Academic literature on the topic 'Arcillas expansivas'

La estabilización de arcillas expansivas con aceite sulfonado es un proceso electroquímico que se desarrolla a lo largo del tiempo y cuyo progreso depende de las condiciones ambientales existentes en el campo. La evolución de este fenómeno se estudió mediante el análisis experimental de tres tipos de arcilla expansiva sometidas a tratamiento con aceite sulfonado en diferentes dosificaciones. Para simular las condiciones ambientales, estas arcillas fueron expuestas a radiación UV en una cámara de envejecimiento acelerado. Una vez conseguido el periodo de envejecimiento programado, se realizaron ensayos de límites de consistencia a las muestras para determinar la influencia del envejecimiento y el porcentaje de aceite sulfonado en las propiedades expansivas de las arcillas. Los resultados obtenidos permitieron observar que la plasticidad del material depende del periodo de exposición y la dosificación de aceite sulfonado utilizada.

Swelling behavior of clays is of great importance for numerous engineering applications due to the prevalence of expansive clays around the world. Expansive clays are present in Mexico City, United States, Australia, Africa and South America, among others. In some cases, these types of clays could present swell pressure values greater than 400 kPa. In this technical note, correlation equations are developed to estimate the swell pressure of clays using laboratory tests performed on swelling clays in the city of Barranquilla, Colombia. Correlations are based on Atterberg limits and water content among other soil properties. Equations with statistically significant coefficients were selected and compared with equations found in the literature. Developed correlations evidenced that swell pressure decays quickly as water content increases. It was found that for the studied soils, Atterberg Limits did not present statistical significance in the estimation of swell pressure. Correlaciones empíricas para la determinación de la presión de expansión de arcillas expansivas en Barranquilla, Colombia ResumenEl comportamiento expansivo de las arcillas presenta vital importancia alrededor del mundo, ya que este tipo de arcillas se encuentras en diversas y extensas zonas del planeta. Arcillas con este tipo de comportamiento se encuentran presentes en diversas regiones del mundo como la ciudad de México, los Estados Unidos, Australia, algunas zonas de África y Sudamérica, entre otras. Este tipo de arcillas pueden presentar en algunos casos presiones de expansión superiores a los 400 kPa. En la presente nota técnica se desarrollan correlaciones para estimar la presión de expansión de arcillas con base en ensayos de laboratorio practicados a arcillas con comportamiento expansivo presentes en la ciudad de Barranquilla, Colombia. Las correlaciones desarrolladas se basan en los límites de Atterberg y contenido de humedad, entre otras propiedades de los suelos. Se seleccionaron aquellas ecuaciones que presentaban coeficientes estadísticamente significativos y se realizaron comparaciones con correlaciones presentes en la literatura. Las correlaciones mostraron que la presión de expansión decae rápidamente a medida que el contenido de humedad aumenta. Además, se observó que para los suelos estudiados los límites de Atterberg no son estadísticamente significativos para la estimación de la presión de expansión.

Se utilizaron tres aditivos (cal, cenizas volantes y aceite sulfonado) para disminuir las propiedades de una arcilla altamente expansiva (bentonita), con el fin de determinar las ventajas técnicas de cada alternativa bajo las mismas condiciones y ensayo. Para tal fin la bentonita se mezcló con diferentes concentraciones de aditivo y se realizaron ensayos de caracterización física y mecánica que permitieron analizar el comportamiento de cada uno. Se encontró que las cenizas volantes requieren ser adicionadas en cantidades excesivas para lograr disminución del potencial de expansión a valores admisibles. Con la cal se encontró un valor óptimo del 10% ya que logró una reducción considerable en las propiedades expansivas de la bentonita. Los resultados obtenidos con el aceite sulfonado evidenciaron que la estabilización electroquímica que lleva a cabo, requiere de factores ambientales favorables para desarrollar su efecto.

Se presentan los resultados de la estabilización química de los suelos expansivos de una zona representativa de San José de Cúcuta, donde se han observado daños en construcciones livianas como consecuencia de la expansiónretracción del suelo por la variación constante de la humedad. Para lograr la estabilización del suelo arcilloso, se propone como aditivo químico cenizas volantes, analizando sus posibles ventajas y desventajas. Las cenizas, fueron suministradas por la empresa Termotasajero S.A, de la ciudad. Los límites de consistencia se llevaron a cabo de acuerdo a la norma ASTM D 4318-95 [1], la humedad (ASTM D 2216), las relaciones de contracción (ASTM D 427- 93/ 4943-95), granulometría (ASTM D 422-63), gravedad especifica ASTMD 854-92 y el ensayo estándar de Proctor (ASTM D-698). De los datos de humedad de los estratos, se puede observar su comportamiento descendente.Se muestran datos de área superficial específica según el procedimiento de azul de metileno descrito por Santamarina [2]. Se encontró que las arcillas de la zona estudiada están clasificadas como de alta plasticidad (CH) con capacidad de intercambio catiónico de hasta de 37 (meq/100 g) y en el que uno de los estratos posee alto contenido de magnesio (Mg). Según la norma NSR 98 Título H [3], el potencial de expansión de las arcillas, es de alto a muy alto. El comportamiento del índice de plasticidad es decreciente en un valores que oscilan de treinta a cuarenta por ciento, para un porcentaje de mezcla de 30% en volumen de cenizas, lo anterior nos confirma la formación de hidratos por medio de reacciones puzolánicas con el suelo arcilloso. Se concluye la necesidad de implementar análisis de difracción de rayos X (DRX) y microscopia electrónica para determinar composición mineralógica exacta y estructura microscópica, lo cual ayudaría a confirmar o descartar la naturaleza de alta expansividad.Palabras Clave: arcillas expansivas;estabilización química; cenizas volantes.

En Venezuela existen amplias zonas en donde predominan suelos con arcillas de tipo 2.1 con capacidad para retener iones potasio y amonio en el complejo interlaminar. Como los iones K+ y NH4+ presentan el mismo estado de oxidación (valencia), al igual que similar radio iónico, ambos iones pueden competir en estas arcillas expansivas por los sitios fijos de adsorción, y uno de ellos disminuir la capacidad de fijación del otro. Estudios realizados en suelos de los Valles del Tuy, estado Miranda, señalan el predominio de la arcilla montmorillonita con una alta capacidad de fijación del potasio (Kf), ya que el 54,5 % del K originalmente añadido al suelo es fijado en el complejo interlaminar. El Kf descendió drásticamente cuando se añadieron al suelo simultáneamente dosis similares de cloruro de potasio y de amonio (2,0 meq∙100 g-1), mientras que al aplicar dosis más elevadas de NH4Cl en el medio de experimentación, la fijación de K alcanzó valores de sólo 6 %. Lo anterior sugiere que, en este tipo de suelo, una fertilización amoniacal moderadamente baja favorecería la fijación de potasio el cual podrá permanecer protegido a las pérdidas por lixiviación, sirviendo por tanto, como potencial de reserva para uso future por las plantas.

La región de Cuetzalán se localiza en la Sierra Norte del estado de Puebla. Los suelos corresponden a condiciones de montaña de carácter intertropical, factor climático favorable al desarrollo de cultivos templados y tropicales, pero que contribuyen a la erosión del suelo. El estudio tiene la finalidad de identificar las unidades o grupos de suelos representativos, sus usos actuales y su capacidad agrológica o clases de tierras, en función de su potencialidad. Se utilizó la metodología conformada por tres fases de caracterización, de diagnóstico y propositiva. La caracterización se obtuvo, de la compilación de la información bibliográfica, consulta de la cartografía temática del Instituto Nacional de Estadística, Geografía e Informática (INEGI), de los usos del suelo actuales y del cotejo de esta información, con las verificaciones de campo. En el diagnóstico se determina la capacidad y limitantes de uso, aplicando el método del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA) y el de la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación (FAO) por su enfoque interdisciplinario. En la última fase se determinaron las propuestas de los destinos del suelo. Se concluye que más del 60% de la región de Cuetzalán debe destinarse al aprovechamiento sustentable de los recursos forestales, a la vida silvestre, al turismo ecológico y a la recreación. Se recomiendan para la zona actividades de alfarería y cerámica, aprovechando los yacimientos de arcillas no expansivas y caolín, así como realizar investigaciones para el rescate de la diversidad biótica y social de la región.

Resultados de medidas de difracción de rayos-X mostraron una secuencia de modificaciones químicas y estructurales como la deshidratación, descomposición y formación de nuevas fases en arcillas sometidas a aumentos graduales de temperatura. Los componentes de las muestras fueron determinados, identificándose montmorillonita-Ca, vermiculita, muscovita, caolinita, chlorita, illita, cuarzo y albita. El refinamiento estructural por el método de Rietveld reportó, en todas las muestras, mayor porcentaje de arcilla noexpansiva en comparación con la expansiva. A 250ºC, la montmorillonita-Ca presentó una disminución drástica en su distancia interlaminar, de 1.5 nm a 1.0 nm, debido a la remoción del agua superficial y de los poros, así como de la contenida en la región interlaminar. Para el caso de la vermiculita, esta disminución es mucho menor (~0.04 nm), en tanto que la caolinita no presenta disminución significativa de este parámetro. La vermiculita estructuralmente colapsa a ~350ºC, en tanto que la caolinita lo hace a ~500ºC, mientras que nuevas fases aparecen, como la ortoclasa y anorthita.

En los últimos años, se ha estado analizando la posibilidad de almacenar los residuos radioactivos de alta actividad procedentes del combustible gastado procedente de las centrales nucleares de producción de energía eléctrica, en galerías excavadas en roca. Entre la cápsula que contiene el residuo radioactivo y la roca, se estudia colocar una arcilla expansiva tipo bentonita (proyecto FEBEX; Alonso et al., 2000). Esta tesis se ha concentrado en el estudio y caracterización termo-hidro-mecánico de dicha arcilla.

Para realizar este estudio, primero se hicieron una serie de ensayos de laboratorio convencionales, idénticos a los utilizados para caracterizar todo tipo de suelos. Sin embargo, dadas las especiales características del material (una arcilla expansiva) y las condiciones de trabajo que tendría en un repositorio nuclear (altas temperaturas producidas por la degradación del material radioactivo y altas presiones debidas al confinamiento), se han tenido que desarrollar nuevos equipos y procedimientos de ensayo: una célula edométrica con succión controlada mediante un flujo forzado de aire húmedo, un equipo para la medida de dilatación por efectos térmicos y un equipo para estudiar la respuesta del suelo frente a flujos de calor. Los resultados obtenidos son consistentes con los deducidos por otros autores en el mismo material (Villar, 2000) y han permitido profundizar en el conocimiento del comportamiento de la bentonita (Lloret et al., 2002).

El desarrollo y mejora de las técnicas de cálculo numérico, ha permitido que recientemente, se hayan podido desarrollar una serie de códigos numéricos que permiten la simulación de procesos de flujo multifásico y resolver las ecuaciones constitutivas que regulan el comportamiento mecánico del suelo. En esta tesis, se han analizado los ensayos de laboratorio realizados simulándolos con ayuda de un código de elementos finitos desarrollado por el Departamento de Ingeniería del Terreno de la Universitat Politècnica de Catalunya, CODE_BRIGHT (Olivella, 1995), que resuelve el problema citado anteriormente. De este modo, se han podido estudiar los diferentes fenómenos ligados al movimiento de agua, de calor y a los cambios de volumen en los ensayos realizados.

Tradicionalmente, la cuantificación de parámetros que se realiza a partir de los ensayos de laboratorio, consiste básicamente en aplicar de manera directa la ley constitutiva que regula el comportamiento de la muestra en las condiciones del ensayo. Generalmente, consiste en deducir un parámetro de una ecuación relativamente sencilla (ensayos de permeabilidad) o dibujar los resultados obtenidos en el ensayo en sistemas de coordenadas especiales que permiten evaluar parámetros de manera gráfica (ensayos edométricos). Sin embargo, hay parámetros que no se pueden medir directamente (parámetros que regulan el flujo acoplado de agua y vapor debido a gradientes térmicos en un ensayo de flujo de calor), esto hace necesario que se deban utilizar otras técnicas para identificar los parámetros que los regulan. En esta tesis se han aplicado técnicas de identificación muy utilizadas en otros campos como son la hidrogeología o la sismología, para deducir parámetros que regulan el problema termo-hidráulico. Para ello ha sido necesario desarrollar un algoritmo de cálculo que, utilizando CODE_BRIGHT como rutina para resolver el problema directo, minimiza la diferencia entre los valores medidos en los ensayos y los valores calculados por el código (Pintado et al., 1998, 2002).
In the last years, the possibility of storing high level nuclear waste from nuclear power stations inside tunnels in host rock has been analysed. In these repositories, swelling clay located between the rock and the canisters is used to isolate the waste (FEBEX project; Alonso et al., 2000). In this PhD Thesis an experimental study carried out to characterize the thermo-hydro-mechanical behaviour of a compacted bentonite is presented.

Due to the highly expansive character of the bentonite and the high temperatures and confining pressures in the repository, it was necessary to develop new test equipments and procedures:

- A suction controlled oedometric cell, where suction is applied controlling the relative humidity of the air in contact with the soil. This relative humidity was fixed by a solution of sulphuric acid or salts. In this way, suctions up to 400 MPa could be reached and the maximum vertical stress that could be applied was of about 9 MPa.

- An equipment to measure the thermal dilatation coefficient in partially saturated bentonite, which maintains its water content unaltered in a range of temperatures between 30ºC and 65ºC.

- A cylindrical cell, where a controlled heat flux is applied to one of the ends, while in the other end a constant temperature is maintained in order to measure thermal and hydraulic parameters.

The results of the tests are consistent with other results obtained on the same material by other authors (Villar, 2000) and increase the knowledge we have of this material (Lloret et al., 2003).

In some of the tests carried out, important couplings between thermal and multiphase flows and the mechanical behaviour of bentonite are observed. In order to analyse the tests, the numerical model CODE_BRIGHT (Olivella, 1995) was used to simulate the tests as a boundary problem and to obtain values of the variables that were not measured or parameters of the numerical model that cannot be obtained directly.

Finally, this PhD Thesis presents a general methodology to perform backanalysis of laboratory tests, which also involves the thermohydraulic behaviour of bentonite in a systematic manner as well. The procedure is based on a maximum likelihood approach that defines a probabilistic framework, in which error measurements and the reliability of the parameters identified can be estimated (Pintado et al., 1998, 2002). The method is applied to the identification of some of the thermal and hydraulic properties of a bentonite specimen, using temperature and water content measurements as input data.

En los últimos años, se ha estado analizando la posibilidad de almacenar los residuos radioactivos de alta actividad procedentes del combustible gastado procedente de las centrales nucleares de producción de energía eléctrica, en galerías excavadas en roca. Entre la cápsula que contiene el residuo radioactivo y la roca, se estudia colocar una arcilla expansiva tipo bentonita (proyecto FEBEX; Alonso et al., 2000). Esta tesis se ha concentrado en el estudio y caracterización termo-hidro-mecánico de dicha arcilla. Para realizar este estudio, primero se hicieron una serie de ensayos de laboratorio convencionales, idénticos a los utilizados para caracterizar todo tipo de suelos. Sin embargo, dadas las especiales características del material (una arcilla expansiva) y las condiciones de trabajo que tendría en un repositorio nuclear (altas temperaturas producidas por la degradación del material radioactivo y altas presiones debidas al confinamiento), se han tenido que desarrollar nuevos equipos y procedimientos de ensayo: una célula edométrica con succión controlada mediante un flujo forzado de aire húmedo, un equipo para la medida de dilatación por efectos térmicos y un equipo para estudiar la respuesta del suelo frente a flujos de calor. Los resultados obtenidos son consistentes con los deducidos por otros autores en el mismo material (Villar, 2000) y han permitido profundizar en el conocimiento del comportamiento de la bentonita (Lloret et al., 2002).El desarrollo y mejora de las técnicas de cálculo numérico, ha permitido que recientemente, se hayan podido desarrollar una serie de códigos numéricos que permiten la simulación de procesos de flujo multifásico y resolver las ecuaciones constitutivas que regulan el comportamiento mecánico del suelo. En esta tesis, se han analizado los ensayos de laboratorio realizados simulándolos con ayuda de un código de elementos finitos desarrollado por el Departamento de Ingeniería del Terreno de la Universitat Politècnica de Catalunya, CODE_BRIGHT (Olivella, 1995), que resuelve el problema citado anteriormente. De este modo, se han podido estudiar los diferentes fenómenos ligados al movimiento de agua, de calor y a los cambios de volumen en los ensayos realizados. Tradicionalmente, la cuantificación de parámetros que se realiza a partir de los ensayos de laboratorio, consiste básicamente en aplicar de manera directa la ley constitutiva que regula el comportamiento de la muestra en las condiciones del ensayo. Generalmente, consiste en deducir un parámetro de una ecuación relativamente sencilla (ensayos de permeabilidad) o dibujar los resultados obtenidos en el ensayo en sistemas de coordenadas especiales que permiten evaluar parámetros de manera gráfica (ensayos edométricos). Sin embargo, hay parámetros que no se pueden medir directamente (parámetros que regulan el flujo acoplado de agua y vapor debido a gradientes térmicos en un ensayo de flujo de calor), esto hace necesario que se deban utilizar otras técnicas para identificar los parámetros que los regulan. En esta tesis se han aplicado técnicas de identificación muy utilizadas en otros campos como son la hidrogeología o la sismología, para deducir parámetros que regulan el problema termo-hidráulico. Para ello ha sido necesario desarrollar un algoritmo de cálculo que, utilizando CODE_BRIGHT como rutina para resolver el problema directo, minimiza la diferencia entre los valores medidos en los ensayos y los valores calculados por el código (Pintado et al., 1998, 2002).
In the last years, the possibility of storing high level nuclear waste from nuclear power stations inside tunnels in host rock has been analysed. In these repositories, swelling clay located between the rock and the canisters is used to isolate the waste (FEBEX project; Alonso et al., 2000). In this PhD Thesis an experimental study carried out to characterize the thermo-hydro-mechanical behaviour of a compacted bentonite is presented. Due to the highly expansive character of the bentonite and the high temperatures and confining pressures in the repository, it was necessary to develop new test equipments and procedures: - A suction controlled oedometric cell, where suction is applied controlling the relative humidity of the air in contact with the soil. This relative humidity was fixed by a solution of sulphuric acid or salts. In this way, suctions up to 400 MPa could be reached and the maximum vertical stress that could be applied was of about 9 MPa. - An equipment to measure the thermal dilatation coefficient in partially saturated bentonite, which maintains its water content unaltered in a range of temperatures between 30ºC and 65ºC. - A cylindrical cell, where a controlled heat flux is applied to one of the ends, while in the other end a constant temperature is maintained in order to measure thermal and hydraulic parameters. The results of the tests are consistent with other results obtained on the same material by other authors (Villar, 2000) and increase the knowledge we have of this material (Lloret et al., 2003).In some of the tests carried out, important couplings between thermal and multiphase flows and the mechanical behaviour of bentonite are observed. In order to analyse the tests, the numerical model CODE_BRIGHT (Olivella, 1995) was used to simulate the tests as a boundary problem and to obtain values of the variables that were not measured or parameters of the numerical model that cannot be obtained directly. Finally, this PhD Thesis presents a general methodology to perform backanalysis of laboratory tests, which also involves the thermohydraulic behaviour of bentonite in a systematic manner as well. The procedure is based on a maximum likelihood approach that defines a probabilistic framework, in which error measurements and the reliability of the parameters identified can be estimated (Pintado et al., 1998, 2002). The method is applied to the identification of some of the thermal and hydraulic properties of a bentonite specimen, using temperature and water content measurements as input data.

Los resultados del estudio que se expone en la presente tesis, tratan sobre las arcillas expansivas en “Talara”, en base a resultados obtenidos en los ensayos de laboratorio como el Análisis Granulométrico por Tamizado, ensayo de Límite Líquido, Límite Plástico e Índice de Plasticidad, ensayo de Proctor modificado y el ensayo Corte Directo. Cabe decir que dichos ensayos se realizaron tomando como punto de partida las características geológicas, geomorfológicas, geotécnicas y la evaluación de daños en las diversas estructuras de la zona como viviendas producto de la expansión y consolidación del terreno. La problemática se origina a raíz del suelo arcilloso, ya que la principal característica que puede tener ese tipo de suelo es que sea un suelo expansivo, por lo tanto, se debe tener en consideración mejorar el suelo para evitar posteriormente daños estructurales. En la investigación se describirán las principales consecuencias y factores que intervienen en el fenómeno de la expansión y el cómo enfrentar a este tipo de suelo. El presente estudio busca la mejora del suelo mediante una técnica innovadora, eco amigable y factible como es la estabilización física usando el vidrio reciclado y las fibras de polipropileno (materiales de desecho en las operaciones de la construcción), ya que en la actualidad estos dos tipos de materiales generan un impacto negativo en el medio ambiente, por lo cual se trata de reutilizar dichos materiales en el mejoramiento del suelo. El estudio se basó en una muestra de suelo medianamente expansivo, debido al registro del Límite Líquido, Límite Plástico e Índice de Plasticidad, extraído de la Urbanización Sudamérica, localizado en Talara, Piura con el fin de mejorarlo, para luego verificar el comportamiento de mejora de las propiedades de resistencia al corte del suelo. Como parte del desarrollo de la investigación se realizaron los diversos ensayos para comprobar con datos numéricos la mejora del suelo, otorgando porcentajes de sustitución con respecto al peso seco (0%, 5%, 6% y 7.5%) a la muestra en estado natural. Finalmente, se obtuvieron las mejoras de las propiedades de resistencia al corte con un porcentaje de sustitución equivalente a 5%, el cual registra las mejoras en cohesión y ángulo de fricción.
The results of the study that is presented in this thesis, deals with the expansive clays in "Talara", based on results obtained in laboratory tests such as the Granulometric Analysis by Screening, Liquid Limit test, Plastic Limit and Plasticity Index, modified Proctor test and the Direct Cut test. It is possible to say that these tests were carried out taking as a starting point the geological, geomorphological, geotechnical characteristics and the evaluation of damages in the different structures of the area as houses product of the expansion and consolidation of the land. The problem originates from the clay soil, since the main characteristic that this type of soil can have is that it is an expansive soil, therefore, it is necessary to consider improving the soil to subsequently avoid structural damage. The research will describe the main consequences and factors involved in the phenomenon of expansion and how to deal with this type of soil. The present study seeks to improve the soil through an innovative, eco-friendly and feasible technique such as physical stabilization using recycled glass and polypropylene fibers (waste materials in construction operations), since these two are currently Types of materials generate a negative impact on the environment, so it is about reusing these materials in soil improvement. The study was based on a sample of moderately expansive soil, due to the registry of the Liquid Limit, Plastic Limit and Plasticity Index, extracted from the South American Urbanization, located in Talara, Piura in order to improve it, and then verify the improvement behavior of the properties of resistance to the cut of the floor. As part of the development of the research, the various tests were carried out to verify the improvement of the soil with numerical data, granting replacement percentages with respect to dry weight (0%, 5%, 6% and 7.5%) to the sample in its natural state . Finally, the improvements of the properties of resistance to the cut with a percentage of substitution equivalent to 5% were obtained, which records the improvements in cohesion and angle of friction.
Tesis

La expansividad de suelos es un fenómeno ampliamente reconocido, al cual se le atribuye una copiosa cantidad de problemas estructurales suscitados a nivel mundial. Precisamente, la incidencia de su comportamiento en los antecedentes históricos registrados, propició una marcada tendencia científica por estudiar los factores desencadenantes, así como encontrar técnicas y/o materiales eficientes para su estabilización. En ese afán, la presente investigación pretende evaluar la contribución del cloruro de potasio en el comportamiento expansivo de suelos arcillosos de alta plasticidad. Para ello, se efectuaron ensayos de identificación mineralógica, caracterización física y determinación del grado de expansión, obteniendo como principal resultado una significativa reducción de los parámetros expansivos del suelo.
Soil swelling is a widely known problem, which is related to a huge number of structural problems all over the world. In fact, due to its negative behavior in structures, which have been recorded many times in preceding documents, experts have focused their aim on studying the factors that made expansive soils extremely dangerous, as well to find techniques and/or materials that assure the efficiency of their stabilization. In that commitment, this investigation pretends to evaluate the effects of potassium chloride in the expansive behavior of high-plasticity clay soils. For this purpose, mineralogical identification, physical characterization and degree of expansion determination tests were made, the results of which mainly express a significant reduction of the swelling characteristics of this type of soils.
Trabajo de investigación