ESTABILIZACION POR ARCILLAS EXPANSIVAS Y SUELOS

COLAPASBLES

Introducción• Una problemática importante, es la presencia de

suelos arcillosos expansivos, cuya principal característica es la de producir movimientos como consecuencia de hinchamientos y retracciones o contracciones del subsuelo sobre el cual se apoya la cimentación, debidos a cambios de humedad y que provocan en la mayoría de los casos daños estructurales importantes.

Arcillas expansivas - Definición

• Se llaman arcillas expansivas aquellas que presentan cambio de volumen con los cambios de humedad, cuando la arcilla se humedece sufre fuerte expansión que produce daños considerables en paredes y pisos sobre todo en climas de largos o intermitentes períodos de humedad, debido a los cambios de volumen con los cambios de humedad. Cuando la arcilla se encuentra a considerable distancia bajo la superficie no se expande y contrae tanto, como cuando se encuentra cerca de la superficie, por lo tanto, los daños por levantamiento o movimientos de zapatas o muros pueden ser reducidos colocando éstas a suficiente distancia bajo la superficie.

• Las arcillas expansivas se caracterizan a menudo por su alto límite líquido (LL) y un alto índice de plasticidad (IP). El límite líquido (LL) del suelo se define como el contenido de humedad expresado en porciento con respecto al peso seco de la muestra, con el cual el suelo cambia del estado líquido al plástico.

Baja plasticidad LL < 35% Plasticidad intermedia LL = 35- 50%

Alta plasticidad LL = 50 – 70% Plasticidad muy alta LL = 70 – 90%

Plasticidad extremadamente alta LL > 90%

Naturaleza y Comportamiento• Es importante conocer su

origen, naturaleza y base; por tanto su comportamiento frente a los cambios de humedad.

• Las arcillas expansivas, pertenecen a un grupo mineralógico muy amplio de materiales de naturaleza química silícea denominados silicatos. Dentro de estos, en función de la distribución de los tetraedros de SiO44- (figura 1) se clasifican sistemáticamente dentro de los Filosilicatos o silicatos laminares. Así, a grandes rasgos y en función del tipo de arcilla, entre lámina y lámina, se emplazarán en mayor o menor medida las moléculas de agua que producirán el hinchamiento. Figura 1. Estructura química general de las arcillas

• Los materiales arcillosos que son susceptibles de sufrir hinchamiento o procesos de expansividad, que permiten una entrada muy grande de agua entre las láminas de su estructura, son principalmente los pertenecientes al grupo de las esmectitas (figura 2)

Figura 2. Grupo de las esmectitas. Estructura de las arcillas tipo esmectitas. Note el espaciado interlaminar donde se pueden acomodar cationes

• Desde el punto de vista geotécnico, los suelos plásticos o arcillosos, son aquellos capaces de deformarse sin agrietarse, ni producir rebote elástico, cambiando su consistencia al variar el contenido de agua. En función de los cambios de contenido de humedad se dan diferentes estados físicos, siendo los límites para cada estado de consistencia los conocidos como límites de Atterberg: límite líquido, límite plástico e índice de plasticidad, que son el punto de partida para la estimación de la expansividad de un suelo. En general y de forma orientativa, el grado de expansividad se puede determinar en función de las propiedades geotécnicas de los suelos según el cuadro adjunto:

Para la determinación de la expansividad de un suelo, los ensayos a realizar son:

• Granulometría, permitirá determinar el porcentaje de finos que contiene y clasificarlo en limos o arcillas según los criterios de Casagrande (límites de Atterberg).

• Límites de Atterberg, para determinar los límites líquido y plástico y el índice de plasticidad. La plasticidad es la propiedad que presentan los suelos en poder deformarse, hasta cierto límite sin romperse.

• Según Atterberg, cuando un suelo tiene un índice plástico (IP) igual a cero, el suelo es no plástico, cuando el índice plástico es menor de 7, el suelo presenta baja plasticidad, cuando el índice plástico esta comprendido entre 7 y 17 se dice que el suelo es medianamente plástico y cuando el suelo presenta un índice plástico mayor que 17 se dice que es altamente plástico.

• Cambio de volumen en el suelo: Los suelos arcillosos, especialmente los muy plásticos, se retraen mucho cuando se secan y se expanden cuando se humedecen.

• Hinchamiento Lambe, obteniéndose el cambio de volumen potencial, pudiendo ser éste, No Crítico, Marginal, Crítico y Muy Crítico y el índice de hinchamiento (similar pero no igual a la presión de hinchamiento).

• Humedad natural• Edómetro presión de hinchamiento, colapsabilidad,

asientos, etc.

Descripción y origen de los daños• Descripción: El comportamiento de este tipo

de suelos frente a los cambios de humedad da lugar a la variación de su volumen, produciéndose movimientos por los asentamientos de la cimentación, lo que puede llevar a la estructura a soportar esfuerzos superiores a los previstos en cálculo y por tanto producir patologías no admisibles, que pueden ser:

A) Grietas verticales e inclinadas en ambos sentidos. Estos suelos provocan problemas de curvatura y quebranto combinados por empujes horizontales, que se manifiesta en fisuraciones en paramentos de fachadas:

• Por curvatura o cedimiento de la cimentación en la parte central del edificio.

• Por quebranto o cedimiento de la cimentación en dos extremos al mismo tiempo

Figura 3. Grietas inclinadas por asientos diferenciales debidos a

retracciones del suelo.

B) Fisuración y rotura de elementos estructurales: Fisuración de cortante en nudos de entramado, trabajo en ménsula con grietas horizontales y/o inclinadas, rotura de forjados, vigas, muros de carga con grietas inclinadas y horizontales, etc. El asiento diferencial excesivo da lugar al movimiento de los pilares o grupos de pilares, superándose el límite elástico de algunos elementos estructurales. Estos daños se manifiestan en principio en las fachadas ya sean portantes o no con las grietas anteriormente expuestas.

Figura 4. Detalle de grieta horizontal entre huecos de fachada

C) Deformación de pavimentos.

D) Rotura de conducciones, enfatizando aún más el problema al producirse la rotura de colectores que suministran agua al edificio.

• Origen: El origen de las patologías por arcillas expansivas, depende directamente de tres factores que pueden interaccionar entre si y que son:

• La naturaleza geológica y geotécnica del suelo y en concreto el porcentaje de contenido en finos para su caracterización.

• El grado de expansividad a determinar en función de los diferentes ensayos enunciados.

• Cambios de humedad. Debido a la estación en la que nos encontremos o por otros factores externos tales como rotura de tuberías de abastecimiento de agua, de saneamiento, zonas de riego abundante, existencia de árboles de crecimiento rápido y hoja caduca próximos al edificio, etc., se produce la hidratación y deshidratación del terreno.

Medición de la expansión en laboratorio

• Para estudiar la magnitud de una posible expansión en arcilla deben llevarse a cabo simples pruebas de laboratorio con un odómetro sobre especimenes no alterados. Dos pruebas comunes son la de expansión no restringida y la prueba de la presión de expansión.

• En la prueba de expansión no restringida, el espécimen se coloca en un odómetro bajo una pequeña sobrecarga de aproximadamente 1 lb/puIg2 (6.9 kN/m). Luego se agrega agua al espécimen y se mide el aumento del volumen del espécimen (es decir, la altura, pues la sección transversal es constante) hasta que se alcanza el equilibrio.

• El porcentaje de expansión libre se expresa como una razón

• Donde: = Expansión libre como porcentaje

=Altura de la expansión debido a la

saturación

H = Altura original del especimen

)100((%))( H

HS librew

)(librewS

H

• Vija y vergiya y Ghazzaly (1973) analizaron varios resultados de pruebas en suelos obtenidos de esta manera y prepararon una carta de correlación de la expansión libre, límite líquido y contenido de agua natural, como muestra la figura 11.9. ONeilI y Poor moayed (1980) desarrollaron una relación para calcular la expansión de la superfice libre con esta carta:

Relación entre porcentaje de expansión lobre, limite liquido y contenido de agua natural ( (Según Vijayvergiya y Ghazzaly (1973))

Z = profundidad de la zona activa

Mas recientemente Sivaprrllaril y otros (1987) Sugirieron un nuevo método de prueba para obtener un índice de expansión libre modificado para arcillas, que parece dar una mejor indicación riel potencial de expansión en suelos arcillosos. Esta comienza con un suelo seco en horno con masa de aproximadamente 10 gramos.

libreF ZsS 0033.0

FS

libres

= expansión libre en porcentaje

=expansión libre en porcentaje

• La masa del suelo es bien pulverizada y transferida a una probeta graduada de 100 ml conteniendo agua destilada. Después de 24 horas, se mide el volumen del sedimento expandido. Luego se calcula el índice de expansión libre modificado

Índice de expansión libre modificado = t

s

V

VV

Donde: V = volumen del suelo después de la expansión Vs = volumen de sólidos del suelo =

ws

s

yG

W

Ws = peso del suelo seco en el horno Gs = peso especifico de los sólidos del suelo Yw =peso especifico del agua

• Con base en el índice de expansión libre modificado, el potencial de expansión de un suelo debe clasificarse cualitativamente corno sigue:

Índice de

Expansión

libre - modificado

Potencial de

Expansión

< 2.5 despreciable

10 moderado

20 alto

> 20 muy alto

• La prueba de la presión de expansión se lleva a cabo colocando un espécimen en un anillo de consolidación y aplicando una presión igual a la presión, Po efectiva de sobrecarga, más la sobrecarga PS aproximada anticipada causada por la cimentación. Luego se agrega agua al espécimen. Cuando este empieza a expandirse, se aplica presión en pequeños incrementos para prevenir la expansión. Se continúa así hasta desarrollar la presión total de expansión sobre el espécimen. En ese momento la presión total de: Pτ= p0+pS+p1

Donde: Pτ = presión total para prevenir la expansión o presión nula de expansión P1 = presión adicional agregada para prevenir la expansión después de la adición del agua

• La figura muestra la variación del porcentaje de expansión versus la presión durante una prueba de presión de expansión. Para mayor información sobre este tipo de prueba vea Sridharan y otros (1986) Una Pτ de aproximadamente 0.4-0.65 klb/pie2 se considera baja y una Pτ de 30-40 klb/pie2 (1500-2000 kN/m2) se considera alta. Después de que se alcanza una presión cero de expansión, el espécimen de suelo se descarga en etapas hasta el nivel de la presión. Po de sobrecarga. Esto ocasionará que el espécimen se expanda. La expansión de equilibrio para cada nivel de presión también se registra. La variación de la expansión, en porcentaje, Sw (%), y la presión aplicada sobre el espécimen será como lo muestra la figura anterior

• Ejemplo. Un perfil de suelo tiene una zona activa de suelo expansivo de 2 m. El límite líquido y el contenido de agua natural promedio durante la estación de construcción son 60% y 30%, respectivamente. Determine la expansión de la superficie libre.

• Solución: De la figura 11.9 para LL= 60% y w = 30%, = 1%.

• Por consiguiente:FS = 0.0033Zsw (libre)

FS = 0.0033 (2)(1)(1000)= 66mm

CLASIFICACIÓN DE SUEOS EXPANSIVOS CON BASE EN PRUEBAS ÍNDICE

• Los sistemas de clasificación de suelos expansivos se basan en los problemas que éstos crean en la construcción de cimentaciones ( expansión potencial). El sistema de clasificación desarrollado por el U.S. Army Waterways Experiment Station (Snethen y otros. 1977) es el más ampliamente usado en Estados Unidos, también resumido O’Neill y Poormoayed (1980); véase la tabla

Limite

Liquido

Indice de Plasticidad Expansión

Potencial

Clasificación de la Expansión

Potencial

< 50 <25 < 0.5 Baja

50- 60 25-35 0.5-1.5 Marginal

> 60 > 35 > 1.5 Alta

Expansión potencial= Expansion vertical bajo una presión igual a la presión de sobrecargaResumido O’Neill y Poormoayed (19809

CONSIDERACIONES DE CIMENTACION PARA SUELOS EXPANSIVOS

• Si un suelo tiene en ¡sajo potencial de expansión, deben seguirse los procedimientos estándar de construcción. Sin embargo, si el suelo posee un alto potencial de expansión. Deben tomarse precauciones, que implican:

• Reemplazar el suelo activo bajo la cimentación • Cambiar la naturaleza del suelo expansivo mediante compactación

controlada prehumedecimiento, instalación de barreras de agua y/o estabilización química.

• reforzar las estructuras para resistir el levantamiento, construir estructuras que sean suficientemente flexibles para resistir el levantamiento diferencial del suelo sin faltar, o construir cimentaciones profundas aisladas debajo de la profundidad de la zona activa.

• Un método particular a veces no es suficiente en todas las situaciones. Será necesario combinar varios procedimientos, y la experiencia en construcciones locales debe siempre ser considerada. Se dan a continuación detalles de algunos de los procedimientos comúnmente usados al tratar con suelos expansivos.

• Reemplazo de un suelo expansivo• Cuando están presentes suelos moderadamente expansivos poco

profundos, éstos serán retirados y reemplazados por suelos menos expansivos y compactados adecuadamente.

• Cambio de la naturaleza de un suelo expansivo 1. Compactación: El levantamiento de los suelos expansivos decrece

considerablemente cuando el suelo se compacta a un peso específico inferior sobre el lado alto del contenido de agua óptimo (posiblemente 3-4% arriba). Aun bajo tales condiciones, un tipo de construcción como el de losa sobre el terreno no debe considerarse cuando el levantamiento total probable sea de aproximadamente 1.5 pulg. (38 mm) o mayor. La figura muestra los limites recomendados de compactación del suelo en el campo para reducir el levantamiento. Note que los pesos específicos secos recomendados se basan en una clasificación climática. De acuerdo con los datos del (S.S. Weather Bureau, una clasificación climáticas de 15 representa una condición extremadamente desfavorable; pero una clasificación de 45 representa condiciones climáticas favorables.

2. Prehumedecimiento: Un procedimiento para incrementar el contenido de agua del suelo es mediante embalse, con lo que se logra la mayor parte del levantamiento antes de la construcción Sin embargo, este procedimiento se demora porque la infiltración del agua a través de arcillas altamente plásticas es muy lenta. Después del embalse, se agrega 4-5% de cal hidratada a la capa superior del suelo para hacerla menos plástica y más trabajable (Gromko, 1974).

3. Instalación de barreras de agua: El efecto a largo plazo del levantamiento diferencial se reduce controlando la variación del agua en el suelo, Esto se logra proporcionando barreras verticales para agua aproximadamente con 5 pies (= 1.5 ml) de profundidad alrededor del perímetro de las losas para el tipo de construcción “losa sobre el terreno”. Esas barreras para agua se construyen en zanjas llenas con grava, concreto delgado o membranas impermeables.

• Estabilización del suelo: La estabilización química con ayuda de cal y cemento ha tenido éxito a menudo. En la mayor parte de los casos, una mezcla que contenga aproximadamente 3% de cal es suficiente. La cal o cemento y agua se mezclan con la capa superior del suelo y se compacta. La adición de cal o cemento disminuirá el límite líquido, el índice de plasticidad y las características de expansión del suelo. Este tipo de trabajo de estabilización se hace hasta una profundidad de 3-5 pies (=1-1.5 m). La cal hidratada de alto calcio y la cal de dolomita se usan generalmente para la estabilización con cal.

• Otro método de estabilización de un suelo expansivo es la inyección a presión de hechada de cal y ceniza volátil, usualmente hasta una profundidad para cubrir la zona activa.. Dependiendo de las condiciones del suelo en un sitio, se planean inyecciones simples o múltiples, como se muestra en la figura 11.6. la figura 11.7 muestra el trabajo de inyección a presión del a lechada para la base de un edificio. Las estacas señalan los puntos de inyección planeados. La figura 11.18 muestra la estabilización con cal y ceniza volátil por inyección a presión de la ribera de un canal que ha sufrido desprendimientos y deslizamientos

• Hay varios mecanismos para la estabilización por arcillas expansivas dependiendo de los recursos que tengas y de la característica de la obra. 1) Mediante inyección de agua con cal.-La cal finalmente seca la arcilla disminuyendo su humedad y estabilizando la plasticidad de la arcilla.

• También se pueden hacer perforaciones como para hacer pilotines y echarles cal seca la cual se diluye en el suelo plástico y tiene el mismo efecto. 2) Haciendo una cobertura perimetral a nivel -0.10 mt con geotextil en un ancho de 2 mt alrededor del edificio y a 10 cm por debajo del nivel de tierra. Es conveniente que el escurrimiento de las aguas sea hacia afuera y que no haya maceteros con plantas en el perímetro exterior.

El geotextil mantiene constante la humedad del suelo y por lo tanto este no se hincha ni se contrae

• Los cambios de volumen de un suelo debido a la contracción del mismo se pueden determinar conociendo la relación de vacíos del suelo en su estado natural. Conociendo esta relación de vacíos se puede calcular la contracción volumétrica por unidad de volumen original. Conociendo el cambio de volumen en promedio, debido a la contracción del suelo, se puede estimar el asentamiento del mismo al variar su humedad desde la humedad de saturación hasta la humedad correspondiente al límite de contracción del mismo.

Suelos colapsables - Definición• Los suelos colapsables, llamados a veces suelos meta

estables, son suelos no saturados que sufren un gran cambio de volumen al saturarse. Este cambio puede o no ser el resultado de la aplicación de carga adicional. Las cimentaciones construidas sobre tales suelos llegan a sufrir grandes y repentinos asentamientos cuando el suelo bajo la cimentación se satura con una humedad no anticipada, que puedo provenir de varias fuentes, como (a) tuberías rotas de agua, (b) drenajes con fugas, (e) drenaje del agua de depósitos y albercas, (d) incremento lento del nivel freático, etc. Este tipo de asentamiento causa generalmente considerables daños estructurales. Por consiguiente la identificación de los suelos colapsables durante una exploración al campo es crucial

• La rama ab se determina de la prueba de consolidación sobre un espécimen con su contenido de humedad natural. A la presión 𝓅w. la relación de vacíos de equilibrio es e1. Sin embargo, si se introduce agua al espécimen hasta saturarlo, la estructura del suelo se colapsará. Después de la saturación, la relación de vacíos de equilibrio a la misma presión 𝓅w es e2, cd es la rama de la curva e-log ρ bajo carga adicional después de la saturación.

• Las cimentaciones construidas sobre tales suelos llegan a sufrir grandes y repentinos asentamientos cuando el suelo bajo la cimentación se satura con una humedad no anticipada, que puedo provenir de varias fuentes, como (a) tuberías rotas de agua, (b) drenajes con fugas, (e) drenaje del agua de depósitos y albercas, (d) incremento lento del nivel freático, etc. Este tipo de asentamiento causa generalmente considerables daños estructurales. Por consiguiente la identificación de los suelos colapsables durante una exploración al campo es crucial.

2. Características comunes: • Reginatto (1977) señala que, en general, los suelos colapsables

presentan una serie de características comunes, tales como :• Estructura macroporosa, con índice de huecos (e), entre relativamente

alto, a muy alto. • Granulometría predominantemente fina, con predominio de

fracciones de limos y de arcilla. El tamaño de los granos es generalmente poco distribuido y con los granos más grandes escasamente meteorizados. La mayoría de las veces, la cantidad de la fracción arcilla es relativamente escasa, pero sin embargo, tiene una influencia importante en el comportamiento mecánico de la estructura intergranular.

• Estructura mal acomodada, con partículas de mayor tamaño separadas por espacios abiertos, y unidas entre sí por acumulaciones o "puentes" de material predominantemente arcilloso. En muchos casos existen cristales de sales solubles insertados en tales puentes o uniones arcillosas.

• La mayoría do los suelos colapsables que se presentan en estado natural son eólicos, es decir, arenas y/o limos depositados por el viento, tales como los loes, las playas eólicas y los depósitos de polvo volcánico, los cuales tienen altas relaciones de vacíos, pesos específicos bajos y sin cohesión o sólo ligeramente cohesivos. Los depósitos de loes tienen partículas de tamaño de limo, La cohesión en los loes puede ser el resultado de la presencia de arcilla alrededor de las partículas de tamaño de limo, que las mantiene en una condición bastante estable en un estado no saturado. La cohesión también es ocasionada por la presencia de precipitados químicos lixiviados por el agua de lluvia.

• Cuando el suelo se satura, la adhesión de la arcilla pierde su resistencia y por tanto sufre un colapso estructural. En Estados Unidos, grandes zonas del medio oeste y del oeste árido tienen tales tipos de depósitos. Los depósitos de loes se encuentra también en 15 y 20 % de Europa y grandes extensiones de China.

• Muchos suelos colapsables son suelos residuales producto del intemperismo de las rocas madre. El proceso de intemperismo produce suelos con un gran rango de tamaños de partículas. Los materiales solubles y coloidales son lavados por el intemperismo, resultando grandes relaciones de vacíos y por consiguiente estructuras inestables.

• Muchas partes de África del Sur y Zimbabwe tienen suelos residuales que son granitos descompuestos. Algunas veces depósitos de suelos colapsables son dejados por inundaciones y flujos de lodo. Esos depósitos se secan y quedan pobremente consolidados. Un excelente resumen de suelos colapsables es el de Clemence y Fírmbarr (1981).

3. Comportamiento de deformación de los suelos no saturados

Definición de colapso: • Zur y Wisemam (1973) definen como colapso a

cualquier disminución rápida de volumen del suelo, producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factores : – Contenido de humedad (w) – Grado de saturación (Sr) – Tensión media actuante (τ) – Tensión de corte (σ)

• Reconociendo por lo tanto que el colapso de la estructura del suelo puede producirse por una variedad de procesos diferentes de la saturación. Reginatto (1977) sugiere que, a esta lista de factores puede agregarse la interacción química entre el líquido saturante y la fracción arcillosa.

• A efectos de definir y diferenciar los distintos tipos de colapso Uriel y Serrano (1973,1974) clasifican a los suelos colapsables o desmoronables en:

• Grupo I: Suelos en los que tiene lugar un rápido cambio de la relación entre presiones efectivas y las deformaciones sin que se alcance la resistencia última del material. De acuerdo con esto la causa del colapso es únicamente el cambio de las presiones efectivas.

A este grupo pertenecen los limos o arcillas cementadas y las rocas de gran porosidad. Cuando se ensaya a humedad constante, se detecta una notable modificación de su módulo de compresibilidad al alcanzar un cierto valor las presiones efectivas.

• Grupo II: Suelos en los que, sin la presencia o cambio de las condiciones que producen el colapso, no hay cambio abrupto en la relación presión-deformación. Tal es el caso de los loess y algunas arcillas que contienen sulfatos. La saturación produce, sin embargo, un importante cambio volumétrico, debido probablemente a un incremento de la presión de los poros que origina el agotamiento de la resistencia al corte del suelo

Fenómeno de colapso Presión de poros (u) En los suelos parcialmente saturados con una

estructura abierta, al aumentar el grado de saturación por cambios ambientales o de otro tipo, pueden producir reducciones volumétricas irrecuperables sin que varíen las solicitaciones externas del suelo; es decir, sin aumento de la carga aplicada; este fenómeno se conoce con el nombre de colapso. el colapso que ocurre al fallar las uniones entre grandes partículas. La deformación que se atribuye al hinchamiento puede ser elástica; no así la que corresponde al colapso. Esta última implica un reordenamiento de la estructura y es irreversible.

3. Parámetros físicos para identificación Varios investigadores propusieron diversos métodos

para evaluar los parámetros físicos de los suelos colapsables su identificación y se presentan brevemente en la tabla 3.1

Tabla 3.1 Criterios reportados para la identificación de suelos colapsables

Investigador Año Criterios

Denisov 1951

Coeficiente de

hundimiento:

Clevenger 1958

Si el peso especifico seco es menor que 80 lb/

pie3 (=12.6 kN/m3), el asentamiento sera grande:

si el peso especifico seco es mayor que 90 lb/pie3

(=14.1 kN/m3). El asentamiento sera pequeño

Periklonski 1952

Gibas 1961Razón de colapso,

esto fue puesto en forma gráfica

scolapsable no suelos :0.25.1

colapsable no arcillosos limo :0.1

colapsablemuy :75.05.0 natural vaciósderelación

liquido límite elen vaciosderelación

K

K

K

K

expansivos suelos :0.1

scolapsable no suelos :5.0

scolapsablemuy sueloss:0

dplasticida de índice

plástico) límite - natural agua de (contenido

K

K

K

K

líquido límite

saturaciónen agua de contenidoK

Soviet Ruilding Code 1962donde e0 = relación de vacíos natural y eL=relación de vacíos en limite

liquido. Para un grado de saturación natural menor que 60%, si L> -0.1, se

trata de un suelo colapsable

Feda 1964donde W0 = contenido de agua natural. Sr = grados de saturación natural,

LP = límite plástico e IP = índice de plasticidad. Para Sr < 100%, si KL > 0.85,

se trata de un suelo asentable

Benites 1968

Una prueba de dispersión en la que de suelo se vierten en 12 ml de agua

destilada y el espécimen se cronometra que se dispersa; tiempos de

dispersión de 30 segundos fueron obtenidos para suelos colapsables de

Arizona.

Handy 1973

Ines de Lowa con contenido de arcilla (< ):

<16%: alta probabilidad de colapso

16-24%: probabilidad de colapso

24-32%: menos del 50% de probabilidad de colapso

> 32%: usualmente seguro contra el colapso

0

1

el

eeL L

IP

LPK L

r

0

S

W

• Jennings y Knight (1975) sugirieron un procedimiento para describir el potencial de colapso de un suelo determinado, tomando un espécimen de suelo inalterado con su contenido de humedad natural en un anillo de consolidación. Cargas escalonadas se aplican al espécimen hasta una presión de 29 lb/pulg2 (= 200kN/m2).

En la figura 1, esta es p0. Bajo esta presión (p = 29 lb/pulg 2), el espécimen se inunda hasta saturarlo y se deja reposar 24 horas. Esta prueba proporciona las relaciones de vacíos (e1 y e2) antes y después de la saturación. El potencial de colapso, Cp. ahora se calcula con lo expresión:

0

21

1 eee

ECp

Donde: = relación de vacíos natural del suelo = deformación unitaria vertical

0e

E

Tabla 3.2 Relación del potencial de colapso a la severidad de problemas de la cimentación Según Clemente y Finbarr (1981)

% Severidad del problema 0-1 Ningún problema 1-5 Problema moderado 5-10 Problema 10-20 Problema severo 20 Problema muy severo

La severidad de los problemas de cimentaciones asociados con un suelo colapsable en correlación con el potencial de colapso, C, por Jennings y Knight (1975) esta ecuación fue resumida por Clemence y Finbarr (1981)

Hollz y Hilf (1961) sugirieron que un suelo tipo loes que tiene una relación de vacíos suficientemente grande para permitir que su contenido de agua líquido al estar saturado, es susceptible al colapso. Entonces, para el colapso:

LL > w(saturado) 1.2

Sin embargo, para suelos saturados

e0 = w Gs 1.3

donde LL = límite líquido Gs = peso especifico de los sólidos del suelo

• Combinando las Ecs. (1.2) y (1.3) para suelos colapsables, se obtiene: e0 (LL) (Gs) 11.4

El peso específico seco natural, del suelo para el colapso es:

))((11 0 s

rrsrrsd GLL

G

e

G

Para un valor promedio de = 2.65, los valores límite de para varios límites líquidos pueden ahora calcularse con la ecuación anterior Límite líquido (%) valores límite de

(lb/pie3) (kN/m3)

10 130.8 20.56

15 118.3 18.60

20 108.1 16.99

25 99.5 15.64

30 92.1 14.48

35 85.8 13.49

40 80.3 12.62

45 75.4 11.86

rr

sG

• La figura muestra una gráfica de los pesos específicos secos límite anteriores versos los correspondientes límites líquidos. Para cualquier suelo, si el peso especifico seco natural cae debajo de la línea límite, es probable que el suelo se colapse.

• Debe tenerse cuidado al obtener muestras inalteradas para determinar los potenciales de colapso y los pesos específicos secos, de preferencia bloques muestra cortados a mano. La razón es que las muestras obtenidas ron tubos de pared delgada llegan a sufrir alguna compresión durante el proceso de muestreo.

FIGURA Suelo tipo loes con posibilidad de colapso

• PROCEDIMIENTO PARA CALCULAR EL ASENTAMIENTO DE COLAPSO

Jermings y Kniglt (1975) propusieron el siguiente procedimiento del laboratorio para determinar el asentamiento de colapso de estructuras al saturarse el suelo.

1. Obtenga dos especímenes inalterados de suelo para probarlos en un aparato de pruebas de consolidación estándar (Edómetro).

2. Someta los dos especímenes a una presión de 0.15 lb/pulg (1.1 N/m) durante 24 horas su contenido de agua natural.

3. Después, sature un espécimen inundándolo. Mantenga el otro espécimen en su contenido de agua natural

4. Después de 24 horas de inundación, continué con la prueba de consolidación duplicando la carga (igual procedimiento que en la prueba de consolidación estándar) hasta alcanzar el nivel de presión deseado.

5. Trace las gráficas e-log p para ambos especímenes 6. Calcule la presión efectiva, pO In situ. Dibuje una línea vertical

correspondiente a la presión p0

7. De la curva e-log p del espécimen empapado, determine la presión de preconsolidación, pO Si PC/PO = 0.8 — 1.5, el suelo está normalmente consolidado; sin embargo, si PC/PO > 1.5, está pre consolidado.

8. Determine eo` correspondiente a la P0, de la curva e-log p del espécimen empapado. (Este procedimiento para suelos normalmente consolidados y sobre consolidados se muestra en la figura 11.3a y b, respectivamente.)

9. A través del punto (PO, eo`) dibuje una curva que sea similar a la curva e-Iog p, obtenida del espécimen probado con contenido de agua natural.

10) Determine la presión incremental, Δ sobre el 𝓅suelo causada por la construcción de la cimentación. Dibuje una línea vertical correspondiente a la presión 𝓅O + Δ en la curva e-𝓅log 𝓅

11) Ahora determineΔe1y Δe2. El asentamiento del suelo sin cambio en el contenido de agua natural es:

Además, el asentamiento causado por el colapso de la estructura del suelo es:

• Donde H = espesor del suelo susceptible de colapsarse

He

eS t 1

0

1

1

He

eSt 1

0

1

1

Conclusiones• La cimentación sobre arcillas expansivas es posible

siempre y cuando se cuantifique con exactitud el grado de expansividad y se tomen las medidas adecuadas a cada situación, siempre por supuesto del lado de la seguridad.

• La realización de un estudio geotécnico completo previo a la realización del proyecto donde se determinen las características geológicas y geotécnicas del terreno de apoyo de la cimentación, es esencial para no alterar las condiciones de trabajo previstas.