases de recolección de información, trabajo de campo y labo-

ratorio para lograr el alcance de la presente investigación. Estas actividades generales están

encaminadas a evaluar el comportamiento mecánico en términos de la resistencia a la com-

presión no confinada y la resistencia al corte de un suelo cohesivo reforzado con PET en

dosificaciones del 0.3%, 0.5%, 0.8%, 1.0% y 1.2% del peso seco de la muestra de suelo,

realizando un análisis comparativo de las propiedades mecánicas de las muestras de suelo

ensayadas y determinando el contenido la dosificación o contenido óptimo de refuerzo de

polietileno PET en tiras para alcanzar resistencias y propiedades ingenieriles deseadas.

La primera fase o actividad general de este estudio comprende la elección del material que

se utilizará para reforzar un suelo y mejorar sus propiedades ingenieriles. Está actividad

general se apoyará en la recolección de información del marco contextual de esta investiga-

ción. En la investigación se elige como refuerzo utilizar polietileno tereftalato PET.

En la segunda fase se realiza una exploración directa en el predio de Altamira, Vereda Po-

treritos, Corregimiento El Totumo, Ibagué-Tolima donde se hace la extracción de la mues-

tra de suelo arcilloso existente en un talud del lugar.

La tercera actividad consiste en la evaluación de las propiedades físicas, clasificación (de

acuerdo a la carta de plasticidad de Casagrande) y parámetros de compactación (densidad

seca máxima y contenido de humedad) del suelo. En la cuarta fase se deberá preparar y

añadir el refuerzo PET en los tamaños y dosificaciones especificados a la masa de suelo

seco para la elaboración de las probetas compactadas con los parámetros definidos previa-

mente (contenido de humedad, densidad seca máxima y energía de compactación).

Finalmente, en la quinta fase se realizan las pruebas de laboratorio para evaluar el compor-

tamiento mecánico del suelo en términos de la resistencia a la compresión incofinada y la

resistencia al corte del suelo cohesivo.

Una vez finalizada la etapa experimental y de recolección de datos, se procede a compilar y

analizar los resultados, comparando el comportamiento mecánico de las muestras o especí-

35

menes de suelo arcilloso en función del contenido de refuerzo PET y la energía de compac-

tación. Finalmente se determina el contenido óptimo de refuerzo PET en tiras para alcanzar

la máxima resistencia al corte.

La siguiente figura resume la metodología de esta investigación, de color azul se presentan

las actividades generales o fases que delimitan el alcance y materializan la consecución de

los objetivos (color naranja) de esta investigación. Finalmente, a partir del análisis y discu-

sión de los resultados se procede a concluir y proponer recomendaciones para futuras inves-

tigaciones.

36

Ilustración 6. Diagrama de la metodología de investigación

37

6.1. Elección del refuerzo

La elección del refuerzo se realiza en base a las publicaciones científicas investigadas y

agrupadas en el marco contextual. En el estado del arte se observó la tendencia de los in-

vestigadores en utilizar fibras sintéticas elaboradas a partir de materiales que pueden ser

reciclados y pueden aportar al pilar ecológico de la ingeniería. Tal es el caso del polietileno

tereftalato PET, material seleccionado en esta investigación para reforzar un suelo y mejo-

rar sus propiedades ingenieriles, en este caso las arcillas, contribuyendo a la sustentabilidad

y sostenibilidad no solo de la geotecnia sino de la industria del plástico que ven cómo se

utilizan para distintas actividades parte de su producción y desechos.

6.2. Exploración directa

En esta investigación se decidió mejorar las propiedades mecánicas de un suelo que ya ha-

bía sido objeto de estudio en múltiples ocasiones en los laboratorios de la universidad de

Ibagué. La toma de muestra del suelo se realiza en un talud ubicado en el acceso a la finca

las Juanas-Predio Altamira, Vereda Potrerito, Ibagué-Tolima. El método de exploración

directa consiste en un apique con dimensiones 1.0 m x 1.0 m y 50 cm de profundidad.

A continuación, se muestra una imagen satelital de la ubicación del lugar donde se realiza

la extracción de la muestra de suelo:

38

Ilustración 7. Ubicación de la Vereda Potrerito: 4º 24' 39.6" N, 75º 12' 2.02" O,

Ibagué-Tolima (maps, 2019)

En las siguientes imágenes se observan las inmediaciones de la finca las Juanas, lugar don-

de se extrae la muestra de suelo:

39

Fotografía 1. Talud, lugar de extracción de la muestra de suelo

Fotografía 2. Extracción in situ de la muestra de suelo

40

Es importante seguir las disposiciones del Instituto Nacional de Vías INVIAS en la toma de

muestras de suelo in situ, su conservación y transporte: INV E 103 y 104. Lo anterior con el

fin de reproducir en laboratorio las propiedades físicas, parámetros de compactación y

comportamiento mecánico similar a las condiciones del suelo en estado natural.

6.3. Caracterización del suelo

En la siguiente tabla se especifican los métodos y resultados de los ensayos empleados para

evaluar las propiedades físicas y parámetros de compactación del suelo.

Tabla 1. Resumen de las propiedades del suelo y métodos de ensayo realizados en este estudio

Propiedades Método Valor

Contenido de humedad INV E 122 - 13 58.5

Gravedad específica INV E 128 – 13 2.425

Límites de consistencia

Limite liquido

Limite plástico

Índice de plasticidad

INV E 125 – 13

INV E 126 – 13

58.5

22.6

35.9

Parámetros de compactación

Contenido de humedad óptimo

Densidad máxima seca

INV E 141 - 13

22.2

1.08 (g/cm3)

41

El contenido humedad de un suelo es la relación entre la masa del agua que llena los poros

de material y masa de los sólidos. El método común para medir el contenido de agua en una

muestra de suelo implica los siguientes pasos. Primero, se toma una medición precisa del

peso de una pequeña cantidad de suelo húmedo (mw). Se lleva la muestra a secado constan-

te en un horno durante 24 horas, manteniendo una temperatura de 100 ° C a 110 ° C y se

toma el peso de la muestra seca (md). La diferencia de estos dos pesos (mw - md) da como

resultado el peso del agua de la muestra del suelo. El contenido de agua en porcentaje (w)

de la muestra se calcula de la siguiente manera (INVIAS, 2013):

𝑤(%) =(𝑚𝑤−𝑚𝑑)

(𝑚𝑑)∗ 100 (1)

La gravedad específica de un suelo es la relación entre el peso del suelo seco (ϒs) y el

peso del agua (ϒw) de igual volumen, ambos medidos a la misma temperatura (temperatura

estándar 25 ° C) (INVIAS, 2013).

Un picnómetro se usa generalmente en la determinación de la gravedad específica del sue-

lo. El peso del picnómetro (W1) se toma primero. Luego, el peso de la muestra secada al

horno (W2) se mide después de enfriarse. La diferencia de estos dos pesos (W2 - W1) da el

peso de la muestra seca. El picnómetro con la muestra de suelo se rellena con agua destila-

da y su peso (W3). El material se saca del picnómetro y se limpia. Luego, el picnómetro se

llena con agua destilada. Por lo tanto, el peso del agua en el picnómetro con la muestra de

suelo es (W3 − W2). (INVIAS, 2013)

El material se saca del picnómetro y se limpia. Luego se llena el picnómetro con agua desti-

lada y se toma su peso (W4). El peso del agua en el picnómetro sin muestra de suelo es

(W4 − W1). Por lo tanto, la gravedad específica (Gs) del suelo se obtiene de la siguiente

relación:

𝐺𝑠 =𝛾𝑠

𝛾𝑤=

(𝑊2−𝑊1)

(𝑊4−𝑊1)(𝑊3−𝑊2)∗ 100 (2)

42

Fotografía 3. Materiales de Ensayo de gravedad específica

La consistencia de un suelo se refiere a su rigidez o firmeza que depende del contenido de

agua del suelo. La rigidez disminuye y el suelo pierde su cohesión al aumentar el agua. Con

el aumento gradual del agua, la cohesión se reduce hasta tal punto que la masa del suelo ya

no conserva su forma y fluye como un líquido. Sin embargo, si se deja secar el suelo, recu-

pera su resistencia y rigidez al cizallamiento. Mientras se seca, la masa del suelo pasa por

cuatro estados de consistencia, conocidos como estados líquidos, plásticos, semisólidos y

sólidos. Los límites arbitrarios establecidos para estos estados en términos de contenido de

agua en el cual la masa del suelo cambia de un estado al siguiente se denominan límites de

consistencia o límites de Atterberg (Gangopadhyay, 2013).

Estos límites incluyen el límite de líquido (LL), el límite de plástico (LP) y el límite de con-

tracción (Sw) y son importantes en el uso de ingeniería de los suelos. Límite de plástico es

utilizado en la clasificación de suelos. Se toman suelos con un tamaño de partícula inferior

a 425 micrones para realizar todas las pruebas de laboratorio para determinar los límites de

Atterberg (Gangopadhyay, 2013).

43

Fotografía 4 Extracción y preparación de la muestra

En el estado límite del líquido, el contenido de agua es tal que aún posee una pequeña re-

sistencia al cizallamiento contra el flujo. El límite de líquido se mide en la máquina de Ca-

sagrande que es un aparato estándar de prueba de líquidos que consiste en una copa de latón

asentada en una base de goma y provista de un asa que se puede levantar o dejar caer desde

una altura estándar, consulte la ilustración 3 (a). Alrededor de 150-200 g de suelo se mezcla

con agua para hacer un pastel. El pastel se guarda en la taza de latón, haciendo una separa-

ción en forma de "V" de tal manera que el espacio disponga 2 mm en la parte inferior y 10

mm en la parte superior y 8 mm de profundidad, como se muestra en la ilustración 3 (b).

Luego se le dan golpes a la taza girando el mango hasta que las dos partes se toquen entre

sí, vea la Ilustración 3 (c). En esta etapa, se anota el número de golpes utilizados y se toma

una muestra de suelo de la torta y se mide su contenido de agua.

44

Las pruebas se repiten con diferentes contenidos de agua, de modo que el número de gol-

pes requerido se mantiene entre 25 y 35. Se realizan al menos cuatro de estas pruebas, cada

vez que se registra el número de golpes y el contenido de agua correspondiente de la masa

del suelo. Una gráfica de ejemplo preparada a partir de los cuatro registros para el conteni-

do de agua en función del número de golpes da el valor LL, que es igual al contenido de

agua para 25 golpes, ver Ilustración 3 (d) (Gangopadhyay, 2013).

Ilustración 3. Ensayo del límite liquido: (a) Aparato para la prueba de limite liquido; (b) Taza de latón con

torta de suelo después de la ranura o separación en forma de "V"; (c) Torta de suelo separada que se toca

después de ciertos golpes; (d) Curva que muestra contenido de agua en porcentaje vs número de golpes.

Fuente: (Gangopadhyay, 2013)

45

Fotografía 5. Aparato de prueba del límite liquido

El límite plástico es el contenido de humedad en el cual un suelo se seca para estar en una

condición plástica, según lo determina la prueba LP (Blake, 1989). Cerca de 20 g de suelo

secado al aire se mezcla con agua hasta que se convierte en plástico por naturaleza. Una

pequeña cantidad (por ejemplo, 8 g) de este suelo se enrolla en una placa de vidrio para

hacer una rosca de un diámetro uniforme de aproximadamente 3 mm para toda la longitud.

Si no se desarrollan grietas en él, el hilo se amasa y el suelo se enrolla nuevamente. El pro-

ceso continúa hasta que las finas grietas comienzan a desarrollarse en la superficie de las

roscas (Fotografía 5). En este punto, se mide el contenido de agua del suelo que proporcio-

na el límite plástico del suelo. Se debe tomar el resultado promedio de al menos tres prue-

bas (Gangopadhyay, 2013)

46

Fotografía 6. Determinación del límite plástico

El índice de plasticidad de un suelo es la diferencia numérica entre los límites de líquido y

plástico del suelo, es decir:

𝐼𝑃 = 𝐿𝐿 − 𝐿𝑃 (3)

Cuando IP es cero (es decir, LL = LP) o cuando el suelo no es lo suficientemente cohesivo

para medir un PL, el suelo se denomina no plástico (NP). En el caso del suelo arenoso, que

no es de naturaleza plástica, no se puede deducir el índice de plasticidad (Gangopadhyay,

2013).

La clasificación de suelos cohesivos de Casagrande se ilustra en la ilustración 5, en la que

IP se grafica contra LL. Sobre la línea A están CL, CI y CH (arcillas bajas, intermedias y

altamente plásticas) y debajo de la línea son ML, MI y MH (sedimentos bajos, intermedios

y altamente plásticos) o OL, OI y OH (baja, intermedia y altamente arcillas orgánicas de

plástico). La clasificación de Casagrande proporciona al ingeniero una buena indicación de

las características de un suelo tanto para propósitos de diseño como de construcción (Blake,

1989).

47

Ilustración 8 Carta de plasticidad usada en la clasificación de suelos de Casagrande. Fuente: (Blake,

1989)

De acuerdo a la carta de plasticidad usada en la clasificación de suelos de Casagrande (Ilus-

tración 4), el suelo de esta investigación corresponde a una arcilla de alta plasticidad CH.

Las pruebas de compactación de laboratorio determinan la masa de suelo seco por metro

cúbico que se obtiene cuando el suelo se compacta de una manera específica con un conte-

nido de humedad específico. La repetición de la prueba en un rango de contenidos de hu-

medad proporciona una curva de compactación que indica el contenido de humedad óptimo

y la densidad seca máxima obtenible para el esfuerzo de compactación aplicado (Blake,

1989). Se ha encontrado que el suelo logra la mayor compactación y densidad máxima con

48

un contenido de agua específico denominado como contenido de agua óptimo

(Gangopadhyay, 2013).

Para la ejecución del ensayo de compactación se escoge el método A que establece 25 gol-

pes/capa en tres capas del espécimen a compactar (energía de compactación 600 KN m/m3)

en un molde de 101.6 mm de acuerdo a la granulometría del material % retenido tamiz de

4.75 mm (No. 4) es menor o igual 25%. La INV E 141 específica que si no se dispone de

los datos de granulometría se estiman las proporciones del material retenido en los tamices

especificados en los tres métodos y se escoge el método cuyo material retenido en porcenta-

je se considere cercano a su límite (INVIAS, 2013).La cantidad mínima de muestra de sue-

lo para realizar el ensayo de acuerdo a las especificaciones del método A es de 16 Kg. La

preparación de las submuestras de ensayo se realiza por vía seca. Se seleccionan y preparan

al menos cuatro submuestras en un rango de contenidos de humedad proporciona una curva

de compactación que indica el contenido de humedad óptimo y la densidad seca máxima

obtenible para el esfuerzo de compactación aplicado. La densidad máxima seca (1.1 g/cm3)

y el contenido de humedad óptimo fueron exhibidos previamente en la Tabla 1.

Fotografía 7. Ensayo de compactación normal

49

6.4. Elaboración de los especímenes de prueba

Se prepararon 45 especímenes de suelo reforzado de acuerdo con las dosificaciones y di-

mensiones de tiras de PET especificadas para la prueba de compresión inconfinada. Se ela-

boraron 3 especímenes por dosificación de PET y el total de estas muestras se compacta a

15, 25 y 56 golpes (para un total de 45 especímenes). Hay que mencionar además que las

dimensiones establecidas para los especímenes a preparar cumplen las limitaciones de la

norma INV E 152:

𝑑 = 50 𝑚𝑚 ≥ 30 𝑚𝑚 y

Relación altura/diámetro: 2.0 𝑚𝑚 ≤ℎ

𝑑= 2.2 𝑚𝑚 ≤ 2.5 𝑚𝑚

Las dimensiones de los especímenes elaborados se especifican en tablas de datos exhibidas

en el capítulo de resultados y anexos. Las muestras se realizaron con un contenido óptimo

de agua y una densidad seca máxima con respecto a cada condición de mezcla. El procedi-

miento para hacer especímenes para el análisis fue el siguiente. El suelo se mezclaba con

las tiras de PET de dimensión estándar de 80 mm de largo, 2 mm de ancho y 0.5 mm de

espesor, en contenidos de 0.3%, 0.5%, 0.8%, 1.0%, 1.2% del peso seco del suelo, a mano

para obtener mezclas homogéneas.

Fotografía 8 Longitud de una Tira típica de PET .

Finalmente, las muestras se compactaron a 15, 25 y 56 golpes en tres capas distribuidas

uniformemente en el molde de 110 mm de altura y 50 mm de diámetro interior. Estas mues-

50

tras serán sometidas inmediatamente a las pruebas de compresión no confinada. Para cada

mezcla, se hicieron tres muestras para asegurar la reproducibilidad de los resultados obteni-

dos de las pruebas.

Fotografía 9 Molde de elaboración de las Probetas.

51

Fotografía 10. Tiras de PET y preparación de los especímenes de prueba

6.5. Pruebas de laboratorio

El comportamiento mecánico de los especímenes de suelo reforzado con tiras PET se eva-

lúa en términos de la resistencia a la compresión no confinada y la resistencia al corte. El

efecto de la inclusión de las tiras de PET en el suelo como refuerzo, realizando un análisis

comparativo en función del contenido en porcentaje de PET y la compactación de los espe-

52

címenes de prueba preparados. Finalmente se determina el contenido óptimo de refuerzo

PET en tiras para alcanzar la máxima resistencia al corte y resistencia a la compresión no

confinada.

La prueba de compresión no confinada fue realizado conforme a las especificaciones de

la norma INV E 152. La prueba de compresión no confinada es un método de prueba de

laboratorio simple para determinar rápidamente la resistencia a la compresión no confinada

de un suelo y una roca. En el caso del suelo, esta prueba se puede hacer si el suelo es de

grano fino y posee suficiente cohesión. El resultado de la prueba se utiliza para calcular la

compresión no drenada del suelo en condiciones no confinadas (Gangopadhyay, 2013).

La resistencia a la compresión no confinada (σ1) es una medida de la carga por unidad de

área en la que la muestra cilíndrica de un suelo cohesivo falla en compresión y esto es Ex-

presado por la relación simple:

𝜎𝑢 =𝑞𝑢

𝐴 (4)

Donde 𝑞𝑢 es la carga axial a la falla de la prueba de compresión no confinada y A es el área

de la sección corregida del espécimen 𝐴 =𝐴0

(1−𝜀). 𝐴0 es el área inicial del espécimen y ε es

la deformación axial (∆𝑙/𝑙𝑜).

El aparato para la prueba de compresión no confinada consiste en un bastidor de carga

equipado con un cilindro de prueba unido a un indicador de deformaciñon(Fotografía 8). La

prueba se realiza en un espécimen cilíndrico (de longitud 2 a 2½ veces de diámetro)

colocado en conos ahuecados para mantener las restricciones de desplazamiento (condición

de apoyo) hasta que la muestra de suelo falle debido al corte a lo largo de un plano crítico.

La carga normal (σ1) se aplica desde el marco de carga a través del cilindro de prueba para

medir la deformación de la muestra de suelo, pero no hay presión horizontal limitada

aplicada en esta celda de la muestra, a diferencia de la muestra triaxial. Por lo tanto, la

prueba no está confinada y es uniaxial en la que:

𝜎2 = 𝜎3 = 0 (5)

53

La carga continúa hasta que los valores de carga disminuyen o permanecen constantes al

aumentar la deformación, o hasta que alcanzan una deformación axial del 20% (a veces, el

15%). En este estado, se considera que la muestra de suelo está en falla y la resistencia al

corte no drenada del suelo (𝑠𝑢) es igual a la mitad de la compresión no confinada fuerza.

Por lo tanto:

𝑠𝑢 =𝜎1

2 (6)

Donde σ1 es la resistencia a la compresión no confinada.

Fotografía 11. Aparato de prueba de la resistencia a la compresión no confinada del suelo, Universidad de

Ibagué.

54

Tabla 2: Datos del límite liquido

7. ANALISIS DE RESULTADOS

Suelo de análisis

Las muestras fueron clasificadas previamente en campo como suelo arcilloso de alta plasti-

cidad (CH), ya que este material fue previamente utilizado para procedimientos en el labo-

ratorio de suelos de la Universidad de Ibagué el cual era utilizado para fines educativos.

Cabe resaltar que las muestras se introdujeron en el horno para hacer el proceso de disgre-

gado porque que tenían forma de terrones, lo que dificultaba su manipulación, luego de esto

se tamizaron únicamente por la malla #6 con el fin de quitar gravas y material orgánico, y

se procede a pulverizar el material retenido en la malla #6 hasta obtener la cantidad de ma-

terial requerida para la elaboración de los ensayos, posteriormente se desecha el material

sobrante.

A partir de los datos de la tabla 2 se construye la gráfica de la curva de fluidez:

Recipiente N° A B C

Peso del suelo Humedo + recipiente 18,52 16,37 14,91

Peso del suelo Seco + recipiente 13,62 12,21 11,27

Peso del recipiente 5,51 5,17 4,86

Peso del suelo Seco 8,11 7,04 6,41

Peso del agua 4,9 4,16 3,64

Contenido de humedad 60,42% 59,09% 56,79%

Numero de go