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Aplicaciones industriales del uso de la fibra del coco
Lina Marcela Álvarez Salazar Jaime Andrés Vargas Benjumea
Escuela de Ingeniería de Antioquia Ingeniería Civil
Envigado 2002
Aplicaciones industriales del uso
de la fibra del coco
Lina Marcela Álvarez Salazar Jaime Andrés Vargas Benjumea
Trabajo de grado para optar al título de Ingeniero Civil
19
Directora
Maria Jacqueline Espinosa Rodríguez Ingeniera Geóloga
Escuela de Ingeniería de Antioquia Ingeniería Civil
Envigado 2002
20
CONTENIDO
Pág.
INTRODUCCIÓN 18
1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 19
2 OBJETIVOS 20
3 MARCO TEÓRICO 21
3.1 FIBRA DE COCO 21
3.2 CERÁMICAS 24
3.2.1 Arcilla 24
3.2.1.1 Propiedades físicas más características en las arcillas 25
3.2.1.1.1 Plasticidad 25
3.2.1.1.2 Resistencia transversal 25
3.2.1.1.3 Retracción al secado y a la cocción 25
3.2.1.1.4 Fusibilidad 25
3.3 MORTERO DE PEGA 25
4 METODOLOGÍA 27
4.1 MATERIAS PRIMAS 27
4.1.1 Suelos 27
4.1.1.1 Suelo 1 27
4.1.1.2 Suelo 2 28
4.1.2 Fibra de coco 29
4.1.2.1 Descripción del proceso 29
4.1.3 Cemento 30
4.1.3.1 Especificaciones 31
4.1.4 Arena de pega 32
4.2 Ensayos realizados 32
4.2.1 Suelos 32
4.2.1.1 Ensayo de desgaste hidráulico 32
4.2.1.2 Ensayo análisis térmico diferencial 34
4.2.2 Mortero 36
4.2.3 Cerámicos 36
4.3 CONFORMACIÓN DE CUERPOS DE PRUEBA 36
4.3.1 Probetas para suelo 36
21
4.3.1.1 Probetas para desgaste 36
4.3.1.2 Probetas para compresión simple 38
4.3.2 Probetas para mortero 38
4.3.3 Probetas para cerámicos 39
5 RESULTADOS 40
5.1 SUELOS 40
5.1.1 Granulometría 40
5.1.1.1 Granulometría suelo 1 40
5.1.1.2 Granulometría suelo 2 41
5.1.2 Limites de Attemberg 42
5.1.2.1 Límite plástico suelo 1 42
5.1.2.2 Límite plástico suelo 2 43
5.1.2.3 Límite Líquido suelo 1 43
5.1.2.4 Límite Líquido suelo 2 44
5.1.3 Gravedad específica 45
5.1.3.1 Gravedad específica suelo 1 45
5.1.3.2 Gravedad específica suelo 2 46
5.1.4 Compactación Proctor estándar 46
5.1.4.1 Compactación Proctor estándar suelo 1 46
5.1.4.2 Compactación Proctor estándar suelo 2 47
5.1.5 Análisis térmico diferencial 47
5.1.5.1 Análisis térmico diferencial, DTA ,suelo 2 47
5.1.6 Compresión simple en suelos 48
5.1.6.1 Compresión simple suelo 1 48
5.1.6.1.1 Testigos 48
5.1.6.1.2 Mezclas 49
5.1.6.2 Compresión simple suelo 2 51
5.1.6.2.1 Testigos 51
5.1.6.2.2 Mezclas 52
5.1.7 Desgaste hidráulico 55
5.1.7.1 Desgaste hidráulico suelo 1 55
5.1.7.1.2 Desgaste hidráulico suelo 1, molde pequeño 55
5.1.7.1.3 Desgaste hidráulico suelo 2 56
5.2 MORTEROS 56
5.2.1 Compresión simple en morteros 56
22
5.2.1.1 Testigo 56
5.2.1.2 Mezclas 57
5.3 ARCILLAS 59
5.3.1 Humedad en muestras crudas 59
5.3.2 Contracción al secado en muestras crudas 60
5.3.3 Resistencia a la flexión en muestras crudas 60
5.3.4 Resistencia a la compresión en muestras crudas 61
5.3.5 Contracción al secado en muestras quemadas 61
5.3.6 Contracción total muestras quemadas 62
5.3.7 Gravedad específica aparente en muestras quemadas 62
5.3.8 Absorción de agua en muestras quemadas 63
5.3.9 Contracción al quemado en muestras quemadas 63
5.3.10 Perdidas al quemado en muestras quemadas 64
5.3.11 Porosidad en muestras quemadas 64
5.3.12 Densidad aparente en muestras quemadas 65
5.3.13 Resistencia a la compresión en muestras quemadas 65
5.3.14 Resistencia a la flexión en muestras quemadas 66
6 ANÁLISIS DE RESULTADOS 67
6.1 SUELOS 67
6.1.1 Caracterización del los suelos 67
6.1.1.1 Caracterización del suelo 1 67
6.1.1.2 Caracterización del suelo 2 67
6.1.2 Compresión simple en suelos 67
6.1.2.1 Compresión simple suelo 1 67
6.1.2.1.1 Descripción individual de la compresión simple
en suelo 1 70
6.1.2.1.1.1 Testigo 70
6.1.2.1.1.2 Mezcla 67% suelo- 33% fibra 70
6.1.2.1.1.3 Mezcla 80% suelo - 20% fibra 70
6.1.2.1.1.4 Mezcla 93% suelo - 7% fibra 71
6.1.2.2 Compresión simple suelo 2 71
6.1.2.2.1 Mezcla vs. q máximo 71
6.1.2.2.2 Mezcla vs densidad seca 72
6.1.2.2.3 Mezcla vs humedad 73
6.1.2.2.4 Descripción individual de la compresión simple
en suelo 2 73
23
6.1.2.2.4.1 Testigo 73
6.1.2.2.4.2 Mezcla 67% suelo- 33% fibra 74
6.1.2.2.4.3 Mezcla 80% suelo - 20% fibra 74
6.1.2.2.4.4 Mezcla 93% suelo - 7% fibra 74
6.1.3 Desgaste hidráulico 75
6.1.3.1 Desgaste hidráulico suelo 1 75
6.1.3.1.1 Molde estándar 75
6.1.3.1.2 Molde pequeño 75
6.1.3.2 Desgaste hidráulico suelo 2 75
6.1.3.2.1 Molde pequeño 75
6.2 MORTERO 76
6.2.1 Compresión simple en mortero 76
6.3 ARCILLAS 77
6.3.1 Contracción al secado 77
6.3.2 Contracción al quemado 78
6.3.3 Contracción total 78
6.3.4 Pérdidas al quemado 78
6.3.5 Gravedad Específica Aparente 79
6.3.6 Porosidad 79
6.3.7 Absorción de agua 79
6.3.8 Densidad Aparente 79
6.3.9 Resistencia a la compresión 79
6.3.10 Resistencia a la flexión. (Módulo de ruptura) 80
CONCLUSIONES 81
RECOMENDACIONES 82
BIBLIOGRAFIA 83
ANEXOS 86
24
LISTA DE CUADROS
Pág.
Cuadro 1: Especificaciones físico-químicas del cemento 23
Pórtland tipo 1
Cuadro 2: Ensayos realizados en suelos
Cuadro 3: Ensayos realizados en mortero 36
Cuadro 4: Ensayos realizados en cerámicos 36
Cuadro 5: Discriminación de probetas en suelos para desgaste 37
Cuadro 6: Discriminación de probetas en suelos para 38
compresión simple
Cuadro 7: Discriminación de probetas en mortero 39
Cuadro 8: Discriminación de probetas en cerámicos 44
Cuadro 9: Granulometría por mallas, suelo 1 44
Cuadro 10: Distribución granulométrica por hidrómetro, suelo 1 45
Cuadro 11: Granulometría por mallas, suelo 2 46
Cuadro 12: Distribución granulométrica por hidrómetro, suelo 2 47
Cuadro 13: Límite plástico, suelo 1
Cuadro 14: Límite Plástico, Suelo 2
Cuadro 15: Limite liquido, suelo1
Cuadro 16: Límite Líquido, Suelo 2
Cuadro 17: Gravedad especifica, suelo 1
Cuadro 18: Gravedad especifica, suelo 2 LISTA DE GRÁFICAS
Pág.
Gráfica 1: Esquema del proceso de la extracción de 37
la fibra de coco
Grafica 2: Distribución granulométrica, suelo 1 38
Grafica 3: Distribución granulométrica Suelo 2 40
Grafica 4: Determinación del limite liquido, suelo 1 40
25
Grafica 5: Determinación del limite Líquido, suelo 2 41
Grafica 6: Curva de compactación, suelo 1 45
Grafica 7: Curva de compactación, suelo 2 46
Grafica 8: DTA 49
Grafica 9: Compresión simple testigo 1, suelo 1 49
Grafica 10: Compresión simple testigo 2, suelo 1 49
Grafica 11: Variación esfuerzo % deformación , suelo 1 50
Grafica 12: Variación esfuerzo - % deformación (1) , suelo 1 51
Grafica 13: Variación esfuerzo - % deformación (2) , suelo 1 53
Grafica 14: Variación esfuerzo - % deformación (1) , suelo 1 55
Grafica 15: Variación esfuerzo - % deformación (2) , suelo 1 57
Grafica 16: Compresión simple Testigo 1, suelo 2
Grafica 17: Compresión simple Testigo 2, suelo 2
Grafica 18: Variación esfuerzo - % deformación, suelo 2
Grafica 19: Variación esfuerzo - % deformación (1) , suelo 2
Grafica 20: Variación esfuerzo - % deformación (2) , suelo 2
Grafica 21: Variación esfuerzo - % deformación (1) , suelo 2
Grafica 22: Variación esfuerzo - % deformación (2) , suelo 2
Grafica 23: Variación % suelo desgastado - % fibra , suelo 1
Grafica 24: Variación % suelo desgastado - % fibra, suelo 1
(molde pequeño) 62
Grafica 25: Variación % suelo desgastado - % fibra, suelo 2
(molde pequeño) 63
Grafica 26: Comparación resistencia vs. Días, testigos 64
Grafica 27: Comparación resistencias – días, mezcla A 64
Grafica 28: Comparación resistencias – días, mezcla B 65
Grafica 29: Comparación resistencias – días, mezcla C 65
Grafica 30: Comparación resistencias – días, mezcla D 66
Grafica 31: Comparación resistencias – días, mezcla E 67
Grafica 32: Mezcla – humedad de moldeo , muestras crudas 67
Grafica 33: Mezcla – contracción al secado, muestras crudas 68
Grafica 34: Resistencia a la flexión, muestras crudas 68
Grafica 35: Resistencia a la compresión, muestras crudas 69
Grafica 36: Mezcla – contracción al secado, muestras quemadas 69
26
Grafica 37: Mezcla – contracción total, muestras quemadas
Grafica 38: Mezcla – gravedad específica aparente, 70
muestras quemadas
Grafica 39: Mezcla – absorción de agua, muestras quemadas 71
Grafica 40: Mezcla – contracción al quemado, muestras quemadas 71
Grafica 41: Mezcla – perdidas al quemado, muestras quemadas 72
Grafica 42: Mezcla – porosidad, muestras quemadas 72
Grafica 43: Mezcla – densidad aparente, muestras quemadas 73
Grafica 44: Resistencia a la compresión, muestras quemadas 73
Grafica 45: Resistencia a la flexión, muestras quemadas 79
Grafica 46: Promedio mezcla – q máximo, suelo 1 80
Grafica 47: Promedio mezcla – densidad seca, suelo 1 80
Grafica 48: Promedio mezcla – humedad, suelo 1 84
Grafica 49: Promedio mezcla – q máxima, suelo 2 85
Grafica 50: Promedio mezcla – densidad seca, suelo 2 85
Grafica 51: Promedio mezcla – humedad, suelo 2 89
Grafica 52: Resistencia – mezcla, morteros 96
27
RESUMEN
En la actualidad la preocupación por un máximo aprovechamiento de los
productos industriales hace que la atención se centre en la búsqueda de una
aplicación para sus desechos.
Los problemas de disposición final, almacenamiento y la falta de conocimiento
de las propiedades de estos, hacen incurrir en altos costos. Es el caso de la
fibra de coco que es un desecho del proceso industrial de la extracción de
Lignina de coco y en la cual se centra el presente estudio.
Este proyecto de tesis está orientado a buscar una aplicación a la fibra de coco en las construcciones civiles, enfocado en tres campos como lo son los suelos, cerámicos y morteros; aprovechando las características propias de la fibra que la catalogan dentro de las fibras duras.
28
ABSTRACT
Currently, there is a predominant concern with respect to obtaining the maximum benefit from our resources and thus the attention has become focused on a search for some application of their byproducts and waste. The problems associated with final disposal, storage and the lack of information regarding their properties contribute to high costs. This is the case of coconut fiber; wish is an industrial byproduct of the industrial process of coconut lignin extraction, which this study entails. This thesis research is aimed at finding an application for coconut fiber in the field of civil engineering construction. Given its characteristics, by which it is catalogued as a hard fiber we have focused on basically three areas that are: soils, ceramic, and mortars.
29
INTRODUCCIÓN
Por milenios la palma de coco ha convivido con el hombre, hace pocos años, la industria agrícola utiliza el coco para extraer productos como la lignina de coco usada en los cultivos de flores y champiñones; la industria textilera utiliza la fibra de coco para la producción de tapetes. En la construcción existen productos a base de fibra de coco, utilizados para el control de erosión de taludes y recubrimiento de canales con muy buenos resultados, gracias a la tecnología que utilizan para su manufacturación. En Colombia la fibra de coco es un subproducto de la producción de lignina de coco, este subproducto es considerado como desecho industrial, ya que la fibra que resulta de éste proceso de extracción sale con demasiadas impurezas que no permiten su fácil manipulación para otros procesos productivos como el trenzado para elaboración de hilos, costales, lazos y tapetes. En la actualidad productos no convencionales están siendo investigados para mejorar las características mecánicas de los materiales de construcción, en el caso del cemento se han analizado por ejemplo: la cascarilla de arroz y la escoria de hornos; para la estabilización de suelos, productos como mallas de polipropileno, matrices de paja y productos químicos también han sido estudiados pero la viabilidad de su uso es mínima debido a sus altos costos. La finalidad de esta investigación es conocer la utilidad que tiene la fibra de coco para la construcción, sabiendo que tiene las ventajas de ser un producto natural, de bajo costo y de fácil adquisición, sobre otros que son peligrosos en su manipulación o costosos en su utilización.
1.PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
El coco es un fruto que viene cubierto por un capacho el cual está entrelazado por fibra y una madera blanda. La madera blanda es extraída por un procedimiento que mas adelante será descrito, quedando como desecho la fibra o por así llamarlo el pelo del coco. Debido a que la fibra del coco tiene un peso ligero y ocupa un gran volumen se ha convertido en un problema, tanto en el momento de almacenar como en el de botar . Esta situación se da en las empresas que precisamente se encargan de la extracción de la lignina de coco y que por lo tanto nos vimos interesados en buscarle una aplicación en el campo de la ingeniería al sobrante del proceso, la fibra de coco.
30
Debido a que la fibra de coco sale con unas impurezas propias, lo que se busca es hacer un uso de la fibra sin tener la necesidad de limpiarla. Por esto tomamos la iniciativa de experimentar en diferentes campos de la ingeniería como son los suelos, la mampostería y la cerámica, aprovechando que es una fibra natural y de fácil obtención, ya que Colombia por se un país ubicado en el trópico tiene una producción constante de coco.
2.OBJETIVOS GENERAL Usar a la fibra del coco en el campo de la geotecnia y mampostería.
ESPECÍFICOS
• Evaluar las propiedades mecánicas de: o Suelo - fibra. o Mortero – fibra o Cerámica – Fibra
• Analizar el comportamiento de los suelos reforzados con la fibra.
• Analizar la estabilidad suelo-fibra.
• Analizar las propiedades mecánicas de las piezas cerámicas quemadas que contienen fibra.
31
3. MARCO TEORICO
3.1 FIBRA DE COCO La materia prima principal es la fibra de coco la cual es obtenida del fruto de la palma de coco (Coco Nucifera Linn) que pertenece a la familia de las Palmáceas (Aracáceas). Para comprender mejor cual es la zona de extracción de esta fibra, el portal electrónico frutasana1, dice:
En su estado natural el coco consta de varias partes. El pericarpio es decir, la parte del fruto que envuelve y protege a la pulpa y las semillas se divide en varias cortezas o capas que pueden reseñarse de la siguiente manera: epicarpio o parte exterior del pericarpio cuando éste consiste en dos o más capas de diferente textura, ceroso, lustroso, de color verde o amarillento que como una piel rodea todo el fruto. Mesocarpio o parte intermedia del pericarpio, esta compuesta por una parte con aspecto parecido al corcho y la otra es la fibrosa, de 4 a 5 cm de espesor, con forma de pelos. Endocarpio o capa interior, leñosa, que dispone de 3 orificios próximos en disposición triangular. Fuertemente adherida a la cáscara leñosa, se encuentra la carne del fruto rodeada de una fina y delicada capa rojiza. En su cavidad central se encuentra un líquido muy dulce llamado “agua de coco”, semi-transparente y comestible. La fruta llega a Europa sin las cubiertas exteriores, que se quitan en el país de origen: la correosa cáscara verde y la gruesa capa fibrosa.
La parte del coco donde se extrae la fibra es el mesocarpio, en el proceso de extracción se separa la fibra de la lignina la cual posee características especiales que son: gran capacidad de absorción de agua y de gran capilaridad, por eso es comercializada principalmente como sustrato para cultivos hortícola. La fibra de coco según Comercial Mica Canarias S.L2., dice:
La fibra de coco pertenece a la familia de las fibras duras, tales como el "sisal", el "hanequen" y "abaca". Es una fibra multicelular con un promedio de 12.5 cm de largo tiene como principales componentes la celulosa y el leño, lo que confiere elevados índices de rigidez y dureza. La baja conductividad al calor, la resistencia al impacto, a las bacterias y al agua, son algunas de sus características. La resistencia, durabilidad y resiliencia, convierten a la fibra de coco en un material versátil y perfectamente indicado para los mercados del aislamiento (térmico y acústico).
1 Frutasana. http://www.frutasana.com/pagina/3350/3350_1.htm, Noviembre 28, 2002. 2 Comercial Mica Canarias S.L. http://www.micacanarias.com/aislantes/fibra-de-coco.htm, Noviembre 28, 2002.
32
Las propiedades físicas y mecánicas del mesocarpio que a continuación se citan, son tomadas del estudio “Identificación y caracterización de residuos agroindustriales, para uso en la construcción civil”, realizada por Grupo de Investigación en Alternativas en la Construcción encabezado por el Prof. Dr. SAVASTANO JR., Holmer de la Universidad de São Paulo3, dice:
Propiedades de las fibras
Masa especifica
real (kg/m3)
Absorción máxima
(%)
Elongamiento en la ruptura
(%)
Resistencia a la
tracción (MPa)
Módulo de elasticidad.
(GPa)
Coco 1177 93,8 23,9 a 51,4 95 a 118 2,8
Como se mencionó anteriormente la fibra de coco también sirve como materia prima para elaborar sustrato para cultivos hortícola donde sus características químicas son muy favorables para este fin, el portal electrónico Bures Profesional S.A.4, nos muestra las siguientes características:
PARÁMETRO UNIDAD VALOR
PH - 5
Conductividad eléctrica mS/cm 2,15
Nitrógeno total % 0,51
Fósforo total, P2O5 % 0,20
Potasio total, K2O % 0,60
Calcio total, CaO % 1,40
Magnesio total, MgO % 0,20
Sodio total, NaO % 0,187
Hierro total, Fe % 0,206
Las zonas productoras de coco en Colombia son la Región Caribe y Pacífica con una producción agrícola de coco5 en el año 2001 de 99 mil toneladas y una superficie cosechada6 de 11700 hectáreas según estimaciones realizadas por el Observatorio de Competitividad Agrocadenas Colombia. La fibra de coco es un producto utilizado en Colombia para la fabricación de artesanías y elaboración de materos principalmente. En otros países del mundo
3 Universidad de São Paulo. http://www.usp.br/fzea/FZEA/fzea/zaz/laboratorio/fri.htm, Noviembre 28, 2002. 4 Bures Profesional S.A. http://www.burespro.com/tecnic/fibradecoco.htm, Noviembre 28, 2002. 5 Observatorio de Competitividad Agrocadenas Colombia. http://www.agrocadenas.gov.co/indicadores/ind_sec_prodagricola.htm, Noviembre 28, 2002. 6 Observatorio de Competitividad Agrocadenas Colombia. http://www.agrocadenas.gov.co/indicadores/ind_sec_supcosechada.htm, Noviembre 28, 2002.
33
se utiliza para producir alfombras o felpudos (ejemplo en Brasil donde se producen tapetes para vehículos de gama alta en marcas como BMW), ó en EEUU donde se producen mallas para control o estabilización de taludes7. 3.2 CERÁMICAS “Según Ensayos tecnológicos para cerámica roja”, los materiales cerámicos son un producto de la calcinación de óxidos, carburos, nitruros, boruros y siliciuros. Las cerámicas son muy utilizadas de manera industrial, especialmente en la industria ladrillera. Desde los tiempos primitivos y tempranos de la industria cerámica, las únicas materias primas empleadas fueron las arcillas plásticas naturales. en la cerámica moderna, muchos productos juegan un papel importante, pero la arcilla sigue ocupando el papel principal en casi todas ellas. Las materias básicas empleadas en la industria ladrillera en la fabricación de tejas, ladrillos y pisos son: las arcillas con alto contenido de impurezas o "barro" y desgrasantes. 3.2.1 Arcilla. “Según Ensayos tecnológicos para cerámica roja”, los minerales arcillosos son silicatos de aluminio hidratados, formados por la descomposición, alteración y envejecimiento de ciertas rocas como: granitos, gneiss, feldespatos, pegmatitas, etc. Su diversidad de origen es la causa de gran variedad de clases de minerales arcillosos existentes. 3.2.1.1 Propiedades físicas más características en las arcillas. 3.2.1.1.1 Plasticidad. Esta propiedad corresponde a la capacidad de adoptar una forma determinada por efecto de la presión en presencia de una proporción determinada de agua, conservando la forma cuando la presión desaparece. 3.2.1.1.2 Resistencia transversal Corresponde a la propiedad de las arcillas por la cual conservan la forma originalmente adoptada, oponiéndose a su deformación y corte en estado verde. 3.2.1.1.3 Retracción al secado y a la cocción.
7 North American Green. http://www.nagreen.com/, Noviembre 28, 2002.
34
Se asocia a la disminución de la longitud sufrida por el material durante los procesos de secado y quemado. 3.2.1.1.4 Fusibilidad. Reacción de endurecimiento que tiene lugar en arcillas cuando son calentadas a altas temperaturas. 3.3 MORTERO DE PEGA El mortero, según la Asociación Argentina del Bloque de Hormigón8 es una mezcla de cal o cemento con arena y agua, el cual hace parte de uno de los componentes básicos de la mampostería de bloques de hormigón, ya sea ésta reforzada, parcialmente reforzada o confinada. Este está compuesto por materiales cementicios (cemento Pórtland normal, cemento de albañilería, cal), y arena bien gradada con suficiente finos. El mortero representa una pequeña proporción en la estructura de bloques de hormigón, sin embargo su influencia en el comportamiento estructural es muy significativa. El mortero cumple con varias funciones:
- Vincula los bloques entre sí, tal como los eslabones de una cadena, para conformar un conjunto estructural integrado.
- Sella las juntas verticales y horizontales evitando la penetración de humedad.
- Permite el acomodamiento de aquellos pequeños movimientos que se pueden presentar internamente en el muro.
- Recubre las armaduras de junta horizontales evitando e inhibiendo la formación de fisuras por contracción o expansión.
- Recubre aquellos estribos y elementos de anclaje diseñados para vincular diferentes elementos con el muro en cuestión.
Es tan importante el rol que cumple en el conjunto, que se podría afirmar que su calidad y comportamiento es tan fundamental, como la calidad del bloque y la mano de obra empleada para levantar la mampostería.
Es por ello que esta calidad deberá ser la adecuada para lograr un muro resistente a las acciones exteriores, tanto sean estas cargas debidas al peso propio, viento y/o sismo, como a las producidas por las inclemencias del tiempo.
8 Asociación Argentina del Bloque de Hormigón. http://www.aabh.org.ar/, Noviembre 28, 2002.
35
4. METODOLOGÍA 4.1 MATERIAS PRIMAS 4.1.1 Suelos Para realizar los ensayos, escogimos dos tipos de suelos de diferente procedencia, que fueran representativos en sus respectivas ubicaciones. 4.1.1.1 Suelo 1 La descripción macroscópica del suelo es la siguiente: Procedencia: El suelo fue extraído del talud ubicado al Este de la sede de pregrado de la Escuela de Ingeniería de Antioquia Color : Rojizo Tamaño de la partícula: Fina Olor : Inodoro. Geología de la zona: El lote de extracción esta situado geográficamente sobre la vertiente derecha de la quebrada La Ayurá, afluente del río Medellín. Este sector se caracteriza por la presencia de secuencias aluviales de dicha quebrada, de carácter torrencial. Morfología: El lote de extracción se enmarca dentro de un paisaje típico de una terraza aluvial baja de pendiente media baja. Estratigrafía: “Según El Estudio de Suelos Bloque Biblioteca y Auditorio, Escuela de Ingeniería de Antioquia” el subsuelo está conformado superficialmente por un lleno, al cual le subyace una capa limo – arcillosa de 1.8 m de espesor, que presenta baja humedad, plasticidad alta y deformabilidad media. Posteriormente, y hasta una profundidad de 2.80 m, existe un deposito aluvial fino granular conformado por una arcilla arenosa de gris claro, con una humedad natural media y una plasticidad alta, la cual presenta algunas intercalaciones de lentes de arena. Después de esta capa aparece un aluvión grueso granular conformado por bloques de roca en una matriz arcillo – arenosa, con gravas de color gris y de compacidad media.” 4.1.1.2 Suelo 2 La descripción macroscópica del suelo es la siguiente: Color : Amarillo pálido Tamaño de la partícula: Fina Olor : Inodoro Mineralogía: Por la homogeneidad de la muestra y el tamaño tan fino, no es posible identificas los fragmentos que la conforman.
36
Procedencia: “Según Aguirre Noreña, Sebastián. Ensayos triaxiales en suelos parcialmente saturados, EIA 2001”, el lote del cual se obtuvieron las muestras (Carrera 82 #77 BB – 027, Universidad Santo Tomás) se ubica en una zona de flujo de escombros y/o lodos maduros. Este tipo de suelo comprende varias regiones tanto al sur como al norte del Valle del Aburrá. El área noroccidental, desde la Quebrada la Iguaná hasta el límite norte y desde el costado occidental del río Medellín hasta el límite oeste, se encuentra compuesta en un alto porcentaje por este tipo de suelo con excepción de algunas ventanas erosivas donde se observan suelos residuales del Neis de la Quebrada la Iguaná. En general el depósito se extiende de una manera continua a lo largo de la zona. Estos depósitos están constituidos por bloques rocosos heterométricos cuya composición depende de la vertiente de desprendimiento, de manera que dominan las anfibolitas. Los bloques presentan un grado de meteorización de moderado a alto con sus bordes saprolitizados y el núcleo relativamente fresco. Los fragmentos mas pequeños se encuentran alterados en su totalidad. En general se presenta una matriz arcillo limosa (CL) o limo arcillosa (ML) de colores claros como pardo, gris y amarillo que no presenta, en general contactos tajantes con los bloques que envuelve. El relieve de la zona se caracteriza por una morfología que va de irregular a ondulada, con una pendiente suave en su parte inferior cercana al río Medellín, la cual termina en un escarpe marcado en la zona del Tricentenario. A medida que asciende en la ladera, la morfología se torna moderada conservando este rasgo hasta la parte alta del flanco del valle. En términos de morfología, el lote de extracción de las muestras pertenece a la parte media de la zona que se caracteriza por ser ondulada e irregular con lomas redondeadas separadas por vaguadas altas, asociadas a algunas de las quebradas. En general el perfil estratigráfico presente en la zona se caracteriza por presentar una pequeña capa de lleno (espesores promedios de 0 a 5 m), seguida por el ya mencionado depósito tipo flujo con espesores altamente variables (desde 14 m hasta 80 m). Se presenta equivalencia entre la matriz y los bloques de anfibolita, la dureza de los bloques es variable y la humedad varía entre el 15 y el 25 % con plasticidades entre el 20 y el 40 %. En zonas muy localizadas, se presentan depósitos aluvión torrenciales bajo este estrato, sin embargo el sitio de extracción de las muestras no se ve afectado por este tipo de fenómenos. Luego de las capas de suelo se encuentra en perfil de roca II A (anfibolita parcialmente meteorizada con un recobramiento del 95 % y un RQD de 51 %)”. 4.1.2 Fibra de coco La fibra de coco fue obtenida de la fabrica de propiedad del Señor Aníbal Arango, sin ningún parámetro para escogerla, fue tomada al azar sin tener en cuenta el grado de impurezas con la que salía del proceso. La fibra no fue sometida a ningún ensayo mecánico ya que nuestro propósito es trabajarla tal cual como sale del proceso y observar la incidencia en los procesos de estabilización de suelos, mampostería y cerámicos.
37
4.1.2.1 Descripción del proceso El caparazón del coco es humedecido evitando posibles atasques en la maquinaria y generación de la mínima cantidad posible de material particulado fino, luego es cargado a la chipiadora (molino pequeño de alta potencia) donde es sometido a proceso de molienda y lanzado a una zona de almacenamiento donde se encuentran las trilladoras, en este proceso el caparazón queda reducido a pequeños pedazos. Estos trozos son cargados a las trilladoras de martillos (paletas de acero) donde se separa la fibra de coco de la lignina. Las trilladoras descargan los productos por gravedad, lignina lista para empaque y fibra para ser almacenada en bodega, constituyéndose en el residuo de la producción de la lignina. Gráfica 1: Esquema del proceso de la extracción de la fibra de coco
4.1.3 Cemento En Colombia rigen las normas ICONTEC (Instituto Colombiano de Normas Técnicas), que en el caso del cemento tienen antecedentes en las normas de la American Society For Testing and Materials, ASTM de los Estados Unidos. Las normas se refieren tanto a definiciones o características que deben cumplir los cementos, como a procedimientos de ensayo normalizados para que los resultados puedan ser comparables.
4.1.3.1 Especificaciones
Chipiadora
Trilladoras
Empaque lignina
Lignina empacada
Materia prima
Desperdicio en el proceso: Fibra de coco.
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Normas mínimas que debe cumplir el Cemento Pórtland tipo 1
La resistencia a la compresión de cubos de mortero hechos con una parte de cemento y 2,75 partes de arena gradada normalizada para este ensayo. Preparados y probados de acuerdo con la norma ICONTEC 220, no debe ser menor que los valores indicados a continuación para cada edad. Cemento Pórtland Tipo 1: Tres días - 80kg/crn2, siete días - 150 kg/cm2 y 28 días - 24Okg/cm2.
Cuadro 1: Especificaciones físico-químicas del cemento Pórtland tipo 1
EL CAIRO
Resistencia a los 3 días (Kg/cm2) >140
Resistencia a los 7 días (Kg/cm2) >170
Resistencia a los 28 días (Kg/cm2) >260
Fraguado inicial Vicat (min) >80
Fraguado final Vicat (min) <210
Superficie especifica (Blaine, cm2/g) >3300
Expansión autoclave (%) <0.8
Óxido de magnesio (MgO)% <0.5
Trióxido de azufre (SO3)% <3.0
Este cemento se escogió por ser el más económico y de mas fácil adquisición 4.1.4 Arena de pega Una granulometría adecuada reduce en la práctica la segregación de los materiales y mejora su trabajabilidad, manteniendo la plasticidad por más tiempo. 4.2 ENSAYOS REALIZADOS 4.2.1 Suelos Cuadro 2: Ensayos realizados en suelos
39
ENSAYO NORMA
GRANULOMETRÍA ASTM D-422
SUELO 1 LAVADO SOBRE TAMIZ 200 ASTM D-1140
Y GRANULOMETRÍA POR HIDRÓMETRO ASTM D-422
SUELO 2 LÍMITE LÍQUIDO ASTM D-423
LÍMITE PLÁSTICO ASTM D-424
GRAVEDAD ESPECÍFICA ASTM D-854
COMPACTACIÓN PROCTOR ESTÁNDAR * ASTM D-698/91
RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN SIMPLE * ASTM D-2166/91
DESGASTE HIDRÁULICO *
Desarrollado en
SUELO 2 ANÁLISIS TÉRMICO DIFERENCIAL DTA la Escuela de Ingenieria de Antioquia
Los ensayos con (*) se realizaron tanto para muestras blanco o testigos como para mezcla suelo – fibra. 4.2.1.1 Ensayo de desgaste hidráulico Debido a que el ensayo de desgaste hidráulico no se encuentra normalizado, pero es muy utilizado en el medio se hará la descripción del mismo. Este ensayo pretende identificar las pérdidas de material que se generan en probetas sometidas a una lluvia, simulando una intensidad de precipitación. Éste se realiza al siguiente día de la preparación las probetas. Se someten las probetas a la acción del chorro de agua estandarizado (cabeza y caudal constantes, a una distancia fija de 10 cm entre el extremo del tapón perforado y la parte superior de la probeta, con un tiempo de acción del chorro definido). Se utiliza un chorro alimentado directamente por una bomba de ¼ HP disponible para los ensayos en el laboratorio, regulado mediante una válvula para lograr un caudal constante. • Procedimiento Este ensayo se realizó para los dos tipos de suelo y varios tipos de dosificaciones realizadas por volumen: El ensayo comenzó con un tanteo efectuado a una muestra de suelo compactada, variando caudal, por medio de un sistema instalado en el laboratorio que cuenta con un tapón de 37 orificios de 1.28 mm de diámetro. El caudal aforado fue de 0.1L/s, este caudal lo determinamos de acuerdo a la tasa de desgaste que presentaba la probeta. Este desgastamiento es sufrido por una fuerza de choque entre el agua y el material esta fuerza es constante y equivalente a 26.13 g. Con el fin de determinar las pérdidas de material, cada probeta se pesa antes del ensayo, luego se someten por 30 minutos al chorro de agua dispersado y se retiran las partículas desprendidas, producto del lavado del material. Para determinar el desgaste se pesan las probetas 15 días después, tiempo en que la humedad se estabiliza. Para efectos de que el contenido de humedad no altere los resultados del desgaste, el ensayo se estandarizó para todas las muestras, compactándolas a humedades muy similares en todos los casos, con esto evitamos que las perdidas de peso no sean generadas por perdidas de agua.
40
• Equipo Utilizado - Bomba de ¼ HP. - Balanza - Cronometro - Balde • Datos y Cálculos Calculo del % de desgaste:
%100% −
=inicial
finalinicial
Peso
PesoPesoDesgaste
4.2.1.2 Ensayo análisis térmico diferencial El ensayo de Análisis térmico diferencial DTA solo fue realizado en el suelo 2 debido a que este suelo fue utilizado para los ensayos en cerámicos. Este ensayo tampoco se encuentra normalizado pero es desarrollado en La Escuela de Ingeniería de Antioquia y por lo tanta será explicado. El análisis térmico diferencial, se basa en la observación de la liberación o absorción de calor cuando un material sufre un cambio físico o químico al ser sometido a variación de la temperatura que puede existir entre el material a ensayar y una sustancia referencia que es inerte a cambios de temperatura, cuando ambos son sometidos al mismo tiempo y en igual grado a un calentamiento o enfriamiento perfectamente controlado. Las sustancias por simples que sean, poseen características bien definidas como son los puntos de fusión y ebullición, los cambios de volumen, la resistencia mecánica, y otras mas complejas presentan fenómenos como los cambios de fase cristalina, la descomposición, liberación de gas carbónico o hidroxilos, los cuales tienen lugar a temperaturas y presiones bien definidas. Con base en estos principios se creó la técnica de ensayos térmicos, los cuales se definen “como una serie de técnicas u operaciones interrelacionadas, para determinar la dependencia de los parámetros de propiedades físicas arbitrarias de una sustancia con respecto a la temperatura”. (Comisión Internacional de Análisis Térmicos). ❖ Equipo Necesario
- Equipo Térmico Diferencial El equipo construido en la Escuela consta de los siguientes elementos:
- Horno eléctrico y Auto - transformador - Portamuestras y termopares - Medidor regulador de temperatura - Graficador de tres canales
❖ Procedimiento
41
La muestra a ensayar pasa la malla 200, fracción que es llevada a un desecador por un tiempo aproximado de tres días. Luego se retira y se expone al ambiente por 24 horas para facilitar su rehidratación. Una cantidad determinada de la muestra es ubicada en una de las cápsulas y las otras dos adyacentes llenadas con materia inerte que en nuestro caso es Alúmina. El conjunto de muestras se insertan en el horno eléctrico y se comienza el proceso de calentamiento uniforme con un incremento de 10 °C por minuto, se inicia en 30 °C y se lleva hasta que alcance una temperatura de 1000 °C. En el transcurso del ensayo, uno de los canales del graficador registra el incremento de temperatura, y el otro la respuesta del sistema que se traduce en la respuesta de la muestra (los demás materiales involucrados son inertes). Esta respuesta es una gráfica que presenta picos endotérmicos (hacia abajo) cuando hay una enfriamiento del sistema o exotérmicos (hacia arriba) cuando hay calentamiento del mismo. La interpretación de termogramas se basa en la inspección y comparación visual de los realizados con modelos o patrones, tablas, índices, y curvas de minerales, compuestos o sustancias ya analizados. 4.2.2 Mortero Este ensayo se realizó tanto para muestras testigos como para mortero con fibra. Cuadro 3: Ensayos realizados en mortero
ENSAYO NORMA
CEMENTO COMPRESIÓN SIMPLE ASTM C-39/C39M-01
4.2.3 Cerámicos Todos los ensayos realizados fueron realizados “Según el manual de Ensayos tecnológicos para cerámica roja” Cuadro 4: Ensayos realizados en cerámicos
ENSAYO
MATERIAL HUMEDAD
CRUDO
MATERIAL CONTRACCIÓN AL QUEMADO
QUEMADO CONTRACCIÓN TOTAL
ABSORCIÓN DE AGUA
42
4.3 CONFORMACIÓN DE CUERPOS DE PRUEBA 4.3.1 Probetas para suelo Las mezclas suelo – fibra tienen diferentes dosificaciones según los ensayos, teniendo como objetivo conocer el comportamiento del suelo con diferentes porcentajes de fibra de coco. 4.3.1.1 Probetas para desgaste Los tipos de moldes dependen de la compactación previamente realizada, ya sea Proctor estándar o modificado. Cuadro 5: Discriminación de probetas en suelos para desgaste
CANTIDAD DE PROBETAS
PORCENTAJE DE FIBRA
PORCENTAJE DE SUELO
TIPO DE MOLDE
4 0,00% 100% PEQUEÑO
5 39,00% 61,00% PEQUEÑO
5 37,00% 63,00% PEQUEÑO
SUELO 1 5 35,00% 65,00% PEQUEÑO
5 33,30% 66,70% PEQUEÑO
5 28,00% 72,00% PEQUEÑO
5 25,00% 75,00% PEQUEÑO
5 20,00% 80,00% PEQUEÑO
5 15,00% 85,00% PEQUEÑO
5 12,00% 88,00% PEQUEÑO
5 6,60% 93,40% PEQUEÑO
4 0,00% 100% PEQUEÑO
4 38,00% 62,00% PEQUEÑO
4 37,00% 63,00% PEQUEÑO
SUELO 2 4 35,00% 65,00% PEQUEÑO
4 33,30% 66,70% PEQUEÑO
4 28,00% 72,00% PEQUEÑO
4 25,00% 75,00% PEQUEÑO
4 20,00% 80,00% PEQUEÑO
4 15,00% 85,00% PEQUEÑO
4 12,00% 88,00% PEQUEÑO
4 10,00% 90,00% PEQUEÑO
4 6,60% 93,40% PEQUEÑO
4 0,00% 100% ESRANDAR
SUELO 1 4 65,00% 35,00% ESTÁNDAR
4 60,00% 40,00% ESTÁNDAR
4 55,00% 45,00% ESTÁNDAR
4 50,00% 50,00% ESTÁNDAR
4 45,00% 55,00% ESTÁNDAR
4 40,00% 60,00% ESTÁNDAR
4 35,00% 65,00% ESTÁNDAR
4 33,30% 66,70% ESTÁNDAR
4 28,00% 72,00% ESTÁNDAR
4 25,00% 75,00% ESTÁNDAR
43
4 20,00% 80,00% ESTÁNDAR
4 15,00% 85,00% ESTÁNDAR
4 12,00% 88,00% ESTÁNDAR
4 6,60% 93,40% ESTÁNDAR
4 5,50% 94,50% ESTÁNDAR
4 4,30% 95,70% ESTÁNDAR
4.3.1.2 Probetas para compresión simple Cuadro 6: Discriminación de probetas en suelos para compresión simple
CANTIDAD DE PROBETAS
PORCENTAJE DE FIBRA
PORCENTAJE DE SUELO
TIPO DE MOLDE
1 33,30% 66,70% PEQUEÑO
SUELO 1 2 20,00% 80,00% PEQUEÑO
2 6,60% 93,40% PEQUEÑO
1 33,30% 66,70% PEQUEÑO
SUELO 2 2 20,00% 80,00% PEQUEÑO
2 6,60% 93,40% PEQUEÑO
4.3.2 Probetas para mortero La mezcla testigo se realizó de acuerdo con las recomendaciones tomadas por la Norma IRAM 11556/92, la cual arrojó la siguiente dosificación para la muestra testigo:
PROBETA RELACIÓN A/C CEMENTO ARENA FIBRA
Testigo 1.05 10 20 0
Cuadro 7: Discriminación de probetas en mortero
PROBETA RELACIÓN A/C
CEMENTO ARENA FIBRA NUMERO DE PROBETAS
Testigo 1.05 10 20 0 40
MEZCLA A 0.7 10 10 10 40
MEZCLA B 0.75 10 12 8 40
MEZCLA C 0.85 10 15 5 40
MEZCLA D 0.9 10 18 2 40
MEZCLA E 0.55 10 0 20 40
Estas dosificaciones fueron con base a tanteos de relación A/C, de manera que la mezcla tomara consistencia y no quedara con faltante de agua. 4.3.3 Probetas para cerámicos Para nuestro objetivo las muestras a preparar fueron hechas con las siguientes dosificaciones: Cuadro 8: Discriminación de probetas en cerámicos
Mezcla # Arcilla Fibra de coco Numero de probetas
44
Testigo 100% 0% 10
1 50% 50% 10
2 70% 30% 10
3 90% 10% 10
5. RESULTADOS 5.1 SUELOS 5.1.1 Granulometría 5.1.1.1 Granulometría suelo 1 Cuadro 9: Granulometría por mallas, suelo 1
Tamiz Diámetro Retenido % retenido % pasa
N° (mm) gramos
4 4.75 53.3 4.18% 95.82%
8 2.36 25.7 2.02% 93.79%
20 0.85 103.9 8.16% 85.64%
45
60 0.285 259.2 20.36% 65.28%
100 0.15 75.9 5.96% 59.32%
200 0.075 78.9 6.20% 53.12%
Cuadro 10: Distribución granulométrica por hidrómetro, suelo 1
Diámetro (mm) % pasa
Hidrómetro
0.053 48.41%
0.039 45.50%
0.028 41.14%
0.021 35.99%
0.015 30.80%
0.012 26.33%
0.008 22.53%
0.006 16.97%
0.004 16.14%
0.003 12.63%
0.001 11.21%
Gráfica 2: Distribución granulométrica, suelo 1
Distribución granulométrica
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
0,001 0,01 0,1 1 10
Diámetro en mm
% q
ue
pa
sa
5.1.1.2 Granulometría suelo 2 Cuadro 11: Granulometría por mallas, suelo 2
Tamiz Diámetro Retenido % retenido % pasa
N° (mm) g
4 4,75 0,0 0,00% 100,00%
8 2,36 10,3 2,45% 97,55%
20 0,85 24,9 5,92% 91,64%
60 0,285 13,0 3,09% 88,55%
100 0,15 19,8 4,70% 83,84%
200 0,075 36,6 8,70% 75,15%
46
Cuadro 12: Distribución granulométrica por hidrómetro, suelo 2
Diámetro (mm) % pasa
Hidrómetro
0,051 69,72%
0,038 63,88%
0,028 56,59%
0,020 50,76%
0,015 43,53%
0,011 37,70%
0,008 33,39%
0,006 28,50%
0,004 25,21%
0,002 19,13%
0,001 5,23%
Gráfica 3: Distribución granulométrica Suelo 2.
Distribución granulométrica
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
0,001 0,01 0,1 1 10
Diámetro en mm
% q
ue
pa
sa
5.1.2 Limites de Atterberg 5.1.2.1 Límite plástico suelo 1 Cuadro 13: Límite plástico, suelo 1
LIMITE PLÁSTICO
TARA No. A-6 D-12 M-140
Wh+tara (g) 25.21 24.94 21.81
Ws+tara (g) 21.82 21.61 19.22
Ww (g) 3.39 3.32 2.59
W tara (g) 7.99 7.08 8.68
Ws (g) 13.83 14.53 10.54
47
W(%) 24.5 22.9 24.6
LIMITE PLASTICO: 23.98 %
5.1.2.2 Límite plástico suelo 2 Cuadro 14: Límite Plástico, Suelo 2.
LIMITE PLÁSTICO
TARA No. 2 7 3
Wh+tara (g) 22,60 23,50 19,50
Ws+tara (g) 19,80 20,60 17,21
Ww (g) 2,80 2,90 2,29
W tara (g) 7,50 8,14 7,60
Ws (g) 12,30 12,46 9,61
W(%) 22,8 23,3 23,8
LIMITE PLÁSTICO: 23,29%
5.1.2.3 Límite Líquido suelo 1 Cuadro 15: Limite liquido, suelo1
LIMITE LIQUIDO
TARA No. M140 D46 9L
Wh+tara (g) 33.12 42.12 38.89
Ws+tara (g) 26.83 33.66 31.67
Ww (g) 6.29 8.46 7.22
W tara (g) 8.66 7.96 8.36
Ws (g) 18.17 25.70 23.31
W(%) 34.6 32.9 31.0
#GOLPES 5 9 21
LIMITE LIQUIDO: 30.7 %
IP=LL-LP 6.72 %
Gráfica 4: Determinación del limite liquido, suelo 1
48
LIMITE LIQUIDO
30,0
31,0
32,0
33,0
34,0
35,0
1 10 100
NUMERO DE GOLPES
CO
NT
EN
IDO
DE
HU
ME
DA
D
(%)
25
5.1.2.4 Límite Líquido suelo 2 Cuadro 16: Límite Líquido, Suelo 2
LIMITE LIQUIDO
TARA No. 1 5 3
Wh+tara (g) 45,60 38,50 39,40
Ws+tara (g) 32,43 29,40 31,67
Ww (g) 13,17 9,10 7,73
W tara (g) 7,78 12,30 7,60
Ws (g) 24,65 17,10 24,07
W(%) 53,4 53,2 32,1
#GOLPES 19 20 43
LIMITE LIQUIDO: 45,2%
IP=LL-LP 21,91 %
Gráfica 5: Determinación del limite Líquido, suelo 2
49
LÍMITE LÍQUIDO
30,0
35,0
40,0
45,0
50,0
55,0
1 10 100
NUMERO DE GOLPES
CO
NT
EN
IDO
DE
HU
ME
DA
D (
%)
25
5.1.3 Gravedad específica 5.1.3.1 Gravedad específica suelo 1 Cuadro 17: Gravedad especifica, suelo 1
GRAVEDAD ESPECIFICA SUELO 1
Determinación No 1
Frasco No 6
Peso del frasco + agua, Wbw (g) 300,05
Peso del frasco + agua + Suelo, Wbws (g) 346,78
Suelo empleado, (g) 46,73
Peso del frasco + agua, lleno Wbw (g) 642,02
Temperatura °C 23,8
Peso del frasco+agua+suelo, lleno Wbw (g) 671,61
Peso desaireado, (g) 29,59
Peso suelo en agua, (g) 17,14
Gravedad específica del suelo, G 2,73
5.1.3.2 Gravedad específica suelo 2 Cuadro 18: Gravedad especifica, suelo 2
GRAVEDAD ESPECIFICA SUELO 2
Determinación No 2
Frasco No 9
Peso del frasco + agua, Wbw (g) 317,24
Peso del frasco + agua + Suelo, Wbws (g) 393,57
Suelo empleado, (g) 76,33
50
Peso del frasco + agua, lleno Wbw (g) 642,53
Temperatura °C 20,8
Peso del frasco+agua+suelo, lleno Wbw (g) 692,02
Peso desaireado, (g) 49,49
Peso suelo en agua, (g) 26,84
Gravedad específica del suelo, G 2,84
5.1.4 Compactación Proctor estándar 5.1.4.1 Compactación Proctor estándar suelo 1 Gráfica 6: Curva de compactación, suelo 1
Compactacion Suelo 1
0,000
0,200
0,400
0,600
0,800
1,000
1,200
1,400
1,600
1,800
2,000
0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00
Humedad %
De
nsid
ad
se
ca
g/c
c
5.1.4.2 Compactación Proctor estándar suelo 2 Gráfica 7: Curva de compactación, suelo 2
51
Compactacion Suelo 2
1,490
1,500
1,510
1,520
1,530
1,540
1,550
1,560
1,570
1,580
1,590
0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00
Humedad %
De
nsi
da
d s
eca
g/c
m3
5.1.5 Análisis térmico diferencial 5.1.5.1 Análisis térmico diferencial, DTA ,suelo 2 Gráfica 8: D.T.A
GRÁFICO TERMODIFERENCIAL
5.1.6 Compresión simple en suelos 5.1.6.1 Compresión simple suelo 1 5.1.6.1.1 Testigos Gráfica 9: Compresión simple testigo 1, suelo 1
Resistencia a la Compresion Simple
Suelo 1 - Testigo
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
0 1 2 3 4 5 6
Deformación Unitaria (%)
Es
fue
rzo
(K
g/c
m2
)
52
Gráfica 10: Compresión simple testigo 2, suelo 1
Resistencia a la Compresion Simple
Suelo 1 - Testigo 2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
0 1 2 3 4 5
Deformación Unitaria (%)
Es
fue
rzo
(K
g/c
m2
)
5.1.6.1.2 Mezclas Gráfica 11: Variación esfuerzo - % deformación , suelo 1
Resistencia a la Compresión Simple
Suelo 1 - Mezcla 67% suelo - 33%fibra
0,000
0,500
1,000
1,500
2,000
0 5 10 15 20 25
Deformación Unitaria (%)
Es
fue
rzo
(K
g/c
m2)
53
Gráfica 12: Variación esfuerzo - % deformación (1) , suelo 1
Resistencia a la Compresión Simple
Suelo 1 - Mezcla 80% suelo - 20% fibra,(1)
0
0,5
1
1,5
2
0 2 4 6 8
Deformación Unitaria (%)
Esfu
erz
o (
Kg
/cm
2)
Gráfica 13: Variación esfuerzo - % deformación (2) , suelo 1
Resistencia a la Compresión Simple
Suelo 1 - Mezcla 80% suelo - 20% fibra, (2)
0,000
0,500
1,000
1,500
2,000
0 2 4 6 8
Deformación Unitaria (%)
Es
fue
rzo
(K
g/c
m2
)
Gráfica 14 : Variación esfuerzo - % deformación (1) , suelo 1
54
Resistencia a la Compresión Simple
Suelo 1 - Mezcla 93% suelo - 7% fbra, (1)
0,000
0,500
1,000
1,500
2,000
0 1 2 3 4 5
Deformación Unitaria (%)
Es
fue
rzo
(K
g/c
m2
)
Gráfica 15 : Variación esfuerzo - % deformación (2) , suelo 1
Resistencia a la Compresión Simple
Suelo 1 - Mezcla 93% suelo - 7% fibra, (2)
0,000
0,500
1,000
1,500
2,000
0 1 2 3 4 5
Deformación Unitaria (%)
Es
fue
rzo
(Kg
/cm
2)
5.1.6.2 Compresión simple suelo 2 5.1.6.2.1 Testigos Gráfica 16: Compresión simple Testigo 1, suelo 2
55
Resistencia a la Compresion Simple
Suelo 2 - Testigo
0
0,5
1
1,5
2
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5
Deformación Unitaria (%)
Es
fue
rzo
(K
g/c
m2)
.Gráfica 17: Compresión simple Testigo 2, suelo 2
Resistencia a la Compresion Simple
Suelo 2 - Testigo
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
0 1 2 3 4 5
Deformación Unitaria (%)
Es
fue
rzo
(K
g/c
m2)
5.1.6.2.2 Mezclas Gráfica 18: Variación esfuerzo - % deformación, suelo 2
56
Resistencia a la Compresión Simple
Suelo 2 - Mezcla 67% suelo - 33% fibra
0,000
0,500
1,000
1,500
2,000
0 5 10 15 20 25
Deformación Unitaria (%)
Esfu
erz
o
(Kg
/cm
2)
Gráfica 19: Variación esfuerzo - % deformación (1) , suelo 2
Resistencia a la Compresión Simple
Suelo 2 - Mezcla 80% suelo - 20% fibra, (1)
0,000
0,500
1,000
1,500
2,000
0 2 4 6 8 10
Deformación Unitaria (%)
Es
fue
rzo
(Kg/c
m2
)
Gráfica 20: Variación esfuerzo - % deformación (2) , suelo 2
57
Resistencia a la Compresión Simple
Suelo 2 - Mezcla 80% suelo - 20% fibra (2)
0,000
0,500
1,000
1,500
2,000
0 2 4 6 8 10
Deformación Unitaria (%)
Es
fue
rzo
(Kg
/cm
2)
Gráfica 21: Variación esfuerzo - % deformación (1) , suelo 2
Resistencia a la Compresión Simple
Suelo 2 - Mezcla 93% suelo - 7% fibra, (1)
0,000
0,500
1,000
1,500
2,000
0 1 2 3 4 5 6
Deformación Unitaria (%)
Es
fue
rzo
(Kg
/cm
2)
Gráfica 22: Variación esfuerzo - % deformación (2) , suelo 2
58
Resistencia a la compresión simple
Suelo 2 Mezcla 93% suelo - 7% fibra, (2)
0,000
0,500
1,000
1,500
2,000
0 2 4 6 8 10
Deformación Unitaria (%)
Esfu
erz
o (
Kg
/cm
2)
5.1.7 Desgaste hidráulico 5.1.7.1 Desgaste hidráulico suelo 1 Gráfica 23 : Variación % suelo desgastado - % fibra , suelo 1
Suelo 1 (estándar)
% fibra Vs % suelo desgastado
0%
20%
40%
60%
80%
100%
120%
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70%
% fibra
% s
ue
lo d
es
ga
sta
do
5.1.7.2 Desgaste hidráulico suelo 1, molde pequeño. Gráfica 24: Variación % suelo desgastado - % fibra, suelo 1 (molde pequeño)
59
Suelo 1M (modificaado)
% fibbra vs % suelo desgastado
0,00%
20,00%
40,00%
60,00%
80,00%
100,00%
120,00%
0% 10% 20% 30% 40% 50%
% fibra
% s
ue
lo d
es
ga
sta
do
5.1.7.3 Desgaste hidráulico suelo 2 Gráfica 25: Variación % suelo desgastado - % fibra, suelo 2 (molde pequeño)
Suelo 2 (modificado)
% fibra Vs % suelo desgaste
0,00%
20,00%
40,00%
60,00%
80,00%
100,00%
120,00%
0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40%
%fibra
% s
ue
lo d
es
ga
sta
do
5.2 MORTEROS 5.2.1 Compresión simple en morteros 5.2.1.1 Testigo Grafica 26: Comparación resistencia vs. Días, testigos.
60
MEZCLA T
RESISTENCIA
13
16
19
22
25
28
31
34
37
40
43
46
49
RE
SIS
TE
NC
IA M
EC
AN
ICA
(kg
-f/c
m2
)
TRES DIAS
SIETE DIAS
5.2.1.2 Mezclas Grafica 27: Comparación resistencias – días, mezcla A
MEZCLA A
RESISTENCIA
35373941434547495153555759616365
RE
SIS
TE
NC
IA
ME
CA
NIC
A
(kg
-f/c
m2
)
TRES DIAS
SIETE DIAS
Grafica 28: Comparación resistencias – días, mezcla B
61
MEZCLA B
RESISTENCIA
35373941434547495153555759616365
RE
SIS
TE
NC
IA M
EC
AN
ICA
(kg
-f/c
m2
)
TRES DIAS
SIETE DIAS
Grafica 29: Comparación resistencias – días, mezcla C
MEZCLA C
RESISTENCIA
3032343638404244464850
RE
SIS
TE
NC
IA M
EC
AN
ICA
(kg
-f/c
m2
)
CUATRO DIAS
SIETE DIAS
Grafica 30: Comparación resistencias – días, mezcla D
62
MEZCLA D
RESISTENCIA
30
32
34
36
38
40
42
44
46
48
50R
ES
IST
EN
CIA
ME
CA
NIC
A
(kg
-f/c
m2)
CUATRO DIAS
SIETE DIAS
Grafica 31: Comparación resistencias – días, mezcla E
MEZCLA E
RESISTENCIA
50
52
54
56
58
60
62
64
66
68
70
72
74
RE
SIS
TE
NC
IA M
EC
AN
ICA
(kg
-f/c
m2
)
TRES DIAS
SIETE DIAS
5.3 ARCILLAS 5.3.1 Humedad en muestras crudas Gráfica 32: Mezcla – humedad de moldeo , muestras crudas
63
Muestras crudas
Mezcla vs Humedad de moldeo
33,50%
34,00%
34,50%
35,00%
35,50%
36,00%
36,50%
37,00%
37,50%
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60%
% Fibra
Hu
med
ad
de
mo
lde
o %
5.3.2 Contracción al secado en muestras crudas Gráfica 33: Mezcla – contracción al secado, muestras crudas
Muestras crudas
Mezcla vs Contracción al secado
0,00%
1,00%
2,00%
3,00%
4,00%
5,00%
6,00%
7,00%
8,00%
9,00%
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60%
% Fibra
Co
ntr
ac
ció
n a
l s
ec
ad
o %
5.3.3 Resistencia a la flexión en muestras crudas Gráfica 34: Resistencia a la flexión, muestras crudas
64
Resistencia a la flexión
Probetas crudas
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
35,00
40,00
45,00
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60%
% Fibra
Re
sis
ten
cia
a la
Fle
xió
n
(kg
/cm
2)
5.3.4 Resistencia a la compresión en muestras crudas Gráfica 35 : Resistencia a la compresión, muestras crudas
Resistencia a la compresión
Probetas crudas
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60%
% Fibra
Re
sis
ten
cia
a l
a
co
mp
resio
n (
kg
/cm
2)
5.3.5 Contracción al secado en muestras quemadas Gráfica 36: Mezcla – contracción al secado, muestras quemadas
65
Muestras quemadas
Mezcla vs Contracción al secado
0,00%
1,00%
2,00%
3,00%
4,00%
5,00%
6,00%
7,00%
8,00%
9,00%
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60%
% Fibra
Co
ntr
ac
ció
n a
l s
ec
ad
o %
5.3.6 Contracción total muestras quemadas Gráfica 37: Mezcla – contracción total, muestras quemadas
Muestras quemadas
Mezcla vs Contracción total
0,00%
2,00%
4,00%
6,00%
8,00%
10,00%
12,00%
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60%
% Fibra
Co
ntr
ac
ció
n t
ota
l %
5.3.7 Gravedad específica aparente en muestras quemadas Gráfica 38: Mezcla – gravedad específica aparente, muestras quemadas
66
Muestras quemadas
Mezcla vs Gravedad Específica Aparente
2,50
2,55
2,60
2,65
2,70
2,75
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60%
% Fibra
Gra
ve
dad
Es
pec
ífic
a A
pa
ren
te
(g/c
m^3
)
5.3.8 Absorción de agua en muestras quemadas Gráfica 39: Mezcla – absorción de agua, muestras quemadas
Muestras quemadas
Mezcla vs Absorcion de agua
0,00%
5,00%
10,00%
15,00%
20,00%
25,00%
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60%
% Fibra
Ab
so
rcio
n d
e a
gu
a %
5.3.9 Contracción al quemado en muestras quemadas Gráfica 40: Mezcla – contracción al quemado, muestras quemadas
67
Muestras quemadas
Mezcla vs Contracción al quemado
0,00%
0,50%
1,00%
1,50%
2,00%
2,50%
3,00%
3,50%
4,00%
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60%
% Fibra
Co
ntr
acc
ión
al q
uem
ad
o %
5.3.10 Perdidas al quemado en muestras quemadas Gráfica 41: Mezcla – perdidas al quemado, muestras quemadas
Muestras quemadas
Mezcla vs Perdida al quemado
0,00%
2,00%
4,00%
6,00%
8,00%
10,00%
12,00%
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60%
% Fibra
Pe
rdid
a a
l q
ue
ma
do
%
5.3.11 Porosidad en muestras quemadas Gráfica 42: Mezcla – porosidad, muestras quemadas
68
Muestras quemadas
Mezcla vs Porosidad
25,00%
26,00%
27,00%
28,00%
29,00%
30,00%
31,00%
32,00%
33,00%
34,00%
35,00%
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60%
% Fibra
Po
rosid
ad
%
5.3.12 Densidad aparente en muestras quemadas Gráfica 43: Mezcla – densidad aparente, muestras quemadas
Muestras quemadas
Mezcla vs Densidad Aparente
1,70
1,75
1,80
1,85
1,90
1,95
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60%
% Fibra
De
ns
ida
d A
pa
ren
te
(g/c
m^
3)
5.3.13 Resistencia a la compresión en muestras quemadas Gráfica 44: Resistencia a la compresión, muestras quemadas
69
Resistencia a la compresión
Muestras quemadas
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
12,00
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60%
% Fibra
Re
sis
ten
cia
a l
a c
om
pre
sio
n
(kg
/cm
2)
5.3.14 Resistencia a la flexión en muestras quemadas Gráfica 45: Resistencia a la flexión, muestras quemadas
Resistencia a la flexión
Muestras quemadas
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
120,00
140,00
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60%
% Fibra
Mó
du
lo d
e r
up
tura
(k
gf/
cm
2)
70
6. ANÁLISIS DE RESULTADOS
6.1 SUELOS 6.1.1 Caracterización del los suelos 6.1.1.1 Caracterización del suelo 1 En el análisis por lavado sobre el tamiz Nº 200, el suelo 1 presento un porcentaje del 53% de partículas con diámetros inferiores a 75 μm, lo que nos indica que tiene una gradación fina. Con la determinación de los limites de consistencia y utilizando el sistema de clasificación unificada de suelos, tenemos como resultado que el suelo 1 es ML o sea un limo de baja compresibilidad. 6.1.1.2 Caracterización del suelo 2 En el análisis por lavado sobre el tamiz Nº 200, el suelo 2 presento un porcentaje del 75.15% de partículas con diámetros inferiores a 75 μm, lo que nos indica que tiene una gradación fina; con la determinación de los limites de consistencia y utilizando el sistema de clasificación unificada de suelos, tenemos como resultado que el suelo 2 es un CL arcilla de baja plasticidad. 6.1.2 Compresión simple en suelos 6.1.2.1 Compresión simple suelo 1 Con base en los resultados de compactación del Proctor estándar del suelo 1 gráfica 6, podemos observar que :
▪ La mayor densidad seca fue de 1.8 g/cm3 ▪ La humedad óptima para el suelo 1 es del 16.67%, allí tenemos el nivel
óptimo de compactación. Para el análisis de la compresión simple tomamos las muestras mas representativas e hicimos un promedio de ellas para mayor facilidad en el análisis. Lo que se pretende buscar con la mezcla fibra suelos es tener aproximaciones al nivel óptimo de compactación, con densidades y humedades similares que nos permitan obtener un comportamiento lo más cercano a la humedad natural del suelo. Mezcla vs. q máximo
▪ Los resultados arrojaron que la mezcla 80% suelo y 20% fibra, presentó el mayor valor de carga ( 1.97 kg/cm2), contra el q máximo del testigo
71
que fue de 1.78 kg/cm2, mejorando así la resistencia a compresión simple del suelo en un 11% .
Gráfica 46: Promedio mezcla – q máximo, suelo 1
Mezcla vs. q maximo
1,651,7
1,751,8
1,851,9
1,952
100% 93%-7% 80%-20% 67%-33%
Proporcion de mezcla
suelo-fibra
q m
axim
o (
kg
/cm
2)
Mezcla vs. densidad seca El objetivo es buscar la mezcla que tenga la densidad seca más parecida a la muestra testigo.
▪ Las proporciones de 93% suelo vs. 7% fibra y 80% suelo vs. 20% fibra, arrojaron los mayores resultados de densidad seca de 1.67 g/cm3 y 1.6 g/cm3 respectivamente.
Gráfica 47: Promedio mezcla – densidad seca, suelo 1
Mezcla vs. densidad seca
1,2
1,3
1,4
1,5
1,6
1,7
100% 93%-7% 80%-20% 67%-33%
Proporcion de mezcla
suelo-fibra
De
nsid
ad
se
ca
cc
Mezcla vs humedad
▪ El porcentaje que mejor se acomoda al suelo, es el de la mezcla 80% suelo 20% fibra que obtuvo un porcentaje de humedad del 14.83% contra la humedad óptima de la muestra testigo que fue de 16.67%.
72
Gráfica 48: Promedio mezcla – humedad, suelo 1
Mezcla vs. Humedad
0
5
10
15
20
25
100% 93%-7% 80%-20% 67%-33%
Proporcion de mezcla
suelo-fibra
Hu
me
da
d %
Bajo estas condiciones de humedad, el suelo con la mezcla de 80% suelo y 20% fibra, presentó una facilidad en su manipulación y las mejores condiciones de resistencia y humedad. 6.1.2.1.1 Descripción individual de la compresión simple en suelo 1. 6.1.2.1.1.1 Testigo Al observar la gráfica 9, se ve como el suelo presenta un comportamiento dúctil, comenzando con una toma de carga proporcional a la deformación, hasta llegar a un punto en el cual no toma más carga, pero sí aumenta rápidamente su deformación. Valor máximo promedio de carga 1.78 kg/cm2. 6.1.2.1.1.2 Mezcla 67% suelo- 33% fibra Al observar la gráfica 11 vemos que su comportamiento también es de un suelo dúctil, pero comienza tomando carga lentamente con respecto a la deformación que va aumentando con mayor velocidad, hasta llegar a un punto donde toma carga con mayor rapidez y va generando deformaciones menores, esto se refleja en el cambio de concavidad de la curva. Esta mezcla en especial no falló por carga, si no que llego al 20% de deformación siendo uno de los parámetros de falla. Valor máximo promedio de carga de 1.96 kg/cm2. 6.1.2.1.1.3 Mezcla 80% suelo - 20% fibra Las gráficas 12 y 13 muestran que el comportamiento a compresión simple de esta muestra es dúctil, ya que esta empieza a tomar carga muy lentamente con respecto a su deformación pero llega a un punto donde la concavidad de la curva cambia y la muestra comienza a tomar con mayor rapidez con respecto a su deformación, hasta llegar al punto de carga máxima y luego a la carga de rotura. Valor máximo promedio de carga de 1.97 kg/cm2.
73
6.1.2.1.1.4 Mezcla 93% suelo - 7% fibra En las gráfica 14 y 15 observamos que la muestra de suelo sometida a compresión simple posee un comportamiento dúctil igual que las dosificaciones anteriores, pero su comportamiento es más parecido a la muestra testigo o blanco donde el porcentaje de fibra es cero, pero con la diferencia de que la carga máxima es mayor a la del testigo esto debido al porcentaje de fibra que posee esta muestra. Valor máximo promedio de carga de 1.93 kg/cm2. 6.1.2.2 Compresión simple suelo 2 Con base en los resultados de compactación del Proctor estándar del suelo 2 gráfica 7, podemos observar que :
▪ La mayor densidad seca fue de 1.58 g/cm3 ▪ La humedad óptima para el suelo 2 es del 25%, allí tenemos el nivel
óptimo de compactación. Para el análisis de la compresión inconfinada tomamos la muestras más representativas e hicimos un promedio de ellas para mayor facilidad en el análisis. Lo que se pretende buscar con la mezcla fibra - suelos es tener aproximaciones al nivel optimo de compactación, con densidades y humedades similares que nos permitan obtener un comportamiento lo mas cercano al natural del suelo. 6.1.2.2.1 Mezcla vs. q máximo
▪ Los resultados arrojaron que la mezcla 80% de suelo y 20% fibra, presentó el mayor valor de carga ( 1.92 kg/cm2), contra el q máximo del testigo que fue de 1.87 kg/cm2, mejorando así la resistencia a compresión simple del suelo en un 2.67% .
Gráfica 49: Promedio mezcla – q máxima, suelo 2
74
Mezcla vs. q maximo
0
0,5
1
1,5
2
2,5
100% 93%-7% 80%-20% 67%-33%Proporcion de mezcla
suelo - fibra
q m
axim
o (
kg
f/cm
2)
6.1.2.2.2 Mezcla vs densidad seca El objetivo es buscar la mezcla que tenga la densidad seca más parecida al suelo sin fibra.
▪ La proporción de 80% de suelo vs. 20% fibra, arrojo el mayor resultado de densidad seca con un valor de 1.54 g/cm3 siendo mas cercano al suelo solo.
Gráfica 50: Promedio mezcla – densidad seca, suelo 2
Mezcla vs. densidad seca
0
0,5
1
1,5
2
100% 93%-7% 80%-20% 67%-33%
Proporcion de mezcla
suelo - fibra
De
nsid
ad
sec
a c
c
6.1.2.2.3 Mezcla vs humedad ▪ El porcentaje que mejor se acomoda al suelo, es el de la mezcla 80%
suelo 20% fibra que obtuvo un porcentaje de humedad del 24.42% contra la humedad óptima que fue del 25%.
Gráfica 51: Promedio mezcla – humedad, suelo 2
75
Mezcla vs. Humedad
0
5
10
15
20
25
30
100% 93%-7% 80%-20% 67%-33%
Proporcion de mezcla
suelo - fibra
Hu
me
da
d %
Bajo estas condiciones de humedad, el suelo con la mezcla de 80% suelo y 20% fibra, presentó una facilidad en su manipulación y las mejores condiciones de resistencia y humedad. 6.1.2.2.4 Descripción individual de la compresión simple en suelo 2. 6.1.2.2.4.1 Testigo Al observar la gráfica 17, el suelo presenta un comportamiento dúctil parecido al suelo 1, comenzando con una toma de carga mayor a la deformación hasta llegar a un punto que no hay toma de carga pero sí hay un aumento de su deformación. Valor máximo promedio de carga de 1.87 kg/cm2. 6.1.2.2.4.2 Mezcla 67% suelo- 33% fibra Al observar la gráfica 18, vemos que su comportamiento también es de un suelo dúctil, pero comienza tomando carga lentamente con respecto a la deformación que va aumentando con mayor velocidad, hasta llegar a un punto donde toma carga con mayor rapidez y va generando deformaciones menores, esto se refleja en el cambio de concavidad de la curva. Esta mezcla en especial no falló por carga, si no que llegó al 20% de deformación siendo uno de los parámetros de falla. Valor máximo promedio de carga de 1.53 kg/cm2. Este comportamiento es similar al suelo 1. 6.1.2.2.4.3 Mezcla 80% suelo - 20% fibra Las gráficas 19 y 20 muestran que el comportamiento a compresión simple de esta muestra es dúctil, ya que se ve claramente en su deformación unitaria, la curva comienza tomando carga aproximadamente proporcional a su deformación hasta un punto en el cual la toma de carga es más lenta y la toma de deformación es rápida hasta que llegue al punto de rotura. Valor máximo promedio de carga de 1.92 kg/cm2.
76
6.1.2.2.4.4 Mezcla 93% suelo - 7% fibra En las gráficas 21 y 22 observamos que la muestra de suelo sometida a compresión simple posee un comportamiento dúctil igual que las dosificaciones anteriores, pero su comportamiento es más parecido a la muestra testigo o blanco donde el porcentaje de fibra es cero, pero con la diferencia de que la carga comienza con un aumento aproximadamente proporcional a su deformación, hasta llegar al punto donde no hay toma de carga pero sí deformación. Valor máximo promedio de carga es igual al del testigo, 1.87 kg/cm2. 6.1.3 Desgaste hidráulico 6.1.3.1 Desgaste hidráulico suelo 1 6.1.3.1.1 Molde estándar La gráfica 23 muestra el comportamiento que tiene el suelo 1 sometido a desgaste hidráulico durante un tiempo determinado de 30 minutos, se observa que a mayor % de fibra, el % de desgaste es menor. Cuando el % Fibra sobrepasa el 41.55%, la respuesta del suelo al desgaste es menor ya que la variación de % Fibra es mayor a la variación del % suelo desgastado (Pendiente < ∣-1∣), esto implica que el suelo gana resistencia al desgaste mas lentamente. 6.1.3.1.2 Molde pequeño El comportamiento de desgaste fue muy similar a la del suelo 1,en la cual se ve claramente que a medida que aumenta la proporción de % fibra, el % suelo desgastado es menor. Ésto nos muestra que la respuesta del suelo (con sus propiedades físicas y compactadas con energía estándar) al desgaste es lenta, hasta que alcanza un porcentaje de fibra igual al 11.22%, la muestra gana resistencia al desgaste lentamente, ésto producto de que la variación de porcentual del suelo desgastado es menor a la variación de porcentual de cantidad de fibra (Pendiente < ∣-1∣). Después de alcanzar el 11.22% de fibra, la respuesta del suelo al desgaste es rápida debido a que la variación de Fibra es menor que la variación porcentual del suelo desgastado (Pendiente > ∣-1∣), esto implica que el suelo gana resistencia rápidamente. Gráfica 24. 6.1.3.2 Desgaste hidráulico suelo 2 6.1.3.2.1 Molde pequeño El comportamiento del suelo a desgaste es igual al suelo anterior, con los datos construimos la gráfica 25. Esto nos muestra que la respuesta del suelo al desgaste es lenta, hasta que alcanza un porcentaje de fibra igual al 14.97%, la muestra gana resistencia al desgaste lentamente, producto de que la variación porcentual del suelo
77
desgastado es menor que la variación porcentual de la cantidad de fibra (Pendiente < ∣-1∣). Después de alcanzar el 14.97% de cantidad de fibra, la respuesta del suelo al desgaste es rápida debido a que la variación de porcentual de fibra es menor a la variación porcentual de suelo desgastado (Pendiente > ∣-1∣), esto implica que el suelo gana resistencia rápidamente. 6.2 MORTERO 6.2.1 Compresión simple en mortero La resistencia a la compresión es mayor a medida que el contenido de fibra aumenta en el mortero, esto se ve por el comportamiento de la curva tanto a los 3 días de curado como al séptimo día, esto tomando de referencia la probeta testigo (gráfica 26). La resistencia mayor, la obtuvimos en la dosificación donde el contenido de fibra es el 100% (Mezcla E, gráfica 31). A continuación se muestra un cuadro con la resistencia promedio de los diferentes contenidos de fibra el en mortero.
Mezcla 3 DIAS 7 DIAS
A 39.88 56.97
B 38.69 56.18
C 35.16 44.88
D 36.79 44.23
E 60.12 66.89
TESTIGO 23.87 43.31
El siguiente cuadro muestra la variación de la resistencia respecto a la muestra testigo.
Mezcla Variación 3 días Variación 7 días
A 67.04% 31.54%
B 62.08% 29.72%
C 47.28% 3.64%
D 54.12% 2.14%
E 151.83% 54.46%
TESTIGO 0.00% 0.00%
Gráfica 52: Resistencia – mezcla, morteros
Resistencia Vs Mezcla
0.00
20.00
40.00
60.00
80.00
100.00
120.00
140.00
A B C D E TESTIGO
Mezcla
Re
sis
ten
cia
(k
gf/
cm
2)
Resistencia 7 dias
Resistencia 3 dias
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6.3 ARCILLAS 6.3.1 Contracción al secado Después de salir las probetas del horno de secado, estas a simple vista presenta fisuras en toda su superficie, predominado las fisuras en las dosificaciones con mayor contenido de fibra. La gráfica 36 muestra que a medida que el porcentaje de fibra aumenta la contracción de las probetas disminuye, esto debido a que hay mayor evaporación de humedad libre o agua de plasticidad en las probetas de menor porcentaje de fibra. La contracción implica que el volumen de los especimenes se reduzca y se reduce en promedio según lo mostrado en la gráfica. La contracción de la probeta testigo es un 55.44% mayor a la probeta que presenta el menor porcentaje de contracción, esta es la que contiene un 50% de fibra de coco. 6.3.2 Contracción al quemado Se aprecia por la gráfica 40 que la reducción de las dimensiones de las probetas varió menos que en el ensayo de secado, debido a que el agua intersticial que permanecía en la arcilla es relativamente poca; este comportamiento es mostrado en la curva donde las contracciones de todas las dosificaciones y su variación volumétrica son muy parecidas, oscilando entre un 3.24% hasta un 3.66% independiente del contenido de fibra en las probetas. 6.3.3 Contracción total. El comportamiento es parecido a la contracción al secado (gráfica 37), ésto es debido a que la mayor evaporación de agua fue en esta etapa. En la contracción al quemado la evaporación de agua es más o menos constante sin variaciones significativas y no se producen cambios significativos en la curva de contracción total. La contracción de la probeta testigo es un 77.27% mayor a la probeta que presenta menor porcentaje de contracción y contiene un porcentaje de fibra del 50%. 6.3.4 Pérdidas al quemado. Al observar en la gráfica 41, las pérdidas al quemado aumentan proporcionalmente al porcentaje de fibra, esto es debido a que hay una pérdida de material por calcinación de la fibra. Las pérdidas aumentan a razón de 0.051% por cada porcentaje de fibra.
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6.3.5 Gravedad Específica Aparente. La gráfica 38 muestra que mayor porcentaje de fibra la gravedad aumenta y es lo esperado, ya que la fibra incluida en la arcilla tiende aumentar los vacíos de ésta. Existe un punto que ésta desfasado en la tendencia de la curva, este posible desfase es debido a que la proporción de fibra no es la adecuada para esa dosificación. 6.3.6 Porosidad. La gráfica 42 nos enseña el comportamiento esperado ya que el porcentaje de fibra es proporcional con la porosidad. Esto es debido a que la fibra aumenta la porosidad por los espacios vacíos que crea. 6.3.7 Absorción de agua. La absorción de agua según la gráfica 39 es proporcional al porcentaje de fibra esto es por los espacios vacíos que la fibra y la arcilla forman cuando se mezclan. 6.3.8 Densidad Aparente. El comportamiento de la densidad (gráfica 43) es la esperada, ya que a mayor porcentaje de fibra la densidad es menor, mostrando un comportamiento inversamente proporcional; esto se debe a que hay menos arcilla que fue remplazada por la fibra. 6.3.9 Resistencia a la compresión. Al observar la gráfica 44 la resistencia a la compresión en probetas quemadas disminuye a medida que el porcentaje de fibra aumenta, esta disminución es a una tasa promedio de 12.376 %. En las arcillas crudas el comportamiento de la resistencia no varia tan lineal como en las quemadas ( gráfica 35), esto se ve en la curva donde la mayor resistencia es cuando el porcentaje de fibra es igual a cero, luego empieza a disminuir cuando se le agrega fibra pero después la resistencia aumenta a medida que el porcentaje de fibra aumenta. La manera de analizar esto es diferenciar entre la resistencia de las arcilla con contenido de fibra y la resistencia de las arcilla sin contenido de fibra, donde las arcillas con contenido de fibra no mejoran la resistencia. 6.3.10 Resistencia a la flexión. (Módulo de ruptura) El módulo de ruptura después de la quema (gráfica 45), manifiesta un comportamiento inversamente proporcional al contenido de fibra, disminuyendo a una tasa promedio equivalente al 149.31%. Esto se debe a que la fibra cuando es quemada se calcina y deja en el interior de la arcilla espacios vacíos.
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CONCLUSIONES
▪ Los resultados obtenidos en los ensayos de suelos mostraron que la fibra
es un material que ayuda al suelo a mejorar su resistencia, tanto en condiciones extremas como las sometidas a desgaste hidráulico donde el caudal proporcionado es significativo, en estas condiciones la fibra se comporta muy bien ya que esta aplica un efecto de amarre en las partículas del suelo la cual no la deja desgastar o erosionar.
▪ La resistencia a la compresión simple también es mejorada a medida que
aumenta la fibra hasta llegar a un punto en el cual la falla del suelo a compresión es por deformación y no por carga; aumentando también su ductilidad.
▪ Las propiedades mecánicas del mortero se mejoran a medida que aumenta
el contenido de fibra en la muestra, obteniendo la máxima resistencia en el mortero con mayor contenido de fibra, proporcionando características de un material con mayor ductilidad al momento de la falla.
▪ En la cerámica, la fibra no mejora la resistencia ni sus propiedades debido a
que las probetas de cerámica con fibra al ser sometidas al quemado, se calcinan y el efecto de mejora se pierde por causa de los vacíos que deja formados.
81
RECOMENDACIONES
• Continuar el presente estudio para suelos con diferentes características a los antes estudiados.
• Hacer un monitoreo de suelo con fibra para analizar el comportamiento a través del tiempo.
• Se recomienda entrelazar la fibra para utilizarla como malla de revegetalización.
• Se recomienda tomar este trabajo como referencia posterior para los ensayos de desgaste hidráulico y térmico diferencial.
• Debido a que los ensayos de desgaste hidráulico y térmico diferencial son procesos a penas en desarrollo se recomienda normalizarlos.
• Realizar ensayos de tracción y de corte en las mezclas de mortero con fibra para poder determinar propiedades mecánicas tales como resistencia a la tracción y módulo Young.
• Tomando los resultados arrojados en el presente estudio en la parte de cerámicos se recomienda no seguir profundizando en esta parte.
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▪ ASTM Standard D2216-92: Test Method for Laboratory Determination of
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▪ ASTM Standard D2488-93: Practice for Description and Identification of
Soils (Visual-Manual Procedure).
▪ ASTM Standard D2487-93: Test Method for Clasification of Soils for
Engineering Purposes.
▪ ASTM Standard D2850-87: Test Method for Unconsolidated; Undrained
Compressive Strenght of Cohesive Soils in Triaxial Compression .
▪ ASTM Standard D422-63: Method for Particle-Size Analysis of Soils.
▪ ASTM Standard D4220-89: Practice for Preserving and Transporting Soil
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▪ ASTM Standard D4318-93: Test Method for Liquid Limit, Plastic Limit and
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Superficie Agrícola Cosechada.
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▪ Wolf, Maria Isabel, Ensayos Tecnológicos para Cerámica Roja. Escuela de
Ingeniería de Antioquia, 1995.
ANEXOS
ANEXO A: REGISTRO FOTOGRÁFICO Figura 1 : Probetas de desgaste con mayor proporción de fibra del suelo 1
84
Figura 2 : Probetas de desgaste con mediana proporción de fibra del suelo 1
Figura 3 : Probetas de desgaste con poca proporción de fibra del suelo 1
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Figura 4 : Probetas de desgaste del suelo 2, con diferentes proporciones de fibra
Figura 5 : Probetas de desgaste del suelo 1, con diferentes proporciones de fibra
86
Figura 6: Realización del ensayo de desgaste
Figura 7: Realización del ensayo de compresión simple en el suelo 1
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Figura 8: Tipos de falla de probetas del suelo 1en el ensayo de compresión simple
Figura 9: Realización del ensayo de compresión simple en el suelo 2
88
Figura 10: Tipos de falla de probetas del suelo 2 en el ensayo de compresión simple
Figura 11: Desencofrado de mortero
89
Figura 12: Desencofrado de mortero
Figura 13: Falla de mortero con fibra
Figura 14: Falla de mortero con fibra
90
Figura 15: Falla de mortero con fibra
Figura 16: Falla típica de mortero
91
Figura 17: Ensayo de flexión
