Análisis del comportamiento hidráulico mecánico de un suelo diatomáceo de la formación sabana aplicando diferentes gradientes térmicos

Texto completo

(1)FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL ANALISIS DEL COMPORTAMIENTO HIDRÁULICO – MECÁNICO DE UN SUELO DIATOMACEO DE LA FORMACIÓN SABANA APLICANDO DIFERENTES GRADIENTES TERMICOS. ELABORADO POR: ANDRES FERNANDO AMAYA GIL COD: 505071 OSCAR JAVIER CUADROS JIMENEZ COD: 504759. DOCENTE ASESOR: ING. CARLOS JOSE SLEBI ACEVEDO. BOGOTÁ, D. C., MAYO 2018.

(2) 2.

(3) Nota de aceptación. ____________________________ ____________________________ ____________________________ ____________________________. ____________________________ Firma del presidente del jurado. ____________________________ Firma del jurado. ____________________________ Firma del jurado. Bogotá D.C., de mayo de 2018. 3.

(4) TABLA DE CONTENIDO. 1. TÍTULO. .......................................................................................................... 14 2. INTRODUCCIÓN. ........................................................................................... 14 3. ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN. .......................................................... 15 4. PLANTEAMIENTO Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA. ........................... 17 5. OBJETIVOS ................................................................................................... 18 5.1. General .................................................................................................... 18. 5.2. Específicos ............................................................................................. 18. 6. MARCO DE REFERENCIA ............................................................................ 19 6.1. MARCO TEÓRICO. ................................................................................. 19. 6.2. ESTADO DEL ARTE ............................................................................... 22. 6.3. MARCO CONCEPTUAL. ......................................................................... 24. 7. ALCANCES Y LIMITACIONES. ..................................................................... 26 7.1. ALCANCES ............................................................................................. 26. 7.2. LIMITACIONES ....................................................................................... 26. 8. METODOLOGÍA ............................................................................................. 27 8.1. RECOPILACION DE INFORMACION ..................................................... 27. 8.2. DEFINICION DE VARIABLES ................................................................. 27. 8.3. REALIZACION DE LOS ENSAYOS DE LABORATORIO ...................... 28. 9. RESULTADOS ............................................................................................... 38 9.1. ENSAYO DE LIMITES DE ATTERBERG ................................................ 38. 9.2. ENSAYO DE GRAVEDAD ESPECÍFICA ................................................ 46. 9.3. ENSAYO GRANULOMETRIA POR HIDROMETRO ............................... 50. 9.4. ENSAYO DE PROCTOR MODIFICADO ................................................. 54. 9.5. ENSAYO DE COMPRESION INCONFINADA ......................................... 56. 9.6. ENSAYO CORTE DIRECTO ................................................................... 67. 9.7. ENSAYO DE CONSOLIDACION ............................................................. 76. 10.. ANALISIS DE RESULTADOS. ................................................................... 96. 10.1 VARIACION LIMITES DE CONSISTENCIA ............................................ 96 4.

(5) 10.2 GRAVEDAD ESPECÍFICA ...................................................................... 98 12.3 Granulometría por hidrómetro .............................................................. 99 12.4 Compresión inconfinada ..................................................................... 100 12.5 CORTE DIRECTO.................................................................................. 102 12.6 CONSOLIDACION ................................................................................... 104 11.. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................ 107. 12.. BIBLIOGRAFIA......................................................................................... 110. 5.

(6) TABLA DE IMÁGENES. Imagen 1. Fotomicrografías de diatomeas (Bradbury, 2004) a) Biddulphia reticulata. Caparazón o frústula de una diatomea céntrica mostrando valvas y lado conectivo (Tamaño de la barra = 10 μm). b) Eupodiscus radiatus. Valva simple de una diatomea céntrica (Tamaño ............................................................................... ¡Error! Marcador no definido. Imagen 2. Registro datos ensayo hidrómetro calibración de picnómetro.............................. 29 Imagen 3. Registro datos ensayo hidrómetro material durante secado. ............................... 29 Imagen 4. Registro datos ensayo hidrómetro muestra en recipiente con hexmetafosfato. ........................................................................................................................................................... 30 Imagen 5. Registro datos ensayo hidrómetro muestra en probeta después de 24h. .......... 30 Imagen 6. Registro datos ensayo hidrómetro toma de datos en baño de maría a 24h. ..... 30 Imagen 7 Registro datos ensayo hidrómetro ensayo terminado muestras decantada ....... 30 Imagen 8 . Cazuela de casagrande Imagen 9. Espátulas y ranurador para la preparación de la muestra .................................... 32 Imagen 10. Preparación de la muestra Imagen 11. Material después de 24Hrs en el horno ................................................................. 32 Imagen 12. Calculo del límite líquido Imagen 13. Cono para el ensayo del límite plástico por el método BS 1377 por medio del método BS 1377 ....................................................... ¡Error! Marcador no definido. Imagen 14. Probeta siendo sometida Imagen 15. Probeta presentando fallas ......................................... ¡Error! Marcador no definido. Imagen 16. Máquina de corte directo Imagen 17. Preparación de la muestra .......................................... ¡Error! Marcador no definido. Imagen 18. Preparación de la muestra Imagen 19. Plataforma para colocar el material ........................................................................ 36 Imagen 20. Compactación del material Imagen 21. Material compactado ..................................................................................................... 37 Imagen 22. Grafica de falla suelo diatomaceo en estado natural........................................... 58 Imagen 23. Grafica de falla suelo diatomaceo a 200°C. .......................................................... 61 6.

(7) Imagen 24.Grafica de falla suelo diatomaceo a 400°C ............................................................ 64 Imagen 25.Grafica de falla suelo diatomaceo a 400°C ............... ¡Error! Marcador no definido. Imagen 26. Todas las muestras falladas .................................................................................. 102 Imagen 27. Muestras corte directo temperatura natural ........................................................ 103 Imagen 28. Dilatancia de la muestra ......................................................................................... 104. 7.

(8) TABLAS. Tabla 1. Datos para el cálculo del límite liquido suelo diatomáceo en estado natural. ¡Error! Marcador no definido. Tabla 2. Datos para el cálculo del límite plástico suelo diatomáceo en estado natural ...... 38 Tabla 3. Resultados límites de consistencia suelo diatomáceo en estado natural. ............. 39 Tabla 4. Datos para el cálculo del límite liquido suelo diatomáceo A 200°C.¡Error! Marcador no definido. Tabla 5. Datos para el cálculo del límite plástico suelo diatomáceo a 200°C. ..................... 40 Tabla 6. Resultados límites de consistencia suelo diatomáceo a 200°C. ............................. 41 Tabla 7. Datos para el cálculo de límite líquido por medio de cono de penetración suelo diatomáceo a 400°C. ........................................................................ ¡Error! Marcador no definido. Tabla 8. Datos para el cálculo de límite plástico del suelo diatomáceo a 400°C. ................ 43 Tabla 9. Datos para el cálculo de límite líquido suelo diatomáceo a 600°C. ........................ 44 Tabla 10. Datos para el cálculo del límite plástico suelo diatomáceo a 600°C. ................... 45 Tabla 11. Gravedad específica (gradiente natural)................................................................... 46 Tabla 12. Gravedad específica a 200°C ..................................................................................... 47 Tabla 13. Gravedad específica a 400°C. .................................................................................... 48 Tabla 14. Gravedad específica a 600°C. .................................................................................... 49 Tabla 15.Granulometría por hidrómetro estado natural. ................................................................. 50 Tabla 16. Datos granulometría por hidrómetro – Gradiente a 200°C. ................................... 51 Tabla 17.Datos granulometría por hidrómetro – Gradiente a 400°C ..................................... 52 Tabla 18.Datos granulometría por hidrómetro – Gradiente a 600°C ..................................... 53 Tabla 19. Datos del cilindro en el cual se realizó el proctor. ................................................... 54 Tabla 20. Datos para el cálculo del proctor modificado. .......................................................... 55 Tabla 21. Dimensiones de la probeta diatomeas estado natural............................................ 56 8.

(9) Tabla 22. Condiciones iniciales suelo es estado natural. ........................................................ 56 Tabla 23. Volúmenes de sólidos y de vacíos muestra natural. ............................................... 57 Tabla 24. Datos para la determinación de la resistencia del suelo diatomaceo a temperatura natural. ....................................................................................................................... 57 Tabla 25. Dimensiones de la probeta diatomeas a 200°C. ..................................................... 59 Tabla 26. Condiciones iniciales suelo diatomáceo a 200°C. ................................................... 59 Tabla 27. Volúmenes de sólidos y vacíos suelo diatomáceo a 200°C. ................................. 60 Tabla 28. Datos para la determinación de la resistencia del suelo diatomaceo a 200°C. .. 60 Tabla 29. Dimensiones de la probeta a 400°C .......................................................................... 62 Tabla 30. Condiciones iniciales suelo diatomaceo a 400°C .................................................... 62 Tabla 31.Volúmenes de sólidos y vacíos suelo diatomáceo a 400°C. .................................. 63 Tabla 32.Datos para la determinación de la resistencia del suelo diatomaceo a 400°C. ... 63 Tabla 33. Dimensiones de la probeta diatomeas a 600°C....................................................... 64 Tabla 34. Condiciones iniciales suelo diatomaceo a 600°C ....... ¡Error! Marcador no definido. Tabla 35. Volúmenes de sólidos y vacíos suelo diatomáceo a 600°C. .... ¡Error! Marcador no definido. Tabla 36.Datos para la determinación de la resistencia del suelo diatomaceo a 600°C. ... 66 Tabla 37. Datos iniciales de la muestra en estado natural para corte directo 0.5 Kg .. ¡Error! Marcador no definido. Tabla 38.Datos iniciales con carga de 0.5 kg para corte directo en estado natural .... ¡Error! Marcador no definido. Tabla 39.Datos iniciales de la muestra en estado natural para corte directo 1 Kg ....... ¡Error! Marcador no definido. Tabla 40. Datos iniciales con carga de 1.0 Kg para corte directo en estado natural. ......... 69 Tabla 41.Datos iniciales de la muestra en estado natural para corte directo 2 Kg .............. 69 Tabla 42. Datos iniciales con carga de 2.0 Kg para corte directo en estado natural. .. ¡Error! Marcador no definido. 9.

(10) Tabla 43. Resultados corte directo gradiente natural .................. ¡Error! Marcador no definido. Tabla 44.Datos iniciales de la muestra gradiente de 600°C para corte directo 0.5 Kg .............................................................................................................. ¡Error! Marcador no definido. Tabla 45. Datos iniciales con carga de 0.5 Kg para corte directo gradiente de 600°C¡Error! Marcador no definido. Tabla 46. Datos iniciales de la muestra gradiente de 600°C para corte directo 1 Kg ¡Error! Marcador no definido. Tabla 47.Datos iniciales con carga de 1 Kg para corte directo gradiente de 600°C ... ¡Error! Marcador no definido. Tabla 48. Datos iniciales de la muestra gradiente de 600°C para corte directo 2 Kg ¡Error! Marcador no definido. Tabla 49. Datos iniciales con carga de 2 Kg para corte directo gradiente de 600°C .. ¡Error! Marcador no definido. Tabla 50. Resultados corte directo gradiente 600°C ................... ¡Error! Marcador no definido. Tabla 51.Datos iniciales consolidación gradiente natural. ....................................................... 76 Tabla 52. Datos de carga consolidación gradiente natural...................................................... 76 Tabla 53. Datos de carga consolidación gradiente natural...................................................... 77 Tabla 54. Datos de carga y descarga consolidación gradiente natural. ................................ 77 Tabla 55. Datos de carga y descarga consolidación gradiente natural. ................................ 78 Tabla 56. Datos de t90 y Cv consolidación gradiente natural. ................................................ 79 Tabla 57. Datos iniciales consolidación gradiente a 200°C..................................................... 81 Tabla 58. Datos de carga consolidación gradiente a 200°C. .................................................. 81 Tabla 59.Datos de carga consolidación gradiente a 200°C. ................................................... 82 Tabla 60. Datos de carga y descarga consolidación gradiente a 200°C. .............................. 82 Tabla 61.Datos de carga y descarga consolidación gradiente a 200°C. ............................... 83 Tabla 62.Datos de t90 y Cv consolidación consolidación gradiente a 200°C. ..................... 84 Tabla 63. Datos iniciales consolidación gradiente a 400°C..................................................... 85 10.

(11) Tabla 64.Datos de carga consolidación gradiente a 400°C. ................................................... 86 Tabla 65.Datos de carga consolidación gradiente a 400°C. ................................................... 87 Tabla 66. Datos de carga y descarga consolidación gradiente a 400°C. .............................. 87 Tabla 67. Datos de carga y descarga consolidación gradiente a 400°C. .............................. 88 Tabla 68.Datos de t90 y Cv consolidación consolidación gradiente a 400°C. ..................... 90 Tabla 69.Datos iniciales consolidación gradiente a 600°C. ..................................................... 90 Tabla 70.Datos de carga consolidación gradiente a 600°C. ................................................... 91 Tabla 71. Datos de carga consolidación gradiente a 600°C. .................................................. 92 Tabla 72. Datos de carga consolidación gradiente a 600°C. .................................................. 92 Tabla 73.Datos de descarga consolidación gradiente a 600°C. ............................................. 93 Tabla 74.Datos de t90 y Cv consolidación consolidación gradiente a 600°C. ..................... 95 Tabla 75. Tabla resumen límites de Atterberg ........................................................................... 96 Tabla 76. Tabla resumen gravedad específica.......................................................................... 98 Tabla 77. Tablas resumen granulometría por hidrómetro ........................................................ 99 Tabla 78. Comparación Cu a distintas temperaturas ............................................................ 100 Tabla 79. Variación del qu según el gradiente de temperatura ............................................ 101 Tabla 80. Comparación resultados corte directo ..................................................................... 102 Tabla 81. Comparación resultados consolidación. ................................................................. 105. 11.

(12) TABLA DE GRAFICAS. Grafica1. N° de golpes vs humedad suelo diatomaceo estado natural. ................................ 39 Grafica2. Grafica N° de golpes vs humedad suelo diatomáceo a 200°C. ............................. 41 Grafica3. Grafica para encontrar límite líquido suelo diatomáceo a 400°C. . ¡Error! Marcador no definido. Grafica4. Grafica para encontrar el límite plástico suelo diatomáceo a 400°C. ................... 43 Grafica5. Grafica para determinar límite líquido suelo diatomáceo a 600°C. ....................... 44 Grafica6. Grafica para determinar limite plástico del suelo diatomaceo a 600°C ................ 45 Grafica7. Análisis granulométrico de la diatomea estado natural. ......................................... 50 Grafica 8 .Análisis granulométrico de la diatomea a 200°C. ................................................... 51 Grafica 9. Análisis granulométrico de la diatomea a 400°C. ................................................... 52 Grafica10.análisis granulométrico de la diatomea a 600°C..................................................... 53 Grafica11. Grafica para determinar humedad optima y densidad máxima seca. ................ 55 Grafica12. Grafica resistencia vs deformación en estado natural. ......................................... 58 Grafica13. Resistencia vs deformación suelo diatomaceo a 200°C....................................... 61 Grafica14. Resistencia vs deformación suelo diatomaceo a 400°C....................................... 63 Grafica15. Esfuerzo normal Vs Deformación horizontal. Diatomea gradiente natural . ¡Error! Marcador no definido. 12.

(13) Grafica16. Esfuerzo Normal Vs esfuerzo cortante. Diatomea gradiente natural. ......... ¡Error! Marcador no definido. Grafica17. Esfuerzo normal Vs Deformación horizontal. Diatomea gradiente 600°C .. ¡Error! Marcador no definido. Grafica18.Esfuerzo Normal Vs esfuerzo cortante. Diatomea gradiente 600°C ............. ¡Error! Marcador no definido. Grafica19. Compresibilidad gradiente natural. .......................................................................... 79 Grafica 20. Consolidación gradiente natural. ............................................................................. 80 Grafica 21.Consolidación gradiente a 200°C. ............................................................................ 84 Grafica 22.Consolidación gradiente a 200°C. ............................................................................ 85 Grafica 23. Consolidación gradiente a 400°C. ................................................................................... 89 Grafica 24. Consolidación gradiente a 400°C............................................................................ 90 Grafica 25. Consolidación gradiente a 600°C. ........................................................................... 94 Grafica 26. Consolidación gradiente a 600°C. ........................................................................... 95 Grafica 27.Variacion del límite liquido ......................................................................................... 96 Grafica28. Variación limite plástico.............................................................................................. 97 Grafica29.Variacion índice de plasticidad .................................................................................. 98 Grafica30. Variación gravedad especifica .................................................................................. 99 Grafica31. Hidrometrías unificadas. .......................................................................................... 100 Grafica32. Variación del Cu ........................................................................................................ 100 Grafica33. Variación de consolidación. ..................................................................................... 105 Grafica34. Variación de consolidación. ..................................................................................... 106. 13.

(14) 1. TÍTULO. ANALISIS DEL COMPORTAMIENTO HIDRÁULICO – MECÁNICO DE SUELO DIATOMACEO DE LA FORMACIÓN SABANA APLICANDO DIFERENTES GRADIENTES TERMICOS 2. INTRODUCCIÓN. Hay varios sitios en el mundo donde se ha detectado la presencia de microfósiles (diatomeas) en los depósitos naturales de suelo (ej., la ciudad de México; la Bahía de Osaka, Japón; California, EUA; los sedimentos marinos, entre otros). Estos depósitos naturales de suelos que contienen diatomeas (suelos diatomáceos) se caracterizan por tener propiedades físicas y mecánicas singulares, no siguen las casi invariantes correlaciones geotécnicas entre propiedades índice y los parámetros de deformación y resistencia. Sin embargo, la literatura especializada sobre el tema es muy escasa, por lo que constituye un magnífico campo de investigación para explicar las causas y mecanismos responsables de dicho comportamiento. (Díaz-Rodríguez, 2011) 14.

(15) En particular, los sedimentos que contienen microfósiles diatomáceos se caracterizan. por. presentar. propiedades. geotécnicas. poco. comunes. en. comparación con la mayoría de los suelos naturales. De acuerdo con algunos estudios en suelos diatomáceos naturales y artificiales, las características geométricas, rugosidad y porosidad de los esqueletos diatomáceos, son la causa de que estos suelos presenten altos contenidos de agua, baja densidad relativa, alta permeabilidad, así como valores de compresibilidad y ángulo de fricción interna inusualmente altos. (Molina, 2009).. Los depósitos naturales de suelos que contienen diatomeas (suelos diatomáceos) se caracterizan por tener propiedades físicas y mecánicas únicas, que no siguen las correlaciones obtenidas y aceptadas para la mayoría de los suelos. “Aulacoseira granulata” es una especie de suelo diatomáceo de origen colombiano (B. Caicedo,D zuluaga,C. slebi, 2016).. Debido al poco uso de los suelos diatomáceos usados en la geotecnia, se realizará un estudio donde se analizará el comportamiento del suelo diatomáceo sometiéndolo a diferentes gradientes de temperatura. La muestra se someterá a varios ensayos de laboratorio. Luego de obtener y analizar los resultados, de los diferentes ensayos se podrá realizar una comparación de los cambios hidráulicomecánicos que sufre el suelo debido a los diferentes gradientes térmicos.. La mayor parte de los estudios geotécnicos relacionados con suelos diatomáceos, se limitan a presentar sus propiedades físicas y mecánicas sin precisar la influencia de los microfósiles en su comportamiento. Los trabajos que exponen la interacción entre microfósiles y suelos arcillosos se basan en el estudio de mezclas artificiales caolín-diatomita o arcilla natural diatomita, y se orientaron principalmente a determinar la influencia de los microfósiles diatomáceos en las propiedades índice, compresibilidad y resistencia al cortante pseudoestática del 15.

(16) suelo (López molina 2012).. 3. ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN. Colombia es uno de los países con grandes superficies montañosas y con zonas de gran llanura, en donde encontramos variedades en los suelos que se hayan al hacer estudios técnicos esto corresponde a que tenemos fallas y diferentes tipos de estratos en nuestros suelos colombianos haciendo que se encuentren nuevas propiedades en cada suelos, teniendo cuenta que los suelos son diferentes; encontramos que en la sabana de Bogotá podemos hacer estudios de suelos diatomáceos, donde en estos tipos de suelos son poco comunes en gran parte en la capital de Colombia y haciendo que no se tenga gran información de ellos y no poder llevar a cabo un proyecto.. Como podemos determinar, podremos estabilizar o hacer mejoramientos en estos suelos y así poder tener grandes capacidades al someter los suelos si no se hacen estudios pertinentes y análisis de que tan factible se vuelven estos tipos de suelos al tener una construcción. En la ciudad de México y en la misma Colombia se han hecho investigaciones importantes, como se evidencia en el articulo (Comportamiento monótonico de suelos diatomáceos , 2014), por otro lado en estos tipos de suelos se han llevado a cabo investigaciones donde la química y la física llevan a cabo un gran plus, en los cuales se han hecho varios tipos de investigaciones haciendo que hayan contribuciones no solo en la parte de la ingeniería sino en otros campos como la agricultura, ej. (Efecto de la tierra de diatomeas en las propiedades quimicas de los suelos en el cultivo de maiz, 2013).. En la Ingeniería civil siempre será necesario determinar la conveniencia o no de determinados materiales como material de préstamo, para ello, es importante conocer sus propiedades mecánicas mediante pruebas de laboratorio, tanto en un 16.

(17) estado 100% homogéneo como también si dicho material hace parte de un suelo heterogéneo. (B. Caicedo, 2016).. La aplicación de diatomita limita la formación de agregados en su mayoría en grandes suelos con textura arcillosa, La diatomita aumenta la estabilidad del agregado en todas las fracciones de tamaño agregado. La resistencia a la penetración del suelo disminuye con la presencia de diatomeas. La diatomita podría ser un agente alternativo de enmienda del suelo en las prácticas de labranza del suelo. (Aksakal, 2012).. 4. PLANTEAMIENTO Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA. ¿Es posible mejorar las características hidráulico-mecánico de un suelo diatomáceo sometiéndolo a una variación de gradiente térmico para que pueda tener más usos en la ingeniería civil?. En la naturaleza existen varios suelos que pueden tener cierto potencial como material en la ingeniería pero que aún por falta de investigaciones no son suficientemente aprovechados como deberíamos hacerlo, uno de estos es el suelo diatomáceo, el cual se puede encontrar en la sabana de Bogotá. Los suelos diatomáceos son poco utilizados por las características fisicoquímicas que presenta. Por esta razón se buscará que a través de someter una muestra a diferentes gradientes térmicos se puedan mejorar sus propiedades. Los estudios que se tienen sobre los suelos diatomáceos únicamente muestran características físicos-químicas de este. La idea es buscar la forma de mejorar características tales como resistencia al corte no drenado, plasticidad, permeabilidad entre otros. 17.

(18) Para así poderle dar un mayor uso en la ingeniería civil.. 5. OBJETIVOS 5.1 General . Analizar el comportamiento hidráulico-mecánico de un suelo diatomáceo de la formación sabana aplicando diferentes gradientes térmicos.. 5.2 Específicos . Definir el suelo con el cual se va a trabajar, detallando la metodología, ensayos de laboratorio, y definir las variables de gradiente térmico que van a afectar el suelo diatomáceo.. . Realizar diferentes ensayos de laboratorio que permitan identificar diferentes propiedades físicas y químicas del suelo diatomáceo, utilizando distintos gradientes térmicos y distintos tiempos de exposición para realizar una comparación entre las características iniciales y finales que sufre el 18.

(19) suelo diatomáceo al ser sometido a las dos variables mencionadas. . Analizar los resultados obtenidos para poder ver en qué condiciones de temperatura se comporta mejor el suelo en cuanto a resistencia, permeabilidad, entre otras características.. 6. MARCO DE REFERENCIA 6.1 MARCO TEÓRICO. Las diatomeas son algas unicelulares cuya constitución interna corresponde a la de una célula vegetal. Están provistas de un esqueleto silícico que las distingue de los demás seres del reino vegetal. La pared celular está constituida por una frústula compuesta de dos valvas, la superior o ventral y la inferior o dorsal; una superpuesta a la otra asemejando la tapa de una caja. La unión o sutura entre las caras de las valvas recibe el nombre de lado conectivo. Las diatomeas viven en casi todos los tipos de ambientes acuáticos y semi-acuáticos. Actualmente se estima que existen más de 100 000 diferentes especies, clasificadas por la morfología única de su frústula. El tamaño de la mayor parte de las diatomeas fluctúa en un rango de 10 a 100μm de largo. Éstas se clasifican en dos grupos principales dependiendo de la geometría de su frústula. Las diatomeas céntricas tienden a ser radialmente simétricas, mientras que las diatomeas pinnadas son alargadas y generalmente 19.

(20) presentan estrías paralelas al eje más largo (surcos o hileras de orificios en la sílice). Presentarse en variadas formas y tamaños (Figura1).. Imagen 1. Fotomicrografías de diatomeas (Bradbury, 2004) a) Biddulphia reticulata. Caparazón o frústula de una diatomea céntrica mostrando valvas y lado conectivo (Tamaño de la barra = 10 μm). b) Eupodiscus radiatus. Valva simple de una diatomea céntrica (Tamaño. A).. B).. C). D).. 20.

(21) Fuente: (Talliaferro, 1993). Su reproducción estos organismos utilizan la clorofila para recoger la energía del sol y transformarla, a través de la fotosíntesis, en materia orgánica y oxígeno. Concretamente forman leucosina o crisolaminarina (un tipo de hidrato de carbono) y lípidos (grasa). De hecho, la alta producción de lípidos ha hecho que se consideren las diatomeas como fuente para la producción de biocombustibles.. La reproducción de las diatomeas en principalmente vegetativa (asexual), es decir, una célula se divide y forma dos células nuevas. Pero para que esto ocurra la diatomea tiene que dividir sus válvulas y cada célula hija se desarrollará en una de las válvulas. Debido a que la frústula no puede crecer, cada nueva célula es más pequeña que las células parentales y, por lo tanto, mediante cada división celular, las diatomeas se vuelven cada vez más pequeñas.. Pero las diatomeas también se reproducen de forma sexual, producen gametos sin frústulas que se fusionan y forman una auxospora. Las auxosporas son un tipo celular que posee una membrana orgánica de bandas de sílice, conocidas como perizonias, que permiten que la célula se expanda hasta alcanzar el tamaño máximo de la especie y una vez alcanzado ese tamaño, ya sí que forman la frústula característica de cada especie, con la estructura rígida de sílice (Salom, 2017).. A partir de varias observaciones, Talliaferro (1933) dedujo que, con pocas excepciones, la existencia y abundancia de diatomeas está directamente 21.

(22) relacionada con la actividad volcánica de la zona, ya que la ceniza volcánica aporta cantidades importantes de sílice al agua, el cual es aprovechado por las diatomeas para su crecimiento. (Talliaferro, 1993).. Después de su muerte, parte de los delgados y altamente porosos esqueletos de las diatomeas se disuelven, produciendo más sílice disponible para las próximas generaciones de diatomeas, por otro lado, algunos esqueletos descienden al fondo de los océanos o lagos formando sedimentos fosilíferos.. Las aplicaciones que se tiene en las diatomáceas son debido a que las células diatomáceas presentan una serie de características que las hacen diferentes de otras estructuras celulares clásicas, presentes en la mayoría de las plantas y animales, el análisis de las diatomeas y de su pared celular es prometedor para el desarrollo de varias áreas de estudio.. Es de especial interés la pared celular de las diatomeas (frústula), la cual está formada de sílice amorfa que da lugar a estructuras nanométricas. El entendimiento de los mecanismos por los cuales las diatomeas fabrican sus estructuras bajo ciertas condiciones ambientales, de temperatura y presión, tiene aplicaciones importantes en las áreas de ciencia de los materiales, nanotecnología y química del silicón (López, 2005).. Debido a las características geométricas de la frústula diatomácea, sus aplicaciones en el desarrollo de nanotecnología son muy variadas. Su potencial como medio de filtración y la porosidad de sus superficies han sido estudiadas para evaluar su capacidad como purificante de agua y otros procedimientos de filtración especializada (Schuler, 1991).. 6.2 ESTADO DEL ARTE 22.

(23) Según la información encontrada se sabe que las diatomeas son suelos que presentan características muy singulares que la diferencia de otro tipo de suelos por esta razón, es un tema de gran interés, se han hecho varios tipos de investigaciones donde se muestra la caracterización y sus principales usos que han tenido en las diferentes áreas de estudio de la ingeniería.. Es de especial interés la pared celular de las diatomeas (frústula), la cual está formada de sílice amorfa que da lugar a estructuras manométricas. El entendimiento de los mecanismos por los cuales las diatomeas fabrican sus estructuras bajo ciertas condiciones ambientales, de temperatura y presión, tiene aplicaciones importantes en las áreas de ciencia de los materiales, nanotecnología y química del silicón (López, 2005).. Debido a las características geométricas de la frústula diatomácea, sus aplicaciones en el desarrollo de nanotecnología son muy variadas. Su potencial como medio de filtración y la porosidad de sus superficies han sido estudiadas para evaluar su capacidad como purificante de agua y otros procedimientos de filtración especializada (Schuler, 1991). A continuación, se mostrará una figura la cual mostrara los diferentes estudios que se han realizado acerca de los suelos diatomáceos. (Ver figura 1). Figura 1. Estudios realizados a través de la historia de las diatomeas (Molina, 2009). 23.

(24) Fuente: (Molina, 2009). Uno de los suelos naturales con microfósiles más estudiados, desde el punto de vista geotécnico, es el suelo de la Ciudad de México. Los primeros antecedentes de su mineralogía y características geotécnicas fueron presentados por (Zeevaert, 1949). En esta investigación se apuntó que el agua en las diatomeas es quizá en gran medida, la responsable de las propiedades físicas inusuales del suelo de la Ciudad de México, como su alta plasticidad y al mismo tiempo, el alto ángulo de fricción interna que presenta, estas características son singulares cuando se comparan con el comportamiento de la mayoría de los suelos, cuyo ángulo de fricción decrece cuando el índice de plasticidad se incrementa. (Molina, 2009). El contenido de agua natural y la relación de vacíos de este suelo en general es muy alta y se encuentra en el rango de w ≈ 220-420% y e ≈ 5-10 respectivamente. Los límites de Atterberg también presentan valores altos: límite líquido (wL) entre 110 y 458%, límite plástico (wP) entre 37 y 116% y el correspondiente índice de plasticidad (IP) entre 73 y 342% (Díaz-Rodríguez, 2011) En cuanto a investigaciones ingenieriles, se tiene un estudio del Departamento de Investigaciones de la Escuela de Ingenieros Militares, denominado “Análisis del 11 comportamiento físico y mecánico de mezclas de concreto hidráulico MR-37 a partir de la adición de diatomeas a diferentes dosificaciones para pavimentos rígidos”, en el cual se concluyó que la adición de diatomeas tuvo un efecto negativo en la resistencia del concreto tanto a compresión como a flexión para 24.

(25) cilindros vigas y cubos respectivamente, por tanto no recomiendan su uso en la elaboración de concretos convencionales. (Análisis del comportamiento físico y mecánico de mezclas de concreto, 2017). Se realizó un ensayo donde Se realizará una investigación de tipo experimental acerca de la influencia de las diatomeas en el comportamiento mecánico de una mezcla asfáltica MDC-19, mediante ensayos de laboratorio que permitan comparar su desempeño con una mezcla patrón. La cual arrojo que la presencia de diatomeas no genera cambios significativos en el comportamiento de la mezcla asfáltica. (AVENDAÑO, 2017). 6.3 MARCO CONCEPTUAL. Las diatomeas son algas unicelulares cuya constitución interna corresponde a la de una célula vegetal. Están provistas de un esqueleto silícico que las distingue de los demás seres del reino vegetal. La pared celular está constituida por una frústula compuesta de dos valvas, la superior o ventral y la inferior o dorsal; una superpuesta a la otra asemejando la tapa de una caja. La unión o sutura entre las caras de las valvas recibe el nombre de lado conectivo. Las diatomeas viven en casi todos los tipos de ambientes acuáticos y semi-acuáticos. Actualmente se estima que existen más de 100 000 diferentes especies, clasificadas por la morfología única de su frústula. (Molina, 2009).. La frústula o esqueleto de las diatomeas está compuesta de sílice opalina o biogénica. Es simétrica en forma, con una gran proporción de vacíos, decoradas con un patrón único de características del tamaño de nanómetros (poros, canales, espinas). Tienen una superficie rugosa con protuberancias y muescas (Round, 1990). La diatomita o tierra de diatomeas es una roca sedimentaria, porosa y de bajo peso volumétrico que se forma con la acumulación y compactación de las frústulas de diatomeas. La diatomita es inerte, con una composición de aproximadamente 25.

(26) 90% de sílice y el resto son óxidos de hierro y aluminio. Tiene una gran capacidad de absorción y una extensa área superficial. (Antonides, 1998).. En el campo de la geotecnia los sedimentos diatomáceos o diatomita, se han evaluado como material de relleno debido a sus características como material filtrante y su alto ángulo de fricción interna (Khilnani, 1989).. Las reservas mundiales de diatomita se estiman en 920 millones de toneladas, de las cuales, 250 millones se encuentran en Estados Unidos, y son equivalentes a alrededor de 460 veces la producción global actual; en el 2007 la producción fue de 2.020.000 toneladas. Los principales países productores fueron Estados Unidos de América (41%), China (21%), Dinamarca (12%), Japón (6%), Francia (4%), México (3%) y otros como Alemania, España, Chile, Rumania, República Checa y Perú, con una producción por país menor al 3% (Diatomite. U.S Geological Survey, Mineral Commodity, RECUPERADO AÑO 2017).. En Colombia, se tienen referenciados yacimientos de diatomita en Zarzal-Obando Cartago-La Victoria, en el Valle del Cauca; en la Laguna de La Herrera, en Cundinamarca; en Tunja-La Uvita-Chinavitá-Oicatá, en Boyacá; en Nariño y en la Sabana de Bogotá y sus alrededores. (Cepeda, 1978). Se realizo un estudio acerca de las presencia de diatomeas en el suelo de boyaca la cual nos concluye que “En Colombia estudios detallados de caracterización mineralógica de diatomitas, no se tienen referenciados, se tiene conocimiento de la existencia de éste material en los departamentos de Putumayo, Nariño, Valle del Cauca, Caldas, Tolima y Boyacá. En Boyacá se han ubicado manifestaciones en: Tunja, La Uvita, Chinavita y Oicatá. En el área de estudio éste es el primer proyecto de caracterización de éste material.”. (Mineralogía y Geoquímica de Diatomitas. (Boyacá, Colombia), 2007) 7. ALCANCES Y LIMITACIONES. 26.

(27) 7.1 ALCANCES Se realizará un estudio y respectivo análisis de un suelo diatomáceo de la sabana de Bogotá, el cual se someterá a diferentes ensayos de laboratorio que permitirá realizar una comparación entre las características que se presentan en el suelo a diferentes gradientes térmicos. De primera mano el objetivo será evidenciar como el gradiente térmico afecta el comportamiento del suelo. El tiempo en el cual se estima realizar el proyecto será de un periodo académico (aproximadamente 4 meses), se presentarán varios documentos donde se mostrará el respectivo análisis y conclusiones que se tienen luego de haber realizado los diferentes ensayos de laboratorio y realizar las diferentes comparaciones entre los resultados obtenidos.. 7.2 LIMITACIONES El plazo para la realización del proyecto a desarrollar será de un periodo académico (aproximadamente 4 meses), este puede ser el principal limitante ya que los ensayos que se realizarán estarán restringidos por el tiempo que se tiene destinado para la ejecución del proyecto. Para los ensayos que realizaremos utilizaremos las salas y equipos de los laboratorios de suelos con los cuales cuenta la Universidad Católica de Colombia, por esta razón estaremos condicionados a la disponibilidad de los laboratorios. La temperatura máxima que alcanzan los hornos de los laboratorios de la universidad es de 250°C por ende esta será la temperatura máxima a las cuales se someterán las muestras, no se tiene contemplado realizar ensayos en lugares diferentes a la universidad ya que los recursos económicos de los estudiantes disponibles no son suficientes.. 8. METODOLOGÍA. 27.

(28) Para. el. desarrollo. del. de. proyecto. investigación. “ANALISIS. DEL. COMPORTAMIENTO HIDRÁULICO – MECÁNICO DE UN SUELO DIATOMACEO DE LA FORMACIÓN SABANA APLICANDO DIFERENTES GRADIENTES TERMICOS”, se realizaron distintos ensayos de laboratorio y se sometió la muestra a diferentes gradientes térmicos para analizar cada uno de los resultados obtenidos y concluir que cambios químicos y físicos se presentan en el suelo diatomaceo.. 8.1 RECOPILACION DE INFORMACION. Se realizó una amplia Investigación acerca de los suelos diatomáceos remitiéndonos a fuentes bibliográficas nacionales e internacionales, y tesis acerca del tema. Donde se investigo acerca de las propiedades y comportamientos del suelo en estado natural y su uso aplicativo en general.. 8.2 DEFINICION DE VARIABLES . Se definieron las variables es decir los gradientes térmicos que se le aplicaran a la muestra para analizar su comportamiento, los gradientes térmicos a los cuales se someterá la muestra serán:  Suelo diatomaceo a temperatura ambiente.  Suelo diatomaceo a 200°C  Suelo diatomaceo a 400°C  Suelo diatomaceo a 600°C. 8.3 REALIZACION DE LOS ENSAYOS DE LABORATORIO 28.

(29) Para la satisfactoria investigación acerca del suelo diatomáceo se realizaron los siguientes ensayos de laboratorio para cada muestra sometida a las temperaturas anteriormente mencionadas:. Ensayo de Gravedad especifica. Para realizar este ensayo se hizo uso la norma I.N.V.E – 128 – 13 “determinación de la gravedad específica de las partículas sólidas de los suelos y de la llenante mineral, empleando un picnómetro con agua”, emitida por el instituto INVIAS en el año 2013.. El procedimiento el cual se realizará según la norma ya dicha, empezamos con la calibración del picnómetro el cual es de 500 ml, tomando su volumen en vacío y su volumen lleno de agua destilada hasta el menisco. Luego tomamos la muestra y seleccionamos 60g de diatomea a sus diferentes gradientes de temperatura, se introducirá el material al picnómetro y se llevara a la extracción de vacíos dentro del picnómetro luego de 24 horas se siguió el método B descrito en la norma para especímenes secados al horno; en el cual se realiza un secado del material en el horno a temperatura de 110 °C hasta obtener peso constante. Se encontrará evidencia fotográfica a continuación.. Imagen 2. Registro datos ensayo hidrómetro calibración de picnómetro. 29.

(30) Fuente: Propia. Fuente: Propia. Imagen 3. Registro datos ensayo hidrómetro material durante secado.. Ensayo de análisis granulométrico por hidrómetro Para realizar este ensayo se hizo uso la norma I.N.V.E – 123 – 13 “determinación de los tamaños de las partículas”, emitida por el instituto INVIAS en el año 2013. Para este ensayo se comienza con la toma en la balanza un peso de 60g, el cual introduciremos en un vaso de precipitado, agregaremos a esta muestra 125 Ml de hexametafosfato y agitaremos hasta que el material quede disuelto con la solución dicha. Se dejará 24h la muestra y se procederá después del tiempo dicho a llevar a una probeta de 1000ml, se colocará dicha probeta en un baño de maría con una temperatura constante de 24°C y se tomaran los datos con sus respectivos tiempos dichos por la norma I.N.V.E – 123 – 13. Imagen 4. Registro datos ensayo hidrómetro muestra en recipiente con hexmetafosfato. Imagen 5. Registro datos ensayo hidrómetro muestra en recipiente con hexmetafosfato.. 30.

(31) Imagen 6. Registro datos ensayo hidrómetro muestra en recipiente con hexmetafosfato.. Imagen 7. Registro datos ensayo hidrómetro muestra en probeta después de 24h.. Fuente: Propia.. Fuente: Propia. Imagen 8. Registro datos ensayo hidrómetro toma de datos en baño de maría a 24h.. Imagen 9 Registro datos ensayo hidrómetro ensayo terminado muestras decantada. Fuente: Propia.. Fuente: Propia.. 31.

(32) ENSAYO LIMITES DE ATTERBERG Para realizar este ensayo se usó la norma I.N.V.E – 125 – 13 “DETERMINACIÓN DEL LÍMITE LÍQUIDO DE LOS SUELOS.”, y la norma I.N.V.E – 125 – 07 “DETERMINACIÓN DEL LÍMITE PLATICO DE LOS SUELOS emitida por el instituto INVIAS en el año 2013. Para la realización del límite liquido se toma una parte del suelo diatomaceo que pase por el tamiz #40, se le comienza a adicionar agua de manera uniforme a toda la muestra hasta que quede una masa consistente, posteriormente se lleva esta masa de suelo a la cazuela de Casagrande, luego pasamos el ranurador por la mitad de la muestra, comenzamos a contar el número de golpes necesarios para que la abertura se cierre, cuando suceda esto tomamos una muestra del material y lo llevamos al horno para calcular la humedad. Luego repetimos este mismo procedimiento adicionándole o quitándole agua según sea necesario, el límite líquido se encuentra construyendo la gráfica de número de golpes vs humedad, el límite líquido se encuentra en la gráfica subiendo en el eje x buscando los 25 golpes y cuando corte con el eje Y este será el límite líquido. Para la realización del ensayo del límite plástico, se toma una muestra de suelo húmedo, se intentan hacer rollitos rollitos de un diámetro aproximado de 3 mm, igualmente que en el límite liquido se le va añadiendo o quitando agua según sea necesario. Cuando podamos formar los rollitos de 3 mm de diámetro tomamos esta muestra y la llevamos al horno y calculamos sus respectivas humedades, como dice la norma debemos mínimo tomar 2 muestras para al hacer los cálculos poder sacar promedio de las 2 muestras y este será el límite plástico.. 32.

(33) Imagen 10 . Cazuela de casagrande. Fuente: Propia.. Imagen 11. Espátulas y ranurador para la preparación de la muestra. Fuente: Propia.. Imagen 12. Preparación de la muestra. Imagen 13. Material después de 24Hrs en el horno. Fuente: Propia.. Fuente: Propia.. 33.

(34) ENSAYO DE LIMITES POR CONO DE PENETRACION El ensayo se realizó por la norma británica “Método of the Determination of the plastic límit and plasticity index. BS 1377”. Al intentar calcular el limite plástico y el limite liquido por la forma tradicional a los gradientes térmicos de 400° y 600° no se pudo por la alta dilatancia que presenta el material a estas temperaturas por ende como segunda opción los límites a estos gradientes térmicos se calcularon por medio del ensayo de cono de penetración. Este ensayo consiste en calcular la humedad a la cual el cono pueda penetrar una distancia de 2 cm para el limite liquido se utilizará un cono de penetración diferente al de limite plástico. En la imagen N° 12 y N° 13 podemos observar las diferencias entre los conos para los diferentes ensayos de limite líquido y limite plástico respectivamente. Imagen 14. Calculo del límite líquido plástico por el método BS 1377. Imagen 15. Cono para el ensayo del límite por medio del método BS 1377. Fuente: Propia.. Fuente: Propia.. 34.

(35) ENSAYO DE COMPRESION INCONFINADA Para realizar este ensayo se usó la norma I.N.V.E -152-13 “COMPRESIÓN INCONFINADA EN MUESTRAS DE SUELOS” emitida por el instituto INVIAS en el año 2013. Para la realización de este ensayo se realizará según las recomendaciones de la norma invias para muestras remoldeadas, se miden varios diámetros y varias alturas de la muestra para realizar un promedio de diámetro y de altura para así calcular el volumen inicial de la probeta, luego la probeta se colocará centrada en la plataforma del dispositivo, se acciona el dispositivo para que este comience a prensar la muestra. Se toman valores de carga y deformación hasta que la probeta comience a presentar fallas, o hasta que la carga se comience a devolver es decir que la muestra ya haya llegado a su último punto de resistencia. Imagen 16. Probeta siendo sometida. Imagen 17. Probeta presentando fallas. A cargas axiales. Fuente: Propia.. Fuente: Propia.. 35.

(36) ENSAYO DE CORTE DIRECTO Para realizar este ensayo se usó la norma I.N.V.E – 154 – 07 “DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA AL CORTE MÉTODO DE CORTE DIRECTO (CD) (CONSOLIDADO DRENADO).”, emitida por el instituto INVIAS en el año 2013. La finalidad de este ensayo es determinar la resistencia de una muestra de suelo, sometida a fatigas y/o deformaciones que simulen las que existen o existirán en terreno producto de la aplicación de una carga. Este ensayo se realizó para la muestra a temperatura ambiente y para la muestra con un gradiente de temperatura de 600°C. Lo primero que se debe hacer es preparar tres muestras de cada gradiente de temperatura con la misma densidad y con la humedad optima, luego llevamos cada una de estas muestras llevadas a 3 distintas cargas y las colocamos en la máquina de corte directo. Para garantizar la condición no drenada del suelo se someterá la muestra a una velocidad de corte de 0.5 mm/min, la norma dice que para garantizar esta condición la máxima velocidad de corte permitida es de 1 mm/min por ende estamos cumpliendo con esta condición, la maquina nos arrojara unos datos de carga y deformaciones horizontales y verticales los cuales usaremos para los distintos cálculos. Imagen 18. Máquina de corte directo. Imagen 19. Preparación de la muestra. Fuente: Propia.. Fuente: Propia. 36.

(37) ENSAYO DE CONSOLIDACION. Para realizar este ensayo se hizo uso la norma I.N.V.E – 151 – 13 “determinación de los tamaños de las partículas”, emitida por el instituto INVIAS en el año 2013. Este método se refiere al procedimiento para determinar la rata y la magnitud de la consolidación de muestras de suelos cuando se confinan lateralmente y se drenan axialmente mientras se someten a incrementos controlados de esfuerzo vertical. (INVIAS-13, 2013) El ensayo se realizo por el metodo A de la norma lo primero que se debe hacer es preparar la muestra con la humedad optima y calcular el volumen necesario para meter en la probeta, luego de tener la probeta lista se coloca en el dispositivo de consolidacion, y se comienzar a aplicar cargas y a leer deformaciones como lo dice la norma. Con estos datos se realizan los respectivos calculos. Imagen 20. Preparación de la muestra. Imagen 21. Plataforma para colocar el material. Fuente: Propia.. Fuente: Propia.. 37.

(38) ENSAYO DE PROCTOR MODIFICADO Para realizar los ensayos de corte directo, consolidación y compresión inconfinada se necesita conocer la humedad optima de la muestra por ende fue necesario realizar un ensayo de proctor modificado a la muestra en estado natural. Para realizar este ensayo se usó la norma I.N.V.E – 142 – 07 “RELACIONES DE HUMEDAD – MASA UNITARIA SECA EN LOS SUELOS (ENSAYO MODIFICADO DE COMPACTACIÓN)”, emitida por el instituto INVIAS en el año 2013. Se utilizó el método C, el cual consiste en dar 5 capas de 56 golpes cada una, para una mayor energía de compactación, la idea del ensayo en realizar varios proctor para encontrar la densidad seca máxima y la humedad optima del material, el procedimiento consiste en compactar en un cilindro una muestra de suelo variando la humedad para encontrar la humedad óptima. Después de tener todos estos datos se construyó la gráfica humedad vs densidad seca la cual nos va dar una parábola, el pico de la parábola en el eje X será nuestra humedad optima y en el eje Y encontraremos la densidad seca máxima de la muestra. Imagen 22. Compactación del material. Imagen 23. Material compactado. Fuente: Propia.. Fuente: Propia.. 38.

(39) 9. RESULTADOS A continuación, se mostrarán los resultados obtenidos de los ensayos de laboratorio donde se incluirán gráficas y tablas de los respectivos gradientes de temperatura.. 9.1 ENSAYO DE LIMITES DE ATTERBERG.  SUELO DIATOMACEO EN ESTADO NATURAL. Tabla 1. Datos para el cálculo del límite liquido suelo diatomáceo en estado natural. LIMITE LIQUIDO No GOLPES. 20. 28. 33. RECIP. No.. 15. 14. 13. PESO DE RECIP. + S.H.. 25,16. 25,16. 26,41. PESO DE RECIP. + S.S.. 23,64. 23,64. 24,35. PESO RECIPIENTE. 22,01. 21,98. 22,03. PESO AGUA. 1,52. 1,52. 2,06. PESO SUELO SECO. 1,63. 1,66. 2,32. % HUMEDAD. 93,41. 91,57. 88,79. Fuente: propia. Tabla 2. Datos para el cálculo del límite plástico suelo diatomáceo en estado natural Límite Plástico RECIP. No.. 10. 6. PESO DE RECIP. + S.H.. 22,2. 23. PESO DE RECIP. + S.S.. 21,94. 22,40. PESO RECIPIENTE. 21,64. 21,70. PESO AGUA. 0,26. 0,60. PESO SUELO SECO. 0,30. 0,70. 87,0. 85,3. % HUMEDAD. Fuente: propia.. 39.

(40) Grafica1. N° de golpes vs humedad suelo diatomaceo estado natural.. Fuente: propia. Tabla 3. Resultados límites de consistencia suelo diatomáceo en estado natural.. RESULTADOS. Límite Líquido %. 92. Límite Plástico %. 86. Índice Plasticidad %. 6 Fuente: propia.. 40.

(41)  SUELO DIATOMACEO A 200°C. Tabla 4. Datos para el cálculo del límite liquido suelo diatomáceo A 200°C.. LIMITE LIQUIDO No GOLPES. 17. 24. 34. RECIP. No.. 29. 2. 1. PESO DE RECIP. + S.H.. 28,50. 25,00. 25,00. PESO DE RECIP. + S.S.. 25,50. 23,50. 23,50. PESO RECIPIENTE. 22,67. 22,00. 21,95. PESO AGUA. 3,00. 1,50. 1,50. PESO SUELO SECO. 2,83. 1,50. 1,55. 106,00. 100,00. 97,00. % HUMEDAD. Fuente: propia.. Tabla 5. Datos para el cálculo del límite plástico suelo diatomáceo a 200°C.. Límite Plástico RECIP. No.. 33. 5. PESO DE RECIP. + S.H.. 23. 24,3. PESO DE RECIP. + S.S.. 22,50. 23,20. PESO RECIPIENTE. 21,96. 22,03. PESO AGUA. 0,50. 1,10. PESO SUELO SECO. 0,54. 1,17. 93,0. 94,2. % HUMEDAD. Fuente: propia.. 41.

(42) Grafica2. Grafica N° de golpes vs humedad suelo diatomáceo a 200°C.. Fuente: propia.. Tabla 6. Resultados límites de consistencia suelo diatomáceo a 200°C.. RESULTADOS. Límite Líquido %. 101. Límite Plástico %. 94. Índice Plasticidad %. 7 Fuente: propia.. 42.

(43)  SUELO DIATOMACEO A 400°C Para el cálculo de estos límites de consistencia se utilizó el equipo de penetración de cono británico. Tabla 7. Datos para el cálculo de límite líquido por medio de cono de penetración suelo diatomáceo a 400°C.. limite liquido # lata. 39. 7. 11. 28. peso lata. 22,41. 21,99. 22,08. 24,8477403. PL+MH. 33,51. 36,93. 37,9. 41,3. PL+MS. 27,64. 28,94. 29,36. 32,24. 10. 17. 25. 31. 112,24. 114,96. 117,34. 122,56. PENETRACION HUMEDAD limite liquido. 116,9 Fuente: propia.. Grafica3. Grafica para encontrar límite líquido suelo diatomáceo a 400°C.. Fuente: propia.. 43.

(44) Tabla 8. Datos para el cálculo de límite plástico del suelo diatomáceo a 400°C.. limite plástico # lata. 18. 12. 19. 16. peso lata. 21,88. 21,82. 21,56. 21,76. PL+MH. 37,48. 34,68. 36,9. 33,84. PL+MS. 29,54. 27,95. 28,81. 27,44. 10. 17. 25. 31. 103,655352. 109,787928. 111,586207. 112,676056. PENETRACION HUMEDAD limite plástico. 109,96 Fuente: propia.. Grafica4. Grafica para encontrar el límite plástico suelo diatomáceo a 400°C.. Fuente: propia.. 44.

(45)  SUELO DIATOMACEO A 600°C. Tabla 9. Datos para el cálculo de límite líquido suelo diatomáceo a 600°C.. limite liquido # lata. 2. 23. 33. 24. 20,41. 22. 18,84. 23,44. PL+MH. 28,5. 37,41. 24,84. 37,03. PL+MS. 24,2. 29,1. 21,54. 29,5. 10. 17. 25. 33. 113,456464. 117,042254. 122,222222. 124,257426. peso lata. PENETRACION HUMEDAD limite liquido. 120,41 Fuente: propia.. Grafica5. Grafica para determinar límite líquido suelo diatomáceo a 600°C.. Fuente: propia.. 45.

(46) Tabla 10. Datos para el cálculo del límite plástico suelo diatomáceo a 600°C.. limite plástico # lata. 27. 12. 32. 16. 21,78. 22,68. 23,5. 22. PL+MH. 28,6. 30,18. 26,23156. 34,68. PL+MS. 25,13. 26,3. 24,8. 27,95. 13. 17. 24. 31. 103,58209. 107,18232. 110,12. 113,109244. peso lata. PENETRACION HUMEDAD limite plástico. 108,36 Fuente: propia.. Grafica6. Grafica para determinar limite plástico del suelo diatomaceo a 600°C. Fuente: propia.. 46.

(47) 9.2 ENSAYO DE GRAVEDAD ESPECÍFICA.  Gravedad especifica- Gradiente Natural Tabla 11. Gravedad específica (gradiente natural).. GRAVEDAD ESPECIFICA NATURAL. Peso de tara. (gr). A. 60.38. Peso de tara + muestra seca. (gr). B. 102.5. Peso de la muestra seca. (gr). W0 = A - B. 42.12. Peso del picnómetro lleno de agua. (gr). W2. 650.65. Peso picnómetro muestra +agua hasta el enrase (gr). W1. 678.17. Factor (NORMA INVIAS ). K. 0.99974. Gravedad Especifica. Gs. (W0xK) / (W0+W2-W1). 2.88. Temperatura del agua. °C. Fuente: propia.. 47. 21.2.

(48)  Gravedad especifica- Gradiente A 200°C Tabla 12. Gravedad específica a 200°C GRAVEDAD ESPECIFICA 200°C 1. Nº de picnómetro. Peso de tara. (gr). A. 60.38. Peso de tara + muestra seca. (gr). B. 147.67. Peso de la muestra seca. (gr). W0 = A - B. 87.29. Peso del picnómetro lleno de agua. (gr) W2. 638.5. Peso picnómetro muestra +agua hasta el enrase (gr). W1. 678.09. Factor (NORMA INVIAS ). K. 0.9995. (W0xK) / (W0+W2-W1). 1.83. Gravedad Especifica. Gs. Temperatura del agua. °C Fuente: propia.. 48. 22.3.

(49)  Gravedad especifica- Gradiente A 400°C. Tabla 13. Gravedad específica a 400°C. GRAVEDAD ESPECIFICA 400°C 1. Nº de picnómetro. Peso de tara. (gr). A. 60.38. Peso de tara + muestra seca. (gr). B. 172.81. Peso de la muestra seca. (gr). W0 = A - B. 112.43. W2. 650.46. Peso picnómetro muestra +agua hasta el enrase (gr). W1. 678.87. Factor (NORMA INVIAS ). K. 0.99884. Gravedad Especifica. Gs. (W0xK) / (W0+W2-W1). 1.34. Temperatura del agua. °C. Peso del picnómetro lleno de agua. (gr). Fuente: propia.. 49. 25.02.

(50)  Gravedad especifica- Gradiente A 600°C Tabla 14. Gravedad específica a 600°C.. 1 Nº de picnómetro. Peso de tara. (gr) A. 60.2. Peso de tara + muestra seca. (gr) B. 172.15. Peso de la muestra seca. (gr) W0 = A - B. 111.95. Peso del picnómetro lleno de agua. (gr) W2. 650.81. Peso picnómetro muestra +agua hasta el enrase (gr). W1. 677.12. Factor (NORMA INVIAS ). K. 0.9997. (W0xK) / Gravedad Especifica. Gs Fuente: propia.. 50. (W0+W2-W1). 1.31.

(51) 9.3 ENSAYO GRANULOMETRIA POR HIDROMETRO.  Granulometría por hidrómetro –Gradiente Natural. Tabla 15.Granulometría por hidrómetro estado natural. Tiempo min.. Temperatur a °C. Real. 0 2 5. 22.2 22.2 22.2. Lectura del Hidroemtro comprobacio Comprobacion n. Lectura del Hidrometro. 0 16 15. 0. 1.003 1.003 1.003. Cm (g/cm3). Ct (g/cm3). Cd (g/cm3). R (g/cm3). D(mm). G. % Finos. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. -3. 0.2. 1.0038. 1.0236. 0.03. 2.3. 26.7. -3. 0.2. 1.0038. 1.0216. 0.022. 2.3. 25.0. -3. 0,6*10. 0,6*10. 15. 22.2. 12. 1.003. 0,6*10. 0.2. 1.0038. 1.0206. 20.0. 22.2. 10. 1.003. 0,6*10-3. 0.2. 1.0038. 1.0186. 0.016 0.011. 2.3. 30. 2.3. 16.7. 1.003. -3. 0.2. 1.0038. 1.0176. 0.0085. 2.3. 15.0. -3. 60. 22.2. 9. 0,6*10. 250. 22.2. 5. 1.003. 0,6*10. 0.2. 1.0038. 1.0176. 0.0060. 2.3. 8.3. 1440. 22.2. 3. 1.003. 0,6*10-3. 0.2. 1.0038. 1.0166. 0.0043. 2.3. 5.0. Fuente: propia. Notas: 1) cada uno de los valores fueron calculados siguiendo paso a paso la metodología empleada en la normativa INVIAS. 2) Ct: corrección por temperatura, Cd: corrección por agente, Cm: corrección por menisco (1).. Grafica7. Análisis granulométrico de la diatomea estado natural.. Fuente: propia.. 51.

(52)  Granulometría por hidrómetro –Gradiente 200°C.. Tabla 16. Datos granulometría por hidrómetro – Gradiente a 200°C.. Tiempo min.. Temperatur a °C. Real. 0. 21. Lectura del Hidroemtro comprobacio Comprobacion n. Lectura del Hidrometro. 0. 0. Cm (g/cm3). Ct (g/cm3). Cd (g/cm3). R (g/cm3). D(mm). G. % Finos. 1.003. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0.2. 1.0038. 1.0236. 0.03. 2.3. 41.7. 2. 21. 25. 1.003. 0,6*10-3. 5. 21.2. 21. 1.003. 0,6*10-3. 0.2. 1.0038. 1.0216. 0.022. 2.3. 35.0. 15. 21.2. 15. 1.003. 0,6*10-3. 0.2. 1.0038. 1.0206. 2.3. 25.0. 30. 21.2. 12. 1.003. 0,6*10-3. 0.2. 1.0038. 1.0186. 0.016 0.011. 2.3. 20.0. 60. 21.4. 6. 1.003. 0,6*10-3. 0.2. 1.0038. 1.0176. 0.0085. 2.3. 10.0. 1.003. -3. 0.2. 0.0060. 2.3. 6.7. -3. 0.2. 0.0043. 2.3. 6.7. 250 1440. 21.4 21.2. 4 4. 1.003. 0,6*10. 0,6*10. 1.0038 1.0038. 1.0176 1.0166. Fuente: propia. Notas: 1) cada uno de los valores fueron calculados siguiendo paso a paso la metodología empleada en la normativa INVIAS. 2) Ct: corrección por temperatura, Cd: corrección por agente, Cm: corrección por menisco (1).. Grafica 8 .Análisis granulométrico de la diatomea a 200°C.. Fuente: propia.. 52.

(53)  Granulometría por hidrómetro –Gradiente 400°C.. Tabla 17.Datos granulometría por hidrómetro – Gradiente a 400°C Tiempo min.. Temperatur a °C. Real. 0 2 5. 22.5 22.5 22.4. Lectura del Hidroemtro comprobacio Comprobacion n. Lectura del Hidrometro. 0 36 29. 0. 1.003 1.003 1.003. Cm (g/cm3). Ct (g/cm3). Cd (g/cm3). R (g/cm3). D(mm). G. % Finos. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. -3. 0.2. 1.0038. 1.0236. 0.03. 2.3. 60.0. -3. 0.2. 1.0038. 1.0216. 0.022. 2.3. 48.3. -3. 0,6*10. 0,6*10. 15. 22.5. 23. 1.003. 0,6*10. 0.2. 1.0038. 1.0206. 38.3. 22.4. 16. 1.003. 0,6*10-3. 0.2. 1.0038. 1.0186. 0.016 0.011. 2.3. 30. 2.3. 26.7. 1.003. -3. 0.2. 1.0038. 1.0176. 0.0085. 2.3. 16.7. -3. 60. 22.5. 10. 0,6*10. 250. 22.5. 7. 1.003. 0,6*10. 0.2. 1.0038. 1.0176. 0.0060. 2.3. 11.7. 1440. 22.5. 5. 1.003. 0,6*10-3. 0.2. 1.0038. 1.0166. 0.0043. 2.3. 8.3. Fuente: propia. Notas: 1) cada uno de los valores fueron calculados siguiendo paso a paso la metodología empleada en la normativa INVIAS. 2) Ct: corrección por temperatura, Cd: corrección por agente, Cm: corrección por menisco (1).. Grafica 9. Análisis granulométrico de la diatomea a 400°C.. Fuente: propia.. 53.

(54)  Granulometría por hidrómetro –Gradiente 600°C. Tabla 18.Datos granulometría por hidrómetro – Gradiente a 600°C Tiempo min.. Temperatur a °C. Real. 0. 21.1. Lectura del Hidroemtro comprobacio Comprobacion n. Lectura del Hidrometro. 0. 0. 1.003. Cm (g/cm3). Ct (g/cm3). Cd (g/cm3). R (g/cm3). D(mm). G. % Finos. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. -3. 2. 21.1. 30. 1.003. 0,6*10. 0.2. 1.0038. 1.0236. 0.03. 2.3. 50.0. 5. 21.2. 27. 1.003. 0,6*10-3. 0.2. 1.0038. 1.0216. 0.022. 2.3. 45.0. 1.003. -3. 0.2. 1.0038. 1.0206. 2.3. 41.7. -3. 15. 21.2. 25. 0,6*10. 30. 21.2. 22. 1.003. 0,6*10. 0.2. 1.0038. 1.0186. 0.016 0.011. 2.3. 36.7. 60. 21.4. 17. 1.003. 0,6*10-3. 0.2. 1.0038. 1.0176. 0.0085. 2.3. 28.3. 250. 21.4. 15. 1.003. 0,6*10-3. 0.2. 1.0038. 1.0176. 0.0060. 2.3. 25.0. 1440. 21.2. 7. 1.003. 0,6*10-3. 0.2. 1.0038. 1.0166. 0.0043. 2.3. 11.7. Fuente: propia. Notas: 1) cada uno de los valores fueron calculados siguiendo paso a paso la metodología empleada en la normativa INVIAS. 2) Ct: corrección por temperatura, Cd: corrección por agente, Cm: corrección por menisco (1).. Grafica10.análisis granulométrico de la diatomea a 600°C.. Fuente: propia.. 54.

(55) 9.4 ENSAYO DE PROCTOR MODIFICADO. Se realizó un ensayo de proctor modificado para determinar la humedad óptima y la densidad seca máxima. Se utilizó el método C de la norma invias para una mayor energía de compactación.. Tabla 19. Datos del cilindro en el cual se realizó el proctor.. DATOS DEL CILINDRO. 1. NUMERO. DIAMETRO. 10,082. cm.. ALTURA. 11,352. cm.. 906,2391946. cm3.. VOLUMEN. 4288,41. PESO. 56. Nº GOLPES/CAPA. 5. Nº CAPAS. Fuente: propia.. 55. gr..

(56) Tabla 20. Datos para el cálculo del proctor modificado.. HUMEDAD TEORICA ENSAYO Nº PESO CILINDRO + SUELO PESO CILINDRO PESO SUELO COMPACTADO DENSIDAD HUMEDA , Kg/m3 CAPSULA Nº P. MUESTRA H. + CAPSULA P. MUESTRA S. + CAPSULA PESO AGUA PESO CAPSULA PESO MUESTRA SECA CONTENIDO DE HUMEDAD W% DENSIDAD SECA Kg/m3 DENSIDAD SECA gr/ cm^3. ENSAYO PROCTOR MODIFICADO 1 3 5 7 9 1 2 3 4 5 4832,5 4947,5 5072,5 5182,5 4938,11864 4288,41 4288,41 4288,41 4288,41 4288,41 544,09 659,09 784,09 894,09 649,708636 600,382 727,280 865,213 986,594 716,928 3 8 11 15 10 647,5 733,5 858,95 797,9 909,67 535,76 583,5 656,2 600,3 658,4 111,740 150,000 202,750 197,600 251,270 85,2 78,3 70,2 80,3 75,4 450,5600 505,2000 586,0000 520,0000 583,0000 24,800 29,691 34,599 38,000 43,099 481,075 560,778 642,808 714,923 501,000 0,48107463 0,56077847 0,642808066 0,71492307 0,501 Fuente: propia.. Grafica11. Grafica para determinar humedad optima y densidad máxima seca.. Fuente: propia.. 56.

(57) Teniendo la humedad optima que es de un 38% se prepararan las muestras a esa temperatura para la realización de los últimos laboratorios.. 9.5 ENSAYO DE COMPRESION INCONFINADA  Ensayo de compresión inconfinada estado natural.. Tabla 21. Dimensiones de la probeta diatomeas estado natural.. DIMENSIONES DE LA PROBETA DIMENSIÓN. INICIAL. Diámetro (cm) D. 5,2. Altura (cm) Ho. 10,6. Área (cm2) Ao. 21,24. Volumen (cc) V. 225,1. Fuente: propia. Tabla 22. Condiciones iniciales suelo es estado natural.. CONDICIONES INICIALES Wh = muestra humedad(g). 280,01. Ws = muestra seca (g). 142,81. Ww <0 peso agua (g). 137,2. HUMEDAD. 96,1. Peso unitario húmedo (g/cm3). 1,244. Peso unitario seco (g/cm3). 0,634. Área corregida (Ao / (1- Deform. Unitaria)). 21,45. Gravedad Especifica G. 2,88. Fuente: propia.. 57.

(58) Tabla 23. Volúmenes de sólidos y de vacíos muestra natural.. Volumen de Solidos Vs=(Ws / G). 49,59. cm. Volumen de Vacíos VV.= Wh - Ws. 230,42. cm. 4,65. %. 59,54. %. % de Vacíos e= Vv / Vs. % de Saturación S= (Ww /Vv). Fuente: propia. Tabla 24. Datos para la determinación de la resistencia del suelo diatomaceo a temperatura natural.. LECTURA DE CARGA N. CARGA EN Kg.. LECTURA DEFORMACIÓN (mm). DEFORMACION UNITARIA (mm). AREA CORREGIDA cm 2. RESISTENCIA Kg/cm2. 16. 1,630988787. 1,07. 1,01E-02. 21,45. 0,076. 28. 2,854230377. 2,16. 2,04E-02. 21,68. 0,132. 42. 4,281345566. 3,26. 3,08E-02. 21,91. 0,195. 56. 5,708460754. 4,37. 4,12E-02. 22,15. 0,258. 69. 7,033639144. 5,46. 5,15E-02. 22,39. 0,314. 83. 8,460754332. 6,57. 6,20E-02. 22,64. 0,374. 94. 9,582059123. 7,64. 7,21E-02. 22,89. 0,419. 107. 10,90723751. 8,71. 8,22E-02. 23,14. 0,471. 110. 11,21304791. 9,84. 9,28E-02. 23,41. 0,479. 23,43721912. 0,4697304. 108. 11,00917431. 9,95. 0,093867925. kg/cm2. Fuente: propia.. 58. 0,479. kpa. 47,89770259. Cu. 23,94885129.

(59) Grafica12. Grafica resistencia vs deformación en estado natural.. Fuente: propia. Imagen 24. Grafica de falla suelo diatomaceo en estado natural.. Fuente: propia.. 59.

(60)  Ensayo de compresión inconfinada a 200°C Tabla 25. Dimensiones de la probeta diatomeas a 200°C.. DIMENSIONES DE LA PROBETA. DIMENSIÓN. INICIAL. Diámetro (cm) D. 5,1. Altura (cm) Ho. 9,85. Área (cm2) Ao. 20,43. Volumen (cc) V. 201,2. Fuente: propia. Tabla 26. Condiciones iniciales suelo diatomáceo a 200°C. CONDICIONES INICIALES. Wh = muestra humedad(g). 283,33. Ws = muestra seca (g). 152,24. HUMEDAD. 86,1074619 131,09. Ww <0 peso agua (g). Peso unitario húmedo (g/cm3). 1,408. Peso unitario seco (g/cm3). 0,757. Área corregida (Ao / (1- Deform. Unitaria)). 20,72. Gravedad Especifica G. 1,83. Fuente: propia.. 60.

(61) Tabla 27. Volúmenes de sólidos y vacíos suelo diatomáceo a 200°C.. Volumen de Solidos Vs=(Ws / G). 83,19. cm. Volumen de Vacíos Vv= Wh - Ws. 200,14. cm. 2,41. %. 65,50. %. % de Vacíos e= Vv / Vs. % de Saturación S= (Ww /Vv). Fuente: propia.. Tabla 28. Datos para la determinación de la resistencia del suelo diatomaceo a 200°C.. LECTURA DE CARGA N. CARGA EN Kg.. LECTURA DEFORMACIÓN (mm). DEFORMACION UNITARIA (mm). AREA CORREGIDA cm 2. RESISTENCIA Kg/cm2. 29. 2,956167176. 1,38. 1,40E-02. 20,72. 0,143. 52. 5,300713558. 2,52. 2,56E-02. 20,96. 0,253. 80. 8,154943935. 3,65. 3,71E-02. 21,21. 0,384. 107. 10,90723751. 4,74. 4,81E-02. 21,46. 0,508. 131. 13,35372069. 5,88. 5,97E-02. 21,73. 0,615. 150. 15,29051988. 7,06. 7,17E-02. 22,01. 0,695. 148. 15,08664628. 8. 8,12E-02. 22,23. 0,679. 140. 14,27115189. 8,71. 8,84E-02. 22,41. 0,637. 130. 13,25178389. 9,5. 9,64E-02. 22,61. 0,586. kg/cm2. 0,695. kpa. 69,48498841. Cu. 34,74249421. Fuente: propia.. 61.

(62) Grafica13. Resistencia vs deformación suelo diatomaceo a 200°C. Fuente: propia. Imagen 25. Grafica de falla suelo diatomaceo a 200°C.. Fuente: propia.. 62.

(63)  Ensayo de compresión inconfinada a 400°C Tabla 29. Dimensiones de la probeta a 400°C. DIMENSIÓN. INICIAL. Diámetro (cm) D. 5,1. Altura (cm) Ho. 9,8. Área (cm2) Ao. 20,43. Volumen (cc) V. 200,2. Fuente: propia. Tabla 30. Condiciones iniciales suelo diatomaceo a 400°C. CONDICIONES INICIALES. 251,68. Wh = muestra humedad(g). Ws = muestra seca (g). 135. Ww <0 peso agua (g). 116,68. Humedad. 86,42962963. Peso unitario húmedo (g/cm3). 1,257. Peso unitario seco (g/cm3). 0,674. Área corregida (Ao / (1- Deform. Unitaria)). 20,62. Gravedad Especifica G. 1,34. Fuente: propia.. 63.