análisis del efecto del silicato de sodio en bases

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Análisis del efecto del silicato de sodio en bases granulares para contrarrestar la pérdida de capacidad de soporte por efecto de la saturaciónNasly Fernanda Mora Cantor Juan Alejandro Rodríguez López Universidad Distrital Francisco José de Caldas Facultad tecnológica Tecnología en construcciones Civiles Bogotá D.C. 2017

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Page 1: Análisis del efecto del silicato de sodio en bases

“Análisis del efecto del silicato de sodio en bases granulares para contrarrestar

la pérdida de capacidad de soporte por efecto de la saturación”

Nasly Fernanda Mora Cantor

Juan Alejandro Rodríguez López

Universidad Distrital Francisco José de Caldas

Facultad tecnológica

Tecnología en construcciones Civiles

Bogotá D.C.

2017

Page 2: Análisis del efecto del silicato de sodio en bases

“Análisis del efecto del silicato de sodio en bases granulares para

contrarrestar la pérdida de capacidad de soporte por efecto de la saturación”

Juan Alejandro Rodríguez López 20112079007

Nasly Fernanda Mora Cantor 20112079090

Monografía para optar al título de Tecnólogo en Construcciones Civiles

Director

Ingeniero Jhoan Oxiris Quitian Chila

Universidad Distrital Francisco José de Caldas

Facultad tecnológica

Tecnología en construcciones Civiles

Bogotá D.C.

2017

Page 3: Análisis del efecto del silicato de sodio en bases

Nota de aceptación

___________________________

Jurado

Bogotá DC., junio de 2017

Page 4: Análisis del efecto del silicato de sodio en bases

ANALISIS DEL EFECTO DE SILICATO DE SODIO EN BASES GRANULARES PARA CONTRARRESTAR LA PERDIDA DE CAPACIDAD DE SOPORTE POR EFECTO DE SATURACION

DEDICATORIA En primera instancia quiero dedicarle este triunfo a Dios, Por ser el guía para cumplir este sueño, por

darme las fuerzas y la sabiduría necesaria para poder subir un escalón más en mi vida profesional. A

mi familia quien hizo parte de este proceso, por apoyarme y depositar su confianza en mí a lo largo

del camino, especialmente a mi papá; Braulio Mora. A mi hijo Martin quien ha sido mi motor para

llegar a esta meta; a mi hermano Juan Mora, mi futuro colega quien tiene mi apoyo , mi confianza y

para quien quiero ser un ejemplo siempre. A mi novio, amigo y compañero Edwin Fernando Roa por

su constante ayuda, por sus palabras de aliento, por su compañía y a todas las personas que de

alguna manera confiaron en mí y me ayudaron para culminar este ciclo.

Nasly Fernanda Mora.

Un largo camino termina lleno de satisfacción y con grande ilusión por continuar creciendo día a día,

infinitas gracias doy a Dios por ayudarme a cumplir este sueño, por q en los momentos difíciles fue mi

sustento y nunca me dejo desfallecer por difícil q fueran los tiempos, por todo esto y más en primera

medida quiero dedicar este título él, a mi madre q es un ser fundamental en mi vida siempre quise

decirle esto: "te dedico cada triunfo cada logro y cada éxito gloria Mary López por ser la mejor madre del

mundo y este con más veraz por q has sido testigo de mis esfuerzos y con amor me has apoyado en cada

momento y como dejar de lado a mi hermanito Mario en quien pienso cada día y a quien quiero dar

siempre el mejor ejemplo, para el también dedico este triunfo, en la vida Dios pone personas que con el paso

del tiempo se vuelven muy importantes y es el caso de mi amiga confidente y compañera Yenny

Sánchez a quien amo con locura y a quien también quiero compartirle un pedacito de este gran triunfo

y por supuesto quiero dedicar mi título con la promesa de q serán muchos más a mi hermosa hija Daniela

quien me motiva y me llena de muchos deseos de ser mejor persona mejor padre y mejor profesional,

finalmente dedico este título a cada miembro de mi familia ya que son muy importantes para mí y me

han enseñado que la familia debe permanecer unida para celebrar estos triunfos como propios.

Juan Alejandro Rodríguez.

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Page 5: Análisis del efecto del silicato de sodio en bases

ANALISIS DEL EFECTO DE SILICATO DE SODIO EN BASES GRANULARES PARA CONTRARRESTAR LA PERDIDA DE CAPACIDAD DE SOPORTE POR EFECTO DE SATURACION

AGRADECIMIENTOS

Damos infinitas gracias a Dios porque sin él nada sería posible, a cada una de nuestras familias

por la paciencia y la ayuda que nos brindaron, a la universidad Distrital por permitirnos ser parte

de esta familia y por prestarnos las instalaciones de la misma para llevar a cabo los ensayos

necesarios para la ejecución de la tesis, a nuestro compañero Edwin Rodríguez por colaborarnos

generosamente con los insumos necesarios, por su preocupación y atención durante el desarrollo del

proyecto, al Ingeniero Oscar Javier Pardo por su atención y colaboración para realizar ensayos en

su empresa SOLINCON LTDA y finalmente agradecemos a todos nuestros compañeros y docentes

por hacer parte de esta experiencia y por cada aporte realizado en esta etapa de nuestra formación

académica.

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS Página 5

Page 6: Análisis del efecto del silicato de sodio en bases

ANALISIS DEL EFECTO DE SILICATO DE SODIO EN BASES GRANULARES PARA CONTRARRESTAR LA PERDIDA DE CAPACIDAD DE SOPORTE POR EFECTO DE SATURACION

CONTENIDO

RESUMEN............................................................................................................... 9

INTRODUCCIÓN................................................................................................... 11

1. PLANTEAMIENTO PROBLEMA................................................................... 13

1.1 DESCRIPCION .......................................................................................................... 13

1.2 FORMULACION ........................................................................................................ 13

1.3 IDENTIFICACION DE VARIABLES ....................................................................... 14

1.3.1 Variables Dependientes ................................................................................... 14

1.3.2 Variables Independientes................................................................................. 14

2. JUSTIFICACIÓN ............................................................................................. 15

3. OBJETIVOS .................................................................................................... 16

3.1 Objetivo General ............................................................................................................. 16

3.2 Objetivos Específicos ..................................................................................................... 16

4. MARCOS DE REFERENCIA .......................................................................... 17

4.1 Marco de antecedentes ............................................................................................ 17

4.2 Marco histórico .......................................................................................................... 18

4.3 Marco teórico conceptual ......................................................................................... 19

4.3.1 Estabilización de suelos ................................................................................... 19

4.3.2 Base Granular .................................................................................................... 19

4.3.3 Silicato de sodio ................................................................................................ 19

4.3.4 Aditivo químico ........................................................................................................ 20

4.3.5 Capacidad de soporte............................................................................................. 20

4.3.6 Saturación ................................................................................................................ 20

4.3.7 Ensayo de CBR ....................................................................................................... 20

4.3.8 Ensayo de Proctor modificado .............................................................................. 20

4.3.9 Granulometría .......................................................................................................... 20

4.4 Marco legal normativo .............................................................................................. 21

5. METODOLÓGIA ............................................................................................. 22

6. DESARROLLO DE LA FASE EXPERIMENTAL ............................................ 23

6.1 Caracterización de la muestra de suelo ...................................................................... 24

6.1.1 Análisis granulométrico de suelos por tamizado I.N.V. E – 123 – 07 ............. 24

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ANALISIS DEL EFECTO DE SILICATO DE SODIO EN BASES GRANULARES PARA CONTRARRESTAR LA PERDIDA DE CAPACIDAD DE SOPORTE POR EFECTO DE SATURACION

6.1.2 Sanidad de los agregados frente a la acción de las soluciones de sulfato de sodio o magnesio .................................................................................................. 26

6.1.3 Resistencia al desgaste de los agregados por medio de la máquina de los ángeles ................................................................................................................. 27

6.1.4 Determinación de la resistencia del agregado grueso al desgaste por abrasión utilizando el aparato micro-deval ............................................................ 27

6.1.5 Determinación de terrones de arcilla y partículas deleznables en los agregados ............................................................................................................. 28

6.1.6 Ensayo azul de metileno para materiales finos ............................................ 29

6.1.7 Equivalente de arena de suelos y agregados finos ...................................... 29

6.2 Determinación de la humedad óptima: ........................................................... 31

5.3 Determinación del contenido de silicato con respecto a la humedad óptima en diferentes porcentajes .............................................................................................. 33

6.4 Determinación de la capacidad de soporte .................................................... 35

7 ANALISIS DE RESULTADOS ........................................................................46 7.1 Determinación porcentaje de CBR .................................................................... 46

8. CONCLUSIONES ..............................................................................................52

RECOMENDACIONES ..........................................................................................54

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS......................................................................55

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS Página 7

Page 8: Análisis del efecto del silicato de sodio en bases

ANALISIS DEL EFECTO DE SILICATO DE SODIO EN BASES GRANULARES PARA CONTRARRESTAR LA PERDIDA DE CAPACIDAD DE SOPORTE POR EFECTO DE SATURACION

GLOSARIO

CBR: ensayo de relación de soporte del suelo en el laboratorio (CBR de laboratorio),

establecido en la norma I.N.V-E-148-07.

COMPORTAMIENTO DEL PAVIMENTO: habilidad para servir al tráfico a lo largo del

tiempo.

COMPORTAMIENTO MECANICO: refleja la relación entre la fuerza aplicada a un

material y su deformación. La propiedad mecánica a tratar en este proyecto hace

referencia a la resistencia.

IDU: sus siglas significan Instituto de Desarrollo Urbano (IDU) es una entidad pública

creada por la Alcaldía de Bogotá con el fin de desarrollar las obras viales junto con el

espacio público y obras de infraestructura vial de gran envergadura de la ciudad.

Además se encarga del mantenimiento y rehabilitación del inmobiliario de la ciudad.

INMERSION: inclusión completa de un sólido en un líquido.

INVIAS: el Instituto Nacional de Vías (INVIAS) es una entidad gubernamental

encargada de la asignación, control y supervisión de los contratos para la construcción

vial en Colombia y su mantenimiento.

SERVICAPACIDAD: habilidad que tiene un pavimento para servir al tráfico para el

cual fue diseñado.

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS Página 8

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ANALISIS DEL EFECTO DE SILICATO DE SODIO EN BASES GRANULARES PARA CONTRARRESTAR LA PERDIDA DE CAPACIDAD DE SOPORTE POR EFECTO DE SATURACION

RESUMEN

En el transcurso de este proyecto se analizará el comportamiento mecánico de

una muestra de base granular tipo INVIAS BG-25 al reaccionar con un químico

denominado silicato de sodio agregado en diferentes dosificaciones.

Primero se hallará la capacidad de soporte de la muestra de base granular sin

adicionar dicho químico, posteriormente se someterá a inmersión, saturándola por

completo durante 120 horas, al término de este periodo de tiempo se realizará el

ensayo de CBR a la muestra de base granular y se determinará el cambio en la

capacidad de soporte de dicha muestra producto de la condición de inmersión a la

que fue expuesta.

Este procedimiento se realizará con cinco (5) diferentes dosificaciones del químico

silicato de sodio en las siguientes cantidades:

0%

23%

46%

69%

90%

Se escogió un rango entre el 0-90% de inclusión de silicato de sodio en la muestra

con la intensión de poder adicionar la mayor cantidad del químico con respecto a

la humedad óptima de la base granular y se dividió dicho rango en iguales

proporciones para poder analizar los datos encontrados y dar una recomendación

acerca de la dosificación más adecuada de silicato de sodio para minimizar la

pérdida de capacidad de soporte en bases granulares por efecto de la saturación.

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS Página 9

Page 10: Análisis del efecto del silicato de sodio en bases

ANALISIS DEL EFECTO DE SILICATO DE SODIO EN BASES GRANULARES PARA CONTRARRESTAR LA PERDIDA DE CAPACIDAD DE SOPORTE POR EFECTO DE SATURACION

PALABRAS CLAVE: Estabilización de suelos, Base granular, silicato de sodio,

capacidad de soporte, saturación, aditivo químico.

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ANALISIS DEL EFECTO DE SILICATO DE SODIO EN BASES GRANULARES PARA CONTRARRESTAR LA PERDIDA DE CAPACIDAD DE SOPORTE POR EFECTO DE SATURACION

INTRODUCCIÓN

En varias ocasiones la base granular utilizada para la estructura de las carreteras

está expuesta a temporadas de lluvia durante varios periodos del año, esta

situación sumada a las fallas en la impermeabilización de las juntas en losas de

pavimentos rígidos generan problemas estructurales que se ven reflejados en

sobre costos de reparación, cambio del tramo afectado e incluso la inseguridad

para los usuarios de la vía. Por este motivo es necesario realizar un tratamiento

adecuado para mejorar las propiedades físicas y mecánicas de los suelos

destinados a la construcción, ya que en muchas regiones de Colombia los suelos

no son lo suficientemente buenos para construir.

Existen diferentes tipos de mejoramientos de suelo, entre las que se encuentran

las estabilizaciones físicas, químicas, entre otras. En el presente trabajo se

adoptará la estabilización química, la cual consiste en mezclar homogéneamente

un producto químico (silicato de sodio) con el suelo a tratar, en este caso la

muestra de base granular.

El silicato de sodio es un químico inorgánico, no toxico, de bajo costo y fácil

adquisición que se ha utilizado en multitud de aplicaciones como:

impermeabilizante, adhesivo, cementos, ligantes, capas protectoras y peliculares,

anticorrosivos, defloculadores, entre otros.

Al agregar silicato de sodio al suelo en diferentes cantidades, se intentará mejorar

la capacidad portante del suelo. La propiedad cementante de este químico

mantendrá unidas las partículas de la base granular en el evento de la saturación,

evitando la degradación y pérdida de la capacidad de soporte de la misma.

Se fabricarán probetas con muestras de base granular mezclada con silicato de

sodio en diferentes cantidades, después de realizar ensayos de CBR a cada una

de las probetas se encontrará el porcentaje óptimo de dosificación para el que

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ANALISIS DEL EFECTO DE SILICATO DE SODIO EN BASES GRANULARES PARA CONTRARRESTAR LA PERDIDA DE CAPACIDAD DE SOPORTE POR EFECTO DE SATURACION

se generará menor pérdida de la capacidad de soporte por efecto de la

saturación.

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Page 13: Análisis del efecto del silicato de sodio en bases

ANALISIS DEL EFECTO DE SILICATO DE SODIO EN BASES GRANULARES PARA CONTRARRESTAR LA PERDIDA DE CAPACIDAD DE SOPORTE POR EFECTO DE SATURACION

1. PLANTEAMIENTO PROBLEMA

1.1 DESCRIPCION

La adecuada construcción de la estructura de pavimentos es de suma importancia

para evitar el deterioro de los mismos y que aparezcan diferentes lesiones físicas

tales como: fisuras, agrietamientos, daños en las juntas, entre otros, que afectan

fundamentalmente la impermeabilización de la estructura vial. Esto sumado a

largas temporadas de lluvia y colapsos en el sistema de drenaje del pavimento

permiten que por efecto de succión se absorban grandes cantidades de agua

desde la subrasante que saturan la estructura del pavimento provocando diferentes

inconvenientes.

El bombeo es un efecto particular de los pavimentos que ocurre con frecuencia

cuando no se toman las precauciones necesarias, ya que el agua se filtra llegando

a toda la estructura de la vía por causas anteriormente mencionadas y las cargas

que genera el tránsito vehicular se trasmiten a la base granular, al volver a su

estado normal se crea una succión y una expulsión del agua; al ser este efecto

constante genera degradación y desprendimiento del material, se pierden finos que

con facilidad llegan a la superficie del pavimento dejando vacíos en el interior de la

estructura generando gran pérdida de la capacidad de soporte.

1.2 FORMULACION

¿Se puede utilizar el silicato de sodio como agente estabilizador de base granular

de gradación fina tipo invias BG-25 para disminuir pérdida de la capacidad de

soporte por efecto de saturación?

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ANALISIS DEL EFECTO DE SILICATO DE SODIO EN BASES GRANULARES PARA CONTRARRESTAR LA PERDIDA DE CAPACIDAD DE SOPORTE POR EFECTO DE SATURACION

1.3 IDENTIFICACION DE VARIABLES

1.3.1 Variables Dependientes

Las variables dependientes en el desarrollo de este proyecto son: la Capacidad de

soporte y el desgaste de la base granular BG-25, para determinarlas se realizaron

ensayos de “relación de soporte del suelo en el laboratorio (CBR de laboratorio)”

I.N.V –E-148-07 y “Resistencia al desgaste de los agregados en la máquina de los

ángeles” INV- E-218-07

1.3.2 Variables Independientes

Las variables independientes son: silicato de sodio y la caracterización de la

muestra de base granular.

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ANALISIS DEL EFECTO DE SILICATO DE SODIO EN BASES GRANULARES PARA CONTRARRESTAR LA PERDIDA DE CAPACIDAD DE SOPORTE POR EFECTO DE SATURACION

2. JUSTIFICACIÓN

Las vías se relacionan directamente con el desarrollo de una ciudad por tal razón

es indispensable que permanezcan en buenas condiciones, cuando se presenta

deterioro en las mismas no se pueden garantizar condiciones fundamentales como:

seguridad, tránsito fluido, servicapacidad, comportamiento del pavimento y

comodidad para los usuarios. Una de las causas de este deterioro se debe a la

pérdida de la capacidad de soporte que se genera en la estructura del pavimento

cuando permanece bajo condiciones de saturación y que se manifiestan en la

superficie vial generando sobrecostos de reparación, mantenimiento y en ocasiones

cambio de tramo.

Una de las capas de la estructura de pavimento que más se ve afectada por la

problemática anteriormente descrita es la Base granular, motivo por el cual surge la

necesidad de realizar una investigación respecto a la estabilización de los

componentes de dicha capa para mitigar la pérdida de capacidad de soporte por

efecto de saturación.

Al disminuir la pérdida de capacidad de soporte en la base granular se minimizarán

los daños que puede generar al pavimento el efecto de saturación contribuyendo a

conservarlo en buenas condiciones.

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Page 16: Análisis del efecto del silicato de sodio en bases

ANALISIS DEL EFECTO DE SILICATO DE SODIO EN BASES GRANULARES PARA CONTRARRESTAR LA PERDIDA DE CAPACIDAD DE SOPORTE POR EFECTO DE SATURACION

3. OBJETIVOS

3.1 Objetivo General

Determinar el porcentaje de dosificación de silicato de sodio necesario para

disminuir la pérdida de capacidad de soporte de una base granular tipo BG-25.

3.2 Objetivos Específicos

Caracterizar la muestra de suelo enmarcada en la norma de ensayo

INVIAS INV - E – 123 – 07.

Adicionar diferentes porcentajes volumétricos de silicato de sodio a una

muestra de base granular tipo INVIAS BG-25 para modificar sus características

mecánicas, comparando su capacidad de soporte entre base granular objeto de

estudio saturada sin estabilizar y estabilizada con silicato de sodio.

Obtener y analizar los datos correspondientes a la estabilización de la base

granular mediante el uso del silicato de sodio por medio de ensayos de CBR y

proctor modificado método C, descritos en las normas INV-E-148-07 y ASTM D-

1557 respectivamente.

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS Página 16

Page 17: Análisis del efecto del silicato de sodio en bases

ANALISIS DEL EFECTO DE SILICATO DE SODIO EN BASES GRANULARES PARA CONTRARRESTAR LA PERDIDA DE CAPACIDAD DE SOPORTE POR EFECTO DE SATURACION

4. MARCOS DE REFERENCIA

4.1 Marco de antecedentes

Para el analizar el comportamiento de la adición de silicato de sodio como agente

estabilizador de suelos fue necesario consultar diferentes fuentes o

investigaciones relacionadas con el tema de estudio.

CRUZ, María Pía. Universidad Católica de Córdoba 2008, en su tesis

“ESTABILIZACIÓN DE SUBRASANTE CON SILICATO DE SODIO” refiere que la

utilización de silicato de sodio para mejorar diferentes materiales de construcción

existe desde hace más de un siglo, Johann Van Fuchs fue pionero en la

comercialización de silicatos solubles, propuso a comienzos del siglo XIX el

empleo de silicatos solubles para favorecer el endurecimiento de rocas artificiales.

Aproximadamente en el año 1910, el silicato de sodio se comenzó a utilizar como

agente impermeabilizador, se colocaba una solución de silicato de sodio con la

posterior adición de silicato de calcio o de aluminio en el bacheo de un camino.

Albert Francois en 1915 concluyo que la efectividad de una mezcla cementicia

liquida incrementaría su vida útil con la adición de silicato de sodio

GALINDO TORRES, Joan Camilo y AVELLANEDA MORENO, Erick

Alexander. Universidad Distrital Francisco José de Caldas En su trabajo

investigativo “ANÁLISIS TÉCNICO DEL USO DE SILICATO DE SODIO PARA

ESTABILIZACIÓN QUÍMICA DE SUELOS” hablan de que las estabilizaciones con

silicato de sodio realizadas al suelo para su empleo en carreteras es desarrollada

aproximadamente desde 1945, en las cuales este químico ha arrojado mejores

resultados al ser utilizado en suelos arenosos ubicados en climas moderados.

Desde 1945, se ha investigado acerca de la efectividad del silicato de sodio como

estabilizante de suelos, en ocasiones se utilizó solo este agente estabilizador y en

otros experimentos se acompañó el silicato de sodio con otros productos

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS Página 17

Page 18: Análisis del efecto del silicato de sodio en bases

ANALISIS DEL EFECTO DE SILICATO DE SODIO EN BASES GRANULARES PARA CONTRARRESTAR LA PERDIDA DE CAPACIDAD DE SOPORTE POR EFECTO DE SATURACION

químicos adicionales. Después de estas investigaciones algunas de las

conclusiones más sobresalientes es que en suelos arenosos y en climas

moderados se puede utilizar solamente el silicato de sodio como agente

estabilizador y que además de esto cuando el suelo presenta sales de calcio

disueltas en agua estas al reaccionar con el silicato de sodio producen silicatos

gelatinosos de calcio los cuales al entrar en contacto con agua dan lugar a un

magnifico agente cementante.

El efecto encontrado producto de la adición de un silicato de sodio a cierto tipo de

suelos, ha sido:

Incrementar la permanencia del agua de compactación

Aumentar la resistencia a la disgregación

Los silicatos más utilizados, son de metales alcalinos solubles en agua, con

excepción del litio, que no es soluble. Por su disponibilidad comercial, son

preferibles los silicatos de sodio y de potasio, siendo el más preferente el silicato

sódico.

4.2 Marco histórico

Las investigaciones y las realizaciones en este tipo de estabilizaciones se han

desarrollado principalmente en la Unión Soviética. Según Mitchell (1981) la razón

principal por la cual estos métodos no se han extendido universalmente se debe

principalmente a los altos costos, frente a otros tipos de estabilizaciones. Sin

embargo, Esvtatiev (1988) da cuenta de la existencia, en la URSS, de más de 800

proyectos en donde se han utilizado satisfactoriamente, como el método de

silicatización). Esto ha permitido un continuo mejoramiento de la tecnología,

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS Página 18

Page 19: Análisis del efecto del silicato de sodio en bases

ANALISIS DEL EFECTO DE SILICATO DE SODIO EN BASES GRANULARES PARA CONTRARRESTAR LA PERDIDA DE CAPACIDAD DE SOPORTE POR EFECTO DE SATURACION

una reducción de los costos y una abundante normativa en la regulación de su

uso. El agente químico más utilizado, por su bajo costo frente a otros agentes

químicos, es el Silicato de Sodio.

4.3 Marco teórico conceptual

A continuación se encuentran conceptos teóricos básicos que se necesitan para

la comprensión del contexto de esta investigación ya que serán utilizadas durante

el desarrollo de la misma, siendo de gran utilidad para el lector.

4.3.1 Estabilización de suelos

Proceso que consiste en mejorar las propiedades mecánicas de un suelo

mediante la adición de productos químicos, naturales o sintéticos.

4.3.2 Base Granular

Es una de las capas que conforma la estructura de pavimento, está constituida

por materiales granulares procedentes de cantera pueden ser procesados o

estabilizados. Esta capa antecede la capa de rodadura de un pavimento. Debido a

su cercanía con la superficie vial, debe poseer gran resistencia a la deformación,

para soportar las altas presiones que recibe.

4.3.3 Silicato de sodio

Sustancia química de fórmula Na2SiO3, utilizada dentro de la industria en

diferentes campos, tales como; detergentes, compuestos de limpieza, cementos,

capas protectoras, anticorrosivos, entre otros, sus diferentes propiedades al ser

soluble pueden ser utilizadas en forma eficiente y económica. También es

conocido como cristal líquido, se puede encontrar en estado líquido o sólido. En

estado puro no presenta color o es de color blanco.

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS Página 19

Page 20: Análisis del efecto del silicato de sodio en bases

ANALISIS DEL EFECTO DE SILICATO DE SODIO EN BASES GRANULARES PARA CONTRARRESTAR LA PERDIDA DE CAPACIDAD DE SOPORTE POR EFECTO DE SATURACION

4.3.4 Aditivo químico

Sustancia química que se adiciona a algún material para modificar las

características.

4.3.5 Capacidad de soporte

Es la capacidad del suelo para soportar las cargas aplicadas sobre él. Es la

máxima presión media de contacto entre la cimentación y el terreno tal que no se

produzca un fallo por cortante del suelo o un asentamiento diferencial excesivo.

4.3.6 Saturación

Es un efecto que hace referencia al estado de suelo cuando todos sus vacíos de

aire están llenos de agua.

4.3.7 Ensayo de CBR

Este método de laboratorio se utiliza para evaluar la resistencia potencial de

subrasantes, subbases y bases para empleo en pavimentos de carreteras.

4.3.8 Ensayo de Proctor modificado

Este es uno de los más importantes procedimientos de estudio y control de

calidad de la compactación de un suelo, ya que a través de él es posible

determinar la densidad seca máxima de un material en relación con su grado de

humedad, a una energía de compactación determinada.

4.3.9 Granulometría

Distribución porcentual en masa o en volumen de los diferentes tamaños de

partículas de una muestra de suelo.

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS Página 20

Page 21: Análisis del efecto del silicato de sodio en bases

ANALISIS DEL EFECTO DE SILICATO DE SODIO EN BASES GRANULARES PARA CONTRARRESTAR LA PERDIDA DE CAPACIDAD DE SOPORTE POR EFECTO DE SATURACION

4.4 Marco legal normativo

Tabla 1. Marco legal Fuente: Propia

I.N.V. E – 123 – 07 "Análisis granulométrico de suelos por tamizado"

ASTM D-6928 "Método de prueba estándar para la resistencia del agregado grueso a la degradación por abrasión en el aparato micro-deval"

I.N.V-E-220 "Sanidad de los agregados frente a la acción de las

soluciones de sulfato de sodio o de magnesio" I.N.V-E-133

"Equivalente de arena de suelos y agregados finos"

I.N.V-E-235-07 "Valor de azul de metileno en agregados finos y en llenantes minerales"

I.N.V. E – 211 – 07 "Determinación de terrones de arcilla y partículas deleznables en los agregados"

I.N.V. E – 148 – 07 "Relación de soporte del suelo en el laboratorio (CBR de laboratorio)"

Especificaciones IDU-ET-2005

I.N.V. E – 218 – 07 " Resistencia al desgaste de los agregados de

tamaños menores de37.5 mm (1½") por medio de la máquina

de los ángeles"

ASTM D-1557 "Ensayo de compactación proctor modificado"

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS Página 21

Page 22: Análisis del efecto del silicato de sodio en bases

ANALISIS DEL EFECTO DE SILICATO DE SODIO EN BASES GRANULARES PARA CONTRARRESTAR LA PERDIDA DE CAPACIDAD DE SOPORTE POR EFECTO DE SATURACION

5. METODOLÓGIA

Este procedimiento metodológico es de tipo investigativo, comparativo y

experimental que consiste en una secuencia de actividades programadas,

mencionadas en el siguiente esquema:

Esquema 1. Diseño metodológico para el desarrollo del proyecto. Fuente: Propia.

DISEÑO METODOLOGICO

Fase 1.

Etapa investigativa

Fase 2. Fase 3.

Etapa experimental Etapa de análisis

En esta etapa se realizo una

consulta previa acerca de:

-Insumos(Proveedores,

precios y adquisición).

-Planta y equipo.

-Uso y manejo del silicato de sodio.

En esta etapa se realizaron

las siguientes actividades: -Caracterización de la muestra de

suelo. -Determinación de la humedad

optima. -Determinación del volumen

de silicato de sodio para cada

porcentaje de dosificación. -Determinación de la

capacidad de soporte.

En base a los resultados obtenidos

en la etapa experimental se procede

a realizar su respectivo análisis,

conclusiones y recomendaciones.

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS Página 22

Page 23: Análisis del efecto del silicato de sodio en bases

ANALISIS DEL EFECTO DE SILICATO DE SODIO EN BASES GRANULARES PARA CONTRARRESTAR LA PERDIDA DE CAPACIDAD DE SOPORTE POR EFECTO DE SATURACION

6. DESARROLLO DE LA FASE EXPERIMENTAL

En primera medida se caracterizará una muestra de suelo según la norma de

ensayo INVIAS (INV-E-123-07), además se realizará un estudio comparativo entre

lo establecido en la norma “Especificaciones IDU-ET-2005” y los resultados de

diferentes ensayos de laboratorio brindados por la empresa “Incomineria s.a.s”,

realizados a la muestra de base granular objeto de estudio para poder clasificarla.

Posteriormente se realizará el ensayo de proctor modificado método C enmarcado

en la norma ASTM D-1557, con el fin de determinar la humedad óptima de la

muestra de la misma.

A partir de estos resultados se pretende realizar a cada una de las muestras

ensayos de CBR descrito en la norma de ensayo INVIAS (INV- E-148-07) con

diferentes cantidades de silicato de sodio distribuidos así: 0%, 23%, 46%, 69% y

90% de la humedad óptima, con el fin de comparar y analizar los datos obtenidos

para recomendar el porcentaje de dosificación de silicato de sodio en el que la

pérdida de capacidad de soporte sea mínima para este tipo de muestra bajo el

efecto de saturación.

En la tabla 2. mostrada a continuación se presentan la relación de ensayos

realizados por los ejecutores del presente proyecto y la cantidad de los mismos.

Tabla 2. Relación de ensayos. Fuente: Propia.

ENSAYO CANTIIDAD

Granulometría 1

Proctor modificado 3

CBR 20

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS Página 23

Page 24: Análisis del efecto del silicato de sodio en bases

ANALISIS DEL EFECTO DE SILICATO DE SODIO EN BASES GRANULARES PARA CONTRARRESTAR LA PERDIDA DE CAPACIDAD DE SOPORTE POR EFECTO DE SATURACION

6.1 Caracterización de la muestra de suelo

6.1.1 Análisis granulométrico de suelos por tamizado I.N.V. E – 123 – 07

Fotografía 1. Granulometría por tamizado Fuente: Propia

Después de realizar el ensayo de granulometría por tamizado se obtuvó los datos

registrados en la tabla 3.

Tabla 3. Granulometría de la muestra de suelo objeto de estudio. Fuente: Propia

Tamiz Tamiz W % % Límite Limite Tolerancia

(mm) retenido retenido pasa Inferior Superior (%)

1" 25,00 0 0 100 100 100 100

3/4" 19,00 0 0 100 70 100 63-100

3/8" 9,50 373,7 9,3425 71,685 50 80 45-85

N°4 4,75 609,4 15,235 56,45 35 65 32-68

N°10 2,00 459,6 11,49 44,96 20 45 17-48

N°40 0,425 497,9 12,4475 32,5125 10 30 07-33

N°200 0,075 672,1 16,8025 15,71 5 15 04-16

Fondo 668,4 16,71 0 - - -

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ANALISIS DEL EFECTO DE SILICATO DE SODIO EN BASES GRANULARES PARA CONTRARRESTAR LA PERDIDA DE CAPACIDAD DE SOPORTE POR EFECTO DE SATURACION

En las tablas 4 y 5 se encuentran los valores de las franjas granulométricas para bases granulares establecidos por el invias 2012. Con el fin de comparar y poder clasificar la base granular según su composición granulométrica.

Tabla 4. Franjas granulométricas del material de base granular. Fuente: Invias 2012

TAMIZ (mm / U.S. Standard)

TIPO DE 37.5 25.0 19.0 9.5 4.75 2.00 0.425 0.075

GRADACION

11/2” 1" 3/4" 3/8" No. 4 No. 10 No. 40 No. 200

% PASA

BASES GRANULARES DE GRADACION GRUESA

BG-40 100 75-100 65-90 45-68 30-50 15-32 7-20 0-9

BG-27 - 100 75-100 52-78 35-59 20-40 8-22 0-9

BASES GRANULARES DE GRADACION FINA

BG-38 100 70-100 60-90 45-75 30-60 20-45 10-30 5-15

BG-25 - 100 70-100 50-80 35-65 20-45 10-30 5-15

Tolerancias en

producción sobre 0%

7%

6%

3%

la fórmula de

trabajo (±)

Tabla 5. Detalle tabla 4. Fuente: Invias 2012

BG-25 - 100 70-100 50-80 35-65 20-45 10-30 5-15

Tolerancias en

producción sobre 0%

7%

6%

3%

la fórmula de

trabajo (±)

Según los datos registrados en la tabla 3. Y las franjas granulométricas establecidas por el invias registradas en detalle según la tabla 5. Se generó la siguiente gráfica.

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ANALISIS DEL EFECTO DE SILICATO DE SODIO EN BASES GRANULARES PARA CONTRARRESTAR LA PERDIDA DE CAPACIDAD DE SOPORTE POR EFECTO DE SATURACION

Gráfica 1. Franjas granulométricas correspondientes a la muestra de suelo objeto de estudio. Fuente: Propia.

De acuerdo a las normas y especificaciones invias 2012, se determinó que la

muestra de suelo objeto de investigación se clasifica como una base granular de

gradación fina BG-25.

6.1.2 Sanidad de los agregados frente a la acción de las soluciones de sulfato de sodio o magnesio

En la tabla 6. Se pueden observar los resultados de laboratorio al realizar el ensayo I.N.V-E-220-13, para determinar la resistencia a la desintegración de los agregados, por la acción de soluciones saturadas de sulfato de sodio o de magnesio.

Tabla 6. Resultados obtenidos del ensayo I.N.V-E-220-13 Fuente: Incomineria s.a.s

Agregado Grueso

Tamiz

Gradación Peso Total Peso final Perdida Corregida

Original

(gr) (gr) (%) %.

2" - 11/2" 0,0 0,0

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11/2" - 1" 7,1 15,4

1" - 3/4" 7,2 15,7 1501,6 1255,0 16,4 2,6

3/4" - 3/8" 14,2 30,8 1002,4 830,5 17,1 5,3

3/8" - No 4 17,6 38,2 301,8 248,6 17,6 6,7

Total 46,1 100,0

% Perdida Total por Acción de Sulfato de Magnesio 14,6

6.1.3 Resistencia al desgaste de los agregados por medio de la máquina de los ángeles

Después de obtener la información respecto al ensayo realizado para el desgaste de los agregados gruesos, se realizó la siguiente tabla recopilando la información obtenida.

Tabla 7. Resultados obtenidos del ensayo I.N.V-E-219-13 Fuente: Incomineria s.a.s

Ensayo 1 2 3

Condición Seco Seco Húmedo

Gradación Usada. A A A

No. de Esferas. 12 12 12

No. de Revoluciones. 100 500 500

Peso de la Muestra Seca Antes del Ensayo; gr. 5000 5000 5002

Peso de la Muestra Seca Después del Ensayo; gr. 4661 3352 3191

Perdida; gr. 339 1648 1811

% de Desgaste 6,8 33,0 36,2

6.1.4 Determinación de la resistencia del agregado grueso al desgaste por abrasión utilizando el aparato micro-deval

En la tabla presentada a continuación se encuentran los valores relacionados a los resultados del ensayo de resistencia a la abrasión de una muestra de agregado grueso.

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Tabla 8. Resultados obtenidos del ensayo I.N.V-E-238-13 Fuente: Incomineria s.a.s

Ensayo 1

Tamaño Máximo Seco

Gradación Usada. 1

No. de Esferas. 5000

No. de Revoluciones. 12000

Peso de la Muestra Seca Antes del Ensayo; gr. 1500

Peso de la Muestra Seca Después del Ensayo; gr. 1086

Perdida; gr. 414

% de Desgaste 27,6

6.1.5 Determinación de terrones de arcilla y partículas deleznables en los agregados

Los datos obtenidos al realizar el ensayo para la determinación aproximada de los terrones de arcilla y de las partículas friables en los agregados, se presentan en la tabla siguiente.

Tabla 9. Resultados obtenidos del ensayo I.N.V-E-211-13 Fuente: Incomineria s.a.s

Gradación

Peso Peso Terrones de Corregida Ter.

Tamiz Total Final Original arcilla. (%) de arcilla. %.

(gr) (gr)

11/2" - 1"

1 1/2" - 3/4" 7,1 13,4 3000 2969,0 1,0 0,1

3/4" -3/8" 7,2 13,7 2000 1984,5 0,8 0,1

3/8"- No4 23,3 44,1 1000 991,0 0,9 0,4

No4-No8 9,6 18,2 350 348,0 0,6 0,1

No8-No16 5,6 10,6 100 95,0 5,0 0,5

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ANALISIS DEL EFECTO DE SILICATO DE SODIO EN BASES GRANULARES PARA CONTRARRESTAR LA PERDIDA DE CAPACIDAD DE SOPORTE POR EFECTO DE SATURACION

Total 52,8 100,0

DETERMINACIÓN DE TERRONES DE ARCILLA Y 1,3

PARTÍCULAS DELEZNABLES EN LOS AGREGADOS

6.1.6 Ensayo azul de metileno para materiales finos

Con el fin de determinar la cantidad de material potencialmente dañino (incluyendo arcilla y material orgánico) presente en la fracción fina de la base granular se recurre a realizar el ensayo de azul de metileno, para el cual se obtuvo los siguientes datos.

Tabla 10. Resultados obtenidos del ensayo I.N.V-E-235-13 Fuente: Incomineria s.a.s

Ensayo Probeta No 1

Concentración de Azul 5

Azul de metileno (ml) 16,8

Peso suelo seco (gr) 10

Índice de azul de metileno (%) 8,40

6.1.7 Equivalente de arena de suelos y agregados finos

Para poder determinar la proporción relativa del contenido de polvo fino nocivo, o material arcilloso, en la base granular se realizó el ensayo enmarcado en la norma I.N.V-E-133-13, a partir de sus resultados se genera la tabla 11.

Tabla 11. Resultados obtenidos del ensayo I.N.V-E-133-13 Fuente: Incomineria s.a.s

EQUIVALENTE DE ARENA

Ensayo Probeta 1 Probeta 2 Probeta 3

Lectura de Arcilla (L1) 12,9 12,7 13,0

Lectura de Arena (L2) 3,0 3,0 3,3

% Total 24 24 26

% Promedio Equivalente de Arena (EA) 25

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A continuación se presenta cuadro comparativo entre lo que establece la norma y

los resultados obtenidos de los ensayos realizados a la base granular por la

empresa Incomineria s.a.s para verificar que la base granular objeto de estudio

cumple las especificaciones establecidas por el IDU.

Tabla 12. Cumplimiento de los ensayos ante la norma “especificaciones IDU-ET-2005” Fuente: Propia

Resultados de ensayos a

Ensayo Solicitud norma base granular objeto de Estado

estudio

ASTM D-6928 % Máximo: 30% 27,60% Cumple

I.N.V-E-220 % Máximo: 18% 14,60% Cumple

I.N.V-E-133 % Mínimo: 25% 25% Cumple

I.N.V-E-235-07 7-12 Marginalmente aceptable 8,40% Cumple

I.N.V. E – 211 – 07 % Máximo: 2% 1,30% Cumple

En seco,500 revoluciones 33 Cumple

% máximo: 35

En seco,100 revoluciones, % 6,8 Cumple

I.N.V. E – 218 – 07 máximo: 7

Después de inmersión, 500

revoluciones, 36 Cumple

% Máximo: 55

De acuerdo a la clasificación establecida por el IDU para bases granulares, se pudo

determinar que la base granular utilizada para el desarrollo de este proyecto

cumple con las especificaciones de una base granular tipo BG_C.

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ANALISIS DEL EFECTO DE SILICATO DE SODIO EN BASES GRANULARES PARA CONTRARRESTAR LA PERDIDA DE CAPACIDAD DE SOPORTE POR EFECTO DE SATURACION

6.2 Determinación de la humedad óptima:

Fotografía 2. Mezcla de base granular con diferentes porcentajes de humedad. Fuente: Propia.

Fotografía 3. Compactación Para Proctor modificado Método c. Fuente: propia.

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Se realizó el ensayo de compactación proctor modificado método c, para el cual se registraron los siguientes datos.

Tabla 13. Resultados de los datos proctor modificado de la muestra de suelo objeto de estudio. Fuente: Propia.

% Humedad 6% 9% 12%

Wmolde+Base(gr) 7217,2 7217,2 7217,2

Wmolde+Base+Material 11570,3 11880,5 11877,7

(gr)

Volumen Molde (cm3) 2124,29 2124,29 2124,9

Lata N° A39 A36 A19

w Lata (gr) 20,5 5,5 4,5

Wlata+Materia húmedo 65,3 42,3 29,6

(gr)

W Lata+Material seco(gr) 62,6 39,1 27

Húmeda teórica 6,41 9,52 11,56

Gama t 2,05 2,20 2,19

Gama d 1,93 2,00 1,97

En base a la tabla anterior se realiza la gráfica 2. Con los datos de la humedad

teórica y el peso unitario seco, para cada una de las muestras.

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ANALISIS DEL EFECTO DE SILICATO DE SODIO EN BASES GRANULARES PARA CONTRARRESTAR LA PERDIDA DE CAPACIDAD DE SOPORTE POR EFECTO DE SATURACION

Gráfica 2. Determinación de la humedad optima de la muestra de suelo. Fuente: Propia.

De acuerdo al ensayo proctor modificado método C realizado a la base granular, se

determinó que la humedad óptima es de 9.6%

5.3 Determinación del contenido de silicato con respecto a la humedad óptima en diferentes porcentajes

Fotografía 4. Volumen de silicato de sodio y agua para realizar el ensayo de CBR. Fuente: propia.

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Para determinar el volumen de silicato y agua (V) que se empleará para fabricar

cada una de las probetas se realizan los siguientes cálculos:

V = M * H Ecuación (1) Donde:

V = Volumen total del fluido (agua + silicato)

M = Masa de la muestra.

H = Humedad optima de la muestra.

Ecuación para hallar el volumen de silicato:

Vs= V * P Ecuación (2)

Donde:

Vs = volumen de silicato de sodio.

V = Volumen total del fluido (agua + Silicato)

P = Porcentaje de dosificación de silicato

Para determinar el volumen de agua se realiza:

Va = V – Vs Ecuación (3)

Dónde:

Va = Volumen de agua.

Tabla 14. Dosificación de silicato de sodio para diferentes porcentajes. Fuente: Propia.

0% 23% 46% 69% 90%

Agua (m3) 325,152 250,37 175,58 100,80 32,52

Silicato (m3) 0 74,78 149,57 224,35 292,64

Total 325,152 325,152 325,152 325,152 325,152

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ANALISIS DEL EFECTO DE SILICATO DE SODIO EN BASES GRANULARES PARA CONTRARRESTAR LA PERDIDA DE CAPACIDAD DE SOPORTE POR EFECTO DE SATURACION

6.4 Determinación de la capacidad de soporte

Fotografía 5. Mezcla con diferentes dosificaciones de silicato de sodio y base granular para realizar ensayos de CBR. Fuente: Propia.

Fotografía 6. Compactación para el ensayo de Cbr INV-E-148-07 Fuente: Propia.

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Fotografía 7. Probetas en estado de inmersión durante 120 horas.

Fuente: Propia.

Fotografía 8. Calibración de la máquina prensa de Marshall.

Fuente: Propia.

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ANALISIS DEL EFECTO DE SILICATO DE SODIO EN BASES GRANULARES PARA CONTRARRESTAR LA PERDIDA DE CAPACIDAD DE SOPORTE POR EFECTO DE SATURACION

Fotografía 9. Detalle monitor máquina prensa de Marshall. Fuente: Propia.

Fotografía 10. Detalle programa utilizado para tomar los datos del ensayo de laboratorio CBR. Fuente: Propia.

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ANALISIS DEL EFECTO DE SILICATO DE SODIO EN BASES GRANULARES PARA CONTRARRESTAR LA PERDIDA DE CAPACIDAD DE SOPORTE POR EFECTO DE SATURACION

Fotografía 11. Ensayo CBR, Máquina prensa de Marshall. Fuente: Propia.

Fotografía 12. Muestra fallada en el ensayo de CBR. Fuente: Propia.

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Se realizó el ensayo de laboratorio de CBR descrito en la norma de ensayo invias

E-148-07 para determinar la capacidad de soporte de las muestras de suelo con

diferentes volúmenes de agua y silicato de sodio (ver tabla 14) a muestras secas al

ambiente y a muestras en condición de saturación por inmersión durante 120

horas, registrando los datos en las tablas 15-18.

Tabla 15. Datos obtenidos del ensayo de CBR realizado a las muestras en estado saturado. Fuente. Propia

% silicato In PSI

0% 0,1236 622,21

0% 0,3000 1 045,60

0% 0,1236 720,83

0% 0,2236 1 383,65

23% 0,1354 1 457,62

23% 0,2354 2 085,63

23% 0,1512 864,42

23% 0,2512 1 881,13

46% 0,1360 1 277,77

46% 0,2360 2 217,61

46% 0,1315 1 063,12

46% 0,2315 1 911,58

69% 0,1276 604,80

69% 0,2276 1 190,75

69% 0,1433 816,56

69% 0,2433 1 622,96

90% 0,1157 621,66

90% 0,2157 1 206,71

90% 0,1197 527,93

90% 0,2197 1 097,93

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ANALISIS DEL EFECTO DE SILICATO DE SODIO EN BASES GRANULARES PARA CONTRARRESTAR LA PERDIDA DE CAPACIDAD DE SOPORTE POR EFECTO DE SATURACION

En base a los datos obtenidos tras realizar el ensayo de CBR sobre las muestras saturadas se realizó la siguiente tabla.

Gráfica 3. Desplazamiento vs esfuerzo en estado saturado (sin corrección por ajuste de maquina). Fuente: propia

La tabla 16. Se genera en base a los datos registrados en la tabla anterior,

generando el ajuste por máquina correspondinte para cada porcentaje y posterior a

esto se realiza la grafica 4.

Tabla 16. Corrección por máquina del desplazamiento de los datos obtenidos del CBR realizado a las muestras en estado saturado. Fuente: Propia.

% silicato In Corrección(mm) Corrección(In) In Corregida PSI

0% 0,1236 0,6 0,0236 0,1000 622,21

0% 0,3000 0,6 0,0236 0,2000 1 045,60

0% 0,1236 0,6 0,0236 0,1000 720,83

0% 0,2236 0,6 0,0236 0,2000 1 383,65

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Page 41: Análisis del efecto del silicato de sodio en bases

ANALISIS DEL EFECTO DE SILICATO DE SODIO EN BASES GRANULARES PARA CONTRARRESTAR LA PERDIDA DE CAPACIDAD DE SOPORTE POR EFECTO DE SATURACION

23% 0,1354 0,9 0,0354 0,1000 1 457,62

23% 0,2354 0,9 0,0354 0,2000 2 085,63

23% 0,1512 1,3 0,0512 0,1000 864,42

23% 0,2512 1,3 0,0512 0,2000 1 881,13

46% 0,1360 0,92 0,0362 0,1000 1 277,77

46% 0,2360 0,92 0,0362 0,2000 2 217,61

46% 0,1315 0,8 0,0315 0,1000 1 063,12

46% 0,2315 0,8 0,0315 0,2000 1 911,58

69% 0,1276 0,7 0,0276 0,1000 604,80

69% 0,2276 0,7 0,0276 0,2000 1 190,75

69% 0,1433 1,1 0,0433 0,1000 816,56

69% 0,2433 1,1 0,0433 0,2000 1 622,96

90% 0,1157 0,4 0,0157 0,1000 621,66

90% 0,2157 0,4 0,0157 0,2000 1 206,71

90% 0,1197 0,5 0,0197 0,1000 527,93

90% 0,2197 0,5 0,0197 0,2000 1 097,93

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Page 42: Análisis del efecto del silicato de sodio en bases

ANALISIS DEL EFECTO DE SILICATO DE SODIO EN BASES GRANULARES PARA CONTRARRESTAR LA PERDIDA DE CAPACIDAD DE SOPORTE POR EFECTO DE SATURACION

Gráfica 4. Esfuerzo vs deformación en estado saturado (con corrección por ajuste de maquina).

Fuente: propia.

Al igual que con las muestras en estado saturado se realiza el ensayo de CBR para las muestras en estado seco, para las cuales se registran los datos obtenidos en la siguiente tabla.

Tabla 17. Datos obtenidos del ensayo de CBR realizado a las muestras en estado seco. Fuente. Propia

% Silicato In PSI

0% 0,1283 923,8835667

0% 0,2283 1940,5906

0% 0,1512 1124,034167

0% 0,2512 2615,0111

23% 0,1276 1496,7784

23% 0,2276 3533,09

23% 0,1197 1779,5999

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Page 43: Análisis del efecto del silicato de sodio en bases

ANALISIS DEL EFECTO DE SILICATO DE SODIO EN BASES GRANULARES PARA CONTRARRESTAR LA PERDIDA DE CAPACIDAD DE SOPORTE POR EFECTO DE SATURACION

23% 0,2197 3647,672167

46% 0,1512 1601,2048

46% 0,2512 3504,085867

46% 0,1472 1901,4307

46% 0,2472 3958,050633

69% 0,1472 1482,274733

69% 0,2472 3189,3563

90% 0,1354 1106,629767

90% 0,2354 2166,8478

90% 0,1335 828,1593667

90% 0,2335 1704,180833

Gráfica 5. Esfuerzo vs deformación en estado seco (sin corrección por ajuste de maquina). Fuente: propia.

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ANALISIS DEL EFECTO DE SILICATO DE SODIO EN BASES GRANULARES PARA CONTRARRESTAR LA PERDIDA DE CAPACIDAD DE SOPORTE POR EFECTO DE SATURACION

Se realiza el ajuste por corrección de máquina para los datos indicados en la tabla

17, registrando los valores correspondientes a continuación.

Tabla 18. Corrección por máquina del desplazamiento de los datos obtenidos del CBR realizado a las muestras en estado saturado. Fuente: Propia

% Silicato In Corrección(mm) Corrección (In) In Corregida PSI

0% 0,1283 0,72 0,0283 0,1000 923,8835667

0% 0,2283 0,72 0,0283 0,2000 1940,5906

0% 0,1512 1,3 0,0512 0,1000 1124,034167

0% 0,2512 1,3 0,0512 0,2000 2615,0111

23% 0,1276 0,7 0,0276 0,1000 1496,7784

23% 0,2276 0,7 0,0276 0,2000 3533,09

23% 0,1197 0,5 0,0197 0,1000 1779,5999

23% 0,2197 0,5 0,0197 0,2000 3647,672167

46% 0,1512 1,3 0,0512 0,1000 1601,2048

46% 0,2512 1,3 0,0512 0,2000 3504,085867

46% 0,1472 1,2 0,0472 0,1000 1901,4307

46% 0,2472 1,2 0,0472 0,2000 3958,050633

69% 0,1472 1,2 0,0472 0,1000 1482,274733

69% 0,2472 1,2 0,0472 0,2000 3189,3563

90% 0,1354 0,9 0,0354 0,1000 1106,629767

90% 0,2354 0,9 0,0354 0,2000 2166,8478

90% 0,1335 0,85 0,0335 0,1000 828,1593667

90% 0,2335 0,85 0,0335 0,2000 1704,180833

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ANALISIS DEL EFECTO DE SILICATO DE SODIO EN BASES GRANULARES PARA CONTRARRESTAR LA PERDIDA DE CAPACIDAD DE SOPORTE POR EFECTO DE SATURACION

Gráfica 6. Esfuerzo vs deformación en estado seco (con corrección por ajuste de maquina). Fuente: Propia.

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ANALISIS DEL EFECTO DE SILICATO DE SODIO EN BASES GRANULARES PARA CONTRARRESTAR LA PERDIDA DE CAPACIDAD DE SOPORTE POR EFECTO DE SATURACION

7 ANALISIS DE RESULTADOS

Se analizaron los resultados obtenidos de los ensayos de CBR realizados a las

muestras base granular con adición de silicato de sodio en diferentes dosificaciones

antes y después de estar saturadas.

Se realizó el ensayo de CBR descrito en la norma de ensayo Invias E-148-07 a las

muestras de suelo, con el fin de verificar la dosificación más adecuada de silicato

de sodio que se debe adicionar para lograr una disminución de la pérdida de la

capacidad de soporte por efecto de la saturación.

7.1 Determinación porcentaje de CBR

“Valor de la relación de soporte (CBR) – Se llama valor de la relación de soporte

(índice CBR), al tanto por ciento de la presión ejercida por el pistón sobre el suelo,

para una penetración determinada, con relación a la presión correspondiente a la

misma penetración en una muestra patrón. Las características de la muestra patrón

son las siguientes”1

Tabla 19. Valor de la relación de soporte (CBR) Fuente: INVIAS INV-148-07

Penetración Presión

mm Pulgadas MPa kg/cm2 Lb/plg2

2.54 0.1 6.90 70.31 1.000

5.08 0.2 10.35 105.46 1.500

Para determinar el porcentaje de CBR para cada una de las muestras se

emplearon las siguientes ecuaciones.

%CBR a 0.1 in= (E1/1000)*100 Ecuación (4)

%CBR a 0.2 in= (E2/1500)*100

Ecuación (5)

1 : RELACIÓN DE SOPORTE DEL SUELO EN EL LABORATORIO (CBR DE LABORATORIO) I.N.V. E – 148 – 07 Pág. 10

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ANALISIS DEL EFECTO DE SILICATO DE SODIO EN BASES GRANULARES PARA CONTRARRESTAR LA PERDIDA DE CAPACIDAD DE SOPORTE POR EFECTO DE SATURACION

Donde:

E1= Esfuerzo a penetración de 0.1 in

E2= Esfuerzo a penetración de 0.2 in

Tabla 20. Promedio %CBR en estado seco. Fuente: propia.

% silicato % cbr 0,1 % cbr 0,2

0 102,4 151,9

23 168,9 239,4

46 175,1 248,7

69 157,7 206,6

90 96,7 129,0

Se realizó el mismo procedimiento para las probetas en estado saturado, utilizando

sus respectivos esfuerzos a dichas penetraciones y se obtuvó la siguiente tabla.

Tabla 21. Promedio % CBR en estado saturado. Fuente propia.

% % cbr 0,1 % cbr 0,2

0 67,2 81,0

23 116,1 132,2

46 117,0 137,6

69 71,1 93,8

90 57,5 76,8

Con los datos anteriores y los diferentes porcentajes de dosificación de silicato de

sodio se generaron las siguientes gráficas para visualizar la variación de la

capacidad de soporte en las muestras.

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Gráfica 7. Porcentaje de dosificación vs CBR en estado seco para 0,1 y 0,2 in Fuente: Propia.

Gráfica 8. Porcentaje de dosificación vs cbr en estado saturado para 0,1 y 0,2 in Fuente: propia.

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Gráfica 9. Porcentaje de dosificación vs cbr en estado seco y saturado para 0.1 in Fuente: propia.

Gráfica 10. Porcentaje de dosificación vs cbr en estado seco y saturado para 0.2 in Fuente: propia.

Para determinar el porcentaje de la perdida de capacidad de soporte se realizaron

los siguientes calculos para cada una de las muestras:

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ANALISIS DEL EFECTO DE SILICATO DE SODIO EN BASES GRANULARES PARA CONTRARRESTAR LA PERDIDA DE CAPACIDAD DE SOPORTE POR EFECTO DE SATURACION

% Perdida de capacidad de soporte para 0.1 y 0.2 in=

(%CBRseco - %CBRsaturado) / %CBRseco Ecuación (6)

Donde para cada penetración se utilizan sus respectivos valores, generando la

siguinte tabla.

Tabla 22.Porcentaje perdida de capacidad de soporte Fuente: Propia

% perdida capacidad de soporte

% silicato 0,1 in 0,2 in

0 34 47

23 31 45

46 33 45

69 55 55

90 41 40

Gráfica 11.Porcentaje de dosificación vs porcentaje perdida capacidad de soporte Fuente: Propia

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ANALISIS DEL EFECTO DE SILICATO DE SODIO EN BASES GRANULARES PARA CONTRARRESTAR LA PERDIDA DE CAPACIDAD DE SOPORTE POR EFECTO DE SATURACION

Tomando como referencia los datos obtenidos a 0.2 pulgadas teniendo en cuenta lo

estipulado en la norma I.N.V. E – 148 – 07 “Con los valores de penetración

obtenidos, se calculan los valores de Relación de Soporte correspondientes,

dividiendo las presiones correspondientes por los esfuerzos de referencia (según

tabla 19). La relación de soporte reportada para el suelo es normalmente la de 2.54

mm (0.1") de penetración. Cuando la relación a 5.08 mm (0.2") de penetración

resulta ser mayor, se repite el ensayo. Si el ensayo de comprobación da un

resultado similar, se usa la relación de soporte para 5.08 mm (0.2") de

penetración”.2 Se realizaran las conclusiones, análisis y recomendaciones.

De las anteriores gráficas se puede deducir que el porcentaje aproximado de

adición de silicato de sodio para menor pérdida de capacidad de soporte de la base

granular tipo INVIAS BG-25 se encuentra entre el 23% y el 46%. Siendo este el

intervalo en donde las muestras de suelo presentan mejor capacidad de soporte

después de llevarlos a inmersión con respecto a los demás intervalos.

2 RELACIÓN DE SOPORTE DEL SUELO EN EL LABORATORIO (CBR DE LABORATORIO) I.N.V. E – 148 – 07 Pág. 11.

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8. CONCLUSIONES

Después de analizar los datos obtenidos por los ensayos de CBR realizados a las

muestras de suelo utilizado como base granular así como a la investigación

efectuada al silicato de sodio como agente estabilizador, se concluye que:

La muestra de suelo utilizada para este proyecto se clasificó como una base

granular de gradación fina BG-25 según la clasificación granulométrica de

“NORMAS Y ESPECIFICACIONES INVIAS 2012”.

Después de adicionar silicato de sodio a las muestras de base granular y realizar

ensayos de CBR a cada una de ellas en condiciones secas y saturadas, se obtuvó

datos que permiten visualizar el incremento de la capacidad de soporte en las

muestras con adición de silicato de sodio en las dosificaciones del 23%, 46% y

69%.

Se observó que la permanencia del agua de compactación incrementa con la

adición del silicato de sodio a la muestra, debido a que este químico presenta

mayor viscosidad en comparación a la del agua, generando una película de agua

que retrasa la evaporación del fluido.

A partir de la gráfica 11 se afirma que el porcentaje de dosificación necesario para

disminuir la pérdida de capacidad de soporte de la base granular después de estar

bajo efectos de saturación se encuentra en un rango del 23% al 46% de adición de

silicato de sodio.

La muestra de base granular que contiene silicato de sodio entre el 23-46% en

estado saturado supera la capacidad de soporte de una muestra sin estabilizar en

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estado seco, según los datos registrados en las tablas 20 y 21 para la penetración

de 0.1 pulgadas.

Las características adhesivas y ligantes del silicato de sodio logran que al

mezclarlo con la Base granular tipo BG-25, se genere mayor adherencia entre las

partículas llenando los vacíos de la misma reaccionando químicamente, formando

un sólido aglomerado, impermeable y de alta resistencia a la abrasión, razón por la

cual aumenta su capacidad de soporte.

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RECOMENDACIONES

En base a los resultados obtenidos de los ensayos realizados se recomienda:

La continuación de la presente investigación, tomando como enfoque la adición

de silicato de sodio en porcentajes entre 23-46% con el fin de poder establecer un

porcentaje exacto,

Realizar esta estabilización en Bases granulares de gradación gruesa con el fin

de comparar y analizar los datos obtenidos para determinar en cuál de las dos

gradaciones presenta mejores resultados.

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ANALISIS DEL EFECTO DE SILICATO DE SODIO EN BASES GRANULARES PARA CONTRARRESTAR LA PERDIDA DE CAPACIDAD DE SOPORTE POR EFECTO DE SATURACION

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Norma de ensayo I.N.V. E-235-07 “Valor de azul de metileno en agregados

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Norma de ensayo I.N.V. E-211-07 “Determinación de terrones de arcilla y

partículas deleznables en los agregados”. INVIAS.

Norma de ensayo I.N.V. E-148-07 “Relación del soporte del suelo en el

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Norma de ensayo I.N.V. E-218-07 “Resistencia al desgaste de los agregados de

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INVIAS.

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