estudio de la variación de la doble capa difusa de suelos

Estudio de la Variación de la Doble Capa Difusa de Suelos Arcillosos con Agua Destilada y Saturada con

Sal

Por:

Juan Camilo Osorio Marín

Proyecto de Grado para optar por el título de Ingeniero Civil

Asesor

Nicolás Estrada Mejía

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES

FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL

BOGOTÁ D.C., COLOMBIA

2017

Agradecimientos

En primera instancia, quisiera agradecer a mis padres por su apoyo incondicional y contribuir tanto en mi

formación como profesional como personal. A mis amigos, por ofrecerme su amistad y ayuda cuando la

llegue a necesitar. Al profesor Nicolás Estrada Mejía, por su asesoría durante el desarrollo del proyecto y

sus consejos sobre los objetivos propuestos. Finalmente, un agradecimiento al personal técnico de

laboratorio por su colaboración y supervisión durante cada uno de los ensayos realizados.

Tabla de contenido

Lista de ilustraciones ........................................................................................................................................................................ 4

Lista de Tablas .................................................................................................................................................................................. 4

Lista de Figuras................................................................................................................................................................................. 5

1. Introducción ............................................................................................................................................................................ 6

2. Objetivos ................................................................................................................................................................................. 7

2.1. Objetivo general ............................................................................................................................................................ 7

2.2. Objetivo específico ........................................................................................................................................................ 7

3. Marco Teórico ......................................................................................................................................................................... 8

3.1. Montmorillonita – Bentonita ......................................................................................................................................... 8

3.2. Caolinita ........................................................................................................................................................................ 8

3.3. Doble capa difusa .......................................................................................................................................................... 8

4. Metodología .......................................................................................................................................................................... 10

4.1. Materiales .................................................................................................................................................................... 10

4.2. Ensayos ....................................................................................................................................................................... 12

4.2.1. Determinación Del Límite Líquido De Los Suelos ............................................................................................ 12

4.2.2. Determinación del Límite Plástico ..................................................................................................................... 13

4.2.3. Ensayo con Cono Penetrómetro ......................................................................................................................... 14

4.2.4. Gravedad específica ........................................................................................................................................... 14

4.2.5. Prueba de Consolidación Unidimensional ......................................................................................................... 14

4.2.6. Ensayo con Corte Directo .................................................................................................................................. 15

5. Resultados y análisis de resultados ....................................................................................................................................... 17

5.1. Determinación del límite líquido ................................................................................................................................. 17

5.1.1. Cazuela .............................................................................................................................................................. 17

5.1.2. Cono penetrómetro ............................................................................................................................................ 20

5.2. Determinación del límite plástico ................................................................................................................................ 22

5.2.1. Bentonita ............................................................................................................................................................ 22

5.2.2. Caolinita............................................................................................................................................................. 23

5.3. Resumen ...................................................................................................................................................................... 23

5.4. Gravedad Específica .................................................................................................................................................... 24

5.4.1. Bentonita ............................................................................................................................................................ 24

5.4.2. Caolinita............................................................................................................................................................. 25

5.5. Consolidación .............................................................................................................................................................. 25

5.5.1. Bentonita + H2O ................................................................................................................................................ 26

5.5.2. Caolinita + H2O +Sal (NaCl) ............................................................................................................................ 28

5.5.3. Caolinita + H2O ................................................................................................................................................. 30

5.5.4. Bentonita + H2O + Sal (NaCl) ........................................................................................................................... 32

5.5.5. Resumen ............................................................................................................................................................ 34

5.6. Corte Directo ............................................................................................................................................................... 34

5.6.1. Bentonita + H20 ................................................................................................................................................. 35

5.6.2. Bentonita + H20 + Sal (NaCl) ........................................................................................................................... 36

5.6.3. Caolinita + H2O ................................................................................................................................................. 37

5.6.4. Caolinita + H20 + Sal (NaCl) ............................................................................................................................ 38

5.6.5. Resumen ............................................................................................................................................................ 39

6. Conclusiones y Recomendaciones ........................................................................................................................................ 40

7. Bibliografía ........................................................................................................................................................................... 41

Lista de ilustraciones Ilustración 1. Doble capa difusa y capa de Stern. ............................................................................................................................. 9

Ilustración 2. Evolución del potencial eléctrico en función de la distancia de la partícula. .............................................................. 9

Ilustración 3. Tamaño relativo de las capas absorbidas de agua en Montmorillonita y Caolinita. .................................................... 9

Ilustración 4. Balanza de medición de peso .................................................................................................................................... 10

Ilustración 5. Cazuela de bronce ..................................................................................................................................................... 10

Ilustración 6. Cono penetrómetro .................................................................................................................................................... 11

Ilustración 7. Revolvedor ................................................................................................................................................................ 11

Ilustración 8. Consolidómetro ......................................................................................................................................................... 11

Ilustración 9. Preparación de la muestra para límite líquido ........................................................................................................... 12

Ilustración 10. Muestra de Bentonita con agua salada al límite líquido .......................................................................................... 12

Ilustración 11. Muestras de arcilla al límite líquido ........................................................................................................................ 13

Ilustración 12. Muestra de Caolinita con agua luego del horneado ................................................................................................. 13

Ilustración 13. Muestra de Bentonita con agua para el límite plástico luego del horno .................................................................. 14

Ilustración 14. Equipo para realizar ensayo de consolidación compuesto de un anillo, piedras porosas, equipo para tener la

muestra drenada y punto de carga axial. ......................................................................................................................................... 15

Ilustración 15. Muestra preparada al límite líquido de Caolinita con agua pura en el ensayo de corte directo, inicialmente en

sumersión. ....................................................................................................................................................................................... 16

Ilustración 16. Equipo de ensayo de corte directo ........................................................................................................................... 16

Lista de Tablas Tabla 1. bentonita+H20 – límite líquido ......................................................................................................................................... 17

Tabla 2. Bentonita+H20+Sal – límite líquido ................................................................................................................................. 18

Tabla 3. Caolinita+H20- límite líquido ........................................................................................................................................... 18

Tabla 4. Caolinita+H20+Sal – límite líquido .................................................................................................................................. 19

Tabla 5. bentonita+H20 – Cono penetrómetro – límite líquido ...................................................................................................... 20

Tabla 6. Bentonita+H20+Sal- Cono penetrómetro – límite líquido ................................................................................................ 20

Tabla 7. Caolinita+H20- Cono penetrómetro – límite líquido ........................................................................................................ 21

Tabla 8 Caolinita+H20+Sal.- Cono penetrómetro – límite líquido ................................................................................................. 22

Tabla 9. bentonita+H20 -límite plástico.......................................................................................................................................... 22

Tabla 10. Bentonita+H20+Sal-límite plástico ................................................................................................................................. 23

Tabla 11. Caolinita+H2O-límite plástico ........................................................................................................................................ 23

Tabla 12. Caolinita+H20+Sal-límite plástico ................................................................................................................................. 23

Tabla 13. Resumen de los límites líquidos y plásticos para las muestras de arcilla a diferente saturación ..................................... 23

Tabla 14. Ensayo de Gravedad Específica especificando la temperatura ambiente, las masas respectivas de suelo y el volumen del

picnómetro. ..................................................................................................................................................................................... 24

Tabla 15. Valor final de la Gravedad Específica para la Bentonita. ................................................................................................ 24

Tabla 16. Ensayo de Gravedad Específica especificando la temperatura ambiente, las masas respectivas de suelo y el volumen del

picnómetro. ..................................................................................................................................................................................... 25

Tabla 17. Valor final de la Gravedad Específica para la Caolinita. ................................................................................................ 25

Tabla 18. Ensayo de consolidación unidimensional donde para cada carga aplicada sobre el suelo, hay una relación de vacíos,

deformaciones, desplazamientos y un coeficiente de consolidación. .............................................................................................. 27

Tabla 19. Índices de compresión y re-compresión para Bentonita con agua pura. .......................................................................... 28



Tabla 21 Índices de compresión y re-compresión para Caolinita con agua salina. ......................................................................... 30



Tabla 23 Índices de compresión y re-compresión para Caolinita con agua pura. ........................................................................... 32



Tabla 25. Índices de compresión y re-compresión para Bentonita con agua salina. ....................................................................... 34

Tabla 26. Resumen de los índices de compresión y re-compresión ................................................................................................ 34

Tabla 27. Resumen de los valores de cohesión y ángulo de fricción. ............................................................................................. 39

Lista de Figuras Figura 1. Gráfico raíz de t vs asentamiento. ................................................................................................................................... 15

Figura 2. Humedad [%] vs Número de golpes para la Bentonita con agua pura ............................................................................ 17

Figura 3. Humedad [%] vs Número de golpes para la Bentonita con agua salina .......................................................................... 18

Figura 4. Humedad [%] vs Número de golpes para la Caolinita con agua pura ............................................................................. 19

Figura 5. Humedad [%] vs Número de golpes para la Caolinita con agua salina ........................................................................... 19

Figura 6. Penetración vs Número de golpes para la Bentonita con agua pura ................................................................................ 20

Figura 7. Penetración vs Número de golpes para la Bentonita con agua salina ............................................................................. 21

Figura 8. Penetración vs Número de golpes para la Caolinita con agua pura ................................................................................ 21

Figura 9. Penetración vs Número de golpes para la Caolinita con agua salina .............................................................................. 22

Figura 10.Desplazamiento en mm vs la raíz del tiempo para un ensayo de consolidación. ........................................................... 26

Figura 11. Relación de vacíos vs logaritmo del esfuerzo efectivo para la Bentonita con agua pura .............................................. 27

Figura 12. Deformación vs Logaritmo del esfuerzo efectivo para Bentonita con agua pura. ......................................................... 28

Figura 13. Relación de vacíos vs logaritmo del esfuerzo efectivo para la Caolinita con agua salina ............................................. 29

Figura 14. Deformación vs Logaritmo del esfuerzo efectivo para Caolinita con agua salina. ....................................................... 30

Figura 15. Relación de vacíos vs logaritmo del esfuerzo efectivo para la Caolinita con agua pura ............................................... 31

Figura 16. Deformación vs Logaritmo del esfuerzo efectivo para Caolinita con agua pura. .......................................................... 32

Figura 17. Relación de vacíos vs logaritmo del esfuerzo efectivo para la Bentonita con agua salina ............................................ 33

Figura 18. Deformación vs Logaritmo del esfuerzo efectivo para Bentonita con agua salina........................................................ 34

Figura 19. Presión Normal vs Esfuerzo Secante para Bentonita con agua ..................................................................................... 35

Figura 20. Deformación horizontal vs Esfuerzo Secante para Bentonita con agua ........................................................................ 35

Figura 21. Deformación horizontal vs Deformación vertical ......................................................................................................... 36

Figura 22 Presión Normal vs Esfuerzo Secante para Bentonita con agua y sal.............................................................................. 36

Figura 23 Deformación horizontal vs Esfuerzo Secante para Bentonita con agua y sal ................................................................. 36


Figura 25 Presión Normal vs Esfuerzo Secante para Caolinita con agua ....................................................................................... 37

Figura 26. Deformación horizontal vs Esfuerzo Secante para Caolinita con agua ......................................................................... 37


Figura 28. Presión Normal vs Esfuerzo Secante para Caolinita con agua y sal ............................................................................. 38

Figura 29. Deformación horizontal vs Esfuerzo Secante para Caolinita con agua y sal ................................................................ 38


1. Introducción

El estudio del comportamiento y las propiedades mecánicas de los suelos es una de las tareas más

importantes de los ingenieros civiles. Estos permiten el diseño de las estructuras más adecuadas para las

diferentes obras de ingeniería tales como edificios, puentes, presas, centrales hidroeléctricas, entre otros.

De esta manera, la rama de la ingeniería civil que se encarga de entender los principios de la mecánica y la

hidráulica de los suelos es la ingeniería geotécnica, agregando el diseño de las cimentaciones más adecuadas

para soportar las diferentes obras de infraestructura y la reducción de los posibles riesgos propiciados por

actividades, ya sean humanas o naturales, tales como hundimientos de tierra y deslizamientos con el fin de

mitigarlos.

Entre los numerosos estudios del terreno, las arcillas son los de menor dimensión particular, adquieren

plasticidad al ser humedecidas y firmes al ser secadas, pueden ser moldeadas fácilmente y se usan en

procesos industriales como es en la producción de cemento, elaboración de papel, y obtención de sustancias

de filtrado. (Wayback, 2005). Esta plasticidad afecta de gran manera el comportamiento de las propiedades

del suelo por lo que el mejoramiento del mismo permitiría la aplicación de solicitaciones de carga mucho

más grandes y construcciones de mayor tamaño.

Por ello, en estudios realizados por Asuri Sridharan se investigaron las características de los suelos

arcillosos bajo soluciones de NaCl en agua a distintas concentraciones (Sridharan, 2001), los cuales fueron

replicados por Dueñas con el fin de encontrar una explicación a este fenómeno y una búsqueda de posibles

aplicaciones en campo. Este último comprobó que el límite líquido es afectado por la concentración de sal

y que la sal permite una mayor consolidación de las arcillas adicional al mejoramiento de sus propiedades

(Dueñas, 2014). Siguiendo con estos estudios, Vanegas y Sarmiento continuaron con estos estudios con el

fin de conocer las variaciones de las propiedades mecánicas de las arcillas y buscando establecer si el efecto

del NaCl sobre el suelo es reversible, encontrando que el peso específico seco máximo y la humedad óptima

aumentan con la concentración de sal (Vanegas B., 2014).

Siguiendo el trabajo de estos proyectos, se desea conocer el comportamiento mecánico de los suelos

arcillosos en agua saturada pura y salina por medio de la consolidación de muestras de suelo confinados

lateralmente y drenados axialmente a incrementos controlados de esfuerzo vertical y la resistencia al corte

de las mismas muestras de suelo consolidadas y drenadas.

2. Objetivos

2.1. Objetivo general

- Caracterizar el comportamiento mecánico de diferentes suelos arcillosos saturados con agua pura

y salina

2.2. Objetivo específico

- Verificar el límite líquido de las arcillas Caolinitas y Montmorillonita con base en los estudios

previos realizados por medio de la Cazuela de Casagrande y Cono Penetrómetro-

- Realizar ensayos de Consolidación Unidimensional con el fin de conocer los asentamientos

presentados por una muestra estandarizada y los índices de compresión y Re-compresión.

- Hallar la resistencia al corte y el ángulo de fricción en condiciones consolidadas – drenadas para

las arcillas estudiadas.

3. Marco Teórico

3.1. Montmorillonita – Bentonita

La Montmorillonita se forma por medio de una degradación de la Ilita y los feldespatos provenientes en las

cenizas volcánicas. La estructura básica se conforma por tres capas, donde la capa central es una Gibsita.

Esta conforma láminas muy delgadas y de gran superficie con relación a su espesor. (Leoni, 2017). Esta

arcilla presenta una estructura de la familia de los filosilicatos, basada en el apilamiento de planos de iones

de oxígeno e hidroxilos de forma Trilaminar (De tres capas: Una octaédrica más dos tetraédricas) y Di-

octaédrico.

𝐶𝑜𝑚𝑝𝑜𝑠𝑖𝑐𝑖ó𝑛 𝑄𝑢í𝑚𝑖𝑐𝑎 − 𝑁𝑎0.33(𝐴𝑙1.67𝑀𝑔0.33)𝑆𝑖4𝑂10(𝑂𝐻)2

3.2. Caolinita

La Caolinita es una arcilla formada de la degradación del feldespato, conformada por dos capas de Sílice y

Gibsita fuertemente unidas que conforman una lámina muy delgada con arreglo uniforme y regular. (Leoni,

2017). Esta arcilla presenta una estructura de la familia de los filosilicatos, basada en el apilamiento de

planos de iones de oxígeno e hidroxilos de forma Bilaminar (De dos capas: Una octaédrica y una tetraédrica)

y Di-octaédrico.

𝐶𝑜𝑚𝑝𝑜𝑠𝑖𝑐𝑖ó𝑛 𝑄𝑢í𝑚𝑖𝑐𝑎 − 𝐴𝑙2𝑆𝑖2𝑂5(𝑂𝐻)4

3.3. Doble capa difusa

El modelo de Gouy-Chapman o de doble capa difusa combina dos efectos, el agrupamiento y orden de los

iones en las proximidades de la superficie por medio de las fuerzas eléctricas de una nube iónica, y, por

otro lado, la agitación térmica que desordena este agrupamiento (Mengual, 1989). La disposición rígida de

los iones en la disolución a una cierta distancia se convierte en una estructura difusa, dando un exceso de

carga iónica de la disolución que no se encuentra localizada sino distribuida a lo largo de la superficie. Este

modelo se basa en tres supuestos:

1. Superficie plana, de extensión infinita y cargada uniformemente.

2. Los iones en la parte difusa de la doble capa son cargas puntuales distribuidas conforme a la ley de

Boltzmann.

3. El disolvente sólo afecta la doble capa por su constante dieléctrica, la cual tiene valor constante

para toda la capa difusa.

Ilustración 1. Doble capa difusa y capa de Stern (Paul C. Hiemenz, 1997 ).

En las arcillas, las partículas poseen cargas superficiales negativas debido a sustituciones isomórficas a la

cual se tratan de adherir capas de iones y molécula positivas, pero con menor fuerza (electrostática}, lo cual

permite cierta movilidad en forma de agitaciones. Esta doble capa ocurre en la interfase entre la superficie

de la arcilla y la solución.

Ilustración 2. Evolución del potencial eléctrico en función de la distancia de la partícula (Jie Li, 2011).

Ilustración 3. Tamaño relativo de las capas absorbidas de agua en Montmorillonita y Caolinita (Robert D. Holtz).

4. Metodología

4.1. Materiales

Los siguientes equipos de laboratorio fueron usados para el desarrollo de este proyecto: Una balanza con

una sensibilidad de 0.01 gr, una cazuela de bronce con sus aditamentos especificados en la norma I.N.V.E.

-125 -07, espátula, ranurador, recipientes de metal, horno termostáticamente controlado capaz de mantener

temperaturas de 110 ± 5°C para secar las muestras, revolvedor de muestras, Consolidómetro y equipo de

corte directo.

Ilustración 4. Balanza de medición de peso

Ilustración 5. Cazuela de bronce

Ilustración 6. Cono penetrómetro

Ilustración 7. Revolvedor

Ilustración 8. Consolidómetro

4.2. Ensayos

4.2.1. Determinación Del Límite Líquido De Los Suelos

Para determinar el límite líquido de las arcillas (Bentonita y Caolinita) seguimos la norma I.N.V.E, en la

cual se toma una muestra que pese 100 g. de una porción de material completamente mezclado que pase el

tamiz 0.425 mm (No.40).

Se coloca la muestra de suelo y mezcla con agua destilada, agitándola y tajándola con una espátula en forma

alternada y mezclando hasta formar una pasta uniforme de consistencia dura. Se coloca una cantidad en la

cazuela hasta dejarla a una profundidad de 10 mm y el excedente se devuelve para seguir mezclando. Se

pasa el ranurador y se divide la muestra a lo largo del diámetro y a través de la línea central de la masa del

suelo.

Ilustración 9. Preparación de la muestra para límite líquido

Se golpea la cazuela girando la manija a una velocidad de dos revoluciones por segundo, hasta que las dos

mitades de la pasta de suelo se pongan en contacto en el fondo de la ranura a larga de una distancia cerca

de 13 mm. Se anota el número de golpes que cerraron la ranura y se realiza el mismo ensayo para los

siguientes intervalos: 25-35; 20-30; 15-25, de manera que la oscilación entre las determinaciones sea de,

por lo menos, 10 golpes. El límite líquido se determina representando un punto que represente el contenido

de humedad, versus el número de golpes trazando una línea por dicho punto, que sea paralela a la curva

más cercana del diagrama. El Límite Líquido será el contenido de humedad correspondiente a la

intersección de esta línea con la de 25 golpes.

Ilustración 10. Muestra de Bentonita con agua salada al límite líquido

Se realizó este mismo ensayo para las cuatro consideraciones que se tuvieron en este proyecto, Bentonita

con agua, Bentonita con agua y sal, Caolinita con agua y Caolinita con agua más sal.

Ilustración 11. Muestras de arcilla al límite líquido

Se colocaron todas las muestras en el horno con el fin de hallar la humedad correspondiente para cada una

de las muestras tenidas en cuenta para este proyecto.

Ilustración 12. Muestra de Caolinita con agua luego del horneado

4.2.2. Determinación del Límite Plástico

Para hallar el contenido más bajo de agua que puede tener las muestras de arcilla, se realiza el método de

moldeo de rollos. En este método se rueda la masa de suelo entre la palma de la mano y el plato de vidrio

esmerilado con la presión necesaria para formar un rollo de diámetro uniforme de 3 mm en toda su longitud.

Este se divide en varios pedazos y se juntan los trozos formando una forma elipsoidal y enrollándola de

nuevo. Se unen las porciones y se colocan en un recipiente hasta que el espécimen de 8 g y se meta en el

horno.

Ilustración 13. Muestra de Bentonita con agua para el límite plástico luego del horno

4.2.3. Ensayo con Cono Penetrómetro

Este método alternativo al de Casagrande permite medir el límite líquido de una muestra del suelo y

siguiendo el mismo procedimiento de mezclado, se toman muestras de 200-300 gramos para introducirlas

con una espátula en una cubeta metálica y eliminando poros presentes en el mismo por medio de golpes.

Al llenarse, se enrasa cuidadosamente. Mediante la liberación del cono de 80 gramos, este penetrará en la

muestra, donde, al cabo de 5 segundos se tomará la medición del comparador en milímetros repitiendo este

procedimiento 3 veces. Se espera tomar cuatro mediciones entre los 15 mm y los 25 mm de penetración.

Hallando el contenido de humedades para cada uno de los procedimientos (Secados), se realiza la curva de

contenido de humedad vs penetración del cono.

4.2.4. Gravedad específica

Empleando la I.N.V.E. 128 – 13, se determina la gravedad específica de las partículas sólidas de los suelos

y de la llenante mineral por medio de un picnómetro con agua. Tomando la masa del picnómetro por medio

de una balanza, tomando la temperatura ambiente a la cual se tomó. La masa recomendada para los

especímenes de prueba, en este caso de arcilla en picnómetro de 250 ml, es de 35 gramos para la Caolinita

y 10 gramos para la Bentonita. En el caso de la Bentonita, no se siguió a cabalidad la norma debido a la alta

absorción de humedad de la Bentonita, la cual hubiera ocasionado problemas en el futuro.

La preparación de la muestra fue secada al horno para calcular la gravedad específica y considerando la

densidad del picnómetro a la temperatura del agua al ambiente.

4.2.5. Prueba de Consolidación Unidimensional

Este método permite determinar la tasa y magnitud de la consolidación de muestras de suelo confinados

lateralmente y drenados axialmente a incrementos controlados de esfuerzo vertical.

Para determinarse, se debe primero prepara la muestra al límite líquido y moldeándose al interior del

diámetro del Consolidómetro. Se determina la masa de la muestra dentro del anillo y se determina la altura

inicial de la muestra. Se deben tener en cuenta las piedras porosas con papel filtro para manejar las

filtraciones de agua. Ensamblado el conjunto, se coloca el consolidómetro en el dispositivo de carga y se

aplican una serie de cargas entre el inicial, 0.125 kg/cm2 hasta 16 kg/cm2 y se re-consolida hasta 4 kg/cm2.

Se anota para cada carga, el asentamiento generado se toma para cada intervalo de tiempo los cuales van

en 0.1, 0.2, 0.4, 0.6, 1, 2, 4, 6, 10, 20, 40, 60 minutos y así sucesivamente. Cuando se llegue al 100% de

consolidación se pasa a la siguiente serie de carga para empezar la nueva medición.

Figura 1. Gráfico raíz de t vs asentamiento.

Pasos:

1. Medir la distancia del origen a la intersección de la recta tangente a la curva en el eje de los tiempos

y ese dato se multiplica por 1.15.

2. Localizar punto donde la recta tangente a la curva se interseca con el eje de las lecturas del

deformímetro.

3. Ubicar el punto donde interseca la recta con la curva de consolidación, y este valor es la lectura al

90% de consolidación.

4. Se prolonga una línea al eje de los tiempos, el cual se marca el tiempo a 90% de consolidación.

Ilustración 14. Equipo para realizar ensayo de consolidación compuesto de un anillo, piedras porosas, equipo para tener la muestra drenada y punto de carga axial.

4.2.6. Ensayo con Corte Directo

A partir de este ensayo determinamos la resistencia al corte de las muestras de suelo consolidadas y

drenadas por medio de un corte directo en la muestra. Para este ensayo se realiza un corte simple aplicando

una fuerza de corte sobre una muestra entre piedras porosas y aplicándole una fuerza normal en forma de

consolidación.

Ilustración 15. Muestra preparada al límite líquido de Caolinita con agua pura en el ensayo de corte directo, inicialmente en sumersión.

Primero, ya preparada la muestra al límite líquido especificado se aplica una sumersión de la muestra en el

dispositivo de corte directo hasta su estabilización. Luego, se realiza la debida consolidación de la muestra

bajo la carga especificada por la norma INV E-154-07. Posteriormente se liberan los maros que sostienen

la muestra para aplicar la fuerza de corte a la velocidad de falla especificada por la norma. Se ensayan tres

muestras en total para cada material con el fin de obtener la curva de presión normal vs esfuerzo secante.

Ilustración 16. Equipo de ensayo de corte directo

5. Resultados y análisis de resultados

5.1. Determinación del límite líquido Para la determinación del límite líquido se halla el contenido de humedad de una muestra entre el estado

líquido y el estado plástico del suelo teniendo en cuenta la masa del agua sobre la masa del suelo secado al

horno.

𝐶𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 =𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎

𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑎𝑑𝑜 𝑎𝑙 ℎ𝑜𝑟𝑛𝑜∗ 100

𝐿. 𝐿. → 𝐼𝑛𝑡𝑒𝑟𝑠𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑢𝑟𝑣𝑎 𝑑𝑒 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑐𝑜𝑛 𝑙𝑎 𝑜𝑟𝑑𝑒𝑛𝑎𝑑𝑎 𝑑𝑒 25 𝑔𝑜𝑙𝑝𝑒𝑠

5.1.1. Cazuela

Mediante la cazuela de Casagrande, se toma la masa del suelo húmedo y seco de un cierto número de

golpes, generalmente entre 40-30 para la primera muestra, 30-20 para la segunda y la tercera entre 20-10

golpes. Se verifica que la muestra cierre 13 mm, especificado en la norma I.N.V.E. – 125 -07.

5.1.1.1. Bentonita Tabla 1. bentonita+H20 – límite líquido

Figura 2. Humedad [%] vs Número de golpes para la Bentonita con agua pura

El promedio de humedad en el límite líquido para la Bentonita en agua destilada es de 280.56 %.

No. 132 262 j2 Prom. Desv. Est.

Masa s.h.+r. (g) 33.18 32.01 31.39 32.19 0.91

Masa s.s.+r. (g) 18.56 17.15 16.88 17.53 0.90

Masa r. (g) 13.18 11.77 11.94 12.30 0.77

N golpes 32 22 13 - -

Verificación 13 14 13 13.33 0.58

Peso ag(g) 14.62 14.86 14.51 14.66 0.18

Peso s.s.(g) 5.38 5.38 4.94 5.23 0.25

Humedad % 271.75% 276.21% 293.72% 280.56% 11.62%

Tabla 2. Bentonita+H20+Sal – límite líquido

Figura 3. Humedad [%] vs Número de golpes para la Bentonita con agua salina

Finalmente, el promedio de humedad en el límite líquido para la Bentonita en salmuera es de 67.51 %.

5.1.1.2. Caolinita Tabla 3. Caolinita+H20- límite líquido

No. 331 164 256 Prom. Desv. Est.

Masa s.h.+r. (g) 31.91 32.88 31.87 32.22 0.57

Masa s.s.+r. (g) 24.05 24.66 23.53 24.08 0.57

Masa r. (g) 11.46 12.89 11.66 12.00 0.77

N golpes 34 23 14 - -

Verificación 13 13 13 13.00 0

Peso ag(g) 7.86 8.22 8.34 8.14 0.25

Peso s.s.(g) 12.59 11.77 11.87 12.08 0.45

Humedad % 62.43% 69.84% 70.26% 67.51% 4.40%


Masa s.h.+r. (g) 32.68 32.21 32.38 32.42 0.24

Masa s.s.+r. (g) 24.51 23.88 23.56 23.98 0.48

Masa r. (g) 12.5 12.27 12.14 12.30 0.18

N golpes 36 26 16 - -

Verificación 14 16 13 14.33 1.53

Peso ag(g) 8.17 8.33 8.82 8.44 0.34

Peso s.s.(g) 12.01 11.61 11.42 11.68 0.30

Humedad % 68.03% 71.75% 77.23% 72.34% 4.63%

Figura 4. Humedad [%] vs Número de golpes para la Caolinita con agua pura

El promedio de humedad obtenido para la Caolinita con agua dulce es de 72.34 %.

Tabla 4. Caolinita+H20+Sal – límite líquido

Figura 5. Humedad [%] vs Número de golpes para la Caolinita con agua salina

La humedad obtenida en promedio para la Caolinita con salmuera es de 89.4 %.


Masa s.h.+r. (g) 32.96 32.92 33.87 33.25 0.54

Masa s.s.+r. (g) 22.91 23.68 23.77 23.45 0.47

Masa r. (g) 11.43 13.16 12.89 12.49 0.93

N golpes 30 21 12 - -

Verificación 15 13 14 14.00 1

Peso ag(g) 10.05 9.24 10.1 9.80 0.48

Peso s.s.(g) 11.48 10.52 10.88 10.96 0.48

Humedad % 87.54% 87.83% 92.83% 89.40% 2.97%

5.1.2. Cono penetrómetro

Este método, al igual que el de Casagrande aunque más lógico, permite medir el límite líquido de una

muestra colocada en un diámetro de 55 mm y profundidad de 40 mm mediante un cono de acero de 80 g

que penetra la muestra durante 5 segundos. El límite líquido sería el contenido de agua del suelo que permite

que el cono penetre 20 mm durante ese periodo de tiempo. Se toman cuatro mediciones y se toma la masa

tanto húmeda como seca y se utiliza la misma fórmula del contenido de humedad.

5.1.2.1. Bentonita Tabla 5. bentonita+H20 – Cono penetrómetro – límite líquido

Figura 6. Penetración vs Número de golpes para la Bentonita con agua pura

La humedad obtenida en promedio para la Bentonita con agua es de 263.69 %.

Tabla 6. Bentonita+H20+Sal- Cono penetrómetro – límite líquido

No. 164 294 5 160 Prom. Desv. Est.

Penetración [mm] 18.2 20.9 22.4 23.8 - -

Masa s.h.+r. (g) 22.88 23.88 23.58 25.13 23.87 24.11

Masa s.s.+r. (g) 15.69 14.85 15.39 16.42 15.59 15.56

Masa r. (g) 12.89 11.43 12.32 13.16 12.45 12.34

Peso ag(g) 7.19 9.03 8.19 8.71 8.28 8.55

Peso s.s.(g) 2.8 3.42 3.07 3.26 3.14 3.22

Humedad % 256.79% 264.04% 266.78% 267.18% 263.69% 4.81%

No. 128 42 263 180 Prom. Desv. Est.

Penetración [mm] 16.5 18.6 21.6 24.9 - -

Masa s.h.+r. (g) 24.55 22.22 23.46 26.33 24.14 24.04

Masa s.s.+r. (g) 19.65 18.07 18.44 19.86 19.01 18.84

Masa r. (g) 12.87 12.72 12.11 11.89 12.40 12.28

Peso ag(g) 4.9 4.15 5.02 6.47 5.14 5.19

Peso s.s.(g) 6.78 5.35 6.33 7.97 6.61 6.56

Humedad % 72.27% 77.57% 79.30% 81.18% 77.58% 3.83%

Figura 7. Penetración vs Número de golpes para la Bentonita con agua salina

La humedad obtenida en promedio para la Bentonita con agua y sal es de 77.58 %.

5.1.2.2. Caolinita Tabla 7. Caolinita+H20- Cono penetrómetro – límite líquido

Figura 8. Penetración vs Número de golpes para la Caolinita con agua pura

La humedad obtenida en promedio para la Caolinita con agua es de 77.71 %.

No. 229 84 245 51 Prom. Desv. Est.

Penetración [mm] 15.7 18.7 19.4 22.5 - -

Masa s.h.+r. (g) 23.17 23.99 24.4 23.29 23.71 23.85

Masa s.s.+r. (g) 18.24 19.11 18.86 19.01 18.81 18.95

Masa r. (g) 11.5 12.56 11.93 13.87 12.47 12.71

Peso ag(g) 4.93 4.88 5.54 4.28 4.91 4.90

Peso s.s.(g) 6.74 6.55 6.93 5.14 6.34 6.24

Humedad % 73.15% 74.50% 79.94% 83.27% 77.71% 4.73%

Tabla 8 Caolinita+H20+Sal.- Cono penetrómetro – límite líquido

Figura 9. Penetración vs Número de golpes para la Caolinita con agua salina

El límite líquido en promedio para la Caolinita con agua y sal es de 87.25 %.

5.2. Determinación del límite plástico

Para calcular el límite plástico se usa la misma fórmula del límite líquido, la cual es la siguiente:

𝐿. 𝑃. =𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎

𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜 𝑎𝑙 ℎ𝑜𝑟𝑛𝑜∗ 100

5.2.1. Bentonita Tabla 9. bentonita+H20 -límite plástico

El límite plástico en promedio para la Bentonita con agua es de 31.31 %.

No. 5 160 164 294 Prom. Desv. Est.

Penetración [mm] 16.2 17.4 20.1 23.7 - -

Masa s.h.+r. (g) 22.58 24.18 23.35 22.4 23.13 23.26

Masa s.s.+r. (g) 17.67 19.06 18.44 17.2 18.09 18.20

Masa r. (g) 11.81 13.16 12.9 11.41 12.32 12.45

Peso ag(g) 4.91 5.12 4.91 5.2 5.04 5.07

Peso s.s.(g) 5.86 5.9 5.54 5.79 5.77 5.75

Humedad % 83.79% 86.78% 88.63% 89.81% 87.25% 2.62%

No. 250 588 Prom. Desv. Est.

Masa s.h.+r. (g) 18.74 18.41 18.58 0.23

Masa s.s.+r. (g) 17.09 16.81 16.95 0.20

Masa r. (g) 11.91 11.61 11.76 0.21

Peso ag(g) 1.65 1.6 1.63 0.04

Peso s.s.(g) 5.18 5.2 5.19 0.01

Humedad % 31.85% 30.77% 31.31% 0.77%

Tabla 10. Bentonita+H20+Sal-límite plástico

El límite plástico en promedio para la Bentonita con agua y sal es de 23.03 %.

5.2.2. Caolinita Tabla 11. Caolinita+H2O-límite plástico

El límite plástico en promedio para la Caolinita con agua es de 31.96 %.

Tabla 12. Caolinita+H20+Sal-límite plástico

El límite plástico en promedio para la Caolinita con agua y sal es de 25.46 %.

5.3. Resumen

En resumen, se hallaron los promedios de los límites líquidos realizados tanta con la cazuela de Casagrande

como en el ensayo de cono penetrómetro, adicional a los límites plásticos obtenidos.

Tabla 13. Resumen de los límites líquidos y plásticos para las muestras de arcilla a diferente saturación


Masa s.h.+r. (g) 19.59 20.46 20.03 0.62

Masa s.s.+r. (g) 18.44 18.71 18.58 0.19

Masa r. (g) 13.18 11.48 12.33 1.20

Peso ag(g) 1.15 1.75 1.45 0.42

Peso s.s.(g) 5.26 7.23 6.25 1.39

Humedad % 21.86% 24.20% 23.03% 1.66%


Masa s.h.+r. (g) 18.23 17.22 17.73 0.71

Masa s.s.+r. (g) 16.8 16.03 16.42 0.54

Masa r. (g) 12.31 12.32 12.32 0.01

Peso ag(g) 1.43 1.19 1.31 0.17

Peso s.s.(g) 4.49 3.71 4.10 0.55

Humedad % 31.85% 32.08% 31.96% 0.16%


Masa s.h.+r. (g) 18.28 17.31 17.80 0.69

Masa s.s.+r. (g) 16.92 16.17 16.55 0.53

Masa r. (g) 11.65 11.63 11.64 0.01

Peso ag(g) 1.36 1.14 1.25 0.16

Peso s.s.(g) 5.27 4.54 4.91 0.52

Humedad % 25.81% 25.11% 25.46% 0.49%

Material L.L. L.P.

Bentonita+Agua 271.55% 31.31%

Bentonita+Sal 71.95% 23.03%

Caolinita+Agua 74.10% 31.96%

Caolinita+Sal 87.90% 25.46%

5.4. Gravedad Específica

Para hallar la relación entre la masa de un cierto volumen de sólidos y la masa del mismo volumen de

agua destilada y libre de gas a igual temperatura, se calcula la Gravedad Específica:

𝑊𝑚𝑠 = 𝑊𝑚(𝑝𝑖𝑐𝑛ó𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜 𝑎 𝑇𝑎𝑚𝑏) + 𝑊𝑠(𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜)

𝐺𝑆 =𝑊𝑠

𝑊𝑚𝑤(𝑎𝑔𝑢𝑎 + 𝑝𝑖𝑐𝑛ó. ) + 𝑊𝑠 − 𝑊𝑚𝑠𝑤(𝑝𝑖𝑐𝑛ó. +𝑎𝑔𝑢𝑎 + 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜)

𝑦 =𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 ℎ𝑢𝑚 + 𝐴𝑛𝑖𝑙𝑙𝑜

𝑉𝑐𝑜𝑛𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑ó𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜

𝑦𝐷 =𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜 + 𝐴𝑛𝑖𝑙𝑙𝑜

𝑉𝑐𝑜𝑛𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑ó𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜

ℎ𝑠 =𝑦𝐷ℎ𝑜

𝐺𝑆 ∗ 𝑦𝑤

𝑒 =ℎ

ℎ𝑠− 1

5.4.1. Bentonita

De esta manera, para la Bentonita se calcula la gravedad específica con las variables previamente

mencionadas.

Tabla 14. Ensayo de Gravedad Específica especificando la temperatura ambiente, las masas respectivas de suelo y el volumen del picnómetro.

Tabla 15. Valor final de la Gravedad Específica para la Bentonita.

Ensayo No. UND 1

Pic. N° - 1

Ta °C 23

% ret. % 0%

Vol. Pic 20°C cm3 250

Método rem - vacío

Masa picnó seco - Wm g 120.19

M. Pic+Ag+Sue Wmsw g 357.77

Temperatura °C 23

M. Pic+Ag. Wmw g 351.34

M. lata g 46.59

M. suel. Sec +lata g 56.15

Vp cm3 231.7

pw,c g/cm3 0.997

M. suelo seco - Ws g/cm3 9.56

GS - 3.054

La Gravedad Específica encontrada para la Bentonita es de 3.054.

5.4.2. Caolinita

De igual manera, se calcula la gravedad específica con las variables previamente mencionadas para la

Caolinita.

Tabla 16. Ensayo de Gravedad Específica especificando la temperatura ambiente, las masas respectivas de suelo y el volumen del picnómetro.

Tabla 17. Valor final de la Gravedad Específica para la Caolinita.

La Gravedad Específica encontrada para la Bentonita es de 2.592.

5.5. Consolidación

A partir de los incrementos de carga se dibujan las curvas de deformación contra la raíz cuadrada del

tiempo en minutos hallando los asentamientos a 50% y 100% de consolidación primaria a partir de la

deformación a 0% y 90% halladas previamente en la curva.

𝐷50 = 𝐷𝑜 +5

9(𝐷90 − 𝐷𝑜)

𝐷100 = 𝐷𝑜 +10

9(𝐷90 − 𝐷𝑜)

Por ejemplo, para una carga de 4 kg/cm2 se tienen unos asentamientos a ciertos tiempos determinados. La

visualización de estos valores genera una curva, en la cual se identifican los valores D0, D50, D90 y D100.

De igual manera, se halla el Cv de esta gráfica obtenida.

Ensayo No. UND 1

Pic. N° - 1

Ta °C 23

% ret. % 0%

Vol. Pic 20°C cm3 250

Método rem - vacío

Masa picnó seco - Wm g 120.45

M. Pic+Ag+Sue Wmsw g 390.68

Temperatura °C 23

M. Pic+Ag. Wmw g 369.57

M. lata g 45.5

M. suel. Sec +lata g 79.87

Vp cm3 249.8

pw,c g/cm3 0.997

M. suelo seco - Ws g/cm3 34.37

GS - 2.592

𝐶𝑣 = 0.05𝐻2

𝑡50 𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒:

H = la altura de la muestra en metros para una muestra con drenaje doble al 50% de consolidación,

T50 = tiempo para el 50% de consolidación en s, y

Cv = Coeficiente de consolidación en m2/s

Figura 10.Desplazamiento en mm vs la raíz del tiempo para un ensayo de consolidación.

Para cada una de las curvas se escribe el asentamiento a la masa de consolidación correspondiente y con

ella el espesor de la muestra, la presión de poros y la deformación correspondiente.

5.5.1. Bentonita + H2O

Para la Bentonita con agua destilada se usa la masa inicial y las correspondientes masas tanto en modo

carga como descarga como se puede observar en la tabla siguiente.

Tabla 18. Ensayo de consolidación unidimensional donde para cada carga aplicada sobre el suelo, hay una relación de vacíos, deformaciones, desplazamientos y un coeficiente de consolidación.

Figura 11. Relación de vacíos vs logaritmo del esfuerzo efectivo para la Bentonita con agua pura

Se puede observar que, con cada incremento de carga la consolidación al 100% genera en la masa inicial

una expansión mientras que en los siguientes valores hay compresión del material. Por otra parte, se puede

observar en 0.25 kg/cm2 el asentamiento máximo y luego, con mayores valores de carga se decrece el

asentamiento, indicando una disminución en las deformaciones y la presión de poros. Una discrepancia se

observa en el valor de 0.125 kg/cm2 dado que el coeficiente de consolidación obtenido es 2 unidades

mayores a los demás valores de carga, posiblemente debido a que esta carga generó un impacto sobre la

muestra dado que antes se estaba expandiendo y el cual debería aumentar relativamente con respecto al

incremento de carga.

Masa [kg/cm2] Bent+Ag+L100 Espesor (mm) e % Defor. Cv (mm2/min) Cv (m2/s)

0.012 -0.14 25.33 1.36 -0.56% 0.37 6.11E-09

0.125 0.88 24.45 1.28 3.51% 16.66 2.78E-07

0.25 7.14 17.30 0.61 28.36% 0.11 1.77E-09

0.5 2.96 14.34 0.34 11.74% 0.09 1.53E-09

1 2.44 11.90 0.11 9.68% 0.14 2.26E-09

2 2.44 9.47 -0.12 9.68% 0.19 3.23E-09

4 2.31 7.15 -0.33 9.17% 0.21 3.50E-09

8 1.77 5.39 -0.50 7.02% 0.20 3.33E-09

16 1.06 4.33 -0.60 4.21% 0.30 4.98E-09

8 -0.26 4.58 -0.57 -1.02% 0.51 8.47E-09

4 -0.35 4.94 -0.54 -1.41% 0.30 4.98E-09

Figura 12. Deformación vs Logaritmo del esfuerzo efectivo para Bentonita con agua pura.

A partir de los datos y gráficas, se obtuvieron valores de índice de compresión y re-compresión de 0.74 y

0.11 respectivamente.

Tabla 19. Índices de compresión y re-compresión para Bentonita con agua pura.

5.5.2. Caolinita + H2O +Sal (NaCl)

Para la Caolinita mezclada con agua y sal (saturada), se usa la masa inicial y las correspondientes masas

tanto en modo carga como descarga como se puede observar en la tabla siguiente.

Cc 0.74

Cs 0.11


Figura 13. Relación de vacíos vs logaritmo del esfuerzo efectivo para la Caolinita con agua salina

Se puede observar que, con cada incremento de carga la consolidación al 100% hay compresión del material

mientras que, al liberar carga se genera expansión. En este caso, la Caolinita con agua y sal incrementa su

asentamiento con el incremento de carga. Se presenta una discrepancia en 0.125 kg/cm2 dado que aumenta

la deformación, pero disminuye en el siguiente valor de carga. La presión de poros disminuye con respecto

al incremento de carga, aumentando de esta manera el coeficiente de consolidación de la muestra.

Masa [kg/cm2] Cao+Ag+Sal+L100 (mm) Espesor (mm) e % Defor. Cv (mm2/min) Cv (m2/s)

0.012 0.56 24.80 0.96 2.20% 1.59 2.65E-08

0.125 0.96 23.84 0.89 3.78% 3.82 6.37E-08

0.25 0.76 23.08 0.83 3.01% 3.24 5.40E-08

0.5 0.91 22.17 0.75 3.57% 4.76 7.93E-08

1 1.20 20.98 0.66 4.72% 5.58 9.30E-08

2 1.48 19.50 0.54 5.84% 6.64 1.11E-07

4 1.52 17.98 0.42 5.99% 8.91 1.48E-07

8 1.67 16.31 0.29 6.57% 9.92 1.65E-07

16 1.62 14.69 0.16 6.38% 9.60 1.60E-07

8 -0.10 14.79 0.17 -0.39% 29.17 4.86E-07

4 -0.29 15.08 0.19 -1.16% 8.91 1.48E-07

Figura 14. Deformación vs Logaritmo del esfuerzo efectivo para Caolinita con agua salina.



Tabla 21 Índices de compresión y re-compresión para Caolinita con agua salina.

5.5.3. Caolinita + H2O

Para la Caolinita con agua destilada, se usa la masa inicial y las correspondientes masas tanto en modo

carga como descarga como se puede observar en la tabla siguiente.

Cc 0.40

Cs 0.08


Figura 15. Relación de vacíos vs logaritmo del esfuerzo efectivo para la Caolinita con agua pura


mientras que, al liberar carga se genera expansión. En este caso, la Caolinita con agua destilada incrementa

su asentamiento con el incremento de carga. Se presenta una discrepancia en 0.125 kg/cm2 dado que

aumenta la deformación, pero disminuye en el siguiente valor de carga. Posiblemente debido a que esta

Masa [kg/cm2] Cao+Ag+L100 (mm) Espesor (mm) e % Defor. Cv (mm2/min) Cv (m2/s)

0.012 0.02 25.34 1.00 0.09% 2.78 4.64E-08

0.125 1.80 23.54 0.86 7.09% 4.58 7.63E-08

0.25 0.69 22.85 0.81 2.71% 6.96 1.16E-07

0.5 1.00 21.86 0.73 3.93% 8.91 1.48E-07

1 1.19 20.66 0.63 4.70% 11.81 1.97E-07

2 1.32 19.34 0.53 5.21% 15.95 2.66E-07

4 1.42 17.92 0.42 5.59% 16.41 2.73E-07

8 1.65 16.27 0.29 6.52% 16.41 2.73E-07

16 1.66 14.61 0.16 6.55% 17.64 2.94E-07

8 -0.17 14.78 0.17 -0.67% 26.58 4.43E-07

4 -0.29 15.07 0.19 -1.13% 17.64 2.94E-07

carga generó un impacto sobre la muestra dado que antes se presentaba una deformación casi nula, la cual

debería aumentar relativamente con respecto al incremento de carga. La presión de poros disminuye con

respecto al incremento de carga, aumentando de esta manera el coeficiente de consolidación de la muestra.

Figura 16. Deformación vs Logaritmo del esfuerzo efectivo para Caolinita con agua pura.



Tabla 23 Índices de compresión y re-compresión para Caolinita con agua pura.

5.5.4. Bentonita + H2O + Sal (NaCl)

Para la Bentonita mezclada con agua y sal (saturada), se usa la masa inicial y las correspondientes masas

tanto en modo carga como descarga como se puede observar en la tabla siguiente.

Cc 0.37

Cs 0.08


Figura 17. Relación de vacíos vs logaritmo del esfuerzo efectivo para la Bentonita con agua salina


mientras que, al liberar carga se genera expansión. En este caso, la Bentonita con agua más sal incrementa

su asentamiento con el incremento de carga. Se presenta una discrepancia en 0.125 kg/cm2 dado que

aumenta la deformación, pero disminuye en el siguiente valor de carga. Posiblemente debido a que esta

carga generó un impacto sobre la muestra, la cual debería aumentar relativamente con respecto al

incremento de carga. La presión de poros disminuye con respecto al incremento de carga, más el coeficiente

de consolidación de esta muestra es demasiado aleatorio como para considerar una correlación.

Masa [kg/cm2] Bent+Ag+Sal+L100 (mm) Espesor (mm) e % Defor. Cv (mm2/min) Cv (m2/s)

0.012 0.69 24.67 0.95 2.72% 1.74 2.90E-08

0.125 1.82 22.85 0.81 7.19% 5.36 8.93E-08

0.25 0.35 22.49 0.78 1.40% 0.57 9.53E-09

0.5 0.66 21.83 0.73 2.59% 2.70 4.50E-08

1 1.10 20.73 0.64 4.35% 9.92 1.65E-07

2 1.35 19.38 0.53 5.32% 9.40 1.57E-07

4 1.59 17.79 0.41 6.28% 6.96 1.16E-07

8 1.57 16.22 0.28 6.20% 5.82 9.70E-08

16 1.29 14.92 0.18 5.10% 5.36 8.93E-08

8 0.00 14.92 0.18 -0.01% 69.54 1.16E-06

4 -0.08 15.00 0.19 -0.31% 39.70 6.62E-07

Figura 18. Deformación vs Logaritmo del esfuerzo efectivo para Bentonita con agua salina.



Tabla 25. Índices de compresión y re-compresión para Bentonita con agua salina.

5.5.5. Resumen

Tabla 26. Resumen de los índices de compresión y re-compresión

Parámetros Bentonita + Agua Bentonita + Agua +Sal Caolinita + Agua Caolinita + Agua + Sal

Cc 0.74 0.38 0.37 0.40

Cs 0.11 0.02 0.08 0.08

5.6. Corte Directo

En este ensayo, luego de realizadas las consolidaciones se hallan las velocidades de falla de la muestra

por medio de la fórmula siguiente y se falla la muestra a esta velocidad:

𝑡𝑓 = 50𝑡50;

𝑡𝑓 = 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑓𝑎𝑙𝑙𝑎;

Cc 0.38

Cs 0.02

𝑡50 = 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑜 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑙𝑜𝑔𝑟𝑎𝑟 𝑒𝑙 50% 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑎𝑐𝑖ó𝑛

𝑣𝑓 =𝑑𝑓

𝑡𝑓=

𝑑𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑓𝑎𝑙𝑙𝑎 𝑑𝑒 5 𝑚𝑚 𝑒𝑛 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜𝑠 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑𝑜𝑠

𝑡𝑓

Para cada muestra de arcilla con su respectiva agua se tiene una velocidad de falla, una presión normal y

un esfuerzo secante determinado diferente más en cada una se mantiene la misma velocidad de falla.

Adicionalmente, se graficaron los esfuerzos secantes vs la deformación horizontal y la deformación vertical

vs horizontal presentada para las presiones normales de 0.5, 1 y 2 kg/cm2.

5.6.1. Bentonita + H20

Para la bentonita con agua se obtienen los esfuerzos secante máximos de los ensayos de corte directo y se

grafican vs las presiones normales de consolidación.

Figura 19. Presión Normal vs Esfuerzo Secante para Bentonita con agua

Se obtiene una resistencia al corte de 3.87 kPa y un ángulo de fricción de 13.16°.

Figura 20. Deformación horizontal vs Esfuerzo Secante para Bentonita con agua

Se puede observar que existe una correlación entre el aumento de la presión normal con la deformación

horizontal vs esfuerzo secante.

Figura 21. Deformación horizontal vs Deformación vertical

De igual manera, existe una correlación entre el aumento de la presión normal con la deformación horizontal

vs deformación vertical para la Bentonita con agua.

5.6.2. Bentonita + H20 + Sal (NaCl)

Para la bentonita con agua y sal se obtienen los esfuerzos secante máximos de los ensayos de corte directo

y se grafican vs las presiones normales de consolidación.

Figura 22 Presión Normal vs Esfuerzo Secante para Bentonita con agua y sal


Figura 23 Deformación horizontal vs Esfuerzo Secante para Bentonita con agua y sal





vs deformación vertical para la Bentonita con agua, aunque los valores de 1 y 2 kg/cm2 presentan

deformaciones verticales similares.

5.6.3. Caolinita + H2O

Para la Caolinita con agua se obtienen los esfuerzos secante máximos de los ensayos de corte directo y se

grafican vs las presiones normales de consolidación.

Figura 25 Presión Normal vs Esfuerzo Secante para Caolinita con agua


Figura 26. Deformación horizontal vs Esfuerzo Secante para Caolinita con agua






5.6.4. Caolinita + H20 + Sal (NaCl)

Para la Caolinita con agua y sal se obtienen los esfuerzos secante máximos de los ensayos de corte directo

y se grafican vs las presiones normales de consolidación.

Figura 28. Presión Normal vs Esfuerzo Secante para Caolinita con agua y sal


Figura 29. Deformación horizontal vs Esfuerzo Secante para Caolinita con agua y sal






5.6.5. Resumen

Finalmente, se presenta en la siguiente tabla un resumen de los valores de cohesión y ángulo de fricción

obtenidos en este proyecto para muestras de arcillas saturadas tanto en agua como en salmuera.

Tabla 27. Resumen de los valores de cohesión y ángulo de fricción.

Parámetros Bentonita + Agua Bentonita + Agua +Sal Caolinita + Agua Caolinita + Agua + Sal

Cohesión [kPa] 3.87 8.08 1.30 1.25

Ángulo de fricción [-] 13.16 20.36 14.90 18.98

6. Conclusiones y Recomendaciones

- Así como en proyectos anteriores, se corroboró el efecto de la sal en materiales arcillosos como la

Bentonita y la Caolinita. Por ejemplo (en condiciones saturadas), el límite líquido y plástico para

la Bentonita con agua fue mucho mayor que en la Bentonita con sal, en cambio, el límite líquido

con agua y sal aumento para la Caolinita con agua y sal y disminuyó para el límite plástico, aunque

no de manera significativa.

- El coeficiente de consolidación vertical para la Bentonita con agua es mucho menor que para la

que se encuentra saturada con agua salada, esto significa que la consolidación se realiza con mayor

rapidez para esta última.

- La relación de vacíos para la Bentonita con agua llega a ser negativa debido a que las deformaciones

que se logran con el aumento de presión normal no es dependiente, a diferencia que la Bentonita

con agua y sal.

- Se es necesario verificar los picos de deformaciones en los ensayos de consolidación en función de

los esfuerzos efectivos debido a que deberían aumentar de manera dependiente con el mismo

- Los índices de compresión y re-compresión para la Caolinita con agua como con sal de forma

saturada, poseen valores similares o idénticos. En cambio, la Bentonita con agua y sal disminuye

sus índices de manera considerable.

- El efecto de las propiedades de resistencia al corte y ángulo de fricción aumentan para la Bentonita

con agua y sal de manera considerable a la Bentonita con agua, lo cual refuerza la inclusión de agua

salina como un método de mejoramiento de suelo. Por otra parte, la Bentonita no cambia de manera

significativa sus propiedades mecánicas.

7. Bibliografía

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https://web.archive.org/web/20051227230257/http://mineral.galleries.com/minerals/silicate/c

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estudio de la variación de la doble capa difusa de suelos

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