Suelos Colapsables Final

7/28/2019 Suelos Colapsables Final

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SUELOS COLAPSABLES

1. INTRODUCCIN

Muchos de los fenmenos que determinan el comportamiento de los suelos son complejosy no pueden siempre reducirse a causas puramente mecnicas, sino que muchasveces intervienen factores de otra ndole (qumicos, ambientales, etc.), provocandoun comportamiento singular del terreno. En algunos suelos, estos factores "nomecnicos" tienen una importancia capital y son objeto de un estudio particular. Dichogrupo de suelos es conocido genricamente como "suelos estructuralmenteinestables".

Uno de los principales fenmenos que afectan a algunos de estos suelos es el colapsobrusco de su estructura intergranular, denominndose a los suelos que presentan estascaractersticas: suelos colapsables. En estas notas se analizarn exclusivamente aquellossuelos en los cuales el colapso es provocado por humedecimiento.

2. SUELOS METAESTABLES

En la Mecnica del Suelo y en la Ingeniera de Cimentaciones suele hacerse una divisinde los suelos segn sean los factores que determinen su comportamiento en:

Suelos estructuralmenteestables

Suelos estructuralmente inestables o metaestables

Se define a los primeros como aquellos, cuyo comportamiento depende slo de suspropiedades intrnsecas y de factores mecnicos; y a los segundos, como suelos cuyocomportamiento no slo est en relacin directa con las solicitaciones mecnicas, sino quetambin est controlado por factores externos al suelo, por ejemplo, factores qumicos,variaciones ambientales, etc.

Se presenta una adaptacin simplificada de losprincipales tipos de suelos estructuralmente inestablespropuesta por Aitchison (1973). Esta clasificacin reflejatanto la inclusin de los suelos colapsables objeto denuestro estudio dentro de los suelos estructuralmenteinestables, como la gran variedad de ellos y algunasde sus caractersticas ms importantes.

3. SUELOS COLAPSABLES

3.1. Caractersticas comunes:Reginatto (1977) seala que, en general, los sueloscolapsables presentan una serie de caractersticascomunes, tales como:


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Q Estructura macroporosa, con ndice de huecos (e), entre relativamente alto, a muyalto.

Q Granulometra predominantemente fina, con predominio de fracciones de limos y dearcilla. El tamao de los granos es generalmente poco distribuido y con los granosms grandes escasamente meteorizados. La mayora de las veces, la cantidad de la

fraccin arcilla es relativamente escasa, pero sin embargo, tiene una influenciaimportante en el comportamiento mecnico de la estructura intergranular.

Q Estructura mal acomodada, con partculas de mayor tamao separadas porespacios abiertos, y unidas entre s por acumulaciones o "puentes" de materialpredominantemente arcilloso. En muchos casos existen cristales de sales solublesinsertados en tales puentes o uniones arcillosas.

3.2. Definicin de colapso:

Zur y Wisemam (1973) definen como colapso a cualquier disminucin rpida de volumendel suelo, producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factores (9):

Contenido de humedad(w)

Grado de saturacin(Sr)

Tensin media actuante()

Tensin de corte()

Presin de poros(u)

Reconociendo por lo tanto que el colapso de la estructura del suelo puede producirse poruna variedad de procesos diferentes de la saturacin. Reginatto (1977) sugiere que, a estalista de factores puede agregarse la interaccin qumica entre el lquido saturante y lafraccin 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:


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Grupo I: Suelos en los que tiene lugar un rpido cambio de la relacin entre presionesefectivas y las deformaciones sin que se alcance la resistencia ltima del material. Deacuerdo con esto la causa del colapso es nicamente el cambio de las presionesefectivas. A este grupo pertenecen los limos o arcillas cementadas y las rocas de

gran porosidad. Cuando se ensaya a humedad constante, se detecta una notablemodificacin de su mdulo de compresibilidad al alcanzar un cierto valor las presionesefectivas.

Grupo II: Suelos en los que, sin la presencia o cambio de las condiciones que producen elcolapso, no hay cambio abrupto en la relacin presin-deformacin. Tal es el caso delos loess y algunas arcillas que contienen sulfatos. Si se ensayana humedad constante, la relacin tensin-deformaciones es una curva suave y continua ysin agudos quiebros. La saturacin produce, sin embargo, un importante cambiovolumtrico, debido probablemente a un incremento de la presin de los poros que originael agotamiento de la resistencia al corte del suelo.

3.3. Suelos colapsables por humedecimiento:

Establecida la definicin general de colapso, nuestro anlisis se centrar en aquellossuelos en los cuales el colapso de la estructura del suelo es provocado por unincremento del contenido de humedad (10). Por lo tanto, en lo sucesivo cuando se hablede suelos colapsables, se entender que son aquellos suelos, en que un aumento en elcontenido de humedad, provoca una brusca disminucin de volumen, sin la necesidad deun aumento en la presin aplicada.

A partir de esta definicin, se advierte:

Por un lado una destruccin o un cambio en la estructura que el suelo tenaoriginalmente, y Por el otro lado, un agente externo: el agua, que provoca este fenmeno.

En la Mecnica de Suelos clsica de los suelos saturados o de los suelos secos elfenmeno de colapso generalmente viene asociado a un cambio en el estado tensionaldel suelo. En cambio aqu, y en una primera definicin, estara provocado por unagente externo (cambio en el contenido de humedad).

En el proceso de consolidacin de suelos saturados (Teora clsica de Terzaghi) tambinse produce una disminucin de volumen, pero puede decirse que en muchos aspectos elcolapso es lo contrario de la consolidacin, tal como se indica en Reginatto (1977) (11).

Segn el mismo autor, en la magnitud de los colapsos influyen las siguientes causas: a)humedecimiento por rotura de tubera, b) humedecimiento extenso por infiltracin decanales, c) elevacin uniforme del nivel fretico, y d) aumento gradual y lento del contenidode humedad por condensacin de vapor por cambio en las condiciones ambientales(pavimentacion superficie del terreno). A stas, podramos aadir una causa ms: e)extraccin de aguas de pozos y achiques de solares con arrastres de slidos en suspensin,tambin llamado "lavado de finos", "pipping", "arrastre mecnico de sedimentos o "sufosin

activa".


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4. MECANISMO DEL COLAPSO

A continuacin, se analizarn los diferentes mecanismos de colapso para distintas

estructuras de suelos, para lo cual se seguir, principalmente el trabajo de Dudley (1970).

Las siguientes condiciones generales son las que establece Dudley para que ocurra elcolapso:

1. La estructura del suelo deber tener ciertas caractersticas, de modo tal que se tiendaa la ocurrencia de dicho fenmeno.

2. Las partculas estarn unidas entre s por fuerzas o materiales cementantes queson susceptibles, -tanto unas como otros- pueden ser anulados o reducidos

cuando aumenta el contenido de humedad del suelo.3. Cuando este soporte es reducido o anulado, las partculas del suelo deslizan o ruedan,por una prdida de la resistencia al corte.


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Los suelos granulares, como las arenas y las gravas, presentan un tipo de estructura simple,tambin ampliable a los limos. En ella, las uniones entre granos son contactos reales

debidos a fuerzas gravitacionales, fuerzas exteriores o capilares. Estas ltimas tienen uncarcter temporal ya que dependen del grado de saturacin que posea el suelo. Lahumedad del suelo puede variar entre el estado saturado y el seco, del mismo modo lastensiones capilares sern variables con el contenido de humedad y desaparecern tanto alsaturarse, como al secarse el suelo.* Capilaridad: fenmeno de ascensin del agua por o capilares o poros del suelo* La cohesin es la atraccin entre las molculas de una misma sustancia, mientras que laadhesin es la atraccin entre molculas de diferentes sustancias.

Cuando el suelo se satura, la presin efectiva disminuir, y con ella la resistencia al corte,pudiendo provocar un deslizamiento relativo entre los granos de suelo.

Cuando la estructura es macroporosa, este deslizamiento entre granos se manifiesta en unaimportante disminucin de volumen.

Este tipo de mecanismo de colapso o desmoronamiento puede ampliarse tambin paraaquellas arenas en las que sus vnculos estn formados por partculas de limos.

Una estructura "estable" puede ser modificada cuando entra en juego un agente externo quedesestabiliza y modifica los vnculos que primariamente le conferan una resistenciaaparente.Cualquiera sea el tipo de estructura de suelo que se est considerando,siempre es posible hablar de vnculos o fuerzas que unen o ligan una partcula a otra. Enunos casos, las partculas estn en contacto directo entre s (partcula-partcula) unidaspor fuerzas externas o capilares, y en otros casos estas tuerzas o vnculos pueden tenercarcter fisicoqumico o elctrico, a incluso no existir contacto directo entre las partculas


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Si la estructura del suelo se encuentra en estado de equilibrio, y un agente externo -cualquiera- provoca una disminucin o anulacin de las fuerzas que vinculan unaspartculas con otras, puede suceder que el suelo pase a un nuevo estado de equilibrio.

Este proceso entre dos estados de equilibrio puede provocar o no, un cambio de laestructura del suelo, dependiendo de. La magnitud de los cambios provocados en los vnculos y/o fuerzas por el

agente externo.. Estado tensional existente entre los vnculos

Si los cambios provocados por el agente externo en las caractersticas de los vnculos, noson suficientes como para movilizar un cambio de estructura, sta permanecer inalterada.Sin embargo, la condicin de equilibrio puede haber variado, dado que de alguna forma elagente ha "sensibilizado" al suelo.El objetivo de todo esta parte ha sido tratar de comprender a travs de ejemplos simples,cmo la entrada de cualquier agente externo como el agua (humedecimiento), o una cargacualquiera en una estructura metaestable origina una desestabilizacin o sensibilizacinen la resistencia existente entre los vnculos.


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5. COLAPSO RELATIVO

Con referencia al Colapso Relativo (col) existe una aparente anarqua, tanto en sudenominacin como en la forma de calcularlo. En se sealan algunas de las msconocidas.

Del anlisis de las diferentes ecuaciones se advierte que la nica diferencia en el clculoradica en el denominador o valor de referencia que se elija: altura inicial de la probeta (h0);la altura de la probeta a humedad natural cargada a una presin igual al peso propio delas tierras (h1); o la altura de la probeta antes de la inundacin cargada a una presin a(wHN). Esta variedad de definiciones es aparente, dado que para el caso del clculo dela magnitud del asentamiento debido solamente al peso propio de las tierras, dos de lasecuaciones se hacen iguales, puesto que para ese caso particular h1= hHN, a inclusosuele suceder que h, es aproximadamente igual a h0.

En lo sucesivo se utilizar la siguiente ecuacin para definir el Colapso Relativo(col):

col =hHN

hsh1

col

= HN s11

col=eHN es

1e1


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6. SUELOS AUTOCOLAPSABLES Y POTENCIALMENTE COLAPSABLE

En el grfico semilogartmico que representa el comportamiento de un suelo, unensayo a compresin confinada realizado sobre en condicin saturada, se

puedeobservar un quiebre en la curva de compresibilidad. La presin axial a la cual seproduce este quiebre o este cambio de comportamiento se la denomina Presin deFluencia Saturada o Presin Inicial de Colapso. En principio se establece que parapresiones menores a esta, el suelo tiene un comportamiento elstico y losasentamientos por colapso son bajos y nulos. Por el contrario, para presiones mayoresa la de Fluencia el suelo tiene un comportamiento elsto-plstico y losasentamientos por colapso son importantes.

Se dice que un suelo es auto colapsable cuando la presin de tapada ogeoesttica (0) es superior a la Presin Inicial de Colapso (i.col) . Esto quieredecir que cuando en ese suelo se produzca el humedecimiento, se producirnasentamientos importancia con solamente la accin de su peso propio.

Se designa con suelos potencialmente colapsable a aquellos suelos en los que lapresin de tapada o geo-esttica (0) es menor a la Presin Inicial de Colapso.

7. PERFILES DE COLAPSIBILIDAD

Lo realmente interesante de los conceptos antes enunciados, radica fundamentalmenteen que han permitido generar una metodologa de anlisis de los perfiles con suelossusceptibles al colapso.

Se debe establecer una valoracin de la colapsabilidad teniendo en cuenta los parmetrosgeotcnicos antes mencionados. A partir de ellos se puede establecer la colapsabilidadpotencial del suelo. En la siguiente tabla se exponen uno de los criterios de mshabituales:

Grado de colapso Peso especficoseco ()

Potencial de colapso

(%) (*)

Bajo >14.0


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La valoracin de riesgo de colapso que afecte a la estructura a lo largo de su vida tildebe tener en cuenta no slo la valoracin especfica de colapsabilidad potencial delsuelo, sino tambin las condiciones de contorno del mismo que en un momentodeterminado pudieran suponer un el detonante del colapso tales como:

saneamiento y drenaje proyectados. existencia de jardines.

Existencia de solados perimetrales proximidad de piscinas.

Tipologa de cimentacin proyectada. Antecedentes en la zona

Aun cuando el valor de la Presin Inicial sea aproximado, este tipo de anlisis es defundamental inters en el diseo de los diferentes tipos de cimentaciones, ya que sepodr conocer cuales sern, en forma aproximada, los principales problemas que sepresentarn en el diseo de las obras, permitiendo de esta forma elegircorrectamente el tipo de cimentacin o el mtodo de mejoramiento del suelo a emplear

para disminuir o anular la susceptibilidad al colapso.

En algunos casos extraordinarios de colapso de suelos, el hundimiento de stepuede tragarse literalmente algunas construcciones

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


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8. MAGNITUD DEL ASENTAMIENTO POR COLAPSO

La magnitud del asentamiento por colapso producido por humedecimiento delterreno depende segn Grigoryan y Ivanov (1968) tanto de:

Factores intrnsecos del suelo (caractersticas fsico-mecnicas), y de Factores externos al suelo (estado tensional y el rea inundada)

Caractersticas fsico-mecnicas

Un aspecto importante del comportamiento de este tipo de suelos y que porlo tanto influyen en la magnitud de los asentamientos es su marcadaheterogeneidad. Los suelos lossicos colapsables en cierto entorno suelenconsiderarse como suelos homogneos, pero en realidad poseen una apreciableheterogeneidad extendida dentro de la masa. Algunos de estos aspectos puedenser puestos en evidencia a travs de ensayos geotcnicos.

La determinacin de los parmetros tenso-deformacionales como el colapsorelativo puede diferir segn Abelev y Abelev (1979) de 1,5 a 2 veces, incluso si selo hace a partir de probetas gemelas talladas de un nico bloque de suelo.

Esto slo se explica a travs de la gran heterogeneidad local que presentan estossuelos, en los cuales existen macroporos dejados por races o: insectos yconcreciones aisladas de carbonatos, etc, que pueden hacer variar lascaractersticas deformacionales en rdenes de magnitud de los arriba sealados.

En resumen, una de las caractersticas principales que deben tenerse siempre encuenta en el clculo de la magnitud de los asentamientos por colapso es que estosfrecuentemente no sern uniformes, ya sea por las causas antes expuestas comopor otros factores como por ejemplo la dimensin del rea inundada.

rea inundada:

Otro de los aspectos que influyen considerablemente en la magnitud de losasentamientos por colapso son: el tipo de humedecimiento que se realice dentro

de la masa del suelo y las dimensiones del rea humedecida. Goldstein (1969)distingue cuatro tipos de humedecimientos:

Humedecimiento localizado del suelo a poca profundidad debido generalmente a larotura de conducciones hidrulicas de las construcciones. En estos casos es casiimposible predecir a priori la forma en planta y en corte de estos humedecimientosy por lo tanto hacer una estimacin de la magnitud de los asentamientos y sudistribucin en planta.


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Humedecimiento extenso de todo el perfil del suelo causado por unaimportante infiltracin de agua (rotura de canales o efluentes industriales). Losasentamientos en estos casos pueden ser importantes y dainos para lasconstrucciones, especialmente cuando los asentamientos son desiguales.

Una elevacin uniforme del nivel fretico debido generalmente a una recargadel fretico causado por una fuente lejana.

Un aumento gradual y lento del contenido de agua debido, por ejemplo a, lacondensacin del vapor y una acumulacin de humedad causada por cambios enlas condiciones ambientales (pavimentacin de la superficie del terreno).

Estado tensional:

La magnitud del asentamiento adicional por colapso, es funcin de la tensinactuante en el manto de suelo considerado. Si se analiza el caso particular de unazapata apoyada sobre la superficie del terreno, el asentamiento adicional porcolapso ser funcin de la forma y las dimensiones de rea cargada, del espesordel manto susceptible al colapso, y del tipo y la forma de la zona humedecida. Sinembargo, se ha comprobado experimentalmente que si el espesor de los mantosde suelos colapsables que se encuentran por debajo de la zona comprimida essuficientemente importante como para que pueda colapsar por peso propio, la

amplitud del asentamiento no depende prcticamente de la forma y de lasdimensiones de las fundaciones.

En las numerosas experiencias realizadas sobre zapatas a escala real, se hacomprobado que los asentamientos adicionales por colapso medidos puedenllegar a ser entre 1,5 a 2 veces mayores que los calculados, sobre todo en zapatascon anchos inferiores a los 2,0 m de ancho (Abelev y Abelev, 1979).

Estas divergencias entre el valor de los asentamientos calculados y los realespueden atribuirse a varios factores, entre los cuales pueden sealarse:La eleccin del espesor del manto de suelos colapsables o susceptibles a sufrir un

asentamiento adicional ha sido largamente discutido. As Kodrynova (1969) enbase a ensayos de zapatas a escala real pudo establecer las dimensiones de lazona realmente deformada.

9. METODOS DE IDENTIFICACIN

A partir de la dcada de los aos 50, se gener una preocupacin manifiesta por parte


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de diferentes investigadores, en identificar y clasificar la potencialidad al colapso en losdistintos suelos.

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

La gran variedad de tipos de suelos que colapsan por humedecimiento: As, porejemplo, mtodos probados en ciertos pases o regiones en determinados tipos desuelos no han podido hacerse extensivos a suelos de otras zonas, cuyo origengeolgico y gentico es francamente diferente.

La frecuente heterogeneidad de los suelos colapsables por humedecimiento:En este sentido hay coincidencia entre los investigadores, que han estudiado sueloscolapsables de distinto origen geolgico. As, pueden encontrarse referenciastanto en investigadores que analizaron suelos laterticos o de origen elicocomo el loess (Abeley y Abeley 1979; Moretto, 1986) que en principio suelenconsiderarse como suelos homogneos. Es frecuente encontrar una variacin en elgrado de cementacin (por ejemplo, debido a carbonatos) en slo algunoscentmetros. En otros casos esta heterogeneidad es debida a la presencia degrandes macroporos dejados por races o insectos.

Esto ha llevado a una gran variedad de metodologas para establecer la susceptibilidadal colapso de los suelos y una anarqua en la terminologa empleada en los diferentespases para su clasificacin. Sin embargo, en la mayora de los casos, los diferentesinvestigadores o cdigos han tendido a discretizar el comportamiento del suelo frenteal colapso en dos grupos: suelos que colapsan bajo peso propio y suelos quecolapsan bajo una carga mayor.

Rocca (1985) ha confeccionado una tabla de equivalencias, con la denominacin quereciben en los distintos pases.

Clasificacin de los mtodos de identificacin de suelos colapsables:

En cuanto a los tipos de mtodos de identificacin propiamente dichos, varios han sidolos enfoques que se han propuesto. Estos podran clasificarse en tres grupos:

Mtodos basados en parmetros fsicos de identificacin de suelos, talescomo Peso Unitario, Lmites de Consistencia, Granulometra, etc.

Mtodos basados en ensayos mecnicos, principalmente enensayos edomtricos.

Mtodos basados en la magnitud del

colapso.

Existe una abundante bibliografa sobre los diferentes mtodos de clasificacin aidentificacin, en las cuales se ha realizado un anlisis crtico sobre los diferentesmtodos, como las ya referidas de Rocca (1985) y Redolfi et al (1986) y otrascomo las de Sultan (1969), Reginatto (1970, 1974), Lpez Corral (1977), Jimnez Salas(1987) y Lutenegger y Saber (1988). Por lo tanto, en este apartado no se insistir enello, sino ms bien se har un enfoque general del problema y se presentarn aquellosconceptos v mtodos que posteriormente sern utilizados en el desarrollo de estas


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notas.

Mtodos basados en parmetros fsicos de suelos

En general, la mayora de estos mtodos de identificacin tienen ms bien un carctercualitativo que cuantitativo, pretendiendo ubicar el suelo analizado en algunos de los

grupos mencionados. La clasificacin consiste, habitualmente en establecer si el sueloes autocolapsable (colapsable bajo su propio peso) o bien si es condicionalmentecolapsable (colapsable bajo carga externa).

En estas notas solamente se analizarn tres de ellos, que tienen en comn querelacionan el lmite lquido y el peso unitario seco.

Mtodos basados en ensayos edomtricos

Estos mtodos estn basados en la Presin Inicial de Colapso o Presin de Fluencia. Ladeterminacin del grupo al cual pertenece el suelo estudiado (auto colapsable o

colapsable bajo carga), se realiza comparando la presin de tapada o geosttica con lapresin a la cual se produce el colapso. Asumiendo como hiptesis que el colapsopor humedecimiento ocurre slo a partir de una cierta presin por encima de la cual, laresistencia estructural del suelo es superada.En tanto, Reginatto (1970) define a la Presin de Fluencia saturada de un suelocolapsable de la misma forma en que se establece la presin de preconsolidacin deuna arcilla saturada en un ensayo edomtrico.

Esto no es de extraar, puesto que conceptualmente ambas definiciones tratan de fijarla presin a la cual la estructura del suelo saturado comienza a colapsar.

10. RESISTENCIA AL CORTE EN SUELOS COLAPSABLES

Resistencia al corte en suelos parcialmente saturados:

Los primeros enfoques sobre el tema fueron realizados por Bishop et al(1960),quienes definen la resistencia al corte de un suelo parcialmente saturado:

= c+[(ua ) + (ua uw)]

tgdonde: c' y son la cohesin efectiva y el ngulo de rozamiento interno efectivo,respectivamente.

En resumen, FREDLUND et al (1978), proponen que:

a) El ngulo de friccin efectivo (') es independiente de la succin o del grado desaturacin, y toma por lo tanto un valor constante.

b) La cohesin puede expresarse como una funcin de la cohesin efectiva, de

la succin y de b de la forma: c = c' + (ua - uw) tgb


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Resistencia al corte en suelos lossicos colapsables:

Kane (1973) interpreta al fenmeno del colapso como un proceso de corte, admitiendopara ello la validez de la propuesta por Bishop en suelos lossicos potencialmentecolapsables, o sea, acepta que el modelo de rotura es una recta (Modelo de Bishop).Estas afirmaciones surgen de las interpretaciones que realiza de ensayos a compresinconfinada con medida de succin y ensayos triaxialesComo conclusin a este apartado puede sealarse que la resistencia al corte de unsuelo lossico susceptible al colapso depende del:

- grado de saturacin.- peso unitario seco o el ndice de huecos inicial.- grado y tipo de cementacin.

Mtodos basados en la magnitud del asentamiento por colapso

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

PRIMER ETAPA se evala su aptitud al autocolapso y se determina el "Tipo de sitio"(Tipo 1 o Tipo 2)

nzs = zsj Hj

j=1

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

Por ltimo, si 7 cm < zs < 11 cm el tipo de sitio debe ser determinado despus de unexhaustivo estudio de la geomorfologa, estratigrafa y caractersticas estructurales delsuelo.

SEGUNDA ETAPA de la evaluacin de la colapsabilidad consiste en establecer el"Grado de Colapsabilidad" del suelo de cimentacin. Para ello se carga a las muestrasrepresentativas de cada uno de los estratos a una presin de 200 kPa y luego se lasinunda (54). La magnitud del colapso se obtiene:

ns = sj Hj

j=1

s =hHN hs

h0

donde:hHN = Altura de la probeta a humedad natural ( = 200 kPa) hs


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= Altura de la probeta saturada ( = 200 kPa)ho = Altura inicial de la probeta.

11. SOLUCIONES INGENIERILES EN SUELOSCOLAPSABLES

11.1. Consideraciones Generales

La primera cuestin que debe analizarse cuando se disean cimentaciones en suelossusceptibles al colapso, es la probabilidad que el agente desencadenante del fenmeno,el agua, pueda o no introducirse en el terreno y por ende "sensibilizar" al suelo endonde se apoyarn las estructuras.

Por definicin, sin la presencia del agua, el suelo no colapsa. Esta cuestin es

significativa, puesto que pueden existir numerosos casos en donde la probabilidad queel agua se infiltre en el suelo sea lo suficientemente baja como para analizar laposibilidad de fundar la estructura, considerando el comportamiento del suelo en suestado natural.

Hecha esta aclaracin, a continuacin, se tratar de ofrecer un panorama de lasdistintas soluciones ingenieriles que se adoptan en suelos colapsables porhumedecimiento, cuando las probabilidades de que se produzca el fenmeno sonaltas.

El objetivo central de todas estas soluciones es prevenir las fallas estructurales o deservicio que pueden sobrevenir sobre las estructuras construidas sobre estratos

de suelos colapsables.

Aitchison (1973) divide a estas soluciones en:

a) Tratamiento del suelo colapsable con vista a eliminar la tendencia al colapsoa lo largo de todo el estrato de suelos desmoronables.

b) Diseo de elementos constructivos que eliminen o disminuyan a lmitesrazonables la posibilidad que se inicie el colapso.

c) Diseo de estructuras y/o cimentaciones insensibles a los asentamientos

provocados por el colapso, por ejemplo, fundaciones profundas apoyadassobre un manto profundo no sujeto a los asentamientos porhumedecimiento.

El primer grupo de soluciones comprende los mtodos de mejoramiento de suelo, pormedio de los cuales la susceptibilidad al colapso es eliminada, modificando laspropiedades resistentes del suelo mediante la compactacin o la cementacin de losvnculos entre partculas.


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El segundo grupo incluye la adopcin de medidas constructivas tendientes a aislar elagua, de manera de evitar o disminuir la presencia de condiciones favorables al colapso,admitiendo no obstante ciertos riesgos.

Finalmente, el tercer grupo engloba tanto las soluciones tradicionales por medio defundaciones profundas, como el diseo de estructuras con fundaciones directas

insensibles a los asentamientos diferenciales provocados por el colapso del suelo.

En resumen, en el primer grupo de soluciones se interviene directamente enel suelo, evitando as el colapso; en el segundo grupo se intenta evitar que se produzcael colapso, sin modificar el suelo; y en el ltimo grupo se construyen estructuras y/ofundaciones que admitan y resistan los fenmenos provocados por el colapso del suelo.

A continuacin se presenta una descripcin de las distintas soluciones ingenieriles msutilizadas en este tipo de suelos.

11.2. Mejoramiento de suelos colapsables

El objetivo principal de estas soluciones es eliminar o disminuir apreciablemente lasusceptibilidad al colapso del suelo, bien disminuyendo la porosidad del suelo(compactacin) o bien aumentando la resistencia estructural entre las partculas delsuelo (mtodos fsico-qumicos). Una de las formas de clasificar los mtodos demejoramiento o estabilizacin, ha sido precisamente sta, o sea teniendo en cuentala accin resultante sobre el suelo (Aitchison,1973; Rocca,1985). Sin embargo, para eldesarrollo y explicacin de los diferentes mtodos se ha elegido la clasificacinpropuesta por Evstatiev(1988), que tiene en cuenta el medio usado para realizar laestabilizacin y el objeto de la misma. Evstatiev (1988) propone lasiguiente clasificacin de los mtodos de estabilizacin de suelos lossicos, la cualpuede hacerse extensiva a suelos colapsables:

a) Mtodos de mejoramiento de las propiedades del suelopor compactacin.

b) Mtodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacin desu granulometra.

c) Mtodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacin denuevos contactos cohesivos.

d) Mtodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable porsuelo no colapsable.

e) Mtodos de mejoramiento que incorporan elementos resistentes a latraccin dentro del suelo.

f) Geomembranas.

g) Mtodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por drenaje.h) Correccin de taludes y terraplenes.

Mtod os d e mejoram iento d e las prop iedades del su elo po r comp actacinEstegrupo comprende varias de las metodologas usadas en suelos colapsables parareducir los vacos, de modo de eliminar la colapsabilidad, reducir lapermeabilidad y aumentar la capacidad de carga. Esto se realiza utilizando fuerzasestticas o dinmicas, o bien a travs de la inyeccin de lechadas


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Compactacin dinmica: Este mtodo es adecuado para compactar mantos de sueloscolapsables superficiales con espesores menores a 3,50 metros. El mtodo consiste endejar caer en cada libre desde una altura de 4 a 8 metros, pilones de 3 a 8 Tn. sobrela superficie del terreno, a razn de 10 a 16 impactos en cada lugar (Abelev y

Abelev, 1979). El impacto genera una rotura de la estructura del suelo, un aumento dela presin de poros y una compresin del aire presente en los poros, produciendo un

reacomodamiento de las partculas, dando como resultado una estructura mscompacta. Segn Malyshev et al (1983) el contenido de humedad del suelo juega unpapel importante, logrndose la mxima eficiencia con un contenido de humedadcercano al Lmite Plstico. Si el contenido de humedad es menor a ste, es necesariohumedecer el espesor de suelo de modo de alcanzar una mejor eficacia.

Compactacin por medio de pequeos pilotes piramidales: En cierta forma este mtodoes una variante del mtodo anterior. Consiste en hincar un pilote piramidal de 3 a 4metros de longitud, con una seccin transversal superior de 60 x 60 a 70 x 70 cm., yuna seccin transversal inferior de 10 x 10 cm. Una vez retirado el pilote la cavidadse rellena con hormign. Este tipo de metodologa da excelentes resultados en reas endonde existe un espesor de suelos potencialmente colapsables (no autocolapsables) de

3,0 o 4,0 m de profundidad, pero que colapsarn si estn sometidos a los incrementosde carga transmitidos por las construcciones. Una de las ventajas del mtodo es lacompleta mecanizacin de todas las operaciones. Una variante a este mtodo consisteen realizar la hinca sobre una capa de piedra partida, dando como resultado un bulbo desuelo compactado alrededor de la capa de piedra, mejorando la capacidad de carga porla punta del pilote as construido.

Compactacin por pilotes de suelo: Este es uno de los mtodos ms usuales paracompactar espesores importantes (18 a 20 m.) de suelos lossicos susceptibles alcolapso. El procedimiento consta de dos partes: primero se realiza la perforacin ysegundo se llena la cavidad con suelo compactado. La perforacin se realizausualmente mediante la hinca de un pilote metlico con base ensanchada (1,5 veces).

11.3. Medidas conducentes a evitar la iniciacin del colapso:

Arriba, se sealaron los tipos de humedecimientos, que segn Goldstein (1969), puedenpresentarse en una masa de suelo:

a) humedecimiento localizado por rotura de conducciones hidrulicas oinfiltraciones de aguas de lluvia;

b) humedecimiento extenso causado por roturas de canales o efluentesindustriales;

c) ascenso del nivel fretico;d) aumento gradual y lento del contenido de humedad, por condensacin del

vapor de agua, provocados por condiciones ambientales.

Muchos de estos tipos de humedecimientos pueden ser prevenidos, principalmentelos primeros, pues en general stos son debidos a fallas o roturas de las instalacionesde la misma construccin. En cambio los otros tipos de humedecimientos estncondicionados por factores externos al proyecto, como por ejemplo puede ser elascenso del nivel fretico o la rotura de un canal cercano y ajeno al proyecto. La accin


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del proyectista debe estar encaminada principalmente a impedir, dentro de los lmitesdel proyecto, la generacin de estos humedecimientos provocados por elementos de lapropia construccin. Robinson y Narkiewicz (1982) sugieren las siguientes medidas deproteccin contra el humedecimiento de edificios:

a) Pendientes adecuadas en la superficie del terreno que rodea a laconstruccin, de modo que no se produzcan embalsamientos de agua en lascercanas de las fundaciones y que cualquier prdida de agua pueda sereliminada con rapidez.

b) Canalizacin de todos los desagues de techos y patios hacia el exterior dela construccin.

c) Instalacin de membranas impermeables o pavimentacin de la superase querodea a la construccin, de modo de limitar la infiltracin de agua en el sueloadyacente a las construcciones.

d) Encerrar las conducciones de agua o efluentes cloacales dentro de conductosde fcil acceso, a efectos de detectar posibles prdidas.

Suelos Colapsables Final

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