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MECÁNICA DE
SUELOS II
Docente:
ING. MAX ANTHONY MOROTE ARIAS
1
SUELOS EXPANSIVOS, SUELOS DISPERSIVOS Y SUELOS
COLAPSABLES
Alumnos:
QUISPE TITO, Roly
NAVARRO TAIPE, Rai Bryan
CUADROS GUERREROS, Jorge Luis
ÍNDICE
2
INTRODUCCIÓN
CAP II. SUELOS EXPANSIVOS
CAP III. SUELOS DISPERSIVOS
CAP IV. SUELOS COLAPSABLES
CAP V. NORMA E.050
CAP I. GENERALIDADES
CAP. I: GENERALIDADES
3
ORIGEN Y FORMACIÓN DE SUELOS
Agentes generadores del suelo
Todos los suelos tienen su origen directa o indirectamente de las rocas solidas, que se clasifican de
acuerdo con su proceso de formación en (Whitlow, 1993): a) rocas ígneas; b) sedimentarias y c) rocas
metamórficas.
Intemperismo mecánico. a) Temperatura; b) El agua y c) efectos de organismos vivos (plantas y
animales). Por estos fenómenos las rocas llegan a formar arenas o cuando mucho, limos y sólo en
casos especiales arcillas (Juarez & Rico, 1992).
Intemperismo químico. El principal agente es desde luego el agua y los mecanismos de ataque más
importantes son: a) la oxidación; b) la hidratación y c) la carbonatación. Estos mecanismos
generalmente producen arcilla.
Tipos de suelos
Algunos ingenieros civiles (Rico, del castillo, 1984) definen al suelo como el conjunto de partículas
minerales, producto de la desintegración mecánica o de la descomposición química de rocas
preexistentes. EN INGENIERÍA como cualquier material no consolidado compuesto de distintas partículas
sólidas con gases o líquidos incluidos (Sowers et al., 1990).
La clasificación: Si los productos del intemperismo son o no alejados del sitio de intemperización, los
suelos se clasifican en: a) residuales (productos del ataque de los agentes de intemperísmo químico) y b)
transportados (Los suelos residuales pueden ser removidos del lugar de formación, por los mismos
agentes geológicos y redepositados en otra zona). Si la estructura de los suelos cambia con variaciones
en su contenido de agua, los suelos pueden clasificarse en a) estables y b) no estables; estos últimos a
su vez se pueden subdividir en suelos colapsables, dispersivos y expansivos. También suelos de alta
compresibilidad, rellenos y suelos susceptibles de licuación.
CAP. I: GENERALIDADES
4
COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURACIÓN DE LAS ARCILLAS
Unidades básicas
Los minerales arcillosos son complejos silicatos de aluminio, magnesio y hierro. Las dos unidades básicas para la
formación de los cristales de arcilla son: a) un tetraedro de silicio-oxigeno y b) un octaedro de aluminio o magnesio.
CAP. I: GENERALIDADES
5
Minerales de arcilla con lámina de dos capas
Algunas arcillas consisten en repetir láminas de dos capas. Una arcilla de dos capas se forma por la
unión de una lamina de sílice con una lamina de gibsita, o una combinación de una lamina de sílice
con una de brucita.
La caolinita es la arcilla más importante que pertenece a este tipo (figura I.3); otras arcillas comunes
que caen dentro de esta categoría son la serpentina y la haloisita.
CAP. I: GENERALIDADES
6
Minerales de arcilla con láminas de tres capas
Las arcillas más comunes con láminas de tres capas son la illita y la montmorillonita (figura I.4). Una
lamina de tres capas consiste de una lamina octaédrica en medio y una lamina de sílice arriba y otra abajo
(Das, 1983).
Las capas de illita están ligadas a la vez con iones de potasio. Aunque la montmorillonita y la illita tienen estructuras
similares, son diferentes, ya que la montmorillonita no contiene iones de potasio, y una gran cantidad de agua es traída
hacia el espacio entre las tres capas (Das, 1983). Produciendo un incremento en el volumen de los cristales, lo que se
traduce, macrofisicamente, en una expansión.
Las bentonitas son arcillas del grupo montmorillonitico. La montmorillonita se encuentra en las regiones más áridas del
mundo, como en el oeste de Estados Unidos, Australia, Nueva Zelanda y África meridional (Bowles, 1996).
CAP. II: SUELOS EXPANSIVOS
7
Los suelos expansivos son aquellos que presentan expansiones o contracciones, ósea cambios de
volumen cuando varía su humedad o contenido de agua. Los materiales de arcilla, tienen la capacidad
de absorber una gran cantidad de agua y retenerla debido a su estructura, el agua produce el
incremento del volumen en el material mencionado anteriormente y también una drástica reducción
del volumen cuando el agua que retenía se seca.
Además la humedad es el elemento que hace posible el fenómeno de la expansión, ya que si no hay
variación en el contenido de humedad del suelo, por más Montmorillonita que contenga una arcilla,
no se presentará un cambio en los valores volumétricos.
No es necesario que el suelo se sature de agua completamente para que se presente expansión del
mismo.
Los suelos expansivos:
Dependen de la estructura de los cristales.
• Dependen de su composición mineralógica.
• Dependen de la capacidad de cambio de cationes.
Su comportamiento se caracteriza principalmente por:
• La contracción de la arcilla debido al secado.
• La expansión de la arcilla al humedecerse.
• Desarrollo de presiones de expansión cuando está confinada y no puede expandirse.
CAP. II: SUELOS EXPANSIVOS
8
CAUSAS
En áreas donde las lluvias sean moderadas y frecuentes. Otro factor importante es la presencia de aguas
subterráneas.
Esta ocurre por:
a) Absorción de agua por una arcilla activa (montmorillonita, por ejemplo)
b) Rebote elástico de las partículas del suelo.
c) Repulsión eléctrica de los granos de arcilla y de sus cationes adsorbidos.
d) Expansión del aire atrapado en los poros.
En las arcillas preconsolidadas, por cargas o por desecación, estos fenómenos son factores altamente contribuyentes.
En arcillas normalmente consolidadas (o cargadas), los factores dominantes son dos:
a) Adsorción de agua.
b) Repulsión eléctrica entre las partículas rodeadas de agua.
DAÑOS
En el mundo un sin fin de infraestructuras han sufrido diversos daños ocasionados por estos suelos.
Así tenemos los problemas que ocasiona:
•Hinchamiento del suelo bajo el edificio por aumento de humedad (no existe evaporación).
•Retracción periférica del terreno (construido en poca humedad).
•Variación de volumen debido a modificaciones del nivel freatico (por bombeo, drenajes, etc).
•Escasa profundidad de fundación (dentro de zona activa).
•Defectos debido a efectos estructurales (para absorber movimientos diferenciales).
•Retracción por desecación debidas a raíces de arboles.
•Hinchamientos por eliminación de arboles.
•Rotura de tuberías de agua.
•Defectos de drenajes periféricos.
•etc.
CAP. II: SUELOS EXPANSIVOS
9
Distribución de los suelos expansivos en el mundo
CAP. II: SUELOS EXPANSIVOS
10
CAP. II: SUELOS EXPANSIVOS
11
CAP. II: SUELOS EXPANSIVOS
12
IDENTIFICACIÓN DE SUELOS EXPANSIVOS
Identificación visual
Se pueden identificar visualmente por varias características:
•De su existencia son solo problemas en zonas arcillosas.
•Tienen alta plasticidad, terreno con grietas o rajaduras, debido a la expansión y
contracción constante que sufre la superficie de estos suelos cuando hay variación de la
humedad.
•Se fundan en zonas costeras, como en el norte del país.
Identificación visual
CAP. II: SUELOS EXPANSIVOS
13
Experiencia de contracción de arcillas
CAP. II: SUELOS EXPANSIVOS
14
Identificación mineralógica
•Difracción de rayos x.
• Análisis térmico diferencial.
• La absorción de tinte, los análisis químicos.
• y la microscopía electrónica. Consisten en detectar la presencia de minerales arcillosos,
pero no es muy útil para la práctica de ingeniería ya que pueden llegar a ser muy
costosos y requiere un amplio conocimiento.
Identificación por métodos indirectos
Identifican el potencial expansivo del suelo de forma cualitativa, la desventaja de usar este tipo de
métodos es que obtenemos datos muy variables, que dependen del tipo de suelo que es analizado.
Las propiedades que se busca obtener son:
• Límite líquido y plástico.
• Límite de contracción.
• Contenido de coloides.
• Expansión libre del suelo.
CAP. II: SUELOS EXPANSIVOS
15
Identificación por métodos directos
Estos métodos te dan mayor veracidad en cuanto al grado de expansión de un suelo y de acuerdo a
esto lo clasificaremos a continuación:
Método de campo
La prueba de carga de expansión en el campo es la prueba más significativa donde se trata de
encontrar la presión de expansión para un cierto cambio de volumen.
Método de laboratorio
Ensayo de expansión o asentamiento unidimensional de suelos cohesivos.
Está basado en las normas técnicas ASTM D4546.
Ensayo de expansión o método de índice de expansión
Basado en las normas técnicas ASTM D4829.
CAP. II: SUELOS EXPANSIVOS
16
De todos los métodos de identificación descritos:
•La identificación visual, es muy superficial. Es muy bajo conocer el tipo
de suelo solo observándolo. Solo te da una probabilidad.
•La identificación por su mineralogía, identificación relativa. Es posible
que dos muestras te den parecidos resultados. Se necesita conocerlo
mejor.
•La identificación por métodos indirectos, datos muy variables.
Depende que suelo se analiza para obtener estos métodos. No en
todos cumple.
•La identificación por métodos directos, si es preciso. Es el más preciso
de todos los demás. El gran problema en este caso es el tiempo.
CAP. II: SUELOS EXPANSIVOS
17
SOLUCIONES EN SUELOS EXPANSIVOS
Ante la presencia de suelos expansivos, las acciones más adecuadas son:
1. Reducir o eliminar la expansión del suelo y actuar sobre la estructura y mediante la selección de un diseño
adecuado de cimentación.
2. Otra seria la construcción de banquetas y drenes de protección para “trampas de humedad”.
3. Existen diferentes formas para reducir o eliminar la expansión del suelo, una de ellas es inundar el suelo antes de realizar una
construcción, dicha práctica es llamada “prehumectación del suelo”, en teoría al inundar el suelo y saturarlo permitiéndole
que se expanda hasta su máximo potencial, manteniendo la humedad posteriormente, se deben evitar los cambios
volumétricos, por lo que no se tendrían daños en la estructura después de construir. Se ha logrado determinar que la
humedad de las áreas cubiertas por losa, pavimento, etc., rara vez decrece.
Sin embargo existen muchas desventajas para este método, es muy difícil que se obtenga una variación uniforme en la
humedad del suelo. Además los suelos arcillosos que resultan ser los potencialmente expansivos son muy difíciles de pre
humectar, ya que el agua puede penetrar por diferentes lados y obtener una humectación dispareja.
4. Otra forma más efectiva es sustituir el material expansivo, esta alternativa consiste en reemplazar el material expansivo por
otro que no lo sea.
Con la tecnología actual, la sustitución de suelos puede ser considerada como una de las mejores opciones para eliminar el
problema de suelos expansivos.
Las desventajas de esta alternativa son que para llevarlo a cabo se necesita maquinaria pesada para poder remover el material
expansivo y del mismo modo para rellenar de material que no lo sea, lo cual podría resultar muy costoso.
5. Otra forma de reducir o eliminar totalmente distinta los suelos expansivos es actuando sobre la estructura y el sistema de
cimentación.
Sobre la estructura:
Existen diferentes tipos de cimentaciones superficiales:
Muros de carga sobre zapatas corridas con:
•Pisos suspendidos.
•Pisos sobre suelo estabilizado.
Losa de cimentación que cubra toda el área por construir
•Losa flexible.
•Losa rígida.
Sobre la cimentación:
•Zapatas corridas.
CAP. II: SUELOS EXPANSIVOS
18
CONCLUSIONES
1. Suelos compuesto por materiales arcillosos que al mezclarse con agua u algún
otro líquido se expanden o contraen.
2. La identificación. Esto se hace para saber donde es bueno o no construir una
edificación, o bien si no es posible buscar algún otro lugar donde construir.
3. Las soluciones constructivas para fundaciones sobre suelos expansivos, se
tiene para la estructura: el palafito, estructura rígida o semi rígida y estructura
flexible. Para el suelo el aislamiento, la sustitución y estabilización.
4. Según el RNE, no está permitido cimentar directamente sobre suelos
expansivos. La cimentación deberá apoyarse sobre suelos no expansivos o con
potencial de expansión bajo. Los pisos no deberán apoyarse directamente sobre
suelos expansivos y deberá dejarse un espacio libre suficientemente holgado para
permitir que el suelo bajo el piso se expanda y no lo afecte.
5. Cuando se encuentren suelos medianamente expansivos 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.
6. Se presentan estos suelos en Estados Unidos, Australia, Nueva Zelanda, África
meridional (Sudáfrica), la India, Canada, Israel. En Europa: España. En
Latinoamérica: Argentina, Mexico, Venezuela, Brasil, Cuba, ,Colombia, Costa
Rica, Ecuador, Perú. En Perú: Piura, Paita, Talara, Chiclayo, Iquitos, Bagua,
Moquegua.
CAP. III: SUELOS DISPERSIVOS
19
SUELOS DISPERSIVOS
Son aquellos suelo que por la naturaleza de su mineralogía y la química del agua en
ellos, son susceptibles a la separación de las partículas individuales a la posterior
erosión a través de la grietas en el suelo bajo la infiltración de agua.
TIPOS DE SUELOS DISPERSIVOS
Suelos dispersivos; Arcillas cuya concentración de sales de sodio (Na) en el agua
intersticial pasa de 40% o 60% del total de sales disueltas.
Suelos erodables; Arenas finas, polvo de rocas, limos no cohesivos y depósitos eólicos,
propios de ambientes aluviales tranquilos y constantes que resultan en una
granulometría relativamente homogénea.
CAP. III: SUELOS DISPERSIVOS
20
CAUSAS
Las arcillas dispersivas son fácilmente erosionables debido al estado físico-
químico de la fracción de la arcilla de un suelo que causa a las partículas
individuales de la arcilla a deflocularse (dispersarse) y se rechazan en la
presencia del agua relativamente pura.
Las arcillas dispersivas tienen una preponderancia de cationes de sodio, en tanto las
arcillas ordinarias tienen una preponderancia de cationes de calcio, potasio y
magnesio en el agua de poros.
-Absorción de agua y
- Repulsión eléctrica de los granos de arcilla.
CAP. III: SUELOS DISPERSIVOS
21
DAÑOS
Es conocido que la acumulación de cationes dispersantes como el sodio en la solución
del suelo, afecta negativamente algunas propiedades físicas del mismo, tales como la
estabilidad estructural, la conductividad hidráulica y la tasa de infiltración, causando
una reducción de su capacidad productiva y estabilizante.
En las represas de tierra o terraplenes ocurren fallas por tubificación debidas a suelos
dispersivos.
Las edificaciones, de cualquier envergadura, podrían presentar problemas de
asentamiento y/o colapsar debido a la socavación de sus bases.
La separación de los gránulos de suelo facilita el arrastre de las partículas
contribuyendo a la erosión superficial.
CAP. III: SUELOS DISPERSIVOS
22
Este es un problema común en terraplenes para carreteras.
CAP. III: SUELOS DISPERSIVOS
23
Erosión profunda por tubificacion en suelos dispersivos
CAP. III: SUELOS DISPERSIVOS
24
Falla por tubificacion de una presa debido a la presencia de suelos
dispersivos
CAP. III: SUELOS DISPERSIVOS
25
IDENTIFICACIÓN DE SUELOS DISPERSIVOS EN CAMPO
El reconocimiento en campo para determinar si existe alguna indicación en la
superficie, como la erosión tipo túnel a lo largo de las líneas de quebradas y la
erosión de intemperización o arcillas unidas en roca pueden señalar suelos
potencialmente dispersivos.
La erosión en grietas de los caminos, la presencia de quebradas profundas y fallas por
tubificación en pequeñas presas, habitualmente indican la presencia de suelos
dispersivos.
La presencia de agua nublada en presas pequeñas y charcos de agua después de la
lluvia indica suelos dispersivos.
CAP. III: SUELOS DISPERSIVOS
26
Quebradas profundas y poca vegetación
CAP. III: SUELOS DISPERSIVOS
27
IDENTIFICACIÓN DE SUELOS DISPERSIVOS EN LABORATORIO
ANÁLISIS FÍSICO
•El Ensayo de Crumb (USBR 5400-89)
•El Ensayo del Doble Hidrómetro (ASTM D 4221-90)
•El Ensayo de Pinhole (ASTM D 4221-90)
ANÁLISIS QUÍMICO
•Proporción de Absorción de Sodio (SAR):
CAP. III: SUELOS DISPERSIVOS
28
IDENTIFICACIÓN DE SUELOS DISPERSIVOS EN LABORATORIO
ANÁLISIS FÍSICO
El Ensayo de Crumb (USBR 5400-89)
Grados de dispersión
CAP. III: SUELOS DISPERSIVOS
29
SOLUCIONES EN SUELOS DISPERSIVOS
La recuperación de tierras se aplica yeso, cal viva, entre otros productos, (bajar el pH)
que reaccionarían con el carbonato sódico, formando carbonato cálcico y sulfato
sódico (álcali blanco).
Es necesario implantar cultivos, a ser posible de regadío y resistentes a las sales, así
como la incorporación de enmiendas orgánicas.
Cuando se ha identificado la extensión y la profundidad de la zona dispersiva se
puede proceder a la remoción del suelo erosionable, siempre que este procedimiento
sea económicamente factible.
Para las carreteras se utiliza una combinación de drenajes, sub-drenajes, pavimentos
impermeables y reglamentos para el uso de agua con el fin de crear una restricción
severa del humedecimiento.
En un terraplén debidamente gradado se puede realizar un "recubrimiento
impermeable" este recubrimiento se realiza colocando una capa doble geotextil
impermeable debajo, y geotextil no tejido encima.
CAP. III: SUELOS DISPERSIVOS
30
CONCLUSIONES
1. El propósito principal de los ensayos presentados es la identificación real
de las arcillas dispersivas, que son la causa de fallas en presas de tierra y
serias erosiones en otras estructuras de tierra.
2. Es recomendable utilizar más de un ensayo para comprobar la
dispersividad de un suelo. La opción más simple y económica sería
emplear los ensayos de Crumb.
3. Las arcillas dispersivas son altamente susceptibles a la tubificación por los
procesos de erosión coloidal. Estas arcillas tienen un predominio de
cationes de sodio disueltos en el agua de poros, mientras que las arcillas
ordinarias, resistentes a la erosión, tienen al calcio y al magnesio como los
cationes disueltos dominantes.
4. Un suelo con muchas sales hace al suelo dispersarse más fácilmente.
CAP. IV: SUELOS COLAPSABLES
31
SUELOS COLAPSABLES:
Son suelos que cambian violentamente de volumen por la acción combinada o
individual de las siguientes acciones:
a) al ser sometidos a un incremento de carga o
b) al humedecerse o saturarse.
CAP. IV: SUELOS COLAPSABLES
IMAGEN DE LA FORMACIÓN MICROSCÓPICA DE SUELOS COLAPSABLES.
32
CAP. IV: SUELOS COLAPSABLES
IMAGEN DE LA FORMACIÓN MICROSCÓPICA DE SUELOS COLAPSABLES.
33
CAP. IV: SUELOS COLAPSABLES
34
Definición de colapso. Se 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)
TIPOS DE SUELOS COLAPSABLES
Los tipos de suelos colapsables son:
- Suelos aluviales y coluviales – Depositados en ambientes Semi-desérticos. por flujos
más o menos torrenciales.
- Suelos eólicos – Depositados por el viento, son arenas y limos arenosos con escaso
cemento arcilloso en una estructura suelta o inestable.
- Cenizas volcánicas – Provenientes de cenizas arrojadas al aire por actividad volcánica
explosiva.
- Suelos residuales – Derivados de la descomposición in – situ de minerales de ciertas
rocas, son luego lixiviados por el agua y pierden su cemento.
CAP. IV: SUELOS COLAPSABLES
35
CLASIFICACIÓN A LOS SUELOS COLAPSABLES O DESMORONABLES
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.
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.
CAP. IV: SUELOS COLAPSABLES
36
CAUSAS
La estructura de los suelos colapsables y el mecanismo de colapso se presentan
cuando:
•Baja plasticidad (poca actividad electroquímica).
•Bajo grado de saturación (tensión capilar).
•Muy bajo peso unitario seco (alta relación de vacíos).
•El agua rompe los puentes cementantes entre partículas.
•Las partículas caen a una posición más estable.
CAP. IV: SUELOS COLAPSABLES
37
El fenómeno del colapso puede ser interpretado como:
Una eliminación de las fuerzas capilares que, al generar presiones efectivas adicionales
entre granos, permitían el desarrollo de ciertas resistencias al corte entre los mismos.
Una disminución de la resistencia al corte en las pequeñas partículas que actuaban de
vínculo entre las mayores.
Una disminución o eliminación de la cementación entre granos provista por sales
solubles.
DAÑOS
Los daños que originan los suelos colapsables, es originando por inestabilidad en el
terreno provocando hundimientos y creando grietas de mayor consideración
generando pérdidas estructurales en su mayoría.
CAP. IV: SUELOS COLAPSABLES
38
CAP. IV: SUELOS COLAPSABLES
39
IDENTIFICACIÓN DE SUELOS COLAPSABLES Y EXPANSIVO
•Los suelos expansivos reducen su volumen cuando se reduce la humedad.
•Los suelos colapsables reducen su volumen cuando aumenta su humedad.
La manifestación exterior puede ser similar.
El límite líquido permite distinguirlos.
•Expansivo LL > 50, ωsat<< LL
•Colapsable LL < 35, ωsat≅ LL
CAP. IV: SUELOS COLAPSABLES
40
Identificación por métodos
Existen varios métodos para determinar el potencial del colapso de estos suelos:
Método de Knigth
Está basado en los experimentos realizado por Abeljer (1948), se coloca la muestra en
el odómetro con su humedad natural para su posterior saturación a una presión fija de
2Tn/in2, con los resultados obtenidos se grafica la relación de vacíos contra logaritmo
de la presión.
Donde:
•CP: Colapso potencial
•Δesat. : Cambio de relación de vacíos en la saturación.
•Eo: Relación de vacíos natural del suelo.
CAP. IV: SUELOS COLAPSABLES
41
Método de Gibbs:
En un método cualitativo basado en una gráfica de límite liquido contra densidad
natural seca y contiene una curva límite de colapsabilidad. La zona “colapsable”
comprende de los suelos de baja densidad natural, indica que la humedad de
saturación es superior a la humedad en el límite líquido, lo cual produce una
disminución de la plasticidad y un mayor asentamiento. En la zona “No colapsable” los
suelos son de alta densidad natural y la humedad de saturación es menor o igual a la
humedad en el límite liquido permaneciendo en suelo en estado plástico y
manteniendo así su resistencia al deslizamiento.
CAP. IV: SUELOS COLAPSABLES
42
El ensayo de colapsabilidad potencial según la NTP 339.163 (ASTM D 5333)
Las muestras utilizadas para la evaluación de colapsabilidad deberán ser obtenidas de pozos a
cielo abierto, en condición inalterada.
El potencial de colapso (cp) se define mediante la siguiente expresión:
Δe = Cambio de la relación de vacíos debido
al colapso bajo humedecimiento.
e0= relación de vacíos inicial.
ΔHc=Cambio de altura de la muestra.
H0 = Altura inicial de la muestra.
CAP. IV: SUELOS COLAPSABLES
43
SOLUCIONES EN SUELOS COLAPSABLES
La primera cuestión que debe analizarse cuando se diseñan cimentaciones en suelos
susceptibles al colapso, es la probabilidad que el agente desencadenante del
fenómeno, el agua, pueda o no introducirse en el terreno y por ende "sensibilizar" al
suelo en donde se apoyarán las estructuras. Por definición, sin la presencia del agua, el
suelo no colapsa.
El objetivo central de todas estas soluciones es prevenir las fallas estructurales o de
servicio que pueden sobrevenir sobre las estructuras construidas sobre estratos de
suelos colapsables.
Se divide a estas soluciones en:
a) Tratamiento del suelo colapsable con vista a eliminar la tendencia al colapso a lo
largo de todo el estrato de suelos desmoronables.
b) Diseño de elementos constructivos que eliminen o disminuyan a límites razonables
la posibilidad que se inicie el colapso.
c) Diseño de estructuras y/o cimentaciones insensibles a los asentamientos
provocados por el colapso, por ejemplo, fundaciones profundas apoyadas sobre un
manto profundo no sujeto a los asentamientos por humedecimiento.
CAP. IV: SUELOS COLAPSABLES
44
Medidas de diseño para suelos colapsables:
•Retiro y recolocación.
•Compactación in situ.
•Inundación.
•Fundaciones indirectas.
CAP. IV: SUELOS COLAPSABLES
45
CONCLUSIONES
1. 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.
CAP. V: NORMA E.050
46
En el Reglamento Nacional de Edificaciones, Titulo III Edificaciones,
Consideraciones Generales de las Edificaciones, Norma E.050, Suelos y
Cimentaciones, Capitulo 6. Problemas especiales de cimentación.
Artículo 29.- SUELOS COLAPSABLES
29.1. Obligatoriedad de los Estudios
29.2. Evaluación del Potencial de Colapso
29.3. Cimentaciones en áreas de suelos colapsables
29.4. Reemplazo de un suelo colapsable
Artículo 31.- SUELOS EXPANSIVOS
31.1. Obligatoriedad de los Estudios
31.2. Evaluación del Potencial de Expansión
31.3. Cimentaciones en áreas de suelos expansivos
31.4. Reemplazo de un suelo expansivo
¡¡Gracias por su
atención!!
47

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  • 1. MECÁNICA DE SUELOS II Docente: ING. MAX ANTHONY MOROTE ARIAS 1 SUELOS EXPANSIVOS, SUELOS DISPERSIVOS Y SUELOS COLAPSABLES Alumnos: QUISPE TITO, Roly NAVARRO TAIPE, Rai Bryan CUADROS GUERREROS, Jorge Luis
  • 2. ÍNDICE 2 INTRODUCCIÓN CAP II. SUELOS EXPANSIVOS CAP III. SUELOS DISPERSIVOS CAP IV. SUELOS COLAPSABLES CAP V. NORMA E.050 CAP I. GENERALIDADES
  • 3. CAP. I: GENERALIDADES 3 ORIGEN Y FORMACIÓN DE SUELOS Agentes generadores del suelo Todos los suelos tienen su origen directa o indirectamente de las rocas solidas, que se clasifican de acuerdo con su proceso de formación en (Whitlow, 1993): a) rocas ígneas; b) sedimentarias y c) rocas metamórficas. Intemperismo mecánico. a) Temperatura; b) El agua y c) efectos de organismos vivos (plantas y animales). Por estos fenómenos las rocas llegan a formar arenas o cuando mucho, limos y sólo en casos especiales arcillas (Juarez & Rico, 1992). Intemperismo químico. El principal agente es desde luego el agua y los mecanismos de ataque más importantes son: a) la oxidación; b) la hidratación y c) la carbonatación. Estos mecanismos generalmente producen arcilla. Tipos de suelos Algunos ingenieros civiles (Rico, del castillo, 1984) definen al suelo como el conjunto de partículas minerales, producto de la desintegración mecánica o de la descomposición química de rocas preexistentes. EN INGENIERÍA como cualquier material no consolidado compuesto de distintas partículas sólidas con gases o líquidos incluidos (Sowers et al., 1990). La clasificación: Si los productos del intemperismo son o no alejados del sitio de intemperización, los suelos se clasifican en: a) residuales (productos del ataque de los agentes de intemperísmo químico) y b) transportados (Los suelos residuales pueden ser removidos del lugar de formación, por los mismos agentes geológicos y redepositados en otra zona). Si la estructura de los suelos cambia con variaciones en su contenido de agua, los suelos pueden clasificarse en a) estables y b) no estables; estos últimos a su vez se pueden subdividir en suelos colapsables, dispersivos y expansivos. También suelos de alta compresibilidad, rellenos y suelos susceptibles de licuación.
  • 4. CAP. I: GENERALIDADES 4 COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURACIÓN DE LAS ARCILLAS Unidades básicas Los minerales arcillosos son complejos silicatos de aluminio, magnesio y hierro. Las dos unidades básicas para la formación de los cristales de arcilla son: a) un tetraedro de silicio-oxigeno y b) un octaedro de aluminio o magnesio.
  • 5. CAP. I: GENERALIDADES 5 Minerales de arcilla con lámina de dos capas Algunas arcillas consisten en repetir láminas de dos capas. Una arcilla de dos capas se forma por la unión de una lamina de sílice con una lamina de gibsita, o una combinación de una lamina de sílice con una de brucita. La caolinita es la arcilla más importante que pertenece a este tipo (figura I.3); otras arcillas comunes que caen dentro de esta categoría son la serpentina y la haloisita.
  • 6. CAP. I: GENERALIDADES 6 Minerales de arcilla con láminas de tres capas Las arcillas más comunes con láminas de tres capas son la illita y la montmorillonita (figura I.4). Una lamina de tres capas consiste de una lamina octaédrica en medio y una lamina de sílice arriba y otra abajo (Das, 1983). Las capas de illita están ligadas a la vez con iones de potasio. Aunque la montmorillonita y la illita tienen estructuras similares, son diferentes, ya que la montmorillonita no contiene iones de potasio, y una gran cantidad de agua es traída hacia el espacio entre las tres capas (Das, 1983). Produciendo un incremento en el volumen de los cristales, lo que se traduce, macrofisicamente, en una expansión. Las bentonitas son arcillas del grupo montmorillonitico. La montmorillonita se encuentra en las regiones más áridas del mundo, como en el oeste de Estados Unidos, Australia, Nueva Zelanda y África meridional (Bowles, 1996).
  • 7. CAP. II: SUELOS EXPANSIVOS 7 Los suelos expansivos son aquellos que presentan expansiones o contracciones, ósea cambios de volumen cuando varía su humedad o contenido de agua. Los materiales de arcilla, tienen la capacidad de absorber una gran cantidad de agua y retenerla debido a su estructura, el agua produce el incremento del volumen en el material mencionado anteriormente y también una drástica reducción del volumen cuando el agua que retenía se seca. Además la humedad es el elemento que hace posible el fenómeno de la expansión, ya que si no hay variación en el contenido de humedad del suelo, por más Montmorillonita que contenga una arcilla, no se presentará un cambio en los valores volumétricos. No es necesario que el suelo se sature de agua completamente para que se presente expansión del mismo. Los suelos expansivos: Dependen de la estructura de los cristales. • Dependen de su composición mineralógica. • Dependen de la capacidad de cambio de cationes. Su comportamiento se caracteriza principalmente por: • La contracción de la arcilla debido al secado. • La expansión de la arcilla al humedecerse. • Desarrollo de presiones de expansión cuando está confinada y no puede expandirse.
  • 8. CAP. II: SUELOS EXPANSIVOS 8 CAUSAS En áreas donde las lluvias sean moderadas y frecuentes. Otro factor importante es la presencia de aguas subterráneas. Esta ocurre por: a) Absorción de agua por una arcilla activa (montmorillonita, por ejemplo) b) Rebote elástico de las partículas del suelo. c) Repulsión eléctrica de los granos de arcilla y de sus cationes adsorbidos. d) Expansión del aire atrapado en los poros. En las arcillas preconsolidadas, por cargas o por desecación, estos fenómenos son factores altamente contribuyentes. En arcillas normalmente consolidadas (o cargadas), los factores dominantes son dos: a) Adsorción de agua. b) Repulsión eléctrica entre las partículas rodeadas de agua. DAÑOS En el mundo un sin fin de infraestructuras han sufrido diversos daños ocasionados por estos suelos. Así tenemos los problemas que ocasiona: •Hinchamiento del suelo bajo el edificio por aumento de humedad (no existe evaporación). •Retracción periférica del terreno (construido en poca humedad). •Variación de volumen debido a modificaciones del nivel freatico (por bombeo, drenajes, etc). •Escasa profundidad de fundación (dentro de zona activa). •Defectos debido a efectos estructurales (para absorber movimientos diferenciales). •Retracción por desecación debidas a raíces de arboles. •Hinchamientos por eliminación de arboles. •Rotura de tuberías de agua. •Defectos de drenajes periféricos. •etc.
  • 9. CAP. II: SUELOS EXPANSIVOS 9 Distribución de los suelos expansivos en el mundo
  • 10. CAP. II: SUELOS EXPANSIVOS 10
  • 11. CAP. II: SUELOS EXPANSIVOS 11
  • 12. CAP. II: SUELOS EXPANSIVOS 12 IDENTIFICACIÓN DE SUELOS EXPANSIVOS Identificación visual Se pueden identificar visualmente por varias características: •De su existencia son solo problemas en zonas arcillosas. •Tienen alta plasticidad, terreno con grietas o rajaduras, debido a la expansión y contracción constante que sufre la superficie de estos suelos cuando hay variación de la humedad. •Se fundan en zonas costeras, como en el norte del país. Identificación visual
  • 13. CAP. II: SUELOS EXPANSIVOS 13 Experiencia de contracción de arcillas
  • 14. CAP. II: SUELOS EXPANSIVOS 14 Identificación mineralógica •Difracción de rayos x. • Análisis térmico diferencial. • La absorción de tinte, los análisis químicos. • y la microscopía electrónica. Consisten en detectar la presencia de minerales arcillosos, pero no es muy útil para la práctica de ingeniería ya que pueden llegar a ser muy costosos y requiere un amplio conocimiento. Identificación por métodos indirectos Identifican el potencial expansivo del suelo de forma cualitativa, la desventaja de usar este tipo de métodos es que obtenemos datos muy variables, que dependen del tipo de suelo que es analizado. Las propiedades que se busca obtener son: • Límite líquido y plástico. • Límite de contracción. • Contenido de coloides. • Expansión libre del suelo.
  • 15. CAP. II: SUELOS EXPANSIVOS 15 Identificación por métodos directos Estos métodos te dan mayor veracidad en cuanto al grado de expansión de un suelo y de acuerdo a esto lo clasificaremos a continuación: Método de campo La prueba de carga de expansión en el campo es la prueba más significativa donde se trata de encontrar la presión de expansión para un cierto cambio de volumen. Método de laboratorio Ensayo de expansión o asentamiento unidimensional de suelos cohesivos. Está basado en las normas técnicas ASTM D4546. Ensayo de expansión o método de índice de expansión Basado en las normas técnicas ASTM D4829.
  • 16. CAP. II: SUELOS EXPANSIVOS 16 De todos los métodos de identificación descritos: •La identificación visual, es muy superficial. Es muy bajo conocer el tipo de suelo solo observándolo. Solo te da una probabilidad. •La identificación por su mineralogía, identificación relativa. Es posible que dos muestras te den parecidos resultados. Se necesita conocerlo mejor. •La identificación por métodos indirectos, datos muy variables. Depende que suelo se analiza para obtener estos métodos. No en todos cumple. •La identificación por métodos directos, si es preciso. Es el más preciso de todos los demás. El gran problema en este caso es el tiempo.
  • 17. CAP. II: SUELOS EXPANSIVOS 17 SOLUCIONES EN SUELOS EXPANSIVOS Ante la presencia de suelos expansivos, las acciones más adecuadas son: 1. Reducir o eliminar la expansión del suelo y actuar sobre la estructura y mediante la selección de un diseño adecuado de cimentación. 2. Otra seria la construcción de banquetas y drenes de protección para “trampas de humedad”. 3. Existen diferentes formas para reducir o eliminar la expansión del suelo, una de ellas es inundar el suelo antes de realizar una construcción, dicha práctica es llamada “prehumectación del suelo”, en teoría al inundar el suelo y saturarlo permitiéndole que se expanda hasta su máximo potencial, manteniendo la humedad posteriormente, se deben evitar los cambios volumétricos, por lo que no se tendrían daños en la estructura después de construir. Se ha logrado determinar que la humedad de las áreas cubiertas por losa, pavimento, etc., rara vez decrece. Sin embargo existen muchas desventajas para este método, es muy difícil que se obtenga una variación uniforme en la humedad del suelo. Además los suelos arcillosos que resultan ser los potencialmente expansivos son muy difíciles de pre humectar, ya que el agua puede penetrar por diferentes lados y obtener una humectación dispareja. 4. Otra forma más efectiva es sustituir el material expansivo, esta alternativa consiste en reemplazar el material expansivo por otro que no lo sea. Con la tecnología actual, la sustitución de suelos puede ser considerada como una de las mejores opciones para eliminar el problema de suelos expansivos. Las desventajas de esta alternativa son que para llevarlo a cabo se necesita maquinaria pesada para poder remover el material expansivo y del mismo modo para rellenar de material que no lo sea, lo cual podría resultar muy costoso. 5. Otra forma de reducir o eliminar totalmente distinta los suelos expansivos es actuando sobre la estructura y el sistema de cimentación. Sobre la estructura: Existen diferentes tipos de cimentaciones superficiales: Muros de carga sobre zapatas corridas con: •Pisos suspendidos. •Pisos sobre suelo estabilizado. Losa de cimentación que cubra toda el área por construir •Losa flexible. •Losa rígida. Sobre la cimentación: •Zapatas corridas.
  • 18. CAP. II: SUELOS EXPANSIVOS 18 CONCLUSIONES 1. Suelos compuesto por materiales arcillosos que al mezclarse con agua u algún otro líquido se expanden o contraen. 2. La identificación. Esto se hace para saber donde es bueno o no construir una edificación, o bien si no es posible buscar algún otro lugar donde construir. 3. Las soluciones constructivas para fundaciones sobre suelos expansivos, se tiene para la estructura: el palafito, estructura rígida o semi rígida y estructura flexible. Para el suelo el aislamiento, la sustitución y estabilización. 4. Según el RNE, no está permitido cimentar directamente sobre suelos expansivos. La cimentación deberá apoyarse sobre suelos no expansivos o con potencial de expansión bajo. Los pisos no deberán apoyarse directamente sobre suelos expansivos y deberá dejarse un espacio libre suficientemente holgado para permitir que el suelo bajo el piso se expanda y no lo afecte. 5. Cuando se encuentren suelos medianamente expansivos 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. 6. Se presentan estos suelos en Estados Unidos, Australia, Nueva Zelanda, África meridional (Sudáfrica), la India, Canada, Israel. En Europa: España. En Latinoamérica: Argentina, Mexico, Venezuela, Brasil, Cuba, ,Colombia, Costa Rica, Ecuador, Perú. En Perú: Piura, Paita, Talara, Chiclayo, Iquitos, Bagua, Moquegua.
  • 19. CAP. III: SUELOS DISPERSIVOS 19 SUELOS DISPERSIVOS Son aquellos suelo que por la naturaleza de su mineralogía y la química del agua en ellos, son susceptibles a la separación de las partículas individuales a la posterior erosión a través de la grietas en el suelo bajo la infiltración de agua. TIPOS DE SUELOS DISPERSIVOS Suelos dispersivos; Arcillas cuya concentración de sales de sodio (Na) en el agua intersticial pasa de 40% o 60% del total de sales disueltas. Suelos erodables; Arenas finas, polvo de rocas, limos no cohesivos y depósitos eólicos, propios de ambientes aluviales tranquilos y constantes que resultan en una granulometría relativamente homogénea.
  • 20. CAP. III: SUELOS DISPERSIVOS 20 CAUSAS Las arcillas dispersivas son fácilmente erosionables debido al estado físico- químico de la fracción de la arcilla de un suelo que causa a las partículas individuales de la arcilla a deflocularse (dispersarse) y se rechazan en la presencia del agua relativamente pura. Las arcillas dispersivas tienen una preponderancia de cationes de sodio, en tanto las arcillas ordinarias tienen una preponderancia de cationes de calcio, potasio y magnesio en el agua de poros. -Absorción de agua y - Repulsión eléctrica de los granos de arcilla.
  • 21. CAP. III: SUELOS DISPERSIVOS 21 DAÑOS Es conocido que la acumulación de cationes dispersantes como el sodio en la solución del suelo, afecta negativamente algunas propiedades físicas del mismo, tales como la estabilidad estructural, la conductividad hidráulica y la tasa de infiltración, causando una reducción de su capacidad productiva y estabilizante. En las represas de tierra o terraplenes ocurren fallas por tubificación debidas a suelos dispersivos. Las edificaciones, de cualquier envergadura, podrían presentar problemas de asentamiento y/o colapsar debido a la socavación de sus bases. La separación de los gránulos de suelo facilita el arrastre de las partículas contribuyendo a la erosión superficial.
  • 22. CAP. III: SUELOS DISPERSIVOS 22 Este es un problema común en terraplenes para carreteras.
  • 23. CAP. III: SUELOS DISPERSIVOS 23 Erosión profunda por tubificacion en suelos dispersivos
  • 24. CAP. III: SUELOS DISPERSIVOS 24 Falla por tubificacion de una presa debido a la presencia de suelos dispersivos
  • 25. CAP. III: SUELOS DISPERSIVOS 25 IDENTIFICACIÓN DE SUELOS DISPERSIVOS EN CAMPO El reconocimiento en campo para determinar si existe alguna indicación en la superficie, como la erosión tipo túnel a lo largo de las líneas de quebradas y la erosión de intemperización o arcillas unidas en roca pueden señalar suelos potencialmente dispersivos. La erosión en grietas de los caminos, la presencia de quebradas profundas y fallas por tubificación en pequeñas presas, habitualmente indican la presencia de suelos dispersivos. La presencia de agua nublada en presas pequeñas y charcos de agua después de la lluvia indica suelos dispersivos.
  • 26. CAP. III: SUELOS DISPERSIVOS 26 Quebradas profundas y poca vegetación
  • 27. CAP. III: SUELOS DISPERSIVOS 27 IDENTIFICACIÓN DE SUELOS DISPERSIVOS EN LABORATORIO ANÁLISIS FÍSICO •El Ensayo de Crumb (USBR 5400-89) •El Ensayo del Doble Hidrómetro (ASTM D 4221-90) •El Ensayo de Pinhole (ASTM D 4221-90) ANÁLISIS QUÍMICO •Proporción de Absorción de Sodio (SAR):
  • 28. CAP. III: SUELOS DISPERSIVOS 28 IDENTIFICACIÓN DE SUELOS DISPERSIVOS EN LABORATORIO ANÁLISIS FÍSICO El Ensayo de Crumb (USBR 5400-89) Grados de dispersión
  • 29. CAP. III: SUELOS DISPERSIVOS 29 SOLUCIONES EN SUELOS DISPERSIVOS La recuperación de tierras se aplica yeso, cal viva, entre otros productos, (bajar el pH) que reaccionarían con el carbonato sódico, formando carbonato cálcico y sulfato sódico (álcali blanco). Es necesario implantar cultivos, a ser posible de regadío y resistentes a las sales, así como la incorporación de enmiendas orgánicas. Cuando se ha identificado la extensión y la profundidad de la zona dispersiva se puede proceder a la remoción del suelo erosionable, siempre que este procedimiento sea económicamente factible. Para las carreteras se utiliza una combinación de drenajes, sub-drenajes, pavimentos impermeables y reglamentos para el uso de agua con el fin de crear una restricción severa del humedecimiento. En un terraplén debidamente gradado se puede realizar un "recubrimiento impermeable" este recubrimiento se realiza colocando una capa doble geotextil impermeable debajo, y geotextil no tejido encima.
  • 30. CAP. III: SUELOS DISPERSIVOS 30 CONCLUSIONES 1. El propósito principal de los ensayos presentados es la identificación real de las arcillas dispersivas, que son la causa de fallas en presas de tierra y serias erosiones en otras estructuras de tierra. 2. Es recomendable utilizar más de un ensayo para comprobar la dispersividad de un suelo. La opción más simple y económica sería emplear los ensayos de Crumb. 3. Las arcillas dispersivas son altamente susceptibles a la tubificación por los procesos de erosión coloidal. Estas arcillas tienen un predominio de cationes de sodio disueltos en el agua de poros, mientras que las arcillas ordinarias, resistentes a la erosión, tienen al calcio y al magnesio como los cationes disueltos dominantes. 4. Un suelo con muchas sales hace al suelo dispersarse más fácilmente.
  • 31. CAP. IV: SUELOS COLAPSABLES 31 SUELOS COLAPSABLES: Son suelos que cambian violentamente de volumen por la acción combinada o individual de las siguientes acciones: a) al ser sometidos a un incremento de carga o b) al humedecerse o saturarse.
  • 32. CAP. IV: SUELOS COLAPSABLES IMAGEN DE LA FORMACIÓN MICROSCÓPICA DE SUELOS COLAPSABLES. 32
  • 33. CAP. IV: SUELOS COLAPSABLES IMAGEN DE LA FORMACIÓN MICROSCÓPICA DE SUELOS COLAPSABLES. 33
  • 34. CAP. IV: SUELOS COLAPSABLES 34 Definición de colapso. Se 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) TIPOS DE SUELOS COLAPSABLES Los tipos de suelos colapsables son: - Suelos aluviales y coluviales – Depositados en ambientes Semi-desérticos. por flujos más o menos torrenciales. - Suelos eólicos – Depositados por el viento, son arenas y limos arenosos con escaso cemento arcilloso en una estructura suelta o inestable. - Cenizas volcánicas – Provenientes de cenizas arrojadas al aire por actividad volcánica explosiva. - Suelos residuales – Derivados de la descomposición in – situ de minerales de ciertas rocas, son luego lixiviados por el agua y pierden su cemento.
  • 35. CAP. IV: SUELOS COLAPSABLES 35 CLASIFICACIÓN A LOS SUELOS COLAPSABLES O DESMORONABLES 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. 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.
  • 36. CAP. IV: SUELOS COLAPSABLES 36 CAUSAS La estructura de los suelos colapsables y el mecanismo de colapso se presentan cuando: •Baja plasticidad (poca actividad electroquímica). •Bajo grado de saturación (tensión capilar). •Muy bajo peso unitario seco (alta relación de vacíos). •El agua rompe los puentes cementantes entre partículas. •Las partículas caen a una posición más estable.
  • 37. CAP. IV: SUELOS COLAPSABLES 37 El fenómeno del colapso puede ser interpretado como: Una eliminación de las fuerzas capilares que, al generar presiones efectivas adicionales entre granos, permitían el desarrollo de ciertas resistencias al corte entre los mismos. Una disminución de la resistencia al corte en las pequeñas partículas que actuaban de vínculo entre las mayores. Una disminución o eliminación de la cementación entre granos provista por sales solubles. DAÑOS Los daños que originan los suelos colapsables, es originando por inestabilidad en el terreno provocando hundimientos y creando grietas de mayor consideración generando pérdidas estructurales en su mayoría.
  • 38. CAP. IV: SUELOS COLAPSABLES 38
  • 39. CAP. IV: SUELOS COLAPSABLES 39 IDENTIFICACIÓN DE SUELOS COLAPSABLES Y EXPANSIVO •Los suelos expansivos reducen su volumen cuando se reduce la humedad. •Los suelos colapsables reducen su volumen cuando aumenta su humedad. La manifestación exterior puede ser similar. El límite líquido permite distinguirlos. •Expansivo LL > 50, ωsat<< LL •Colapsable LL < 35, ωsat≅ LL
  • 40. CAP. IV: SUELOS COLAPSABLES 40 Identificación por métodos Existen varios métodos para determinar el potencial del colapso de estos suelos: Método de Knigth Está basado en los experimentos realizado por Abeljer (1948), se coloca la muestra en el odómetro con su humedad natural para su posterior saturación a una presión fija de 2Tn/in2, con los resultados obtenidos se grafica la relación de vacíos contra logaritmo de la presión. Donde: •CP: Colapso potencial •Δesat. : Cambio de relación de vacíos en la saturación. •Eo: Relación de vacíos natural del suelo.
  • 41. CAP. IV: SUELOS COLAPSABLES 41 Método de Gibbs: En un método cualitativo basado en una gráfica de límite liquido contra densidad natural seca y contiene una curva límite de colapsabilidad. La zona “colapsable” comprende de los suelos de baja densidad natural, indica que la humedad de saturación es superior a la humedad en el límite líquido, lo cual produce una disminución de la plasticidad y un mayor asentamiento. En la zona “No colapsable” los suelos son de alta densidad natural y la humedad de saturación es menor o igual a la humedad en el límite liquido permaneciendo en suelo en estado plástico y manteniendo así su resistencia al deslizamiento.
  • 42. CAP. IV: SUELOS COLAPSABLES 42 El ensayo de colapsabilidad potencial según la NTP 339.163 (ASTM D 5333) Las muestras utilizadas para la evaluación de colapsabilidad deberán ser obtenidas de pozos a cielo abierto, en condición inalterada. El potencial de colapso (cp) se define mediante la siguiente expresión: Δe = Cambio de la relación de vacíos debido al colapso bajo humedecimiento. e0= relación de vacíos inicial. ΔHc=Cambio de altura de la muestra. H0 = Altura inicial de la muestra.
  • 43. CAP. IV: SUELOS COLAPSABLES 43 SOLUCIONES EN SUELOS COLAPSABLES La primera cuestión que debe analizarse cuando se diseñan cimentaciones en suelos susceptibles al colapso, es la probabilidad que el agente desencadenante del fenómeno, el agua, pueda o no introducirse en el terreno y por ende "sensibilizar" al suelo en donde se apoyarán las estructuras. Por definición, sin la presencia del agua, el suelo no colapsa. El objetivo central de todas estas soluciones es prevenir las fallas estructurales o de servicio que pueden sobrevenir sobre las estructuras construidas sobre estratos de suelos colapsables. Se divide a estas soluciones en: a) Tratamiento del suelo colapsable con vista a eliminar la tendencia al colapso a lo largo de todo el estrato de suelos desmoronables. b) Diseño de elementos constructivos que eliminen o disminuyan a límites razonables la posibilidad que se inicie el colapso. c) Diseño de estructuras y/o cimentaciones insensibles a los asentamientos provocados por el colapso, por ejemplo, fundaciones profundas apoyadas sobre un manto profundo no sujeto a los asentamientos por humedecimiento.
  • 44. CAP. IV: SUELOS COLAPSABLES 44 Medidas de diseño para suelos colapsables: •Retiro y recolocación. •Compactación in situ. •Inundación. •Fundaciones indirectas.
  • 45. CAP. IV: SUELOS COLAPSABLES 45 CONCLUSIONES 1. 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.
  • 46. CAP. V: NORMA E.050 46 En el Reglamento Nacional de Edificaciones, Titulo III Edificaciones, Consideraciones Generales de las Edificaciones, Norma E.050, Suelos y Cimentaciones, Capitulo 6. Problemas especiales de cimentación. Artículo 29.- SUELOS COLAPSABLES 29.1. Obligatoriedad de los Estudios 29.2. Evaluación del Potencial de Colapso 29.3. Cimentaciones en áreas de suelos colapsables 29.4. Reemplazo de un suelo colapsable Artículo 31.- SUELOS EXPANSIVOS 31.1. Obligatoriedad de los Estudios 31.2. Evaluación del Potencial de Expansión 31.3. Cimentaciones en áreas de suelos expansivos 31.4. Reemplazo de un suelo expansivo