DOCENTE : ING. EDGAR CASAS AGUILAR

TEMA : COLAPSO DE SUELOS ARENOSOS POR PRESENCIA

DE SALES

ESTUDIANTE : SALON CULQUI EZEQUIEL

CICLO : X

CHACHAPOYAS 2013

ESCUEL A PROFESION AL DE INGENIERI A CIVI L

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CONTENIDOINTRODUCCIÓN ............................................................................................................................................. 2

1. COLAPSO DE SUELOS ARENOSOS POR PRESENCIA DE SALES:................................................................... 3

1.1. Definición ...................................................................................................................................... 3

1.2. Características generales............................................................................................................... 3

1.3. Colapsabilidad de un suelo receptor de cargas en nuestro país ................................................... 5

1.4. Manifestación de problemas en edificaciones sobre suelos colapsables ..................................... 9

1.5. Localización nacional ................................................................................................................... 11

1.6. Caso de fallas ocurridas en el país............................................................................................... 11

1.7. Métodos de ensayos realizados .................................................................................................. 15

En Campo............................................................................................................................................. 15

En el Laboratorio ................................................................................................................................. 15

1.8. SOLUCIONES PARA CIMENTACIONES EN ESTOS SUELOS ............................................................ 17

1.8.1. Por tanto, para prevenirlo habrá que.................................................................................. 17

1.8.2. Reparación de daños ........................................................................................................... 20

COMENTARIOS FINALES Y CONCLUSIONES ................................................................................................. 21

BIBLIOGRAFÍA .............................................................................................................................................. 22

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INTRODUCCIÓN

Los casos de fallas y colapsos en estructuras dependientes de cimentaciones que se

han producido en el país, son debido en parte al desconocimiento de las

características y el comportamiento de cierto tipo de suelos que son usado para

estos fines, y por otro lado a la incompetencia o negligencia, que se refleja

generalmente en la incapacidad de hacer lo que es requerido para un proyecto

determinado, tal como en muchos casos hemos establecido después de haberse

suscitado el problema.

Extensas áreas de nuestro país que presentan suelos arenosos colapsables,

expansivos y de rellenos sueltos, etc., que deben ser estudiados convenientemente

para utilizarlos como soporte en obras de ingeniería de poca o gran envergadura,

dado a que presentan problemas principalmente de deformación por cambio de

volumen del suelo, casi siempre por presencia de filtraciones de agua en exceso

del contenido de humedad natural. Estos suelos han llamado la atención también en

muchas partes del mundo y han sido materia de numerosas presentaciones en

Congresos Internacionales y reuniones técnicas desde hace varias décadas, así como

en numerosas conferencias nacionales, lo que ha permitido adquirir algunos

conocimientos para caracterizar estos suelos y manejarlos con cuidado para que no

produzcan daños en las futuras obras de ingeniería que se construyan en el país.

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1. COLAPSO DE SUELOS ARENOSOS POR PRESENCIA DE SALES:

1.1. Definición: Generalmente son suelos de origen eólico, cuya

estructura está ligeramente cementada por sales acarreadas por la brisa

marina, con lo cual adquieren una resistencia aparente. Son suelos en

estado metaestable o con estructura inestable, que generalmente se

presentan en áreas áridas.

En la actualidad se incluyen en este grupo de suelos a aquellos

fuertemente cementados por sales solubles, que sufren grandes

asentamientos por la lixiviación de dichos materiales.

1.2. Características generales: Los efectos de este colapso pueden

manifestarse en forma de asientos bruscos del terreno de carácter

centimétrico hasta decimétricos. Más raramente puede darse asientos de

algún metro y en casos extraordinarios de decenas de metros.

En ausencia de agua, estos suelos cementados se mantienen estables y de

modo localizado pueden alcanzar una débil a moderada resistencia. Incluso

pueden definir niveles de encostramiento que proporcionen valores

relativamente altos de peso por unidad de área. En presencia de agua, el

cemento interpartículas se disuelve y el suelo pierde la escasa capacidad

portante que tenía y colapsa. Si además el suelo soporta la carga

correspondiente a una estructura el colapso se acentúa, y dicha estructura

tenderá a colapsar, a asentar bruscamente, produciendo importantes

patologías.

Las cimentaciones más recomendables sobre este tipo de suelos son las

cimentaciones profundas, que deben tender a sobrepasar los niveles

colapsables.

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Una alternativa a esta tipología para casos de suelos con potencial bajo o

medio de colapso, puede ser la cimentación mediante losa de suficiente

rigidez, incluso apoyada sobre una mejora de terreno, que reparta cargas lo

máximo posible con el fin de no concentrar tensiones, y /o trabajar a

tensiones lo más bajas posibles, cuidando en todos los casos al máximo la

posible afección del agua al terreno sobre el que se dispone la cimentación

(saneamientos flexibles, colgados, realización de pruebas de saturación, etc.).

Al contacto con el agua sufren cambios bruscos en su volumen por

efecto del lavado de sus cementantes (sales), debido al reacomodo

de sus partículas.

Cuando el material cementante constituye gran parte de la matriz del

suelo, la lixiviación también genera grandes reducciones de su volumen.

Imagen que muestra los enlaces temporales formado por sustancias salinas entre partículas cuya desaparición puede provocar el colapso.

Fuente: Dudley (1970), Maswoswe (1985)

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1.3. Colapsabilidad de un suelo receptor de cargas en nuestro país:

Una característica esencial de nuestros suelos colapsables es que

tienen una densidad baja y un grado de saturación también bajo, todo parece

indicar que al disminuir el grado de saturación la susceptibilidad al colapso

es mayor, esta es la razón por la que los problemas tienden a aparecer

con mayor frecuencia en las zonas de fuerte desecación, también exhiben

una cohesión temporal como resultado de la presencia de materiales

cementantes tales como el yeso y el carbonato de calcio. La cohesión

aparente es el resultado de la resistencia friccional al corte en la cual los

esfuerzos normales efectivos provienen de la presión de poro negativa que es

la succión en el suelo. En todo caso la condición de clima árido o de intensa

evaporación superficial no es indispensable, ya que han ocurrido casos de

colapso cuando se humedecen suelos también en regiones no áridas. En

general, los cambios de los factores externos, la humedad principalmente y la

naturaleza del electrolito que interviene en el fenómeno, son los que de una

forma u otra, afectan la matriz succión del suelo (diferencia entre la presión

del aire y del agua), a los enlaces y pueden causar el cambio brusco de

volumen que se denomina colapso. La causa desencadenante del

colapso es la presencia de agua, conjuntamente con un esfuerzo

significativo aplicado.

Los mecanismos de colapso pueden variar en función del contenido

mineralógico de las partículas y de sus enlaces, del tipo de estructura, del tipo

de deposición del material, del contenido de humedad y otros factores de

naturaleza electro-química.

En la mayoría de los casos de colapso investigados por nosotros

hasta la fecha son suelos con estructura panaloide y granos redondeados

unidos entre si por alguna clase de cementación . En todos los casos, esta

cementación era susceptible de ser disuelta cuando el suelo absorbía

agua. El mecanismo de colapso es lógicamente un derrumbe de los granos

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hacia los vacíos, precisamente cuando desaparece la cementación entre

ellos.

Así hemos detectado que los mecanismos de colapsos más

frecuentes en suelos granulares secos son la disolución de la cementación

por sales solubles o la destrucción, de un ordenamiento paralelo de

agregados de arcilla residual que enlazaban a los granos. En

suelos granulares semisaturados es la pérdida de la resistencia al corte

temporal entre los granos dada por la tensión capilar negativa entre ellos. En

arcillas el mecanismo es la reorientación de las partículas desde una

estructura floculada hacia formas más dispersas.

En nuestro país han ocurrido casos de fallas en suelos colapsables

que los hemos estudiado detenidamente en Pisco La Joya , y

últimamente en Ventanilla entre otros numerosos, que nos han

permitido verificar algunos métodos simples de identificación de estos

suelos, los mismos que se indican en la Tabla I y la (figura con

criterio de identificación de suelos colapsables (U.S.B.R.)),

estableciéndose además una comparación entre la cantidad de sales

solubles en los suelos colapsables de Ventanilla, Pisco y La Joya con

la agresividad sulfática correspondiente, con el fin de probar que un suelo

altamente colapsable también puede presentar severa agresividad sulfática

al mismo tiempo que suelos con insignificantes cantidades de sales

solubles (caso de Ventanilla), no necesariamente tienen que ser

altamente agresivos al cemento y menos por esta causa originar

asentamientos importantes como los que se presentaron en este lugar,

ya que de las investigaciones técnicamente llevadas a cabo se determinó

que en la mayoría de los casos los asentamientos, en los suelos sueltos

de origen coluvial de Ventanilla, se habían producido por graves defectos

constructivos tales como cimentación sobre rellenos no compactos y

conexiones domiciliarias de servicios de agua y desagüe con graves

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defectos de instalación y calidad de sus materiales (figura de sales

solubles vs. agresividad sulfática en los suelos colapsables estudiados).

Figura con criterio de identificación de suelos colapsables (U.S.B.R.)

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Figura de sales solubles vs. agresividad sulfática en los suelos colapsables estudiados

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1.4. Manifestación de problemas en edificaciones sobre suelos

colapsables:

Cuando ocurre el colapso del suelo sobre el que se emplaza un edificio,

pueden producirse daños en su estructura. Estos daños se manifiestan de

modo semejante a los generados por asientos diferenciales

(fundamentalmente grietas y/o fisuras a 45º)

Esquema de giro experimentado por 2módulos de viviendas.

Tipología de lesiones en tabiques perpendicularesa pórticos.

En algunos casos los colapsos pueden llegar a producir asientos del

terreno que se reflejan sobre infraestructuras superficiales (líneas férreas,

autovías, etc.) de modo evidente, generando daños importantes ver

fotografía siguiente.

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Fotografía: Deformación en vías a consecuencia de un colapso de suelo. Líneaférrea

En algunos casos extraordinarios de colapso de suelos, el hundimiento de

éste puede “tragarse” literalmente algunas construcciones ver la siguiente

fotografía

Fotografía: Colapso del terreno y hundimiento de las viviendas existentes a consecuencia del mismo

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El hecho de cimentar sobre un suelo colapsable no implica que en todos los

casos ese suelo vaya a colapsar, sino que han de darse una serie de condiciones para

que eso ocurra, tales como:

Que no se haya identificado previamente su existencia en el suelo que

servirá de apoyo a una estructura.

Que se produzcan una serie de condiciones de contorno, que constituyan

el detonante y permitan el desarrollo del potencial colapso (lo más habitual

roturas o fugas de la red de saneamiento, abastecimiento, riego de

jardines, etc.)

Sistema constructivo no adecuado a las características del subsuelo de la

parcela (saneamientos, drenaje o tipología de cimentación inadecuados)

1.5. Localización nacional:

Estos se encuentran en las regiones áridas y semiáridas. Los

depósitos eólicos, coluviales, residuales, tufos volcánicos pueden

ser colapsables.

En Lima, se han encontrado estos tipos de suelos en la ciudadela Antonia

Moreno de Cáceres.

En otros departamentos y de manera más predomínate a nivel nacional:

Arequipa, Majes, Moquegua.

1.6. Caso de fallas ocurridas en el país:

VISTA DE UN SUELO COLAPSABLE EN LA JOYA

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DESLIZAMIENTO PRODUCIDO POR EL COLAPSO DEL SUELO EN LA JOYA

CANAL DE IRRIGACION LA CANO, CRUZA SUELOS COLAPSABLES PROTEGIDO CON GEOSINTETICOS

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EDIFICACIONES VICTIMAS DE SUELOS ARENOSOS COLAPSABLES EN AREQUIPA

COLAPSO DE VIA CIMENTADO SOBRE SUELOS ARENOSOS MOQUEGUA

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COLAPSO DE SUELO ARENOSO EN MAJES POR PRESENCIA DE AGUA

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1.7. Métodos de ensayos realizados:

Para la evaluación del potencial de colapso se procede de las dos formas siguientes:

En Campo:

Ensayo de Carga Directa con SaturaciónEn el Laboratorio:

Ensayo de Colapso

El “Ensayo de colapso de suelos”, tiene por objeto determinar la magnitud del

colapso unidimensional que se produce cuando se inunda un suelo

semisaturado.

Se define como colapso a la disminución de altura que experimenta una

probeta de suelo en unas determinadas condiciones de densidad y humedad,

confinada lateralmente y sometida a una presión vertical constante, al ser

inundada.

Como resultado del ensayo se determina el índice de colapso, que es el valor

del colapso determinado como el porcentaje de disminución de altura que

experimenta la probeta al ser inundada, una vez alcanzado el equilibrio bajo

la acción de la presión vertical seleccionada, con respecto a la altura de la

probeta en el momento de proceder a la inundación.

Este procedimiento se puede utilizar para la determinación de la magnitud del

colapso que se produce para una tensión vertical determinada, pero también

del potencial porcentual de colapso en un suelo, que es el valor del colapso

determinado como el porcentaje de disminución de altura que experimenta la

probeta al ser inundada, una vez alcanzado el equilibrio bajo la acción de la

presión vertical seleccionada, con respecto a la altura inicial de la probeta.

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ENSAYO DE COLAPSO

EVALUACION DEL COLAPSO IN-SITU CON PRUEBA DE CARGA SATURADA

ENSAYO ESTATICO DE CARGA DIRECTA

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1.8. SOLUCIONES PARA CIMENTACIONES EN ESTOS SUELOS:

Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos

circunstancias:

Que el suelo tenga la potencialidad de colapso, determinada mediante los

ensayos y el reconocimiento geotécnico pertinente.

Que se den las condiciones de contorno adecuadas, tales como cambios

de humedad, inundación o concentración de tensiones.

1.8.1.Por tanto, para prevenirlo habrá que:

Realizar una identificación geotécnica adecuada, que permita definir si

estamos o no en presencia de suelos colapsables. Para ello es preciso

disponer de un estudio geotécnico lo más completo posible, ya se trate de

un estudio geotécnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar.

Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno

a las que antes hacíamos referencia.

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Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la

presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado, drenajes

adecuados, tipología de cimentación adecuada, preferentemente

cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforación, que superen

los niveles colapsables y con consideración de rozamiento negativo,

acerados amplios, mejoras de terreno, etc.)

Generación del Colapso por Saturación

Saneamiento y drenaje proyectados.

Impermeabilización de suelos.

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Existencia de solados perimetrales

Evitar la proximidad de piscinas.

Uso de geomembrana HDPE

Evitar la construcción de jardines, diseñando jardineras.

Estabilización del terreno mediante procesos físicos o químicos.

Compactación Dinámica.

Técnicas de vibrosustitución con gravas.

Inyecciones de impregnación, de compactación, etc.

Técnicas de vibración por explosivos.

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1.8.2.Reparación de daños.

La técnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de

edificación con patologías desarrolladas a consecuencia de algún

fenómeno de colapsabilidad son los micropilotes. Dadas las

particularidades de este tipo de suelos y su “sensibilidad” al agua, los

micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco, sin agua,

la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforación.

Lógicamente en el desarrollo de las reparaciones de los daños generados

por el colapso han de acometerse otras actuaciones específicas de la

magnitud y el alcance de dichos daños, lo cual se determinará para cada

caso

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COMENTARIOS FINALES Y CONCLUSIONES.

A menudo cuando ocurre un desastre, la falla coloca a los propietarios,

proyectistas y constructores en la posición de adversarios, entonces siempre

cualquier esfuerzo de solución es orientado hacia la protección de intereses

económicos o prácticos lo que no siempre conduce a una buena determinación de

las causas reales de la falla y menos a su adecuada solución, más aún cuando

existe la influencia política, que en nuestro medio muchas veces se ha dado,

orientando a la opinión pública hacia causas o hechos que justifican una mala

ejecución de la obra o que enmascaran vicios de construcción. Otras veces las fallas

se esconden o no son divulgadas técnicamente por temores inherentes a posiciones

administrativas o políticas de los funcionarios responsables, evitando tomar en cuenta

el antecedente para el diseño y construcción de obras futuras similares,

aumentando enormemente la posibilidad de una repetición catastrófica de errores

previos.

Los Ingenieros Civiles pueden prevenir las fallas que ocurren en las

cimentaciones si hay compromiso o un formal acercamiento al problema y si se

puede comprender bajo qué circunstancias fallan los suelos permitiendo que se

desarrollen condiciones de riesgo que resultan muchas veces después en

catástrofes, esto ha sido del suelo, sea colapsable, expansivo o de cualquier otra

tipo. Todo esto requiere, además de hacer uso de la observación y la comprobación

de las predicciones, utilizando las experiencias pasadas y los métodos probados de

solución que vienen a ser una necesidad en la práctica de la ingeniería del futuro,

dado a que los ingenieros civiles deben proyectar obras estables y económicas,

considerando las necesidades interactuantes del medio ambiente y los limitados

recursos económicos que disminuyen actualmente, todo lo cual impone a nuestra

profesión la obligación de ejecutar buenos proyectos apoyados en estudios

técnicamente bien ejecutados, por profesionales idóneos y con la experiencia

necesaria para resolver los variados problemas que presentan los suelos en las

diferentes re guiones del Perú.

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BIBLIOGRAFÍA

CENTRO PERUANO JAPONES DE INVESTIGACIONES SISMICAS Y MITIGACION DE DESASTRES – CISMID

GEOTECNIA DE LOS SUELOS PERUANOS SUELOS COLAPSABLES. CONCEPTOS Y DESARROLLO DE PATOLOGÍAS http//.civilgeek.com Reglamento Nacional de Edificaciones - Norma E-050 “Suelos y Cimentaciones” Braja M. Das. “Principio de Ingeniería de Cimentaciones”