7/23/2019 Reporte de Laboratorio Expansividad

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DETERMINACION DE

LA EXPANSIVIDAD DEUN SUELO

7803957 NEHEMIAS JUAN RIVERAMENDEZ

8830553 REN ESTUARDO BRIONESJUAREZ

201590533 EDWIN ERARDO LOPEZBARRIOS

200930122 JUAN JOS RIVERA MIRANDA

201030087 MARIO LUIS CI!UENTES JACOBS

201590535 B"RON EDUARDO PEREZ LOPEZ

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REPORTE DE LABORATORIO: DETERMINACION DE LA EXPANSIVIDAD DEUN SUEL0.

CIMENTACIONES EN SUELOS PARCIALENTE SATURADOS: EXPANSIVOS YCOLAPSABLES.

INTRODUCCIONLos suelos que presentan el fenmeno de la expansin, relacionan su origen conla presencia de minerales arcillosos en su composicin, los minerales ms

comunes que pueden ocasionar la expansin en estos suelos, son:

montmorillonita, illita, caolinita y vermiculita.

La expansin se refiere al aumento considerable de volumen, generado al

aumentar el grado de saturacin del suelo, sin modificar la presin externa a la

cual est sometido el suelo cuando inicia la saturacin. Los suelos expansivos

tambin pueden verse sometidos al proceso de retraccin si se presentan

condiciones climticas de humedecimiento y secado, provocando aumento y

disminucin de volumen respectivamente.l proceso de expansin de las arcillas se debe principalmente al tipo de mineral

arcilloso por el que est compuesta, a la facultad que posea el suelo para el

intercambio catinico, a su estructura, a la cantidad de arcilla existente en

determinado suelo y los l!mites de consistencia.

REVISION BIBLIOGRAFICA

SUELOS EXPANSIVOS: Los suelos expansivos son arcillas plsticas que por sualto contenido de minerales arcillosos, tales como montmorilonita y esmectita,

experimentan grandes cambios de volumen al modificar su humedad" dichossuelos estn caracteri#ados por un comportamiento c!clico de expansin y

contraccin al incrementar y reducir su contenido de agua, respectivamente. $e

modo que todos los suelos cohesivos se expanden o contraen con el cambio de

humedad. La diferencia entre los suelos comunes y los expansivos radica en que

los cambios de volumen en estos %ltimos llegan a alcan#ar niveles que generan

da&os a las obras construidas sobre ellos.

'e han encontrado suelos expansivos en diferentes partes del mundo, incluyendo

(uatemala, espec!ficamente en el parcela miento la )aquina, scuintla.

*s! pues, el trmino +suelo expansivo+ se usar para referirse a aquellos suelos

que en su constitucin tienen preferentemente minerales arcillosos con estructuralaminar potencialmente inestable, tales como montmorillonita, vermiculita, clorita y

combinaciones de capas mixtas de esos minerales o de ellos con otros.

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Identificci!n "i#$% de #$e% e'(n#i"

MECANISMOS DE EXPANSI)N Y SUS EFECTOSMecni#*Los mecanismos que inducen grandes cambios de volumen en suelos expansivos

son m%ltiples y comple-os, los cuales pueden integrarse, a grandes rasgos, en dos

tipos: mecnico y fisicoqu!mico" ambos interact%an entre s! y son indispensables

para que tenga lugar el fenmeno de expansin en el suelo.

a )ecanismos mecnicos

Los suelos expansivos siempre se encuentran en un estado de saturacin parcial,

para el cual los poros del suelo estn llenos de aire y agua. La presencia del aire y

el agua en los poros del suelo puede tener varias formas dependiendo del gradode saturacin en el cual se pueden considerar tres casos: de aire entrapado,

doblemente abierto y de agua encerrada. n el sistema de agua encerrada el

grado de saturacin es menor que /0 y la fase l!quida est adherida, en forma

discontinua, a la fase slida, de manera que los esfuer#os en aquella fase se

transmiten solamente a travs de los contactos intergranulares. n el sistema de

aire entrapado, el grado de saturacin puede llegar a ser mayor que 20 y las,

burbu-as de aire estn aisladas dentro de la fase l!quida sin tener contacto con la

fase slida. n estos dos casos extremos, el suelo, aunque f!sicamente es de tres

fases, puede considerarse de dos fases desde el punto de vista de la mecnica de

suelos: el de agua encerrada es de slido3aire, y el de aire entrapado, de slidoagua.

4ara un amplio intervalo intermedio del grado de saturacin, el suelo que resulta

del sistema doblemente abierto tiene tres fases y todas ellas pueden transmitir sus

esfuer#os de manera continua. La mecnica de suelos no saturados moderna,

generalmente, estudia este tipo de suelo.

b )ecanismos fisicoqu!micos

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La succin est presente en todos suelos cohesivos no saturados, pero no todos

de estos son expansivos. La succin por s! sola no explica el gran cambio de

volumen que se presenta en suelos expansivos, por lo que el mecanismo

fisicoqu!mico no debe menospreciarse. Los suelos expansivos tienen la capacidad

de absorber grandes cantidades de agua, las cuales generan un hinchamiento en

la masa del suelo. $esde el punto de vista mineralgico, dicha capacidad deabsorcin del agua y su respectivo cambio de volumen dependen del tipo y

cantidad de minerales arcillosos y sus iones intercambiables, as! como el

contenido y la estructura interna de electrolitos en la fase l!quida.

Los minerales arcillosos se forman a partir de un proceso de alteracin de las

rocas" la alteracin incluye desintegracin, oxidacin, hidratacin y lixiviacin. La

combinacin de la roca y las condiciones de alteracin crean diferentes tipos de

mineral arcilloso. 4or e-emplo, la montmorilonita se produce en un ambiente de

extrema desintegracin, fuerte hidratacin y una lixiviacin limitada. l ambiente

de su formacin es alcalino con la presencia de magnesio" las lluvias moderadas

se presentan en relacin directa a cambios estacionales, dando como resultadouna evaporacin mayor que la precipitacin. l agua es suficiente para el proceso

de alteracin y al mismo tiempo los cationes acumulados no pueden removerse

por lluvias torrenciales, condiciones que se presentan en regiones semi3ridas y

favorables para la formacin de montmorilonitas.

La mayor!a de los cristales de arcilla consisten en lminas atmicas de s!lice y

al%mina. n la lmina sil!cica cada tomo de silicio de valencia 5 est rodeado por

cuatro de ox!geno con valencia , cada uno de los cuales contribuye con una

valencia que se eslabona al silicio central. *lgunas de las restantes valencias del

ox!geno se unen al silicio contiguo, pero los ox!genos de uno de los lados de la

lmina no estn satisfechos. La lmina alum!nica, por otro lado, consiste en

unidades de un tomo de aluminio rodeado de ox!genos e hidrxidos ox!genos ygrupos 67, alternativamente. Las lminas formadas al unirse los octaedros no

equilibran las valencias, como en el caso del silicio, de manera que

ocasionalmente una unidad octadrica no contendr aluminio, haciendo que las

lminas no sean simtricas y uniformes. n la lmina alum!nica sucede la llamada

substitucin isomorfa en la que uno o ms aluminios de valencia 5 son

substituidos por magnesios con valencia , creando un desbalance, el cual agrava

el ya existente desequilibrio local causado por la ausencia de aluminio en el

octaedro.

La mayor!a de los minerales arcillosos estn formados por lminas sil!cicas y

alum!nicas empaquetadas entre s! para formar placas. Las lminas sil!cicascomparten con las lminas alum!nicas los ox!genos no satisfechos, a fin de formar

un con-unto ms o menos equilibrado. l desequilibrio causado por la substitucin

isomorfa hace que las cargas en las caras de los minerales arcillosos sean

generalmente negativas, mismas que pueden satisfacer a los cationes disueltos en

el agua. n consecuencia, la superficie con carga negativa y los en-ambres de

cationes constituyen la doble capa difusa. n esta capa difusa, la molcula de

agua, caracteri#ada por su polar o dipolo, se adhiere fuertemente a la superficie de

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arcilla. Los cationes de la humedad del suelo tambin son atra!dos por la

superficie arcillosa para equilibrar la carga negativa. stos cationes no estn

completamente integrados a los minerales arcillosos y pueden, por lo tanto, ser

reempla#ados por otros cationes siempre que el equilibrio total de valencias sea

mantenido. Los cationes de valencia inferior pueden ser sustituidos por los de

valencia superior. La capacidad de intercambio catinico var!a enormemente de unmineral a otro, misma que determina la capacidad de absorcin y de cambio

volumtrico de los suelos de acuerdo a los minerales que contengan.

8uando se dispone el agua, sta diluye la concentracin de iones presentes entre

las part!culas arcillosas e incrementa la de cationes, dando como resultado un

aumento de la distancia entre las mismas" la expansin de la capa difusa produce

una presin de repulsin entre las part!culas coloidales, la cual se puede

considerar como una presin osmtica y est relacionada directamente con la

presin de expansin que se observa macroscpicamente. 'i esta fuer#a repulsiva

no est balanceada con una presin externa, el volumen del suelo se incrementa

generndose el fenmeno de expansin.8omo se puede observar, tanto las condiciones de saturacin parcial como el

contenido de minerales coloidales son indispensables para que suceda el

fenmeno de suelo expansivo. 9n suelo no saturado sin montomorilonita, tal como

la mayor!a de los suelos cohesivos, no tiene problemas de expansin" igualmente,

una arcilla saturada, aun con alto contenido de montomorilonita, no tiene

problemas similares a los que tienen los suelos expansivos.

Efect d+inLos suelos expansivos generan da&os a estructuras causados por el movimiento

del suelo a consecuencia del cambio de humedad" cuando el suelo est confinado

lateralmente el potencial de expansin se traduce en un empu-e lateral. 'edistinguen cinco tipos de efectos da&inos.

, M&"i*ient& c-ntic&6curre en la parte central de una estructura en una forma de domo con su valor

mximo en el centro. l movimiento no es brusco y se desarrolla durante varios

a&os, mismo que est asociado con una reduccin en la evapotranspiracin. La

construccin de la estructura rompe el equilibrio en las condiciones de

evaporacin y elimina la presencia de vegetacin, de manera que la humedad se

acumula en el subsuelo. Las grietas se presentan en forma vertical, hori#ontal y

diagonal, siendo sta %ltima desde la parte central inferior de la estructura haciasus esquinas superiores. l ancho de las grietas es mayor en la parte superior

cercana al techo" ste restringe la propagacin de grietas verticales generando

grietas hori#ontales adicionales a lo largo del contorno del techo. Los da&os son

severos y progresivos en regiones cuyo clima es semirido, caluroso y seco, y que

el nivel fretico se encuentra profundo.

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;actores a tomar en cuenta para el dise&o sobre un suelo expansivo

/, M&"i*ient& (ei*et%;orma un patrn de disco en la periferia de la estructura. l retiro de vegetacin

preexistente y encharcamiento en la inmediacin de sitios de construccin causan

un aumento de humedad en el subsuelo" los efectos da&inos se observan con

prontitud despus de la construccin. l levantamiento de las esquinas de la

estructura genera grietas hori#ontales, verticales y diagonales, siendo estas

%ltimas desde las esquinas inferiores hacia la parte central superior. l ancho de la

grieta es mayor en la parte inferior de la estructura.

Aiet*ient& de e#t$ct$ (& *&"i*ient& (eif-ic&

c, M&"i*ient& c1c%ic&l movimiento est asociado con el cambio c!clico de expansin y contraccin en

que el drena-e, la precipitacin y la evapotranspiracin generan prdida o

incremento de humedad en el subsuelo. l movimiento est controlado por fugas

de agua locales, cambio climtico estacional o efectos de desecacin de lasvegetaciones cercanas a la estructura. Los da&os son ms severos cuando el

suelo posee una buena permeabilidad en el que intensas lluvias generan

levantamientos perimetrales. l patrn de da&os en los muros de tabique no son

bien definidos, presentndose generalmente grietas diagonales cru#adas.

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*grietamiento de estructura por movimiento c!clico

d, E*($2e %te%La expansin del suelo es un fenmeno de cambio de volumen, por lo que genera

movimientos del terreno en todas las direcciones. Los movimientos hori#ontales

del terreno se notan de dos maneras: el movimiento o inestabili#acin de un talud

o empu-es laterales sobre un muro de contencin. $ependiendo del potencial deexpansin, los empu-es laterales generados por el aumento de humedad pueden

alcan#ar grandes magnitudes.

e, Aiet*ient& de #$e%&8omo la tensin capilar se e-erce en todas direcciones, la contraccin se produce

vertical y hori#ontalmente. La contraccin hori#ontal del suelo genera esfuer#os de

tensin en la misma direccin" si este esfuer#o rebasa la resistencia a la tensin

del suelo que es de ba-a a nula, se forman grietas de secado, las cuales son

todav!a ms peligrosas que un simple cambio de volumen. stas grietas reducen

confinamiento lateral a las estructuras, propician la acumulacin de agua y

disminuyen el factor de seguridad contra la estabilidad de un talud.

=

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M3TODOS DE IDENTIFICACI)N

Identificci!n en c*(&*lgunos indicadores de la presencia de los suelos expansivos son:

a (rietas de secado. Las grietas aparecen en la superficie de terreno durante

periodos de sequ!a, con un arreglo geomtrico del tipo poligonal, frecuentemente

de gran dimensin. La resistencia del suelo seco es alta.

b 4lasticidad. s relativamente fcil hacer un rollo sin triturarlo.

c spe-os de friccin. Las superficies de suelos recientemente expuestas al aire

muestran abundantes fisuras y espe-os de friccin.

d >extura. Los suelos son resbalosos y tendientes a pegarse a #apatos o llantas

de veh!culos cuando estn h%medos.

e $a&os estructurales. La observacin de grietas y distorsiones en las estructuras

vecinas indican el potencial de expansin.

M-t&d *ine%!icLa composicin mineralgica tiene una influencia fundamental sobre el potencial

expansivo de suelos. Las cargas elctricas negativas existentes en la superficie de

minerales arcillosos, la resistencia de ligas entre capas y la capacidad de

intercambio catinico contribuyen al potencial expansivo. s posible identificar la

expansividad de las arcillas al conocer su constitucin mineralgica. 'e dispone

de varias tcnicas, tales como difraccin rayo ?, anlisis trmico diferencial,anlisis qu!mico y microscopio electrnico.

l procedimiento de difraccin rayo ? es el ms utili#ado. 8onsiste en determinar

las proporciones de diferentes minerales arcillosos comparando las intensidades

de l!neas de difraccin con aquellas definidas en substancias estndares. l

anlisis trmico diferencial, usado -unto con el de difraccin ? y el qu!mico, es

capa# de identificar otros materiales dif!ciles de determinar. l anlisis qu!mico es

@

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un valioso suplemento de otros mtodos. 4ara grupos de minerales de

montmotilonita, este anlisis determina las caracter!sticas de la substitucin

isomorfa y muestra el origen

y locali#acin de las cargas que se tienen en las superficies arcillosas. 8on el

microscopio electrnico se tiene una manera directa para observar el material, %til

para definir la composicin mineralgica, textura y estructura interna. $osmateriales con el mismo patrn de difraccin rayo ? y curvas trmicas

diferenciales pueden mostrar diferentes caracter!sticas morfolgicas desde el

punto de vista del microscopio electrnico.

4ara una identificacin confiable se deben usar varios mtodos al mismo tiempo.

n la identificacin mineralgica, particularmente la interpretacin de resultados

para uso ingenieril, requieren de conocimientos y experiencias que no tiene

generalmente un geotecnista, por lo que se debe acudir a expertos en el tema.

M-t&d indiect

'e han desarrollado varios mtodos de acuerdo con sus propiedades !ndice paraclasificar suelos expansivos.

a 4ropiedades !ndice 7olt# y (ibbs A12

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G l n%mero de sondeos deber ser mayor de tres y deben locali#arse

preferentemente en las esquinas de la estructura.

G La profundidad de los sondeos deber ser mayor que la de la #ona activa, los

cuales debern ser continuos en esta #ona.

G $ebido a que el potencial de expansin del suelo depende de su humedad

natural y sta es cambiante durante un a&o, las muestras que sern utili#adaspara la determinacin del potencial de expansin debern obtenerse al final de

verano o comien#o de oto&o, tiempo en que se espera un mximo potencial de

expansin.

G 'e debe conservar el contenido de agua natural de las muestras de suelo al

tiempo de minimi#ar los efectos de remoldeo. l empacado de las muestras debe

ser inmediato, evitando la exposicin al aire de las mismas.

G Las mediciones de succin en el campo todav!a no arro-an resultados confiables

para el clculo de expansin" ser preferible reali#ar dicha medicin en laboratorio

con muestras representativas.

C&nt&% de 5$*edd'e deben dise&ar detalles constructivos para minimi#ar la influencia del cambio de

las condiciones de humedad sobre el terreno de cimentacin teniendo en cuenta

particularmente los siguientes aspectos:

G 9tili#ar un sistema de riego por goteo para la vegetacin, minimi#ando la

cantidad de agua usada y manteniendo prcticamente constante la humedad del

suelo.

G La ba-ada de agua pluvial y las canaletas de los techos no debern acumular el

agua cerca de la cimentacin. 'i es posible, se deber dirigir el agua del techo a

travs de tuber!as que descarguen a la calle o a otros lugares apropiados,

manteniendo el agua le-os de la cimentacin.G 8onstruir, al menos, una banqueta de / m fuera de la cimentacin o compactar el

suelo aleda&o de ella para que forme una superficie dura y menos permeable.

G l suelo o concreto fuera de la cimentacin deber tener una pendiente evitando

escurrimientos hacia la construccin y que ayude a prevenir la filtracin del agua

hacia el suelo.

Ci*entci&ne# #$(efici%e#Las cimentaciones superficiales que se utili#an sobre los suelos expansivos

incluyen #apatas aisladas, #apatas corridas y losas. 4re# y 6lmos A122@ han

presentado un buen resumen sobre el estado del arte en el dise&o decimentaciones sobre suelos expansivos, el cual es la base del contenido de sta y

la siguiente subseccin.

, 6(t# i#%d#Los suelos sobre los cuales estn cimentadas las #apatas deben cumplir con las

siguientes caracter!sticas:

G spesor no grande.

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G 4otencial de expansin moderado, menor de 1.

G 4resiones de expansin ba-as.

G 'e dispone de un estrato de suelo no expansivo en el cual se alo-an las #apatas.

>ambin se debern aplicar tcnicas especiales a fin de incrementar el esfuer#o

de contacto y minimi#ar la expansin del suelo, algunas de las cuales son:

G $isminuir el ancho de la base de la #apata.G 8olocar el muro de cimentacin directamente sobre el terreno sin #apata.

G 4roveer espacios vac!os entre las vigas de soporte y el muro para concentrar las

cargas en puntos aislados, en los cuales tambin deber cuidarse que no se

exceda la capacidad de carga.

Hncrementar el refuer#o en el per!metro y en los pisos para incrementar la rigide#

de la cimentacin.

/, 6(t# c&id#l empleo de las #apatas corridas deber limitarse a suelos con potencial de

expansin menor de 1 y una presin de expansin menor a 1/ EgFcm. Las#apatas debern ser suficientemente angostas para proporcionar una presin de

contacto adecuada.

c, L# de ci*entci!nLas losas de concreto refor#adas y rigidi#adas con contratrabes en dos

direcciones Acorta y larga, han sido usadas exitosamente en estructuras

relativamente pesadas que estn cimentadas sobre depsitos de gran espesor

donde los pilotes constituyen una solucin poco econmica.

l dise&o est basado en el modelo de interaccin suelo3estructura. La superficie

del terreno libre experimenta un levantamiento cuyo mximo valor se presenta en

el centro de la losa. 'i una losa de gran rigide# es colocada sobre la superficie enexpansin, aqulla tiende a uniformi#ar el levantamiento que se tiene en la porcin

central de la losa y cuyo valor es menor que el mximo de expansin libre al

mismo tiempo de que la periferia de la losa no tiene contacto con el suelo. 4or otra

parte, si se tiene una losa con rigide# limitada, sta se encuentra en una situacin

intermedia tal que el levantamiento se reduce y se uniformi#a disponiendo el

contacto en toda el rea de la losa. La configuracin deformada del suelo y los

elementos mecnicos de la losa, que posteriormente se usarn para su

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dimensionamiento estructural, se determinarn en un anlisis de interaccin suelo3

estructura en el que las deformaciones de la losa y el suelo son compatibles,

pudiendo representarse por el modelo de resorte de BinEler.

Ci*entci&ne# (&f$nd#Las cimentaciones profundas pueden ser pilotes o pilas, flotantes o de punta"

todos ellos tienen la funcin de transferir las cargas de la superestructura a un

estrato de suelo resistente, poco deformable y no expansivo. 4ara las

cimentaciones sobre suelos expansivos, las pilas coladas in situ son ms

econmicas que los pilotes hincados. 8omparadas con las losas de cimentacin,

las pilas son ms competitivas si su longitud est en el intervalo comprendidoentre < y @ m, y si el rea de construccin es amplia y la longitud de fuste est

entre / y 5 m, las pilas son ms venta-osas que las #apatas corridas. Las pilas

tambin son una solucin preferida si es dif!cil encontrar un estrato firme mediante

excavacin o la excavacin afecta a las estructuras aleda&as, o si el levantamiento

diferencial de la losa es mayor de 10 cm o la deflexin resultante excede a 1F0.

Las pilas debern cimentarse sobre un estrato no expansivo o, en su defecto, la

longitud de la pila deber ser mayor que la profundidad de la #ona activa. l

dise&o de las pilas construidas en suelos expansivos deber tomar en cuenta tres

aspectos: tensin en la pila, capacidad de carga y deformacin" el primer criterio

es exclusivo para el dise&o de pilas sobre suelos expansivos y merece una mayoratencin.

M-t&d de *e2&*ient&Los ms usuales son la estabili#acin con relleno, cal y cemento.

, Re%%en&'e reempla#a el suelo expansivo de un espesor de 1 a . m por suelos no

expansivos y de ba-a permeabilidad. Los rellenos detrs de los muros tambin

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debern ser no expansivos. La ba-a permeabilidad de los rellenos ayudan a

minimi#ar la infiltracin del agua hacia la cimentacin. 'i solamente se dispone de

suelos granulares para el relleno, deber proveerse drenes subsuperficiales en el

fondo del mismo.

'i no se disponen suelos no expansivos para el relleno, una adecuada

compactacin del suelo natural tambin reduce su potencial de expansin. Lacompactacin deber ser 20 de la densidad mxima estndar con un contenido

de agua superior al ptimo" una sobre compactacin incrementa significativamente

el potencial de expansin y deber evitarse. 4ara el relleno de los muros, la

formacin de un talud 1:1 ayuda a disipar el empu-e lateral.

Ree*(%7& de% *tei% e'(n#i"&/, C%ste mtodo de estabili#acin es el ms usado y el ms efectivo entre varios

mtodos de estabili#acin qu!mica. La efectividad del mtodo se mide en funcin

del contenido ptimo de cal de modificacin que es el porcenta-e que maximi#a la

reduccin del !ndice de plasticidad del suelo. La cantidad de cal necesaria para

alcan#ar la reduccin ptima es entre a @ del peso seco del suelo. ste

mtodo de estabili#acin es recomendable cuando se logra una reduccin de 0

en el !ndice de plasticidad con el contenido ptimo. 9na ve# identificado el

contenido de cal ptimo, se recomienda determinar los !ndices de plasticidad para

los contenidos de inferior y superior al ptimo.

l tratamiento con la cal es aplicable solamente para un espesor menor de 0 cm,

por lo que deber seleccionar otras soluciones si la #ona activa est ms

profunda.

9n suelo estabili#ado con la cal incrementa su permeabilidad con respecto a la del

material no tratado, por lo que deber proveer proteccin contra infiltracin del

agua hacia el suelo. La compactacin con el 2 de la densidad mxima estndar

y un contenido de agua ptimo tambin ayudar a disminuir el potencial de

expansin.

c, Ce*ent&8uando la cal sola no es suficiente para lograr el nivel de estabili#acin deseado,

se puede agregar el cemento" la cantidad usual del cemento es entre 10 a 0 del

peso seco del suelo. 9na combinacin de cal3cemento o cal3cemento3ceni#a

volcnica puede ser un catali#ador adecuado si este se comprueba en el

laboratorio.

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SUELOS COLAPSABLESANTECEDENTESLos suelos colapsables son suelos no saturados que experimentan, cuando estn

su-etos a saturacin, un reacomodo de sus part!culas y un excesivo decremento

en su volumen con o sin la aplicacin de cargas externas. Los problemas desuelos colapsables no se presentan %nicamente en ambientes desrticos, sino

tambin pueden encontrarse en otros entornos geolgicos" los suelos

compactados que se consideran estables pueden ser colapsables dependiendo

del intervalo en la aplicacin de la carga y otros factores. $e hecho, cualquier

suelo no saturado que no contenga minerales expansivos abundantes puede tener

caracter!sticas colapsables.

ste tipo de suelo tiene mayor importancia en obras hidrulicas que en otras obras

civiles, ya que aquellas siempre tienen que interactuar con el agua, cuya presencia

constituye el problema primordial. *simismo hay que tener en cuenta que el

cambio climatolgico que se ha experimentado ha modificado las condicioneshidrolgicas de los diferentes sitios, pues en #onas ridas se presentan periodos

de sequ!a prolongados que preceden lluvias escasas, pero a veces torrenciales"

en #onas h%medas, los depsitos sedimentados producto de inundaciones

recientes pueden formar #onas de peligro potencial para periodos de tormenta

futuros. Los suelos colapsables son altamente inestables ante estos fenmenos

extremos.

'in embargo, hay que considerar que si los suelos se identifican oportunamente,

los problemas que se presentan se resuelven en forma tcnica y econmicamente

aceptable, tomando en cuenta la colapsibilidad del suelo, causas que producen

saturacin y estimacin de asentamientos por colapso. Lo anterior es con el fin de

que se pueden sugerir recomendaciones, mtodos adecuados de estabili#acin ode dise&o.

TIPOS DE SUELO COLAPSABLE'e puede afirmar que todos los suelos no saturados tienen ciertas caracter!sticas

colapsables. La magnitud de los asentamientos puede variar enormemente de un

tipo al otro. Los mecanismos que originan el colapso del suelo en condiciones de

saturacin se pueden clasificar en los siguientes puntos: estructura abierta,

presencia de cementantes y cargas externas.

La mayor parte de los suelos colapsables tienen una estructura abierta, del tipo

panal. l esqueleto de suelo se puede mantener gracias a la cohesin que leproporcionan a las part!culas algunos materiales o fuer#as que se derivan de la

tensin capilar, la cual incrementa la resistencia aparente del suelo. 'e ha

observado en las investigaciones que los suelos colapsables adquieren un

esfuer#o efectivo mximo cuando ellos tienen un contenido de agua de alrededor

de 10. xisten suelos colapsables, que una ve# saturados, son altamente

compresibles, hecho que explica el gran cambio de volumen que sufren estos

suelos" las cargas externas tambin ayudan a la solucin de materiales

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cementantes que existen en los contactos intergranulares. * fin de conocer me-or

los mecanismos de colapso, se describen a continuacin los principales suelos

colapsables.

, De(!#it e!%icntre todos los tipos de suelo, los depsitos elicos son los ms colapsables, y se

distinguen tres tipos: loess, depsitos costeros y ceni#as volcnicas, y todos ellos

son transportados por el viento a gran distancia en regiones clidas.

Los loess son part!culas de color amarillento, con un tama&o seme-ante al de la

arena, con formas que van de la subredondeada a la redondeada y con una

distribucin relativamente uniforme. Las part!culas de suelo se componen

generalmente de minerales recientes como el cuar#o, feldespato, calcita o mica

con otro material que act%a como aglutinante, siendo el material de arcilla

montmorilonita uno de ellos, de modo que cuando est seco el suelo tiene unatextura relativamente dura, y en algunos tipos de loess se encuentra el carbonato

de calcio. n clima rido, las gruesas capas de limo transportadas por el viento se

acumulan en las tierras semidesrticas cubiertas de hierba que bordean las

regiones ridas. Los depsitos se forman lentamente, por consiguiente el

crecimiento de la hierba sigue el paso de la deposicin. l resultado es una gran

porosidad y una exfoliacin vertical combinada con una estructura

extremadamente suelta. La mayor!a de los loess son duros, pero debido a la

deposicin de carbonato de calcio y xido de hierro que reviste los antiguos

huecos de ra!ces, se hacen blandos cuando se saturan. n las mrgenes de las

corrientes, los barrancos y los cortes, los taludes son casi verticales gracias a la

exfoliacin.*unque son abundantes en #onas ridas, los depsitos elicos tambin se forman

en el clima h%medo a lo largo de las costas de lagos o mares. La intemperi#acin

mecnica produce abundantes part!culas gruesas, que son acarreadas cuando se

seca la playa por los vientos costeros durante las horas de marea ba-a y que se

concentran en playas o barras debido a acciones de las olas.

Las ceni#as volcnicas tambin son transportadas por el viento. 8onsisten en

peque&os fragmentos de rocas !gneas lan#ados por el vapor sobrecalentado y los

gases de los volcanes. La ceni#a volcnica reciente es una arena o grava arenosa

ligera. Los depsitos pueden ser estratificados o me#clas bien graduadas. Las

ceni#as absorben el agua con facilidad y se descomponen rpidamente. >oba yarcilla volcnica son productos de la descomposicin de las ceni#as, en diferentes

grados.

/, De(!#it %$"i%e#stos depsitos se forman en abanicos aluviales. 'on depositados originalmente

por avenidas s%bitas o flu-os de lodo que se generan en periodos de retorno largos

y consisten en materiales sueltos con un considerable porcenta-e de arcilla. $ichos

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depsitos se van secando y no vuelven a saturarse hasta la llegada de la siguiente

avenida, por lo que son inestables en estado seco. l contenido de arcillas tiene

una influencia importante en el comportamiento del suelo. 'e ha observado que el

asentamiento mximo ocurre cuando el porcenta-e de arcillas alcan#a a 1 de

los slidos, y se presenta un menor asentamiento cuando las arcillas representan

una cantidad menor que y el suelo se expande si dicho porcenta-e es mayorque el treinta por ciento.

c, S$e% e#id$%e#n algunas regiones h%medas y clidas el proceso de intemperi#acin puede

alcan#ar profundidades considerables. 8omo producto de diferentes grados de

descomposicin qu!mica, el suelo residual puede estar constituido por granos de

arena y minerales arcillosos, originados respectivamente de cuar#o y feldespatos.

Los granos de arena forman una estructura de alma abierta, mientras los

minerales arcillosos sirven como unin granular entre los primeros. stando seco,

el suelo parece ser muy firme" pero una ve# est saturado, la escasa cantidad deminerales arcillosos, generalmente caolinitas, pierde su capacidad de unir las

part!culas slidas de arena. n consecuencia, el suelo se comprime o se colapsa

considerablemente.

d, S$e% c&*(ctd*l humedecerse, los suelos compactados pueden tener un comportamiento

expansivo o colapsable, dependiendo principalmente del intervalo de carga y del

tipo de suelo.

n los suelos arenosos o limosos casi siempre se presenta una tendencia a la

reduccin de volumen. 4ara otros suelos, si la carga aplicada es peque&a, los

suelos se expanden al saturarse" por lo que se puede definir una carga deexpansin que sirva como una frontera que marca la tendencia al cambio de

volumen: si la carga aplicada es mayor que ella, los suelos experimentan

reduccin de volumen. *l ser ms plstico el suelo con un mayor contenido de

arcilla, la carga de expansin es mayor y el suelo es menos colapsable.

$e acuerdo con este comportamiento, se puede esperar de un terrapln

compactado que experimente expansin en la capa superficial y colapso a

grandes profundidades. l grado de compactacin tambin influye en el

comportamiento de suelo. 'i ste est compactado con un contenido de agua

menor que el ptimo y una ba-a densidad, el potencial de colapso es alto.

DETERMINACION DEL INDICE DE EXPANSION LIBRE DE LOS SUELOS1. DEFINICION: l !ndice de expansin libre es el aumento de volumen que

sufre un suelo sin restricciones internas, cuando se sumerge en agua.8. E9UIPO Y MATERIALES:

a. >ami# de 5 Im de abertura AJo.m50.b. 7orno: termostticamente controlado y que pueda controlar temperatura

constantes y uniformes hasta 110 KF3 8 A/0 KF3 2 ;.# #

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c. 4robetas graduadas" de 100 ml de capacidad.d. arilla de vidrio: para agitar las suspensiones de suelo.e. Malan#a: con capacidad de 00 gramos y sensibilidad de 0.01 g.f. *gua destilada desminerali#ada.

. PROCEDIMIENTOa. $e una porcin de suelo completamente me#clado que pase el tami# de5 Nm AJo. 50 y recin secado al horno, se toman dos muestras, de 10 g

cada una.

Jota 1: n el caso de suelos altamente expansivos, como la bentonita, la

muestra debe ser de solo g o, alternativamente, se deber usar una probeta

de 0 ml para los 10 g de muestra.

b. 'e coloca cada muestra en una probeta graduada de 100 ml de capacidad.c. 8uidadosamente, se llena uno de los cilindros con Eerosene y el otro con

agua destilada, hasta la marca de 100 ml.

Jota : 8omo el Eerosene es un l!quido no polar, no producir ninguna

expansin en el suelo.Jota /: 'e puede usar tetracloruro de carbono A88l5 en lugar de Eerosene.

d. )ediante agitacin con la varilla de vidrio, se remueve el aire atrapado en

los cilindros.e. 'e permite el asentamiento de las muestras en ambos cilindros.f. 'e de-an los cilindros en reposo por un lapso de, cuando menos, 5 horas,

para que las muestras de suelo alcancen el equilibrio volumtrico.g. 'e anota el volumen que alcan#a el suelo en cada cilindro A;igura 1/ 3 1.

;. C

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1.5 Lecturas obtenidas en cada uno de los cilindros y el valor calculado del !ndice

de expansin libre.

4reparacin de muestra para ensayo de volumen

de sedimentacin. )uestra puesta en saturacin.

)uestra saturada durante 5 horas.

1@