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ANALISIS DEL COMPORTAMIENTO MECANICO DE LOS SUELOS LIMO

ARENOSOS ESTABILIZADOS CON SILICATO DE SODIO.

MILTON GUILLERMO MOLANO GONZALEZ 20131279078

GINA GRACIELA LEITON MARTINEZ 20132579019

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS

FACULTAD TECNOLOGICA

INGENIERIA CIVIL

BOGOTA D.C.

2017

ANALISIS DEL COMPORTAMIENTO MECANICO DE LOS SUELOS LIMO

ARENOSOS ESTABILIZADOS CON SILICATO DE SODIO.

MILTON GUILLERMO MOLANO GONZALEZ

GINA GRACIELA LEITON MARTINEZ

PROYECTO DE GRADO PRESENTADO

PARA OPTAR POR EL TITULO

DE INGENIERO CIVIL

DIRECTOR DEL PROYECTO

ING. JHOAN OXIRIS QUITIAN CHILA

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS

FACULTAD TECNOLOGICA

INGENIERIA CIVIL

BOGOTA D.C.

2017

CONTENIDO

INTRODUCCION ....................................................................................................................................... 7

PROBLEMA Y JUSTIFICACION ............................................................................................................ 8

1. OBJETIVOS ........................................................................................................................................ 9

1.1 General ........................................................................................................................................ 9

1.2 Específicos ................................................................................................................................ 9

2. MARCO TEORICO .......................................................................................................................... 10

3. ANTECEDENTES ............................................................................................................................ 22

4. RESULTADOS OBTENIDOS ........................................................................................................ 23

METODOLOGIA ...................................................................................................................................... 23

4.1 Realizar la selección del suelo limo arenoso ...................................................................... 23

4.1.1 ensayo para la determinación del límite líquido de los suelos................................ 24

4.1.2 ensayo para la determinación del límite plástico de los suelos.............................. 25

4.2 Tomar una muestra del suelo seleccionado y llevarla al laboratorio de la

Universidad Distrital. ......................................................................................................................... 26

4.3 Realizar los ensayos de laboratorio a las muestras seleccionadas .............................. 26

4.3.1. Relaciones de humedad – masa unitaria seca en los suelos (ensayo normal de

compactación – Proctor Estándar) para hallar humedad optima ..................................... 26

4.3.2. Relaciones de humedad – masa unitaria seca en los suelos (ensayo normal de

compactación – Proctor Estándar) ............................................................................................ 29

4.3.3. Compresión Inconfinada en muestras de suelos ....................................................... 33

4.4 Análisis estadístico de datos .............................................................................................. 43

4.4.1 Diagrama de Cajas y Bigotes: ........................................................................................ 43

4.4.2 Teorema de Grubbs ........................................................................................................... 50

4.4.3 Teorema de Dixon .............................................................................................................. 57

5. ANALISIS DE RESULTADOS ................................................................................................... 59

6. CONCLUSIONES: ....................................................................................................................... 66

7. Bibliografía ....................................................................................................................................... 68

INDICE DE FIGURAS

Figura 1. Toma muestra de suelo al parecer limo arenoso………………...……………..23 Figura 2. Equipo de límite Líquido y muestra de suelo………………………………...….234 Figura 3. Elaboración ensayo para la determinación del límite plástico del suelo……..25 Figura 4. Molde usado para el desarrollo de los ensayos de Relaciones de humedad – masa unitaria seca en los suelos (ensayo normal de compactación)……………..…….29 Figura 5. Probetas utilizadas para el desarrollo de los ensayos de Relaciones de humedad.........................................................................................................................30 Figura 6. Bandejas metálicas utilizadas para el desarrollo de los ensayos de Relaciones de humedad – masa unitaria seca en los suelos (ensayo normal de compactación)….30 Figura 7. Recipientes metálicos utilizados para el desarrollo de los ensayos de Relaciones de humedad – masa unitaria seca en los suelos (ensayo normal de compactación)………………………………………………………………………………….30 Figura 8. Extractor de muestras de suelo utilizado para el desarrollo de los ensayos de Relaciones de humedad – masa unitaria seca en los suelos (ensayo normal de compactación)………………………………………………………………………………….31 Figura 9. Pisón y espátulas de laboratorio utilizados para el desarrollo de los ensayos de Relaciones de humedad – masa unitaria seca en los suelos (ensayo normal de compactación)………………………………………………………………………………….31 Figura 10. Silicato de Sodio Líquido…………………………………………………………32 Figura 11. Muestra de suelo limo arenoso………………………………………………….32 Figura 12. Muestra de suelo limo arenoso, compactadas mediante el ensayo de Relaciones de humedad – masa unitaria seca en los suelos (ensayo normal de compactación), listas para ser falladas mediante el ensayo de Compresión inconfinada en muestras de suelos…………………………………………………………………...…...33 Figura 13. Equipo Master – Loader HM2000……………………………………………....34 Figura 14. Tecnotest Macchina Serie No. TR 115, Matricola No. 97002 y anno costruzione 1997………………………………………………………...…………………….34 Figura 15. Mini Loger…………………………………………………………...……………..34 Figura 16. Colocación del cilindro para ser sometido a las carga………………………..35 Figura 17. Cilindros luego de fallas……………………………………..…………………...35 Figura 18. Cilindros luego de fallas…………………………………………..……………..35

INDICE DE TABLAS

Tabla 1. Tabla de Grubbs…………………………………………………………………….18 Tabla 2. Tabla 23 – Para aplicar prueba de Dixon…….…………………………………. 19 Tabla 3. Tabla 24 – Para aplicar prueba de Dixon………………………………………...19 Tabla 4. Tabla de Dixon………………………………………………………………………20 Tabla 5. Datos de Limite Líquido……………….……………………………………………24 Tabla 6. Datos de Limite Plastico………………………………………...………………….25 Tabla 7. Datos para elaboración de grafica de Humedad ptima…¡Error! Marcador no definido.…...………………....28 Tabla 8. Dimensiones molde para ensayo Relaciones de humedad – masa unitaria seca en los suelos………………………………………………………..……………………29 Tabla 9. Consolidado para elaborar Diagramas de Cajas y Bigotes…………………….43 Tabla 10. Datos suelo sin Silicato de Sodio, para elaborar Diagrama de Cajas y Bigotes …………………………………………………………………………………………………...45 Tabla 11. Datos suelo con contenido de 10% Silicato de Sodio, para elaborar Diagrama de Cajas y Bigotes..........................................................................................................46 Tabla 12. Datos suelo con contenido de 40% Silicato de Sodio, para elaborar Diagrama de Cajas y Bigotes…………………………………………………...………………………..4¡Error! Marcador no definido. Tabla 13. Datos suelo con contenido de 55% Silicato de Sodio, para elaborar Diagrama de Cajas y Bigotes……………………………………………………...……………………..48 Tabla 14. Datos suelo con contenido de 70% Silicato de Sodio, para elaborar Diagrama de Cajas y Bigotes……………………………………………………...……………………..49 Tabla 15. Datos suelo con contenido de 90% Silicato de Sodio, para elaborar Diagrama de Cajas y Bigotes¡Error! Marcador no definido.……………………………………………………...……………………..50 Tabla 16. Datos suelo sin contenido de Silicato de Sodio, para elaborar Prueba T de Grubbs............................................................................................................................51 Tabla 17. Datos suelo con contenido de Silicato de Sodio de 10%, para elaborar Prueba T de Grubbs……………………………………………………….………………….52 Tabla 18. Datos suelo con contenido de Silicato de Sodio de 40%, para elaborar Prueba T de Grubbs.......................................................................................................53 Tabla 19. Datos suelo con contenido de Silicato de Sodio de 55%, para elaborar Prueba T de Grubbs………………………………………………………………….……….55 Tabla 20. Datos de suelo con contenido de Silicato de Sodio de 70%, para elaborar Prueba T de Grubbs……………………………………………………………..……………56 Tabla 21. Datos de suelo con contenido de Silicato de Sodio de 90%, para elaborar Prueba T de Grubbs………………………………………………………………...………...57 Tabla 22. Tabla de Nivel de Coincidencia de Datos Teorema de Dixon………………..57 Tabla 23. Tabla de Nivel de Coincidencia de Datos Teorema de Dixon………………..58 Tabla 24. Tabla de Nivel de Coincidencia de Datos Teorema de Dixon………….…….58 Tabla 25. Tabla de Nivel de Coincidencia de Datos Teorema de Dixon………….….…5¡Error! Marcador no definido.

Tabla 26. Tabla de Nivel de Coincidencia de Datos Teorema de Dixon………....……..¡Error! Marcador no definido.9 Tabla 27. Tabla de Nivel de Coincidencia de Datos Teorema de Dixon…………....…..59 Tabla 28. Datos consolidados pruebas sin Silicato de Sodio………………………….....60 Tabla 29. Datos consolidados pruebas Silicato de Sodio 10%…………………..………60 Tabla 30. Datos consolidados pruebas Silicato de Sodio 40%……………..…………....61 Tabla 31. Datos consolidados pruebas Silicato de Sodio 55%……………..…………...61 Tabla 32. Datos consolidados pruebas Silicato de Sodio 70%……………..……….…..62 Tabla 33. Datos consolidados pruebas Silicato de Sodio 90%……………..…….……..62 Tabla 34. Tabla de datos consolidados porcentaje de Silicato y Resistencia máxima Promedio………………………………………………………………………………………..63 Tabla 35. Tabla de datos para elaborar Grafica de Desviación Estándar.....…………..64 Tabla 36. Costo Silicato de Sodio por porcentaje para un metro cubico de suelo……..65

Tabla 37.Datos consolidados porcentaje de Silicato de Sodio, Resistencia Máxima Promedio e Incremento Porcentual.....………………………………………………….…..66

INDICE DE GRAFICAS

Grafica 1. Curva de Fluidez...........................................................................................24 Grafica 2. Curva de Plasticidad………………………………………..……..……………..26 Grafica 3. Humedad óptima 2do ensayo…………………………….……………...……...28 Grafica 4. δ vs. Σ Sin Silicato de Sodio…………………………….……………………….37 Grafica 5. δ vs. Σ Contenido 10% Silicato de Sodio…………….…………………...……38 Grafica 6. δ vs. Σ Contenido 40% Silicato de Sodio…………….…………………...……39 Grafica 7. δ vs. Σ Contenido 55% Silicato de Sodio…………….…………………...……40 Grafica 8. δ vs. Σ Contenido 70% Silicato de Sodio…………….…………………...……41 Grafica 9. δ vs. Σ Contenido 90% Silicato de Sodio…………………………………...….42 Grafica 10. Diagramas de Cajas y Bigotes…………………………………………………44 Grafica 11. Porcentaje de Silicato VS. Resistencia máxima Promedio……………...….63 Grafica 12. Grafica de Desviación Estándar……………………………………………….64 Grafica 13. Grafica de Porcentaje de Silicato Vs. Esfuerzo……………………………...65

INDICE DE ECUACIONES

Ecuación No. 1. Varianza..............................................................................................45 Ecuación No. 2. Varianza..............................................................................................45 Ecuación No. 3. Desviación Estandar...........................................................................45 Ecuación No. 4. Desviación Estandar...........................................................................45

INTRODUCCION

Los suelos de tipo limo arenoso, presentan altos niveles de erosión y fenómenos de

tubificación causados por efectos de saturación y arrastre de materiales generados por

corrientes de agua que fluyen a través de la estructura con composición característica

al suelo mencionado, por lo tanto el presente proyecto estudia el uso de Silicato de

Sodio en un suelo limo arenoso, como aditivo para mejorar la resistencia a la erosión,

aumentando sus propiedades cementantes, a fin de obtener una mayor resistencia en

la sub-rasante sobre el cual se plantee la construcción de una estructura de tipo vial.

Conforme a lo anterior se realizó un análisis de la posible dosificación necesaria del

aditivo al suelo, agregando diferentes porcentajes de silicato a muestras significativas

de suelo seleccionado, las cuales fueron sometidas al ensayo de laboratorio de

Relaciones de humedad – masa unitaria seca en los suelos (ensayo normal de

compactación – Proctor Estándar), conforme a la Norma INVIAS INV E - 141 – 13,

luego de lo cual a las mencionadas muestras se les realizó el ensayo de Compresión

inconfinada en muestras de suelos de acuerdo a la Norma INVIAS INV E - 152 – 13,

para posteriormente realizar un análisis estadístico completo y así poder llegar a indicar

cuál es el comportamiento del suelo al agregarle silicato de sodio y cuál es la posible

dosificación de silicato de Sodios que se debe agregar a un suelo limo arenoso para

obtener los resultados esperados.

PROBLEMA Y JUSTIFICACION

¿El Silicato de Sodio aporta propiedades cementantes a los suelos limo arenosos para

la mitigación de proceso de erosión y tubificación de estructuras viales?

Dado que se tiene identificado el problema, se propone el uso del Silicato de Sodio

como un aditivo cementante que limite el paso de agua a través de una estructura vial

compuesta por suelos de tipo limo arenoso. Siendo este el factor principal que más

deteriora este tipo de suelos, puesto que ocasiona la perdida de materiales por efecto

del arrastre de materiales finos y fenómenos de tubificación.

Adicionalmente es importante mencionar que en el presente proyecto se tiene en

cuenta el uso de suelos de tipo limo arenosos, dado que este existente en zonas de

llanura y planicies donde este tipo de materiales es característico y donde es bastante

difícil obtener material de préstamo, por lo tanto se plantea el mejoramiento del

mencionado suelo con la adición de Silicato de Sodio para que las vías de estos

sectores cuenten con resistencia a la erosión para evitar la posible falla de las

estructuras construidas sobre ese tipo de suelo.

1. OBJETIVOS

1.1 General

Analizar el comportamiento mecánico de los suelos de tipo limo arenoso adicionando

silicato de sodio en diferentes proporciones, a fin de verificar si con el uso de este

compuesto se logra la mejora de las propiedades cementantes del suelo.

1.2 Específicos

Determinar la relación humedad-densidad mediante los ensayos de compresión

simple, compactación y Proctor estándar, a fin de hallar la humedad optima de la

muestra de suelo seleccionada.

Preparar la dosificación porcentual de Silicato de Sodio para la estabilización de

muestras.

Elaborar un número de ensayos de campo suficientes para minimizar la varianza

entre resultados, incrementando la confiabilidad de los valores obtenidos.

Implementar un modelo experimental estadístico que permita conocer la

varianza de las medidas obtenidas.

Realizar un análisis de los resultados obtenidos.

2. MARCO TEORICO

“Los suelos friccionantes (Gravas, arenas y limos no plásticos o las mezclas en que

ellos predominan) por lo general tienen capacidad de carga suficiente y características

de compresibilidad que no provocan problemas de asentamiento de importancia.

Las arenas o limos muy sueltos pueden plantear problemas de erosión y de

asentamiento brusco, por colapso rápido de su estructura simple, cuando está

sometida a cargas de alguna importancia. Estos colapsos suelen estar asociados a

movimientos en el agua del subsuelo, sea saturación por flujo de agua que se infiltre de

la superficie o ascensos del nivel freático por cualquier razón. Sin embargo ese efecto

no es muy importante bajo las terraceras pues estas absorben con facilidad los

movimientos resultantes, naturalmente que el efecto anterior es mucho más peligroso

cuando el terreno de cimentación soporta alguna de las estructuras rígidas que suelen

construirse en una vía terrestre.

En ocasiones las fuerzas hidrodinámicas producidas por el flujo ascendente del agua,

al vencer el peso de las partículas, provocan efectos de boyancia que hacen que el

suelo pierda total o casi totalmente su capacidad de carga, con los consiguientes

efectos para la obra civil. Este problema será poco frecuente no de temer tan pronto

como la altura de los terraplenes sobre el terreno sea de alguna significación, pero

puede desempeñar algún papel en la cama de ciertos cortes. La solución al caso

consistirá siempre en cortar el flujo o en reducir su gradiente a niveles convenientes;

por fortuna la situación es calculable por métodos teóricos.

Otro efecto del flujo del agua en el terreno de cimentación es la tubificación producida

cunado el agua se infiltra a través del suelo de cimentación con su gradiente hidráulico

superior al crítico, de manera que haya arrastre de partículas. La condición de

tubificación no es muy peligrosa en el terreno de cimentación de terracerías, puede

afectar más bien a los terraplenes, siendo un factor que se debe considerar en su

estabilidad, pero pudiera presentarse en ocasiones, por ejemplo al brotar el agua a un

lado del terraplén, cuando exista un embalse en el otro lado. Los suelos más

susceptibles a la tubificación son los friccionantes finos, permeables, sin cementación,

con índice plástico bajo; los suelo que además de cumplir los requisitos anteriores son

ligeros (arenas pumiticas, por ejemplo) resultan particularmente afectables por el flujo

del agua.

Puede decirse que no existe una relación fija entre las características desfavorables de

un terreno de cimentación en cuanto a resistencia y compresibilidad y su situación

geográfica o topográfica, aunque los terrenos desfavorables suelen abundar más en

formaciones fluviales, lacustres o marinas; la fotointerpretación y los estudios

geológicos de superficie son el medio más seguro para detectar las zonas difíciles en

que serán precisos estudios de detalle suficiente.

La falta de resistencia en el suelo de cimentación es particularmente crítica cuando la

obra vial exige altos terraplenes, lo que sucede principalmente en los accesos a

puentes y pasos de desnivel, en llanuras de inundación, en ríos o esteros y en zonas

donde exista tirante de agua. A veces se ha querido ver en 3,0 m de altura de terraplén

un límite practico para establecer cuando se requieren estudios especiales, en lo

relativo a la exploración de suelos y determinación detallada de características del

suelo en el laboratorio con fines de realizar los análisis de estabilidad que estos casos

especiales demandan, pero es difícil fijar tales limites, pues la gravedad de un caso

concreto depende no solo de la altura de los terraplenes, sino también de la naturaleza

de los materiales presentes y de lo importante que sean las consecuencias de una falla

hipotética.”1

“Tipos de fallas, no directamente asociadas a la resistencia al esfuerzo cortante

de los suelos

En este título se tratarán tres tipos de fallas, cuyo mecanismo no depende, por lo

menos directa y exclusivamente, de la resistencia al esfuerzo cortante del suelo. Eso

no quiere decir que tan importante propiedad no influya en mayor o menor grado en la

generación y desarrollo de estas fallas. Se mencionara en primero lugar a las fallas por

erosión:

2.1.1. Erosión

Tan frecuentes y dañinas en los terraplenes y corte en las vías terrestres. Se trata del

resultado del ataque superficial de los agentes erosivos sobre los materiales que

componen el talud. El viento y el agua (lluvia o escurrimiento superficial) son los

agentes cuyos malos efectos el ingeniero a de intentar contrarrestar con mayor

frecuencia en las vías terrestres. La falla se manifiesta en irregularidades, socavones y

canalizaciones en el plano del talud, originalmente irregular, estos defectos podrán

progresar hasta la eventual destrucción del talud, en el caso de un terraplén, o hasta

atacar profundamente un corte, con consecuencias a veces muy graves.”2

2.1.2. Tubificación

“Si bien no se consideran frecuentes en las vías terrestres quizá han sido causa de

mayor número de problemas de lo que usualmente se estima. La situación típica que

expone un terraplén a la tubificación es que por algún motivo aquel embalse de agua

durante un lapso considerable, suficiente para que se establezca un flujo a través. Que

el terraplén embalse es, sin duda, una condición que se presenta con relativa

frecuencia (cruce por zonas pantanosas, vasos de presas, zonas de inundación de ríos,

esteros, etc.), pero seguramente es bastante más raro que el terraplén de una vía

terrestre quede durante mucho tiempo expuesto a la acción de agua en sus dos

1 (RODRIGUEZ, LA INGENIERIA DE SUELOS EN VÍAS TERRESTRES: CARRETERAS, 2005)


taludes, con tirante diferente y desnivel importante de manera que pueda establecerse

un flujo con gradiente hidráulico suficientemente alto para generar problemas de

tubificación.

La tubificación comienza cuando hay arrastre de partículas de suelo en el interior de

una masa por efecto de las fuerzas erosivas generadas por el flujo de agua. Una vez

que las partícula empiecen a ser removidas van quedando en el suelo pequeños

canales por los que el agua circula a mayor velocidad, con mayor poder de arrastre, de

manera que el fenómeno de tubificación tiende a crecer continuamente una vez que

comienza, aumentando siempre el diámetro de los canales que se van formando al

interior del terraplén. Otra característica curiosa del fenómeno es que comenzando en

el talud aguas abajo, progresa hacia atrás, es decir hacia el interior del terraplén. El

límite del fenómeno es el colapso del bordo, al quedar este surcado por huecos de

diámetro suficiente para efectuar la estabilidad por disminución de sección resistente.

Un factor que contribuye mucho a la tubificación es la insuficiencia de compactación del

terraplén, cuando esta afecta a suelos susceptibles. Esta insuficiencia de compactación

es común, sobre todo, en la vecindad de muros o superficies rígidas, tales como ductos

o alcantarillas.

Teniendo en cuenta que las alcantarillas son lugares en donde es común que exista

tirante de aguay en torno a los cuales es difícil compactar los suelos, se puede afirmar

que constituyen los puntos críticos de la vía terrestre, en lo que al problema de

tubificación de refiere. Alrededor de ellas se deberá vigilar muy especialmente la

susceptibilidad de los materiales que se empleen.”3

2.1.3. Falla por agrietamiento

“Es seguro que en los terraplenes de las vías terrestres se puedan presentar

agrietamientos tanto en el sentido transversal como en el longitudinal. Los primeros

ocurrirán por asentamiento diferencial a lo largo del eje del camino y solo serán de

consideración en el caso de terraplenes construidos sobre suelos blandos, por ejemplo

en zonas de transición con terreno de cimentación de mejor calidad o en lugares en

que, por alguna razón, los asentamientos diferenciales puedan ser particularmente

grandes. Sin embargo, es difícil concebir que un caso de ese tipo de agrietamientos se

presente en forma peligrosa y sistemática. El agrietamiento longitudinal respecto al eje

de la obra vial es mucho más frecuente o, por lo menos, mucho más frecuentemente

perceptible; ocurre sobre todo por movimientos diferenciales de los hombros del

terraplén y su parte central. Se manifiesta por la aparición de dos familias de grietas

simétricas respecto al eje del camino, ubicadas en los hombros, incluso en las zonas

extremas de la parte usualmente pavimentada, estas grietas continúan en forma casi

interrumpida durante decenas o centenares de metros. Muchas veces esta forma de

agrietamiento constituye un problema importante, pues puede probar la eventual

destrucción del terraplén en conjunto. Todavía se discute cual puede ser la génesis de


los más importantes fenómenos de agrietamiento longitudinal que se han reportado,

pero parece ser que son causa importante los movimientos diferenciales por distinto

grado de secado entre los materiales cercanos a los hombros y taludes del terraplén y

los de la zona central del mismo, mucho menos expuestos a la evaporación solar.”4

“Empleo de materiales estabilizantes

Un aspecto de esta solución es el añadir al suelo alguna substancia que mejore sus

características de resistencia. Por lo general este tipo de solución es más factible en

terraplenes. Las substancias que más normalmente se han añadido al suelo para el fin

que se busca son cementos, asfaltos o sales químicas. Sin embargo en la práctica eso

métodos resultan caros, por lo que su uso es limitado.

En general se trata de añadir cementación artificial a los granos del suelo. La mayor

parte de los procesos de inyección química que se han intentado utilizan mezclas

químicas en que predomina el silicato de sodio, a partir del cual puede formarse un gel

sílico para rellenar grietas, intersticios o vacíos en el suelo . Se ha dicho que esos

métodos se pueden aplicar a suelos arenosos con diámetro efectivo de un décimo de

milímetro como mínimo. La mayor parte de los reportes que hay en la literatura sobre

estas técnicas se refieren a tratamientos temporales.”5

“Silicato de sodio

Es un gel plástico presentado en una mezcla constituida silicato y un reactivo (En

nuestro caso Agua), dosificados de tal manera que la transformación en gel se realice

al cabo de un tiempo dado.

Conviene señalar que todas las lechadas elaboradas con silicato de sodio son

extremadamente sensibles a la composición química de este que varía en cada país.

No existe pues una fórmula de lechada universal.

A pesar de su apariencia, las lechadas a base de silicato no son liquidas como el agua,

por ejemplo: en cuanto se mescla el silicato y el reactivo, la viscosidad aumenta hasta

llegar a una lechada no inyectable por ser demasiado viscosa, mucho antes de que se

produzca la transformación en gel. Además contiene unas micelas coloidales, aunque

muy pequeñas, impide la penetración de estas lechadas en los terrenos muy finos,

como son los limos.”6

Para el desarrollo del presente proyecto se elaboraron los siguientes ensayos:

Ensayo para la determinación del límite liquido de los suelos.

El ensayo se elaboró conforme a lo establecido en la Norma INVIAS INV E - 125 – 13.


5 (RODRIGUEZ, LA INGENIERIA DE SUELOS EN LAS VÍAS TERRESTRES: CARRETERAS, 2005)

6 (CAMBERFORT, 1975)

“Este ensayo se utiliza para poder realizar la clasificación de suelo, consiste en tomar

una muestra representativa del suelo a analizar, fraccionar las muestras y agregarles

diferentes cantidades de agua, colocarlas en la cazuela del aparato de Casa Grande y

realizar una ranura en la muestra, luego de lo cual se procede a dar golpes a la

cazuela, hasta que se cierre la mencionada ranura.

Se toma registro de los números de golpes que fueron necesarios para cerrar la ranura

en la Cazuela, y se toma una muestra de cada ensayo, a fin de hallar la humedad de

cada muestra. Con estos datos se construirá la Curva de Fluidez, la cual servirá como

herramienta para hallar la ecuación de la recta, la cual deberá ser producto de agregar

una línea de tendencia de tipo lineal; con la mencionada ecuación se reemplaza X con

el valor de 25 y se soluciona la ecuación, con lo cual se obtendrá el Limite Liquido del

suelo. (Para efectos del presente proyecto se tomaron tres muestras, para la

construcción de la Curva de Fluidez)”7

Ensayo límite plástico e índice de plasticidad de suelos


“La determinación del límite plástico sirve para realizar la clasificación del suelo,

caracterizando los agregados finos del mismo. Este ensayo consiste en tomar una

muestra de suelo que pase por el Tamiz No. 40, se procede a adicionar agua a la

muestra y se presiona de manera repetida hasta formar rollos de un diámetro

aproximado 3,2 mm, hasta que su contenido de aguase reduce a un estado en el cual a

los rollos se les comienzan a formar grietas, pero conservando el diámetro inicial; luego

de lo cual se procede a pesar las muestras y a introducirlas al horno para hallar su

humedad.

Para efectos del presente proyecto se tomaron dos muestras a las cuales se les hallo la

humedad, se promediaron y así se obtuvo el límite plástico del suelo”8

Ensayo de Proctor Estándar - Relaciones de humedad – masa unitaria seca

en los suelos (ensayo normal de compactación – Proctor Estándar)


“La finalidad de este ensayo es la de hallar la humedad optima del suelo, para que su

comportamiento sea optimo en resistencia al corte, a la compresión y logre

permeabilidad”.9

7 (AUTOR, 2017)

8 (AUTOR, 2017)

9 (AUTOR, 2017)

“Este ensayo consiste en colocar en tres capas una muestra de suelo, con una

humedad de moldeo seleccionada, dentro de un molde, sometiendo a cada capa a 25 o

56 golpes de un amartillo de 24.5 n (5.5 lbf) que cae desde una altura de 305 mm

(12”), produciendo una energía de compactación aproximada de 600 KN-m/m3 (12400

lbf-pie/pie3). Se determina el peso unitario seco resultante. El procedimiento se repite

para un número suficiente de humedades de moldeo, para establecer una curva que

relacione las humedades con los respectivos pesos unitarios secos obtenidos. Esta

curva se llama curva de compactación y su vértice determina la humedad optima y el

peso unitario seco máximo, para el ensayo normal de compactación.” ”10

“Para efectos del desarrollo del presente proyecto se realizó el ensayo de Relaciones

de humedad – masa unitaria seca en los suelos, con el uso del ensayo de

compactación Proctor estándar, para lo cual se tomaron tres muestras a las cuales se

les agregaron porcentajes de agua aproximadamente del 10%, 13% y 16%.”11

Compresión inconfinada en muestras de suelos


“Este ensayo sirve para determinar la resistencia a la compresión inconfinada de suelos

cohesivos de manera rápida, aplicando una carga axial, y registrando las

deformaciones, este ensayo se puede realizar en muestras intactas, remoldeadas o

compactadas.

En el desarrollo del presente proyecto este ensayo fue el más utilizado, dado que para

cada porcentaje de silicato con que se trabajó se elaboraron aproximadamente 15

muestras a analizar.”12

“Es importante mencionar que se implementó el uso de este ensayo para el desarrollo

del presente proyecto teniendo en cuenta que este ensayo permite la medición de las

deformaciones que se van presentando con en la muestra de suelo al ir aplicando

gradualmente la carga, registros que no son posibles de obtener si se hubiese aplicado

el ensayo de corte directo en condición consolidada drenada Norma INV E – 154 - 13,

puesto que en el mencionado ensayo los esfuerzos de corte y los desplazamientos no

se distribuyen uniformemente en la muestra, y así mismo no es posible determinar una

altura adecuada para el cálculo de deformaciones por corte.”13

Términos de Estadística

“Teniendo en cuenta que este proyecto propone el uso de Silicato de Sodio como

material Cementante en suelos de tipo limo arenosos, en el transcurso del desarrollo

10

(INVIAS, I.N.V.E. - 141 - 13, 2013) 11

(AUTOR, 2017) 12

(AUTOR, 2017) 13

(AUTOR, 2017)

del mismo se realizó un número significativo de ensayos, los cuales pueden presentar

errores en sus procedimientos, lo que generaría anomalías en los resultados, así las

cosas se efectuó un análisis estadístico implementando el uso del Diagrama de Cajas y

Bigote, Teorema de Dixon y Teorema de Grubbs, para excluir los datos atípicos en los

resultados de los ensayos realizados, a fin de tener más seguridad en los hallazgos y

conclusiones del presente proyecto; así las cosas es importante que se tengan en

cuenta los siguientes términos:”14

Mediana

“Una medida de centralización importante es la mediana . Se define esta como una medida central tal que, con los datos ordenados de menor a mayor, el 50 % de los datos son inferior es a su valor y el 50 % de los datos tienen valores superiores.”15 Valor Atípico

“Es el valor o valores en un conjunto de datos, que son ampliamente diferentes con los otros datos, se deben a anomalías en los experimentos o a fallas en las medidas tomadas, que hacen que estos valores se deban descartar del conjunto de datos por presentar diferencias bastante significativas.

Para obtener el valor o valores atípicos en un conjunto de datos, teniendo en cuenta el método de diagrama de caja y bigotes, se debe:

1. Ordenar los valores de menor a mayor. 2. Sacar la mediana. 3. Sacar el primer cuartil y tercer cuartil del conjunto de datos. 4. Sacar el Rango Intercuartil, mediante la resta del tercer cuartil menos el primer

cuartil. 5. Sacar los límites internos, que resulta de multiplicar el Rango Intercuartil por 1.5;

este valor se le resta al primer cuartil, dando como resultado el límite inferior, y para el límite superior se le suma el tercer cuartil, si alguno de los datos se encuentra por debajo o encima de estos rangos, se considerara como valor atípico.

6. Sacar los limites externos, los cuales resultan de multiplicar el Rango Intercuartil por 3; este valor se le sustrae al primer cuartil, dando como resultado el límite inferior, y para el límite superior se le adiciona el tercer cuartil, si alguno de los datos se encuentra por debajo o encima de estos rangos, se considerará como valor atípico y podrá ser descartado de la estadística.”16

Adicionalmente para efectos de mayor confiabilidad en el resultado del presente proyecto se implementara el uso de análisis de datos atípicos mediante el Teorema de Grubbs y el Teorema de Dixon. 14

(AUTOR, 2017) 15

(Cardiel, 2011) 16

Fuente: Autor.

Teorema de Grubbs: “Este método fue planteado por Frank E. Grubbs desde el año 1969 [Grubbs, 1969] y también es conocido como el método ESD (Extreme Studentized Deviate). La prueba de Grubbs se utiliza para detectar valores atípicos en un conjunto de datos univariante y se basa en el supuesto de normalidad. Es decir, primero debe verificarse que sus datos pueden aproximarse razonablemente a una distribución normal antes de aplicar la prueba. Es especialmente fácil de seguir y sirve para detectar un valor atípico a la vez [Iglewicz y Hoaglin, 1993].”17 “El procedimiento de la prueba de Grubbs es el siguiente [Taylor y Cihon, 2004]:

Paso 1: Ordenar los datos ascendentemente

Paso 2: Decidir si o es un valor sospechoso.

Paso 3: Calcular el promedio ̅ y la desviación estándar S del conjunto de datos. Paso 4: Se calcula T si se considera sospechoso el primer valor o el último valor.

Si es sospechoso ̅

Si es sospechoso

Paso 5: Escoger el nivel de confianza para la prueba y calcular T y compararlo con el valor correspondiente de acuerdo con una tabla de valores críticos. La tabla está disponible en [Taylor y Cihon, 2004]. Si el valor de T es mayor que el valor crítico, se dice que el dato es un valor extremo.”18

17

(URIBE, 2010) 18

(URIBE, 2010)

Tabla 1. Tabla de Grubbs

Recuperado de: http://www.slideshare.net/camiloaquintero/statistics-tables-grubbs-test.

Teorema de Dixon: “La prueba de Dixon permite determinar si un valor sospechoso de un conjunto de datos es un outlier. El método define la relación entre la diferencia del mínimo/máximo valor y su vecino más cercano y la diferencia entre el máximo y el mínimo valor aplicado [Li y Edwards, 2001]. Los datos deben provenir de una distribución normal. Si se sospecha que una población lognormal subyace en la muestra, la prueba puede ser aplicada al logaritmo de los datos. Antes de realizar el procedimiento es importante definir las hipótesis (si el valor sospechoso se encuentra al inicio o al final del conjunto de datos) y determinar la distribución de la que provienen los datos (normal o lognormal) [Davis y McCuen, 2005].

http://www.slideshare.net/camiloaquintero/statistics-tables-grubbs-test

Taylor y Cihon, explican el proceso para llevar a cabo la prueba de Dixon. Se debe seguir los siguientes pasos [Taylor y Cihon, 2004]:

Paso 1: Ordenar los valores de la muestra en forma ascendente, siendo el valor más pequeño y el mayor valor . Paso 2: Calcular el valor de Dixon dependiendo del tamaño de la muestra según la tabla 23. Donde las relaciones son las indicadas en la tabla 24.

Tabla 2. Tabla 23 – Para aplicar prueba de Dixon.

Recuperado de: http://www.bdigital.unal.edu.co/2033/1/71644758.20101.pdf

Tabla 3. Tabla 24 – Para aplicar prueba de Dixon.

Recuperado de: http://www.bdigital.unal.edu.co/2033/1/71644758.20101.pdf

Buscar el valor crítico de r de acuerdo con el nivel de significancia en la tabla para valores críticos para la prueba de Dixon [Taylor y Cihon, 2004]. Si el valor de r calculado es mayor que el valor crítico de la tabla se concluye que es un valor atípico. En el caso de la prueba de Dixon con más de un valor extremo sospechoso, el valor más extremo tiende a ser enmascarado por la presencia de otros valores. El enmascaramiento ocurre cuando dos o más valores atípicos tienen valores similares. En un conjunto de datos, si los valores más pequeños o más grandes son casi iguales, una prueba de outlier para el valor más extremo de los dos no es estadísticamente

significativa. Esto es especialmente cierto en el caso de los tamaños de las muestras de menos de diez, cuando el numerador de la relación es la diferencia entre los dos valores más extremos. La prueba de Dixon es usualmente utilizada para un grupo pequeño de datos (entre 3 y 30 datos) y dispone de un valor crítico con tres puntos decimales, lo cual limita seriamente la aplicación de la prueba en muchos campos de las ciencias e ingenierías. Sin embargo un trabajo realizado por Verma y Quiroz, introdujo nuevas tablas de valores críticos más precisos y exactos con cuatro puntos decimales y se extiende hasta 100 el tamaño de la muestra [Verma y Quiroz, 2006]. Davis y Mccuen, extienden la aplicación del test de Dixon hasta 200 observaciones donde el valor de la prueba denotado como R depende del tamaño de la muestra y el valor crítico denotado como Rc se calcula por medio de polinomios. Para los valores mayores de 26 es necesario calcular la desviación estándar y la media de la muestra. La Tabla 25 muestra los valores de R y Rc [Davis y Mccuen, 2005]. Zhang et. al., presenta un algoritmo para la prueba de Dixon en [Zhang, 2008].”19

Tabla 4. Tabla de Dixon

Recuperado de: http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1026-87742006000200003

19

(URIBE, 2010)

Varianza

“Es la media aritmética del cuadrado de las desviaciones respecto a la media de una

distribución estadística.

La varianza se representa por ”20

Ecuación No. 1 Varianza21

Ecuación No. 2 Varianza22

Desviación Estándar

“También se le conoce como Desviación Típica es la raíz cuadrada de la varianza. Es decir, la raíz cuadrada de la media de los cuadrados de las puntuaciones de desviación. La desviación estándar se representa por σ.”23

Ecuación No. 3 Desviación Estándar24

Ecuación No. 4 Desviación Estándar25

20

(VITUTOR, 2014) 21

(VITUTOR, 2014) 22

(VITUTOR, 2014) 23

(VITUTOR, 2014) 24

(VITUTOR, 2014) 25

(VITUTOR, 2014)

3. ANTECEDENTES

A mediados de los años 40´s, el uso del silicato de sodio como aditivo cementante y estabilizador de suelos, presento su inclusión en el ámbito ingenieril en la construcción de infraestructura de tipo vial. Este tipo de aditivos cementantes han sido objeto de numerosas patentes a lo largo de su aparición en 1940: Lemaire y Dumont, Gayrard, Rodio, etc. Siendo este último quien se encargó de su industrialización y comercialización. Sin tener una certeza de su porcentaje de efectividad y dados los pocos estudios con

los que se cuenta relacionados con su aplicación y real aporte a la resistencia del

suelo, se ha concluido a través de los años que los mejores resultados se han obtenido

en el caso de suelos arenosos y limos, los cuales generalmente provocan problemas

de erosión, tubificación y de asentamiento brusco, ya sea por deficiencias en su

compactación o por las mismas características de los materiales y su comportamiento

frente a la aplicación de cargas significativas.

Se han identificado algunas características a suelo donde se ha aplicado el silicato de

sodio como aditivo cementante, encontrando algunas que se relacionan a continuación:

- Aumento de propiedades cementantes.

- Mejor de la resistencia a la compresión.

- Reducción del índice plástico

- Disminución de la expansión volumétrica

“A pesar de su apariencia, las lechadas a base de silicato no son liquidas como el

agua, por ejemplo: en cuanto se mescla el silicato y el reactivo, la viscosidad aumenta

hasta llegar a una lechada no inyectable por ser demasiado viscosa, mucho antes de

que se produzca la transformación en gel. Además contiene unas micelas coloidales,

aunque muy pequeñas, impide la penetración de estas lechadas en los terrenos muy

finos, como son los limos.

Conviene señalar que todas las lechadas elaboradas con silicato de sodio son

extremadamente sensibles a la composición química de este, que varía en cada país.

No existe pues una fórmula de lechada universal.”26

Se consultaron proyectos de grado elaborados por otros graduandos, la búsqueda se

realizó a través de las bases de datos físicas y digitales de la Universidad Distrital

Francisco José de Caldas, Facultad Tecnológica, Se encontró un (1) documento

disponible con información relacionada, el cual se titula: “ANÁLISIS TÉCNICO DEL

USO DE SILICATO DE SODIO PARA ESTABILIZACIÓN QUÍ ICA DE SUELOS.” El

cual permitió ampliar relativamente el rango de información existente pues el enfoque

es diferente. Adicionalmente se realizó la consulta web para verificar la existencia de

26

(CAMBERFORT, 1975)

Tesis, trabajos de investigación, publicaciones y libros que pudieran proporcionaran

información relevante para la elaboración del presente informe. Dichos documentos son

referenciados en la bibliografía.

4. RESULTADOS OBTENIDOS

METODOLOGIA

4.1 Realizar la selección del suelo limo arenoso

Respecto a la selección del suelo limo arenoso para la realización del presente

proyecto se realizó una búsqueda visual inicialmente a un material que presentara

las características físicas de suelos limo arenosos, el cual se encontró en el lote

contiguo a la Universidad Distrital Francisco José de Caldas Facultad Tecnológica,

el cual tiene por nomenclatura AK 51 68 40 SUR, se llevó una muestra de

aproximadamente 40 Kg al laboratorio de la Universidad Distrital F.J.C. y se realizó

el ensayo para la determinación del límite liquido de los suelos, conforme a la

Norma INV E-125-07, a fin de verificar a qué tipo de suelo correspondía.

Figura 1. Toma muestra de suelo al parecer limo arenoso.

Fuente. Autor

Realizar la selección del suelo limo arenoso

Tomar una muestra del suelo seleccionado y llevarla al laboratorio de la Universidad Distrital

Realizar los ensayos de laboratorio a las muestras seleccionadas

4.1.1 ensayo para la determinación del límite líquido de los suelos

Figura 2. Equipo de límite Líquido y muestra de suelo

Fuente. Autor

Datos obtenidos en el laboratorio (Limite Liquido):

No. GOLPES

# RECIPIENTE

PESO RECIPIENTE

PESO REC+MATERIALHUMEDO

PESO SECO

HUMEDAD

17 A18 18,67 33,9 30,9 24,53

23 L3 51,31 70,13 66,64 22,77

28 M39 20,53 38,17 35,02 21,74

Tabla 5. Datos de Limite Líquido Fuente: Autor

Cálculos:

Grafica 1. Curva de Fluidez. Fuente. Autor

y = -0,255x + 28,792

21,50

22,00

22,50

23,00

23,50

24,00

24,50

25,00

15 20 25 30

CURVA DE FLUIDEZ

CURVA DE FLUIDEZ

Lineal (CURVA DEFLUIDEZ)

( )

4.1.2 ensayo para la determinación del límite plástico de los suelos

Figura 3. Elaboración ensayo para la determinación del límite plástico del suelo.

Fuente. Autor

Datos obtenidos en el laboratorio (Limite Plástico):

# RECIPIENTE PESO RECIPIENTE PESO

REC+MATERIALHUMEDO PESO SECO HUMEDAD

A24 19,19 22,53 22,1 14,78

K46 19,7 22,73 22,3 16,54

Tabla 6. Datos de Limite Plástico Fuente: Autor

Cálculos:

Índice de Plasticidad:

Teniendo los resultados anteriores, se revisa la Gráfica de clasificación de

suelos en función de su plasticidad:

Grafica 2. Curva de Plasticidad.

Fuente. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Graficauscs.png

De acuerdo a la Gráfica de Plasticidad se verificó que el material seleccionado

corresponde a un suelo limo arenoso, con lo cual se procede a continuar con el

desarrollo del proyecto.

4.2 Tomar una muestra del suelo seleccionado y llevarla al laboratorio de la

Universidad Distrital.

Para la elaboración del presente proyecto se trasladaron al laboratorio de la Universidad Distrital F.J.C. aproximadamente 300 Kg.

4.3 Realizar los ensayos de laboratorio a las muestras seleccionadas

4.3.1. Relaciones de humedad – masa unitaria seca en los suelos (ensayo normal de compactación – Proctor Estándar) para hallar humedad optima Lo primero que se hizo fue realizar el mencionado ensayo para determinar la humedad

óptima del material.

Primer ensayo:

- Datos obtenidos en el laboratorio con las humedades propuestas:

HUMEDAD NATURAL

# LATA MGM1

WLATA 4,69

LATA + MAT H 67,27

LATA + MAT S 64,9

W% 3,936

PESOS UNITARIOS

MASA MOLDE + BASE 4446,9

VOLUMEN 943,8

HUMEDAD T 6%

# LATA A18

WLATA 18,67

LATA + MAT H 63,16

LATA + MAT S 59,18

W% 9,825

PESOS UNITARIOS

MASA MOLDE + MAT 6257,000

GAMA T 1,918

GAMA D 1,746

HUMEDAD T 9%

# LATA A24

WLATA 19,19

LATA + MAT H 91,07

LATA + MAT S 82,92

W% 12,788

PESOS UNITARIOS


GAMA T 2,105

GAMA D 1,866

HUMEDAD T 12%

# LATA J11

WLATA 20,09

LATA + MAT H 67,84

LATA + MAT S 61,21

W% 16,124

PESOS UNITARIOS


GAMA T 2,064

GAMA D 1,777

- Grafica para hallar Humedad Optima del material (Adicionando la humedad natural se tienen los siguientes datos):

HUMEDAD GAMA D

9,825 1,746

12,788 1,866

16,124 1,777 Tabla 7. Datos para elaboración de grafica de Humedad Optima.

Fuente: Autor

Grafica 3. Humedad óptima 2do ensayo.

Fuente. Autor

- Análisis de los resultados del ensayo:

Como se puede apreciar en la Grafica No. 4 el comportamiento de la gráfica tiene la

tendencia esperada, por lo tanto se toma el valor del 13% como la Humedad Optima

del Material.

1,74

1,76

1,78

1,80

1,82

1,84

1,86

1,88

9,00 10,00 11,00 12,00 13,00 14,00 15,00 16,00 17,00

Humedad optima

4.3.2. Relaciones de humedad – masa unitaria seca en los suelos (ensayo normal de compactación – Proctor Estándar) Conforme a los planteamientos del presente proyecto se procedió a realizar el ensayo

de Relaciones de humedad – masa unitaria seca en los suelos (ensayo normal de

compactación – Proctor Estándar), a varias muestras de suelo a los cuales se les

adicionaron diferentes porcentajes de silicato de sodio y se analizó su comportamiento

sin silicato de sodio.

Las características del equipo (Molde) con el cual se realizaron los ensayos son

las siguientes:

DIMENSIONES DE MOLDE

Diámetro (cm) 10,16

Volumen (cm3) 943,8

Altura (cm) 11,64

Altura (m) 0,1164

área (cm²) 81,07

área (m²) 0,81

Masa del molde + Base 4446,9 Tabla 8. Dimensiones molde para ensayo Relaciones de humedad – masa unitaria seca en los suelos (ensayo normal de

compactación. Fuente. Autor

Figura 4. Molde usado para el desarrollo de los ensayos de Relaciones de humedad – masa unitaria seca en los suelos

(ensayo normal de compactación). Fuente. Autor

Las características de las herramientas con las cuales se realizaron los ensayos

son las siguientes:

Figura 5. Probetas utilizadas para el desarrollo de los ensayos de Relaciones de humedad – masa unitaria seca en los

suelos (ensayo normal de compactación). Fuente. Autor

Figura 6. Bandejas metálicas utilizadas para el desarrollo de los ensayos de Relaciones de humedad – masa unitaria seca

en los suelos (ensayo normal de compactación). Fuente. Autor

Figura 7. Recipientes metálicos utilizados para el desarrollo de los ensayos de Relaciones de humedad – masa unitaria

seca en los suelos (ensayo normal de compactación). Fuente. Autor

Figura 8. Extractor de muestras de suelo utilizado para el desarrollo de los ensayos de Relaciones de humedad – masa

unitaria seca en los suelos (ensayo normal de compactación). Fuente. Autor

Figura 9. Pisón y espátulas de laboratorio utilizados para el desarrollo de los ensayos de Relaciones de humedad – masa

unitaria seca en los suelos (ensayo normal de compactación). Fuente. Autor

Probetas platicas con capacidad de 500 ml.

Espátula de laboratorio y pisón

Bandeja metálica

Recipientes metálicos para la toma de muestras

Bascula de capacidad 3 kg Marca Pionner Modelo TA3001 Balanza electrónica

marca OHAUS, origen USA, modelo TA3001, de 3000 g de capacidad x 0,1 g

de lectura mínima. Pertenece a la nueva línea TRAVELLER de balanzas

portables. Esta balanza tiene distintas unidades de peso y función contadora.

Puede funcionar con alimentación de red (220Vca) o en modo portable (9Vcc).

Con gancho integrado para pesar por debajo de la balanza, display de alto

contraste y una pequeña cabina antiviento removible, con tapa también

removible.

Bascula de capacidad 10 kg.

Extractor de muestras de suelo.

Las características de los materiales con las cuales se realizaron los ensayos

son las siguientes:

Figura 10. Silicato de Sodio Liquido, se utilizaron aproximadamente 5 galones.

Fuente. Autor

Figura 11. Muestra de suelo limo arenoso, se utilizaron aproximadamente 300 kg.

Fuente. Autor

Para efectos de realizar los ensayos se tomaron siempre muestras de 2500 gr

del material, se trabajó con la humedad optima del material que fue del 13%, a

esta humedad se le fue variando el contenido de agua y silicato conforme al

porcentaje que se necesitara. En el Anexo No. 2, en la hoja de cálculo

denominada Registro de Datos, se puede observar el registro de cada ensayo

elaborado así como el porcentaje de silicato con el que se trabajó, es importante

mencionar que para cada porcentaje se elaboraron aproximadamente un

número de 15 ensayos a fin de tener un número de muestras representativas.

Figura 12. Muestra de suelo limo arenoso, compactadas mediante el ensayo de Relaciones de humedad – masa unitaria

seca en los suelos (ensayo normal de compactación), listas para ser falladas mediante el ensayo de Compresión inconfinada en muestras de suelos.

Fuente. Autor

4.3.3. Compresión Inconfinada en muestras de suelos

Para efectos del realizar el ensayo de compresión inconfinada simple, se

utilizaron las siguientes maquinas:

Master – Loader HM2000, la cual aporta cargas superiores a 5 KN. (se

calibro para ensayos de suelo – cemento)

Tecnotest Macchina Serie No. TR 115, Matricola No. 97002 y anno

costruzione 1997; la cual aporta cargas inferiores a 5 KN.

“Equipo HUMBOLDT, el cual consta de un mini Loger, el cual se conecta a la

máquina de carga neumática que, con su monitor de pantalla táctil,

proporciona control de ensayos y monitoreo de ensayos en vivo, tanto en

configuraciones autónomas como de control computarizado.”27

Es importante mencionar que se realizó control computarizado al proceso de falla de

las muestras de suelo mediante “El software Next de Humboldt el cual está incorporado

en todas las máquinas de corte directo de la serie Elite.”28 Este software proporciona un

control sólido de la máquina, además de calibración, adquisición de datos y generación

de informes para los usuarios de computadoras que controlen las operaciones de las

prensas de carga.

27

(Humboldt, 2008) 28

(Humboldt, 2008)

Figura 13. Equipo Master – Loader HM2000

Fuente. Autor

Figura 14. Tecnotest Macchina Serie No. TR 115, Matricola No. 97002 y anno costruzione 1997

Fuente. Autor

Figura 15. Mini Loger

Fuente. Autor

Registro fotográfico de proceso de falla de los cilindros:

Figura 16. Colocación del cilindro para ser sometido a las cargas.

Fuente. Autor

Figura 17. Cilindros luego de fallas.

Fuente. Autor

Figura 18. Cilindros luego de fallas.

Fuente. Autor

Datos registrados al realizar el ensayo de compresión inconfinada simple:

aplicando una carga de 0,1 KN a razón de un tiempo de 1 sg.

Para cada muestra se generó una gráfica en la cual se muestra tiempo, carga y

desplazamiento, las cuales se anexan al presente proyecto y se denominan

ANEXO No. 1.

Teniendo en cuenta que la Maquina aporta las medidas de tiempo, carga y

desplazamiento, se debe proceder a realizar los siguientes cálculos, teniendo en

cuenta las dimensiones del molde implementado para realizar los cilindros

(Tabla No. 8):

El archivo que genera la máquina, suministra los datos de desplazamiento en

mm, a los cuales se realiza la conversión a metros.

( )

( )

( )

Los anteriores cálculos pueden ser consultados en la tabla de cada resultado de

muestra, y se adjuntan al presente proyecto como ANEXO No. 2.

Con respecto a los resultados mencionados anteriormente se elaboraron las

gráficas de Esfuerzo Vs Deformación para cada porcentaje de silicato usado y se

incorporaron el número de muestras elaboradas de cada uno que en promedio

fueron 15.

Graficas esfuerzo deformación por porcentaje:

Resultados del ensayo de suelo sin contenido de Silicato de Sodio.

Grafica 4. δ vs. Σ Sin Silicato de Sodio. Fuente. Autor

0,000

0,500

1,000

1,500

2,000

2,500

0,0000 0,0200 0,0400 0,0600 0,0800 0,1000 0,1200

σ (

KN

/m²)

δ

δ vs. σ Sin Silicato de Sodio

PRUEBA 1

PRUEBA 2

PRUEBA 3

PRUEBA 4

PRUEBA 5

PRUEBA 6

PRUEBA 7

PRUEBA 8

PRUEBA 9

PRUEBA 10

PRUEBA 11

PRUEBA 12

PRUEBA 13

PRUEBA 14

Resultados del ensayo de suelo con 10% de contenido de Silicato de Sodio.

Grafica 5. δ vs. Σ Contenido 10% Silicato de Sodio.

Fuente. Autor

0,000

0,500

1,000

1,500

2,000

2,500

3,000

3,500

4,000

0,0000 0,0050 0,0100 0,0150 0,0200 0,0250 0,0300 0,0350 0,0400 0,0450

σ (

KN

/m²)

δ

δ vs. σ 10% Silicato de Sodio

PRUEBA 1

PRUEBA 2

PRUEBA 3

PRUEBA 4

PRUEBA 5

PRUEBA 6

PRUEBA 7

PRUEBA 8

PRUEBA 9

PRUEBA 10

PRUEBA 11

PRUEBA 12

PRUEBA 13

PRUEBA 14

PRUEBA 15



Fuente. Autor

0,000

0,500

1,000

1,500

2,000

2,500

3,000

3,500

4,000

4,500

5,000

0,0000 0,0020 0,0040 0,0060 0,0080 0,0100 0,0120 0,0140 0,0160 0,0180 0,0200

σ (

KN

/m²)

δ


PRUEBA 1

PRUEBA 2

PRUEBA 3

PRUEBA 4

PRUEBA 5

PRUEBA 6

PRUEBA 7

PRUEBA 8

PRUEBA 9

PRUEBA 10

PRUEBA 11

PRUEBA 12

PRUEBA 13

PRUEBA 14

PRUEBA 15



Fuente. Autor

0,000

1,000

2,000

3,000

4,000

5,000

6,000

7,000

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030

σ (

KN

/m²)

δ


PRUEBA 1

PRUEBA 2

PRUEBA 3

PRUEBA 4

PRUEBA 5

PRUEBA 6

PRUEBA 7

PRUEBA 8

PRUEBA 9

PRUEBA 10

PRUEBA 11

PRUEBA 12

PRUEBA 13

PRUEBA 14

PRUEBA 15



Fuente. Autor.

0,000

2,000

4,000

6,000

8,000

10,000

12,000

0,0000 0,0050 0,0100 0,0150 0,0200 0,0250 0,0300 0,0350 0,0400

σ (

KN

/m²)

δ


PRUEBA 1

PRUEBA 2

PRUEBA 3

PRUEBA 4

PRUEBA 5

PRUEBA 6

PRUEBA 6

PRUEBA 7

PRUEBA 8

PRUEBA 9

PRUEBA 10

PRUEBA 11

PRUEBA 12

PRUEBA 13

PRUEBA 14

PRUEBA 15



Fuente. Autor

0,000

1,000

2,000

3,000

4,000

5,000

6,000

7,000

8,000

0,0000 0,0050 0,0100 0,0150 0,0200 0,0250 0,0300 0,0350 0,0400 0,0450

σ (

KN

/m²)

δ


PRUEBA 1

PRUEBA 2

PRUEBA 3

PRUEBA 4

PRUEBA 5

PRUEBA 6

PRUEBA 7

PRUEBA 8

PRUEBA 9

PRUEBA 10

PRUEBA 11

PRUEBA 12

PRUEBA 13

4.4 Análisis estadístico de datos

Con el fin de generar mayor confianza en la elaboración de las conclusiones luego de

haber realizado el presente proyecto, se implementó el cálculo de posibles valores

atípicos de los resultados obtenidos luego de la elaboración del ensayo de Compresión

Inconfinada en muestras de suelos, mediante tres métodos conocidos, los cuales son

los siguientes:

Diagrama de Cajas y Bigotes.

Teorema de Grubbs

Teorema de Dixon

4.4.1 Diagrama de Cajas y Bigotes:

“El diagrama conocido como diagrama de cajas y bigotes (Box and hiskers Plot o simplemente BoxPlot) es un gráfico representativo de las distribuciones de un conjunto de datos creado por Tukey en 1977, en cuya construcción se usan cinco medidas descriptivas de los mismos: mediana, primer cuartil (Q1), tercer cuartil (Q3), valor máximo y valor mínimo [Tukey, 1977]. Está compuesto por un rectángulo o caja la cual se construye con ayuda del primer y tercer cuartil y representa el 50% de los datos que particularmente están ubicados en la zona central de la distribución, la mediana es la línea que atraviesa la caja, y dos brazos o bigotes son las líneas que se extienden desde la caja hasta los valores más altos y más bajos. En algunos casos, dentro de la caja suele trazarse una cruz para representar el promedio de los datos [Palomino, 2004].”29

Se anexa archivo de soporte Excel con el diagrama respectivo de cada

porcentaje y este se denomina ANEXO No. 3

DATOS y Cálculos Estadísticos

Estadísticos 0% 10% 40% 55% 70% 90%

Quartil 1 1,30 2,40 2,38 3,80 7,80 4,38

Min 1,14 1,88 1,72 2,73 5,86 3,10

Mediana 1,83 2,78 3,01 5,82 8,06 5,44

Max 2,03 3,18 4,45 6,54 10,70 7,45

Quartil 3 1,88 3,19 3,46 6,12 9,02 6,23

Tabla 9. Consolidado para elaborar Diagramas de Cajas y Bigotes. Fuente. Autor

29

(URIBE, 2010)

Grafica 10. Diagramas de Cajas y Bigotes. Fuente. Autor

4.4.1.1 Suelo sin contenido de Silicato de Sodio.

PRUEBA σ (KN/m²) σ (KN/m²)

1 1,704 1,136

2 1,880 1,190

3 1,834 1,258

4 2,033 1,271

5 1,834 1,388

6 1,970 1,704

7 1,843 1,834

8 1,965 1,834

9 1,861 1,843

10 1,388 1,861

11 1,190 1,880

12 1,136 1,965

13 1,258 1,970

14 1,271 2,033

N 14

MEDIANA 1,834

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

0% 10% 40% 55% 70% 90%

Diagrama de Cajas (Box Plot)

Min

Mediana

Max

Quartil 3

Quartil 1

CALCULO DE CUADRILES

1ER CUADRIL 1,300

2DO CUADRIL 1,834

3ER CUADRIL 1,875

RANGO INTERCUADRIL 0,575

LIMITES INTERNOS 0,862

LIMITE INFERIOR 0,438

LIMITE SUPERIOR 2,737

LIMITES EXTERNOS 1,724

LIMITE INFERIOR -0,424


Tabla 10. Datos suelo sin Silicato de Sodio, para elaborar Diagrama de Cajas y Bigotes. Fuente. Autor

EN EL PORCENTAJE DE MATERIAL SIN SILICATO NO EXISTEN VALORES

ATIPICOS SE TRABAJARÁ CON TODOS LOS DATOS

4.4.1.2 Suelo con 10% de contenido de Silicato de Sodio.


1 1,877 1,877

2 2,334 2,237

3 2,435 2,334

4 2,782 2,401

5 2,237 2,403

6 2,401 2,435

7 2,403 2,590

8 3,608 2,782

9 3,235 2,904

10 3,178 3,134

11 2,904 3,178

12 2,590 3,193

13 3,134 3,235

14 3,670 3,608

15 3,193 3,670

N 15

MEDIANA 2,782


1ER CUADRIL 2,402

2DO CUADRIL 2,782

3ER CUADRIL

3,185







LIMITE SUPERIOR 5,535 Tabla 11. Datos suelo con contenido de 10% Silicato de Sodio, para elaborar Diagrama de Cajas y Bigotes.

Fuente. Autor

EN EL PORCENTAJE DE SILICATO DEL 10% NO EXISTEN VALORES

ATIPICOS SE TRABAJARÁ CON TODOS LOS DATOS.



1 3,009 1,717

2 1,717 2,069

3 2,069 2,333

4 3,501 2,361

5 2,953 2,395

6 2,395 2,398

7 2,398 2,953

8 2,333 3,009

9 3,281 3,070

10 4,455 3,281

11 3,424 3,424

12 3,803 3,501

13 3,632 3,632

14 2,361 3,803

15 3,070 4,455

N 15

MEDIANA 3,009


1ER CUADRIL 2,378

2DO CUADRIL 3,009

3ER CUADRIL 3,462








Tabla 12. Datos suelo con contenido de 40% Silicato de Sodio, para elaborar Diagrama de Cajas y Bigotes. Fuente. Autor


ATIPICOS SE TRABAJARÁ CON TODOS LOS DATOS

4.4.1.4. Suelo con 55% de contenido de Silicato de Sodio.


1 5,819 2,725

2 5,520 2,846

3 4,091 3,384

4 3,515 3,515

5 2,725 4,091

6 2,846 4,950

7 6,061 5,520

8 3,384 5,819

9 5,864 5,864

10 6,535 5,985

11 6,187 6,061

12 6,342 6,187

13 5,985 6,242

14 6,242 6,342

15 4,950 6,535

N 15

MEDIANA 5,819


1ER CUADRIL 3,803

2DO CUADRIL 5,819

3ER CUADRIL 6,124









EN EL PORCENTAJE DE SILICATO DEL 55 % NO EXISTEN VALORES

ATIPICOS SE TRABAJARÁ CON TODOS LOS DATOS.



1 5,864 5,864

2 8,083 6,540

3 7,725 7,010

4 7,884 7,725

5 8,802 7,877

6 7,906 7,884

7 8,063 7,906

8 8,944 8,063

9 6,540 8,083

10 7,010 8,802

11 9,099 8,944

12 7,877 9,099

13 9,555 9,441

14 9,441 9,555

15 10,695 10,695

N 15

MEDIANA 8,063


1ER CUADRIL 7,801

2DO CUADRIL 8,063

3ER CUADRIL 9,021









EN EL PORCENTAJE DE SILICATO DEL 70% EXISTE UN VALOR ATIPICO =

5,864



1 6,148 3,101

2 4,868 4,138

3 7,450 4,345

4 7,194 4,467

5 5,778 4,868

6 5,192 5,192

7 4,467 5,436

8 6,229 5,778

9 4,345 6,148

10 6,229 6,229

11 4,138 6,229

12 3,101 7,194

13 5,436 7,450

N 13

MEDIANA 5,436


1ER CUADRIL 4,467

2DO CUADRIL 5,436

3ER CUADRIL 6,229







LIMITE SUPERIOR 11,516 Tabla 15. Datos suelo con contenido de 90% Silicato de Sodio, para elaborar Diagrama de Cajas y Bigotes.

Fuente. Autor


ATIPICOS.

4.4.2 Teorema de Grubbs


PRUEBA σ (KN/m²) σ (KN/m²) (X1 - PROM)²

1 1,704 1,136 0,269

2 1,880 1,190 0,216

3 1,834 1,258 0,158

4 2,033 1,271 0,147

5 1,834 1,388 0,071

6 1,970 1,704 0,002

7 1,843 1,834 0,032

8 1,965 1,834 0,032

9 1,861 1,843 0,036

10 1,388 1,861 0,043

11 1,190 1,880 0,050

12 1,136 1,965 0,096

13 1,258 1,970 0,099

14 1,271 2,033 0,143

PROMEDIO 1,655

DS 0,316

NIVEL DE COINCIDENCIA 14 DATOS

99,9 99,5 99 97,5 95 90

2,935 2,755 2,659 2,507 2,371 2,213

ESTADISTICA DE PRUEBA T

σ (KN/m²) PRUEBA T

1,136 -1,644

1,190 -1,472

1,258 -1,258

1,271 -1,215

1,388 -0,844

1,704 0,155

1,834 0,569

1,834 0,569

1,843 0,598

1,861 0,655

1,880 0,712

1,965 0,983

1,970 0,997

2,033 1,197 Tabla 16. Datos suelo sin contenido de Silicato de Sodio, para elaborar Prueba T de Grubbs.

Fuente. Autor

NINGÚN VALOR EXCEDE LOS VALORES CRITICOS DE GRUBBS PARA EL

MATERIAL SIN SILICATO, POR LO TANTO NO SE TOMA NINGÚN VALOR

COMO ATIPICO.



1 1,877 1,877 0,849

2 2,334 2,237 0,315

3 2,435 2,334 0,216

4 2,782 2,401 0,158

5 2,237 2,403 0,157

6 2,401 2,435 0,132

7 2,403 2,590 0,044

8 3,608 2,782 0,000

9 3,235 2,904 0,011

10 3,178 3,134 0,113

11 2,904 3,178 0,144

12 2,590 3,193 0,155

13 3,134 3,235 0,190

14 3,670 3,608 0,654

15 3,193 3,670 0,758

PROMEDIO 2,799

DS 0,510

NIVEL DE COINCIDENCIA

99,9 99,5 99 97,5 95 90

2,997 2,806 2,705 2,549 2,409 2,247



1,877 -1,808

2,237 -1,102

2,334 -0,911

2,401 -0,780

2,403 -0,777

2,435 -0,713

2,590 -0,410

2,782 -0,034

2,904 0,207

3,134 0,658

3,178 0,744

3,193 0,773

3,235 0,855

3,608 1,587

3,670 1,709

Tabla 17. Datos de suelo con contenido de Silicato de Sodio de 10%, para elaborar Prueba T de Grubbs.

Fuente. Autor

NINGÚN VALOR EXCEDE LOS VALORES CRITICOS DE GRUBBS PARA EL 10%,

POR LO TANTO NO SE TOMA NINGÚN VALOR COMO ATIPICO.



1 3,009 1,717 0,456

2 1,717 2,069 0,104

3 2,069 2,333 0,004

4 3,501 2,361 0,001

5 2,953 2,395 0,000

6 2,395 2,398 0,000

7 2,398 2,953 0,315


8 2,333 3,009 0,380

9 3,281 3,070 0,459

10 4,455 3,281 0,790

11 3,424 3,424 1,065

12 3,803 3,501 1,228

13 3,632 3,632 1,537

14 2,361 3,803 1,992

15 3,070 4,455 4,253

PROMEDIO 2,960

DS 0,916


99,9 99,5 99 97,5 95 90

2,997 2,806 2,705 2,549 2,409 2,247



1,717 -1,357

2,069 -0,972

2,333 -0,685

2,361 -0,654

2,395 -0,617

2,398 -0,614

2,953 -0,007

3,009 0,053

3,070 0,120

3,281 0,351

3,424 0,507

3,501 0,590

3,632 0,734

3,803 0,921

4,455 1,632

Tabla 18. Datos de suelo con contenido de Silicato de Sodio de 40%, para elaborar Prueba T de Grubbs. Fuente. Autor


40%, POR LO TANTO NO SE TOMA NINGÚN VALOR COMO ATIPICO.



1 5,819 2,725 7,212

2 5,520 2,846 7,878

3 4,091 3,384 11,184

4 3,515 3,515 12,075

5 2,725 4,091 16,411

6 2,846 4,950 24,111

7 6,061 5,520 30,038

8 3,384 5,819 33,398

9 5,864 5,864 33,928

10 6,535 5,985 35,353

11 6,187 6,061 36,253

12 6,342 6,187 37,791

13 5,985 6,242 38,470

14 6,242 6,342 39,720

15 4,950 6,535 42,194

PROMEDIO 5,071

DS 5,203


99,9 99,5 99 97,5 95 90

2,997 2,806 2,705 2,549 2,409 2,247



2,725 -0,451

2,846 -0,428

3,384 -0,324

3,515 -0,299

4,091 -0,188

4,950 -0,023

5,520 0,086

5,819 0,144

5,864 0,152

5,985 0,176

6,061 0,190

6,187 0,214

6,242 0,225

6,342 0,244


6,535 0,281






1 5,864 5,864 26,075

2 6,540 6,540 33,435

3 7,010 7,010 39,089

4 7,725 7,725 48,535

5 7,877 7,877 50,675

6 7,884 7,884 50,778

7 7,906 7,906 51,087

8 8,063 8,063 53,360

9 8,083 8,083 53,660

10 8,802 8,802 64,713

11 8,944 8,944 67,009

12 9,099 9,099 69,572

13 9,441 9,441 75,396

14 9,555 9,555 77,389

15 10,695 10,695 98,750

PROMEDIO 8,233

DS 7,570


99,9 99,5 99 97,5 95 90

2,997 2,806 2,705 2,549 2,409 2,247



5,864 -0,313

6,540 -0,224

7,010 -0,161


7,725 -0,067

7,877 -0,047

7,884 -0,046

7,906 -0,043

8,063 -0,022

8,083 -0,020

8,802 0,075

8,944 0,094

9,099 0,114

9,441 0,160

9,555 0,175

10,695 0,325






1 6,148 3,101 0,806

2 4,868 4,138 3,741

3 7,450 4,345 4,586

4 7,194 4,467 5,122

5 5,778 4,868 7,099

6 5,192 5,192 8,933

7 4,467 5,436 10,448

8 6,229 5,778 12,779

9 4,345 6,148 15,558

10 6,229 6,229 16,205

11 4,138 6,229 16,205

12 3,101 7,194 24,901

13 5,436 7,450 27,531

PROMEDIO 4,705

DS 3,203


99,9 99,5 99 97,5 95 90

2,867 2,699 2,607 2,462 2,331 2,175



3,101 -0,501

4,138 -0,177

4,345 -0,112

4,467 -0,074

4,868 0,051

5,192 0,152

5,436 0,228

5,778 0,335

6,148 0,450

6,229 0,476

6,229 0,476

7,194 0,777

7,450 0,857




4.4.3 Teorema de Dixon

Para aplicar el teorema de Dixon, se toma n=14 a 24; por lo tanto la Relación a calcular

es . (En las muestras sin contenido de Silicato de Sodio y en las muestras de

porcentaje de 10%, 40%, 55% y 70%)

Si es sospechoso

Si es sospechoso


Tabla 22. Tabla de Nivel de Coincidencia de Datos Teorema de Dixon.

Fuente. http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1026-87742006000200003

70 80 90 95 98 99 99,5

0,1826 0,228 0,2938 0,3496 0,4118 0,4517 0,4869


http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1026-87742006000200003

Es sospechoso = 0,087


Los valores de r, son menores al Valor crítico, por lo tanto no se encuentran valores

atípicos.







atípicos, del 95%.

4.4.3.3 Suelo con 40% de contenido de Silicato de Sodio






atípicos, del 98%.






70 80 90 95 98 99 99,5

0,1764 0,2202 0,2848 0,3389 0,3991 0,4385 0,4739


70 80 90 95 98 99 99,5

0,1764 0,2202 0,2848 0,3389 0,3991 0,4385 0,4739


70 80 90 95 98 99 99,5

0,1764 0,2202 0,2848 0,3389 0,3991 0,4385 0,4739






atípicos, del 80%.







atípicos, del 98%.


Para este porcentaje n=11 a 13, por lo tanto relación a calcular

Si es sospechoso

Si es sospechoso






atípicos, del 90%.

5. ANALISIS DE RESULTADOS

Luego de haber realizado los respectivos análisis estadísticos para excluir los valores

atípicos se trabajaran con los siguientes valores:

70 80 90 95 98 99 99,5

0,1764 0,2202 0,2848 0,3389 0,3991 0,4385 0,4739


70 80 90 95 98 99 99,5

0,1898 0,2366 0,3045 0,3615 0,425 0,4664 0,5034




Muestras de suelo sin Silicato de Sodio:


1 1,704 1,136

2 1,880 1,190

3 1,834 1,258

4 2,033 1,271

5 1,834 1,388

6 1,970 1,704

7 1,843 1,834

8 1,965 1,834

9 1,861 1,843

10 1,388 1,861

11 1,190 1,880

12 1,136 1,965

13 1,258 1,970

14 1,271 2,033 Tabla 28. Datos consolidados pruebas sin Silicato de Sodio.

Fuente: Autor

Muestras con contenido de Silicato de Sodio Porcentaje del 10%:


1 1,877 1,877

2 2,334 2,237

3 2,435 2,334

4 2,782 2,401

5 2,237 2,403

6 2,401 2,435

7 2,403 2,590

8 3,608 2,782

9 3,235 2,904

10 3,178 3,134

11 2,904 3,178

12 2,590 3,193

13 3,134 3,235

14 3,670 3,608

15 3,193 3,670 Tabla 29. Datos consolidados pruebas Silicato de Sodio 10%.

Fuente: Autor



1 3,009 1,717

2 1,717 2,069

3 2,069 2,333

4 3,501 2,361

5 2,953 2,395

6 2,395 2,398

7 2,398 2,953

8 2,333 3,009

9 3,281 3,070

10 4,455 3,281

11 3,424 3,424

12 3,803 3,501

13 3,632 3,632

14 2,361 3,803


Fuente: Autor



1 5,819 2,725

2 5,520 2,846

3 4,091 3,384

4 3,515 3,515

5 2,725 4,091

6 2,846 4,950

7 6,061 5,520

8 3,384 5,819

9 5,864 5,864

10 6,535 5,985

11 6,187 6,061

12 6,342 6,187

13 5,985 6,242

14 6,242 6,342


Fuente: Autor



1 8,083 6,540

2 7,725 7,010

3 7,884 7,725

4 8,802 7,877

5 7,906 7,884

6 8,063 7,906

7 8,944 8,063

8 6,540 8,083

9 7,010 8,802

10 9,099 8,944

11 7,877 9,099

12 9,555 9,441

13 9,441 9,555


Fuente: Autor



1 6,148 3,101

2 4,868 4,138

3 7,450 4,345

4 7,194 4,467

5 5,778 4,868

6 5,192 5,192

7 4,467 5,436

8 6,229 5,778

9 4,345 6,148

10 6,229 6,229

11 4,138 6,229

12 3,101 7,194


Fuente: Autor

Una vez realizada la selección de datos, y excluyendo los valores atípicos, se

procede a hallar el promedio de resistencia máxima para cada porcentaje

quedando así:

PORCENTAJE DE SILICATO

RESISTENCIA MAXIMA PROMEDIO

0% 1,655

10% 2,799

40% 2,960

55% 5,071

70% 8,402

90% 5,429 Tabla 34. Tabla de datos consolidados porcentaje de Silicato y Resistencia máxima Promedio

Fuente: Autor

Grafica de porcentaje de Silicato de Sodio VS. Resistencia promedio máxima.

GRAFICA 11. Porcentaje de Silicato VS. Resistencia máxima Promedio

Fuente: Autor

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

0% 20% 40% 60% 80% 100%

% SILICATO VS RESISTENCIA MAXIMA PROMEDIO

% SILICATO VSRESISTENCIA MAXIMAPROMEDIO

Tabla 35. Tabla de datos para elaborar Grafica de Desviación Estándar Fuente: Autor

GRAFICA 12. Grafica de Desviación Estándar Fuente: Autor

ESFUERZO PROMEDIO LIMITE MÁXIMO DESVIACIÓN LIMITE MINIMO DESVIACIÓN

1.655 4.386 6.61069983 2.16130017

2.799 4.386 6.61069983 2.16130017

2.96 4.386 6.61069983 2.16130017

5.071 4.386 6.61069983 2.16130017

8.402 4.386 6.61069983 2.16130017

5.429 4.386 6.61069983 2.16130017

GRAFICA

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1 2 3 4 5 6

RES

ISTE

NC

IA P

RO

MED

IO

DESVIACIÓN ESTANDAR

ESFUERZO

PROMEDIO

LIMITE MÁXIMO DESVIACIÓN

LIMITE MINIMO DESVIACIÓN

GRAFICA 13. Grafica de Porcentaje de Silicato Vs. Esfuerzo. Fuente: Autor

A continuación se anexa tabla de relación de costos de suministro de Silicato de Sodio

en galones de cada porcentaje por metro cubico de suelo limo arenoso:

MUESTRA DE SUELO 2500 gr

GAMA T 2.1 gr/cm3

Tabla 36. Costo Silicato de Sodio por porcentaje para un metro cubico de suelo Fuente: Autor

y = 0,0572x + 1,8684 R² = 0,554

y = 1,9625e0,0147x R² = 0,6432

y = -0,0003x2 + 0,0872x + 1,566 R² = 0,5679

0

2

4

6

8

10

12

0 20 40 60 80 100

Esfu

erz

o

Porcentaje de Silicato

Porcentaje de Silicato VS. Esfuerzo

Esfuerzo VS % Silicato Lineal (Esfuerzo VS % Silicato)

Exponencial (Esfuerzo VS % Silicato) Polinómica (Esfuerzo VS % Silicato)

%

SILICATO

V SUELO

(cm3)

V SUELO

(m3)

Silicato de

Sodio (ml)

ml por

m3

ml por

galon

galones

(und)

costo

galon

valor por

m3

10 1190.4762 0.0012 32.5 27300 3786.41 7 $ 15,000 $ 108,150

40 1190.4762 0.0012 130 109200 3786.41 29 $ 15,000 $ 432,600

55 1190.4762 0.0012 178.75 150150 3786.41 40 $ 15,000 $ 594,825

70 1190.4762 0.0012 227.5 191100 3786.41 50 $ 15,000 $ 757,050

90 1190.4762 0.0012 292.5 245700 3786.41 65 $ 15,000 $ 973,349

6. CONCLUSIONES:

Luego de haber realizado el análisis estadístico de los datos obtenidos en los ensayos

de laboratorio es importante mencionar que se excluyó solo un dato, correspondiente al

porcentaje en el cual se le adiciono el 70% de Silicato de Sodio a la muestra, cuya

humedad optima es del 13%, ya que los registros de resistencia de las muestras para

este porcentaje fueron altos, se encontró que el valor de 5,864 (KN/m²) es un dato

atípico. Este fue el único valor excluido luego de realizar los ensayos y no se tuvo en

cuenta para la realización de la gráfica de Porcentajes de Silicato de Sodio VS

Resistencia Máxima Promedio.

Los incrementos porcentuales desde las muestras sin contenido de silicato de sodio

hasta las muestras con contenido de Silicato de Sodio del 90%, en relación con su

humedad optima, que para el tipo de suelo analizado correspondió al 13%, se

obtuvieron los siguientes valores:

PORCENTAJE DE SILICATO

RESISTENCIA MAXIMA PROMEDIO

PORCENTAJE DE INCREMENTO

0% 1,655

10% 2,799 69,12

40% 2,96 78,85

55% 5,071 206,40

70% 8,402 407,67

90% 5,429 228,04 Tabla 37. Datos consolidados porcentaje de Silicato de Sodio, Resistencia Máxima Promedio e Incremento Porcentual

Fuente: Autor

Si se revisan los valores obtenidos en la tabla el suelo limo arenoso sin agregarle

ningún porcentaje de silicato presenta una resistencia baja luego de realizar el ensayo

normal de compactación – Proctor Estándar, en las muestras de suelo, para las

muestras del porcentaje de 10% se obtuvo un incremento significativo en la resistencia

de las muestras en un valor del 69.12%, sin embargo se continuo trabajando con

porcentajes más altos de Silicato de Sodio, luego de lo cual se optó por agregar un

porcentaje del 40% de Silicato de Sodio a las muestras de suelo, con lo cual se pudo

observar que el incremento porcentual de la resistencia del suelo con este porcentaje

fue del 78.85%, valor que tuvo un comportamiento similar al de las muestras con un

porcentaje de Silicato de Sodio del 10%.

Conforme a los resultados obtenidos en el porcentaje del 55%, es importante

mencionar que se obtuvo un comportamiento favorable en cuanto al aumento de la

resistencia de las muestras de suelo, en un porcentaje del 206.40%, un poco más del

doble de lo obtenido en los porcentajes del 10% y 40%, sin embargo se continuo

adicionando en una mayor proporción Silicato de Sodio al suelo para analizar su

comportamiento.

Respecto del porcentaje del 70%, teniendo en cuenta la información consignada en la

Tabla No. 35, se puede observar que el porcentaje que tiene una incremento de la

resistencia del suelo en un 407.67%, en comparación con las muestras de suelo sin

Silicato de Sodio. Es un incremento en la resistencia del suelo bastante significativa

porcentualmente.

Luego de realizar el análisis de las muestras con un porcentaje de Silicato del 90%, se

pudo deducir que el incremento porcentual en relación con las muestras de suelo sin

Silicato de Sodio es de alrededor del 228.04%, un comportamiento similar al de las

muestras a las que se les agrego un porcentaje de Silicato del 55%, en este momento

se detuvieron los ensayos, dado que al agregar el 90% de Silicato de la humedad

optima a las muestras de suelo limo arenoso, de genero una disminución en la

resistencia del suelo se pudo deducir que no era procedente continuar adicionando

Silicato de Sodio en cantidades más altas a muestras de suelo.

Es importante indicar que luego de realizar el respectivo análisis del comportamiento

mecánico de los suelos de tipo limo arenoso adicionando silicato de sodio en diferentes

proporciones, se pudo verificar que con el uso de este compuesto se logra mejorar

significativamente las propiedades cementantes del suelo y el valor aproximado a

agregar de Silicato de Sodio, luego de hallar la humedad optima del suelo limo

arenoso, deberá ser de alrededor del 70%.

Al graficar todos los resultados de los ensayos luego de excluir los datos atipicos, se le

agregaron líneas de tendencia a los resultados obtenidos de tipo lineal, polinómico y

exponencial, determinado que la ecuación que más se ajusta al comportamiento de los

datos es la de tipo exponencial.

Los rangos de los valores obtenidos al hallar la desviación estándar, sugieren que los

valores de los esfuerzos en la gran mayoría de los ensayos estuvieron entre los valores

de 6,61 y 4,38.

Al realizar el cálculo de los valores de Silicato de Sodio para un metro cubico de suelo,

se pudo identificar que si se elige trabajar con el porcentaje de silicato de sodio del

70%, el costo por metro cubico será bastante elevado, con lo cual se sugiere el uso de

este porcentaje en eventos especiales y así mismo que se elija el porcentaje de silicato

según las condiciones del proyecto que se vaya a ejecutar, teniendo en cuenta el

presupuesto con el que se cuente y los esfuerzos a los que se vaya a someter la

estructura vial.

Se recomienda el uso de este compuesto para el mejoramiento de las propiedades

cementantes de suelos limo arenosos, dado que luego del presente proyecto se pudo

observar un comportamiento favorable en este tipo de suelos, sin embargo se sugiere

que de continuación al presente proyecto, se estudien variables como el tiempo a fin de

determinar cuáles podrían ser los efectos a largo plazo de este compuesto en el suelo.

Es igualmente importante y a modo de sugerencia que se realicen análisis con otros

porcentajes a los trabajados en el presente proyecto para verificación de la información

y análisis expuesto en el mismo; en porcentajes entre el 55% y 90%, a fin de verificar si

se puede hallar el uso de un porcentaje que genere mayor resistencia.

Finalmente, esperamos que con el presente proyecto se incentive al uso de

compuestos diferentes para el aumento de propiedades cementantes en los suelos,

que sean más económicos y que con esto se pueda reducir significativamente el costo

de la construcción de infraestructuras viales.

7. Bibliografía

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