CARACTERIZACIÓN FISICOQUÍMICA Y MECÁNICA DE UN SUELO ARCILLOSO TRATADO CON ADITIVOS QUÍMICOS

Eliana Llano, Diana Ríos, Gloria Restrepo.

Grupo de Investigación Procesos Fisicoquímicos Aplicados PFAFacultad de Ingeniería

Universidad de Antioquia

CONTENIDO

CONTEXTUALIZACIÓN

DESARROLLO METODOLÓGICO

RESULTADOS

CONCLUSIONES

REFERENCIAS

3

CONTEXTUALIZACIÓN

BÚSQUEDA DE TECNOLOGÍAS ALTERNATIVAS DE INGENIERÍA VIAL PARA CONSTRUCCIÓN Y MANTENIMIENTO DE VÍASTécnica, Económica y Ambientalmente Sostenible

Retos en materia de infraestructura vial en el país

Deterioro y

agotamientoprogresivo de

fuentes de suministro de

materiales

Baja

sostenibilidad y durabilidad de

soluciones constructivas

Poca pertinencia de las alternativas tradicionales a la gran variedad de

suelos presentes

4

CONTEXTUALIZACIÓN

Estabilización Química de suelos

Polímeros Aceites Sulfonados Sales

Silanos Puzolanas Enzimas.

Mejora propiedades de los suelos tales como:

Plasticidad Permeabilidad Compresibilidad Resistencia mecánica (incluida

resistencia al corte yresistencia a la compresión)

Inestabilidad volumétrica Asentamiento Cantidad de partículas de arcilla / limo Módulo elástico Durabilidad

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DESARROLLO METODOLÓGICO Materiales

Suelo natural Aditivos comerciales

o PolímeroEmulsión acuosa de polímeros de acetato vinílicos y acrílicos.

o EnzimaCompuesto de una combinación de enzimas, electrolitos y agentes tensoactivos.

ENSAYO RESULTADO

Clasificación AASTHO A-7-6 (13)

Clasificación SUCS CL

% Pasante malla 4 99.16

% Pasante malla 40 85.85

% Pasante malla 200 72.62

Limite Liquido 43

Limite plástico 22

Índice de Plasticidad 21

Densidad real (g/cm3) 2.68

Materia orgánica por ignición (%) 3.9

Contenido de sulfatos (mg so4/g) 0.48

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DESARROLLO METODOLÓGICO Preparación de las muestras

Dosificacioneso 7.33 l Polímero/m

3suelo seco compacto

o 33 ml Enzima/m3

suelo seco compacto Tolerancias parámetros Proctor estándar oPeso unitario seco ± 48 kg/m3

o Humedad Óptima ± 1%

Probetas cilíndricas de h=5cm Փ= 10 cm

Probetas rectangulares de 15 cm x 10 cm x 8 cm

o Curado en bolsa hermética por 7 díaso Todas las pruebas se realizaron por

duplicado

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DESARROLLO METODOLÓGICO Caracterización

Resistencia a la compresión no confinada Límites de Atterberg

Potencial de Hidrógeno, pH Conductividad Área Superficial Específica, Método BET Microscopía Electrónica de Barrido SEM Espectrometría Infrarroja por Transformada de

Fourier y Reflectancia Total Atenuada FTIR/ATR

8

Determinación de las relaciones densidad – humedad en suelos, Proctor estándar

RESULTADOS

15,0

15,2

15,4

15,6

15,8

16,0

16,2

14 16 18 20 22 24 26

Pes

o u

nit

ario

sec

o (

kN/m

3)

Contenido de humedad (%)

suelo natural Suelo + Enzima suelo + polímero

Determinación de las relaciones densidad –humedad en suelos, Proctor estándar

MATERIALESFUERZO

MÁXIMO PROMEDIO (KPa)

IPPROMEDIO

Suelo natural 427 25

Suelo + aditivo enzimático

486 25

Suelo + aditivo polimérico

605 23

Resistencia a la Compresión Simple y Plasticidad

9

Polímero ~ 40%

Enzima ~15%

RESULTADOS

MATERIALÁREA

SUPERFICIAL BET

PROMEDIO (m2/g)

pHPROMEDIO

CONDUCTIVIDAD

PROMEDIO(µS/cm)

Suelo natural 44.21 5.04 215

Suelo + aditivo enzimático

40.17 4.91 207

Suelo + aditivo polimérico

34.53 4.84 203

10

Polímero ~ 22%Enzima ~ 9%

RESULTADOSSuelo natural Suelo + Polímero Suelo + Enzima

Microscopía Electrónica

de Barrido, SEM. X100

Microscopía Electrónica

de Barrido, SEM. X 2.000

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RESULTADOS Espectrometría infrarroja por Transformada de Fourier y Reflectancia Total

Atenuada FTIR/ATR

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• Sistema con aditivo enzimático • Sistema con aditivo polimérico

CONCLUSIONES

La caracterización fisicoquímica y la evaluación del desempeño mecánico de los suelosaditivados con productos enzimáticos y poliméricos, empleando diversas técnicas analíticas einstrumentales evidenciaron una mejora en las propiedades ingenieriles del suelo estudiado.

Los resultados obtenidos permiten correlacionar las variaciones en las propiedadesfisicoquímicas y texturales con la respuesta mecánica de los sistemas aditivados.

El monitoreo y seguimiento de suelos aditivados por períodos de tiempo más largos, puedeevidenciar interacciones químicas que generen cambios en las propiedades de los suelostratados, al igual que modificaciones en su desempeño mecánico.

Los resultados presentados en este trabajo están asociados a la necesidad de profundizar en elconocimiento de los fenómenos tanto físicos como químicos presentes en los procesos deestabilización química.

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https://doi.org/10.1016/j.trgeo.2018.08.002https://doi.org/10.1002/app.12066https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.04.093https://doi.org/10.1080/23311916.2018.1517577https://doi.org/10.3141/1757-06

AGRADECIMIENTOS

• Los autores agradecen a la Universidad deAntioquia y al grupo de investigación ProcesosFisicoquímicos Aplicados PFA por el apoyo parala realización de este estudio.

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GRACIAS

CONTACTO: eliana.llano@udea.edu.co, grupopfa@udea.edu.co

mailto:eliana.llano@udea.edu.comailto:grupopfa@udea.edu.co