“Mejoramiento de suelos finos a partir de la electroósmosis”

Abstract

En este Trabajo Final de Maestría se describe y se analiza el sistema de electroósmosis. En desarrollo de este proceso se adelantaron unas pruebas de electroósmosis en muestras de suelo fino, con la aplicación de corrientes eléctricas en el laboratorio, y se relacionaron con unos parámetros geomecánicos, obtenidos de pruebas realizadas en el laboratorio IEI de la Universidad Nacional. En el proceso de electroósmosis se genera, con la aplicación de una corriente eléctrica, un flujo de agua en un suelo fino, por lo general de tipo impermeable; como resultado del flujo de agua se presenta una reducción de la presión de poros, aumenta la resistencia y se produce consolidación en el suelo. La resistencia en las muestras analizadas aumentó, debido al proceso de electroósmosis, en una relación de 1:1.3 a 1:11, medida en pruebas de compresión inconfinada y de veleta, respectivamente. En el desarrollo de las pruebas de electroósmosis, para diferentes tipos de suelos finos, se analizaron unas variables, relacionadas con la salinidad del electrolito, el voltaje y la corriente aplicada; como resultado se indica, a mayor salinidad del electrolito es mayor el flujo de agua, mayor la resistencia y la consolidación del suelo; de igual manera se establece, al aumentar el voltaje y la corriente aplicada, la resistencia y la consolidación del suelo se presenta en un menor tiempo del proceso. La conductividad electroosmótica (ke), es un parámetro del proceso, el cual varía según el tipo de suelo y electrolito; se concluye, a mayor salinidad del electrolito es mayor el valor de la conductividad electroosmótica y mayor la resistencia; en consecuencia, la consolidación del suelo se presenta en un menor tiempo de aplicación del proceso. En las pruebas realizadas se definió, la conductividad electroosmótica varía entre 0.5 x 10-5 cm/s por volt/cm a 6 x 10-5 cm/s por volt/cm; esta última corresponde a la muestra Salinas de Upín, cuyo material residual proviene de una mina de sal, ubicada en Restrepo (Meta). Se presenta un análisis económico relacionado con un ejemplo hipotético, para un área de 1.500 m2, con 77 ánodos y 66 cátodos, hincados a una profundidad de 3m; los costos en el sistema con corriente inducida son de alrededor de 24.8 millones de pesos, mientras que con corriente natural son de alrededor de 8.8 millones de pesos. Con el análisis del proceso de electroósmosis se concluye, es un sistema de fácil aplicación, eficiente y de bajo costo para su implementación en Colombia en el mejoramiento de suelos finos, y puede ser también aplicado en la remediación ambiental e inyección de fluidos o cementantes en el suelo.

Abstract. This Master dissertation describes and analyzes electroosmosis systems. It defines a methodology for design and the main variables for the applicability of those systems. Tests on samples of fine soil were performed, with the application of electric currents, and then related to the geomechanical parameters of the soil samples. The process of electroosmosis produces, with the application of an electric current, a flow of water into a fine ground, usually waterproof type; as a result of reduced water pore pressure, an increase in resistance occurs because of the consolidation of the soil. Resistance increased in the samples analyzed by the process of electroosmosis, in a ratio of 1: 1.3 to 1:11, measured in unconfined compression test and vane, respectively. In the development of the electroosmosis testing system, some variables related to the salinity of the electrolyte, the applied voltage and current were analyzed. The higher the salinity of the electrolyte, it generates a greater water flow, higher resistance and soil consolidation. With the increase of the applied voltage and electric current, soil consolidation occurs faster. The electroosmotic conductivity (ke) is a main parameter, which varies with the soil type and electrolyte. The higher salinity of the electrolyte makes higher the value of the electroosmotic conductivity and resistance; therefore, soil consolidation occurs in a shorter time. For the soils tested, the electroosmotic conductivity varies between 0.5 x 10-5 cm/s per volt/cm to 6 x 10-5 cm/s per volt/cm; the highest value corresponds to the Upin Salinas, a sample whose residual material comes from a salt mine located in Restrepo (Meta). An economic analysis related to a hypothetical example, for an area of 1500 m2, with 77 anodes and 66 cathodes, kneeling to a depth of 3 m, was performed; costs in the induced current system are estimated to be around 24.8 million, whereas with natural current are about 8.8 million. Electroosmosis is a user-friendly system, efficient and low cost for implementation in Colombia in order to improve the engineering properties of fine soils. It can also be applied for environmental remediation and injection of fluids or cementing agents in soil.