• No se han encontrado resultados

GUÍA METODOLÓGICA DEL ENSAYO DE HUMEDAD PARA SUELOS FINOS, MÉTODO DE HORNO MICROONDAS, CON REDUCTOR DE CALOR

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "GUÍA METODOLÓGICA DEL ENSAYO DE HUMEDAD PARA SUELOS FINOS, MÉTODO DE HORNO MICROONDAS, CON REDUCTOR DE CALOR"

Copied!
148
0
0

Texto completo

(1)

GUÍA METODOLÓGICA DEL ENSAYO DE HUMEDAD PARA SUELOS FINOS, MÉTODO DE HORNO MICROONDAS, CON REDUCTOR DE CALOR

CLAUDIA ROCIO LANCHEROS RODRIGUEZ JULIO DAVID BERNAL NIÑO

UNIVERSIDAD DE LA SALLE FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL

BOGOTÁ D. C. 2009

(2)

GUÍA METODOLÓGICA DEL ENSAYO DE HUMEDAD PARA SUELOS FINOS, MÉTODO DE HORNO MICROONDAS, CON REDUCTOR DE CALOR

CLAUDIA ROCIO LANCHEROS RODRIGUEZ JULIO DAVID BERNAL NIÑO

Trabajo de grado presentado como requisito parcial para optar el título de Ingeniero Civil

Director Temático

Ing. Fernando Alberto Nieto Castañeda Asesora Metodológica

Mag. Rosa Amparo Ruiz Saray

UNIVERSIDAD DE LA SALLE FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL

BOGOTÁ D.C. 2009

(3)

BOGOTÁ D.C. 2009 Nota de aceptación: _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ Firma del presidente del jurado

_____________________________ Firma del jurado

_____________________________ Firma del jurado

(4)

AGRADECIMIENTOS

Los autores expresan su reconocimiento

Al Ingeniero FERNANDO ALBERTO NIETO CASTAÑEDA, por su compromiso con los estudiantes en el desarrollo de la materia de mecánica de suelos ya que genero el interés de explorar temas nuevos aplicándolos a suelos colombianos, para la realización de la presente tesis.

A la Mag. ROSA AMPARO RUIZ SARAY, por la paciencia y dedicación sin importar la hora o el lugar.

A JOSÉ LUIS ROZO ZAMBRANO, por la colaboración en el desarrollo de esta investigación.

A la UNIVERSIDAD DE LA SALLE y al programa de INGENIERÍA CIVIL, ya que con su excelente grupo de docentes nos ha permitido realizar una formación idónea no solamente en el área de geotecnia sino también de las demás que hacen parte de nuestra formación profesional.

(5)

DEDICATORIA

Este trabajo esta dedicado a mis padres, Félix Nelson y Luz Marina, definitivamente no pude tener mejores, por la dedicación, la paciencia, tolerancia y el aguante, porque durante mi formación como persona, estudiante y mamá han intervenido con sus sabias experiencias y se que así como me han acompañado en mis aciertos y desaciertos, lo seguirán haciendo.

A mi amor y mi fuente de inspiración Ana María, porque después de su nacimiento se convirtió en mi motor, en el motivo para no desfallecer. A ella le agradezco la paciencia, porque desafortunadamente durante varias ocasiones tuve que estar lejos de ella, el amor incondicional que me da, la palabra que siempre tiene cuando estoy triste, y todo lo que diariamente me enseña. De ella he aprendido a valorar las cosas más simples, y a aprovechar el tiempo y sobre todo a ser mamá.

A Julio David, porque ha sido mi apoyo incondicional, porque ha estado conmigo en todo momento y siempre está presto a colaborarme; porque también ha tenido mucha paciencia y me ha enseñado a ser tolerante, y porque ante todo ha sido mi amigo.

(6)

A mi gran amigo Helber Zamir, quien me ha acompañado en mis buenos y malos momentos, gracias.

(7)

DEDICATORIA

El presente trabajo de grado lo dedico a mis padres JULIO y GLORIA, por aguantar tanto, por ser tan pacientes, por los consejos y en algunas ocasiones por sus regaños, porque siempre han estado conmigo sin importar las circunstancias, y que con sus ejemplos me brindaron una buena formación, a ellos infinitas gracias.

A DIOS por la bondad que ha tenido hacia mí, a mis hermanas por su apoyo, SONIA Y ELIZABETH, al tío más querido, PEDRO; por su ejemplo de trabajo, a mi cuñado SERGIO porque ha sido más que un hermano para mi.

A CLAUDIA ROCIO, mi polo a tierra, mi apoyo, mi moral, que sin ella nunca habría aprendido a valorar lo que tengo y lo que soy y por último a una personita muy especial que con sus cosas de niña me ha dado alegría en los momentos difíciles, ANA MARIA, y por supuesto al mejor amigo, al más incondicional, ZAMIR.

Y a todas las personas que en algún momento no creyeron que esto fuera posible.

(8)

CONTENIDO

Pág. INTRODUCCIÓN

1. EL PROBLEMA 17

1.1 LÍNEA 17

1.2 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA 19

1.3 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 21

1.4 JUSTIFICACIÓN 21 1.5 OBJETIVOS 22 2. MARCO REFERENCIAL 23 2.1 MARCO TEÓRICO 23 2.2 MARCO CONCEPTUAL 26 2.3 MARCO NORMATIVO 30 3. DISEÑO METODOLÓGICO 31 3.1 FASES DE INVESTIGACIÓN 31 3.2 FLUJOGRAMA METODOLÓGICO 33 3.3 VARIABLES 34 3.4 INSTRUMENTOS 34

3.5 COSTOS TOTALES DE LA INVESTIGACIÓN 35

4. TRABAJO INGENIERÍL 36

(9)

4.3 DETERMINACIÓN DEL TIEMPO DE SECADO PARA SUELOS FINOS

47

4.4 RESULTADOS DE LOS ENSAYOS 48

4.5 GUÍA METODOLÓGICA DEL ENSAYO DE HUMEDAD PARA

SUELOS FINOS, MÉTODO DE HORNO MICROONDAS, CON REDUCTOR DE CALOR 62 5. CONCLUSIONES 72 6. RECOMENDACIONES 74 BIBLIOGRAFÍA 75 ANEXOS 77

(10)

LISTA DE TABLAS

Pág.

Tabla 1. Marco Normativo 30

Tabla 2. Identificación de variables 34

Tabla 3. Variables consideradas para la preparación de las muestras

34

Tabla 4. Resultados de los ensayos de las muestras inalteradas

49

Tabla 5. Resultados de los ensayos de las muestras en rodajas

53

Tabla 6. Resultados de los ensayos de las muestras en rollos 57 Tabla 7. Resultados de los ensayos de los límites de

consistencia

(11)

LISTA DE FIGURAS

Pág.

Figura 1. Límites de Atterberg 19

Figura 2. Límites de consistencia 29

Figura 3. Preparación de las muestras cilíndricas 37

Figura 4. Preparación de las muestras en rollos 39

Figura 5. Preparación de las muestras en rodajas 40

Figura 6. Preparación de las muestras límite plástico 42 Figura 7. Preparación de las muestras límite líquido 44

Figura 8. Procedimiento del ensayo 46

Figura 9. Balanza utilizada en laboratorio 64

Figura 10. Horno microondas para la realización de los ensayos de humedad

65

Figura 11. Recipiente para los ensayos, horno convencional en aluminio y horno microondas en porcelana

66

(12)

LISTA DE GRAFICAS

Pág. Gráfica 1. Comparación de los porcentajes de humedad

entre el horno convencional y el horno microondas para muestras cilíndricas de 50 g.

50

Gráfica 2. Comparación de los porcentajes de humedad entre el horno convencional y el horno microondas para muestras cilíndricas de 100 g.

51

Gráfica 3. Comparación de los porcentajes de humedad entre el horno convencional y el horno microondas para muestras cilíndricas de 150 g.

52

Gráfica 4. Comparación de los porcentajes de humedad entre el horno convencional y el horno microondas para muestras en rodajas de 50 g.

54

Gráfica 5. Comparación de los porcentajes de humedad entre el horno convencional y el horno microondas para muestras en rodajas de 100 g.

55

Gráfica 6. Comparación de los porcentajes de humedad entre el horno convencional y el horno microondas para muestras en rodajas de 150 g.

56

Gráfica 7. Comparación de los porcentajes de humedad entre el horno convencional y el horno microondas para muestras en rollos de 50 g.

58

Gráfica 8. Comparación de los porcentajes de humedad entre el horno convencional y el horno microondas para muestras en rollos de 100 g.

59

Gráfica 9. Comparación de los porcentajes de humedad entre el horno convencional y el horno microondas para muestras en rollos de 150 g.

(13)

LISTA DE ANEXOS

Pág.

Anexo A. Costos totales de la investigación 77

Anexo B. Formato ensayo contenido de humedad 80

Anexo C. Formato ensayo límites de consistencia 81

Anexo D. Resultados de los ensayos del contenido de humedad natural

82

Anexo E. Resultados de los ensayos de los límites de consistencia

(14)

INTRODUCCIÓN

El contenido de humedad es una relación de fase de uso contínuo en obras relacionadas con suelos y pavimentos para determinar posibles cambios volumétricos en un suelo, o para evaluar la adherencia entre capas asfálticas por mencionar algunas.

Por tanto y siguiendo con la línea de investigación ya iniciada en la universidad, en la cual se han desarrollado trabajos de grado como lo son la determinación de humedad en suelos granulares utilizando horno microondas y comparación de los resultados con el método tradicional y análisis comparativo de los resultados obtenidos en ensayos de humedad natural y caracterización sobre muestras de suelos finos secadas en horno microondas vs. el método tradicional, se generó una metodología que permite determinar el contenido de humedad de suelos finos en el horno microondas y que puede ser utilizado para diferentes ensayos como densidad en el terreno, plasticidad, límites de consistencia y otros, para los cuales también es necesario secar la muestra de suelo a utilizar.

En cuanto a características y comportamientos durante el proceso de secado se toman como base las normas I.N.V.E 122, A.S.T.M D 2216, I.N.V. E -135-07 y ASTM D 4643-00, para la determinación de humedades, éstas últimas se refieren

(15)

Teniendo en cuenta que ya existe una norma para el secado de suelos en horno microondas como lo es la I.N.V. E-135-07, ésta metodología se desarrolló tomando como base los trabajos de grado mencionados y debido las falencias en la misma, ya que ésta no va dirigida a ningún tipo de suelo, ni tampoco establece tiempo, peso o forma de las muestras para el ensayo.

En el presente trabajo experimental se determinó el contenido de humedad, variando el espesor en cada muestra de suelo, su forma y peso, estableciendo tiempos en los cuales se pudiera obtener un peso constante, analizando los posibles cambios después de dicho proceso para así realizar una comparación de los resultados obtenidos en el horno convencional y en el horno microondas, obteniendo así un rango de espesores de tal manera que pudiera ser utilizado en forma amplia y permitiera obtener las variaciones en los resultados cuando se sometieran las muestras al secado, ya que de esto dependerán los cambios en su estructura interna y por supuesto en toda la masa de suelo que se tenga en consideración.

(16)

1. EL PROBLEMA 1.1 LÍNEA

El tema de investigación se ubicó en el Centro de Investigaciones en Riesgos de Obras Civiles (CIROC), en la línea de Eventos Naturales y Materiales Para Obras Civiles, debido a la relación directa que hay entre los objetivos propuestos en la investigación con los objetivos propuestos en la línea, ya que el fin primordial de ésta fue investigar para evitar cualquier tipo de evento que pueda afectar no solo las obras civiles, si no también, afectar la calidad de vida de las personas que se benefician de una u otra manera con éstas. Basados en esto se orientó la investigación teniendo en cuenta la norma INV E – 135 – 07, la cual describe el procedimiento y las recomendaciones para determinar el contenido de humedad de suelos en horno microondas; debido a que ésta no está dirigida a un tipo de suelo en especial y tampoco especifica la preparación de la muestra, se consideraron variables importantes para este trabajo de grado como la forma, el peso y el espesor de cada una de las muestras.

Se consideró que uno de los principales motivos para realizar esta investigación fue analizar si las formas y los pesos de las muestras influirían en los tiempos de

(17)

son menores y con un valor agregado, este ensayo se puede hacer tanto en laboratorio como en el campo, además, contribuirá a la conservación del medio ambiente, porque el consumo de energía será considerablemente bajo.

Además y debido a la variedad en la composición de los suelos existentes en la ciudad de Bogotá, con contenidos de arcillas en pocas o grades cantidades y teniendo en cuenta que una de las características mas importantes de los suelos finos es su afinidad con el agua, lo que hace que se expandan o contraigan, lo que ha generado problemas en el campo ingenieril.

Luego de someterlas a un proceso de secado en el horno microondas y en el horno convencional, clasificarlas e identificarlas, de acuerdo con los comportamientos frente a los diferentes materiales con los cuales interactúan, para poder así optimizar y mejorar las condiciones utilizando diferentes métodos, ya que muy pocas veces se tiene la oportunidad de removerlas cuando se va a realizar una obra civil porque esto acarrea costos muy grandes.

Finalmente, la idea del proyecto fue complementar las investigaciones en curso sobre suelos finos.

(18)

1.2 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA

Los suelos finos pueden encontrarse en diferentes estados dependiendo del contenido de agua, así un suelo se puede encontrar en un estado sólido, semisólido, plástico, semilíquido y líquido. La arcilla, por ejemplo al agregarle agua, pasa gradualmente del estado sólido al estado plástico y finalmente al estado líquido.

El contenido de agua con que se produce el cambio de estado varía de un suelo a otro y en la mecánica de suelos interesa fundamentalmente conocer el rango de humedades, para el cual el suelo presenta un comportamiento plástico, es decir, acepta deformaciones sin romperse (plasticidad), debido a esto, el comportamiento y las características del suelo varían considerablemente.

En la figura 1 se muestra el cambio de estado de un suelo de acuerdo a su contenido de agua.

(19)

Teniendo en cuenta otros factores como lo es el de la temperatura, la cual no debe ser superior a los 110 ºC y así evitar un sobrecalentamiento del suelo ya que esto llevaría a obtener porcentajes de humedad mayores a los obtenidos en el horno convencional, debido a la alteración de la capa doble difusa de las partículas del suelo; por consiguiente se hizo necesario un disipador térmico para la realización de ensayos.

Usualmente, el tiempo estimado para el secado de las muestras es de 24 horas en horno convencional (I.N.V. E 122), cabe anotar que utilizando horno microondas el tiempo se reduce notablemente obteniendo resultados al cabo de pocos minutos ayudando de esta manera en la contribución del medio ambiente, ya que el consumo de energía es menor.

Sobre este tema se encontró que algunas universidades como la Nacional de Medellín, en la publicación GG – 09, han realizado investigaciones referentes a este tema, así como la universidad del Rosario de Argentina, quienes realizaron estudios e investigaciones con diferentes tipos de suelos en el reporte técnico RT – ID – 03/ 011. También a nivel interno en la universidad se han realizado trabajos de grado en la determinación del contenido de humedad en suelos granulares utilizando horno microondas y comparación de los resultados con el método tradicional, hecha por las estudiantes Claudia Gámez y Diana Hilarión (2006),

(20)

caracterización sobre muestras de suelos finos secadas en horno microondas vs. El método tradicional realizada por los estudiantes Johana Santos, Cesar Carreño y Andrés Pinto (2007).

1.3 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

¿Influye el peso y la forma de la muestra en los resultados del contenido de humedad en suelos finos, comparando el método de secado en horno microondas con el método de secado en horno convencional?

1.4 JUSTIFICACIÓN

Luego de corroborar que en los resultados de cada una de las muestras después del proceso de secado en horno microondas no se produjeron mayores variaciones con respecto a los resultados obtenidos en horno convencional, se comprobó la gran utilidad en cuanto a tiempo, ya que éste se redujo y por ende se podrá implementar su uso tanto en el laboratorio como en el campo. Esto se verá reflejado en el beneficio que obtendrá la Ingeniería Civil, esto debido a que un ensayo como lo es el de humedad se podrá efectuar perfectamente en obra, mejorando los tiempos de ejecución y optimización.

(21)

Por lo cual se hizo necesario el diseño de una metodología que sirviera como base en la determinación de humedades utilizando horno microondas y brindando también la posibilidad de variar los espesores, la forma y el peso de una misma muestra y de esta manera proporcionar una opción rápida y económica que pueda complementar el trabajo de laboratorio ya existente, en cuanto a ensayos de contenido de humedad se refiere.

1.5 OBJETIVOS

1.5.1 Objetivo General

Establecer una metodología para el secado de las arcillas y limos arcillosos en horno microondas.

1.5.2 Objetivos Específicos

Determinar si el peso de la muestra húmeda influye en los resultados del contenido de humedad en horno microondas, comparados con los resultados del contenido de humedad en horno convencional.

Establecer si la forma de la muestra influye en los resultados del contenido de humedad en horno microondas, comparados con los resultados del contenido de humedad en horno convencional.

(22)

2. MARCO REFERENCIAL

2.1 MARCO TEÓRICO

Determinar el contenido de humedad de un suelo fino tiene una gran utilización en ingeniería civil, ya que éste sirve para lograr que el proceso de compactación sea el mejor y que se puedan garantizar las propiedades del suelo en cuanto a resistencia, como lo expone Airasca “El contenido de humedad de un suelo es utilizado en prácticas ingenieriles tanto en el laboratorio como en el campo. Este parámetro cobra gran importancia cuando se trata de controles de calidad de capas de pavimentos y terraplenes terminadas a través del ensayo Proctor u otros ensayos de compactación”2

.

La determinación del contenido de humedad en horno microondas se hace indispensable ya que su objetivo primordial es disminuir sustancialmente el tiempo de ensayo. Por tanto fue necesario establecer una metodología que guíe el uso del horno microondas donde se expongan los pasos a seguir, además de ciertas consideraciones indispensables para el buen desarrollo del ensayo y por tanto que esto garantice que los resultados cuando se aplique dicha metodología sean reales

(23)

y donde también es necesario especificar que el tipo de suelos a los que son aplicables sean suelos finos, aunque con esto no quiere decir que no sea valido el uso de horno microondas para otros tipos de suelos. Es relevante tener en cuenta que el comportamiento de los suelos depende de su composición mineralógica por tanto se debe primero hacer pruebas para definir principalmente, el tiempo y la potencia que sean aplicables para el tipo de suelo que se desee ensayar, ya que no se puede establecer un único procedimiento de ensayo debido a que las propiedades y las características del suelo varían. Lo anterior realizado por las estudiantes Claudia Gámez y Diana Hilarión (2006), seguida del Análisis comparativo de los resultados obtenidos en ensayos de humedad natural y caracterización sobre muestras de suelos finos secadas en horno microondas vs. El método tradicional realizada por los estudiantes Johana Santos, Cesar Carreño y Andrés Pinto (2007).

Si bien es cierto que al utilizar el horno microondas para el ensayo de humedad l se tiene una ventaja importante como lo es el reducir considerablemente el tiempo del ensayo, también se debe cuidar un aspecto trascendental en el ensayo y es la posibilidad del sobrecalentamiento del suelo lo que a su vez lleva a la obtención de contenidos de agua más altos, para evitar esto se debe considerar el uso de alguna herramienta la cual permita absorber calor para que no se alteren los resultados del ensayo.

(24)

El Instituto Nacional de Vías - INVIAS, tomando como referencia la Norma ASTM 4643-00 método para determinar el contenido de humedad utilizando para ello el horno microondas, estableció la norma I.N.V. E – 135 – 07, ya que este se convierte en una herramienta útil, puesto que nos permite obtener resultados en menor tiempo. Sobre este tema la Universidad Nacional de Medellín, así como la Universidad del Rosario de Argentina, también han realizado a su vez metodologías basadas en ensayos y análisis, donde exponen que es indispensable tener como referencia resultados de contenido de humedad del mismo suelo realizados en horno convencional, ya que esto garantiza que los resultados obtenidos del contenido de humedad en horno microondas son reales en la medida en que ambos sean consistentes.

Determinar el contenido de humedad en horno microondas obliga a conocer el funcionamiento del mismo, ya que este debe tener una calibración que permita obtener resultados confiables, por tanto se consideraron variables como la potencia, la temperatura, la forma, el tiempo y la solución reductora de calor.

Por último se clasifican los suelos en tres grupos: limos inorgánicos (M), arcillas inorgánicas (C), y limos y arcillas orgánicas (O), estos a su vez se subdividen de acuerdo al límite líquido menor del 50% (L) o mayor del 50% (H). Las diferencias entre arcillas inorgánicas (C) y limos inorgánicos (M) y los suelos orgánicos (O) se

(25)

2.2 MARCO CONCEPTUAL

Dentro de esta investigación se encuentran algunas palabras las cuales se definen a continuación.

Arcilla: mineral que se produce por la descomposición química de las rocas que contienen feldespato y es un proceso natural que demora decenas de miles de años, se hacen plásticas al contacto con el agua y con una muy buena capacidad de absorción pero frágiles en seco, consistentes de material granuloso muy fino (4micrometros).

Disipador térmico o reductor de calor: material o liquido colocado dentro del microondas para absorber energía luego de que la humedad ha sido quitada del espécimen. El reductor de calor disminuye la posibilidad de sobrecalentar la muestra y dañar el horno3.

Horno microondas: El calentamiento por microondas consiste en un proceso por el cual el calor es inducido dentro del material debido a la interacción entre moléculas dipolares del agua contenida en el material y un campo eléctrico

(26)

alternante de alta frecuencia. Las microondas son ondas electromagnéticas de una longitud de onda de 1 mm a un 1 m.4.

Humedad: relación entre el peso del agua intersticial y el peso de los granos sólidos, para un volumen unitario. Su valor se expresa en porcentaje y puede alcanzar valores mayores del 100%5.

Índice de plasticidad: intervalo de contenidos de agua entre el Límite Líquido y el Límite Plástico cuando el suelo se comporta como un material plástico.

Intersticial-intersticio: hendidura o espacio, por lo común pequeño entre dos cuerpos o entre dos partes de un mismo cuerpo6.

Límite de contracción o retracción: al irse desecando una muestra de suelo se va comprimiendo, reduciéndose su volumen por la acción de las fuerzas capilares que van aumentando al disminuir la dimensión de los poros y expulsar agua7.

Límite líquido: contenido de agua por encima del cual el suelo se comporta como un líquido viscoso.

4

ANGELONE, Silvia. MARTINEZ, Fernando. AIRASCA, Fernanda. Determinación del contenido de humedad de suelos en horno microondas. [en línea]. Disponible en: <http://fceia.unr.edu.ar/secyt/rt/2003/RT-ID03011.pdf>.

(27)

Límite plástico: contenido de agua por debajo del cual el suelo no se comporta ya como un material plástico8.

Limo: suelo de grano fino con partículas menores que 0.06 mm y tienen forma típicamente escamosa9.

Meteorización: proceso de desintegración física y química de materiales sólidos en la superficie de la tierra.

Metodología: procedimiento que se debe seguir para realizar una investigación científica.

Sobrecalentamiento: el sobrecalentamiento de un suelo ocurre cuando éste es sometido a temperaturas mayores de 110º C., esto provoca principalmente que la capa adsorbida del suelo se evapore y por tanto se obtengan resultados de humedad elevados.

Suelo: material no consolidado compuesto de distintas partículas sólidas con gases o líquidos incluidos10.

8

BOWLES, Joseph E. Propiedades geofísicas de los suelos. 1 ed. Colombia: Editorial McGraw-hill, 1982. p 36.

9

WHITLOW, Roy. Fundamentos de mecánica de suelos.1 ed. México: Editorial CECSA, 1994. p 5.

10

(28)

En la figura 2 se detalla el concepto de que en un suelo de grano fino solo pueden existir 4 estados de consistencia según su humedad. Así, un suelo se encuentra en estado sólido, cuando está seco. Al agregársele agua poco a poco va pasando sucesivamente a los estados de semisólido, plástico, y finalmente líquido. Los contenidos de humedad en los puntos de transición de un estado al otro son los denominados límites de Atterberg.

(29)

2.3 MARCO NORMATIVO

Tabla 1. Normatividad técnica utilizada en el desarrollo de la investigación

NORMA DESCRIPCIÓN SÍNTESIS

A.S.T.M. D 2216

Determinación en laboratorio del contenido de agua (humedad) de suelo, roca y mezclas de

suelo-agregado.

Cubre la determinación de laboratorio del contenido de agua (humedad) de suelo, roca, y mezclas de suelo-agregado por peso.

I.N.V. E -122

Determinación en laboratorio del contenido de agua (humedad) de suelo, roca y mezclas de

suelo-agregado.

Cubre la determinación de laboratorio del contenido de agua (humedad) de suelo, roca, y mezclas de suelo-agregado por peso.

A.S.T.M. D 4643 - 00

Determinación del contenido de agua (humedad) en suelos por

calentamiento de horno microondas.

Este método de ensayo describe los procedimientos para determinar el contenido de humedad en suelos secando de manera incrementada el suelo en un horno microondas.

I.N.V. E – 135 - 07 Humedad de suelos usando

horno microondas

Describe procedimientos para determinar el contenido de agua (humedad) de suelos, secándolos en incrementos de tiempo, en horno microondas.

I.N.V. E - 125 Determinación del límite líquido

de los suelos

El límite líquido de un suelo es el contenido de humedad expresado en porcentaje del suelo secado en el horno, cuando este se halla en el límite entre el estado líquido y el estado plástico

I.N.V. E - 126 Límite plástico e índice de

plasticidad

Se denomina límite plástico a la humedad más baja con la que pueden formarse cilindros de suelo de unos 3 mm (1/8") de diámetro, rodando dicho suelo entre la palma de la mano y una superficie lisa, sin que dichos cilindros se desmoronen.

(30)

3. DISEÑO METODOLÓGICO

El proyecto se ubica en el diseño descriptivo porque según Hernández, Fernández y Baptista “Los estudios descriptivos buscan especificar las propiedades, las características y los perfiles importantes de personas, grupos, comunidades o cualquier otro fenómeno que se someta a un análisis. Miden, evalúan o recolectan datos sobre diversos aspectos, dimensiones o componentes del fenómeno a investigar”12

, ya que para poder llegar a caracterizar y desarrollar los objetivos necesariamente se remitirá a la experimentación y luego se darán resultados, los que llevarán a establecer la metodología en la preparación de las muestras, y esto a su vez a la realización de la guía.

3.1 FASES DE INVESTIGACIÓN

FASE 1: RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN

Selección y clasificación de resultados obtenidos en investigaciones realizadas sobre el tema.

(31)

FASE 2: PREPARACIÓN DE LAS MUESTRAS

Seleccionar cinco (5) muestras de suelos arcillosos y cinco (5) muestras de suelos limo arcillosos de la ciudad de Bogotá.

Establecer el peso y la forma de cada muestra.

FASE 3: ENSAYOS DE LABORATORIO Y ANÁLISIS DE RESULTADOS

Determinación del contenido de humedad de las diez (10) muestras mediante el horno convencional en el laboratorio.

Determinación del contenido de humedad de las diez (10) muestras utilizando el horno microondas de acuerdo con el tiempo de secado encontrado.

Determinación del contenido de humedad para los ensayos de los límites de consistencia utilizando el horno convencional y el horno microondas.

Comparar los resultados obtenidos en el horno microondas y horno convencional para verificar que los resultados no difieren considerablemente uno del otro.

Determinar los cambios de acuerdo con los resultados obtenidos en los ensayos.

(32)

3.2 FLUJOGRAMA METODOLÓGICO

INICIO

INFORMACIÓN

RECOPILACIÓN SELECCIÓN Y

CLASIFICACIÓN

PREPARACIÓN DE LAS MUESTRAS

FORMA(cilindros, rollos, rodajas)

PESO (50, 100, 150 g)

ENSAYOS DE LABORATORIO EN HORNO CONVENCIONAL Y HORNO MICROONDAS

CONTENIDO DE HUMEDAD PARA LOS ENSAYOS DE LÍMITES DE CONSISTENCIA

(33)

3.3 VARIABLES

Tabla 2. Identificación de variables

CATEGORIA DE ANALISIS VARIABLES INDICADORES

EQUIPO Tiempo Peso de la muestra

SUELO

Porcentaje de agua perdida Humedad Plasticidad Límites de consistencia

Tabla 3. Variables consideradas para la preparación de las muestras

3.4 INSTRUMENTOS

Para la recopilación de los datos obtenidos en los ensayos de laboratorio se utilizaron dos (2) formatos (contenido de humedad, límites plástico y líquido), ver anexo B y anexo C respectivamente, en los cuales se consignaron los datos

FACTOR UNIDADES INTERVALO FRACCIÓN VARIABLES SUBTOTAL

PESO g 50 – 150 50 50, 100,

150 3

FORMA ---

cilindros, rodajas, límite liquido, límite

plástico, rollos.

2 1, 2,3,4,5 15

POTENCIA W Fija Fijas 1 1

TEMPERATURA ºC Máx. 110 1 1

(34)

respectivos de cada una de las muestras, los cuales se muestran en el anexo D y anexo E, respectivamente.

3.5 COSTO TOTAL DE LA INVESTIGACION

El costo total de la investigación fue dos millones trescientos un mil trescientos cuarenta y ocho pesos ($ 2’301.348,00)y se presentan en el anexo A.

(35)

4. TRABAJO INGENIERIL

En este capítulo se expone el procedimiento para el desarrollo de los ensayos de contenido de humedad y límites de consistencia, bases en este proyecto.

4.1 PREPARACIÓN DE LAS MUESTRAS

Los pesos establecidos para las muestras fueron 50, 100 y 150 g, también se determinaron cinco (5) formas para las muestras que se describen a continuación:

 Cilindro, fracción tomada del núcleo del tubo shellby de manera que cada uno de estos se aproximára a los pesos establecidos para las muestras del ensayo.

 Rodajas, la muestra se fracciono en rodajas de aproximadamente 3 mm de espesor y 4 cm de diámetro, se colocaron en los recipientes la cantidad de rodajas necesaria para completar los pesos determinados.

 Rollos, se elaboraron manualmente tomando trozos del espécimen, el diámetro y la longitud aproximada fueron de 5 mm y 7 cm respectivamente se dispusieron en los recipientes adecuados para su secado.

 Límite liquido, se refiere a la preparación de la muestra establecida en la norma INV – E 125, para determinar el contenido de humedad.

(36)

El secado de las muestras se hizo utilizando recipientes adecuados para cada horno (aluminio para horno convencional y porcelana para horno microondas).

4.1.1 Preparación de las muestras en cilindros. Se realizó tomando el espécimen extraído con el tubo shellby de diámetro 4 cm, se cortó de manera que la porción tuviera aproximadamente el peso determinado de muestra para el ensayo. Los pesos considerados fueron de: 50, 100 y 150 g.

Figura 3. Preparación de las muestras en cilindros

(37)

(b)

En la figura 3(a), se observan los núcleos de suelo extraídos con el tubo shellby de los cuales se cortaron cilindros con los pesos establecidos para los ensayos y en la figura 3 (b) observamos cilindros de 50 g después de haber sido sometidos al secado en los hornos.

4.1.2 Preparación de las muestras en rollos. Los rollos se hicieron con trozos del espécimen, se les dió forma manualmente procurando que el diámetro fuera de 5 mm para estas muestras.

(38)

Figura 4. Preparación de las muestras en rollos

En la figura 4 se observan recipientes con las muestras antes de ser llevados a los hornos para el proceso de secado.

4.1.3. Preparación de las muestras en rodajas. Se realizó tomando el espécimen extraído con el tubo shellby de diámetro 4 cm, se consideró un espesor de las rodajas de 3 mm. para permitir que cada rodaja se secara de manera uniforme, se tomaron varias de estas para completar los pesos determinados (50, 100, 150 g).

(39)

Figura 5. Preparación de las muestras en rodajas

(a)

(40)

En la figura 5(a) se observan las rodajas en el recipiente para su secado, en la 5(b) tenemos una muestra en rodajas después del secado.

4.1.4. Preparación de las muestras límite plástico. El ensayo se realizó de acuerdo a la norma I.N.V. E -126, dividiendo en varios pedazos o porciones pequeñas la muestra de suelo que se había separado con anterioridad durante la preparación de la muestra para el ensayo del límite líquido.

La norma dice que el suelo se debe enrollar con la mano extendida sobre una placa de vidrio, o sobre un pedazo de papel colocado sobre una superficie lisa, con presión suficiente para moldearlo en forma de cilindro (diámetro 3 mm). El proceso de hacer masas o bolas de suelo y enrollarlas debe continuarse hasta cuando el cilindro de suelo se rompa bajo la presión de enrollamiento y no permita que se enrolle adicionalmente.

(41)

Figura 6. Preparación de las muestras límite plástico

(a)

(b)

En la figura 6 (a), se muestra la preparación de la muestra según la norma I.N.V. E- 126, para determinar el contenido de humedad para el límite plástico y en la 6 (b)

(42)

observamos que los cilindros presentan pequeñas grietas lo que quiere decir que la muestra ya esta lista para someterse al secado.

4.1.5. Preparación de las muestras límite líquido. De acuerdo a la norma I.N.V. E -125, la masa de suelo se mezcla con aproximadamente 25% de agua, removiendo y amasando continuamente con la ayuda de una espátula, hasta obtener una pasta.

Se coloca la pasta de suelo en la cazuela, y se divide en dos partes con el ranurador. Una vez cortada la muestra, se procede a hacer girar la manivela, hasta que la ranura se cierre en una longitud de 12.7 mm. De ésta pasta, se toma una pequeña muestra para determinar el contenido de humedad.

(43)

Figura 7. Preparación de las muestras límite líquido

(a)

(44)

En la figura 7(a) observamos la preparación de la pasta de suelo para la determinación del contenido de humedad del límite líquido, el la 7(b) hay una cantidad de la pasta preparada, en la cazuela de Casagrande.

4.2 ENSAYOS DE LABORATORIO

Se realizaron ensayos de contenido de humedad a diez (10) muestras (cinco (5) muestras de limos arcillosos, y cinco (5) de muestras de arcillas), por cada muestra se realizaron ensayos de humedad en horno microondas y horno convencional de acuerdo con las normas I.N.V. E – 135 – 07, I.N.V. E – 122, respectivamente, variando la forma de cada muestra (ver tabla2).

Los resultados de los ensayos se pueden ver en el Anexo D y E, en el cual se observa que las diferencias en los resultados de los ensayos de cada una de las muestras en el horno microondas y horno convencional son pequeñas y en el que se puede concluir que la forma no influye en los resultados.

(45)

Figura 8. Procedimiento del ensayo

INICIO

PREPARACIÓN DE LAS MUESTRAS

SECADO DE LAS MUESTRAS HORNO CONVENCIONAL HORNO MICROONDAS

DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE HUMEDAD Y LÍMITES DE CONSISTENCIA

SOBRECALENTAMIENTO DE LA MUESTRA

FIN NO

(46)

4.3 DETERMINACIÓN DEL TIEMPO DE SECADO PARA SUELOS FINOS

Tomando como referencia a Hilarión y Gámez, (2006) quienes recomiendan que para determinar el contenido de humedad en horno microondas se deben considerar aspectos importantes como lo son calibrar el horno con una solución reductora de calor que para el caso es carbonato de potasio (80 g. de K2CO3 en

100 cm3 de agua) para evitar el sobrecalentamiento de las muestras de manera que los contenidos de humedad no vayan a dar mayores.

La potencia debe ser de 420 watts a una temperatura máxima de 110º C para que la solución reductora de calor no se cristalice y finalmente secar las muestras en intervalos de tiempo de cinco (5) minutos.

Por otra parte y debido a que los trabajos de Hilarión y Gámez fue con suelos granulares, se consideró la investigación realizada por Santos, Pinto y Carreño, (2007) quienes experimentaron con suelos finos.

Para el presente trabajo de grado se escogieron diez (10) muestras de suelos finos (cinco (5) arcillas y cinco (5) limos arcillosos) con profundidades entre los 9.5 m hasta los 41 m; obteniendo así una cantidad representativa de datos, pues se tomaron pesos de 50, 100 y 150 g de cada muestra.

(47)

4.4 RESULTADOS DE LOS ENSAYOS

Teniendo en cuenta que en los proyectos de grado anteriormente mencionados para determinar tiempo de secado se evaluaron variables como la humedad natural y la gravedad especifica, en esta investigación se consideró principalmente la incidencia de la forma y el peso de cada muestra en los resultados de los ensayos.

El porcentaje de error (%E) se determinó de la forma:

Donde:

= contenido de humedad en el horno microondas = contenido de humedad en el horno convencional

De manera que los datos obtenidos, los cuales se muestran en las tablas 4, 5 y 6 se interpretan de la siguiente manera:

Los porcentajes de error negativos significan que el contenido de humedad del horno convencional es menor que el obtenido en el horno microondas y viceversa.

(48)

Tabla 4. Resultados de los ensayos de las muestras cilíndricas

CILINDROS (50 g)

MUESTRA

ARCILLAS LIMOS ARCILLOSOS

% HUMEDAD %E tiempo (minutos) % HUMEDAD %E tiempo (minutos) Hc Hm Hc Hm 1 116,3 116,2 -0,09 19 150,2 150,5 0,22 20 2 152,7 153,6 0,59 23 141,7 141,2 -0,33 16 3 150,2 150,5 0,19 23 135,1 136,5 1,04 15 4 128,7 128,1 -0,44 22 147,4 147 0 18 5 121,2 122 0,68 20 159,5 159,6 0,03 22 CILINDROS (100 g) 1 117,1 117 -0,09 19 147,6 150,6 2,02 20 2 153,4 153,5 0,07 26 128,5 128,7 0,15 18 3 151,1 151,5 0,29 24 130,6 129,6 -0,84 18 4 125 126,1 0,95 22 148,2 151 1,89 20 5 122,9 123,9 0,91 20 157,1 157,3 0,11 21 CILINDROS (150 g) 1 112,7 112,1 -0,55 20 143,2 143,4 0,13 22 2 146,2 145,5 -0,43 30 137,1 138,6 1,09 20 3 151,3 153,4 1,4 32 134 133,3 -0,51 18 4 128,7 128,6 -0,13 25 148,8 151,4 1,81 27 5 123 123,5 0,39 23 151,7 152,4 0,44 28

(49)

Gráfica 1. Comparación de los porcentajes de humedad entre el horno convencional y horno microondas para muestras cilíndricas de 50 g.

100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 P O R C E N T A J E D E HU M E D A D H c PORCENTAJE DE HUMEDAD Hm

COMPARACIÓN PORCENTAJES DE HUMEDAD EN MUESTRAS CILÍNDRICAS DE 50 g porcentaje de humedad Hc (arcillas) porcentaje de humedad Hm (arcillas) porcentaje de humedad Hm (limos) porcentaje de humedad Hc (limos) línea de tendencia

(50)

Gráfica 2. Comparación de los porcentajes de humedad entre el horno convencional y horno microondas para muestras cilíndricas de 100 g .

100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 P O R C E N T A J E D E H U ME D A D H c PORCENTAJE DE HUMEDAD Hm

COMPARACIÒN PORCENTAJES DE HUMEDAD EN MUESTRAS CILINDRICAS DE 100 g porcentaje de humedad Hc (arcillas) porcentaje de humedad Hm (arcillas) porcentaje de humedad Hc (limos) porcentaje de humedad Hm (limos) línea de tendencia Lineal (línea de tendencia)

(51)

Gráfica 3. Comparación de los porcentajes de humedad entre el horno convencional y horno microondas para muestras cilíndricas de 150 g.

100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 POR CE NT A J E DE HUME DA D Hc PORCENTAJE DE HUMEDAD Hm

COMPARACIÓN PORCENTAJES DE HUMEDAD EN MUESTRAS

CILINDRICAS DE 150 g porcentaje de humedad Hc (arcillas) porcentaje de humedad Hm (arcillas) porcentaje de humedad Hc (limos arcillosos) porcentaje de humedad Hm (limos arcillosos) línea de tendencia Lineal (línea de tendencia)

(52)

Tabla 5. Resultados de los ensayos de las muestras en rodajas

RODAJAS (50 g)

MUESTRA

ARCILLAS LIMOS ARCILLOSOS

% HUMEDAD %E tiempo (minutos) % HUMEDAD %E tiempo (minutos) Hc Hm Hc Hm 1 114,7 115,2 0,49 18 144,4 143,4 -0,69 25 2 145,8 146,3 0,34 25 138,4 139,4 0,67 22 3 146,6 147,9 0,89 26 129,4 132,5 2,44 19 4 124 124,9 0,69 22 145,8 145,9 0,06 27 5 117 116,2 -0,75 19 157,3 158,2 0,54 30 RODAJAS (100 g) 1 113,8 114,2 0,35 20 131,9 131,8 -0,06 22 2 150,8 150,8 0 30 128,1 129,1 0,82 20 3 146,9 148 0,75 28 127,1 127,7 0,47 17 4 126 127 0,84 24 143,3 143,6 0,16 28 5 115,1 114,7 -0,34 20 153 155,8 1,82 30 RODAJAS (150 g) 1 111 110,9 -0,08 20 142,5 142,2 -0,2 26 2 143,1 142,3 -0,54 26 129,9 128,1 -1,33 19 3 144,1 144,2 0,02 28 131,4 130,2 -0,95 21 4 123,9 124,6 0,6 24 143,2 143,5 0,24 18 5 113,1 113,5 0,4 21 148,2 149,4 0,82 30

(53)

Gráfica 4. Comparación de los porcentajes de humedad entre el horno convencional y horno microondas para muestras en rodajas de 50 g.

100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 p o rc e n ta je d e h u me d a d H c porcentaje de humedad Hm

COMPARACIÓN PORCENTAJES DE HUMEDAD PARA MUESTRAS EN RODAJAS DE 50 g porcentaje de humedad Hc porcentaje de humedad Hm (arcillas) porcentaje de humedad Hc (limos) porcentaje de humedad Hm (limos) línea de tendencia Lineal (línea de tendencia)

(54)

Gráfica 5. Comparación de los porcentajes de humedad entre el horno convencional y horno microondas para muestras en rodajas de 100 g.

100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 P OR C E N T A J E D E H U M E D A D H c PORCENTAJE DE HUMEDAD Hm

COMPARACIÓN PORCENTAJES DE HUMEDAD PARA MUESTRAS EN RODAJAS DE 100 g porcetaje de humedad Hc (arcillas) porcentaje de humedad Hm (arcillas) porcentaje de humedad Hc (limos arcillosos) porcentaje de humedad Hm (limos arcillosos) línea de tendencia Lineal (línea de tendencia)

(55)

Gráfica 6. Comparación de los porcentajes de humedad entre el horno convencional y horno microondas para muestras en rodajas de 150 g.

100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 po rc en taj e d e hu m ed ad Hc porcentaje de humedad Hm

COMPARACIÓN PORCENTAJES DE HUMEDAD PARA MUESTRAS EN RODAJAS DE 150 g porcentaje de humedad Hc (arcillas) porcentaje de humedad Hm (arcillas) porcentaje de humedad Hc (limos arcillosos) porcentaje de humedad Hm (limos arcillosos) línea de tendencia Lineal (línea de tendencia)

(56)

Tabla 6. Resultados de los ensayos de las muestras en rollos

ROLLOS (50 g)

MUESTRA

ARCILLAS LIMOS ARCILLOSOS

% HUMEDAD %E tiempo (minutos) % HUMEDAD % E tiempo (minutos) Hc Hm Hc Hm 1 111,6 112,7 0,95 20 143,5 143,2 -0,16 25 2 146,7 146,9 0,14 26 137,8 138,1 0,27 21 3 145,5 146,1 0,4 26 124,4 126,3 1,57 18 4 122,2 123 0,64 22 144,1 142 -1,42 25 5 109,5 108,9 -0,62 18 150,9 152,6 1,13 28 ROLLOS (100 g) 1 110,2 111,8 1,49 20 130,5 130,6 0,1 22 2 149,9 149 -0,59 28 127 129,4 1,87 20 3 142,2 143,3 0,75 25 124,7 125,2 0,4 18 4 123,6 124,2 0,54 23 140,4 143,3 2,1 25 5 108,7 108,2 -0,47 20 148,6 149,9 0,91 28 ROLLOS (150 g) 1 107,2 107 -0,21 20 140,9 143,7 1,93 28 2 140,4 142,6 1,55 27 127,29 126,01 -1 22 3 141,3 140,4 -0,62 25 127 126 -0,8 22 4 123,5 123 -0,4 23 138,3 137,8 -0,37 25 5 105,3 106,5 1,13 20 148 148,5 0,33 32

(57)

Gráfica 7. Comparación de los porcentajes de humedad entre el horno convencional y horno microondas para muestras en rollo de 50 g.

100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 p o rc e n ta je d e h u me d a d H c porcentaje de humedad Hm

COMPARACIÓN DE PORCENTAJES DE HUMEDAD PARA MUESTRAS EN ROLLO DE 50 g porcentaje de humedad Hc (arcillas) porcentaje de humedad Hm (arcillas) porcentaje de humedad Hc (limos) porcentaje de humedad Hm (liomos) línea de tendencia Lineal (línea de tendencia)

(58)

Gráfica 8. Comparación de los porcentajes de humedad entre el horno convencional y horno microondas para muestras en rollo de 100 g.

100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 p o rcent aje de h u med ad Hc porcentaje de humedad Hm

COMPARACIÓN PORCENTAJES DE HUMEDAD PARA MUESTRAS EN ROLLO DE 100 g porcentaje de humedad Hc (arcillas) porcentaje de humedad Hm (arcillas) porcentaje de humedad Hc (limos arcillosos) porcentaje de humedad Hm (limos arcillosos) línea de tendencia Lineal (línea de tendencia)

(59)

Gráfica 9. Comparación de los porcentajes de humedad entre el horno convencional y horno microondas para muestras en rollo de 150 g.

De acuerdo a las tablas 4, 5 y 6, se observa que los resultados de los ensayos de humedad en horno microondas como en horno convencional muestran buena correspondencia entre sí. Se observa en las gráficas de la 1 a la 9 que la línea de tendencia muestra que el porcentaje de error es bajo, con variaciones positivas y negativas, debido a la toma de muestras en el laboratorio por su manipulación, teniendo en cuenta que se evaluaron la forma y el peso de la muestra.

100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 p o rce n taje d e hu med ad Hc porcentaje de humedad Hm

COMPARACIÓN PORCENTAJES DE HUMEDAD PARA MUESTRAS EN ROLLO DE 150 g porcentaje de humedad Hc (arcillas) porcentaje de humedad Hm (arcillas) porcentaje de humedad Hc (limos arcillosos) porcentajes de humedad Hm (limos arcillosos) línea de tendencia Lineal (línea de tendencia)

(60)

Se determinó que la forma no influye en los resultados del contenido de humedad del suelo; aunque podría incidir en la disminución del tiempo de secado debido a que si es mayor la superficie de la muestra expuesta al calor del microondas, ésta se secará de manera más uniforme y por tanto el tiempo de secado sería menor.

Tabla 7. Resultados de los ensayos de límites de consistencia

ARCILLAS MUESTRA L.L. L.P. IP % E Hc Hm tiempo Hm (minutos) Hc Hm Tiempo Hm (minutos) Hc Hm 1 130,8 130,3 28 44,17 43,56 20 86,63 86,74 -0,09 2 195,19 195,34 35 64,95 60,72 25 130,24 134,62 0,04 3 155,7 156,02 32 73,27 66,96 30 82,43 89,06 0,32 4 191,92 191,52 35 61,21 61,78 28 130,71 129,74 -0,017 5 136,38 136,35 30 55,44 52,91 22 80,93 83,45 -0,043 LIMOS ARCILLOSOS MUESTRA L.L. L.P. IP % E Hc Hm tiempo Hm (minutos) Hc Hm tiempo Hm (minutos) Hc Hm 1 187,76 190,27 25 86,51 76,15 24 101,25 114,12 1,27 2 188,32 190,38 25 72,58 68,03 20 115,74 122,36 1,09 3 151,89 152,44 24 59,06 50,66 17 92,83 101,78 0,3 4 243,47 241,81 30 83,22 64,58 19 160,25 177,23 0,75 5 227,05 227,55 28 77,19 71,23 23 151,86 156,32 0,03

En la tabla 7, se observa que los resultados de los límites no presentan diferencias significativas comparando el secado en horno convencional y en horno microondas. Los tiempos de secado para el límite líquido son mayores que los obtenidos para el límite plástico debido a que el contenido de agua es mayor, distinto al límite plástico

(61)

Debido a que los porcentajes de error son relativamente bajos, esto puede deberse a que durante la preparación de la muestra por la manipulación de la misma se pierde cierto grado de humedad, también en la toma de los datos dado que los materiales utilizados presentan deterioro debido a su continuo uso en laboratorio.

4.5 GUÍA METODOLÓGICA DEL ENSAYO DE HUMEDAD PARA SUELOS FINOS, MÉTODO DE HORNO MICROONDAS.

4.5.1 Objeto

Esta guía describe el procedimiento para determinar el contenido de humedad en suelos secándolos de manera incrementada de tiempo en un horno microondas.

Este ensayo puede ser utilizado como remplazo de la norma I.N.V. E -122, cuando se necesiten resultados rápidos.

Este ensayo es aplicable para la mayoría de tipos de suelos excepto para los que contienen cantidades significativas de sólidos disueltos, pues esto podría arrojar datos no confiables.

(62)

4.5.2 Resumen

Una muestra de suelo húmedo se coloca en un recipiente adecuado y se determina su masa. Luego es colocado en un horno microondas y sometido a un tiempo de secado, después del cual se retira del horno y se determina su nueva masa. Este procedimiento se repite hasta que la masa llega a ser prácticamente constante. La diferencia entre la masa del espécimen húmedo y de la muestra seca se considera como la masa de agua contenida originalmente en la muestra.

Para un suelo y tamaño de muestra dados, el tiempo necesario para obtener una masa seca constante puede ser anotado y luego utilizado como tiempo mínimo de secado para futuros ensayos utilizando el mismo tamaño de la muestra del mismo suelo. La principal objeción al uso del horno microondas para la determinación del contenido de humedad ha sido la posibilidad de sobrecalentar el suelo, y así obtener un contenido de humedad más alto de lo que se determinaría con el método de ensayo I.N.V. E – 122.

El comportamiento del suelo cuando se encuentra sometido al calor del horno microondas depende de su composición mineralógica, como resultado no hay un procedimiento único aplicable para todos los tipos de suelo, debido a esto, el procedimiento recomendado en este ensayo tiene como objetivo servir de guía en

(63)

4.5.2 Equipo

Para el desarrollo de los ensayos son necesarias las siguientes herramientas:

Balanza: con una capacidad hasta de 2000 g que cumpla con las especificaciones de la norma ASTM D 4753 y con una sensibilidad de 0.1 g.

Figura 9. Balanza utilizada en laboratorio

Horno microondas: se debe utilizar un horno microondas con una solución reductora de calor, que para el caso es carbonato de potasio, con una potencia aproximada de 420 watts, esto para evitar el sobrecalentamiento de la muestra.

(64)

Figura 10. Horno microondas para la realización de los ensayos de humedad

Mezcladores: espátulas, barras finas de vidrio, cuchillos planos y alargados para cortar y mezclar la muestra antes y durante el ensayo.

Recipiente: fabricado de un material no metálico y no absorbente, resistente al choque térmico, que permita ser calentado o enfriado y no presente cambios en su forma.

(65)

Figura 11. Recipientes para los ensayos, horno convencional en aluminio y horno microondas en porcelana

Solución reductora de calor: 80 g de carbonato de potasio (K2CO3 ) por cada 100

cm3 de agua, colocado dentro del horno microondas en el momento del ensayo, para evitar el sobrecalentamiento de la muestra.

(66)

4.5.4 Precauciones

Manejar las latas con guantes resistentes al calor, debido a que algunos tipos de suelos pueden retener una cantidad considerable de calor y se pueden producir quemaduras.

Los suelos altamente orgánicos podrían prenderse en llamas durante el secado en el horno microondas.

No utilizar recipientes metálicos ya que se pueden producir daños al horno microondas.

No se recomienda la utilización de la bandeja de vidrio del horno microondas para colocar la muestra directamente, esto puede producir la fragmentación de la misma.

4.5.5 Muestras

Mantener las muestras del ensayo en recipientes inoxidables y herméticos a una temperatura entre 3 y 30 ºC, donde no haya exposición directa a la luz. La

(67)

especialmente si los recipientes utilizados para almacenar las muestras son bolsas sin sellar.

4.5.6 Preparación de la muestra

Para la preparación de las muestras se tuvieron en cuenta los siguientes aspectos:

a) Prepare la muestra en el menor tiempo posible para minimizar la perdida de humedad por manipulación, y de esta manera evitar determinaciones erróneas en el contenido de humedad.

b) La forma de la muestra a utilizar para el ensayo es de libre escogencia ya que puede ser inalterada, en rodaja o en rollos, con un peso máximo de 150 g.

c) Si las muestras no van a ser utilizadas inmediatamente, estas deben guardarse en un recipiente hermético para evitar la perdida de humedad.

4.5.7 Procedimiento

(68)

Colocar la muestra del suelo en el recipiente, registrándose la masa de ésta junto con la del suelo.

Colocar el recipiente con la muestra de suelo en el horno microondas y la solución reductora de calor en lapsos de cinco (5) minutos hasta que adquiera un peso constante.

Después del tiempo transcurrido, retirar el recipiente del horno microondas y pesar inmediatamente para registrar la nueva masa.

De acuerdo a la masa obtenida finalmente calcular el contenido de humedad.

4.5.8 Cálculos

Cálculo del contenido de humedad

100 ) ( ) ( ) ( ) ( % r ss ss sh P r P r P r P W Donde: porcentaje de humedad

(69)

peso del recipiente (g)

4.5.9 Informe

La hoja de datos debe incluir:

Identificación de la muestra que se va a utilizar, sondeo (de acuerdo al tipo de sondeo que se realizó, número de muestra, número de ensayo.

Indicar el peso y la forma de la muestra con la que se va a trabajar (4.5.6 b) y la profundidad del suelo.

Masa inicial de la muestra antes de ser sometida al secado en el horno microondas, y luego de finalizar el tiempo de secado después de haber adquirido un peso constante (lapsos de 5 min), y especificar su tiempo máximo.

4.5.10 Recomendaciones

De acuerdo a la forma que se va a trabajar se recomienda utilizar un recipiente donde la muestra se pueda colocar de manera dispersa para que el secado sea más uniforme.

(70)

La muestra con que se va a trabajar debe ser lo menos alterada y manipulada para evitar posibles pérdidas de humedad y determinaciones erróneas en los resultados.

Se debe tener especial cuidado con la solución reductora de calor, pues si ésta presenta una turbiedad debe sustituirse por una nueva para evitar su cristalización, ya que dichos cristales pueden adherirse a la muestra y cambiar los resultados.

(71)

5. CONCLUSIONES

Al realizar el ensayo de humedad a las muestras, y considerando que se variaron la forma y el peso de las mismas, se puede concluir que éstas no afectan los resultados de los ensayos en los hornos microondas y convencional, estas consideraciones son validas siempre y cuando al utilizar el horno microondas se conserven la temperatura del ensayo, ya que no debe exceder los 110º C, la potencia del horno se mantenga en 420 watts, además se utilice un reductor de calor, todo esto para garantizar que la muestra no se sobrecaliente y los resultados del contenido de humedad no sean mayores a los reales.

En cuanto a los tiempos estimados para el secado de las muestras en el horno microondas es importante mencionar que a mayor contenido de humedad se necesitó más tiempo para su secado, finalmente se debe considerar la posibilidad de cortar y esparcir las muestras muy grandes, ya que puede ocurrir que los resultados del contenido de humedad del suelo sean mayores debido a que la superficie que es la que primero se seca, presente un posible sobrecalentamiento debido a la constante exposición al calor del microondas durante el tiempo de secado total de la muestra.

(72)

Finalmente el tiempo máximo de secado fue de 32 min. para un peso de 150 g, demostrando que es mucho mejor trabajar con el horno microondas con el propósito de obtener resultados más rápidos y de muy buena confiabilidad.

(73)

6. RECOMENDACIONES

Realizar una investigación en la que se analicen los resultados del ensayo de humedad en suelos finos, secando las muestras con un tiempo fijo 32 minutos, para determinar si hay alguna alteración en el contenido de humedad del suelo y para evaluar el tiempo máximo de secado.

Realizar ensayos de humedad en horno microondas sin el reductor de calor de manera que se puedan evaluar las diferencias en los resultados de los ensayos con respecto a los resultados en horno convencional.

(74)

BIBLIOGRAFÍA

ANGELONE, Silvia. MARTINEZ, Fernando. AIRASCA, Fernanda. Determinación del contenido de humedad de suelos en horno microondas. [en línea]. Disponible en: <http://fceia.unr.edu.ar/secyt/rt/2003/RT-ID03011.pdf>.

ASTM D 4643-00, Standart test method for “Determination of water (moisture) content of soil by microwave oven heating”. ASTM Book of standards, volume 04.08, March 2001. Soil and Rock (I).

Biblioteca de Consulta Microsoft Encarta 2006. Software interactivo.

BOWLES, Joseph E. Propiedades Geofísicas de los Suelos. 1 ed. Bogotá: McGraw Hill, 1982. p 38.

GÁMEZ, Claudia; HILARIÓN, Diana. Determinación de la humedad en suelos granulares utilizando horno microondas y comparación de los resultados con el método tradicional. 2006.

(75)

IGLESIAS, Celso. Mecánica del suelo. 1 ed. Madrid: Editorial Sintesis, 2006. p 133.

INSTITUTO NACIONAL DE VIAS INVIAS. NORMAS DE ENSAYO DE MATERIALES PARA CARRETERAS. Tomo 1. Santa Fe de Bogotá, D.C. 1998.

JIMENEZ SALAS, J. A. Geotecnia y Cimientos I (propiedades de los suelos y de las rocas). 2 ed. España: Editorial Rueda, 1975. p 81.

JUAREZ BADILLO, Eulalio; RICO RODRIGUEZ, Alfonso. Mecánica de Suelos. 3 ed. México D.F.: Limusa, 1985. 61 – 123 - 147 p.

RUIZ SARAY, Rosa Amparo. Estructura para la presentación escrita de los informes del Proyecto de Integrador. En: ASESORÍA METODOLÓGICA (1°: 2003: Bogotá) memorias de la primera asesoría metodológica para la presentación de informes del Proyecto Integrador. Bogotá: U.S.B, 2003. 15 p.

SANTOS, Johana; PINTO, Andrés; CARREÑO, Cesar. Análisis comparativo de los resultados obtenidos en ensayos de humedad natural y caracterización sobre muestras de suelos finos secados en horno microondas Vs el método tradicional. 2007.

(76)

ANEXO A. COSTOS TOTALES DE LA INVESTIGACIÓN

RECURSOS MATERIALES

Para la realización del proyecto los recursos necesarios fueron:

CONCEPTO UNIDAD CANTIDAD VALOR UNITARIO VALOR TOTAL Resma papel bond

tamaño carta Und 1 $ 9.000,00 $ 9.000,00 Fotocopias Und 100 $ 50,00 $ 5.000,00 Impresiones Und 200 $ 300,00 $ 60.000,00 Muestras de suelo Und 10 $ 50.000,00 $ 500.000,00 TOTAL RECURSOS MATERIALES $ 574.000,00

RECURSOS INSTITUCIONALES

El recurso institucional para este proyecto fue la Universidad de la Salle.

RECURSOS TECNOLÓGICOS

Los recursos tecnológicos utilizados en este proyecto fueron:

CONCEPTO UNIDAD CANTIDAD VALOR UNITARIO VALOR TOTAL Horno microondas Global 1 $ 120.000,00 $ 120.000,00 Cámara fotográfica digital Global 1 $ 450.000,00 $ 450.000,00 Computador Und 1 $ 550.000,00 $ 550.000,00 Impresora Und 1 $ 130.000,00 $ 130.000,00 TOTAL RECURSOS TECNOLÓGICOS $ 1’250.000,00

(77)

RECURSOS HUMANOS

Los recursos humanos que formaron parte del proyecto son:

CARGO ENCARGADOS No. Horas Valor Total

Investigadores principales Estudiantes de proyecto

de grado 32 ---

Coinvestigadores

Director temático 32 $ 138.000,00 Asesor metodológico 32 $ 148.148,00

Colaborador Laboratorista 5 $ 100.000,00 TOTAL RECURSOS HUMANOS $ 386.148,00

Valor asumido por la Universidad de La Salle, según acuerdo No. 157 de Diciembre del 2008, art. 8. Siempre y cuando el docente no sea de tiempo, en este caso el valor es asumido por la Universidad de La Salle según contrato laboral.

(78)

RECURSOS FINANCIEROS

El total de los recursos financieros requeridos para el desarrollo de la investigación:

RUBROS FUENTES DE FINANCIACIÓN UNIVERSIDAD DE LA SALLE FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL ESTUDIANTES TOTAL Recursos humanos $ 386.148,00 $ 386.148,00 Recursos materiales $ 5 74.000,00 $ 574.000,00 Recursos tecnológicos $ 1’250.000,00 $ 1’250.000,00 Subtotal $ 386.148,00 $ 1’824.000,00 $ 2’210.148,00 Imprevistos (5%) $ 91.200,00 $ 110.507,40 TOTAL $ 386.148,00 $ 1’915.200,00 $ 2’320.655,40 TOTAL RECURSOS FINANCIEROS $ 2’301.348,00

(79)

ANEXO B. FORMATO ENSAYO CONTENIDO DE HUMEDAD

UNIVERSIDAD DE LA SALLE FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL LABORATORIO DE MECÁNICA DE SUELOS

CONTENIDO DE HUMEDAD

PROFUNDIDAD: FORMA:

PROYECTO: TUBO SHELLBY

DESCRIPCIÓN HORNO

CONVENCIONAL

HORNO MICROONDAS Peso de la muestra

Peso del recipiente (g) Peso suelo húmedo +rec. (g) Peso suelo seco + rec. (g) Contenido de humedad (%) Tiempo de secado

% error

UNIVERSIDAD DE LA SALLE FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL LABORATORIO DE MECÁNICA DE SUELOS

CONTENIDO DE HUMEDAD

PROFUNDIDAD: FORMA:

PROYECTO: TUBO SHELLBY

DESCRIPCIÓN HORNO

CONVENCIONAL

HORNO MICROONDAS Peso de la muestra

Peso del recipiente (g) Peso suelo húmedo +rec. (g) Peso suelo seco + rec. (g) Contenido de humedad (%) Tiempo de secado

(80)

ANEXO C. FORMATO ENSAYO LÍMITES DE CONSISTENCIA

UNIVERSIDAD DE LA SALLE FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

LABORATORIO DE MECÁNICA DE SUELOS LÍMITES DE CONSISTENCIA TIPO DE ENSAYO LOCALIZACIÓN DEL PROYECTO: MUESTRA NO. PROFUNDIDAD (m):

DETERMINACIÓN DEL LÍMITE LÍQUIDO

Prueba No. 1 2 3

Recipiente No.

Peso recipiente+suelo húmedo Peso recipiente+suelo seco

Peso recipiente Peso suelo seco Peso de agua Número de golpes Contenido de humedad % % error Límite líquido Límite plástico Índice de plasticidad clasificación

DETERMINACIÓN DEL LÍMITE PLÁSTICO

Prueba No. 1 2

Recipiente No.

Peso recipiente+suelo húmedo

Peso recipiente+suelo seco

Peso recipiente

Peso suelo seco

Peso de agua Contenido de humedad % Límite Líquido 1,00 1,20 e n %

Referencias

Documento similar

La campaña ha consistido en la revisión del etiquetado e instrucciones de uso de todos los ter- mómetros digitales comunicados, así como de la documentación técnica adicional de

En la base de datos de seguridad combinados de IMFINZI en monoterapia, se produjo insuficiencia suprarrenal inmunomediada en 14 (0,5%) pacientes, incluido Grado 3 en 3

En un estudio clínico en niños y adolescentes de 10-24 años de edad con diabetes mellitus tipo 2, 39 pacientes fueron aleatorizados a dapagliflozina 10 mg y 33 a placebo,

Debido al riesgo de producir malformaciones congénitas graves, en la Unión Europea se han establecido una serie de requisitos para su prescripción y dispensación con un Plan

Como medida de precaución, puesto que talidomida se encuentra en el semen, todos los pacientes varones deben usar preservativos durante el tratamiento, durante la interrupción

E Clamades andaua sienpre sobre el caua- 11o de madera, y en poco tienpo fue tan lexos, que el no sabia en donde estaña; pero el tomo muy gran esfuergo en si, y pensó yendo assi

Administration of darolutamide (600 mg twice daily for 5 days) prior to co-administration of a single dose of rosuvastatin (5 mg) together with food resulted in approximately

A treatment effect in favour of luspatercept over placebo was observed in most subgroups analysed using transfusion independence ≥12 weeks (during week 1 to week 24),