!!!"#$%&'$()*"+,%-*$,."/"!!"0*$1)'2*"!$(')$,%-*$,."34!5!6" 7",."8"9'"4,/*"9'":;7:<"=,$">*2?"9'."0,@*<"A0=<"4?B-%*" ESTABILIZACIÓN DE ARCILLA EXPANSIVA MEDIANTE EXTRACTO COMPUESTO DE POLUSH SOMETIDA A CARGA IN SITU STABILIZATION OF EXPANSIBLE CLAY BY MEANS OF EXTRACT COMPOSITE OF POLUSH TO SUBJECTED UNDER IT LOADS IN SITU Alejandro García Elías 1a, Alejandro Córdova Ceballos 2a, Avril González Sierra 3a, José Luis Sánchez Amador 4ª, Irma Sandoval González 5ª, María de la Luz Arriaga Gaona 6b a Universidad Veracruzana, Facultad de Ingeniería Civil, Poza Rica-Tuxpan b Universidad Veracruzana, Facultad de Ciencias Químicas, Poza Rica-Tuxpan Av. Venustiano Carranza s/n, ampliación Colonia Revolución; C.P. 93390 Poza Rica, Veracruz, México. Teléfono y Fax: (782) 823-81-05; e-mail: [email protected]* Resumen Los suelos expansivos son materiales que cambian de volumen cuando estos ganan o pierden humedad principalmente; en ocasiones estas arcillas generan esfuerzos de expansión, provocando levantamiento en algunas estructuras de ligera carga. Ahora bien para estos suelos se busca una estabilización en cuanto a: incremento de resistencia, proporcionar o disminuir la permeabilidad y estabilidad volumétrica con métodos mecánicos o químicos. Por lo que en este proyecto se realizó con el objetivo de buscar la reducción del esfuerzo de expansión en arcillas CH, mediante la adición de un Extracto Compuesto de Polush (ECP) en probetas remoldeadas y ensayadas mediante pruebas bajo carga “in situ”. Palabras clave: Estabilización, Arcilla, Polush Abstract The expansible ground are material that they change volume when these they win or they lose humidity mainly; in occasions these clays generate expansion stress, causing weight lifting in some structures of slight load. For this reason, in some cases, is necessary to modify the characteristics of this kind of clays in order to: a) increases its resistance; b) changes its permeability; c) provides volumetric stability with mechanical or chemical methods. Particularly, the main objective of the present project was study for a procedure to reduce the expansion stress in clays of high compressibility, through the addition of an extract compound of Polush (ECP). For this purpose, an important number of specimens were manufactured and tested by means of test loads "in situ." Keywords: Stabilization, Clay, Polush Introducción En la actualidad se sigue buscando el mejoramiento de los suelos finos, debido a que muchas arcillas plásticas se expanden cuando se les agrega agua y luego se contraen con la perdida de la misma. En ocasiones estas arcillas van acompañadas con esfuerzos de expansión, provocando daños en algunas estructuras como: Pisos, banquetas, cimentaciones de ligera carga y terraplenes, lo que ha obligado al ingeniero a estudiar y mejorar responsablemente las propiedades del suelo que se usan en las obras de F":;7:"3%,9'G-,"4'B-%,$,"9'"!$H'2(-1,%-I$"/"5*%'$%-,"'$"!$1'$-')J,"6&JG-%,"34!5!6 " CD1-$,"8;8E !!!"#$%&'$()*"+,%-*$,."/"!!"0*$1)'2*"!$(')$,%-*$,."34!5!6" 7",."8"9'"4,/*"9'":;7:<"=,$">*2?"9'."0,@*<"A0=<"4?B-%*" ingeniería [1]. Varios investigadores han reportado la presencia de suelos expansivos en muchos países como: Canadá, Estados Unidos, Australia, Sudáfrica, India, España, Israel y Venezuela, entre otros. Ahora bien, México también presenta este tipo de problemas en muchos de sus Estados como son: Querétaro, Guanajuato, Michoacán, Tamaulipas, Morelos, Sonora, Baja California Norte y Sur, Veracruz, Chiapas y Campeche. Estos sólo son algunos de los estados en donde se presenta el problema de suelos expansivos más significativos [2]. Ahora bien, para estos suelos se busca la estabilización en cuanto a: El incremento de resistencia o el incremento/disminución de la permeabilidad y estabilidad volumétrica con métodos mecánicos o químicos. Por otro lado, para identificar estos suelos existen tres métodos: El primero es el que se refiere a la identificación mineralógica, el segundo trata sobre métodos directos y el tercero son mediciones indirectas. De acuerdo al Sistema Unificado de Clasificación de los Suelos (SUCS), estos se han ubicado como suelos expansivos, los que corresponden generalmente a las arcillas y limos de alta compresibilidad (CH, OH y MH) [3]. En la presente investigación solo se ha trabajado con suelos del tipo CH, una de las arcillas predominantes en la región de estudio (Cd. de Poza Rica, Veracruz). Metodología Elaboración de extracto compuesto de Polush El Polush es una planta endémica de la región del Totonacapán (figura 1 y 2), sus usos predominantemente son para lavar trastos; elimina más rápidamente los malos olores, fomenta la espuma y limpia perfectamente las zonas donde haya restos de comida, incluyendo la grasa adherida a los trastos. La hoja del Polush es grande de color verde seco y con una textura áspera tanto en la parte de arriba como abajo, esta planta llega a crecer hasta tres metros y da unos frutos parecidos a la ciruela amarilla del tamaño de una canica en forma de racimo acompañados de flores blancas, los frutos son muy codiciados por algunas aves como el papán, la chichalaca y el picachayote, y otros animales como la ardilla o el tlacuache. Resultado de investigaciones realizadas en la Facultad de Ciencias Químicas, se detectaron propiedades en el Polush que permiten modificar junto con otras sustancias, las características de un suelo. Por lo que el proceso de fabricación del extracto de Polush fue realizado en la misma entidad, bajo criterios sustentables puesto que se espera sea un estabilizante de fácil empleo en el campo, donde se carece de equipos sofisticados debido a sus altos costos. Finalmente el compuesto contiene: jabón, vinagre y agua, todo esto junto con el extracto de la planta. Figura 1 Planta de Polush Figura 2 Frutos y hojas del Polush Elaboración de probetas remoldeadas Para la elaboración de probetas remoldeadas sin estabilizante, se emplearon 300 gr. de arcilla secada a la intemperie el cual previamente fue tamizado por la malla No. 10, adicionándole el 15% de humedad respecto al peso de la muestra, amasándola uniformemente y colocándola en 3 capas de material dentro del molde con una energía especifica (Ec) de 6.0 (kg-cm)/cm3, al mismo tiempo aplicándole 55 golpes F":;7:"3%,9'G-,"4'B-%,$,"9'"!$H'2(-1,%-I$"/"5*%'$%-,"'$"!$1'$-')J,"6&JG-%,"34!5!6 " CD1-$,"8;8K !!!"#$%&'$()*"+,%-*$,."/"!!"0*$1)'2*"!$(')$,%-*$,."34!5!6" 7",."8"9'"4,/*"9'":;7:<"=,$">*2?"9'."0,@*<"A0=<"4?B-%*" entre capa y capa. Una vez realizado lo anterior, se instala en el anillo metálico del equipo de consolidación, para su posterior saturación de acuerdo a la normatividad. Para las probetas con Extracto Compuesto de Polush (ECP), primero se determino la cantidad necesaria de estabilizante en el suelo, concluyendo que el 5% era el más conveniente ya que brinda una mayor disminución del esfuerzo de expansión y al mismo tiempo hace más trabajable la masa de suelo para la elaboración de las pastillas a ensayar. El proceso fue el siguiente: · Se utilizaron 300 gr. de suelo, previamente tamizado por la malla No. 10. · Se depositó el material en una charola. · Con respecto al peso del suelo se añadió el 5% de ECP y 10% de agua. · Se le dio un tiempo de 3 minutos para el mezclado manual, verificando que tanto el agua como el ECP, quedaran homogéneos en toda la masa del suelo. · Se procedió a colocar el material dentro del molde, en 3 capas y aplicándole 55 golpes de acuerdo a la energía específica considerada. Determinación de la presión de expansión Este parámetro se determino mediante el método bajo carga, el cual consiste en aplicar una carga vertical al espécimen, la cual puede ser la sobrecarga vertical “in situ” o una carga mayor, de acuerdo al esfuerzo que se estime podrá transmitir una estructura dada. Posteriormente se permite el acceso de agua. Las consecuencias pueden ser varias, expansión; contracción; expansión y luego contracción; contracción y luego expansión. La cantidad de expansión o asentamiento se mide hasta que resulta despreciable la variación de volumen del suelo bajo la carga aplicada. El ensaye deberá continuar con cargas adicionales (5, 10, 20,40, 80, etc., kPa) y subsecuentes descargas como lo establece la prueba de consolidación convencional [4]. En el presente proyecto las pruebas fueron realizados con consolidometros de tecnología Italiana, el cual cuenta con tres módulos y transductores, que permiten la toma de datos de manera automática, mismos que son evaluados con el software Geolab2000, (Figura 4) e0 Saturación Presión de expansión, P 1 kPa Esfuerzo efectivo vertical (Escala logarítmica) Figura 3 Método bajo carga “in situ” Figura 4 Equipo de consolidación F":;7:"3%,9'G-,"4'B-%,$,"9'"!$H'2(-1,%-I$"/"5*%'$%-,"'$"!$1'$-')J,"6&JG-%,"34!5!6 " CD1-$,"8;8L !!!"#$%&'$()*"+,%-*$,."/"!!"0*$1)'2*"!$(')$,%-*$,."34!5!6" 7",."8"9'"4,/*"9'":;7:<"=,$">*2?"9'."0,@*<"A0=<"4?B-%*" Resultados y Discusión De la figura 3 se determinó el esfuerzo medio de expansión para el suelo en su estado natural, el cual resulto de 120 kPa (12 ton/m2), en tanto que el esfuerzo medio de expansión de la arcilla estabilizada fue de 82.5 kPa (8.25 ton/m2), dando como resultado una reducción de esfuerzo de 31.25%. En relación con el peso o volumétrico inicial del suelo estabilizado se emiten las siguientes inferencias: · Se densifica la arcilla con el ECP. · Existe un incremento del peso volumétrico de 1.5%, el cual se puede observa en la figura 4. En este momento los resultados han sido favorables especialmente por la reducción del valor del esfuerzo de expansión. Es importante seguir adelante con la investigación, caracterizando la mezcla del suelo y el compuesto motivo del estudio, para definir su comportamiento mecánico y la propiedad índice del suelo mejorado. Peso volumétrico Esfuerzo de expansión 1.8 18 1.75 16 14 Peso vol (gr/cm3) Esfuerzo (ton/m2) 1.7 12 10 8 1.65 1.6 6 1.55 Esfuerzo de expansión de suelo s/e 4 1.5 Esfuerzo de expansión en suelo c/e 2 Peso volumétrico s/e 0 Peso volumétrico c/e 1.45 0 1 2 3 4 5 6 7 Figura 3 Comparación entre el esfuerzo de expansión del suelo sin estabilizante(s/e) y con estabilizante(c/e) 1 2 3 4 5 6 Figura 4 Peso volumétrico de la arcilla CH sin estabilizante (s/e) y con estabilizante(c/e). Referencias 1. Braja M. Das, Principios de Ingeniería de Cimentaciones, Thohson,739,(2006) 2. Zepeda Garrido José Alfredo, Mecánica de Suelos no Saturados, Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos, A.C., Universidad Autónoma de Querétaro, 34-37, (2004). 3. Juárez Badillo - Rico Rodríguez, 2006, Mecánica de Suelos, Tomo I, Limusa, 97, (2006) 4. ASTM-D4546-03. - “Standard Test Methods for One – Dimensional Swell or Settlement Potential of Cohesive Soils. F":;7:"3%,9'G-,"4'B-%,$,"9'"!$H'2(-1,%-I$"/"5*%'$%-,"'$"!$1'$-')J,"6&JG-%,"34!5!6 " CD1-$,"8;8M