DETERMINACIÓN DE LA SUPERFICIE ESPECIFÍCA EN SUELOS ... · 7 1.9.4 I.N.V. E-128-13 Determinación...

DETERMINACIÓN DE LA SUPERFICIE ESPECIFÍCA EN SUELOS CAOLINÍTICOS Y BENTONÍTICOS MEDIANTE LA APLICACIÓN DE ADSORCIÓN DE AZUL DE METILENO APLICANDO DIFERENTES

GRADIENTES TÉRMICOS.

CRISTIAN GEOVANNY BARBOSA BASTO - 504453

STID ANDERSON ROMERO CAJAMARCA – 504420

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL

BOGOTÁ D.C.

2017

DETERMINACIÓN DE LA SUPERFICIE ESPECIFÍCA EN SUELOS CAOLINÍTICOS Y BENTONÍTICOS MEDIANTE LA APLICACIÓN DE ADSORCIÓN DE AZUL DE METILENO APLICANDO DIFERENTES

GRADIENTES TÉRMICOS.

CRISTIAN GEOVANNY BARBOSA BASTO - 504453

STID ANDERSON ROMERO CAJAMARCA – 504420

Trabajo de grado para optar al título de Ingeniero Civil

Director

JUAN CARLOS RUGE CÁRDENAS

Ingeniero Civil

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL

BOGOTÁ D.C.

2017

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Nota de aceptación

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____________________________

Director de Investigación Ing. Juan Carlos Ruge Cárdenas

____________________________

Jurado

____________________________

Jurado

Bogotá D.C. Marzo de 2017

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A DIOS, a mis padres que han sido mi motor

Y mi apoyo en estos años, por brindarme con esfuerzo

Y cariño la oportunidad de alcanzar mis metas,

Por enseñarme que la dedicación y el esmero

Son la base para conseguir lo que me proponga.

A mis hermanos a mi abuela y a mi tía, por darme

Animo y apoyo cuando quise rendirme, y a mis

Amigos compañeros de luchas y triunfos.

Al ingeniero ruge por su orientación y apoyo.

Anderson.

A Dios agradezco por concederme la fortuna de tener una excelente madre, quien me brindo

con amor y esfuerzo la oportunidad de alcanzar mis sueños y metas, por enseñarme que con dedicación y esfuerzo todo se puede

lograr.

A mi hermano y a mis abuelos por brindarme apoyo en los momentos más difíciles, y por

darme ánimo para continuar, espero seguir contando con su incondicional apoyo.

Cristian

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Contenido

1 GENERALIDADES ......................................................................................... 17

1.1 ANTECEDENTES ..................................................................................... 17

1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ....................................................... 18

1.2.1 Descripción del problema. ..................................................................... 18

1.2.2 Formulación del problema. .................................................................... 18

1.3 OBJETIVOS .............................................................................................. 19

1.3.1 Objetivo general. .................................................................................... 19

1.3.2 Objetivos específicos. ............................................................................ 19

1.4 JUSTIFICACIÓN ....................................................................................... 19

1.5 DELIMITACIÓN ........................................................................................ 20

1.5.1 Espacio. ................................................................................................. 20

1.5.2 Tiempo. .................................................................................................. 20

1.5.3 Contenido. ............................................................................................. 20

1.5.4 Alcance. ................................................................................................. 20

1.6 MARCO REFERENCIAL .......................................................................... 20

1.7 MARCO TEORICO ................................................................................... 20

1.8 MARCO CONCEPTUAL ........................................................................... 22

1.8.1 Determinación de superficie específica con azul de metileno. ............... 22

1.8.2 Consistencia de los suelos. .................................................................. 26

1.8.2.1 Limite líquido. .................................................................................. 27

1.8.2.2 Límite plástico. ................................................................................ 28

1.8.3 Análisis granulométrico por medio del hidrómetro. ............................... 28

1.8.4 Determinación de la gravedad específica. ............................................ 28

1.8.5 Doble capa difusa. ................................................................................. 30

1.9 MARCO NORMATIVO .............................................................................. 31

1.9.1 INV E-125-13 Determinación del límite liquido de los suelos. ................ 31

1.9.2 INV E-126-13 Límite plástico e índice de plasticidad de los suelos. ...... 31

1.9.3 I.N.V. E–123 Determinación de los tamaños de las partículas de los suelos. ............................................................................................................ 31

7

1.9.4 I.N.V. E-128-13 Determinación de la gravedad específica de las partículas sólidas de los suelos y del llenante mineral, empleando un picnómetro con agua. ............................................................................................................... 31

1.10 METODOLOGIA .................................................................................... 32

1.10.1 Tipo de estudio. ................................................................................... 32

1.10.1.1 Preliminares. Se realizó una.......................................................... 32

1.10.1.2 Caracterización de las muestras. Se ............................................. 32

1.10.1.3 Determinación de superficie especifica. ...................................... 32

1.10.1.4 Análisis de información. ................................................................ 33

1.10.1.5 Entregables. .................................................................................. 33

2. ESTUDIOS DE LABORATORIO .................................................................... 34

2.2 BENTONITA ............................................................................................. 35

Superficie especifica .......................................................................... 35

2.3 CAOLÍN .................................................................................................... 37

Superficie especifica .......................................................................... 37

2.4 COTEJO EN TIEMPOS DE EXPOSICIÓN ............................................... 40

Bentonita a 1 y 7 días. ........................................................................ 40

Caolín a 1 y 7 días. ............................................................................ 41

3. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .................................................. 42

4. BIBLIOGRAFÍA .............................................................................................. 44

5. ANEXOS ......................................................................................................... 46

8

ÍNDICE DE FIGURAS.

Figura 1. Equipos y utensilios para el ensayo del Azul de Metileno ....................... 24 Figura 2. Ejemplo del Método de la Mancha de Azul de Metileno ......................... 24

Figura 3. Esquema metodología punto final........................................................... 26 Figura 4. Limites Atterberg ..................................................................................... 27

Figura 5. Doble capa difusa en la cercanía de una partícula de arcilla. ................. 30 Figura 6. Superficie específica Bentonita secada al horno durante un día ............ 36

Figura 7. Superficie específica bentonita secada al horno durante siete días ....... 37 Figura 8. Superficie específica caolín secada al horno durante un día .................. 38

Figura 9. Superficie específica del caolín secada al horno durante siete días ...... 39 Figura 10. Superficie específica de la bentonita .................................................... 40

Figura 11. Superficie específica del caolín............................................................. 41

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ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1. Propiedades físico químicas de los suelos bentoníticos y caoliníticos. .... 34 Tabla 2. Superficie específica Bentonita secada al horno durante un día.............. 35

Tabla 3. Superficie específica Bentonita secada al horno siete días ..................... 36 Tabla 4. Superficie específica Caolín secada al horno durante un día .................. 38

Tabla 5. Superficie específica caolín secada al horno durante siete días .............. 39

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ÍNDICE DE ANEXOS

Anexo 1. Gravedad especifica Bentonita ............................................................... 46 Anexo 2. Gravedad especifica caolín. .................................................................... 47

Anexo 3. Límites de Atterberg bentonita 1 ............................................................. 48 Anexo 4. Límites de Atterberg bentonita 2 ............................................................. 49

Anexo 5. Límites de Atterberg caolín ..................................................................... 50 Anexo 6.Granulometría por hidrómetro bentonita .................................................. 51

Anexo 7.Granulometría por hidrómetro Caolín ...................................................... 53 Anexo 8. Registro fotográfico límites del caolín ..................................................... 55

Anexo 9. Registro fotográfico limite líquido bentonita ............................................ 55 Anexo 10. Registro fotográfico limite plástico bentonita. ........................................ 56

Anexo 11. Registro fotográfico limite líquido caolín ............................................... 56 Anexo 12. Registro fotográfico granulometría por hidrómetro................................ 57

Anexo 13. Registro fotográfico granulometría por hidrómetro................................ 57 Anexo 14. Registro fotográfico muestra granulometría por hidrómetro secado al horno ...................................................................................................................... 58 Anexo 15. Registro fotográfico determinación de gravedad específica ................ 58

Anexo 16. Registro fotográfico calibración picnómetro. ......................................... 59 Anexo 17. Registro fotográfico muestra gravedad específica secado al horno...... 59

Anexo 18. Registro fotográfico montaje bureta para determinación de adsorción de azul de metileno. ................................................................................................... 60

Anexo 19. Registró fotográfico mezcla con azul de metileno. ................................ 60 Anexo 20. Registro fotográfico adsorción de azul metileno en bentonita secada un día a temperatura ambiente. .................................................................................. 61 Anexo 21. Registro fotográfico adsorción de azul metileno en bentonita secada un día a temperatura 100°c ........................................................................................ 61 Anexo 22. Registro fotográfico adsorción de azul metileno en bentonita secada un día a temperatura 200°c ........................................................................................ 62 Anexo 23. Registro fotográfico adsorción de azul metileno en bentonita secada un día a temperatura 250°c ........................................................................................ 62 Anexo 24. Registro fotográfico adsorción de azul metileno en bentonita secada siete días a temperatura 100°c. ...................................................................................... 63 Anexo 25. Registro fotográfico adsorción de azul metileno en bentonita secada siete días a temperatura 200°c. ...................................................................................... 63 Anexo 26. Registro fotográfico adsorción de azul metileno en bentonita secada siete días a temperatura 250°c. ...................................................................................... 64 Anexo 27. Registro fotográfico adsorción de azul metileno en caolín secada un día a temperatura ambiente. ........................................................................................ 64

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Anexo 28. Registro fotográfico adsorción de azul metileno en caolín secada un día a temperatura 100°c. ............................................................................................. 65 Anexo 29. Registro fotográfico adsorción de azul metileno en caolín secada un día a temperatura 200°c. ............................................................................................. 65 Anexo 30. Registro fotográfico adsorción de azul metileno en caolín secada un día a temperatura 250°c. ............................................................................................. 66 Anexo 31. Registro fotográfico adsorción de azul metileno en caolín secada siete días a temperatura 100°c. ...................................................................................... 66 Anexo 32. Registro fotográfico adsorción de azul metileno en caolín secada siete días a temperatura 200°c. ...................................................................................... 67 Anexo 33. Registro fotográfico adsorción de azul metileno en caolín secada siete días a temperatura 250°c. ...................................................................................... 67

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GLOSARIO

ADSORCIÓN: Capacidad especial de ciertos sólidos para hacer que sustancias

específicas de una solución se concentren en su superficie sólida.

ARCILLAS: Material constituido por agregados de silicatos de aluminio hidratados, procedentes de la descomposición de minerales de aluminio. Presenta diversas coloraciones según las impurezas que contiene, siendo blanca cuando es pura. Surge de la descomposición de rocas que contienen feldespato, originada en un

proceso natural que dura decenas de miles de años.

AZUL DE METILENO: también llamado cloruro de metiltionina, es un compuesto

orgánico ampliamente usado en la rama médica como desinfectante y en la ingeniería es usado para la determinación de la superficie específica en suelos de

partículas finas (arenas y gravas).

BENTONITA: Es una roca compuesta por más de un tipo de minerales, aunque son las esmectitas sus constituyentes esenciales y las que le confieren sus propiedades

características.

CAOLÍN: Es una roca que contiene una cierta proporción de minerales del grupo caolín, que puede ser extraída y concentrada. Es generalmente una arcosa o arena caolínifera, granito o gneis caolinizado, que es necesario para enriquecer en minerales del grupo caolín. Se trata de una arcilla compuesta, fundamentalmente,

de minerales del grupo del caolín

INDICE DE PLASTICIDAD: Define el campo plástico de un suelo y representa el

porcentaje de humedad que deben tener las arcillas para conservarse en estado plástico. Este valor permite determinar los parámetros de asentamiento de un suelo

y su expansión potencial.

LÍMITE LÍQUIDO: El limite liquido en un suelo es el contenido de humedad expresado en porcentaje del suelo secado en el horno, cuando esté se halla en el límite entre el estado líquido y el estado plástico. Para su determinación se utiliza la cazuela de bronce de Casagrande.

LÍMITE PLASTICO: El limite plástico de un suelo es el contenido más bajo de agua

expresado como un porcentaje de la masa seca del suelo, dentro del cual el material está en un estado plástico. Este índice corresponde a la diferencia numérica entre

el límite líquido y el límite plástico del suelo.

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PLASTICIDAD: Es la capacidad de deformarse sin agrietarse ante un esfuerzo

mecánico conservando la deformación al retirarse la carga.

SUPERFICIE ESPECÍFICA: se denomina como el área de la superficie por unidad de masa (m2 /g). Constituye la suma del área de la superficie de todas las partículas

que forman un gramo de materia

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RESUMEN

Las arcillas siempre han tenido un amplio campo de investigación gracias a sus propiedades físicas que le otorgan características variables. La naturaleza de las arcillas es de carácter expansivo y plástico, lo que se relaciona directamente con la capacidad de adsorción. Algunas de las arcillas con mayor aplicación en el campo ingenieril son la bentonita y la caolinita, la caolinita es una arcilla formada por una lámina de silicio y de aluminio, son arcillas estables debido a que las moléculas que la constituyen no permiten la fácil entrada de agua, la bentonita es una arcilla de origen volcánico, con alto contenido de silicio, posee alta capacidad de adsorción gracias a su elevada superficie especifica.

Una de las características más importantes de las arcillas es la superficie específica, la cual se define como la relación área-peso entre partículas (m2/g).

En el presente trabajo se determinó la superficie específica de las muestras de suelo bentonita y caolín mediante la adsorción de azul de metileno sometiéndolas a diferentes gradientes térmicos durante uno y siete días, además se realizaron ensayos de índices de plasticidad, granulometría por hidrómetro y gravedad específica para conocer sus propiedades físicas más relevantes.

Los resultados de superficie específica de la bentonita indican que es un material con gran capacidad de adsorción debido a que los valores superficie específica de este material sometiéndolo a diferentes gradientes térmicos oscilan entre 337,5 y 576,8 m²/g, mientras que el caolín, su capacidad de adsorción es un poco más baja debido a que sus valores de superficie específica varían entre 76,08 y 153,4 m²/g.

Con los ensayos de caracterización de las muestras se pudo evaluar que el comportamiento de las arcillas está relacionado intensamente con su capacidad de intercambio catiónico, por lo tanto, debido a esto y su contextura arcillosa, tiene gran capacidad de adsorción.

PALABRAS CLAVES: ADSORCIÓN, ARCILLAS, AZUL DE METILENO,

PLASTICIDAD, SUPERFICIE ESPECÍFICA

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ABSTRACT

Clays have always had a wide researching field due to it´s physical properties that give it variable characteristics. The nature of the clays is expansive and plastic, a property directly related to the adsorption capacity. Some clays with most of the engineering applications are bentonite and kaolinite, kaolinite is a clay mineral formed by a sheet of silicon and aluminum, they are stable clays because due its molecules that constitute it do not allow easy entry Of water, bentonite is a clay mineral of volcanic origin, with high content of silicon, has high capacity of adsorption thanks to its high specific surface.

One of the most important characteristics of clays is the specific surface area, which

is defined as the area-to-weight ratio between particles (m2 /g).

In the present work, the specific surface of bentonite and kaolin soil samples was determined by the adsorption of methylene blue by subjecting it to different thermal gradients for one and seven days. Plasticity index, hydrometer granulometry and gravity Specific to know its most relevant physical properties.

The results of specific surface of the bentonite indicate that it is a material with great capacity of adsorption due to the resultant surface specific values of samples exposed to different thermal gradients oscillating between 337, 5 and 576,8 m² / g whereas, in kaolin, adsorption capacity is lesser due to its specific surface values

wich vary between 76.08 and 153.4 m² / g.

With the characterization, tests of the samples it was possible to evaluate that the behavior of the clays is strongly related to their capacity of cation exchange because

of their clay structure have a great capacity of adsorption.

KEY WORDS: ADSORTION, CLAYS, METHYLENE BLUE, PLASTICITY,

SPECIFIC SURFACE

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INTRODUCCIÒN

En el ámbito nacional, la variedad de la conformación geológica, topográfica y climática de Colombia explica, en gran medida, la diversidad de los minerales arcillosos en sus suelos, se han encontrado yacimientos de arcilla con alto contenido de esmectita y caolinita a lo largo de la cordillera central, en los municipios de Tolima, Caldas y valle del Cauca. Siendo este último, el principal sector de explotación y comercialización de arcillas bentonitas en Colombia.

Como dice Jiménez1, las arcillas abarcan un grupo de minerales con morfología laminar cuyas propiedades fisicoquímicas dependen de su estructura interlaminar y su tamaño de grano (inferior a 2 μm). Como consecuencia de estos factores las arcillas presentan variaciones en su espacio interlaminar con estado variable de

hidratación, lo que hace que presenten un valor elevado del área superficial.

La superficie especifica de una arcilla, es la relación entre la superficie (interna más externa) de una partícula (Sc) y su masa (m). Actualmente existen registros de superficie especifica en arcillas, los cuales se determinaron mediante el método de adsorción de agua, algunos de estos valores son: Caolinita hasta 50m2/g, bentonita 80–160 m2/g, Montmorillonita 80-300 m2/g y Sepiolita 100-240 m2/g. Debido a que los registros de bentonitas datan del año 1997 proporcionados por la Universidad Nacional no existen registros actuales de superficie especifica de bentonitas en Colombia, este proyecto investigativo proporcionó datos para futuras

investigaciones.

Las arcillas bentonitas se emplean para la preparación de membranas impermeables y para la estabilización de túneles o excavaciones, debido a su gran capacidad de adsorción e hinchamiento. Mientras que las arcillas caolinitas se usan en la fabricación de materiales cerámicos y refractarios.

En el desarrollo del proyecto se interpretaron los resultados obtenidos en los ensayos usados para la determinación de superficie especifica en suelos arcillosos (caolinita y bentonita) mediante el ensayo de “adsorción de azul de metileno”, los procesos térmicos a los que se sometieron las arcillas fueron: 14,100,200, y 250 (°C), durante uno y siete días, debido a que a temperaturas altas la estructura cristalina de las arcillas se modifica de manera radical, disminuyendo la capacidad de absorción y permitiendo alcanzar un aumento en la resistencia y baja plasticidad. Como complemento se realizaron ensayos de caracterización (índices de plasticidad, gravedad específica y análisis granulométrico por hidrómetro), de ambas arcillas para conocer sus propiedades físicas más relevantes.

1 Jiménez Chappotin, Rafael y Crespo Castillo, Rayda. 2013. “Caracterizacion de aridos finos y

meinerales arcillosos con el empleo del azul de metileno como herramients para la clasificación”. [En línea] 2013. [Citado el: 11 de Octubre de 2016.]

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1 GENERALIDADES

1.1 ANTECEDENTES El fenómeno de superficie especifica fue observado en la década de los 70 donde comenzó a utilizarse el método de adsorción por azul de metileno propuesto por Tran Ngoc Lan (1977), el cual se basaba en la adsorción de la molécula de azul de

metileno para determinar la capacidad de intercambio catiónico de las arcillas.

Mediante el método de adsorción por azul de metileno, se comprobó que la capacidad de adsorción de una molécula de azul de metileno en un gramo de arcilla ocupa un área de 130 Armstrong (Á), por lo que permite medir la superficie especifica de las arcillas, la cual varia para cada mineral arcilloso, estos trabajos fueron elaborados por Tran Ngoc Lan (1981) y Schaeffner (1989) en el Laboratorio Central de Pontes et Choussées en Francia, los cuales permitieron extenderse a varios países para determinar las cantidades relativas de arcilla extensibles en materiales granulares y áridos finos que pasan el tamiz 200, basadas sobre las diferencias en la adsorción de azul de metileno entre las muestras.2

En el año 1997 la revista colombiana de química presentó un artículo llamado “superficie específica de una bentonita mediante la adsorción de azul de metileno” donde se estudió la determinación de la superficie especifica de una bentonita colombiana procedente del Valle del Cauca, mediante la adsorción de azul de metileno, comparando este método con el de la adsorción de nitrógeno. Según Pinzón3 en el ensayo se realizaron varias pruebas para encontrar las condiciones más apropiadas tales como: cantidad de adsorbente y rango de concentración del

azul de metileno que permitieron obtener las isotermas de adsorción.

Otro procedimiento con el método de azul de metileno fue desarrollado por Torres4 en Puerto Vallarta México en el año 2014 presentado por la Academia Mexicana de Investigación y Docencia de Ingeniería química A.C (AMIDIQ) donde presento el informe llamado “estudio de la capacidad de adsorción de azul de metileno de

2 Jiménez Chappotin, Rafael y Crespo Castillo, Rayda. op. cit, p.15 3 Pinzon rosas, Alba Janeth. 2012. Universidad Nacional Abierta y a Distancia. Contenido en linea. [En línea]

Julio de 2012. [Citado el: 19 de Octubre de 2016.] http://datateca.unad.edu.co/contenidos/401548/CONTENIDO_EN_LINEA/index.html. 4 Torres Ochoa, J.A y Jiménez Islas, Hugo. 2014. “Estudio de la capacidad de adsorción de azul

de metileno de arcillas minerales modificadas térmicamente”. Academia Mexicana de Investigación y Docencia en Ingenieria Quimica A.C. Puerto Vallarta : s.n., 2014.

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arcillas minerales térmicamente” cuyo enfoque estuvo dirigido a la capacidad de adsorción de dos arcillas, (caolinita y Montmorillonita) provenientes del Estado de Guanajuato, los procesos térmicos a los que se sometieron las arcillas fueron: 200, 500, 800 y 1000°c, dado que el tratamiento térmico disminuye la capacidad de adsorción debido a las reestructuraciones generadas por la deshidratación.

1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.2.1 Descripción del problema. La superficie específica es una característica

mineralógica de las arcillas, la cual nos indica que por cada partícula de arcilla se obtiene una superficie específica distinta, que corresponde a la relación área-peso

entre partículas. Esta propiedad tiene su unidad como m²/g.

Debido al tamaño pequeño de las partículas de arcilla, estas poseen una elevada superficie específica que es importante en ciertos usos industriales como por ejemplo en la maleabilidad que posee un suelo arcilloso en presencia de agua para la producción de un ladrillo. En la producción del ladrillo se debe tener en cuenta la temperatura, debido a que el ladrillo a altas temperaturas cambia su comportamiento convirtiéndose en un material muy estable, el cual es usado en el campo de la construcción y como soporte de algún tipo de carga.

Además se debe tener en cuenta un fenómeno que es directamente proporcional a la adsorción y es la plasticidad, debido a que la partícula de arcilla está rodeada por moléculas de agua fuertemente atraídas, que tienen libre movimiento alrededor de la superficie, pero cuando la superficie especifica de la arcilla es mayor, la carga negativa aumenta, presentando una atracción de cationes de hidrogeno es decir el suelo tendrá una gran capacidad de adsorción formando la doble capa difusa (capa que se forma después de la capa de agua adsorbida).

Partiendo del fenómeno de plasticidad en una arcilla, se genera una correlación directa con el concepto de doble capa difusa ,debido a que entre más grande sea el valor de doble capa difusa, el suelo será más plástico y a su vez tendrá mayor posibilidad deformarse sin agrietarse ante un esfuerzo mecánico, conservando la deformación al retirarse la carga.

En los ensayos de laboratorio se sometieron dos tipos de arcillas: bentonita y caolín a diferentes gradientes térmicos altos de temperatura, para cambiar la estructura cristalina de las arcillas y así determinar la superficie específica, empleando el azul de metileno como soluto. Como dato relevante se toma en cuenta que una molécula de azul de metileno rodea un área de 1.3 nm2de arcilla seca. 1.2.2 Formulación del problema. ¿Es posible medir la variación de la superficie específica mediante la aplicación de diferentes gradientes térmicos en suelos

bentoníticos y caoliníticos?

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1.3 OBJETIVOS

1.3.1 Objetivo general.

Determinar la superficie especifica de muestras de arcilla caolinita y bentonita con el método de adsorción de azul de metileno a diferentes gradientes térmicos para establecer valores experimentales de área superficial en arcillas.

1.3.2 Objetivos específicos.

Caracterizar las muestras de arcillas mediante los ensayos de límites de consistencia y granulometría por hidrómetro, los cuales involucren arcillas Caolinitas y Bentonitas.

Analizar la capacidad de adsorción de azul de metileno en arcillas a diferentes gradientes térmicos para determinar superficie específica para identificar las condiciones físicas de las muestras.

Comparar valores de superficie de los suelos caoliníticos y bentoníticos para establecer cual tiene mayor área superficial.

1.4 JUSTIFICACIÓN La determinación de la superficie especifica al no ser identificada mediante una clasificación visual o índices que se definan en los ensayos de análisis granulométrico, se debe establecer mediante estudios con características de adsorción e hidratación, como es el caso particular del método de adsorción por

azul de metileno.

Por consiguiente, este trabajo de investigación es viable ya que promoverá la importancia e investigación de la superficie especifica en suelos arcillosos especialmente Bentonitas y Caolinitas en el país, ya que solo se tiene registros de investigación de adsorción por azul de metileno en bentonitas cuyo valor fue 34 m2/g obtenidos por el departamento de química de la universidad nacional de Colombia, sede Bogotá en el año 1997. Además al trabajar con diferentes gradientes de temperatura se tiene una mayor información que puede usarse como

marco de referencia para lugares con variación de pisos térmicos.

Así mismo contribuye al conocimiento de conceptos acerca de la superficie específica de un suelo arcilloso mediante el método de adsorción por azul de metileno debido a que este método tiene bajo reconocimiento a nivel mundial, indicando con los resultados obtenidos las diferentes pruebas desarrolladas y estableciendo la mejor forma de determinar la superficie especifica de la arcillas. Finalmente, este proyecto beneficia a la comunidad investigativa del área de geotecnia ya que establece un antecedente para futuras investigaciones acerca de la superficie específica de las arcillas en la universidad católica de Colombia.

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1.5 DELIMITACIÓN

1.5.1 Espacio. La limitación giro en torno a la falencia de herramientas del

laboratorio de suelos de la universidad, como la facilidad de un horno con alta capacidad de temperatura que nos hubiera permitido incrementar el rango de gradientes térmicos de 250 a 1000 °C, con el fin de analizar las variaciones fisicoquímicas de las arcillas a temperaturas extremas. 1.5.2 Tiempo. El factor tiempo en el desarrollo tanto del equipo como del trabajo

fue limitado, ya que solo se dispuso de 1 horno para el desarrollo del proyecto lo que conllevo a periodos de exposición de las muestras en el horno relativamente cortas. 1.5.3 Contenido. El estudio se limitó a la determinación de superficie específica mediante la adsorción de azul de metileno de las arcillas bentoníticas y caoliníticas sometiéndolas a diferentes gradientes térmicos. Así mismo se desarrollaron ensayos de límites de consistencia, granulometría por hidrómetro y gravedad específica para la caracterización de los materiales. 1.5.4 Alcance. El alcance del proyecto está relacionado con el objetivo general debido a que busca determinar la superficie específica a diferentes gradientes térmicos por medio de la utilización de los laboratorios y sus diferentes equipos, permitiendo el uso de la información investigada anteriormente y el desarrollo del ensayo con el fin de terminar las características físicas del suelo el cual incluye superficie especifica.

El proyecto entregará un análisis de los valores determinados de las muestras de arcilla, a través de los medios mencionados anteriormente, además ayudara a la formación profesional de los estudiantes y al área investigativa de la universidad emitiendo fortaleza en estas áreas del conocimiento.

1.6 MARCO REFERENCIAL 1.7 MARCO TEORICO

Uno de los principales problemas que se tienen a la hora de trabajar con materiales finos es su caracterización geológico frente a los diferentes grados de humedad que pueda contener los suelos a trabajar. Existe una gran variedad me métodos de clasificación de suelos como: granulometría, determinación de terrones de arcillas, equivalente de arena y límites de Atterberg. Los cuales están bien definidos teóricamente, pero que presentan limitaciones en cuanto a la relación directa de las propiedades físico químicas de las partículas, además de ser metodologías que basan sus resultados con base a la experiencia del operador.

21

Dado que la mira central de esta investigación estuvo puesta en la clasificación de suelos arcillosos (bentonita y caolinita), mediante la metodología de adsorción por azul de metileno, fue necesario abordar algunos parámetros de caracterización de suelos arcillosos implementados por diversos autores, que sirvieron de ejes conceptuales que fueron imperativos para apoyar el cuerpo y desarrollo de la

metodología a trabajar.

Dado la importancia de clasificación de suelos finos con alto contenido de humedad en la ciudad de Madrid, en el años de 1986 se creó un artículo científico denominado “Caracterización de las arcillas por el método del azul de metileno”, elaborado por Calvo5 basado en la propiedad de adsorción de las arcillas, las cuales, al estar presentes en soluciones acuosas de azul de metileno, este es absorbido produciéndose una decoloración en la solución. El proceso que se siguió consistía en usar una porción fina de suelo (Bentonita y Caolín) secadas a una temperatura de 110° C, con una relación de 0,05 g de azul de metileno a 2 g de suelo, añadiéndose agua destilada hasta 150 cm3 de solución, para luego ser agitada y realizar la valoración final hasta conseguir una solución incolora. El resultado final fue de 20 g de azul de metileno por 10 g de muestra para la bentonita contra un 4,2 g de azul de metileno del caolín, observando una alta adsorción de la muestra de bentonita sobre el caolín, gracias a su estructura cristalina que le permite un mayor reordenamiento de partículas permitiendo un alto porcentaje de adsorción.

Dado que para inicios de los años 2000 no se contaba con un procedimiento base para la clasificación de los suelos finos, en el año 2001 los ingenieros Guillermo Narsilio y Guillermo Santamarina publican un artículo denominado “Clasificación de suelos: fundamento físico, practicas actuales y recomendaciones” en la revista Georgia Institute of Technology de Atlanta. En este documento se presenta una discusión de algunos parámetros importantes en el comportamiento de los suelos tales como: la forma de las partículas, el grado de saturación, la relación de vacíos y la superficie específica. Así como una descripción detallada de nuevas técnicas

sencillas y accesibles que facilitan la clasificación de los suelos finos.

Narsilio y Santamarina proponen una descripción de 3 técnicas para la determinación de la superficie especifica: 1. Adsorción de moléculas de una solución- Método aconsejado en suelos expansivos; 2. Adsorción de moléculas en estado gaseoso, como por ejemplo nitrógeno o CO2 y 3. Otras técnicas basadas en propiedades termodinámicas. La técnica de adsorción de azul de metileno pertenece al primer grupo. Es una técnica factible, económica y concisa. Dicha técnica es usada en el desarrollo de este proyecto descrita en la sección 1.10.1.4 de la metodología.

5 Calvo, C, Martinez, G y Páez, J. 1986. “Caracterización de las arcillas por el metodo del azul de metileno”.

Madrid : Geogaceta, 1986.

22

En cuanto a Colombia el primer estudio de superficie específica fue realizado por el ingeniero Jorge Pinzón y publicado mediante un artículo en el año 1997, para la Revista Colombiana de química, el cual lleva por nombre “Superficie especifica de una bentonita mediante la adsorción de azul de metileno”. Pinzón estudio la determinación de la superficie específica de una bentonita, mediante la adsorción de azul de metileno y de la adsorción de nitrógeno para realizar una comparación entre ambos métodos. Para el desarrollo de la parte experimental se secó a 110° C la bentonita por 48 horas, procedió a colocar muestras de 100 mg de bentonita en unas serie de frascos con tapa los cuales contenían una solución de 100 ml de azul de metileno. Los frascos se agitaron por 12 horas y luego se dejaron en reposo a 25°C por 24 horas, para finalmente determinar la concentración por espectrofotometría. Para al adsorción de nitrógeno se empleó el equipo y procedimiento del laboratorio de catálisis del departamento de química de la universidad nacional de Colombia. La superficie específica de un adsorbente se calcula por medio de la ecuación 1.

𝑆 = 𝑋𝑚 ∗ 𝑁𝑜 ∗ 𝑎 [1].

Donde:

S = superficie especifica

Xm = cantidad de adsorbato

No = número de Avogadro

a = superficie cubierta por una molécula

Como resultado se encontraron valores de superficie específica de la bentonita de 80,5, 98,3 y 161 m2/g para la metodología mediante azul de metileno, mientras que para la superficie especifica calculada mediante la adsorción del nitrógeno de 39,28 y 64,3 m2/g. los autores llegaron a la conclusión que los datos obtenido por la metodología de adsorción por nitrógeno no son lógicos ya que deberían ser mayores a los obtenidos por la metodología por azul de metileno.

1.8 MARCO CONCEPTUAL

Para la determinación de superficie especifica en arcillas existen varios métodos para poder identificar la superficie por ejemplo: determinación de superficie especifica con azul de metileno, determinación de superficie especifica con agua, determinación de superficie especifica con nitrógeno, determinación de superficie especifica glicerol, a continuación se presentan los ensayos para caracterizar las muestras de arcilla y determinar la superficie especifica sometiéndolas a diferentes

gradientes térmicos:

1.8.1 Determinación de superficie específica con azul de metileno. Un procedimiento de punto final muy simple basado en la adsorción de azul de metileno

23

se ha adaptado para probar bentonitas en la industria de lodo de perforación (Jones 1964), así como arcillas de cerámica (Nevins y Weintritt, 1967; Pheolps y Harris, 1968).

En este método se hace uso de una solución de azul de metileno añadidos a intervalos y en incrementos de volumen fijo a una suspensión de arcilla hasta que la llamada de punto final corresponde al punto de floculación máximo de la arcilla e indica que se obtiene una cobertura exacta de la superficie de la arcilla. Este método, ideado para supervisar el área de superficie específica de las arcillas en la industria cerámica, fácilmente podría ser utilizado en laboratorios pequeños, incluyendo los de los países menos desarrollados, para obtener evaluaciones

rápidas de la superficie de los suelos6.

La técnica de adsorción de azul de metileno corresponde al grupo de adsorción de moléculas de una solución. Es una técnica sencilla, económica y conveniente para cualquier laboratorio (figura 1). El catión de Azul de Metileno, tiene forma prismática de dimensiones 17Å x 7,6Å x 3,25Å. La superficie máxima cubierta por un catión de AM es 130 Å², aunque puede ser menor dependiendo de la orientación del catión con respecto a la superficie de la arcilla que lo absorbe. Los cationes de una solución acuosa de cloruro azul de metileno (peso molecular 319,87 g/mol,) son absorbidos

por las cargas negativas de la superficie de las arcillas7.

6. Aringheieri, R, y otros. 1992. “Testing a simple methylen blue method for surface area estimation

in sols”. 1992. págs. 224-231.

7 Narsilio, Guillermo A y Santamarina, Carlos. “Clasificación de suelos: fundamento físico,prácticas actuales y recomendaciones”. Georgia Institute of Technology. Atlanta : s.n.

24

Figura 1. Equipos y utensilios para el ensayo del Azul de Metileno

Fuente. Jiménez Chappotin, Rafael y Crespo Castillo, Rayda. 2013.

“Caracterizacion de aridos finos y meinerales arcillosos con el empleo del azul de metileno como herramients para la clasificación”. [En línea] 2013. [Citado el: 11 de

Octubre de 2016.]

En la figura 2, se observa los resultados obtenidos para el método de la mancha de azul de metileno, antes y después de la formación de la aureola, indicando el antes y el después de la saturación de la muestra.

Figura 2. Ejemplo del Método de la Mancha de Azul de Metileno

Fuente. Jiménez Chappotin, Rafael y Crespo Castillo, Rayda. 2013. “Caracterizacion de aridos finos y meinerales arcillosos con el empleo del azul de metileno como herramients para la clasificación”. [En línea] 2013. [Citado el: 11 de Octubre de 2016.]

a) Resultado Negativo, coloreado por un área húmeda

b) Resultado Positivo, coloreado por un halo azul claro

Circulo Coloreado

Aureola

Azul Clara

Mancha Azul

25

El valor de Azul de Metileno se calcula según la norma (INVIAS INV E- 235 -07, valor de azul de metileno en agregados finos y en llenantes minerales) usando la ecuación 2:

𝑀𝐵 =𝑉1

𝑀1∗ 10 [2].

MB = Valor de Azul de metileno para 200 g del material, g/kg

V1 = volumen de la solución de Azul de Metileno añadido, ml

M1 = Masa de la muestra seca de ensayo, g.

El factor 10 de la expresión anterior es el factor de conversión entre el volumen de la solución de azul de metileno y la masa de azul de metileno absorbida por kilogramo de la fracción granulométrica ensayada.

Para determinar la adsorción se llevará a cabo midiendo la concentración de azul de metileno utilizando la técnica de punto final (figura 3) de superficie específica de un adsorbente que se calcula por medio de la ecuación 3:

𝑆𝑒 =1𝑔𝑟

319.79 𝑔𝑟/𝑚𝑜𝑙×

1

200𝑚𝑙× (𝑁 ∗ 0.5𝑚𝑙) ∗ 𝑁𝑎𝑣 ∗ 𝐴𝑎𝑚 ∗

1

10𝑔𝑟 [3].

Dónde:

Nav: 6,022∗ 1023 moléculas/mol es el número Avogadro.

Aam: es el área cubierta por un catión de AM cuyo valor es 1.3 nm2.

26

Figura 3. Esquema metodología punto final

Fuente. Narsilio, Guillermo A y Santamarina, Carlos. “Clasificación de suelos:

fundamento físico,prácticas actuales y recomendaciones”. Georgia Institute of Technology. Atlanta : s.n.

1.8.2 Consistencia de los suelos. Albert Mauritz Atterberg desarrolló un método

para describir la consistencia de los suelos de grano fino con contenidos de agua variable, dependiendo del contenido de agua, la naturaleza del comportamiento del suelo se clasifica arbitrariamente en cuatro estados básicos, denominados sólido, semisólido, plástico, y líquido, (figura 4).

27

Figura 4. Limites Atterberg

Fuente. Braja M., Das. 1985. Fundamentos de ingenieria geotécnica. Sacramento :

Thompson Learning, 1985.

El contenido de agua, en porcentaje, en el que la transición de estado a semisólido tiene lugar, se define como el límite de contracción. El contenido de agua en el punto de transición de estado semisólido a plástico es el límite plástico, y de estado

plástico a líquido es el límite líquido.

1.8.2.1 Limite líquido. La determinación del límite líquido interviene en varios sistemas de clasificación de suelos, dado que contribuye en la caracterización de la fracción fina de los suelos. El límite líquido, solo o en conjunto con el límite plástico y el índice de plasticidad, se usa con otras propiedades del suelo para establecer correlaciones sobre su comportamiento ingenieril, tales como la compresibilidad, la permeabilidad, la compactibilidad, los procesos de expansión y contracción y la

resistencia al corte8.

Se calcula el contenido de agua de cada porción del suelo, expresándolo como

porcentaje de la, masa del suelo secado en el horno como sigue en la ecuación 4:

𝑐𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 =𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎

𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑎𝑑𝑜 𝑎𝑙 ℎ𝑜𝑟𝑛𝑜∗ 100 [4].

8 INVIAS 2013. “Determinación del límite líquido de los suelos” INV E-125-13. BOGOTA : INVIAS,

2013.

28

La curva de fluidez que representa la relación entre el contenido de humedad y el correspondiente número de golpes de la cazuela de bronce, se dibuja en un gráfico semi-logarítmico con el contenido de agua como ordenada en la escala aritmética y el número de golpes como abscisa en la escala logarítmica, la curva de fluidez es una línea recta promedio que pasa tan cerca como sea posible de los tres o más

puntos dibujados.

El contenido de agua correspondiente a la intersección de la curva de fluidez con la abscisa de 25 golpes se toma como límite liquido del suelo y se redondea al número

entero más cercano9.

1.8.2.2 Límite plástico. El limite plástico se determina presionando de manera repetida una pequeña porción de suelo húmedo, a manera de formar rollos de 3.2 mm (1/8”) de diámetro, hasta que su contenido de agua se reduce a un punto en el cual se produce el agrietamiento y /o desmoronamiento en los rollos. El límite plástico es la humedad más baja con la cual se pueden formar rollos de suelo de

este diámetro.

Se calcula del promedio de los dos contenidos de agua y el valor obtenido se redondea al entero más cercano. Este es el valor de límite plástico, luego se calcula

el índice de plasticidad (IP) como sigue en la ecuación 510:

𝐼𝑃 = 𝐿𝐿 − 𝐿𝑃 [5] 1.8.3 Análisis granulométrico por medio del hidrómetro. Este método de prueba cubre las determinaciones cuantitativas de la distribución de tamaño de las partículas de las fracciones finas de los suelos. La distribución de tamaños de partículas más grandes de 75 µm (retenidas en el tamiz No 200) se determina por tamizado, en tanto que la distribución de las partículas más pequeñas que 75 µm se determina por un proceso de sedimentación, usando un hidrómetro que asegure los datos necesarios11. 1.8.4 Determinación de la gravedad específica. La norma incluye dos métodos

para determinar la gravedad específica los cuales son:

Método A- Es el procedimiento utilizado para el ensayo de muestras húmedas. Este es el método preferido y se deberá emplear obligatoriamente para el ensayo de los

9 INVIAS 2013. “Límite plastico e índice de plasticidad de los suelos” INV E-126-13. Bogota : INVIAS,

2013

10 Ibíd., p.26 11 INVIAS 2013. “determinacion de los tamaños de las particulas de los suelos “I.N.V. E – 123 – 13.

Bogota : Invias, 2013.

29

siguientes suelos: suelos finos altamente plásticos; suelos tropicales y suelos que

contengan halloysita.

Método B- Es el procedimiento utilizado para el ensayo de muestras secas. La arcilla está constituida por agregados de silicatos de aluminios hidratados, procedentes de la descomposición de minerales de aluminio. Presenta diversas coloraciones según las impurezas que contiene, siendo blanca cuando es pura. Surge de la descomposición de rocas que contienen feldespato, originada en un proceso natural que dura decenas de miles de años.

Existen varios tipos de arcilla, los más comunes son las Caolinitas y Bentonitas siendo estas el objetivo de investigación. Un caolín es una roca que contiene una cierta proporción de minerales del grupo caolín, que puede ser extraída y concentrada. Es generalmente una arcosa o arena caolínifera, granito o gneis caolinizado, que es necesario para enriquecer en minerales del grupo caolín. Se trata de una arcilla compuesta, fundamentalmente, de minerales del grupo del

caolín12.

Las Bentonitas son un tipo roca compuesta por minerales del grupo de las esmectitas. Los criterios de clasificación utilizados por la industria se basan en su comportamiento y propiedades físico-químicas; así la clasificación industrial más aceptada establece tipos de bentonitas en función de su capacidad de hinchamiento en agua: Bentonitas altamente hinchables o sódicas Bentonitas poco hinchables o cálcicas Bentonitas moderadamente hinchables o intermedias13

Una de las características mineralógicas de las arcillas es la superficie específica que se denomina como el área de la superficie por unidad de masa (m²/g). Constituye la suma del área de la superficie de todas las partículas que forman un

gramo de material.

En el caso de los suelos, según De Santiago14 la superficie de las partículas presenta una alta reactividad físico-química con el medio, lo que implica la existencia de fenómenos como la adsorción de cationes y moléculas de agua o variación de la carga eléctrica y de las fuerzas de atracción-repulsión entre partículas en función del pH, salinidad y temperatura del medio. La fuerte

dependencia que presentan estos fenómenos en función de la superficie específica.

12 Pinzon rosas, Alba Janeth. op. cit, p.27 13 Ibíd., p.28 14 De santiago, Cristina. 2015. La fisisorción de nitrógeno. Fundamentos físicos, normativa, descripción del equipo y procedimiento experimental. CEDEX. 2015.

30

Según Fernández15 la característica física más significativa de las arcillas es la plasticidad, que es la capacidad de deformarse sin agrietarse ante un esfuerzo mecánico conservando la deformación al retirarse la carga. En las arcillas depende fundamentalmente del contenido de agua, si está seca no es plástica, se disgrega, y con exceso de agua se separan las láminas. Depende también del tamaño de partícula y de la estructura laminar. Cuando esta convenientemente humedecida puede adoptar cualquier forma. Esta propiedad se debe a que el agua forma una “envoltura” sobre las partículas laminares, produciendo un efecto lubricante que facilita el deslizamiento de unas partículas sobre otras cuando se ejerce un esfuerzo sobre ellas. La elevada plasticidad de las arcillas es consecuencia de su morfología laminar, tamaño de partícula extremadamente pequeño (elevada área superficial) y

alta capacidad de hinchamiento.

1.8.5 Doble capa difusa. Cuando a una arcilla entra en contacto con agua, alrededor de las partículas de arcilla comenzarán a “flotar” las moléculas de agua polarizadas en forma conjunta con los cationes (figura 5). De esta forma en la fase líquida alrededor de las partículas de arcilla se forma una concentración de cationes y de agua dipolar, formando lo que se conoce como la Doble capa difusa, donde coexiste una elevada concentración de cationes y de aniones en las cercanías de la lámina de arcilla que va perdiendo concentración a medida que se aleja de ella.

Figura 5. Doble capa difusa en la cercanía de una partícula de arcilla.

Fuente. Gómez Burgos, Leslie Alejandra y Parra Cubillos, Yurani. 2015.

“Influencia de fluidos en el comportamiento de la doble capa”. Universidad Catolica de Colombia. Bogota : s.n., 2015.

15 Fernandez Navarro, Jose M. 1962. Plasticidad de las arcillas. Departamento de Silicatos del

Patronato. 1962.

31

1.9 MARCO NORMATIVO

Para el desarrollo del proyecto investigativo se desarrollarán dos métodos de caracterización de las muestras como lo son “índices de plasticidad” y “análisis granulométrico por hidrómetro” los cuales se ejecutarán bajo las normas del “Instituto Nacional de Vías, INVÍAS”.

A continuación, se presentarán las normas que se ejecutarán en el desarrollo del proyecto: 1.9.1 INV E-125-13 Determinación del límite liquido de los suelos. La

metodología de esta norma consiste en procesar las muestras de suelo para remover cualquier porción retenida en el tamiz de 425µm (No. 40). El límite líquido se determina mediante tanteos en los cuales una porción de las muestras se esparce sobre una cazuela de bronce que se divide en dos partes con un Ranurador, permitiendo que esas dos partes fluyan como resultado de los golpes recibidos por la caída repetida de la cazuela sobre una base normalizada. El límite líquido multipunto, método A, 3 o más tanteo sobre un rango de contenidos de agua cuyos resultados se dibujan para establecer una relación a partir de la cual se

determina el límite líquido16.

1.9.2 INV E-126-13 Límite plástico e índice de plasticidad de los suelos. El límite plástico se determina presionando de manera repetida una porción de suelo húmedo, de manera de formar rollos de 3.2 mm (1/8”) de diámetro, hasta que su contenido de agua se reduce a un punto en el cual se produce el agrietamiento y/o desmoronamiento de los rollos. El límite plástico es la humedad más baja con la cual se pueden formar rollo de suelo de este diámetro, sin que ellos se agrieten o desmoronen. El índice de plasticidad se calcula sustrayendo el límite plástico del límite líquido. 1.9.3 I.N.V. E–123 Determinación de los tamaños de las partículas de los suelos. La metodología de este ensayo se basa en el principio de la sedimentación de granos finos de suelo en agua. Cuando un espécimen de suelo se dispersa en agua, las partículas se asientan a diferentes velocidades dependiendo de sus formas, tamaños y pesos. La ley fundamental de que se hace uso en el procedimiento del hidrómetro es debida a Stokes y proporciona una relación entre la velocidad de sedimentación de las partículas del suelo en un flujo y el tamaño de esas partículas. 1.9.4 I.N.V. E-128-13 Determinación de la gravedad específica de las partículas sólidas de los suelos y del llenante mineral, empleando un picnómetro con agua. Este método se utiliza para determinar la gravedad especifica de los suelos

16 INVIAS 2013. op. cit, p.29

32

que pasan el tamiz de 4.75 mm (No. 4) y del llenante mineral de las mezclas asfálticas (filler), empleando un picnómetro. Cuando el suelo contiene partículas mayores que el tamiz de 4.75 mm (No 4), la gravedad especifica de estas se deberá

determinar de acuerdo con el método de ensayo descrito en la norma INV E-22317.

Para la determinación de la superficie específica en muestras de suelo en Colombia no existe una norma que permita ejecutar el desarrollo de la investigación, debido a esto existe la norma internacional ASTM llamada “Método de superficie azul de metileno para correlacionar con propiedades de área específica del suelo.”18.

1.10 METODOLOGIA

1.10.1 Tipo de estudio. Se realizaron varias etapas en el desarrollo de la

investigación las cuales se presentan a continuación. 1.10.1.1 Preliminares. Se realizó una investigación de los métodos empleados para determinar la superficie específica en suelos, e identificar las arcillas con mayor capacidad de adsorción. 1.10.1.2 Caracterización de las muestras. Se caracterizaron las muestras de arcillas por medio del método de límites de Atterberg, granulometría por hidrómetro y gravedad especifica presentados en la sección 1.7.2, 1.7.3 y 1.7.4 del marco teórico “consistencia de los suelos”, “análisis granulométrico por medio del hidrómetro” y “determinación de la gravedad específica”.

1.10.1.3 Determinación de superficie especifica.

1. se sometieron las muestras a cuatro escalones de temperatura, iniciando con una temperatura de 14 “temperatura ambiente en Bogotá” luego a temperaturas de 100, 200, y 250 (°C) durante un día (1) y posteriormente a siete (7) días,

2. transcurridos estos días se preparó una suspensión de suelo mezclando 10 g de material con 30 ml de agua destilada para el caso del caolín. Para la bentonita al ser una arcilla excesivamente absorbente se preparó un suspensión de 5 g de material con 40 mL de agua des ionizada con el fin de que se lograra una suspensión acuosa.

3. se preparó la solución acuosa de Azul de Metileno agregando 1 g de polvo seco de A.M. con 200 mL de agua des ionizada.

4. se agregó la solución de azul de metileno a la suspensión de suelo en incrementos de 0.5 ml

17 INVIAS 2013. op. cit, p.30 18 ASTM INTERNATIONAL. 2007. ASTM INTERNATIONAL. Methylene Blue Surface Area Method

to Correlate with Specific Soil Properties. [En línea] 05 de Septiembre de 2007. [Citado el: 18 de Noviembre de 2016.] https://www.astm.org/DIGITAL_LIBRARY/JOURNALS/GEOTECH/PAGES/GTJ101429.htm.

33

5. se mezcló la suspensión durante un minuto para dar tiempo al catión de azul de metileno de ser adsorbido sobre la superficie del mineral, reemplazando los cationes de la capa difusa

6. se colocó una gota de la suspensión sobre papel filtro, la cual se absorbe por capilaridad formando una marca circular,

7. el ensayo finalizó cuando un halo azul claro se formaba concéntricamente alrededor de la gota sobre el papel. Este punto final indicaba el exceso de azul de metileno en el fluido, es decir, la saturación de la superficie mineral.

8. Por último se registra el número N de incrementos de 0.5 ml de azul de metileno

necesarios para alcanzar el “punto final”.

1.10.1.4 Análisis de información. La evaluación de la adsorción se llevó a cabo midiendo la concentración de azul de metileno utilizando la ecuación 2 de superficie específica de un adsorbente presentado en la sección 3.1.1 “determinación de superficie especifica con azul de metileno” del marco teórico. 1.10.1.5 Entregables. Finalmente se elaboró el documento con análisis de resultados que permitió definir a que gradiente de temperatura se obtiene la menor y mayor superficie específica para los dos tipos de arcillas (caolín y bentonita).

34

2. ESTUDIOS DE LABORATORIO

Los estudios de laboratorio para la caracterización de las muestras se basaron en las normas del instituto nacional de vías (INVIAS) con el fin de elaborar un análisis

e identificación de las muestras ensayadas

En la tabla 1, se puede ver un resumen de las propiedades físicas más importantes de las arcillas caoliníticas y bentoníticas.

Tabla 1. Propiedades físico químicas de los suelos bentoníticos y caoliníticos.

PROPIEDAD TIPO DE SUELO

BENTONITA CAOLIN

GRAVEDAD ESPECIFICA 2,76 2,61

LIMITE LIQUIDO (%) 317 281 74

LIMITE PLÁSTICO (%) 88 60 31

HUMEDAD NATURAL (%) 6,7 6,7 7,2

INDICE PLASTICIDAD (%) 229 220 43 Nota 1: se realizaron 2 ensayos de Atterberg a la bentonita por sus altos niveles de adsorción y su alta dispersión de datos. Véase el anexo 1, gravedad específica bentonita. Véase el anexo 2, gravedad específica caolín. Véase el anexo 3 y 4, Límites de Atterberg bentonita. Véase el anexo 5, Límites de Atterberg caolín.

Fuente: Autores.

Los resultados presentados en la tabla 1. La gravedad específica de la bentonita y caolín, según el libro de fundamentos de ingeniería geotectónica demuestran que las muestras de suelos son arcillosos y limosos debido a que se encuentran en un rango de 2.6 y 2.9 y los valores de gravedad especifica de la bentonita y el caolín fueron de 2.76 y 2.61 respectivamente (véase anexo 1 y 2). Mientras que para los ensayos de Atterberg se obtuvieron una clasificación de suelos arcillosos denso tanto para la bentonita como para el caolín (véase el Anexo 3, 4 y 5)19.

Con los ensayos de granulometría por hidrómetro se ratifica que las muestras de suelo son minerales arcillosos debido a que el tamaño máximo de una partícula limosa o arcillosa es de 75 μ y los tamaños máximos de la bentonita y el caolín

fueron de 46.897 μ y 41.931 μ respectivamente (véase Anexo 6 y 7).

19 Braja M., Das. 1985. FUNDAMENTOS DE INGENIERIA GEOTÉCNICA. Sacramento : Thompson

Learning, 1985.

35

2.2 BENTONITA

Superficie especifica

A continuación, se observa la tabla 2, Con los resultados de superficie especifica obtenidos para la bentonita a 1 día. Tabla 2. Superficie específica Bentonita secada al horno durante un día

BENTONITA SECADA AL HORNO DURANTE UN DIA

TEMPERATURA °C

ml CONSUMIDO

N incrementos de 0.5 ml de AM

SUPERFICIE ESPECIFICA m²/g

14.0 137.5 275.0 337.5

100.0 185.0 370.0 454.0

200.0 190.0 380.0 466.3

250.0 225.0 450.0 552.2

Fuente: Autores.

La tabla 2, es una compilación de los datos obtenidos en los ensayos de laboratorio de adsorción de azul de metileno en Bentonita sometida a cambios de temperatura comprendidos entre 14°C y 250°C durante 24 horas. Se observa que al aumentar la temperatura se genera un incremento en la superficie específica con valores de 337,5 m2/g a una temperatura de 14°C hasta 552,2 m2/g a una temperatura de 250°C. En la figura 6, se observa el aumento de la superficie específica a cambios de temperatura entre 14°C (Temperatura ambiente) y 250°C.

36

Figura 6. Superficie específica Bentonita secada al horno durante un día

Fuente: Autores.

En la figura 6, Se observa que el aumento de la superficie especifica de la muestra sometida a cambios de temperatura comprendidos entre 100°C y 200°C no presenta gran variación en comparación con los aumentos de superficie específica a cambios de temperatura comprendidos entre 14°C y 100°C y las de 200°C y 250°C

respectivamente.

Se identifica que el valor más alto de superficie específica fue de 552,2 m2/g, correspondiente a una temperatura de 250°C. Además, se observa que la bentonita al ser expuesta a mayores escalones de temperatura aumenta su capacidad de adsorción de azul de metileno. A continuación, se puede ver la tabla 3, Con los resultados de superficie específica obtenidos para la Bentonita a 7 días.

Tabla 3. Superficie específica Bentonita secada al horno siete días

BENTONITA SECADA AL HORNO DURANTE SIETE DIAS

TEMPERATURA °C

ml CONSUMIDO

N incrementos de 0.5 ml de AM

SUPERFICIE ESPECIFICA m²/g

14.0 137.5 275.0 337.5

100.0 200.0 400.0 490.9

200.0 225.0 450.0 552.2

250.0 235.0 470.0 576.8

Fuente: Autores.

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

0,0 100,0 200,0 300,0 400,0 500,0 600,0

Tem

per

atu

ra °

c

SUPERFICIE ESPECIFICA (m²/gr)

BENTONITA SECADA AL HORNO DURANTE UN DIA

Superficie específica de labentonita secada al hornodurante un día

37

La tabla 3, es una compilación de los datos obtenidos en los ensayos de laboratorio de adsorción de azul de metileno en bentonita sometida a cambios de temperatura comprendidos entre 14°C Y 250°C durante 7 días. Se observa que al aumentar la temperatura se genera un incremento en la superficie específica con valores de 337.5 m²/g a temperatura ambiente hasta 576.8 m²/g a temperatura de 250°C.

En la figura 7, se observa el aumento de la superficie específica a cambios de

temperatura entre 14°C (temperatura ambiente) y 250°C.

Figura 7. Superficie específica bentonita secada al horno durante siete días

Fuente: Autores.

En la figura 7, se observa que el aumento de la superficie específica de la bentonita sometida a cambios de temperatura comprendidos entre 200°C y 250°C no presenta gran variación respecto al aumento de la superficie específica a cambios de

temperatura comprendidos entre 14°C y 100°C.

Se identifica que el valor más alto de superficie específica fue de 576.8 m2/g, correspondiente a una temperatura de 250°C.

2.3 CAOLÍN

Superficie especifica A continuación, se puede ver la tabla 4, Con los resultados de superficie especifica obtenidos para el caolín a 1 día.

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

0,0 100,0 200,0 300,0 400,0 500,0 600,0 700,0

Tem

per

atu

ra °

C


BENTONITA SECADA AL HORNO DURANTE SIETE DIAS

Superficie especifica de labentonita secada al hornodurante siete dias

38

Tabla 4. Superficie específica Caolín secada al horno durante un día

CAOLIN SECADO AL HORNO DURANTE UN DIA

TEMPERATURA °C

ml CONSUMIDO

N incrementos de 0.5 ml de AM SUPERFICIE

ESPECIFICA m²/g

14.0 125.0 250.0 153.4

100.0 122.0 244.0 149.7

200.0 115.0 230.0 141.1

250.0 65.0 130.0 79.8

Fuente: Autores.

La tabla 4, es una compilación de los datos obtenidos en los ensayos de laboratorio de adsorción de azul de metileno en caolín sometida a cambios de temperatura comprendidos entre 14°C y 250°C durante 24 horas. Se observa que al aumentar la temperatura se genera una disminución en la superficie específica con valores de 153.4 m²/g a temperatura ambiente hasta 79.8 m²/g a una temperatura de 250°C.

En la figura 8, se observa la disminución de la superficie específica a cambios de


Figura 8. Superficie específica caolín secada al horno durante un día

Fuente: Autores.

En la figura 8, se observa que la superficie específica de la caolinita tiene tendencia a disminuir a medida que se generan aumentos de temperatura. Se observa que la disminución de la superficie especifica del caolín sometido a cambios de temperatura comprendidos entre 200 °C y 250 °C presento una gran variación en comparación a la disminución de la superficie específica a cambios de temperatura comprendidos entre 14°C y 100°C y las de 100°C y 200°C.

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

0,0 50,0 100,0 150,0 200,0

Tem

per

atu

ra °

C


CAOLIN SECADO AL HORNO DURANTE UN DIA

Superficie especificacaolín secado al horno…

39

Se identifica que el valor más alto de superficie especifica fue de 153.4 m2/g, correspondiente a una temperatura de 14°C (temperatura ambiente). A continuación se puede ver la tabla 5. Con los resultados de superficie especifica obtenidos para el caolín a 7 días.

Tabla 5. Superficie específica caolín secada al horno durante siete días

CAOLIN SECADO AL HORNO DURANTE 7 DIAS

TEMPERATURA °C

ml CONSUMIDO

N incrementos de 0.5 ml de AM SUPERFICIE

ESPECIFICA m²/g

14.00 125.00 250.00 153.39

100.00 105.00 210.00 128.85

200.00 75.00 150.00 92.04

250.00 62.00 124.00 76.08

Fuente: Autores.

La tabla 5, es una compilación de los datos obtenidos en los ensayos de laboratorio de adsorción de azul de metileno en caolín sometida a cambios de temperatura comprendidos entre 14°C y 250°C durante 7 días. Se observa que al aumentar la temperatura se genera una disminución en la superficie específica con valores de 149.71 m²/g a temperatura ambiente hasta 76.08 m²/g a una temperatura de 250°C. En la figura 9, se observa la disminución de la superficie específica a cambios de


Figura 9. Superficie específica del caolín secada al horno durante siete días

Fuente: Autores.

0,00

50,00

100,00

150,00

200,00

250,00

300,00

0,00 50,00 100,00 150,00 200,00

Tem

per

atu

ra °

c

SUPERFICIE ESPECIFICA (m^2/gr)

CAOLIN SECADO AL HORNO DURANTE SIETE DIAS

Superficie especifica caolín secadadirante siete dias

40

En la figura 9, se observa que la disminución de superficie específica a cambios de temperatura comprendidos entre 14°C y 250°C no presenta grandes variaciones, por lo que su comportamiento se podría considerar como constante.

Se identifica que el valor más alto de superficie especifica fue de 153.39 m2/g, correspondiente a una temperatura de 14°C (temperatura ambiente).

2.4 COTEJO EN TIEMPOS DE EXPOSICIÓN

Bentonita a 1 y 7 días.

En la figura 10, se observa el aumento de la superficie específica a cambios de temperatura entre 14°C (temperatura ambiente) y 250°C a 1 y 7 días en el horno respectivamente.

Figura 10. Superficie específica de la bentonita

Fuente: Autores.

En la figura 10, se observa que la superficie específica de la bentonita tiene una tendencia a aumentar a medida que se aumenta la temperatura y el tiempo de exposición.

Se identificó que el valor más alto que se obtuvo de superficie específica fue de 576,8 m2/g, correspondiente a un periodo de tiempo de 7 días a una temperatura de 250°C. Este suceso es probable ya que la Bentonita al tener una alta capacidad de adsorción actuó como un material plástico, puesto que probablemente al aumentar la temperatura las partículas finas se desintegran lo que ocasiona que el material

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

0,0 100,0 200,0 300,0 400,0 500,0 600,0 700,0

Tem

per

atu

ra °c


BENTONITA SECADA AL HORNO DURANTE UNO Y SIETE DIAS

Superficie especifica de labentonita secada al hornodurante siete dias

Superficie específica de labentonita secada al hornodurante un día

41

sea capaz de absorber una mayor cantidad de azul de metileno, lo que a su vez, le otorga una elevada superficie especifica.

Caolín a 1 y 7 días.

En la figura 11, se observa la disminución de la superficie específica a cambios de temperatura entre 14°C (temperatura ambiente) y 250°C a 1 y 7 días en el horno respectivamente.

Figura 11. Superficie específica del caolín

Fuente: Autores.

Según la figura 11, se observa que la superficie especifica de la Caolinita tiene una tendencia a disminuir a medida que se aumenta la temperatura y el tiempo de exposición. Esta condición se puede otorgar a la calcinación de finos debido a los cambios de temperatura a la que fue expuesta la muestra, lo que genera cambios en la estructura cristalina, disminuyendo la plasticidad y la capacidad de adsorción, lo que a su vez, le otorga baja superficie especifica en relación a la Bentonita.

Se identificó que el valor más alto que se obtuvo de superficie específica fue de 154,4 m2/g a temperatura ambiente, tanto como para periodos de exposición de 1 y 7 días. Por lo cual, se puede afirmar que la Caolinita disminuye su superficie

especifica cuando es expuesta a aumentos de temperatura.

Al comparar los resultados obtenidos de superficie específica en Bentonitas y Caolinitas se observó que sus propiedades físicas son opuestas, ya que la Bentonita

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

0,0 50,0 100,0 150,0 200,0

Tem

per

atu

ra °c

SUPERFICIE ESPECIFICA (m^2/gr)

CAOLIN SECADO AL HORNO DURANTE UNO Y SIETE DIAS

Superficie especifica caolín secado alhorno durante un dia

Superficie especifica caolín secadadirante siete dias

42

actúa como una arcilla de alta plasticidad mientras que la Caolinita presenta baja

plasticidad, lo que genera cambios de sentido en la superficie especifica.

3. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Según Aylmore20 el comportamiento de las arcillas está directamente relacionado con su mineralogía y su capacidad de intercambio catiónico, lo que a su vez genera variaciones en la superficie especifica. En el caso de la Bentonita sus partículas son extremadamente pequeñas (inferior a 2 µm), y presentan una estructura mineralógica trilaminar con fuertes cargas catiónicas, lo que permite con mayor facilidad la entrada de agua, aumentando el valor de superficie especifica. Por otro lado, el tamaño de las partículas de la Caolinita es 0,03% superior a las de la Bentonita, mientras que su estructura mineralógica bilaminar genera cargas débilmente ligadas, lo que puede generar que la adsorción sea considerablemente

más baja y estable en relación a la Bentonita.

Según los ensayos de Atterberg, se obtuvo que la Bentonita utilizada se clasifica como una arcilla de alta plasticidad (CH), mientras que la Caolinita se clasifica como una arcilla de baja plasticidad (CL), lo que genera un aumento y una disminución de adsorción de azul de metileno respectivamente.

Al someter la caolinita a aumentos de temperatura se observa que se marca una tendencia definida a la disminución de la superficie específica, dado que se observa que con el tratamiento térmico se produce una disminución de la capacidad de adsorción por posibles reestructuraciones generadas después de la deshidratación y calcinación de las partículas. En cuanto a la Bentonita se observa de forma contraria, ya que a aumentos de temperatura se observa una tendencia al aumento de la superficie especifica posiblemente atribuido a la desintegración de las

partículas.

Como resultado de la investigación en los dos tipos de arcilla a estudiar, las cuales fueron expuestas a cambios de temperatura comprendidos entre 14°C y 250°C, se obtuvieron distintos valores de superficie específica. En el caso de la bentonita el rango de superficie específica oscilo entre 337,5 – 576,8 m2/g, mientras que para la caolinita fueron de 153,4 – 76,08 m2/g.

Debido a que la Bentonita tiene una mayor capacidad de adsorción y por consecuente una mayor capacidad de hinchamiento es proclive a sufrir cambios estructurales más drásticos y por ende se puede considerar como material no apto

20 Aylmore, L, Sills, I y Quirk, P. 1969. "Surface area of homoionic illite and montmorillonite clay minerals asmeasured by the sorption of nitrogen and carbon dioxide". Great Britain : Clays and Clay Minerals, 1969.

43

para construcciones de tipo ingenieril, pero de excelente uso en lodos de perforación y creación de membranas impermeables. En cuento a la caolinita es una arcilla que tiene una menor capacidad de adsorción lo que le permite alcanzar altas

resistencias y baja plasticidad, haciéndola apta para construcciones ingenieriles.

De igual forma se recomienda realizar diferentes ensayos de superficie específica a distintos escalones de temperatura utilizando soluciones distintas al azul de metileno, como, por ejemplo: glicerina, nitrógeno, CO2, etc, que permitan tener mayores rangos comparativos de superficie específica, respecto a la cantidad de solución absorbida y a la temperatura utilizada.

Se recomienda para futuras estudios realizar investigaciones más exhaustivas, ampliando el rango de temperatura y tiempo, para poder analizar si a mayor temperatura y mayor tiempo de exposición se genera algún cambio en la curva de superficie específica pudiendo dar mayor información sobre el comportamiento de las arcillas, de igual manera dichos estudios podrían aportar valores más confiables de superficie especifica en suelos bentónicos y caoliníticos a la presente

investigación.

44

4. BIBLIOGRAFÍA Aringheieri, R, y otros. 1992. “Testing a simple methylen blue method for surface

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Aylmore, L, Sills, I y Quirk, P. 1969. "Surface area of homoionic illite and montmorillonite clay minerals asmeasured by the sorption of nitrogen and carbon

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45

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INVIAS, 2013.

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46

5. ANEXOS

Anexo 1. Gravedad especifica Bentonita

ENSAYO NO 1 GRAVEDAD ESPECIFICA

Localización Laboratorio universidad católica de Colombia

Perforación No NA Muestra No 1 Profundidad NA

Volumen del picnómetro 1000 ml

Masa de los sólidos secada al horno 47,73 g

Peso del picnómetro vacío 476,97 g

Peso del picnómetro con H2O 1274,57 g

WP+H2O y solidos a temperatura ensayo 1305 g

Temperatura del ensayo 20 °C

Calibración del picnómetro (Vp) 799,03 cm

Gravedad especifica de las partículas (Gt) 2,76

Gravedad específica a 20°C 2,76 PARAMETROS DE CORRECIÓN DE TEMPERATURA DEL AGUA A 20°C

ɤw (Peso específico del agua a 20°) 0,99821 g/cm3

K (Factor de corrección del agua a temperatura 20° 1

Elaboro Autores Fecha 25/03/2017

Fuente: Autores.

47

Anexo 2. Gravedad especifica caolín.

ENSAYO NO 1 GRAVEDAD ESPECIFICA

Localización Laboratorio universidad católica de Colombia

Perforación No NA Muestra No 1 Profundidad NA

Volumen del picnómetro 500 ml

Masa de los sólidos secada al horno 75 G

Peso del picnómetro vacío 163,85 G

Peso del picnómetro con H2O 663,18 G

WP+H2O y solidos a temperatura ensayo 709,6 G

Temperatura del ensayo 28 °C

Calibración del picnómetro (Vp) 799,03 cm

Gravedad especifica de las partículas (Gt) 2,61

Gravedad específica a 28°C 2,61 PARAMETROS DE CORRECIÓN DE TEMPERATURA DEL AGUA A 20°C

ɤw (Peso específico del agua a 28°) 0,99624 g/cm3

K (Factor de corrección del agua a temperatura 28° 0,99803

Elaboro Autores Fecha 25/03/2017

Fuente: Autores.

48

Anexo 3. Límites de Atterberg bentonita 1

DETERMINACIÓN DE LIMITE LIQUIDO Y LIMITE PLASTICO Fecha:18/02/2017

CERTIFICADO DE ENSAYO No 1

Contrato con: Laboratorios Universidad Católica De Colombia Identificación de la muestra: Muestra No 5

LIMITE LIQUIDO LIMITE PLASTICO

HUMEDAD NATURAL

LATA No 3 TP P.G 23 101 TR

No GOLPES 35 29 15

Peso recipiente + suelo húmedo (g) 12,19 14,82 19,1 14,43 58.41

Peso recipiente + suelo seco (g) 6,57 8,44 14,23 11,53 57.57

Peso recipiente (g) 4,74 6,19 12,89 8,25 45.08

Humedad (W) 307 284 363 88,41 6.73

Limite liquido(LL) % 317 Limite Plástico (LP) % 88 Índice de plasticidad (IP: LL-LP)%: 229

Humedad natural % 6,7 Índice de liquidez 0 Índice de consistencia 1

Clasificación (U.S.C.) CH Arcilla densa

Clasificación AASHTO A-7-5 Suelos arcillosos (sub - rasante regular a pobre)

Fuente: Autores.

270

280

290

300

310

320

330

340

350

360

370

10

HU

MED

AD

(%

)

No DE GOLPES

CURVA DE FLUIDEZ

49

Anexo 4. Límites de Atterberg bentonita 2




LIMITE LIQUIDO LIMITE PLASTICO

HUMEDAD NATURAL

LATA No P.G 7 P.G 11 P.G 9 P. 48 TR

No GOLPES 26 24 15

Peso recipiente + suelo húmedo (g) 14,61 18,03 15,19 14,59 58.41

Peso recipiente + suelo seco (g) 11,62 12,42 11,61 12,26 57.57

Peso recipiente (g) 10,56 10,41 10,48 8,39 45.08

Humedad (W) 282 279 317 60,21 6.73

Limite liquido (LL)% 281 Limite Plástico (LP) % 60 Índice de plasticidad (IP: LL-LP)% 220 Humedad natural % 6,7 Índice de liquidez 0 Índice de consistencia 1

Clasificación (U.S.C.) CH Arcilla densa


Fuente: Autores.

260

270

280

290

300

310

320

10

HU

MED

AD

(%

)

No DE GOLPES

CURVA DE FLUIDEZ

50

Anexo 5. Límites de Atterberg caolín




LIMITE LIQUIDO

LIMITE PLASTICO

HUMEDAD NATURAL

LATA No 12 24 1 8 Mel. 3 12.C

No GOLPES 33 25 17

Peso recipiente + suelo húmedo (g) 26,08 30,28 26,23 15.84 13.23 11.72

Peso recipiente + suelo seco (g) 19,54 22,66 19,43 14.02 12.08 11.53

Peso recipiente (g) 10,37 12,27 10,53 8.31 8.3 8.88

Humedad (W) 71,32 73,34 76,40 31.87 30.42 7.17

Limite liquido (LL)% 74 Limite Plástico (LP) % 31 Índice de plasticidad (IP: LL-LP)% 43 Humedad natural % 7,2 Índice de liquidez -1 Índice de consistencia 2

Clasificación (U.S.C.) CL Arcilla densa


Fuente: Autores.

70,00

71,00

72,00

73,00

74,00

75,00

76,00

77,00

78,00

79,00

80,00

10

HU

MED

AD

(%

)

No DE GOLPES

CURVA DE FLUIDEZ

51

Anexo 6.Granulometría por hidrómetro bentonita

ANALISIS GRANULOMETRICO POR HIDROMETRO

Sondeo N.A. Muestra 1 Descripción Bentonita

Hidrómetro 152H

Peso recipiente 243,05 g

Peso recipiente + masa húmeda 1831,4 g

Peso recipiente + masa seca 292,24 g

Peso muestra seca (W) 49,19 g

Defloculante

Hexametafosfato de sodio

Tamaño máximo Pasa #200

Gravedad especifica 2,76

Factor de corrección Gs (a) 0,979

Factor de corrección (k) 0,0131

Tiempo (min.)

Lectura Hidrómetro

(g/L)

Temp. °C

R´

Corrección Por Temp.

CT

Cd

R Corregida

Prof. Efectiva “L” cm

K

Ø

Partícula mm

Ø

Partícula μ

P %

1 26,5 21,3 27,5 0,39 8,39 19,5 12,8 0,0131 0,04690 46,897 39

2 26 21,3 27 0,39 8,39 19 12,9 0,0131 0,03329 33,290 38

5 26 21,3 27 0,39 8,39 19 12,9 0,0131 0,02105 21,055 38

15 25,5 21,3 26,5 0,39 8,39 18,5 12,95 0,0131 0,01218 12,179 37

30 25 21,3 26 0,39 8,39 18 13 0,0131 0,00863 8,629 36

60 25 21,3 26 0,39 8,39 18 13 0,0131 0,00610 6,101 36

250 23 21 24 0,3 0,3 16 13,3 0,0131 0,00302 3,019 32

1440 21 20 22 0 0 14 13,7 0,0131 0,00115 1,153 28

52

Ct para Temp. 21.3 0,39

Ct para Temp. 21 0,3

Ct para Temp. 20 0

t 7

cm 1

Gs 2,76

α 0,979

wo 49,19

Fuente: Autores.

20

25

30

35

40

45

50

0,00100 0,01000 0,10000

% p

art

icu

las e

n s

usp

en

sió

n (

p)

Diametro de las particulas (mm)

Distribución Granulometrica

53

Anexo 7.Granulometría por hidrómetro Caolín

ANALISIS GRANULOMETRICO POR HIDROMETRO

Sondeo N.A. Muestra 1 Descripción Caolín

Hidrómetro 152H

Peso recipiente 115,2 g

Peso recipiente + masa húmeda 169,2 g

Peso recipiente + masa seca 54 g

Peso muestra seca (W) 49 g

Defloculante Hexametafosfato de sodio

Tamaño máximo Pasa #200

Gravedad especifica 2,61

Factor de corrección Gs (a) 1

Factor de corrección (k) 0,0139

Tiempo (min.)

Lectura Hidrómetro

(g/L)

Temp. °C

R´

Corrección Por Temp.

CT

Cd

R Corregida

Prof. Efectiva “L” cm

K

Ø

Partícula mm

Ø

Partícula μ

P %

1 52 20 53 0 9 44 9,1 0,0139 0,04193 41,931 90

2 50 20 51 0 9 42 9,4 0,0139 0,03013 30,134 86

5 48 20 49 0 9 40 9,7 0,0139 0,01936 19,360 82

15 47 20 48 0 9 39 9,9 0,0139 0,01129 11,292 80

30 45 20 46 0 9 37 10,2 0,0139 0,00811 8,105 76

60 42 20 43 0 9 34 10,7 0,0139 0,00587 5,870 69

250 35 20 36 0 9 27 11,9 0,0139 0,00303 3,033 55

1440 31 20 32 0 9 23 12,5 0,0139 0,00130 1,295 47

54

Ct para Temp. 21.3 0,39

Ct para Temp. 21 0,3

Ct para Temp. 20 0

t 8

cm 1

Gs 2,61

α 1

wo 49

Fuente: Autores.

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,00100 0,01000 0,10000

% p

art

icu

las e

n s

usp

en

sió

n (

p)

Diametro de las particulas (mm)

Distribución Granulometrica

55

Anexo 8. Registro fotográfico límites del caolín

Fuente: Autores.

Anexo 9. Registro fotográfico limite líquido bentonita

Fuente: Autores.

56

Anexo 10. Registro fotográfico limite plástico bentonita.

Fuente: Autores.

Anexo 11. Registro fotográfico limite líquido caolín

Fuente: Autores.

57

Anexo 12. Registro fotográfico granulometría por hidrómetro

Fuente: Autores.

Anexo 13. Registro fotográfico granulometría por hidrómetro

Fuente: Autores

58

Anexo 14. Registro fotográfico muestra granulometría por hidrómetro secado al horno

Fuente: Autores

Anexo 15. Registro fotográfico determinación de gravedad específica

Fuente: Autores

59

Anexo 16. Registro fotográfico calibración picnómetro.

Fuente: Autores

Anexo 17. Registro fotográfico muestra gravedad específica secado al horno

Fuente: Autores

60

Anexo 18. Registro fotográfico montaje bureta para determinación de adsorción de azul de metileno.

Fuente: Autores

Anexo 19. Registró fotográfico mezcla con azul de metileno.

Fuente: Autores

61

Anexo 20. Registro fotográfico adsorción de azul metileno en bentonita secada un día a temperatura ambiente.

Fuente: Autores

Anexo 21. Registro fotográfico adsorción de azul metileno en bentonita secada un día a temperatura 100°c

Fuente: Autores

62


Fuente: Autores


Fuente: Autores

63

Anexo 24. Registro fotográfico adsorción de azul metileno en bentonita secada siete días a temperatura 100°c.

Fuente: Autores


Fuente: Autores

64


Fuente: Autores

Anexo 27. Registro fotográfico adsorción de azul metileno en caolín secada un día a temperatura ambiente.

Fuente: Autores

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Anexo 28. Registro fotográfico adsorción de azul metileno en caolín secada un día a temperatura 100°c.

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Anexo 31. Registro fotográfico adsorción de azul metileno en caolín secada siete días a temperatura 100°c.

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DETERMINACIÓN DE LA SUPERFICIE ESPECIFÍCA EN SUELOS ... · 7 1.9.4 I.N.V. E-128-13 Determinación...

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