protocolo de inv. arcillas expansivas final

8/18/2019 Protocolo de Inv. Arcillas Expansivas Final

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[PROTOCOLO DE INVESTIGACION: “SUELOSEXPANSIVOS ”]

TARLLER DEINVESTIGACION I

DE LA TORRE GUERRERO ARELI DARIANA 1

INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHILPANCINGO

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA TIERRA

INGENIERIA CIVIL

TALLER DE INVESTIGACION 1

PROTOCOLO DE INVESTIGACION: “ SUELOS

EXPANSIVOS”

PROFESOR: EFRAIN CASTAÑEDA REYES

ALUMNO: DE LA TORRE GUERRERO ARELI

DARIANA


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INDICEANTECEDENTES ................................................................................................................................... 4

PLANTEAMMIENTO DEL PROBLEMA .................................................................................................. 5

OBJETIVO GENERAL ............................................................................................................................. 5OBJETIVOS ESPECIFICOS ...................................................................................................................... 5

HIPOTESIS ............................................................................................................................................ 6

JUSTIFICACION .................................................................................................................................... 6

MARCO TEÓRICO ................................................................................................................................. 6

CAPITULO 1 ORIGEN Y FORMACION DE LOS SUELOS EXPANSIVOS .................................................... 8

1.1ORIGEN Y PROCESO DE FORMACION ......................................................................................... 8

1.1.1 EFECTOS DEL IMTEMPERISMO .................................................................................... 8

1.1.2 EFECTOS DEL TRANSPORTE ......................................................................................... 9

1.2 RIGEN DE LOS SUELOS EXPANSIVOS ....................................................................................... 10

CAPITULO 2 IDENTIFICACION DE ARCILLAS EXPANSIVAS ................................................................. 11

2.1 ZONA ACTIVA..................................................................................................................... 11

2.2 FACTORES DE INFLUENCIA DE SU COMPORTAMIENTO .................................................... 13

2.2.1 DE ACUERDO CON LAS CARACTERISTICAS DEL SUELO .................................................. 14

2.2.1.1 MICROESCALA ........................................................................................................... 14

2.2.1.2 MACROESCALA .......................................................................................................... 162.2.2 DE ACUERDO A LAS CONDICIONES DEL ENTORNO ....................................................... 18

2.3 METODOS PARA DETERMINAR EL POTENCIAL EXPANSIVO DE UN SUELO ...................... 21

CAPITULO 3 UBICACIÓN DE SUELOS EXPANSIVOS ............................................................................ 23

3.1 SUELOS EXPANSIVOS EN CHILPANCINGO, GRO. ..................................................................... 27

3.1.1 GENERALIDADES ............................................................................................................... 27

3.1.2 ORIGEN DE LOS SUELOS EN LA CIUDAD DE CHILPANCINGO ............................................ 27

3.1.3 FOTOGRAFIAS DE LAS AFECTACIONES DE LOS SUELOS EXPANSIVOS EN ALGUNAS ZONAS

DE LA CIUDAD DE CHILPANCINGO ............................................................................................ 28

CAPITULO 4 TRATAMIENTO Y DISEÑO DE ESTRUCTURAS ................................................................ 30

4.1 MEDIDAS PREVENTIVAS BÁSICAS. ........................................................................................... 30

4.2 DISEÑO DE ESTRUCTURAS. ...................................................................................................... 31

4.2.1 ALTERAR EL SUELO EXPANSIVO........................................................................................ 31


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6.2.2 EVITAR AL SUELO EXPANSIVO. ......................................................................................... 35

6.2.3 MITIGAR LOS EFECTOS EN LA SUPERESTRUCTURA. SISTEMAS DE CIMENTACIÓN

FLEXIBLES:.................................................................................................................................. 36

CONCLUSION. .................................................................................................................................... 37

GLOSARIO .......................................................................................................................................... 38

CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES ...................................................................................................... 39

BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................................... 40


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ANTECEDENTES

La historia de los suelos expansivos comenzó hace millones de años en la eras

del vulcanismo. La ceniza fue depositada en aguas poco profundas y formó unasolidificación de arcilla rica en montmorilonita inestable, el principal mineral de lasarcillas expansivas. También se debe a gran medida al proceso de edificación a lolargo del tiempo.

El fenómeno de la expansividad de los suelos arcillosos al que hasta hacerelativamente poco tiempo se le prestaba escasa atención en el país, ha pasadoen los últimos años, al primer plano de la construcción.

En el pasado se ha prestado atención significativa al comportamiento de las

arcillas, probablemente debido a que los daños provocados por ellas contribuyenen una gran proporción a los daños estructurales en las obras civiles. Así, ArthurCasagrande (1932) escribió uno de los primeros tratados en los que se discutía laestructura de las arcillas y su impacto en la ingeniería de cimentaciones.Posteriormente, Skempton (1953) describió el efecto de su actividad coloidal. Porsu parte, Jennings y Knight (1957) describieron cómo predecir las expansiones deun suelo mediante el uso de pruebas con el odómetro, y Felt (1953) describió lainfluencia que tiene la vegetación en el contenido de humedad de las arcillas.

Un suelo expansivo es aquel susceptible de sufrir cambios volumétricos porvariación de humedad. Se puede precisar que los suelos expansivos se originanpor la presencia de un suelo arcilloso con mineral montmorilonita en un climasemiárido, donde la evapotranspiración potencial media anual es mayor que laprecipitación media anual.

Las arcillas expansivas tienen la capacidad de modificar su volumen cuandoabsorbe o deja de absorber agua produciendo hinchazones sobre el asentamientode la obra.

El hecho de que un suelo se considere como expansivo por su composiciónmineralógica, granulometría, límites de consistencia, solo constituye una parte delproblema; pues para que se produzca ese hinchamiento o retracción del suelo,aún tienen que coincidir números factores, tanto naturales como debido a laactividad del hombre. Todos estos factores actuando en mayor o menorproporción controlan el equilibrio de la humedad del suelo, del que definitivamentedependen sus cambios de volumen.


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PLANTEAMMIENTO DEL PROBLEMA

Los principales problemas a los que nos enfrentamos con los suelos expansivosson las deformaciones que son más grandes que las deformaciones elásticas y

éstas no pueden ser previstas por la elasticidad clásica o por la teoría de laplasticidad. Los movimientos provocados por los mismos tienen comúnmente unpatrón irregular como para causar grandes daños a las estructuras y pavimentosque se apoyan sobre estos.La mayor parte de los asentamientos humanos se encuentra sobre suelosexpansivos, sin embargo, los suelos expansivos no causan problemas a menosque las estructuras que se construyen sobre ellos sean diseñadasinadecuadamente. En general, los suelos expansivos afectan principalmente a lascimentaciones, así como también a diferentes partes de la estructura provocando

que la cimentación esté sometida a solicitaciones ajenas al diseño.Estos daños los podemos observar a través de la aparición de grietassignificativas muy a menudo en las esquinas de las ventanas y puertas, en losmuros, en las losas de las cocheras inclusive pisos del interior de la casas, en lasbanquetas, y en las avenidas

Por tal motivo es indispensable el mejoramiento de dicho suelo. Utilizandomezclas de algunos materiales.

OBJETIVO GENERAL

Debido a que en la actualidad las construcciones de ingeniería civil muestranproblemas de agrietamiento, asentamiento e incluso el colapso, en el presenteproyecto se documenta una investigación de aquellos factores que inciden endicha problemática.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Identificar el concepto de suelo expansivo Identificar aquellos factores que propician la expansión de los suelos.

Proponer técnicas de mejoramiento de la calidad de los suelos expansivos.

Descripción de técnicas para mitigar la expansividad de los suelosexpansivos.

Elegir la técnica más apropiada, para la ciudad de Chilpancingo de losBravo.


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HIPOTESIS

Siendo los suelos expansivos, muy predominantes en México, y causante devarias afectaciones en las construcciones civiles; es my probable que actualmente

se siga construyendo sobre este tipo de suelo sin algún estudio geológico y/o demecánica de suelos.

Las consecuencias que el fenómeno de la expansividad trae consigo son las quenada de carácter económico, ya que en la mayoría de los casos se invierte másrecurso en la remodelación de la edificación que en la construcción de la misma; oen algunos otros casos la edificación queda inservible.

Lo que es muy cierto es que este tipo de suelo en algunas ocasiones no se ´puederemover por completo, pero lo que si se puede hacer es mitigar o reducir al

mínimo su efecto, haciéndole unas mejoras al mismo mediante las técnicas que semencionaran en este proyecto.

JUSTIFICACION

Se preverán accidentes

Se tendrá una mejor calidad de lso servicios de agua potable y luz eléctrica Se realiza este proyecto con la finalidad de cumplir con un requerimiento

de la primera unidad de la asignatura Taller de Investigación I, seleccioneeste tema porque actualmente las obras de ingeniería civil se han vistoafectadas por este tipo de suelo.

MARCO TEÓRICO

Un suelo expansivo es aquel que es susceptible de sufrir cambios volumétricospor cambios de humedad. Puede decirse que los suelos expansivos son unfenómeno que se presenta en un suelo arcilloso con mineral montmorillonita y en

condiciones ambientales que dan pie a la reducción de humedad ya sea porevaporación o evapotranspiración de la vegetación. Los suelos expansivos sonabundantes donde la evapotranspiración es mayor que la precipitación.Los asentamientos que sufren las estructuras debido a las deformaciones queprovocan los elementos de carga sobre el suelo que las soporta, fueronidentificados, generalmente, como las causas de daños en las estructuras, sinembargo, las estructuras no solamente pueden presentar daños por


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asentamientos sino también por expansiones de los suelos. El fenómeno capilarque se presenta en los suelos es una causa del aumento de los esfuerzosefectivos (intergranulares). Cuando en un suelo, como las arcillas, se pierde elagua por un proceso de evaporación, se genera la tensión capilar que provoca la

contracción del suelo. Una vez que el suelo ha disminuido su volumen por secadotambién podrá aumentar dicho volumen si se restituye el agua a dicho suelo, locual reducirá el efecto de la tensión capilar.En realidad, los suelos arcillosos experimentan variaciones de volumen según elcontenido de humedad, correlativas con las variaciones de la presión de poro ycon los esfuerzos efectivos.Estas variaciones serán tanto más importantes como cuanto mayor sea laproporción de partículas inferiores de 2µm, y también en la medida en que seamás activa la especie mineralógica componente de esta fracción en lo que serefiere a los efectos de concentración catiónica sobre las fuerzas de repulsiónentre las partículas de arcillas.Las arcillas expansivas son más bien un fenómeno que se origina en laconjugación de un terreno arcilloso con ciertas condiciones ambientales queprovoquen cambios apreciables de humedad.El agua forma dos zonas en el subsuelo: “no saturado o vadosa” y otra saturada;

la franja capilar está incluida en la zona vadosa. El agua del suelo se encuentracomo “agua rígida” de estructura cristalina; “agua gravitacional o libre” movida por

las fuerzas gravitacionales a través de los poros hasta alcanzar el equilibrio y el“agua capilar” siempre a tensión (negativa), regida por las fuerzas de superficie o

electromagnéticas.


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CAPITULO 1 ORIGEN Y FORMACION DE LOS SUELOS EXPANSIVOS

1.1ORIGEN Y PROCESO DE FORMACIONPara la ingeniería el término suelo, se refiere al material que se puede utilizar sin

necesidad de perforaciones o voladuras.

Todos los suelos tienen su origen, directa o indirectamente, en las rocas solidas,que se clasifican de acuerdo con su proceso de formación de la siguiente manera:

ROCAS IGNEAS, formadas por enfriamiento de material fundido (“magma”)dentro o sobre la superficie de la corteza terrestre.

ROCAS SEDIMENTARIAS, formadas en capas acumuladas por elasentamiento de sedimentos en cuerpos de agua, como mares o lagos.

ROCAS METAMÓRFICAS, formadas por la modificación de rocas ya

existentes a causa de: (a) calor extremo, (b) presiones muy altas.Los procesos que transforman a las rocas solidas en suelos se verifican en, ocerca de, la superficie y, aunque son complejos, dependen de lso siguientesfactores:

A. Naturaleza y composición de la roca madreB. Condiciones climáticas, en especial temperatura y humedad.C. Condiciones topográficas y generales de terreno, tales como grado de

protección o exposición, densidad y tipo de vegetación.D. Duración de las condiciones especificas prevalecientes.

E. Interferencia de otros factores, como pueden ser los cataclismos, losterremotos y las actividades humanas.

1.1.1 EFECTOS DEL IMTEMPERISMO

El termino general intemperismo involucra diversos procesos naturales queresultan de la acción individual o combinada de factores tales como el viento,lluvia, heladas, cambios de temperatura y acción de la gravedad.

La acción de las heladas, durante las que el agua de lso espacios de los poros seexpande al congelarse, ocasiona la ruptura de la rocas, en forma de capas

laminares. Por tanto, los restos derivados son angulares y filosos. Esto contrarestra con el efecto de la acción del viento cuyo roce redondea las partículas.Cuando el proceso fundamental es de naturaleza química, algunos de losminerales de las rocas se desintegran, mientras que otros se conservan.


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1.1.2 EFECTOS DEL TRANSPORTE

Los suelos que no han sido transportados, esto es, que han permanecido en sulugar de origen, reciben el nombre de suelos residuales. Estos suelos parecen

particularmente cuando los procesos químicos del intemperismo predominansobre los físicos.

El efecto más importante del transporte natural es una separación selectiva.

Durante los procesos de movimiento se produce una separación de losconstituyentes originales, que depende tanto del tamaño como de la naturaleza delos granos minerales originales. La acción del agua en movimiento puede disolveralgunos minerales, transportar algunas partículas en suspensión y hacer chocar oarrastrar a otras. La carga arrastrada por un rio o corriente depende en alto grado

de la velocidad del flujo. A medida que el rio se aproxima a su desembocadura, secomienzan a depositar los sólidos: primero, lo hacen los fragmentos de grava enlas planicies de las crecientes; después las arenas gruesas y medianas; yfinalmente en las aéras del estuario o delta las arenas finas y los limO.

Ilustración 1Meteorización mecanica de las rocas


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1.2 RIGEN DE LOS SUELOS EXPANSIVOSG. W. Donaldson (1969) clasificó en dos grupos a los materiales de origen quepueden estar asociados a los suelos expansivos:• El primer grupo comprende a las rocas ígneas básicas, tales como el basalto, la

diorita y el gabro. En estos suelos, los minerales de feldespato y piroxeno de laroca madre se han descompuesto para formar la montmorilonita y otros mineralessecundarios.• El segundo grupo comprende a las rocas sedimentarias que contienen a la montmorilonita como constituyente, la cual se rompe físicamente para formar unsuelo expansivo.

Los minerales arcillosos expansivos se derivan de la roca madre por intemperismoquímico, a partir de un complicado proceso de distribución de materiales talescomo feldespatos, micas y calizas. Por tanto, el mineral formado dependerá de lacomposición de la roca madre, de la topografía, del clima, de la vegetación vecina,

de la duración del intemperismo, y de otros factores. Este proceso de alteración sepuede llevar a cabo en tierra (intemperismo) o en el fondo de los mares y lagos(almirólisis), e incluye a la desintegración, oxidación, hidratación y disolución.Tourtelot (1973) apuntó que el escenario necesario para la formación de lamontmorilonita es la desintegración extrema, la alta hidratación y la disoluciónrestringida (se requiere que se restrinja la disolución, para que los cationes demagnesio, calcio, sodio, potasio y hierro se puedan acumular en el sistema). Portanto, la formación de los minerales montmoriloníticos esta supeditada a unambiente alcalino y a la carencia de lixiviación.

Estas condiciones son favorecidas en las regiones semiáridas con pocas o

moderadas lluvias. Particularmente, cuando laevaporación excede a la precipitación, ya quebajo estas condiciones existe la suficiente aguadisponible para que se lleven a cabo losprocesos de alteración, aunque no la suficientepara que los cationes acumulados seanremovidos por el flujo del agua de lluvia.Los minerales madre necesarios para laformación de la montmorilonita a menudoconsisten en minerales ferromagnesianos,feldespatos cálcicos, vidrios volcánicos y muchas

rocas volcánicas. Por tanto, es usual que lascenizas provenientes de erupciones volcánicasque caen en depósitos de agua, se alteren hastaformar montmorilonita, tal como sucede con labentonita (montmorilonita sódica), la cual es unaarcilla formada por el intemperismo químico delas cenizas volcánicas.

Ilustración 2 Se muestra una grieta

ocacionada por suelos expansivo


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CAPITULO 2 IDENTIFICACION DE ARCILLAS EXPANSIVAS

Un Suelo Expansivo es un término generalmente empleado a cualquier suelo omaterial rocoso que tiene la capacidad de encogerse e hincharse bajo cambios en

las condiciones de humedad.

La historia de los suelos expansivos comenzó hace millones de años en la erasdel vulcanismo. La ceniza fue depositada en aguas poco profundas y formó unasolidificación de arcilla rica en montmorilonita inestable, el principal mineral de lasarcillas expansivas. También se debe a gran medida al proceso de edificación a lolargo del tiempo.

Ahora bien, los principales problemas a los que nos enfrentamos con estos suelosson las deformaciones que son más grandes que las deformaciones elásticas yéstas no pueden ser previstas por la elasticidad clásica o por la teoría de la

plasticidad. Los movimientos provocados por los mismos tienen comúnmente unpatrón irregular como para causar grandes daños a las estructuras y pavimentosque se apoyan sobre estos.

La mayor parte de los asentamientos humanos se encuentra sobre suelosexpansivos, sin embargo, los suelos expansivos no causan problemas a menosque las estructuras que se construyen sobre ellos sean diseñadasinadecuadamente. En general, los suelos expansivos afectan principalmente a lascimentaciones, así como también a diferentes partes de la estructura provocandoque la cimentación esté sometida a solicitaciones ajenas al diseño.

Estos daños los podemos observar a través de la aparición de grietassignificativas muy a menudo en las esquinas de las ventanas y puertas, en losmuros, en las losas de las cocheras inclusive pisos del interior de la casas, en lasbanquetas, y en las avenidas.

Por lo tanto, los principales factores que deben ser identificados en lacaracterización de un sitio para una obra de ingeniería son:

Las propiedades de expansión o la expansión-contracción del suelo.

Las condiciones ambientales y humanas que contribuyen a los cambios dehumedad del suelo

2.1 ZONA ACTIVAEs las zonas de ingeniería es indispensable el conocimiento de la zona activa,cuando se desea construir en un sitio que revela la presencia de arcillasexpansivas.

Resulta sencillo identificar en campo la existencia de estos suelos, pues en tiempode estiaje se observan con mucha claridad las grietas provocadas por la


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desecación. Los problemas de los suelos expansivos se generan como resultadodel cambio de la humedad en los primeros metros de la capa superficial.

En el terreno virgen, deben investigarse las variaciones de humedad con larelación de la profundidad y respecto a las diferentes temporadas de año, ademásdel reconocimiento directo de la estratigrafía y las manifestaciones que ensistemas de grietas se generan por la influencia de los ciclos estacionales.

Es necesaria la identificación de la profundidad hasta la cual se tiene unainfluencia significativa de los periodos estacionales, sin ignorar los efectos posiblesa causa del ascenso y descenso del nivel de aguas freáticas, sobre todo cuandoeste no es muy profundo. Así, lo que se determina es la capa de suelo sujeta acambios de humedad que puedan ser significativos a cambios de volumen, enexpansiones y contracciones, en tiempo de lluvia y en temporada de estiajerespectivamente.

Ilustración 3 Perfiles de Humedad que definen la zona activa del terreno virgen.

De forma convencional, puede aceptarse que la profundidad de la zona activacorresponda aquella a la cual se tiene una variación de la humedad tal que resultepoco relevante respecto a los fines ingenieriles.


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2.2 FACTORES DE INFLUENCIA DE SU COMPORTAMIENTO

El mecanismo de expansión y reducción de arcillas expansivas es complejo,

además de que esta influido por un sin numero de factores. La expansión es elresultado de los cambios en el sistema de agua del suelo que altera el equilibriointerno de esfuerzo.

Las partículas de arcilla generalmente son placas con carga eléctrica negativasobre su superficie y carga positiva en el eje. Las cargas negativas se encuentranen balance por cationes del agua del suelo, que llegan a ser atraídas a lassuperficies de las placas por las fuerzas eléctricas. El campo de fuerzasinterparticulares eléctricas es una función de ambas, la carga negativa de lasuperficie y la electroquímica del agua del suelo.

Ilustración 4 Las fuerzas electroestáticas provocan que el agua quede adherida a las moléculas de arcillas

y aumente su volumen

El sistema de fuerzas electroquímicas internas debe estar en equilibrio con elesfuerzo aplicado externo y con la tensión capilar en el agua del suelo. La tensióncapilar es a menudo llamada matriz de succión. Si la química del agua del suelo

está siendo afectada, ya sea por un cambio en la cantidad de agua o por lacomposición química, el campo cambiará también. Si el resultado del cambio enlas fuerzas internas no está balanceado, entonces los espacios entre las partículasse modificarán con el fin de ajustar las fuerzas interparticulares hasta que elequilibrio sea alcanzado. Este cambio en los espacios de las partículas semanifiesta así mismo como expansión o contracción del suelo.


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Algunos factores que influyen en el mecanismo de expansión también afectan, oson afectados por las propiedades físicas del suelo tales como la plasticidad opeso específico. Los factores que influyen en el potencial de expansión-contracción los podemos agrupar en tres diferentes grupos, esto son:

Las características del suelo que influyen básicamente en la naturaleza delas fuerzas del campo interno,

Los factores del medio que influencian los cambios que pueden ocurrir enel sistema de la fuerza del campo interno, y

El estado de esfuerzos.

Ilustración 5 Representación de daños debido al suelo. Grietas en esquinas de ventanas.

2.2.1 DE ACUERDO CON LAS CARACTERISTICAS DEL SUELO

2.2.1.1 MICROESCALA

Estos factores, están basados en su mineralogía y propiedades químicas delsuelo. Los minerales constituyentes de las arcillas son de diferentes tipos y por lotanto exhiben diferente desempeño del potencial de expansión porque la variaciónen el campo eléctrico asociado a cada mineral es diferente. Por lo tanto, lacapacidad de expansión de una masa entera de suelo recae esencialmente en lacantidad y tipo de minerales que componen al suelo, en la disposición y áreaespecífica de la superficie de las partículas, y la química del agua del suelo querodean a dichas partículas.La mayoría de los minerales de las arcillas tienen una disposición ordenada de los

átomos que las forman, que es característica propia de los cristales enrejadosquienes forman una especie de retícula. La retícula de cristal es regularmentemostrada en tres dimensiones como la disposición de átomos o iones de un cristal.Una importante característica de los minerales de las arcillas es el tamañopequeño de los cristales.


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TABLA 1 CLASIFICACION DE LAS ARCILLAS

GRUPO DEARCILLAS

FORMACIÓN Mg2+ / Al 3+

FORMACIÓNSi 4+ / Al 3+

CATIONESINTERLAMINARES

Grupo Caolín(Caolinita, Nacrita,Anauxita, etc.)

TRIOCTAEDRAL1:1 Si - Al(Isoelectricas)

Alta en magnesioBajo en potasio

Grupo Zeolitas(Clinoptilolitas,Aragonitas, etc.)

TECTOSILICATOS/ DIOCTAEDRAL

1:2 Si - Al - Al(Polar,Expandible)

Alto en calcio y/osodio

GrupoMontmorillonitas

(Esméctica,Bentonitas,Beidelita, etc.)

DIOCTAEDRAL

2:1 Si -Al - Si

(Polar,Expandible)

Alto en calcio y/osodio

Grupo Micas – Hidratadas(Sepiolitas,Vermiculitas,Atapulguita)

DIOCTAEDRALY/OTRIOCTAEDRAL

2:1 Si -Al - Si(Polar y/oDipolares)(Expandible)

Alto en potasio Bajoen magnesio

GARRISON 1989

TABLA 1.2 GRUPOS IMPORTANTES EN SU ESTRUCTURA DE LSO

MINERALES DE LAS ARCILLAS

Grupo de las Caolinitas Generalmente no expansivas.Grupo de las Micas Incluyen ilitas y vermiculitas, las cuales pueden ser

expansivas, pero generalmente no plantea problemassignificantes.

Grupo de Esmectita Incluyen montmorilonitas, las cuales son altamenteexpansivas y tienen los más molestos minerales de las

arcillasNELSON Y MILER, 1992

La química del agua en el suelo es importante en relación a la magnitud delpotencial de expansión. Cationes de sal, tales como sodio, calcio, magnesio, ypotasio, son disueltos en el agua del suelo y son adsorbidas en las superficies delas arcillas como cationes intercambiables al balance de las cargas negativas de la


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superficie. La hidratación de estos cationes y fuerzas adsorbentes ejercidas porlos cristales de las arcillas por sí mismas pueden causar la acumulación degrandes cantidades de agua entre las partículas de arcillas.

En suelos secos, los cationes de sal están manteniendo juntas a las superficies delos cristales de las arcillas por fuertes fuerzas electrostáticas. De esta manera,inicialmente desecado y densamente juntas, las superficies están forzadas amantenerse juntas como cationes hidratados adsorbidos y llegan a ser dilatadasen la adición de agua. Cuando hay presencia de agua en exceso, los cationesadsorbidos ya no están sostenidos fuertemente por las superficies de la arcilla.Las fuerzas de atracción electrostática están concentradas por la tendencia de losiones a difundir hacia el volumen de la solución del diluyente fuera de la superficiede partícula.

2.2.1.2 MACROESCALALos factores de macroescala son de cierta medida reflejo o resultado de los demicroescala, es decir, de la naturaleza propia del suelo.Comúnmente estos factores están determinados por dos propiedades índices (ofísicas) del suelo: la plasticidad y el peso volumétrico. Por ejemplo, la consistenciadel suelo, que es medida por los límites de Atterberg, es un buen indicador de laposible expansión del suelo: son más susceptibles los suelos que están dentro delrango plástico con un amplio contenido de humedad. Generalmente estecomportamiento se debe a los minerales que componen a las arcillas y a suarreglo estructural lo cual hace posible que el suelo pueda contener grandes

cantidades de agua entre sus partículas. En general, estas propiedades puedenservir como detectores de un suelo con potencial de

En cuanto al peso volumétrico, éste al ser aumentado por medio de lacompactación o como resultado de cargas previas sobre el suelo, puede provocarun aumento en la expansión


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PROPIEDADES DEL SUELO QUE INFLUYEN EN LA EXPANSIÓN Y

CONTRACCIÓN DEL SUELO

Factor Descripción Referencias

Minerales delas arcillas

Los minerales de las arcillas que generalmente sonla cusa de los cambios de volumen son lasmontmorilonitas, vermiculitas y algunas mezclas decapas de minerales. Las Ilitas y caolinitas son conpoca frecuencia expansivas, pero pueden causarcambios de volumen cuando el tamaño de laspartículas es extremadamente fina (menor que unospocas decimas de una micra)

Grim, 1968Mitchell, 1973Snethen, 1977

Química delagua del suelo

Una hinchazón del suelo es representada por unincremento de la concentración de cationes y unincremento en el balance de cationes. Por ejemplo,

Mg2+ en el agua del suelo puede resultar menosexpansivo que los cationes de Na+

Mitchell, 1976

Succión delsuelo

La succión del suelo es una variable independientedel esfuerzo efectivo, representado por la presión deporo negativa en un suelo no saturado. La succióndel suelo está relacionada con la saturación, lagravedad, el tamaño y forma de los poros, lasuperficie de tensión, y con las característicaseléctricas y químicas de las partículas del suelo ydel agua.

Snethen,1980Fredlund y

Morgenstern,1977

Plasticidad

En general, los suelos que presentan un perfil conun amplio contenido de humedad y un elevado límitelíquido tienen una mayor potencialidad de expansióny contracción. La plasticidad es un indicador de lapotencialidad de expansión.

Nelson y Miller,1992

El arreglo yestructura del

suelo

Las arcillas floculadas tienden a ser más expansivasque las arcillas dispersas. Las partículascementantes disminuyen la expansión. El arreglo yestructura son alteradas por la compactación enaltos contenidos de agua. Una compactación poramasamiento ha demostrado crear estructuras

dispersas con baja potencialidad de expansión quesuelos estáticamente compactados en bajoscontenidos de agua.

Johson ySnethen, 1978

Pesovolumétrico en

estado seco

Los altos pesos volumétricos generalmente indicanespacios más estrechos entre las partículas lo quepuede significar grandes fuerzas de repulsión entrelas mismas y más potencialidad de expansión.

Chen, 1973Komornik yDavid, 1969


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CONDICIONES DE ESFUERZO

Esfuerzoshistóricos

Un suelo sobreconsolidado es más expansivoque el mismo suelo con la misma relación devacios, pero normalmente consolidado. Las

presiones de expansión pueden aumentarsobre viejas arcillas compactadas, pero lacantidad de este incremento de volumen,bajo cargas ligeras no es representativo apesar de la edad de las mismas. Repetidoscambios de humedad y secado tienden areducir la expansión en muestras delaboratorio, pero después de un ciertonúmero de ciclos de expansión-contracción elaumento de volumen ya no es afectado.

Mitchell, 1976Kassiff y

Baker, 1971

Condicionesen sitio

Los estados de esfuerzo iníciales en un suelo

deben ser calculados para estimar lasposibles consecuencias si se volviese acargar la masa del suelo o si sufriera cambiosde humedad. Los esfuerzos efectivosiniciales pueden ser determinadosaproximadamente a través de muestreos ypruebas en laboratorio o mediantemediciones y observaciones realizadas encampo.

Nelson yMiller, 1992

Cargas

La magnitud del peso de la sobrecargadetermina la cantidad de cambio del volumen

que ocurrirá para un determinado contenidode humedad y con cierto peso volumétrico.Una

Holtz, 1959

Perfil delsuelo

El espesor y la localización de las capaspotencialmente expansivas del perfil influyenconsiderablemente en los movimientos. Losmás grandes movimientos ocurrirán enperfiles que tiene grandes extensiones dearcillas que van desde la superficie aprofundidades por debajo de la zona activa.Los menores movimientos aparecerán si el

suelo expansivo esta sobrepuesto por unmaterial no expansivo o sobre una cama deroca o un estrato duro a poca profundidad.


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2.3 METODOS PARA DETERMINAR EL POTENCIAL EXPANSIVO DEUN SUELO

Métodos indirectos: Son indicadores de los cambios potenciales de volumen de un

suelo. Se apoyan en las propiedades fisicoquímicas, físicas e índices y en lossistemas de clasificación de suelos comúnmente usados.• Métodos directos; Involucran medidas directas de cambios volumétricos en

aparatos de tipo odeometro o cGnsolidómetro. Estas pruebas pueden medirhinchamiento o presión de hinchamiento, de acuerdo con las necesidades que setengan en obra.• Métodos combinados: Esta técnica combina los métodos directos y los indirectosmediante correlaciones con el fin de definir la probable gravedad del problema.

Métodos indirectos

Existe una gran variedad de técnicas para identificar suelos expansivos en formaindirecta y sobre ellas también se encuentra literatura disponible,desafortunadamente en Colombia no se cuenta con experiencia suficiente en elmanejo de algunas pruebas.El primer paso para identificación de suelos expansivos es la observación visualdel sitio, la apariencia de Los suelos expansivos después de las desecaciones esdistinta de otro tipo de suelos, las grietas de contracción de forma poligonalindican la posible presencia de minerales arcillosos expansivos. Entre mas

pequeños sean los polígonos mayor es la cantidad de arcilla presente. En algunoscasos, cuando los suelos contienen mucha montmorillonita sódica, la desecaciónproduce una apariencia similar a la de las palomitas de maíz, textura común en loscampos de bentonita.La identificación mediante algunas pruebas de laboratorio es la más exacta que sepuede realizar. La técnica más importante es la de identificación de la cantidad deminerales arcillosos expandibles presentes en una muestra de suelo, mediante ¡adifracción con rayos X (XRD), este es un método rápido y requiere poca cantidadde muestra.Existen otros métodos para determinar la composición del 5uelo entre los cualesse pueden mencionar: El método de análisis térmico diferencial, el de radiacióninfrarroja, el de dispersión dieléctrica y el de adsorción de diferentes tinturas.La técnica más utilizada para la mayoría de los laboratorios para identificar suelosexpansivos es la determinación de sus propiedades índices.La experiencia ha demostrado que los cambios volumétricos se correlacionanrazonablemente con el límite de contracción; sin embargo, su aplicacióngeneralizada es de alguna forma controlada por la variación que hay de un área a


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otra en relación con el cambio volumétrico del suelo. Lo anterior significa que enalgunas áreas los cambios volumétricos del suelo son insignificantes para unintervalo de valores de propiedades índices, mientras que esos mismos valoresson indicadores de problemas serios en otras áreas. Esto plantea la necesidad de

definir bien los intervalos de valores para áreas de comportamiento similar y decomplementar estos métodos con los otros que se describen a continuación,

Métodos directos

Estos métodos son los que miden en forma cuantitativa las características decambios volumétricos de los suelos expansivos. Estas características son elhinchamiento y la presión de hinchamiento. Las cargas aplicadas y la rigidez de laestructura determinan en forma general, cuál de las características (deformación oesfuerzo) controla el diseño de una estructura específica. La medición de estascaracterísticas se efectúa mediante el uso de procedimientos de ensayo del tipoconsolidómetro. Si la deformación (hinchamiento) es la característica requerida, lamuestra se carga con una sobrecarga determinada según experiencia ocondiciones de esfuerzos en el Sitio, luego se inunda y se deja expandir hasta sucondición de equilibrio.

La relación entre la deformación medida y la altura inicial de ¡a muestra es definidacomo porcentaje de expansión. Si se requieren conocer las características deesfuerzo (presión expansión) la muestra se carga con una carga de fijación o

sobrecarga predeterminada, luego se inunda y se aplica carga para mantener elvolumen constante. Esta carga define la presión de expansión. Otro procedimientoalterno que se ha utilizado para definir la presión de expansión es permitir que elsuelo se expanda y luego aplicar una carga para volver la muestra a su alturaoriginal Bajo estos procedimientos básicos se han desarrollado y estandarizadométodos de laboratorio que buscan medir hinchamientos y presión de expansiónde muestras de suelo alteradas e inalteradas.


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CAPITULO 3 UBICACIÓN DE SUELOS EXPANSIVOS

La siguiente ilustración indica que lso suelos expansivos están confinados enregiones potencialmente semiáridas en zonas de clima tropical templado. Los

suelos expansivos se presnetan en abundancia en donde la evapotranspiraciónexcede la precipitación. De lo anterior se tiene la teoría de que en las zonassemiáridas la escasa lixiviación ha ayudado en la formación de la montmorilonita.Existen muchos países en el mundo que tienen el problema de suelos expansivos,por ejemplo: Sudáfrica, México, Estados Unidos, Venezuela, Colombia, CostaRica, Ecuador, Perú, Argentina, Brasil, Cuba, Angola, Mozambique, Kenia, Argelia,Marruecos, Ghana, Israel, Turquía, Irán, Irak, India, Australia, entre otros. EnEuropa, parece que el único que presenta este problema es España.

Distribución de los suelos expansivos en el mundo

Potencialmente los suelos expansivos pueden encontrarse en casi cualquier lugardel mundo. En los países subdesarrollados, muchos de los problemas de suelosexpansivos, no han sido reconocidos por lo que es de esperarse que se descubranmás regiones de suelos expansivos con el aumento de la cantidad deconstrucciones cada año en dichos países.


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Imagen 2 . Daños d ebido a las arcil las exp ansi vas. África y A us tralia resp ectiv ament e.

(Abajo)

En México varias regiones de los estados de Baja California Norte, Campeche,Chiapas, Michoacán, Morelos, Tamaulipas, Sonora y Querétaro se han detectado

suelos expansivos. Los suelos expansivos se presentan en regiones con arcillasdonde ocurren variaciones significativas de humedad: en zonas como lasmonzónicas con estaciones muy diferentes, y en las zonas semidesérticas en lascuales se alternan temporadas de sequía con pequeños periodos de precipitación.En especial, los suelos expansivos se encuentran en las zonas semiáridas de lasregiones del clima templado y tropical.

imagen 3. Daños debido a las arci l las expan sivas. De Izquierda aderec ha: España, viviend as de EU, San A ngelo Texas . Se puede

aprec iar daños en las lo sas y m uro s .


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Los dos requerimientos para la formación de estos suelos son: un periodo desaturación completa y una estación seca bien definida. El periodo de saturación

completa produce anaerobismo y condiciones reductoras. La estación seca biendefinida ocasiona que muchos de los cationes básicos permanezcan en elsistema, produciendo con ello condiciones favorables a la formación demontmorilonita.

En las siguientes ciudades de México se han reportado la presencia de suelosexpansivos: Mexicali, Tijuana, Tuxtla Gutiérrez, Ciudad Juárez, Chihuahua,Durango, Celaya, Irapuato, León, Salamanca, Chilpancingo, Tula Morelia,Guadalajara, Cuernavaca, Querétaro, Culiacán, Los Mochis, Cd. Obregón, NuevoLaredo, Reynosa y Sota la Marina. Tomando en cuenta la zonificación de los

suelos expansivos en la República Mexicana, es de esperarse que muchasciudades de nuestro país y en lugares cercanas a ellas posiblemente presentaránproblemas con ese tipo de suelo, pero aun no se dispone de información quecorrobore con esto; las ciudades con posibilidades de presencia de suelosexpansivos son: Torreón, Colima, Oaxaca, San Juan del Río, Guamúchil, Tampicoy Poza Rica

En el siguiente mapa se muestra la identificación de los suelos expansivos enla Republica MexicO

Imagen 4, 5 y 6 . Daños debido a las arcillas expansivas. Morelos, México. Daños tales como levantamientosde losas y grietas en estructuras.


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3.1 SUELOS EXPANSIVOS EN CHILPANCINGO, GRO.

3.1.1 GENERALIDADES

En la actualidad, la construcción de todo tipo de obras civiles, requieren un buencontrol de calidad en todas sus etapas, tanto en diseño como construcción, por locual es necesario conocer las propiedades y el comportamiento de los diferentesmateriales empleados, entre los cuales se encuentra el suelo, material deconstrucción más antiguo y complejo debido a su gran diversidad y características,las cuales, se ven afectadas por diversos factores, que dan lugar a fenómenoscomo la expansión de los suelos.

Con el desarrollo de obras de infraestructura y el crecimiento de las zonasurbanas se ha puesto en evidencia la importancia del problema de suelosexpansivos, pues con frecuencia se encuentran este tipo de suelos; esto ha

motivado a países desarrollados, dedicar recursos y esfuerzos tendientes alavance del conocimiento de las propiedades índice y mecánicas, así comotambién a la búsqueda de procedimientos constructivos más aconsejables paragarantizar el buen comportamiento de las obras realizadas.

Por ende, en México, instituciones como la Universidad Autónoma de Querétaro,inicia en los años 80´s una línea de investigación para evaluar la problemáticagenerada por suelos expansivos en varias regiones del país.

En el estado de Guerrero, el Instituto Tecnológico de Chilpancingo, hadesarrollado algunas investigaciones encaminadas a entender el comportamientode los suelos expansivos y a dar soluciones pertinentes que ayuden al constructora contrarrestar los efectos de estos suelos, en la zona.

De acuerdo a los trabajos realizados por los integrantes del laboratorio deIngeniería Civil del ITCH, se admite la presencia de suelos expansivos en CiudadUniversitaria, las colonias Agua Potable, Villa Moderna, Infonavit, elFraccionamiento Bosques del Sur, así como también en las instalaciones de dichainstitución; a pesar de ello no se han tomado las medidas necesarias, paraprevenir la acción de estos suelos, (Villa, 2007).

3.1.2 ORIGEN DE LOS SUELOS EN LA CIUDAD DE CHILPANCINGO

l a c i u d a d , s e e n c u e n t r a e n u n a z o n a d o n d e l o s s u e l o s s o ndepósitos continentales, la cual se encuentra drenada por el Rio Huacapa, dondese pueden diferenciar en ella:a )Una zona p lana de depós i tos a luv ia les


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. b ) Una zona de suave pend ien te donde a f lo ran mater ia lesar ci l lo so s de or ige n aluvial.c)Una zona pronunciada donde aparecen depósitos clásticoscontinentales de la formación Chilpancingo

.d ) U n a z o n a d e f u e r t e s p e n d i e n t e s e n l a q u e a f l o r a nr o c a s c o n s t i t u i d a s p o r conglomerados cementados.

D ichos depós i tos es tán cub ie r tos super f i c ia lmente por una capade la s l l am ad as arcil las expansivas, las cuales t ienen la particularidadde expandirse y contraerse bajo cambios de contenido de agua, que sepresenta en movimientos verticales en las superficies de los terrenosafectando las estructuras de obras civiles. En la mayoría de los casos, larealización de estudios son analizados por el pr oy ec ti st a d eb id o aque aumenta e l cos to y e l t i empo de e jecuc ión de obra ; s inembargo, siempre es importante realizarlos independientemente de lamagnitud de las construcciones. Los costos que se generen para este finserán al final de cuenta menores por los causados por reparaciones oreconstrucciones de las estructuras dañadas por los suelos no analizadospreviamente.

3.1.3 FOTOGRAFIAS DE LAS AFECTACIONES DE LOS SUELOS EXPANSIVOS EN ALGUNAS

ZONAS DE LA CIUDAD DE CHILPANCINGO

IMAGEN 3.1.2 1 FOTOGRAFIAS TOMADAS EN CIUDAD UNIVERSITARIA


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IMAGEN 3.1.2 2 FOTOGRAFIAS TOMADAS EN EL INSTITUTO TECNOLOGICO DECHILPANCINGO

IMAGEN 3.1.2 3 DEMOLICION DEL ANTIGUO EDIFICIO "M" DAÑOS PRODUCIDOS POR LAS ARCILLAS QUE TIENEN UN POTENCIAL EXPANSIVO ALTO

IMAGEN 3.1.2 4 COLINIA INFONAVIT CHILPANCINGO, GRO


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CAPITULO 4 TRATAMIENTO Y DISEÑO DE ESTRUCTURAS

En general, no existe interés por crear cimentaciones capaces de resistir todos los

movimientos posibles del suelo, ya que sus costos podrían exceder a los dañosque se intentan prevenir. Esto hace que el trato con los suelos expansivos seconvierta en una balanza de riesgos contra costos.

4.1 MEDIDAS PREVENTIVAS BÁSICAS.Cualquier construcción sobre suelos expansivos debe incluir al menos lassiguientes medidas preventivas básicas:

Drenaje su perf ic ial :

El aseguramiento de que la superficie del suelo tenga una pendiente hacia fuera

de la estructura y la instalación de canaletas que descarguen lejos de sucimentación, ayudan a limitar la posibilidad de que el agua de lluvia se infiltre a losestratos expansivos subyacentes. En general, se recomienda que las áreaspavimentadas y sin vegetación tengan una pendiente mínima del 2%, mientrasque las áreas con vegetación tengan una del 5%

imagen 4.1 1Detalles de la superficie de drenaje: (a) Drenaje deficiente (suelo húmedoexpandido) (b) Drenaje eficiente (suelo seco estable).

La irrigación y las plantas pueden llegar a provocar humedecimientos y

desecaciones importantes al suelo. Por tanto, se recomienda evitar colocarsistemas de irrigación (las tuberías de irrigación son especialmente susceptibles asufrir fugas), y evitar plantar árboles grandes (especialmente aquellos consistemas de raíces poco profundas) en lugares adyacentes a las estructuras. Engeneral, se considera que los árboles tienen un radio de afectación al suelo deentre 1 y 1.5 veces su altura.


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Inst alacio nes su bter ráneas :

Las instalaciones subterráneas a menudo son distorsionadas por los movimientosdiferenciales del suelo (esto es más propenso a ocurrir en los lugares donde las

tuberías entran a los edificios). En general, el riesgo de expansiones localizadasdebidas a fugas en las tuberías de agua o drenaje puede ser reducido mediante eluso de tuberías flexibles (tales como las de PVC), con juntas igualmente flexibles.

Subdrenajes:

Los subdrenes bajo y alrededor del perímetro de la cimentación, y los drenesverticales de arena que llegan hasta los estratos subyacentes más permeables,pueden minimizar la expansión del suelo. Debido a que estos sistemas nodetienen la migración de humedad, aunque si elimina al agua libre en exceso,siempre existe la posibilidad de que se presenten expansiones substanciales.Cabe destacar que cuando se decida instalar subdrenes, es convenienteinstalarlos con una pendiente mínima del 0.50 % (a fin de evitar posiblescontraflujos), además de cubrirlos mediante un geotextil (a fin de evitar su azolve).

4.2 DISEÑO DE ESTRUCTURAS.O´Neill y Poormoayed (1980) clasificaron a las soluciones para construir sobresuelos expansivos en tres categorías básicas:

1. Las que alteran las condiciones del suelo expansivo a fin de reducir o eliminarsu potencial de expansión.

2. Las que evitan a los suelos expansivos, aislando a las cimentaciones de susefectos.

3. Las que proveen cimentaciones capaces de soportar los movimientosdiferenciales del suelo, mitigando sus efectos sobre la superestructura. Cada unade estas propuestas incluye metodologías específicas, algunas de las cuales sediscutirán a continuación:

4.2.1 ALTERAR EL SUELO EXPANSIVO.

Reemplazamiento:

El método más obvio de prevención de daños es el de reemplazar al sueloexpansivo por uno que no lo sea. Si bien este método es muy efectivo, en generalresulta costoso, por tanto es práctico de aplicar solo en el metro más superficialdel suelo (los suelos de reemplazo colocados sobre los suelos expansivos lesprovocan una sobrecarga que tiende a reducir sus potenciales de expansión). Sibien el reemplazo debe hacerse por un suelo no expansivo y poco permeable, la


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prioridad debe ser colocar un suelo poco permeable a fin de evitar la infiltración delagua que pudiera llegar a incrementar la profundidad de la zona activa del suelo.De hecho, esta técnica puede ser aplicada haciendo uso de suelos expansivos enzonas de rellenos profundos, aunque siempre recordando que los suelos más

expansivos deben ser colocados a profundidades mayores, a fin de que lassobrecargas contrarresten sus presiones de expansión y de que se encuentren enlas zonas de menor variación estacional de humedad. Otra opción que se tiene esla de utilizar como reemplazo a mezclas de los suelos expansivos con otros noexpansivos a fin de reducirles su potencial de expansión, aunque esta técnicapresenta el inconveniente de requerir un mezclado uniforme del suelo, lo cualpuede resultar difícil de alcanzar en un sitio entero.

Control de la compactación:

La opción de utilizar al mismo suelo expansivo del sitio, aunque después de

realizarle un remoldeo con un adecuado control en el contenido de humedad ydensidad de compactación, es uno de los métodos más prácticos y económicospara el control de expansiones, llegando a reducirlas o incluso eliminarlas.

En general, los suelos expansivos deben ser compactados y mantenidos ahumedades mayores a su óptimo, y a las menores densidades posibles, debido aque esto reduce su potencial de expansión y a que la mayoría de lasconstrucciones son menos susceptibles a los daños por contracciones que porexpansiones del suelo

Además, los métodos de compactación que inducen esfuerzos cortantes, talescomo los de amasado mediante el uso de rodillos pata de cabra, tienden a reducirlas expansiones del suelo, debido a que producen una dispersión en el arreglo desus partículas.

Cabe destacar que los suelos deben ser compactados lo más uniformementeposible a fin de minimizar sus movimientos diferenciales. Por ejemplo, cuando setienen terrenos inclinados con estratos horizontales de suelos expansivos, y sedesea crear niveles de construcción mediante el corte de los lados más altos y elrelleno de los más bajos con su producto, se pueden llegar a presentar

expansiones diferenciales aún en los lugares con contenidos de humedad ydensidades similares tanto en cortes como en terraplenes. Por tanto, serecomienda excavar la zona cortada, para que tras su posterior relleno se proveaa la construcción con una mayor uniformidad en el suelo. Además, se debe estarconciente que una vez que la estructura este en su lugar el suelo tenderá a perderhumedad hasta un cierto límite, debido a su desecación por parte de los estratosmás profundos, y que tan pronto como la construcción termine puede ocurrir el


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problema opuesto debido a la infiltración de agua a través de las grietas decontracción, inclusiones permeables, o mediante la migración de humedad de losestratos inferiores saturados.

Tratamiento c on c al :

Este método de estabilización es especialmente útil cuando se van a crearrellenos a gran escala de materiales expansivos o cuando existen profundidadessuperficiales de estos. Aunque presenta el inconveniente de que un adecuadomezclado entre el suelo y la cal solo puede llevarse a cabo de manera práctica enel metro más superficial del suelo, si bien usualmente solo se realiza en los 30 o50 cms más superficiales, además de que la aplicación de cal incrementa el pHdel suelo, lo cual tiende a evitar el crecimiento de las plantas.

Estabi l ización co n c emento:

La estabilización con cemento Pórtland se desarrolla a partir de la creación deligas cementantes entre las partículas de suelo y los silicatos y aluminatoshidratados de calcio producidos durante la hidratación del cemento, siendo que ladureza obtenida durante la cementación se debe a la desecación gradual de losproductos gelatinosos y a la cristalización de los nuevos minerales. Schaefer

(1997)

describió la manera específica en la que el cemento interactúa con el suelo:

“Cuando el agua de poro entra en contacto con el cemento Pórtland, ocurre suhidratación. Los productos de esta hidratación son los silicatos y aluminatoshidratados de calcio, y la cal hidratada. Los primeros dos se unen entre sí duranteel endurecimiento para formar un esqueleto duro que encapsula a las partículasinalteradas de suelo (cementación primaria). Por su parte, la disociación de la calhidratada produce un aumento en el

pH

del agua de poro, ya que las bases disuelven al sílice y aluminio de la superficiede los minerales de arcilla, inherentemente ácidos. Mientras, los silicatos y

aluminatos hidratados reaccionarán gradualmente con los iones de calcioliberados durante la hidratación del cemento, formando compuestos insolubles(cementación secundaria) que endurecerán cuando se cure a la mezcla. Estareacción es conocida como la reacción puzolánica.” En general, el cemento

Pórtland reduce el límite líquido, el índice plástico y el potencial de expansión delsuelo, además incrementa su límite de contracción y su resistencia al esfuerzocortante. Es usual aplicar cantidades de entre un 2 y un 6% en peso de cemento


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para estabilizar a los suelos, con métodos de mezclado y dispersión casi idénticosa los usados con la cal. El cemento Pórtland usualmente es el mejor tipo demezcla comúnmente disponible para estabilizar a los suelos, aunque presenta elinconveniente de su alto costo.

Estabi l ización con ceniza:

El incremento en la demanda de energía eléctrica ha provocado la construcción demuchas plantas termoeléctricas que trabajan a base de la quema de carbón. Laceniza es el subproducto extraído de sus hornos, siendo que existe en dos tiposprincipales: la ceniza tipo F, producida durante la quema de antracita o carbónbituminoso, y la ceniza tipo C, producida durante la quema de lignito o carbónsubbituminoso. Cabe destacar que con el uso de la ceniza se tiene unadisminución en el potencial de expansión del suelo conforme a su tiempo de

curado, al igual que con el uso del cemento y la cal, debido al desarrollo dereacciones. .

Prehumedecimiento:

Esta técnica se desarrolla mediante la inundación del sitio previa a la construcción,en un intento por expandir al suelo antes de que pueda provocar daños. Cabedestacar que si bien el incremento en el contenido de humedad del suelodisminuye su potencial de expansión, en general no afecta a su presión deexpansión, por lo que no variará la sobrecarga necesaria para mantenerlo avolumen constante.

En ocasiones, esta técnica ha demostrado ser efectiva para mitigar lasafectaciones a caminos construidos sobre suelos ligera o moderadamenteexpansivos, aunque no cuando ha sido aplicada a sistemas superficiales decimentación, debido a los periodos tan largos de inundación requeridos y a que lossuelos puede llegar a expandirse mucho aún después de la inundación. Por tanto,los suelos con altas características de expansión secundaria y conpermeabilidades variables en la masa de suelo no son buenos candidatos a laaplicación de este método. Además, debido a que se puede tener una contracciónsevera en el perímetro de las estructuras, se hace necesario mantener elcontenido de humedad del suelo constante ya sea mediante la implementación debarreras de humedad o mediante el jardinamiento e irrigación del perímetro de lasestructuras. Si bien el proceso de humedecimiento parece no verse afectado por laadición de químicos superficiales, si puede ser acelerado mediante la perforaciónde drenes verticales, los cuales pueden reducir el tiempo de expansión a tan solounos meses de inundación. Por su parte, la inyección de agua a presión no hademostrado ser práctica, debido a que el agua inyectada usualmente se pierde en


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las superficies de deslizamiento, inclusiones permeables y grietas de contraccióndel suelo, aunque si es retenida puede llegar a ser lentamente absorbida por losbloques de suelo. En general, la técnica del prehumedecimiento tiende a dejar alos suelos superficiales sobresaturados e intrabajables. Por tanto, usualmente se

requiere tratarlos a fin de que provean una adecuada plataforma de trabajo, siendocomún que se mezclen con cal hidratada o bien que se les coloque una capasuperficial de 10 o 15 cms de espesor de suelo granular.

Barreras de humedad:

Las barreras impermeables son una manera muy efectiva de estabilizar a lossuelos expansivos, ya que ayudan a mantenerlos a contenidos de humedadconstantes. Su principal ventaja es la de reducir las expansiones diferenciales traspromover condiciones más uniformes de humedad en el suelo, pudiendo o no

afectar a las expansiones totales. En general, las barreras de humedad nuncadeben ser consideradas totalmente impermeables debido a la dificultad querepresenta el colocarlas sin provocarles daños, siendo que usualmente sonconsideradas como medidas suplementarias que trabajan en conjunto con otrastécnicas, tales como la instalación de sistemas de riego o drenaje y el control de lacubierta vegetal.

6.2.2 EVITAR AL SUELO EXPANSIVO.

Una forma de mitigar los efectos de las expansiones sobre las estructuras es la desoportarlas en los suelos más profundos, evitando a las zonas más activas delsuelo. Estos métodos son especialmente útiles cuando se tiene estratosexpansivos relativamente delgados con suelos no expansivos subyacentes.

Profundización de zapatas:

Cuando se trata con suelos poco expansivos, generalmente con presiones deexpansión menores a 25 t/m

Usualmente basta con aplicar un sistema de cimentación a base de zapatas

aisladas ligeramente profundizadas (tal vez de 0.5 a 1.0 metro por debajo del nivelnormal de desplante), debido a los requerimientos tan bajos de sobrecarganecesarios para limitar el cambio de volumen del suelo. Aunque cabe destacarque la presión de sobrecarga ejercida por una zapata solo controla los cambios devolumen de los suelos más superficiales, ya que la presión que ejerce sedistribuye en un área mayor conforme se incrementa la profundidad (la expansiónde los suelos profundos solo es controlada por la sobrepresión debida al peso del


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suelo y no por la debida a la cimentación). De hecho, si conocemos ellevantamiento tolerable de la cimentación (usualmente se considera tolerable unlevantamiento de 2 cms en zapatas) y determinamos la curva de cambio devolumen - variación de sobrecarga en el suelo, podremos definir la profundidad de

desplante de la zapata en base a su presión de sobrecarga. En general, laszapatas aisladas sobre suelos expansivos se diseñan con una presión de contactoigual a la de expansión, aunque esta condición solo es posible de tener en suelosmuy poco expansivos. Esta forma de diseño presenta la ventaja de incrementar larigidez de la zapata, ya que tiende a sobrediseñarla, extendiendo así a lasexpansiones sobre un área mayor y mejorando la tolerancia de la estructura aellas.

6.2.3 MITIGAR LOS EFECTOS EN LA SUPERESTRUCTURA. SISTEMAS DE

CIMENTACIÓN FLEXIBLES:

Este método de diseño consiste en la creación de cimentaciones a base deunidades rígidas unidas de manera flexible. En ellas, se espera que la instalaciónde juntas flexibles evite el desarrollo de grietas en las estructuras. Una manera deincrementar la flexibilidad de las estructuras es mediante el uso de losas flotantes,las cuales permiten el desarrollo de movimientos en el suelo, encontrando su

Sistemas de cim entación rígido s:

Prevén la construcción de cimentaciones tan rígidas y fuertes, que son capaces demoverse como una unidad. En ellas, la expansión diferencial solo causa unainclinación (sin distorsión) de las estructuras. En general, la alternativa más comúnde estos sistemas es el uso de losas reforzadas convencionales, las cualespueden presentar una alternativa al reforzamiento a través del uso de losaspretensadas o postensadas. Cabe destacar que cuando se planea construir sobresuelos expansivos, es preferible hacer uso de las losas llamadas de tipo “waffle”,

las cuales son coladas sobre cimbras colapsables de cartón a fin de darleoportunidad al suelo bajo ellas de expandirse.


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CONCLUSION.

El objetivo genera de este proyecto se cumplió ya que se logro plasmar en el

mismo, todo lo referente a los suelos expansivos, desde su origen hasta lamitigación de a expansividad.

No existe interés por crear cimentaciones capaces de resistir todos losmovimientos posibles del suelo, ya que sus costos podrían exceder a los dañosque se intentan prevenir. Esto hace que el trato con los suelos expansivos seconvierta en una balanza de riesgos contra costos. En general, las soluciones paraconstruir sobre suelos expansivos se clasifican en tres categorías básicas: Lasque alteran las condiciones del suelo a fin de reducir o eliminar su potencial deexpansión, las que evitan a los suelos expansivos, aislando a las cimentaciones

de sus efectos, y las que proveen cimentaciones capaces de soportar losmovimientos diferenciales del suelo, mitigando sus efectos sobre lasuperestructura. Así, cada una de estas propuestas incluye metodologíasespecíficas.


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GLOSARIO Suelo orgánico: se trata de una mezcla de granos minerales y materia

orgánica en su mayor parte de origen vegetal, en diversos grados dedescomposición.

Suelos aluviales: son materiales depositados por corrientes y ríos comolas arenas y las gravas.

Suelo cohesivo: suelo que contiene partículas de arcilla y/o limo, queimparten cohesión y plasticidad.

Problemas de compresibilidad: se induce un cambio en el volumen entodos los suelos cuando se aumenta las acrgas en limos, arcillas y arenassueltas.

Deforestación: es la destrucción a gran escala de los bosques por laacción humana.

Mitigación: es el esfuerzo por reducir la pérdida de vida y propiedadreduciendo el impacto de los desastres.

Topografía: Técnica que consiste en describir y representar en un plano lasuperficie o el relieve de un terreno.

Aguas pluviales: es un término utilizado para hacer referencia al agua queentra en el sistema de alcantarillado que se origina durante los fenómenosmeteorológicos con precipitación como resultado de la lluvia, nieve, granizo,

etc.

Erosión: Desgaste producido en la superficie de un cuerpo por el roce ofrotamiento de otro.

Sedimentación: es el proceso por el cual el sedimento en movimiento sedeposita.

Mezclas asfálticas: es una combinación de asfalto y agregados mineralespétreos en proporciones exactas que se utiliza para construir firmes.

Eficiencia: Capacidad para realizar o cumplir adecuadamente una función.


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CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES


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BIBLIOGRAFÍA

JUÁREZ BADILLO Y RICO RODRÍGUEZ, MECÁNICA DE SUELOS TOMO I, EDITORIAL OMEGA

JUÁREZ BADILLO Y RICO RODRÍGUEZ MECÁNICA DE SUELOS APLICADA, EDITORIAL OMEGA RICO RODRÍGUEZ Y DEL CASTILLO, MECÁNICA DE SUELOS APLICADA A LAS VÍAS

TERRESTRES TOMO

ZEVART, MECÁNICA DE SUELOS Y CIMENTACIONES.

DIVISION DE ESTUDIOS SUPERIORES DE LA FACULTAD DE INGENIERIA “LABORATORIO DEMECANICA DE SUELOS “. DESFI, UNAM.

RICO RODRIGUEZ A. Y HERMILO DEL CASTILLO. “LA INGENIERIA DE SUELOS EN LAS VIAS

TERRESTRES. VOLUMEN I. ED. LIMUSA

CRESPO VILLALAZ CARLOS, “MECANICA DE SUELOS Y CIMENTACIONES”

protocolo de inv. arcillas expansivas final

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