Obtención del contenido de humedad en suelos finos, usando ...

Universidad de La Salle Universidad de La Salle

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Ingeniería Civil Facultad de Ingeniería

2011

Obtención del contenido de humedad en suelos finos, usando Obtención del contenido de humedad en suelos finos, usando

horno microondas sin reductor de calor empleando una potencia horno microondas sin reductor de calor empleando una potencia

de 400w de 400w

Fabián Andrés Corredor Universidad de La Salle, Bogotá

Yuly Johana Moreno Fonseca Universidad de La Salle, Bogotá

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OBTENCIÓN DEL CONTENIDO DE HUMEDAD EN SUELOS FINOS, USANDO

HORNO MICROONDAS SIN REDUCTOR DE CALOR EMPLEANDO UNA

POTENCIA DE 400W

FABIÁN ANDRÉS CORREDOR

YULY JOHANA MORENO FONSECA

UNIVERSIDAD DE LA SALLE

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL

BOGOTÁ D.C.

2011

OBTENCIÓN DEL CONTENIDO DE HUMEDAD EN SUELOS FINOS, USANDO

HORNO MICROONDAS SIN REDUCTOR DE CALOR EMPLEANDO UNA

POTENCIA DE 400W

FABIÁN ANDRÉS CORREDOR

YULY JOHANA MORENO FONSECA

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

Ingeniero Civil

Director de trabajo de grado

Ingeniero Fernando Nieto Castañeda

UNIVERSIDAD DE LA SALLE

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL

BOGOTÁ D.C.

2011

TABLA DE CONTENIDO

Pág.

INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 10

1. EL PROBLEMA ............................................................................................ 12

1.1 LÍNEA ....................................................................................................... 12

1.2 TÍTULO ..................................................................................................... 12

1.3 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA ............................................................ 13

1.4 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA .......................................................... 14

1.5 ANTECEDENTES ..................................................................................... 14

1.6 JUSTIFICACIÓN ....................................................................................... 18

1.7 OBJETIVOS .............................................................................................. 18

1.7.1 General ..................................................................................................... 18

1.7.2 Específicos ............................................................................................... 19

2. MARCO REFERENCIAL ........................................................................... 20

2.1 MARCO TEÓRICO – CONCEPTUAL ....................................................... 20

2.1.1 Suelo......................................................................................................... 20

2.1.2 Arcilla ........................................................................................................ 20

2.1.4 Limo .......................................................................................................... 21

2.1.5 Límites de consistencia............................................................................. 21

2.1.5.1 Límite líquido ............................................................................................ 22

2.1.5.2 Límite plástico ........................................................................................... 23

2.1.5.3 Índice de plasticidad.................................................................................. 23

2.1.5.4 Humedad natural ...................................................................................... 23

2.1.6 Horno microondas .................................................................................... 25

2.1.6.1 Ondas ...................................................................................................... 26

2.1.6.2 Ondas electromagnéticas ........................................................................ 26

2.1.6.3 Las microondas ......................................................................................... 26

2.1.7 Disipador térmico o reductor de calor ....................................................... 27

2.1.7.1 Carbonato de potasio ................................................................................ 27

2.1.8 Horno convencional .................................................................................. 27

2.1.9 Sobrecalentamiento .................................................................................. 28

2.2 MARCO NORMATIVO .............................................................................. 29

3. METODOLOGÍA ....................................................................................... 30

3.1 TIPO DE INVESTIGACIÓN ...................................................................... 30

3.2 FASES DEL PROYECTO ......................................................................... 30

3.3 FLUJO-GRAMA METODOLÓGICO ......................................................... 33

4. TRABAJO INGENIERIL ............................................................................ 34

4.1 PROCESO DE SECADO EN LOS HORNOS ........................................... 35

4.1.1 Proceso de secado en horno convencional .............................................. 35

4.1.2 Proceso de secado en horno microondas................................................. 37

4.2 DESCRIPCIÓN DE ENSAYOS ................................................................. 40

4.2.1 Humedad natural ...................................................................................... 40

4.1.2 Límites de consistencia............................................................................. 42

4.2 PREPARACIÓN DE LAS MUESTRAS ..................................................... 42

4.2.1 Preparación de muestras en forma de cilindro ......................................... 43

4.2.2 Preparación de muestras en forma de rodajas ......................................... 44

4.2.3 Preparación de muestras en forma de rollos ............................................ 45

4.2.4 Preparación de muestras para ensayos de límite líquido ......................... 47

4.2.5 Preparación de muestras para ensayos de límite plástico ........................ 47

4.3 RESULTADOS Y ANÁLISIS DE ENSAYOS ............................................. 49

4.3.1 Resultados y análisis en los ensayos de humedad natural....................... 50

4.3.2 Resumen y análisis de los datos obtenidos en los ensayos de límites de

consistencia ........................................................................................................... 57

5. CONCLUSIONES ..................................................................................... 64

6. RECOMENDACIONES ............................................................................ 66

MANUAL ...................................................................................................... 67

BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................ 69

NEXOS ........................................................................................................ 72

LISTA DE TABLAS

pág.

Tabla 1. Normatividad técnica utilizada en el desarrollo de la investigación........... 29

Tabla 2. Relación número de ensayos por suelo, forma. Totalizando el número de

ensayos por horno. ........................................................................................................... 41

Tabla 3. Resultado de ensayos de humedad natural en suelos arcillosos,

agrupados según su forma . ............................................................................................ 50

Tabla 4. Porcentaje de suelos arcillosos estallados según la forma. ....................... 54

Tabla 5. Clasificación suelos límites de consistencia. Datos y % de error en límites

de consistencia, horno microondas Vs. horno convencional. .................................... 58

Tabla 6. Porcentaje de suelos estallados según ensayo. ........................................... 60

LISTA DE ILUSTRACIONES

pág.

Ilustración 1. Límites de consistencia. ........................................................................... 22

Ilustración 2. Distribución de muestras en el horno microondas para contenido de

humedad natural “forma cilindros”. ................................................................................. 32

Ilustración 3. Distribución de muestras en el horno microondas para límites de

consistencia “límite líquido”. ............................................................................................ 32

Ilustración 4. Flujo-Grama general. ................................................................................ 33

Ilustración 5. Recipiente de cerámica para horno microondas. ................................. 34

Ilustración 6. Recipiente de aluminio para horno convencional. ............................... 35

Ilustración 7. Horno convencional. ................................................................................. 35

Ilustración 8. Procedimiento de secado en el horno convencional. .......................... 36

Ilustración 9. Horno microondas y especificaciones de este para la investigación. 37

Ilustración 10. Procedimiento de secado en el horno microondas. ........................... 39

Ilustración 11. Preparación de muestras en forma de cilindro. .................................. 43

Ilustración 12. Recipientes con muestra en rodajas para el horno convencional. .. 45

Ilustración 13. Preparación de muestras en forma de rollos. ..................................... 46

Ilustración 14. Rollos para determinar el límite plástico de un suelo. ....................... 48

Ilustración 15. Secado del centro hacia los extremos de suelos arcillosos. ............ 53

Ilustración 16. Muestra de suelo arcilloso estallada. ................................................... 53

LISTA DE GRÁFICAS

pág.

Gráfica 1. Proporcionalidad de contenido de humedad Vs. Tiempo, en suelos

arcillosos. ............................................................................................................................ 52

Gráfica 2. Contenido de humedad en horno microondas Vs. horno convencional

para todas las formas en los ensayos. .......................................................................... 56

Gráfica 3. Clasificación de suelos. ................................................................................. 63

LISTA DE ANEXOS

pág.

Anexo A. Formatos de límites de consistencia. ........................................................... 72

Anexo B. Formatos para el contenido de humedad natural. ...................................... 74

Anexo C. Datos obtenidos con tiempos y pesos para límites de consistencia, en

horno microondas y horno convencional. ...................................................................... 75

Anexo D. Datos obtenidos del horno microondas con tiempos y pesos para

contenido de humedad natural. ....................................................................................... 79

Anexo E. Resultados de límite líquido, límite plástico e índice de plasticidad con

porcentajes de error entre horno microondas y horno convencional........................ 81

Anexo F. Resultados de contenido de humedad natural con porcentajes de error

entre horno microondas y horno convencional. ........................................................... 95

Anexo G. Norma ASTM D 4643. ................................................................................... 103

Anexo H. Costos de investigación. ............................................................................... 105

Anexo I. Tipos de suelos usados en los ensayos. ..................................................... 107

10

INTRODUCCIÓN

Para la realización de obras civiles, se debe tener en cuenta las propiedades

físico-mecánicas de la superficie o del material utilizado donde se vaya apoyar la

estructura. Estas propiedades pueden verse afectadas por variables o parámetros

de estado, tal como, el contenido de humedad en un suelo, por consiguiente, es

necesario el estudio de métodos de ensayos que arrojen resultados confiables y

que lleven a un menor tiempo de realización.

El uso del método de ensayo INV. E 122 ó ASTM D 2216 para la determinación

del contenido de humedad puede ser muy exigente en tiempo, estos tiempos de

secado son de aproximadamente 8 horas a 24 horas, tiempo que afectaría la

continuidad de cualquier obra que necesite de este método, generando altos

costos debido a la espera de los resultados, por esto se necesitaría de un método

más sencillo y rápido para obtener los resultados de contenido de humedad, el uso

de un horno microondas es uno de los métodos.

El comportamiento de un suelo que se somete al horno microondas depende de

su composición mineralógica y como resultado no hay un procedimiento único

aplicable para todos los tipos de suelo, lo que se busca en este trabajo de grado

es encontrar el contenido de humedad en suelos finos, usando horno microondas

sin reductor de calor con una potencia de 400W.

11

Desde el 2006 con el trabajo de grado de Hilarión y Gámez se inicio esta línea de

investigación en la Universidad de la Salle y se han venido desarrollando

diferentes tipos de trabajos de grado cambiando variables con el fin de obtener un

proceso para cada tipo de suelo “finos y gruesos”.

12

1. EL PROBLEMA

1.1 LÍNEA

El proyecto de investigación a desarrollar corresponde al grupo de Investigación

de (CIROC)1, en la línea DE EVENTOS NATURALES Y MATERIALES PARA

OBRAS CIVILES. El objetivo de esta línea es el avance en el conocimiento de las

propiedades físicas y mecánicas de los materiales utilizados en la realización de

obras civiles y con este trabajo de grado se busca optimizar el tiempo de

realización de ensayos para contenido de humedad en obra, ya que no todas las

obras tendrán disposición de laboratorios cerca, además se lograría disminuir los

consumos de energía que se vería reflejado en menor impacto ambiental.

1.2 TÍTULO

Obtención del contenido de humedad en suelos finos, usando horno microondas

sin reductor de calor y empleando una potencia de 400w.

1 Centro de Investigación en Riesgo de Obras Civiles.

13

1.3 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA

Hoy en día se utiliza la norma ASTM D2216-98 o la norma colombiana INV. E122,

esta describe en su proceso la utilización de un horno convencional, el cual

hace el secado de la muestra por convección 2 , hasta obtener un peso

constante de esta, en la realización de estos ensayos se hace la toma del

peso seco a las 24 horas para asegurar un peso constante, este tiempo de

24 horas es un obstáculo cuando la obra civil necesita resultados

inmediatos, por esto se necesita desarrollar un método que disminuya los

tiempos de secado, es por medio del horno microondas que se espera

lograrlo.

El suelo tiene una consideración y es que este no se puede calentar a más

de 110°C debido a que se estaría alterando la capa doble difusa y esto genera

que se obtenga un resultado de contenido de humedad más alto, en el horno

convencional se puede evitar el sobrecalentamiento de la muestra ya que este

tiene un controlador de temperatura, en el horno microondas no se puede

controlar la temperatura, por lo cual este trabajo de grado está centrado en

obtener contenidos de humedad usando horno microondas sin reductor de calor

con una potencia de 400W, para posteriormente comparar estos resultados con

los obtenidos en el horno convencional y establecer si este método es viable.

2 Secado por circulación de aire caliente en la cámara del horno.

14

1.4 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

¿Al no utilizar reductores de calor y variando la forma y el peso de las muestras,

afectará el contenido de humedad en suelos finos mediante el horno microondas y

el tiempo de exposición de la muestra de suelo fino hallada anteriormente por

Lucuara Gómez Kerly Johanna 3?.

1.5 ANTECEDENTES

Se conoce sobre la norma ASTM D4643 “método para determinar el contenido de

humedad utilizando para ello el horno microondas” y la norma I.N.V. E–135-07

“humedad de suelos usando horno microondas”, estas no sugieren un tiempo fijo

de secado según el suelo, tampoco hablan de cuál es la potencia a la que se debe

exponer el suelo.

La Universidad Nacional de Medellín, facultad de Minas, grupo de Geotecnia, ha

adelantado estudios referentes al tema, y dentro de sus normas técnicas se

encuentra la GG-09 Determinación de contenido gravimétrico de agua, Horno de

microondas, basada en la norma ASTM D4643, la cual no pretende reemplazar el

método convencional descrito en la norma ASTM D2216, es más bien un

3 LUCUARA GÓMEZ, Kerly Licuara. Determinación de humedad natural de suelos finos sin utilizar reductores

de calor mediante el horno microondas. Bogotá, 2010, 66 h. Trabajo de grado (Ingeniero Civil). Universidad de la Salle. Facultad de Ingeniería. Programa de Ingeniería Civil.

15

suplemento a éste, que permite obtener resultados más rápidos cuando se

requieran para acelerar los ensayos. Este método es aplicable para la mayoría de

los suelos; para algunos suelos como los que contienen cantidades importantes de

halloysita, mica, montmorillonita, yeso u otros materiales hidratados, suelos

orgánicos o suelos en los que el agua en los poros contienen sólidos disueltos,

éste método puede dar valores del contenido de agua erróneos.

La Universidad Nacional de Rosario, facultad de Ciencias Exactas, Ingeniería y

Agrimensura de Argentina, en su reporte técnico RT-ID-03-011 realizado por los

ingenieros Silvia Angelone, Fernando Martínez y Fernanda Airasca, en el cual se

determinó el contenido de humedad natural para distintos suelos de forma

comparativa entre el horno convencional y el horno microondas, ellos exponen los

18 resultados de un estudio realizado a suelos de tipo A-4 (8), A-7-6 (14), A-3 (0) y

A- 7-6 (12)4, obteniendo resultados aceptables entre los rangos mencionados en

las normas existentes.

La Universidad de La Salle ha realizado una línea de investigación arrojando

cuatro trabajos de grado, los que se tienen en cuenta para la realización de esta

investigación.

El primer trabajo de grado fue “Determinación de la humedad en suelos granulares

utilizando horno microondas y comparación de los resultados con el método

4 Clasificación de suelos AASHTO, 1929.

16

tradicional” realizado por Claudia Gámez y Diana Hilarión, del cual se publico el

articulo “Método para la determinación de la humedad en suelos granulares

utilizando el horno microondas” con el que se buscaba los tiempos mínimos

necesarios para lograr un resultado de peso constante, que no superara los 110ºC

de temperatura5, en este trabajo se determinó la potencia adecuada para los

ensayos de contenido de humedad, siendo esta de 420 Watts con esta potencia

se garantiza no exponer el suelo a sobrecalentamiento además se determinó la

solución para el reductor de calor que fue 80 gr de K2CO3 “carbonato de potasio”

en 100 cm³ de agua.

En el trabajo “análisis comparativo de los resultados obtenidos en ensayos de

humedad y caracterización sobre muestras de suelos finos secadas en horno

microondas vs. El método tradicional” realizado por Johana Santos, Andrés Pinto y

Cesar Carreño, al igual que el de Gámez e Hilarión, se obtiene una publicación

donde se determina el tiempo de secado para muestras de suelos finos y se

realizaron ensayos de caracterización de las muestras utilizadas durante el

desarrollo experimental6, este trabajo de grado concluye que el tiempo máximo de

exposición de las muestras en horno microondas es de aproximadamente 32

minutos garantizando con el reductor de calor que la muestra no se está

5 NIETO, Castañeda Fernando A.; HILARION, Diana L. y GÁMEZ, Claudia P. Método para la determinación

de la humedad en suelos granulares utilizando horno microondas. En: Épsilon. Enero - Junio 2008. No. 10, p. 23-31. 6 NIETO, Castañeda Fernando A.; SANTOS, Johana; PINTO, Andrés y CARREÑO, César. Utilización del

secado con horno microondas para la caracterización de los suelos finos en Bogotá-Colombia. En: Épsilon. Julio - Diciembre 2007. No. 9, p. 129-140.

17

sobrecalentando y los porcentajes de error entre un método y el otro son

aceptables.

Julio Bernal y Claudia Lancheros en su trabajo de grado determinaron 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 secara

uniformemente y por tanto el tiempo de secado es menor7, también realizaron la

guía metodológica para suelos finos con reductor de calor en horno microondas.

El último trabajo realizado en esta línea fue el de Kerly Johanna Lucuara Gómez,

este trabajo a diferencia de los anteriores trabajos fue que se realizó en suelos

finos pero sin reductor de calor, Kerly Lucuara manifiesta que los porcentajes de

error en los ensayos en general dan muy altos debido a sobrecalentamiento de las

muestras, también dice que el peso de las muestras si influye a la hora de obtener

el contenido de humedad debido a que a mayor peso menor es el porcentaje de

error aconsejando utilizar pesos de muestras superiores a 150g8.

Todos los aspectos ya mencionados se tuvieron presentes para la realización de

esta investigación.

7 BERNAL, Julio y LANCHEROS, Claudia. Guía metodológica del ensayo de humedad natural para suelos

finos, método del horno microondas. Trabajo de grado (Ingeniero Civil). Bogotá D.C.: Universidad de La Salle.

Facultad de ingeniería civil, 2009, p. 61 8 LUCUARA GÓMEZ, Kerly Licuara. Determinación de humedad natural de suelos finos sin utilizar reductores

de calor mediante el horno microondas. Bogotá, 2010, 66 h. Trabajo de grado (Ingeniero Civil). Universidad de la Salle. Facultad de Ingeniería. Programa de Ingeniería Civil.

18

1.6 JUSTIFICACIÓN

Si se logra el objetivo de este trabajo de grado que es obtener el contenido de

humedad en suelos finos, usando horno microondas sin reductor de calor y

empleando una potencia de 400W, obteniendo resultados aceptables en cuanto al

porcentaje de error entre los dos métodos y además se determina que las

muestras no presentan alteraciones como sobrecalentamiento debido a que se

está realizando el secado sin reductores de calor con la misma potencia utilizada

en los trabajos de grado con reductores de calor. Logrando lo anterior se podrá

concluir que este trabajo permitiría a los profesionales utilizar un método más

eficiente en tiempo, debido a que los ensayos de contenido de humedad y

clasificación de los suelos finos se realizará en menos de media hora lo que es

algo alentador para las situaciones en que las obras de ingeniería requieran de

una forma urgente estos resultados y esto se puede realizar en obra.

1.7 OBJETIVOS

1.7.1 General

Obtener el contenido de humedad en suelos finos, usando horno microondas sin

reductor de calor y empleando una potencia de 400W.

19

1.7.2 Específicos

Determinar el tiempo de secado en suelos finos usando horno microondas sin

reductor de calor con una potencia de 400W, garantizando un contenido de

humedad similar o igual al encontrado en el horno convencional variando peso,

forma y tipo de suelo.

Determinar si el peso de la muestra influye en los resultados de contenido de

humedad natural en horno microondas sin reductor de calor con una potencia

de 400W, comparando estos resultados con los obtenidos en el horno

convencional.

Establecer si la forma de la muestra influye en los resultados de contenido de

humedad natural en horno microondas sin reductor de calor con una potencia

de 400W, comparando estos resultados con los obtenidos en el horno

convencional.

Determinar los límites de consistencia de cada una de las muestras en el horno

microondas sin reductor de calor con una potencia de 400W y compararlas con

los límites de consistencia del horno convencional.

20

2. MARCO REFERENCIAL

2.1 MARCO TEÓRICO – CONCEPTUAL

2.1.1 Suelo: Es cualquier material no consolidado compuesto de distintas

partículas solidas con gases o líquidos incluidos9, también llamado roca en estado

suelto, sedimento no muy consolidado o producto de meteorización, es todo

agregado natural de partículas minerales resultado de la alteración química o

física de las rocas, separable por medios mecánicos de poca intensidad. Ejemplos

de alteración química: oxidación, hidratación, hidrólisis, disolución. Ejemplos de

alteración física: variación de temperatura, crioclastia o congelación, erosión por el

viento10.

2.1.2 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

9 SOWERS, George. Introducción a la mecánica de suelos y cimentaciones. Naturaleza de los suelos y de las

rocas. 1ed. México D.F.: Limusa S.A., 1978. p 23. 10

Origen y clasificación del suelo. [en línea]. <http://www.edicionsupc.es/ftppublic/pdfmostra/AR07301M.pdf>.

citado [17 de enero del 2010].

http://www.edicionsupc.es/ftppublic/pdfmostra/AR07301M.pdf

21

muy fino (4micrometros), según esto todos los filosilicatos pueden considerarse

verdaderas arcillas si se encuentran dentro de dicho rango de tamaños.

Las arcillas son constituyentes esenciales de gran parte de los suelos y

sedimentos debido a que son, en su mayor parte, productos finales de la

meteorización de los silicatos que, formados a mayores presiones y temperaturas,

en el medio exógeno se hidrolizan. Se caracteriza por tener propiedades típicas de

los coloides como son la plasticidad la cohesión y la facultad de adsorber iones11.

2.1.4 Limo: constituyen la porción gruesa de la fracción microscópica de los

suelos, este pasa por el tamiz 200, tienen poca o ninguna plasticidad o cohesión

debido a que su descomposición ha sido física y no química, por ello no tiene

desbalances iónicos12.

2.1.5 Límites de consistencia: Las propiedades de los suelos finos difieren de

acuerdo con su contenido de agua. Un suelo fino dado podrá comportarse como

un líquido, mostrará comportamiento plástico, o será sumamente rígido,

dependiendo únicamente de la cantidad de agua contenida. La plasticidad, que es

11

PECK, Ralph; HUNSON, Walter y THORNBURN Thomas. Ingeniería de cimentaciones. México D.F.:

Limusa S.A., 2006. p. 31 12

Ibid., p.31

22

la propiedad más sobresaliente en suelos finos, puede ser definida como la

capacidad de sufrir deformaciones sin romperse13.

Los límites de consistencia son propiedades índices de los suelos, con que se

definen la plasticidad y se utilizan en la identificación y clasificación de un suelo.

En la ilustración 2 se muestra el cambio de estado de un suelo de acuerdo a su

contenido de agua.

Ilustración 1. Límites de consistencia.

Fuente: en línea http://www.ucn.cl/FacultadesInstitutos/laboratorio/mecanica4.htm

2.1.5.1 Límite líquido: Es el contenido de humedad por debajo del cual el

suelo se comporta como un material plástico. A este nivel de contenido de

humedad el suelo está en el vértice de cambiar su comportamiento al de un fluido

viscoso14.

13

TAYLOR, Donald. Fundamentos de la mecánica de suelos. Clasificaciones. 1 ed. México D.F.: Continental,

1968. p 82. 14

BOWLES, Joseph E. Manual de laboratorio de suelos en Ingeniería Civil. Límite líquido y plástico de un

suelo. Bogotá : McGraaw Hill, 1980. p 16.

23

2.1.5.2 Límite plástico: El contenido de agua por debajo del cual se puede

considerar el suelo como material no plástico15.

2.1.5.3 Índice de plasticidad: Es un intervalo de humedades entre el límite líquido

y el límite plástico, cuando el suelo se comporta como un material plástico.

Es un parámetro físico que se relaciona con la facilidad de manejo del suelo, por

una parte, y con el contenido y tipo de arcilla presente en el suelo, por otra parte

se obtiene de la diferencia entre el límite líquido y el límite plástico16:

2.1.5.4 Humedad natural: La humedad en el suelo es una propiedad física que es

de gran utilidad en la construcción civil y se obtiene de una manera sencilla, pues

el comportamiento y la resistencia de los suelos en la construcción están regidos,

por la cantidad de agua que contienen. El contenido de humedad de un suelo es la

relación del cociente del peso de las partículas sólidas y el peso del agua que

guarda, esto se expresa en términos de porcentaje.

15

Ibid., p 16. 16

Ibid., p 24.

24

Según Iglesias la humedad natural se define como la relación entre el peso de

agua y el peso de los granos sólidos, para un volumen unitario. Su valor se

expresa en % y puede alcanzar valores mayores del 100%.

Donde:

Ww: peso de agua

Ws: peso de sólidos

El contenido de agua o de humedad de arenas saturadas oscila entre los valores

siguientes: 12% < ω < 36%. En arcillas se suele obtener: 12% < ω < 325%.Se

debe tener en cuenta que el valor de la humedad se define respecto al peso de la

materia sólida y no respecto al peso total, ya que el peso total de una arcilla varía

si se seca o se comprime, mientras que el peso de la parte sólida permanece

invariable17. Para la determinación de la humedad natural se emplean diversos

métodos, entre ellos tenemos el horno convencional, el humedómetro conocido

como Speedy y por medio del horno microondas entre otros.

La experiencia ha demostrado que el contenido de agua de ciertos suelos

(especialmente arcillas) es sensible a la temperatura del secado al horno; en

17

IGLESIAS, Celso. Mecánica del suelo. 1 ed. Madrid: Editorial Síntesis, 1997. p 133.

25

consecuencia, debe tenerse cuidado en asegurar que la temperatura del horno se

mantenga en el valor estándar entre 105° y 110°C18.

2.1.6 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

alternante de alta frecuencia19. Las microondas son ondas electromagnéticas de

una longitud de onda de 1 mm a un 1 m20.

El horno de microondas es un electrodoméstico diseñado para elaborar o calentar

alimentos, que funciona mediante la generación de indas electromagnéticas. Los

hornos de microondas funcionan transformando la energía eléctrica que recibe, en

ondas de alta frecuencia: microondas. Esta energía es guiada hacia la cavidad o

interior del aparato. Una tornamesa o plato giratorio que se encuentra en el

centro, gira a baja velocidad, facilitando el impacto de las microondas con el

alimento.

18

BOWLES, Joseph E. Foundation Analysis and Design. 5 ed. New York: McGraw Hill, 1997. 1175 p. 19

INSTITUTO NACIONAL DE VIAS. Método para determinar la humedad de suelos usando el horno

microondas I.N.V.E-135-07 pdf. Bogotá: 2007. 3 p. 20

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>.citado [18 de enero de 2011].

26

2.1.6.1 Ondas: desde una óptica física es “una vibración que propaga energía en

un medio sólido, líquido o gaseoso, en forma de oscilaciones periódicas, sin que

realmente haya transferencia de materia”.

Una onda es una sucesión de “máximos” o crestas y “mínimos” o valles, que

avanzan por el espacio. La longitud onda, es la distancia entre dos crestas o

valles. La frecuencia de una onda, es el número de vibraciones por segundo, que

la onda tiene. Periodo, es el intervalo en que se reproducen las mismas

circunstancias a intervalos iguales. El número de periodos por segundo, se

denomina frecuencia. La velocidad de propagación es dada por la distancia en que

se propaga la energía, por unidad de tiempo y es igual a su longitud de onda,

multiplicada por la frecuencia. La longitud de onda es la distancia entre dos puntos

semejantes e inmediatos21.

2.1.6.2 Ondas electromagnéticas: surgen de un campo electromagnético y se

transmiten en ondas esféricas, a la velocidad de la luz.22

2.1.6.3 Las microondas: Las microondas están situadas en el espacio

electromagnético, entre los rayos infrarrojos y las ondas de radio. La longitud de

21

Ibid., p 6. 22

Ibid., p 6.

27

onda oscila entre 1 mm y 30 cm. Son de la misma naturaleza que las ondas de

radio, pero con una frecuencia mayor, pero menor que la radiación infrarroja. Las

microondas se generan con un dispositivo llamado magnetrón, que es un derivado

de los radares.

2.1.7 Disipador térmico o reductor de calor: material o líquido 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 horno.23

2.1.7.1 Carbonato de potasio: sólido blanco, denominado también potasa que se

obtiene de la ceniza de la madera u otros vegetales quemados, y por reacción del

hidróxido de potasio con dióxido de carbono, se usa para fabricar jabón blando.24

2.1.8 Horno convencional: dispositivo que se calienta por electricidad, empleado

en la industria para fundir metales, cocer cerámica o calentar muestras de suelo.

23

ASTM D 4643-00, Standard 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). 24 SANTOS ROJAS, JOHANA KATHERINE; PINTO PATIÑO, ANDRÉS FERNANDO; CARREÑO CABRA,

CESAR DANIEL. 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. Bogotá, 2006, p 29. Trabajo de grado (Ingeniero Civil). Universidad de la Salle, Facultad de Ingeniería. Programa de ingeniería Civil.

28

También se conoce como horno electro térmico, el tipo más sencillo es el horno de

resistencia, en el que se genera calor haciendo pasar una corriente eléctrica por

un elemento resistivo que rodea el horno o aprovechando la resistencia eléctrica

del propio material que se quiere calentar.25

Este horno eléctrico genera calor y lo distribuye uniformemente por todo el

compartimiento cerrado (cámara de secado) donde se puede graduar la

temperatura sin que esta supere los 110ºC ± 5ºC.

2.1.9 Sobrecalentamiento: se entiende por sobrecalentamiento de un suelo

cuando este se somete a temperaturas de 115ºC o superiores, esto provoca en los

suelos registros de contenido de humedad más elevados, debido a que se

evapora el agua adsorbida por la capa doble difusa, estos errores son más

elevados de los que están establecidos por la norma.

25

HILARIÓN, Diana L.; GÁMEZ, Claudia P. Método para la determinación de la humedad en suelos

granulares utilizando horno microondas. Bogotá, 2006, p 27. Trabajo de grado (Ingeniero Civil). Universidad de la Salle, Facultad de Ingeniería. Programa de ingeniería Civil.

29

2.2 MARCO NORMATIVO

En la realización del proyecto se tuvo en cuenta las siguientes normas:

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.

NTC 1486 (6 actualización)

Norma técnica colombiana 1486. Para la realización de documentos para

presentación de proyectos de grado.

Fuente: Propia.

30

3. METODOLOGÍA

3.1 TIPO DE INVESTIGACIÓN

El tipo de investigación y metodología a seguir es experimental ya que se van a

manipular variables como los hornos a utilizar para realizar los ensayos de límites

de consistencia y contenido de humedad natural. La investigación experimental es:

“situación de control en la cual se manipulan de manera intencional, una o más

variables independientes (causas) para analizar las consecuencias de tal

manipulación sobre una o más variables dependientes (efectos)”26.

Las variables de tiempo y forma son variables dependientes, el horno microondas

y el horno convencional son las variables independientes.

3.2 FASES DEL PROYECTO

FASE I: Recopilación y clasificación de información. Para esta investigación

se consiguió toda la información posible en cuanto a estudios realizados en

26

HERNÁNDEZ SAMPIERI, Roberto; FERNÁNDEZ COLLADO, Carlos; BAPTISTA LUCIO, Pilar. Concepción

o elección del diseño de investigación. Metodología de la investigación. 4ed., México: McGraw-Hill, 2006. P 160.

31

contenido de humedad en suelos utilizando horno microondas, como trabajos de

grado, artículos y además se investigara todo el estado del arte sobre este tema.

FASE II: Selección y recolección de muestras. Recolectar 15 muestras de suelo

fino “arcilla y limos” tomadas directamente del tubo Shelby, esta recolección de

muestras de suelo se hará en diferentes sitios de la ciudad de Bogotá.

FASE III: Ensayos de laboratorio. Se tomaron los distintos tipos de suelos finos y

se sometieron a secado en horno microondas y horno convencional, se realizaron

introduciendo a la cámara del horno microondas tres recipientes con muestra de

un mismo suelo, cada recipiente tiene muestras de suelo con diferentes pesos

pero de una misma forma “cilindros, rodajas y rollos” (ver ilustración 2, ver tabla 2

y 3), todo esto para los contenidos de humedad natural. Para los ensayos de

límites de consistencia se introducían en la cámara del horno microondas la mayor

cantidad posible de recipientes con muestra (ver ilustración 3).

Para los ensayos en el horno convencional siempre se introdujeron en la cámara

de secado la mayor cantidad de muestras, independientemente de la forma el

peso y de los ensayos (ver ilustración 7).

32

Ilustración 2. Distribución de muestras en el horno microondas para contenido de humedad natural

“forma cilindros”.

Fuente: Propia

Ilustración 3. Distribución de muestras en el horno microondas para límites de consistencia “límite

líquido”.

Fuente: Propia

FASE IV: Análisis de resultados. Se tabularon y graficaron los resultados de los

ensayos para la combinación de variables tiempo, forma y tipo de suelo, después

de estos se interpretaran dando conclusiones y resultados que nos llevaran a

determinar si se pueden secar las muestras de suelo en un horno microondas sin

reductor de calor con una potencia de 400W.

33

3.3 FLUJO-GRAMA METODOLÓGICO

RECOLECCIÓN

DE MUESTRAS

CLASIFICACIÓN

DE MUESTRAS

PREPARACIÓN DE

MUESTRAS.

VARIABLES: TIPO DE

SUELO, PESO Y FORMA

LABORATORIOS DE LAS

MUESTRAS. VARIABLES: TIPO

DE SUELO, PESO Y FORMA EN

HORNO CONVENCIONAL

LABORATORIOS DE LAS

MUESTRAS. VARIABLES: TIPO

DE SUELO, PESO Y FORMA EN

HORNO MICROONDAS

SE TOMA EL

PESO DE LA

MUESTRA MÁS

RECIPIENTE

INICIO

ES

CONSTANTE

DETERMINAR EL

CONTENIDO DE

HUMEDAD

ANÁLISIS DE

RESULTADOS

FIN

NO

SI

TERMINACIÓN DE

MUESTRAS

NO

SI

Fuente: Propia

Ilustración 4. Flujo-Grama general.

34

4. TRABAJO INGENIERIL

En este capítulo se describe el procedimiento realizado para el desarrollo de los

ensayos “contenido de humedad natural y límites de consistencia” a suelos finos

en horno convencional y en horno microondas sin reductor de calor con potencia

de 400W.

El secado de las muestras se hizo utilizando recipientes adecuados para cada

horno, aluminio para horno convencional y cerámica para horno microondas, estas

se exponen en las ilustraciones 5 y 6.

Ilustración 5. Recipiente de cerámica para horno microondas.

Fuente: Propia

35

Ilustración 6. Recipiente de aluminio para horno convencional.

Fuente: Propia

4.1 PROCESO DE SECADO EN LOS HORNOS

4.1.1 Proceso de secado en horno convencional: Para el secado en horno

convencional de las muestras de límite líquido, plástico y humedad natural se

dejarán un tiempo constante de 24 horas a una temperatura promedio de 110°C

para después obtener el peso seco de la muestra más recipiente logrando así

encontrar el contenido de humedad.

Ilustración 7. Horno convencional.

Fuente: Propia

36

Ilustración 8. Procedimiento de secado en el horno convencional.

INICIO

PESAR RECIPIENTE

APTO PARA HORNO

CONVENCIONAL

PREPARAR MUESTRA CON

LOS PESOS Y FORMAS

CORRESPONDIENTES (Ver

tabla 7)

PESAR MUESTRA HUMEDA

MAS RECIPIENTE Y

LLEVARLA AL HORNO

SE DEJA EN EL

HORNO POR UN

TIEMPO DE 24 HORASREGISTRAR

DATO

REGISTRAR

DATO

OBTENER EL PESO

SECO DE LA

MUESTRA

DETERMINAR EL

CONTENIDO DE

HUMEDAD

REGISTRAR

DATO

TERMINACIÒN DE

MUESTRAS

SI

NO

FIN

Fuente: Propia

37

4.1.2 Proceso de secado en horno microondas: Las muestras fueron

expuestas con tiempos fijos de cinco minutos, retirándolas y tomando el dato de

peso de la muestra más recipiente hasta obtener un peso constante, esto se hizo

utilizando una potencia de 400 Watts sin reductor de calor.

El horno usado en esta investigación se muestra en las siguientes ilustraciones

(ver ilustración 9), en ellas se puede ver la referencia o marca, la potencia de

salida de 800 Watts, esta potencia es superior a la recomendad en la norma INV.-

E 135 que es de 700 Watts pero la potencia usada para el secado de las muestras

fue de 400 Watts y la recomendada en el trabajo de grado de (Hilarión y Gámez)

es de 420 Watts, la diferencia no es grande entre una y otra, con esto se esperaría

tener unos tiempos de secado un poco más prolongados, la frecuencia de salida

del horno microondas es de 2450 MHz.

Ilustración 9. Horno microondas y especificaciones de este para la investigación.

Fuente: Propia (a) Horno microondas.

38

Fuente: Propia (b) Especificaciones.

Fuente: Propia (c) Especificaciones.

Con las ilustración 9(a), 9(b) y 9(c) se pretende estandarizar el horno microondas

para los ensayos de contenido de humedad, conociendo la marca, la potencia de

salida, la frecuencia de salida y algo muy importante que no se muestra en las

ilustraciones, es que el horno microondas debe tener variador de potencia de 1 a

10 lo que representa en que porcentaje de la potencia de salida se quiere utilizar.

El horno microondas, para esta investigación se utilizó con un nivel de potencia de

cinco (5), esto representa un 50% de la potencia de salida o sea 400Watts.

39

Ilustración 10. Procedimiento de secado en el horno microondas.

INICIO

PESAR RECIPIENTE APTO

PARA HORNO

MICROONDAS

PREPARAR MUESTRA CON

LOS PESOS Y FORMAS

CORRESPONDIENTES (Ver

tabla 7)

PESAR MUESTRA HUMEDA

MAS RECIPIENTE Y

LLEVARLA AL HORNO

REGISTRAR

DATO

REGISTRAR

DATO

DETERMINAR EL

CONTENIDO DE

HUMEDAD

REGISTRAR

DATO

TERMINACIÒN DE

MUESTRAS

SI

NO

FIN

SE TIENE PESO

CONSTANTE

SECAR LA MUESTRA EN EL

HORNO POR 5 MINUTOS

CON POTENCIA DE 400W

SI

NO

Fuente: Propia

40

4.2 DESCRIPCIÓN DE ENSAYOS

4.2.1 Humedad natural: Los ensayos de contenido de humedad natural se

realizaron con el fin de saber si la forma y el peso de las muestras afectan el

resultado de contenido de humedad, para esto se utilizaron ocho muestras de

suelo arcilloso (ver anexo I), cada muestra se sometió a secado en horno

microondas sin reductor de calor con potencia de 400W y en horno convencional

de acuerdo con las normas INV. E–135, INV. E–122 respectivamente, variando la

forma y el peso de cada muestra (ver tabla 2).

La cantidad de ensayos de contenido de humedad natural a realizar fueron 126,

usando horno convencional se realizaron 63 ensayos y usando horno microondas

sin reductor de calor con una potencia de 400W se realizaron 63 ensayos (ver

tabla 2). Estos ensayos se obtuvieron tomando los tres pesos “20g, 40g, y 60g”, de

cada forma “cilindros, rodajas y rollos”, estos tres pesos por cada forma se

hicieron para cada suelo. Los resultados de estos ensayos se pueden ver en el

Anexo F.

En la tabla 2 se determina que para un mismo suelo y una misma forma se

realizaron tres muestras cada una con diferentes pesos según la disposición de

material. En los suelos 1, 2 y 3 no se pudieron realizar los ensayos de humedad

natural con la forma de cilindro debido a que no se disponía de suficiente muestra,

por lo que se realizaron ensayos con formas de rodajas y rollos únicamente.

41

Tabla 2. Relación número de ensayos por suelo, forma. Totalizando el número de ensayos por horno.

HUMEDAD NATURAL LÍMITES DE CONSISTENCIA

SUELO FORMA / PESO

SUELO LÍMITE

CILINDRO PESO (g) RODAJA PESO (g) ROLLO PESO (g) LÍQUIDO PLÁSTICO

1

- - 1 20 1 20

1

1 1

- - 1 40 1 40 1 1

- - 1 60 1 60 1 -

2

- - 1 20 1 20

2

1 1

- - 1 40 1 40 1 1

- - 1 60 1 60 1 -

3

- - 1 20 1 20

3

1 1

- - 1 40 1 40 1 1

- - 1 60 1 60 1 -

4

1 20 1 20 1 20

4

1 1

1 40 1 40 1 40 1 1

1 60 1 60 1 60 1 -

5

1 20 1 20 1 20

5

1 1

1 40 1 40 1 40 1 1

1 60 1 60 1 60 1 -

6

1 20 1 20 1 20

6

1 1

1 40 1 40 1 40 1 1

1 60 1 60 1 60 1 -

7

1 20 1 20 1 20

7

1 1

1 40 1 40 1 40 1 1

1 60 1 60 1 60 1 -

8

1 20 1 20 1 20

8

1 1

1 40 1 40 1 40 1 1

1 60 1 60 1 60 1 -

TOTAL 15

24

24 9

1 1

1 1

TOTAL ENSAYOS (126)

1 -

HORNO MICRO. 63 HORNO CONV. 63

10

1 1

1 1

1 -

11

1 1

1 1

1 -

12

1 1

1 1

1 -

13

1 1

1 1

1 -

14

1 1

1 1

1 -

TOTAL 42 28

TOTAL ENSAYOS (140)

HORNO MICRO. 70

HORNO CONV. 70

Fuente: Propia

42

4.1.2 Límites de consistencia: Estos ensayos se realizaron con el fin de poder

clasificar los suelos que se utilizaron en esta investigación, garantizando el uso de

suelos limosos y arcillosos.

Para los ensayos de límites de consistencia se utilizaron catorce muestra de suelo,

de estas muestras siete son limos y siete son arcillas (ver anexo I), a cada

muestra se le realizaron ensayos de límite líquido y límite plástico tanto en el

horno microondas sin reductor de calor con potencia de 400W como en el horno

convencional de acuerdo con las normas (límite líquido INV. E125; límite plástico

INV. E126), esto da un total de 70 ensayos de contenido de humedad con horno

microondas y 70 ensayos de contenido de humedad con horno convencional (ver

tabla 2).

4.2 PREPARACIÓN DE LAS MUESTRAS

Se determinaron cinco (5) formas para la realización de los ensayos, tres (3)

formas para los ensayos de contenido de humedad natural y dos (2) para los

ensayos de límites de consistencia, las tres formas para contenido de humedad

natural se relacionaron con los pesos para así describir en una sola tabla las dos

variables “peso y forma” (ver tabla 2), de esta forma definiendo los pesos a utilizar

para nuestros ensayos de humedad natural.

.

43

4.2.1 Preparación de muestras en forma de cilindro. La muestra se tomó del

núcleo del tubo Shelby de diámetro 4cm, esta muestra se corto con una segueta

(ver ilustración 7), de manera que el recipiente tuviera aproximadamente el peso

determinado para cada suelo “tres pesos fueron dados para cada suelo” como se

muestra en la tabla 2.

Ilustración 11. Preparación de muestras en forma de cilindro.

Fuente: Propia (a) muestras del tubo Shelby.

Fuente: Propia (b) Recipientes con muestras de diferentes pesos.

44

En la ilustración 11(a), se observan los núcleos de suelo extraído del tubo Shelby

de los cuales se cortaron cilindros con los pesos ya establecidos (ver tabla 2), en

la ilustración 11(b) se observan muestras de un mismo suelo y de una misma

forma que en este caso son cilindros pero de diferente peso, de izquierda a

derecha distribuidos así; 20g, 40g y 60g en sus respectivos recipientes para cada

horno, en la parte inferior para el horno microondas y en la parte superior para el

horno convencional. Las muestras de la ilustración 11(b) son antes de ser

sometidas al secado en los hornos.

4.2.2 Preparación de muestras en forma de rodajas. Se tomó la muestra de

suelo del tubo Shelby y esta se fraccionó en rodajas con un espesor aproximado

de 3mm27 para permitir que cada rodaja se seque de manera uniforme y 4cm de

diámetro. Se colocaron las rodajas en sus respectivos recipientes procurando

obtener la cantidad de rodajas necesaria para completar los pesos determinados

en la tabla 2.

27 Lancheros Rodríguez, Claudia Roció; Bernal Niño, Julio David. Guía metodológica del ensayo de humedad

para suelos finos, método de horno microondas, con reductor de calor. Preparación de las muestras en rodajas. Bogotá, 2009, 148 h. Trabajo de grado (Ingeniero Civil). Universidad de la Salle. Facultad de Ingenierías. Programa de Ingeniería Civil.

45

Ilustración 12. Recipientes con muestra en rodajas para el horno convencional.

Fuente: Propia

En la ilustración 12 se ven las muestras en forma de rodajas después de haber

sido secadas en el horno convencional, las rodajas se distribuyeron de tal forma

que ninguna rodaja quede sobre la otra lo mismo se hizo para los recipientes del

horno microondas, con esto se garantiza que el secado sea lo más homogéneo

posible.

4.2.3 Preparación de muestras en forma de rollos. Con la muestra de suelo

del tubo Shelby o lo que quedara de las formas anteriores (sobrantes), se les da

forma de rollos manualmente procurando que el diámetro fuera aproximadamente

de 5mm y con una longitud aproximada de 7 cm, procurando que al reunir los

rollos en su recipiente, estos estén lo más cerca a los pesos dados en la tabla 2.

46

Ilustración 13. Preparación de muestras en forma de rollos.

Fuente: Propia (a) Rollos.

Fuente: Propia (b) Recipientes con muestras en forma de rollos.

En la ilustración 13(a) se ven dos rollos realizados a mano con las dimensiones

aproximadas en espesor y longitud, la ilustración 13(b) deja ver la distribución de

las muestras en los recipientes metálicos parte superior y cerámicos parte inferior,

de derecha a izquierda se pueden distinguir las muestras de 20g, 40g y 60g

respectivamente para cada método.

47

4.2.4 Preparación de muestras para ensayos de límite líquido. De acuerdo a

la norma INV. E125, 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.

4.2.5 Preparación de muestras para ensayos de límite plástico. El ensayo se

realizó de acuerdo a la norma INV. E126, 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.

48

En la ilustración 14 se pueden ver los cuatro recipientes con muestras para la

realización del contenido de humedad y así determinar el límite plástico, en la

parte superior las dos muestras con recipientes adecuados para el secado en

horno convencional y en la parte inferior las dos muestras con recipientes aptos

para el secado en horno microondas.

Ilustración 14. Rollos para determinar el límite plástico de un suelo.

Fuente: Propia

49

4.3 RESULTADOS Y ANÁLISIS DE ENSAYOS

En los proyectos de grado de la Universidad de la Salle que anteceden a esta

investigación, tuvieron como objetivos encontrar los tiempos de secado con

variables como la humedad natural, la gravedad específica, reductores de calor,

etc., para esta investigación se consideró principalmente la incidencia de la forma

y el peso de cada muestra en los resultados de contenido de humedad usando

horno microondas sin reductor de calor con una potencia de 400W.

Para analizar los resultados en los ensayos, contenido de humedad natural y

límites de consistencia, se calculó el porcentaje de error, este porcentaje se

determinó haciendo la diferencia entre los dos valores (ver ecuación 1) de

contenido de humedad obtenidos por cada método (horno microondas y horno

convencional). El método de referencia es el horno convencional ya que está

respaldado a nivel nacional por la norma INV. E122 y a nivel internacional por la

norma ASTM D2216-71, por este motivo se considera como referencia ya que nos

ofrece más precisión y confiabilidad en los resultados.

El porcentaje de error (%E) se determinó con la siguiente ecuación:

(Ecuación 1)

50

Dónde:

= contenido de humedad en el horno convencional (%).

= contenido de humedad en el horno microondas (%).

4.3.1 Resultados y análisis en los ensayos de humedad natural. En el anexo I

se pueden ver los ocho tipos de suelo usados con su descripción de muestra y

sondeo para estos ensayos.

Con los pesos de las muestras ya definidos para los ensayos de contenido de

humedad natural, se indicaran los resultados con sus porcentajes de error de

acuerdo a su forma, también se mostraran los tiempos en que se secó cada

muestra en horno microondas (ver tablas 3), el tiempo de secado en horno

convencional fue 24 horas.

Tabla 3. Resultado de ensayos de humedad natural en suelos arcillosos, agrupados según su forma.

FORMA / CILINDROS

Peso

Suelo

20g 40g 60g

(%)w h.m

(%)w h.c

Tiempo secado (min.)

% Error (%)w h.m

(%)w h.c


% Error (%)w h.m

(%)w h.c


% Error

4 121,3 120,5 20 -0,7 124,6 121,1 20 -2,9 124,9 122,1 20 -2,3

5 157,3 144,2 20 Estallo 156,6 143,5 20 Estallo 149,7 142,3 20 Estallo



8 65,3 66,7 10 2,0 61,9 65,1 10 4,9 61,2 60,4 10 -1,4

Fuente: Propia (a) Cilindros en suelos arcillosos.

51

FORMA / RODAJAS

Peso

Suelo

20g 40g 60g

(%)w h.m

(%)w h.c


% Error (%)w h.m

(%)w h.c


% Error (%)w h.m

(%)w h.c


% Error


2 118,3 121,7 20 2,8 117,5 126,7 20 7,3 133,8 132,9 20 -0,6

3 162,5 152,3 10 -6,7 159,9 149,9 10 -6,7 160,2 165,2 10 3,1


5 147,4 144,2 15 -2,2 150,4 144,4 15 -4,1 151,1 144,7 15 -4,4




Fuente: Propia (b) Rodajas en suelos arcillosos.

FORMA / ROLLOS

Peso

Suelo

20g 40g 60g

(%)w h.m

(%)w h.c


% Error (%)w h.m

(%)w h.c


% Error (%)w h.m

(%)w h.c


% Error




4 116,1 119,3 20 2,7 118,4 115,8 20 -2,2 118,4 116,2 20 -1,9

5 147,6 147,6 20 0,0 135,5 144,6 20 6,3 138,8 144,3 20 3,9

6 118,7 112,6 20 -5,4 113,1 112,7 20 -0,3 108,0 115,5 20 6,5



Fuente: Propia (c) Rollos en suelos arcillosos.

Se puede determinar con los resultados de las tablas 3(a), 3(b) y 3(c) que el

tiempo de secado de las muestras es directamente proporcional al contenido de

humedad que tengan los suelos (ver gráfica 1).

52

Gráfica 1. Proporcionalidad de contenido de humedad Vs. Tiempo, en suelos arcillosos.

Fuente: Propia

El tiempo de secado también está influenciado por la forma de las muestras, en

forma de rodajas muestra unos tiempos de secado menores a las formas de

cilindros y rollos, esto es debido a que las rodajas tienen espesores de 3mm

mientras que los cilindros y los rollos no bajan de espesores de 5mm, además la

longitud de los rollos es superior al diámetro de las rodajas y los cilindros que son

de 4cm lo que hace que los tiempos de los rollos en general sean los más

prolongados.

Se presento en las muestras que independiente de la forma todas se secaron

desde el centro hacia afuera (ver ilustración 15), esto induce a un

sobrecalentamiento en la zona del centro de cada muestra provocando

y = 6,3675x - 2,4773R² = 1

y = 5,2815x + 80,955R² = 1

y = 4,0755x + 57,246R² = 1

50

70

90

110

130

150

170

9 11 13 15 17 19 21

Co

nte

nid

o d

e h

um

ed

ad (

%)

Tiempo (min)

Contenido de humedad Vs. tiempo

CILINDRO

RODAJA

ROLLOS

53

agrietamiento en este punto y posterior explosión de la muestra de suelo (ver

ilustración 16), cuando esto sucede aun el suelo tiene humedad en las zonas más

alejadas del centro lo cual afirma que la forma en esta investigación si influye.

Ilustración 15. Secado del centro hacia los extremos de suelos arcillosos.

Fuente: Propia

Ilustración 16. Muestra de suelo arcilloso estallada.

Fuente: Propia

54

Cuando el suelo estalla el dato de peso seco más recipiente no se puede tomar, el

inconveniente está en que un gran porcentaje de las muestras estallaron (ver tabla

4), pero en si todos los suelos estallaron debido a que si se analiza la forma, todos

los suelos estallaron en alguna de las tres formas, algunas veces estallando el

mismo suelo en diferentes formas (ver tabla 3a, 3b y 3c), lo que genera una

búsqueda del por qué sucede esto.

Tabla 4. Porcentaje de suelos arcillosos estallados y con porcentajes de error negativos según la

forma.

Forma % Estalla % Negativo

Cilindro 60,0 66,0

Rodajas 62,5 66,0

Rollos 62,5 42,5

Fuente: Propia

Las posibles razones por la que las muestras estallan son; la alta plasticidad de

los suelos es una hipótesis por esto se realizó un ensayo de secado en horno

microondas a una muestra de suelo fino con baja plasticidad, además el contenido

de materia orgánica es otra hipótesis que se contempla por esto se buscó un suelo

arenoso el cual se sometió a secado en el horno.

Las muestras que no estallaron y que dieron porcentajes de error negativo fue

debido a que las muestras de suelo sufrieron sobrecalentamiento (exposición del

suelo a temperaturas de 110°C o mayores), este sobrecalentamiento hace que las

partículas de suelo pierdan su capa doble difusa generando mayores contenidos

de humedad, esto es lo que sucede con las muestras secadas en el horno

55

microondas. Al resolver la ecuación (1) los contenidos de humedad del horno

microondas son mayores que los contenidos de humedad del horno convencional

por esto los porcentajes son negativos.

El sobrecalentamiento está ocurriendo debido a que no se tiene reductor de calor,

esto lleva a que las muestras sobrepasen la temperatura de 110°C, además el

proceso de secado es muy acelerado debido a que la potencia del horno

microondas es muy alta.

Al ser el proceso de secado muy acelerado el lapso de tiempo de cinco minutos es

muy prolongado ya que entre estos intervalos de tiempo las muestras se

estallaban, lo que fuerza a reducir la potencia del horno como se menciono

anteriormente o reducir el tiempo para la toma de datos.

56

Gráfica 2. Contenido de humedad en horno microondas Vs. horno convencional para todas las formas en los ensayos.

Fuente: Propia

y = 1,0426x - 1,7441R² = 0,9967 Límite líquido

y = 0,9608x + 2,9333R² = 0,9916 Límite plástico

y = 1,0608x - 5,0684R² = 0,9976 Cilindros

y = 1,5516x - 74,099R² = 0,9771 Rodajas

y = 0,8303x + 19,701R² = 0,8926 Rollos

0

50

100

150

200

250

300

0 50 100 150 200 250 300

CO

NT

EN

IDO

DE

HU

ME

DA

D E

N H

OR

NO

MIC

RO

ON

DA

S

CONTENIDO DE HUMEDAD EN HORNO CONVENCIONAL

CONTENIDO DE HUMEDAD EN HORNO MICROONDAS Vs. HORNO CONVENCIONAL

Límite líquido

Límite plástico

Cilindros

Rodajas

Rollos

57

En la gráfica 2 solo se tuvieron en cuenta los datos de los suelos que no

estallaron, teniendo esto claro se puede decir que la forma con menor porcentaje

de error fueron los cilindros debido a que los datos están muy cerca a la línea de

tendencia lo que traduce que el coeficiente de relación cuadrática está muy cerca

de uno, por lo que los datos de horno microondas y horno convencional son muy

parecidos, pero en las rodajas sucede lo mismo mientras que en los rollos el

coeficiente de correlación cuadrática está muy alejado de uno pero sin embargo se

puede deducir que la forma tiene implicaciones muy bajas, entonces la forma no

altera el contenido de humedad.

Las rodajas y los rollos dan un coeficiente de correlación muy similar pero nada

cerca a uno lo que traduce que los porcentajes de error fueron altos o sea los

datos de horno microondas y horno convencional no son parecidos.

4.3.2 Resumen y análisis de los datos obtenidos en los ensayos de límites

de consistencia. El proceso de realización de estas muestras ya ha sido

expuesto con anterioridad por lo que se presentarán las tablas resumen con los

resultados obtenidos tanto para límite líquido como para límite plástico con sus

porcentajes de error (ver ecuación 1) y sus tiempos de secado en horno

microondas ya que para el horno convencional se utilizo un tiempo de 24 horas

para los dos límites.

58

Tabla 5. Clasificación suelos límites de consistencia y % de error en límites de consistencia, horno microondas Vs. horno convencional.

SUELO MUESTRA Y

SONDEO LÍMITES DATOS

SÍMBOLO DE GRUPO

NOMBRES TÍPICOS L. L. H.M.

L. L. H.C.


% ERROR

L. P. H.M.

L. P. H.C.


% ERROR

1 MUESTRA 2 SONDEO 2

L.L 122,2 CH Arcilla Inorgánica 127,3 122,2 30 -4,2 38,2 35,2 10 -8,5

I.P 87,0 CH Arcilla Inorgánica


L.L 134,3 CH Arcilla Inorgánica 120 134,3 20 Estallo 46,3 42 10 Estallo



L.L 134,8 CH Arcilla Inorgánica 102,3 134,8 20 Estallo 40,2 37,8 10 -6,3



L.L 142,2 CH Arcilla Inorgánica 122,4 142,2 20 Estallo 49,2 49,1 10 -0,2



L.L 124,9 OH - MH MH Limo inorgánico 124,4 124,9 32 0,4 69,6 72,3 10 3,7

I.P 52,6 OH - MH MH Limo inorgánico


L.L 117,4 OH - MH OH Limo orgánico 123,7 117,4 30 -5,4 71,5 79,8 10 Estallo

I.P 37,6 OH - MH OH Limo orgánico


L.L 70,2 OH - MH OH Limo orgánico 70,2 65,7 30 -6,8 54,7 64,2 10 Estallo

I.P 15,6 OH - MH OH Limo orgánico


L.L 78,9 OH - MH MH Limo inorgánico 82,3 78,9 25 -4,3 43 39,6 10 -8,6



L.L 113,1 OH - MH MH Limo inorgánico 116,2 113,1 15 -2,7 69,7 67,3 10 -3,6



L.L 70,5 OH - MH MH Limo inorgánico 74,4 70,5 15 Estallo 41,6 40,9 10 -1,7



L.L 74,0 CH Arcilla Inorgánica 69,2 74 15 6,5 20,8 20,6 10 -1



L.L 63,8 CH Arcilla Inorgánica 60,4 63,8 15 5,3 22,5 21,6 10 -4,2



L.L 270,7 CH Arcilla Inorgánica 280,5 270,7 25 -3,6 74,5 74,8 10 0,4



L.L 67,9 OH - MH MH Limo inorgánico 73,8 67,9 10 -8,7 44,8 42,3 10 -5,9


Fuente: Propia

59

Los tiempos registrados en los ensayos de límite líquido no sobrepasan los 32

minutos lo que corrobora que el tiempo máximo de secado en esta investigación

es muy similar a los trabajos de grado anteriores.

Los tiempos presentados en ensayos de límite líquido fueron superiores a los

ensayos de plasticidad, con lo que se confirma lo ya dicho en los ensayos de

humedad natural, los tiempos se ven influenciados por la forma y el contenido de

humedad.

En estos ensayos existieron muestras que estallaron aunque en un bajo

porcentaje para ambos ensayos (ver tabla 6), el por qué en estos ensayos el

porcentaje de error es menor puede deberse a la forma, pero hay que resaltar que

ya en este punto se tenía una experiencia en la realización de los ensayos que

fueron sometidos al horno microondas, ya que en los ensayos de humedad natural

se esperaba pacientemente el intervalo de los cinco minutos, cuando la muestra

estallaba muchas veces dentro de este lapso de tiempo lo que hacía que el suelo

estallara múltiples veces haciendo que se perdiera el ensayo, ya para los ensayos

de límites de consistencia se siguió dejando el mismo intervalo de toma de datos

cada cinco minutos pero se estuvo pendiente al menor estallido de la muestra para

retirarla y tomar el peso seco más recipiente dando por terminado el proceso de

secado, resultando así menores porcentajes de error.

60

Tabla 6. Porcentaje de suelos estallados según ensayo.

Ensayo % Estalla % Error negativo

L. Líquido 28,6 71,4

L. Plástico 21,4 78,6

Fuente: Propia

Al haber obtenido experiencia en el secado de las muestras en el horno indujo a

que los porcentajes de error fueran más bajos pero aún así no son aceptables. La

mayoría de los porcentajes de error dieron negativos (ver tabla 6), debido a

sobrecalentamiento, esto indica que las muestras estuvieron expuestas a mas de

110°C, lo que ocasionó que el suelo se secara más perdiendo su capa doble

difusa o estallara, por esto los datos del horno microondas en general arrojaron

contenidos de humedad más altos que los datos del horno convencional dando así

porcentajes de error negativos.

.

Los suelos más propensos a estallar son las arcillas ya que son más susceptibles

a los cambios de temperaturas y al ir retirando la humedad se van endureciendo

hasta tener un aspecto de porcelana y muy quebradizo, esto se determina en la

cantidad de suelos arcillosos que estallaron (suelo 2, 3, y 4), hubo un suelo limoso

(suelo 10) que estallo pero este tenía un alto contenido de arcilla (ver gráfica 3),

61

En las gráfica 2 se puede observar que los datos están muy cercanos a la línea de

tendencia lo que traduce que el coeficiente de relación cuadrática está muy cerca

de uno, por lo que los datos de horno microondas y horno convencional son muy

parecidos, en estos ensayos como ya se dijo la experiencia ayudo a mejorar los

porcentajes de error.

Para la clasificación de los suelos se utilizo los resultados de los ensayos de límite

líquido y límite plástico, para así determinar el índice de plasticidad y poder utilizar

la carta de plasticidad, para clasificar de esta forma los suelos. El resumen de

estos resultados están en la tabla (ver tabla 5).

Para tener un mejor concepto de en donde están ubicados los suelos usados se

realizó la carta de plasticidad ubicando en ella todos los suelos estallados y no

estallados, para tener una mayor facilidad de entendimiento sobre el

comportamiento de los suelos en esta investigación.

PRUEBAS PARA SABER SI EL ESTALLIDO EN SUELOS FINOS OCURRE

TAMBIÉN EN SUELOS CON BAJA PLASTICIDAD.

Para saber si los suelos que estallan en el horno microondas son aquellos con

altas plasticidades se realizó un ensayo de contenido de humedad con tres

muestras de suelo con baja plasticidad y estas fueron sometidas a secado en el

62

horno microondas sin reductor de calor a potencias de 400W y 160W para ver

cómo se comporta el suelo con bajas potencias.

Tabla 7. Suelos de prueba con baja plasticidad.

SÍMBOLO DE GRUPO

NOMBRES TÍPICOS

POTENCIA DE 400W POTENCIA DE 160W

QUE SUCEDE

TIEMPO QUE

SUCEDE TIEMPO

CH

Arcilla Inorgánica

NO ESTALLA

30 ESTALLA 15

CH

Arcilla Inorgánica

CH

Arcilla Inorgánica

ESTALLA 15 NO

ESTALLA 35

CH

Arcilla Inorgánica

CH

Arcilla Inorgánica

ESTALLA 15 ESTALLA 25

CH

Arcilla Inorgánica

Fuente: Propia

63

Gráfica 3. Clasificación de suelos.

Fuente: Propia

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280

IND

ICE

DE

PLA

STIC

IDA

D

LÍMITE LÍQUIDO

CARTA DE PLASTICIDAD

Línea A

UL

Suelos no estallados

Suelos estallados

64

5. CONCLUSIONES

La potencia de 400W usada en esta investigación no es la adecuada para hallar la

humedad en suelos finos.

En los contenidos de humedad usando horno microondas realizados a los suelos

con las variables de forma y peso, no se vieron afectados los resultados (ver

gráficas 2).

Para evitar el estallido y pérdida de la muestra de suelos con altas plasticidades,

se debe estar pendiente de los sonidos dentro del horno microondas para que

cuando ocurra esto tomar el peso seco de la muestra más recipiente.

Se determinó que a mayor contenido de humedad en los suelos de esta

investigación mayor va ser el tiempo de secado en el horno microondas,

manteniendo así una relación directamente proporcional entre el contenido de

humedad y el tiempo de secado (ver gráfica 1).

De los ensayos de contenido de humedad natural y límites de consistencia se

determinó que aunque los tiempos de secado son muy similares a las tesis

65

anteriores, estas muestras secadas en el horno microondas se estallaron28 en más

del 50%, por esto los suelos arcillosos o limos con altos contenidos de arcilla no se

pueden dejar un tiempo constante de 32 minutos.

Se logró obtener un margen de tiempo de secado en las muestras

independientemente del tipo de suelo, la forma y el peso de 10 minutos hasta 32

minutos.

Por tanto el horno microondas sin reductor de calor es una herramienta que se

puede utilizar para el secado de muestras de suelos finos reduciendo

notablemente el tiempo, al igual que costos y contaminación del medio ambiente,

teniendo en cuenta las recomendaciones de este documento.

28

Las muestras estallan debido al acelerado proceso de secado, o al sobrecalentamiento.

66

6. RECOMENDACIONES Y MANUAL

RECOMENDACIONES

Para reducir el efecto de estallido en las muestras es necesario reducir la potencia

(160W) del horno microondas y verificar si se elimina este problema.

Cuando se esté usando el horno microondas para secar suelos arcillosos o limos

con altos contenidos de arcilla, estar muy pendiente que la muestra no estalle, o al

menor estallido retirar la muestra de suelo para obtener el peso seco, debido a

que la arcilla es muy susceptible a los cambios de temperatura.

Al reducir la potencia se recomienda mantener los intervalos de tiempo de cinco

minutos para la toma de datos.

Con respeto a las formas se recomienda hacer las rodajas lo mas homogéneas

posibles, se sugiere utilizar un ranurador o algo que nos ayude a conseguir la

homogeneidad de las rodajas, haciendo esto garantizaría que todas las rodajas se

secaran al mismo tiempo.

Si las muestras siguen estallando buscar la forma de tapar los recipientes sin

interferir el secado de la muestra.

67

Averiguar en futuras investigaciones el porqué estallan las muestras de suelo, y

verificar si la temperatura del suelo supera los 110°C.

MANUAL

Usar un horno microondas con potencia de salida de 800W y frecuencia de 1250

MHz y que este tenga variación de potencia de 0% a 100%.

Graduar la potencia del horno microondas hasta obtener 400W de salida, para

esta investigación se utilizo un 50% de la potencia de salida dando así los 400W

que se requieren, además usar el horno en modo de cocción.

Introducir las muestras en la cámara del horno sobre el plato giratorio y cerciorarse

que este gire para un secado más homogéneo, la cantidad de muestras que se

pueden introducir van desde una muestra con recipiente hasta lo que sea posible

sin que un recipiente este encima de otro. Los recipientes deben ser los

adecuados para el horno microondas no usar recipientes metálicos ni vidrio, usar

recipientes de cerámica.

El tiempo de secado se debe hacer en intervalos de cinco minutos para suelos con

poca plasticidad, pero si es un suelo con alta plasticidad estar muy pendiente entre

68

los intervalos de tiempo ya que pueden estallar las muestras dentro de estos,

entonces al menor ruido de la muestra adentro del horno detener el secado y

tomar el peso seco más recipiente.

Para contra arrestar el estallido de las muestras se puede utilizar algún recipiente

con tapa que no interfiera con el secado de la muestra.

69

BIBLIOGRAFÍA

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México D.F.: Continental, 1968.

72

ANEXOS

Anexo A. Formatos de límites de consistencia.

Formato límite líquido.

MUESTRA 1 SONDEO 1 - LÍMITE LÍQUIDO

1 PUNTO 2 PUNTO 3 PUNTO

H. M. H. C. H. M. H. C. H. M. H. C.

RECIPIENTE Nº

PESO DEL SUELO HÚMEDO + RECIPIENTE g

PESO DEL SUELO SECO + RECIPIENTE g

PESO DEL RECIPIENTE g

PESO DEL SUELO SECO g

PESO DEL AGUA g

CONTENIDO DE HUMEDAD %

Nº GOLPES Nº

% Error

Fuente: Propia

Formato límite plástico

MUESTRA 1 SONDEO 1 - LÍMITE PLÁSTICO

H. MICROONDAS H. CONVENCIONAL

RECIPIENTE Nº





PESO DEL AGUA g


PROMEDIO CONTENIDO DE HUMEDAD

% Error

Fuente: Propia

73

Formato para porcentaje de error de límite líquido.

LÍMITE LÍQUIDO ECUACIÓN % Humedad L.L. % Error

HORNO MICROONDAS

HORNO CONVENCIONAL

Fuente: Propia

Formato para el cálculo del índice de plasticidad.

MUESTRA 1 SONDEO 1 - ÍNDICE DE PLASTICIDAD

HORNO MICROONDAS

HORNO CONVENCIONAL

% Error

Fuente: Propia

74

Anexo B. Formatos para el contenido de humedad natural.

MUESTRA 16 SONDEO 6 - HUMEDAD NATURAL - (CILINDROS)

H. M. H. C. H. M. H. C. H. M. H. C.

PESO APROX. DE MUESTRA HÚMEDA g

RECIPIENTE Nº





PESO DEL AGUA g


% Error Fuente: Propia

75

Anexo C. Datos obtenidos con tiempos y pesos para límites de consistencia, en horno

microondas y horno convencional.

Datos de límite líquido en horno microondas.

POTENCIA 50% = 400 Watts

SUELO TIPO DE SUELO

MUESTRA SONDEO

RECIPIENTE

#

TIEMPO (min) DATO FINAL 5 10 15 20 25 30 35

W (gr) W (gr) W (gr) W (gr) W (gr) W (gr) W (gr) W (gr)

1 ARCILLA

INORGÁNICA MUESTRA 2 SONDEO 2

13 49,1 47,5 46,0 43,8 42,9 42,3 ------- 42,3

20 56,0 53,3 52,0 49,2 47,3 46,8 ------- 46,8

18 49,8 47,8 45,6 43,6 42,4 41,9 ------- 41,9

2 ARCILLA

INORGÁNICA

MUESTRA 16

SONDEO 3

33 56,1 54,2 53,3 51,6 ------- ------- ------- 51,6

35 50,6 47,2 44,7 41,9 ------- ------- ------- 41,9

26 52,5 49,3 46,3 40,3 ------- ------- ------- 40,3

3 ARCILLA


30 47,8 46,3 45,6 45,5 ------- ------- ------- 45,5

17 58,1 55,2 54,0 54,0 ------- ------- ------- 54,0

14 57,3 55,1 53,0 52,9 ------- ------- ------- 52,9

4 ARCILLA


3 56,7 54,1 50,4 48,9 ------- ------- ------- 48,9

34 50,3 47,4 45,1 43,2 ------- ------- ------- 43,2

10 52,9 50,6 45,8 43,8 ------- ------- ------- 43,8

5 LIMO

INORGÁNICO MUESTRA 3 SONDEO 21

36 40,8 39,7 38,8 37,7 36,8 36,0 35,7 35,7

15 46,3 45,6 44,5 43,7 43,0 42,0 41,7 41,7

25 61,3 59,3 58,2 56,6 54,5 52,7 52,1 52,1

6 LIMO

ORGÁNICO MUESTRA 3 SONDEO 3

1 ------- ------- 50,7 48,3 47,7 46,2 ------- 46,2

12 ------- ------- 51,4 48,7 48,0 47,3 ------- 47,3

7 ------- ------- 55,5 53,2 52,6 51,9 ------- 51,9

7 LIMO

ORGÁNICO MUESTRA 1 SONDEO 8

32 ------- ------- 60,0 58,2 56,9 ------- ------- 56,9

9 ------- ------- 60,0 58,1 57,5 56,0 ------- 56,0

6 ------- ------- 56,4 55,1 53,9 52,5 ------- 52,5

8 LIMO


24 ------- 56,4 54,5 53,3 52,6 ------- ------- 52,6

8 ------- ------- 57,2 56,0 55,5 ------- ------- 55,5

11 ------- ------- 54,0 53,6 52,5 ------- ------- 52,5

9 LIMO


19 48,4 45,6 43,3 ------- ------- ------- ------- 43,3

4 53,5 50,4 48,0 ------- ------- ------- ------- 48,0

5 58,6 55,3 52,5 ------- ------- ------- ------- 52,5

10 LIMO


37 ------- ------- 45,9 ------- ------- ------- ------- 45,9

38 ------- ------- 52,1 ------- ------- ------- ------- 52,1

27 ------- ------- 54,6 ------- ------- ------- ------- 54,6

11 ARCILLA


87 21,4 19,3 17,5 ------- ------- ------- ------- 17,5

39 20,7 18,2 15,6 ------- ------- ------- ------- 15,6

35 21,8 18,8 16,1 ------- ------- ------- ------- 16,1

12 ARCILLA


42 19,6 17,3 15,4 ------- ------- ------- ------- 15,4

41 22,5 19,4 17,7 ------- ------- ------- ------- 17,7

38 23,1 20,4 18,3 ------- ------- ------- ------- 18,3

13 ARCILLA

INORGÁNICA

MUESTRA 10

SONDEO 4

31 49,3 45,3 ------- ------- ------- ------- ------- 45,3

2 52,4 47,9 ------- ------- ------- ------- ------- 47,9

16 41,4 38,5 ------- ------- ------- ------- ------- 38,5

14 LIMO


21 48,1 47,3 ------- ------- ------- ------- ------- 47,3

29 88,0 87,4 ------- ------- ------- ------- ------- 87,4

28 87,7 86,6 ------- ------- ------- ------- ------- 86,6

Fuente: Propia

76

Datos de límite líquido en horno convencional.


SUELO TIPO DE SUELO MUESTRA SONDEO

RECIPIENTE #

TIEMPO (h)

24

W (gr)

1 ARCILLA INORGÁNICA MUESTRA 2 SONDEO 2

48 11,7

33 11,9

31 10,5


96 11,6

82 11,4

30 11,1


32 11,4

92 11,8

73 9,4


64 11,4

95 10,0

18 9,8

5 LIMO INORGÁNICO MUESTRA 3 SONDEO 21

76 11,5

75 13,4

49 12,8

6 LIMO ORGÁNICO MUESTRA 3 SONDEO 3

59 12,1

25 12,4

77 15,3


93 16,0

86 14,1

79 13,0


81 12,1

58 14,9

45 13,4


94 12,0

84 12,1

58 12,8


10 14,3

98 18,2

85 13,0


84 14,8

20 13,6

55 19,8


36 18,6

26 16,6

37 15,3


63 12,7

29 9,3

17 9,5


46 14,1

31 13,9

88 19,0

Fuente: Propia

77

Datos de límite plástico en horno microondas.



RECIPIENTE #

TIEMPO (min) DATO FINAL 5 10

W (gr) W (gr) W (gr)

1 ARCILLA


6 48,5 46,4 46,4

20 43,7 42,7 42,7

2 ARCILLA


15 41,7 40,7 40,7

25 49,3 48,2 48,2

3 ARCILLA


13 38,6 37,2 37,2

3 49,3 48,2 48,2

4 ARCILLA


24 45,9 44,6 44,6

31 45,8 44,1 44,1


7 45,4 43,9 43,9

26 36,7 35,9 35,9


35 38,0 36,0 36,0

9 46,8 44,0 44,0


17 45,1 44,5 44,5

37 33,4 32,7 32,7


5 49,1 47,3 47,3

23 42,3 40,4 40,4


18 24,3 23,2 23,2

36 24,1 23,2 23,2


8 47,0 46,7 46,7

21 40,0 39,8 39,8

11 ARCILLA


6 53,8 53,6 53,6

13 45,5 45,4 45,4

12 ARCILLA


24 51,8 51,7 51,7

31 53,4 53,3 53,3

13 ARCILLA


32 42,6 41,3 41,3

2 48,6 47,1 47,1


6 43,8 42,8 42,8

13 37,4 36,7 36,7

Fuente: Propia

78

Datos de límite plástico en horno convencional.



RECIPIENTE #

TIEMPO (h)

20

W (gr)


130 28,9

115 30,2


118 26,8

134 22,6


112 25,6

124 27,0


101 24,7

122 24,6


102 22,7

117 22,3


106 25,0

135 24,6


110 23,7

105 23,0


73 32,5

94 33,9


107 37,0

127 33,5


128 26,7

108 25,1


132 35,1

119 33,4


109 32,6

116 33,5


104 24,1

114 25,9


103 25,5

123 27,5

Fuente: Propia

79

Anexo D. Datos obtenidos del horno microondas con tiempos y pesos para contenido de humedad natural.

POTENCIA 50% = 400 Watts (CILINDROS)


RECIPIENTE #

TIEMPO (min) DATO FINAL Peso

muestra (g) 5 10 15 20

W (gr) W (gr) W (gr) W (gr) W (gr)

4 ARCILLA


29 - 81,5 80,3 80,1 80,1 20g

28 - 83,6 82,2 82,0 82,0 30g

5 - 66,3 58,4 57,9 57,9 50g

6 ARCILLA


5 - - 46,9 46,9 46,9 20g

28 - - 89,8 88,1 88,1 40g

29 - - 105,1 98,2 98,2 60g

7 ARCILLA


5 - - 47,0 - 47,0 20g

28 - - 90,3 - 90,3 40g

29 - - 102,4 - 102,4 60g

5 ARCILLA


5 - 51,2 47,6 47,1 47,1 20g

28 - 83,9 81,6 81,1 81,1 30g

29 - 100,3 92,9 91,8 91,8 50g

8 ARCILLA


5 - 50,6 - - 50,6 20g

28 - 93,8 - - 93,8 40g

29 - 110,5 - - 110,5 60g

Fuente: Propia

POTENCIA 50% = 400 Watts (RODAJAS)


RECIPIENTE #


muestra (g) 5 10 15 20


4 ARCILLA


5 - 48,8 47,3 - 47,3 20g

28 - 85,9 83,8 - 83,8 30g

29 - 94,5 91,7 - 91,7 50g

6 ARCILLA


5 - - 46,5 - 46,5 20g

28 - - 94,9 - 94,9 40g

29 - - 100,5 - 100,5 60g

7 ARCILLA


5 - 49,7 48,3 - 48,3 20g

28 - 96,6 91,6 - 91,6 40g

29 - 110,9 104,8 - 104,8 60g

5 ARCILLA


5 - - 45,8 - 45,8 20g

28 - - 81,5 - 81,5 30g

29 - - 95,0 - 95,0 50g

8 ARCILLA


5 - 50,7 - - 50,7 20g

28 - 94,8 - - 94,8 40g

29 - 108,8 - - 108,8 60g

1 ARCILLA


17 49,1 - - 49,1 15g

26 44,1 - - 44,1 20g

38 57,0 - - 57,0 30g

2 ARCILLA


14 - - 52,8 49,4 49,4 15g

37 - - 38,8 36,6 36,6 20g

1 - - 57,0 48,1 48,1 30g

3 ARCILLA


16 42,4 38,5 - - 38,5 15g

4 46,7 42,8 - - 42,8 20g

7 63,4 52,3 - - 52,3 30g

Fuente: Propia

80

POTENCIA 50% = 400 Watts (ROLLOS)


RECIPIENTE #


muestra (g) 5 10 15 20


4 ARCILLA


5 - 49,9 48,1 47,7 47,7 20g

28 - 88,3 84,8 83,4 83,4 30g

29 - 94,9 91,4 90,6 90,6 50g

6 ARCILLA


5 - - - 47,3 47,3 20g

28 - - - 88,9 88,9 40g

29 - - - 100,2 100,2 60g

7 ARCILLA


5 - - - 47,8 47,8 20g

28 - - - 88,7 88,7 40g

29 - - - 100,4 100,4 60g

5 ARCILLA


5 - - - 46,4 46,4 20g

28 - - - 82,2 82,2 30g

29 - - - 93,0 93,0 50g

8 ARCILLA


5 - 49,1 - 49,1 20g

28 - 94,7 - 94,7 40g

29 - 109,3 - 109,3 60g

1 ARCILLA


34 40,7 - - - 40,7 15g

10 45,3 - - - 45,3 20g

33 55,6 - - - 55,6 30g

2 ARCILLA


27 - - 43,2 42,1 42,1 15g

30 - - 37,7 42,7 42,7 20g

12 - - 48,5 45,8 45,8 30g

3 ARCILLA


11 - - 45,6 44,9 44,9 15g

19 - - 40,1 38,0 38,0 20g

18 - - 43,9 42,7 42,7 30g

Fuente: Propia

81

Anexo E. Resultados de límite líquido, límite plástico e índice de plasticidad con porcentajes de error entre horno microondas y horno convencional.

Fuente: Propia

82

Fuente: Propia

83

Fuente: Propia

84

Fuente: Propia

85

Fuente: Propia

86

Fuente: Propia

87

Fuente: Propia

88

Fuente: Propia

89

Fuente: Propia

90

Fuente: Propia

91

Fuente: Propia

92

Fuente: Propia

93

Fuente: Propia

94

Fuente: Propia

95

Anexo F. Resultados de contenido de humedad natural con porcentajes de error entre horno

microondas y horno convencional.

Fuente: Propia

96

Fuente: Propia

97

Fuente: Propia

98

Fuente: Propia

99

Fuente: Propia

100

Fuente: Propia

101

Fuente: Propia

102

Fuente: Propia

103

Anexo G. Norma ASTM D 4643.

Fuente: http://www.dot.nd.gov/manuals/materials/testingmanual/d4643.pdf

http://www.dot.nd.gov/manuals/materials/testingmanual/d4643.pdf

104

Fuente: http://www.dot.nd.gov/manuals/materials/testingmanual/d4643.pdf

http://www.dot.nd.gov/manuals/materials/testingmanual/d4643.pdf

105

Anexo H. Costos de investigación.

Recurso de materiales.

Concepto Unidad Cantidad $ Unitario $ Total

Fotocopias Unid. 550 $ 50 $ 27.500

Impresiones Unid. 350 $ 150 $ 52.500

Muestras de Suelo Unid. 25 $ 17.000 $ 425.000

Total de recurso de materiales $ 505.000

Fuente: Propia

Recursos institucionales

El recurso institucional para esta investigación fue por parte de la universidad de la

Salle.

Recursos tecnológicos.

Concepto Unidad Cantidad $ Unitario $ Total

Horno microondas Unid 2 $ 200.000 $ 400.000

Alquiler de computador

Hora 300 $ 1.000 $ 300.000

Laboratorios Unid 226 $ 3.500 $ 791.000

Total de recurso de tecnológicos $ 1.491.000

Fuente: Propia

106

Recursos humanos.

Cargo Encargados # Horas $ Hora $ Total

Investigadores principales

Estudiantes de proyecto de grado

250 $ 2.000 $ 500.000

Coinvestigadores

Director temático29

50 $ 8.634 $ 431.714

Asesor metodológico

30

32 $ 8.634 $ 276.297

Colaborador Laboratorista 10 $ 7.500 $ 75.000

Total Recursos Humanos $ 1.283.011

Fuente: Propia

Recursos financieros.

FUENTES DE FINANCIACIÓN

Recursos U. LA SALLE ING.

CIVIL ESTUDIANTES TOTAL

Recursos Humanos $ 783.011 $ 500.000 $ 1.283.011

Recursos Materiales $ 505.000 $ 505.000

Recursos Tecnológicos

$ 791.000 $ 700.000 $ 1.491.000

Sub total $ 3.279.011

Imprevistos (5%) $ 163.951

TOTAL RECURSOS FINANCIEROS $ 3.442.962

Fuente: Propia

29

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. 30

Valor asumido por la Universidad de La Salle, según contrato laboral.

107

Anexo I. Tipos de suelos usados en los ensayos.

HUMEDAD NATURAL

SUELO TIPO DE SUELO

MUESTRA Y SONDEO

1 ARCILLA MUESTRA 2 SONDEO 2








Fuente: Propia

108

LÍMITES DE CONSISTENCIA

SUELO TIPO DE SUELO MUESTRA Y SONDEO





5 LIMO MUESTRA 3 SONDEO 21










Fuente: Propia

Obtención del contenido de humedad en suelos finos, usando ...

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