UNMSM – E.A.P Ing. Civil

Trabajo N°1Suelos Colapsables

Docente: Mg. Rocío PérezAsignatura: Mecánica de Suelos IIAlumno:

Abanto Quevedo RenzoCárdenas Huamán JohannCcencho Condori WilverChilón Chilón RonaldContreras Gálvez YusefMoreano Pamo EmilioRojas Castro José

Fecha de Entrega: Viernes 12 de Junio del 2014

IntroducciónLos suelos colapsables, que en ocasiones se denominan suelos colapsables o suelos meta-estables, son suelos no saturados que experimentan un gran cambio de volumen al saturarse. El cambio puede o no ser el resultado de la aplicación de una carga adicional. El comportamiento de los suelos colapsables ante una carga se explica mejor mediante la gráfica común relación de vacíos- presión efectiva para un suelo colapsable, como se muestra en la siguiente figura.

La rama ab se determina a partir de la prueba de consolidación de una muestra con su contenido de humedad natural. A un nivel de presión efectiva de σW’, la relación de vacíos

de equilibrio es e1. Sin embargo, si se introduce agua en la muestra hasta saturarla, la estructura del suelo colapsará. Después de la saturación, la relación de vacíos de equilibrio

al mismo nivel de presión efectiva σW’ es e2; cd es la rama de la curva e-log σ’ ante una carga adicional después de la saturación.

Las cimentaciones que se construyen sobre esos suelos pueden experimentar un asentamiento grande y repentino si el suelo debajo de ellos se satura con un suministro no anticipado de humedad. La humedad puede provenir de cualquiera de varias fuentes, como:

Tuberías de agua rotas. Drenaje con fugas Drenaje de depósitos y albercas. Incremento lento en el nivel freático.

Este tipo de asentamiento causa por lo general un daño estructural considerable. De aquí que la identificación de los suelos colapsables durante la exploración de campo es muy importante.

La mayor de los suelos colapsables de origen natural son eólicos, es decir, arenas o limos depositados por el viento, como los loess, las playas eólicas y los depósitos de polvo volcánico. Los depósitos tienen relaciones de vacíos altas y pesos específicos bajos y sin cohesión o con poca cohesión.

Los depósitos de loess tienen partículas de tamaño de limo, la cohesión en los loess puede ser el resultado de recubrimientos de arcilla que rodean a las partículas de tamaño de limo. Los recubrimientos mantienen a las partículas en una condición muy estable en un estado no saturado.

La cohesión también puede ser el resultado de la presencia de precipitados químicos lixiviados por el agua de lluvia. Cuando el suelo se satura, los aglutinantes de arcilla pierden su resistencia y experimentan un colapso estructural.

Muchos suelos colapsables pueden ser suelos residuales que son productos del intemperismo de rocas madre. El intemperismo produce suelos con un intervalo amplio de distribución granulométrica. Los materiales solubles y coloidales se lixivian para el intemperismo, lo que resulta en relaciones de vacíos grandes y, por consiguiente, en estructuras inestables.

Objetivos Identificar las características de los suelos colapsables. Reconocer los parámetros físicos de un suelo colapsable. Entender las consecuencias de una cimentación en un suelo colapsable. Conocer los ensayos que se realizan.

Marco TeóricoLos suelos colapsables corresponden a algunos tipos de suelos limo-yesíferos o limo-arenosos de naturaleza meta-estable. A consecuencia de su estructura metaestable y en determinadas circunstancias, normalmente relacionadas con la presencia de agua, esos suelos pueden colapsar.

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. Otros suelos de carácter colapsable pero de origen distinto origen y circunstancias son:

Algunos rellenos arenosos sin compactar. Las cenizas volcánicas. Dolinas en zonas kársticas, de evolución mucho más lenta que los suelos aquí

tratados.

La estructura de estos suelos es abierta y floja, como corresponde a la naturaleza limosa de sus partículas y a su origen (depositados por la acción del viento o de aguas tranquilas, que transportan las partículas finas y las depositan al dejar de actuar la corriente). (Figura 1)

Figura.- 1.- Reordenamiento de partículas y del índice de poros en función de la presión de consolidación (Benett y Hulbert, 1986)

Nada más ser depositados no tienen cohesión, pero los espacios entre huecos de las partículas que los forman son ocupados, total o parcialmente, por partículas más finas y por débiles cementos yesíferos o carbonaticos. Estos cementos proporcionan cierta cohesión estructural interpartículas y un mínimo de capacidad resistente.

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 de hasta 0,3 N/mm². 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.

Los suelos colapsables limo-yesíferos son los más habituales en España, donde se localizan en el Valle del Ebro y en algunas zonas de Levante. Presentan ciertas características geotécnicas comunes, como son los bajos valores de densidad seca (por debajo de 1.4 podemos plantearnos la presencia de suelos colapsables, y densidades de 1,2 son habituales), baja o nula plasticidad y elevados valores de colapso por inundación. Normalmente presentan características resistentes bajas, aunque pueden alcanzar valores medios. En presencia de agua, el cemento yesífero que dota de cierta resistencia al suelo se disuelve, siendo entonces cuando el suelo colapsa, llegando a perder hasta un 10% de volumen pudiendo producir un asiento brusco de las estructuras.

Los suelos colapsables limo-arenosos se generan en climas muy secos (zona de Levante, Alicante, Murcia, Almería). Su grado de saturación es muy bajo, 20-30%. Debido a ello suelen presentar en su zona superior, más próxima a la superficie niveles encostrados. Sin embargo, por debajo el suelo esta flojo, sin cementar.

Un caso especial de suelos colapsables lo constituyen los rellenos arenosos flojos. Suelen ser rellenos sin compactar, cuya estructura floja permite la entrada de agua disminuyendo las fuerzas de cohesión intergranular y provocando su colapso.

Las cimentaciones más recomendables sobre este tipo de suelos son las cimentaciones profundas, que deben tender a sobrepasar los niveles colapsables. 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 estanqueidad, etc.)

Valoración de la colapsabilidad de un suelo receptor de cargas.

Se debe establecer una valoración de la colapsabilidad teniendo en cuenta los parámetros geotécnicos antes mencionados. A partir de ellos se puede establecer la colapsabilidad potencial del suelo. En la siguiente tabla se exponen uno de los criterios de más habituales:

Tabla 1.- Criterios de colapsabilidad

A continuación se muestra una gráfica resultante de la realización del ensayo de potencial de colapso por inundabilidad. En ella se muestra como el índice de huecos (expresado en %) disminuye drásticamente al añadir agua, por efecto de la disolución del cemento interpartículas, lo cual provoca el colapso de la estructura. Esto se traduce en un asiento inmediato:

Figura 2.- Gráfico de potencial de colapso

La valoración de riesgo de colapso que afecte a la estructura a lo largo de su vida útil debe tener en cuenta no sólo la valoración específica de colapsabilidad potencial del suelo, sino también las condiciones de contorno del mismo que en un momento determinado pudieran suponer un el detonante del colapso tales como:

Saneamiento y drenaje proyectados. Existencia de jardines y solados perimetrales Proximidad de piscinas. Tipología de cimentación proyectada.

Antecedentes en la zona

Manifestación de patologías en edificaciones sobre suelos colapsables.

Cuando ocurre el colapso del suelo sobre él 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 (Figura 1.12 o 2.6 Del libro de Serrano).

Figura 3.- Izqda.: Esquema de giro experimentado por 2 módulos de viviendas.Figura 3.-Dcha.: Tipología de lesiones en tabiques perpendiculares a 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 (Fotografía 1).

Fotografía 1.- Deformación en vías a consecuencia de un colapso de suelo. Línea férrea Madrid-Barcelona. (Foto L. Suárez)

En algunos casos extraordinarios de colapso de suelos, el hundimiento de éste puede “tragarse” literalmente algunas construcciones (Fotografía 2)

Fotografía 2.- Colapso del terreno y hundimiento de las viviendas existentes a consecuencia del mismo

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)

Prevención de daños

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

a) Que el suelo tenga la potencialidad de colapso, determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geotécnico pertinente.

b) Que se den las condiciones de contorno adecuadas, tales como cambios de humedad, inundación o concentración de tensiones.

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.

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.)

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 micro pilotes. Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su “sensibilidad” al agua, los micro pilotes 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.

EnsayosMETODOS DE IDENTIFICACIÓN

1. ASPECTOS GENERALES:

A partir de la década de los años 50, se generó una preocupación manifiesta por parte de diferentes investigadores, en identificar y clasificar la potencialidad al colapso en los distintos suelos.

Estos intentos a escala mundial se han enfrentado fundamentalmente con dos inconvenientes o limitaciones, como son:

La gran variedad de tipos de suelos que colapsan por humedecimiento: Así, por ejemplo, métodos probados en ciertos países o regiones en determinados tipos de suelos no han podido hacerse extensivos a suelos de otras zonas, cuyo origen geológico y genético es francamente diferente.

La frecuente heterogeneidad de los suelos colapsables por humedecimiento: En este sentido hay coincidencia entre los investigadores, que han estudiado suelos colapsables de distinto origen geológico. Así, pueden encontrarse referencias tanto en investigadores que analizaron suelos lateríticos o de origen eólico como el loess (Abeley y Abeley 1979; Moretto, 1986) que en principio suelen considerarse como suelos homogéneos. Es frecuente encontrar una variación en el grado de cementación (por ejemplo, debido a carbonatos) en sólo algunos centímetros. En otros casos esta heterogeneidad es debida a la presencia de grandes macroporos dejados por raíces o insectos.

Esto ha llevado a una gran variedad de metodologías para establecer la susceptibilidad al colapso de los suelos y una anarquía en la terminología empleada en los diferentes países para su clasificación. Sin embargo, en la mayoría de los casos, los diferentes investigadores o códigos han tendido a discretizar el comportamiento del suelo frente al colapso en dos grupos: suelos que colapsan bajo peso propio y suelos que colapsan bajo una carga mayor.

Rocca (1985) ha confeccionado una tabla de equivalencias, con la denominación que reciben en los distintos países.

2. CLASIFICACIÓN DE LOS MÉTODOS DE IDENTIFICACIÓN DE SUELOS COLAPSABLES:

En cuanto a los tipos de métodos de identificación propiamente dichos, varios han sido los enfoques que se han propuesto. Estos podrían clasificarse en tres grupos:

Métodos basados en parámetros físicos de identificación de suelos, tales como Peso Unitario, Límites de Consistencia, Granulometría, etc.

Métodos basados en ensayos mecánicos, principalmente en ensayos edométricos.

Métodos basados en la magnitud del colapso.

Existe una abundante bibliografía sobre los diferentes métodos de clasificación a identificación, en las cuales se ha realizado un análisis crítico sobre los diferentes métodos, como las ya referidas de Rocca (1985) y Redolfi et al (1986) y otras como las de Sultan (1969), Reginatto (1970, 1974), López Corral (1977), Jiménez Salas (1987) y Lutenegger y Saber (1988). Por lo tanto, en este apartado no se insistirá en ello, sino más bien se hará un enfoque general del problema y se presentarán aquellos conceptos v métodos que posteriormente serán utilizados en el desarrollo de estas notas.

Métodos basados en parámetros físicos de suelos

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En estas notas solamente se analizarán tres de ellos, que tienen en común que relacionan el límite líquido y el peso unitario seco.

a) Denison (1961) establece el Coeficiente de Colapso (k) igual a:

k=eLe

y el colapso ocurrirá cuando la relación de vacíos del suelo en estado natural (e) es mayor que la relación de vacíos correspondiente al Límite Líquido (eL).

b) Gibbs (1961) establece una Relación de Colapso (R) igual a:

R=wSATwL

y el colapso ocurrirá cuando la humedad de saturación del suelo (wSAT) es mayor que el Límite Líquido (wL).

c) Código de edificación de la U.R.S.S (1962) establece un Indice de Colapso (R) igual a:

R=e0−eL1+e0

y el colapso ocurrirá cuando R es mayor de -0,10.

Se han superpuesto los puntos correspondientes a pares de valores del peso unitario seco y el Límite Líquido de suelos de la ciudad de Córdoba, Argentina (Redolfi et al, 1986). De ella se desprende que los valores de los parámetros obtenidos son valores típicos de la formación loéssica de Córdoba, y que para todas las metodologías aquí presentadas la gran mayoría de los suelos son colapsables, puesto que están incluidos dentro de las zonas que los clasifican colapsables.

Métodos basados en ensayos edométricos

Estos métodos están basados en la Presión Inicial de Colapso o Presión de

Fluencia. La determinación del grupo al cual pertenece el suelo estudiado (auto colapsable o colapsable bajo carga), se realiza comparando la presión de tapada o geostática con la presión a la cual se produce el colapso. Asumiendo como hipótesis que el colapso por humedecimiento ocurre sólo a partir de una cierta presión por encima de la cual, la resistencia estructural del suelo es superada.

La magnitud de esta presión, para la cual se produce el desmoronamiento de la estructura del suelo, ha sido designada por algunos autores como:

Presión Inicial de Colapso (σi.col) (Abelev y Abelev, 1979) o Presión de Fluencia Saturada (σf sat) (Reginatto, 1970).

Experimentalmente se ha demostrado que cuando la presión total en el suelo (σt), ya sea por cargas externas y/o peso propio, es menor que esta magnitud, no se producen asentamientos de colapso por humedecimiento. Krutov y Tarasova (1964) señalan acertadamente que desde un punto de vista teórico la Presión Inicial de Colapso o Presión de Fluencia debería ser aquella para la cual el colapso es igual a cero, pero concluyen que desde un punto de vista práctico una pequeña magnitud de colapso puede asumirse como permisible. Siguiendo este concepto, por ejemplo, las Normas Soviéticas SNIP, definen a la Presión Inicial de Colapso como aquella presión para la cual en una probeta instalada en un edómetro, se produce un colapso relativo unitario igual a 0,01 o porcentual del 1,00 %.

δi . col=0,01=1,0%

En se han representado las curvas presión-deformaciones unitarias de dos ensayos edométricos del mismo suelo, uno a humedad natural y el otro en estado saturado. El colapso relativo (δi.col) es igual a:

δi . col=εHN−εSAT

Donde: εHN = Deformación unitaria a humedad natural.

εSAT = Deformación unitaria en estado saturado.

En tanto, Reginatto (1970) define a la Presión de Fluencia saturada de un suelo colapsable de la misma forma en que se establece la presión de preconsolidación de una arcilla saturada en un ensayo edométrico.

Se presenta la correlación que realizan Lin y Wang (1988) entre los valores de la Presión de Fluencia Saturada y la Presión Inicial de Colapso (el Código Chino la establece para un valor de δi.col = 1,50%). Se puede observar que aproximadamente se establece una relación directa entre ellas. Esto no es de extrañar, puesto que conceptualmente ambas definiciones tratan de fijar la presión a la cual la estructura del suelo saturado comienza a colapsar.

Los numerosos intentos realizados en ensayos in situ para comprobar la validez de esta hipótesis (Krutov y Tarasova, 1964; Abelev y Abelev, 1979) parecen indicar, a primera vista, que las predicciones tienen buen acuerdo con la realidad en muchos casos, pero en cambio en otros la diferencia entre lo predecido y lo sucedido es importante, sobre todo en aquellos casos referidos al colapso por peso propio.

Métodos basados en la magnitud del asentamiento por colapso

Los métodos basados en la magnitud del asentamiento por colapso se fundan en determinar la magnitud del mismo de un perfil de suelos en un lugar determinado, debido solamente a su peso propio.

Así, por ejemplo la Clasificación Rumana de Suelos Loéssicos Colapsables (LCS) define el Potencial Total de Colapso (Img) (Bally et al, 1973) como:

img=∑j=1

n

img j x H J

Donde: Hj es el espesor del estrato j en metros, y img es el asentamiento edométrico adicional de una muestra de estrato j inundada a una presión igual al peso propio de las tierras (σ0), expresado en cm/m:

El Código de Construcción de Edificios de la República Popular China en regiones de suelo colapsables sigue un criterio similar (Lin y Liang, 1982; Lin y Wang, 1988). La evaluación de la susceptibilidad al colapso en un determinado sitio se realiza en dos etapas. En primer lugar se evalúa su aptitud al autocolapso y se determina el "Tipo de sitio" (Tipo 1 o Tipo 2).

La magnitud del colapso por peso propio Δzc se obtiene, de forma similar a la utilizada por Bally et al, (1973) en Rumania, sumando los asentamientos individuales de los n estratos colapsables del perfil:

∆ zs=∑j=1

n

δz s j x H j

Donde Hj es el espesor de estrato en cm y δzsj es el coeficiente de colapsabilidad del estrato j en cm/cm o en por ciento, obtenido por medio de ensayos edométricos, en los cuales primero se carga el suelo hasta la presión por peso propio y luego se inunda la muestra:

δzs=h1−hs1h0

La sumatoria sólo tiene en cuenta aquellos valores de δzsj mayores de 0,015.

Si Δzs < 7 cm., se considera al suelo no autocolapsable por humedecimiento y se clasifica al lugar como sitio TIPO 2. Si en cambio, Δzs > 11 cm., se considera al suelo autocolapsable por humedecimiento y se lo clasifica como sitio TIPO 1.

Por último, si 7 cm < Δzs < 11 cm el tipo de sitio debe ser determinado después de un exhaustivo estudio de la geomorfología, estratigrafía y características estructurales del suelo.

El Código también establece que la magnitud del colapso por peso propio (Δzs) también puede ser determinada directamente en el terreno, a través de una balsa o laguna de infiltración de dimensiones específicas.

La segunda etapa de la evaluación de la colapsabilidad consiste en establecer el "Grado de Colapsabilidad" del suelo de cimentación. Para ello se carga a las muestras representativas de cada uno de los estratos a una presión de 200 kPa y luego se las inunda. La magnitud del colapso se obtiene:

∆ s=∑j=1

n

δ s j x H j

Donde δsj es el Coeficiente de colapsabilidad del estrato j en cm/cm. para una presión de 200 kPa. La sumatoria sólo tiene en cuenta valores de Δs mayores de 0,015.

δs=hHN−hsh0

Donde:

hHN = Altura de la probeta a humedad natural (σ = 200 kPa)

hs = Altura de la probeta saturada (σ = 200 kPa)

ho = Altura inicial de la probeta.

Se señalan las distintas categorías de colapsabilidad de los suelos loéssicos colapsables en función del valor de Δs.

Las diferencias entre los métodos que usan la Presión Inicial de Colapso y los que usan la magnitud del colapso radican sobre todo, en que en los primeros la evaluación se hace localmente a cada nivel del perfil, o estrato por estrato, permitiendo de este modo hacer un estudio más exhaustivo del perfil, señalando los espesores de los suelos verdaderamente colapsables y de alguna manera el grado de susceptibilidad al colapso en cada nivel. En tanto en los métodos basados en la magnitud del colapso por peso propio, sólo se da un índice global del perfil del suelo en el sitio analizado. Lo cual resulta muy interesante y útil a la hora de hacer por ejemplo zonificaciones o estudios de anteproyecto.

Valoración de la colapsabilidad de un suelo receptor de cargas.

Se debe establecer una valoración de la colapsabilidad teniendo en cuenta los parámetros geotécnicos antes mencionados. A partir de ellos se puede establecer la colapsabilidad potencial del suelo. En la siguiente tabla se exponen uno de los criterios de más habituales:

Tabla 1.- Criterios de colapsabilidad

A continuación se muestra una gráfica resultante de la realización del ensayo de potencial de colapso por inundabilidad. En ella se muestra como el índice de huecos (expresado en %) disminuye drásticamente al añadir agua, por efecto de la disolución del cemento interpartículas, lo cual provoca el colapso de la estructura. Esto se traduce en un asiento inmediato:

Figura 2.- Gráfico de potencial de colapso

La valoración de riesgo de colapso que afecte a la estructura a lo largo de su vida útil debe tener en cuenta no sólo la valoración específica de colapsabilidad potencial del suelo, sino también las condiciones de contorno del mismo que en un momento determinado pudieran suponer un el detonante del colapso tales como:

saneamiento y drenaje proyectados. existencia de jardines.

Existencia de solados perimetrales proximidad de piscinas. Tipología de cimentación proyectada. Antecedentes en la zona

Un ensayo de campo

• Ensayo 1

– carga

– inundación

- colapsable

• Ensayo 2, 3 Y 4

– inundaciones expansivas

–carga

– inundación

•Asentamientos finales

– colapso (B) / no colapso

(A):> 7 (A):> 7

– distintos colapsos

(L-F-I): 1.4

ENSAYO DE COLAPSABILIDAD

SUELOS COLAPSABLES: ENSAYO UNCOR

Suelos colapsables: ensayo UNCOR

Casos Presentados:A nivel nacional

Suelos problemáticos:

SUELOS EXPANSIVOS SUELOS COLAPSABLES SUELOS DISPERSIVOS SUELOS ORGÁNICOS RELLENOS SANITARIOS

Localización de los suelos colapsables:

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 de Cáceres.

En otros departamentos a nivel Nacional: Arequipa, Majes, Moquegua.

Vista de un material gravoso colapsable en La Joya (distrito de la provincia de Arequipa)

Deslizamiento producido por el colapso del material gravoso en La Joya.

Canal de irrigación La Cano, cruza suelos colapsables protegido con geosintéticos.

Grava colapsable de vítor – Arequipa, Moquegua y Tacna

En 1980, Martínez V. identificó por primera vez las gravas colapsables en el deslizamiento compuesto de la Irrigación La Cano en Vítor-Arequipa, en esa oportunidad se originó entre los especialistas comentarios e incertidumbre de su existencia debido a la poca información existente, limitada al colapso en suelos finos. Años después en 1994 se difunde a nivel mundial las investigaciones de Rollins, donde reportan casos de colapso en gravas, se conoce posteriormente casos ocurridos en otras partes del mundo.

El caso del Pie de la Cuesta en Arequipa el deslizamiento compuesto arrasó un tramo de 500m, de canal y sepultó un caserío, fue un caso de presencia de gravas colapsables. Martínez V. encontró que la matriz es el elemento más importante que regula la colapsabilidad, en este caso se halló que el tiempo en que se produce el colapso completo de la matriz era de 1 hora, 45 minutos y 7 segundos.

En el caso de La Cano se halló que con 5% de agua el conglomerado falla por su peso propio. Esta hipótesis se ratifica en la Tesis de Maestría de Fernández Sixto, donde investigó materiales del mismo lugar.

La clasificación de la grava colapsable efectuada por Fernández considerando la fracción mayor de 3’’ fue (GP-GM).

Se tiene también el caso de las gravas colapsables halladas en Moquegua, en los canales de irrigación del proyecto Pasto Grande se detectó fracturas y filtraciones después de construido el canal sobre gravas colapsables, el caso ocurrió por estudios geotécnicos deficientes y un diseño mal concebido.

En las laderas de la ciudad de Moquegua se hallan angulosas con matriz arenosa arcillosa con sales y sulfatos, se les llama moro moro, habiéndose registrado problemas en reservorios y viviendas, en Piura se le llama Yapato.

Colapsibilidad en suelos

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.

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) Presión de poros (u)

Reconociendo por lo tanto que el colapso de la estructura del suelo puede producirse por una variedad de procesos diferentes de la saturación.

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 (material geológico sedimentario eólico) y algunas arcillas que contienen sulfatos. Si se ensayan a humedad constante, la relación tensión-deformaciones es una curva suave y continua y sin agudos quiebros. 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.

GRAVAS COLAPSABLES EN EL PERÚ (1976-1995)

UBICACIÓN

CARACTERÍSTICAS REFERENCIAS

Pimentel –

ChiclayoGravas con matriz de sulfatos Cimentaciones Neumáticas Andinos

S.A. – LAGESA A. Martínez (1976)

Pampas La Joya – Arequipa

Gravas angulosas con matriz carbonatos, sales y sulfatos.

Aeropuerto La Joya Presa reguladora Las Mellizas y La Colina

“Misti de La Joya” (1978)

Valle Vítor –

Arequipa

Gravas con matriz de carbonatos y sulfatos. Deslizamiento

Compuesto Pie de la cuesta. Colapso con ≥ 5% de humedad.

Irrigación La Cano-Vítor. IV CONIC – 1962-Chiclayo. A. Martínez (1980).

Ventanilla – Callao

Gravas angulosas arenosas con sales solubles. Fallas en

cimentaciones de viviendas, instalaciones de agua y desagüe.

Cimentaciones del C.A. Antonio M. de Cáceres. Conferencia USMP-EIC, A. Martínez (1984) Varios estudios

no determinaron las gravas colapsables.

Ciudad de Piura

Cerro Gallinazo, gravas con matriz arenosa, con sulfatos de

color blanco conocida como Yapato.

Usada como afirmado en la pavimentación de Avenida Grau A.

Martínez (1995).

Ciudad de

Moquegua

Gravas angulosas con matriz arenosa arcillosa con sales y

sulfatos. Medianamente densas.

Cimentación del reservorio de 1000m3 en los ESAMO-CISMID A.

Martínez (1995).

A nivel Internacional:

Los suelos colapsables limo-yesíferos son los más habituales en España, donde se localizan en el Valle del Ebro y en algunas zonas de Levante. Presentan ciertas características geotécnicas comunes, como son los bajos valores de densidad seca (por debajo de 1.4 podemos plantearnos la presencia de suelos colapsables, y densidades de 1,2 son habituales), baja o nula plasticidad y elevados valores de colapso por inundación. Normalmente presentan características resistentes bajas, aunque pueden alcanzar valores medios. En presencia de agua, el cemento yesífero que dota de cierta resistencia al suelo se disuelve, siendo entonces cuando el suelo colapsa, llegando a perder hasta un 10% de volumen pudiendo producir un asiento brusco de las estructuras.

Los suelos colapsables limo-arenosos se generan en climas muy secos (zona de Levante, Alicante, Murcia, Almería). Su grado de saturación es muy bajo, 20-30%. Debido a ello suelen presentar en su zona superior, más próxima a la superficie niveles encostrados. Sin embargo, por debajo el suelo esta flojo, sin cementar.

Un caso especial de suelos colapsables lo constituyen los rellenos arenosos flojos. Suelen ser rellenos sin compactar, cuya estructura floja permite la entrada de agua disminuyendo las fuerzas de cohesión intergranular y provocando su colapso.

Las cimentaciones más recomendables sobre este tipo de suelos son las cimentaciones profundas, que deben tender a sobrepasar los niveles colapsables. 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 estanqueidad, etc.)

Suelos colapsables argentina

Los suelos loessicos de Argentina constituyen el principal depósito de su tipo en Sudamérica, cubriendo más de 600,000 km2 de superficie. Son suelos de origen eólico, que pueden conservar su estructura generada al depositarse (loes primario) o sufrir retransporte o alternación in-situ (loes secundario o loessoides). Los depósitos recientes son principalmente primarios, ML y CL-ML, mientras que los más antiguos, son suelos arcillosos y limosos subsaturados, CL a CH. Los comportamientos geotécnicos extremos van desde ser suelos colapsables, en el caso de los primarios y la de depósitos preconsolidados por desecación en el caso de los loessoides secundarios. Recientemente se han realizado avances en el conocimiento de los procesos de cementación, las propiedades dieléctricas y las variaciones mecánicas con distintos niveles de deformaciones, en el empleo de nuevos métodos no destructivos, ensayos in-situ y variaciones areales de los parámetros más significativos. Se ha progresado en el modelado de fundaciones y en distintos procesos de infiltración del agua en el suelo. El diseño ingenieril está condicionado al tipo de colapsabilidad. Los criterios empleados en construcciones tratan de anular el ingreso de agua al suelo; eliminar la colapsabilidad mediante el mejoramiento de su estructura inestable o evitar emplearlo como terreno de fundación directa. En las obras hidráulicas predomina el uso de la hidro compactación combinada con métodos para acelerar el proceso de colapso. Los suelos loessicos son aptos como material de construcción en terraplenes y rellenos, porque la compactación destruye la estructura macro porosa y se comportan como otros tipos de suelos limosos.

Limos arcillosos colapsables. Estudio experimental, teórico y aplicación a un caso práctico

En la cuenca del río Ebro se localizan valles anchos y planos, que a menudo han sido rellenados con limos arcillosos carbonatados parcialmente saturados de muy baja densidad (e= 0.8 – 1.1). Estos suelos han sido depositados en un pasado reciente cuando se erosiona el material originario desgastado de las laderas de los valles cercanos y se han depositado posteriormente en depresiones del terreno. Es el caso de los limos arcillosos cuaternarios de valle de fondo plano depositados junto a la futura presa de tierras de l’Albagés (Garrigues, Lérida), en el valle de l’Aranyó. Respecto a los limos arcillosos situados en la traza del canal Segarra-Garrigues (Lérida), estos se encuentran en valles menos anchos y más pequeños presentando densidades algo mayores (e = 0.6 – 0.8). Estos depósitos de limos pueden alcanzar espesores superiores a los 10 m. Por tanto, pueden ser un problema muy importante para obras de ingeniería civil debido a su carácter

Análisis de confiabilidad aplicado a pilotes en suelos loessicos colapsables

El tipo de fundaciones de mayor utilización en la Ciudad de Córdoba Argentina, corresponde a pilotes excavados a mano, en suelos loessicos colapsables. El diseño de pilotes se realiza habitualmente utilizando factores de seguridad. Los mismos contemplan las dispersiones de los parámetros involucrados en la estimación de capacidad de carga y de asentamientos. Cuando el suelo circundante se satura, el cálculo requiere consideraciones particulares ya que los suelos loéssicos pampeanos, poseen un comportamiento altamente dependiente del contenido de humedad. Este estudio muestra que la aplicación del método de Diseño Basado en Confiabilidad

(DBC) brinda mayor certidumbre en los casos en que las propiedades del suelo presenten una alta variabilidad. Se calcula la probabilidad de falla de pilotes utilizando criterios de resistencia y deformación publicados en la literatura. Se analiza el comportamiento de los pilotes en condiciones de humedad natural y después del humedecimiento. En cada uno de los casos se obtiene la probabilidad de falla de los pilotes y la relación entre ésta y los factores de seguridad calculados. Los resultados obtenidos muestran la ventaja de introducir variables probabilísticas para predecir el comportamiento de pilotes en loess.

Suelos colapsables Venezuela

En Venezuela, los suelos colapsables se encuentran principalmente en el oeste del país, especialmente en las llanuras del sur de los estados Anzoátegui y Monagas, y además en la región al sur del río Orinoco, desde Ciudad Bolívar hasta Puerto Ordaz. Estos suelos por lo general requieren tratamientos especiales para evitar el uso de sistemas de fundación costosos. Recientemente, extensos depósitos de suelos colapsables han sido encontrados en la zona industrial de José, donde a pesar de una intensa actividad de construcción industrial, la existencia de suelos colapsables no se conocía. Este trabajo describe las características de los suelos colapsables de esta región, así como los métodos recomendados para su exploración en campo, y los ensayos de campo y de laboratorio. Además, se proponen correlaciones útiles para la identificación y el tratamiento de estos suelos. Los principales objetivos de éste artículo son el hacer la comunidad geotécnica consciente de la presencia y riesgos potenciales de los suelos colapsables en esta región, y el proporcionar herramientas para su reconocimiento y su tratamiento.

CONCLUSIONES1. Suelos compuestos de arena y arcilla que cambian su volumen

violentamente, al ser sometidos a una carga externa y/o presencia de humedad.

2. Con la finalidad de evaluar el potencial de colapso del suelo en función del Limite Liquido (LL) y del peso volumétrico seco (yd), se observa la imagen 4.13; si el resultado se encuentra por encima de la curva, se realizará el ensayo de colapsabilidad potencial según la NTP 339.163 (ASTM D 5333).

3. Cuando se encuentren suelos que presentan colapso moderado o poco profundos, éstos serán retirados en su totalidad antes de iniciar las obras de construcción y serán reemplazados por Rellenos Controlados compactados adecuadamente de acuerdo al Artículo 21 (21.1). Rellenos controlados o de ingeniería de la presente Norma.

ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN- Generación del colapso por Saturación.- Impermeabilización de suelos.- 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.

Bibliogr afía 1. “Apreciación y Análisis sobre Gravas colapsables su identificación y Caracterización”

M.I.MS Alberto Martínez Vargas, Apuntes de clase 2008.2. “Closure of Identification and Characterization of Collapsible” Rollins, M. (1995),

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Arequipa”, M.I.MS Alberto Martínez Vargas, XII Congreso CONIC-Chiclayo (1980).4. “Investigación del Conglomerado Colapsable de La Cano, Vítor- Arequipa” Fernández,

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