Determinacòn y evaluaciòn del potencial expansivo de arcillas, mediante la validaciòn de un nuevo dispositivo para la mediciòn de la presiòn de expansiòn de suelos arcillosos

Abstract

La caracterización de la expansividad de los suelos arcillosos, para propósitos prácticos de la ingeniería, requiere de la determinación de la presión de expansión, la cual es obtenida usualmente mediante el uso del edómetro. Aunque se han ideado múltiples aparatos para medir la presión de expansión, en esta oportunidad se tiene como objetivo validar un nuevo dispositivo para la medición de la presión de expansión de suelos arcillosos, mediante la comparación del potencial expansivo obtenido a través del uso de un equipo convencional y el dispositivo 3D BOX propuesto. Se seleccionaron tres materiales con distinto contenido de minerales arcillosos y propiedades intrínsecas variables, uno tomado en la localidad de Sierra Maestra en la Ciudad Universitaria de Caracas, Distrito Capital; otro tomado en la localidad Lomas de La Guadalupe en Ocumare del Tuy, Estado Miranda; y, adicionalmente, la de bentonita comercial de Wyoming tipo MX-80. Se realizó la caracterización geomecánica y mineralógica-elemental de dichos materiales, mediante ensayos de límites de consistencia, azul de metileno, ensayos de expansión, rayos X, y microscopía electrónica de barrido. De esta forma, se confirmó la presencia de arcillas con potencial expansivo, donde la arcilla de Sierra Maestra (SM) compuesta principalmente por illita resulto ser normal o ligeramente activa mientras que las muestras de arcilla de la localidad de La Guadalupe (LG) y la bentonita comercial vii (BENT) al contener minerales tipo esmectitas se componen de colides activos o nocivos y coloides activos o muy nocivos, respectivamente. Los materiales fueron compactados de acuerdo a las siguientes densidades de referencia, 1,6 g/cm3 para SM, 1.3 g/cm3 para LG y 1,0 g/cm3 para la BENT, mediante capas de 1 cm a velocidad de 4 mm/min, a través del uso de una prensa mecánica, hasta alcanzar un total de 5 capas para poder obtener la muestra cúbica acorde a las dimensiones de la celda del 3D BOX, donde el sistema automatizado de adquisición de datos empleado en este estudio permitió llevar a cabo el monitoreo continuo de las presiones ejercidas por las muestras durante todo el ensayo. De tal forma, SM mostró una cinética de hidratación progresiva con una rata de crecimiento rápido al inicio de la saturación y por consiguiente la deformación inicial del sistema es acentuada, debido a la alta densidad seca de la misma que reduce la proporción de macroporos, adicional a las humedades bajas que dan paso al predominio de la adsorción. Por su parte, para LG y BENT, la curva de presión de expansión mostró un comportamiento de dobles máximos, donde el primer pico indica el comienzo de la movilización de agua de la microporosidad hacia la macroporosidad, y al finalizar este reacomodo la presión de expansión comienza nuevamente a aumentar para alcanzar el segundo máximo. En esta investigación se ha podido captar este comportamiento con un dispositivo sencillo y robusto como lo es la celda 3D BOX. Al comparar los resultados obtenidos con ambos dispositivos, tomando en cuenta las ligeras diferencias de densidad seca en las dos muestras, los valores de presión de expansión arrojados por la celda de medición 3D BOX se encuentra muy cerca de la línea de tendencia exponencial definida de acuerdo a resultados procedentes del consolidómetro. Por su parte, la diferencia porcentual entre la presión de expansión experimental y presión de expansión obtenida por medio de la curva de mejor ajuste de las muestras ensayadas con la celda de medición es menor que el diferencial promedio y/o máximo derivado de los ensayos edométricos. Lo anteriormente expuesto, permite sugerir que el dispositivo con control automatizado de deformación presenta la ventaja de ser muy confiable y arrojar resultados precisos, con poca supervisión humana tomando en cuenta el protocolo de adquisición de datos computarizado utilizado en el presente trabajo