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MTODOS DE IDENTIFICACINSon arcillas altamente plsticas y con alto contenido de montmorillonita en su composicin.CMO IDENTIFICAR UN SUELO POTENCIALMENTE EXPANSIVO?

Las formas principales de identificacin de un suelo potencialmente expansivo son:IDENTIFICACIN VISUALIDENTIFICACIN MINERALGICAIDENTIFICACIN POR MTODOS INDIRECTOSMTODO DEL NDICE DE LA ACTIVIDAD DE LA ARCILLA PROPUESTO POR SEED, WOODWARD Y LUNDGRENMTODOS INDIRECTOS DE DETERMINACIN DEL POTENCIAL EXPANSIVO DEL SUELOIDENTIFICACIN POR MTODOS DIRECTOSMEDIDAS DIRECTAS DE LA EXPANSIN DEL SUELOANALISIS DE EFICIENCIA DE LOS METODOS DESCRITOS

NDICEPROCEDIMIENTO1.- Poner la muestra, en nuestro caso bentonita, en el anillo de acero inoxidable, y a continuacin colocarla entre los discos porosos y saturarla.

SUELOS EXPANSIVOSLa expansividad de suelos es una propiedad fsica de los suelos que puede evaluarse en una cimentacin. En las estructuras constructivas existe hinchamiento del suelo cuando aumenta su cantidad de agua y se retraen cuando la disminuye.Las arcillas expansivas producen empujes verticales y horizontales afectando las cimentaciones, empujando muros y destruyendo pisos y tuberas enterradas, con esfuerzos que superan los 20 kg/cm, ocasionalmente. En las vas se presentan ascensos y descensos que afectan su funcionamiento. Tambin, estos suelos expansivos se retraen y los taludes fallan. La expansin de suelo a travs de la experiencia de los ingenieros geotecnistas ha demostrado que es factor importante en el diseo de la cimentacin de cualquier estructura, y sobre todo para la prevencin de la inestabilidad en el horizonte de su vida til.Son suelos que tienen la propiedad de contraerse o expandirse debido a cambios en su contenido de humedad. Este proceso involucra grandes cambios volumtricos generando esfuerzos considerables.

FATIGA DE LA EXPANSIN

En muestras sometidas en laboratorio a ciclos de saturacin y disecado mostraron seales de fatiga despus de varios ciclos.Este fenmeno no ha sido todava suficientemente investigado.Se ha notado en pavimentos sometidos a variaciones estacionales en el contenido de humedad del mismo que tienden a un cierto punto de estabilizacin luego de un cierto nmero de aos.En el grfico adjunto se puede ver una curva de fatiga tpica de las obtenidas en ensayos de laboratorio.

FACTORES

POTENCIA DEL ESTRATO ACTIVO

A travs de ensayos de laboratorio sobre muestras de un mismo suelo, compactadas al mismo grado densidad y humedad inicial, se ha estudiado el efecto del espesor del estrato en la magnitud total del hinchamiento.Los resultados mostraron que la magnitud del cambio volumtrico experimentado es proporcional al espesor del estrato, mientras que la presin de expansin se mantiene constante.Esto nos estara indicando que si una estructura es capaz de trasmitir una presin uniforme y constante a profundidades importantes debajo de la fundacin se podra contrarrestar el fenmeno de cambio volumtrico. Pero como sabemos esto no es posible, ya que, a medida que aumentamos la profundidad, la presin trasmitida por la zapata de fundacin disminuye y por lo tanto no constituye un mtodo efectivo para el control de la expansin.

FACTORESAlgunos componentes de la arcilla tienen la caracterstica de hidratarse. Al hidratarse genera que su nueva composicin aumente considerablemente.Dependen de la estructura de los cristales.Dependen de su composicin mineralgica.Depende de la capacidad de cambio de cationes.iterablemente de volumen.

Su comportamiento se caracteriza principalmente por:

La contraccin de la arcilla debido al secadoLa expansin de la arcilla al humedecerse.Desarrollo de presiones de expansin cuando est confinado y no puede expandirse.

NDICEACTUACIN SOBRE EL SUELO

PRE HUMECTACIN DEL SUELOREDUCCIN DE LA DENSIDAD DEL SUELO SUSTITUCIN DEL SUELO EXPANSIVOQU REQUERIMIENTOS LE HARAMOS A ESE RELLENO GRANULAR?

NDICEAISLACIN DEL SUELO DE VARIACIONES IMPORTANTES EN EL CONTENIDO DE HUMEDADSi se pudiera lograr que el suelo no sufriera variaciones importantes en su contenido de humedad, entonces, por mayor que sea el potencial expansivo de la arcilla no habr cambios volumtricos.La variacin de contenido de humedad puede provenir de dos fuentes bsicamente:a) la infiltracin al terreno de aguas superficialesb) la variacin de niveles de agua subterrnea.Si bien es relativamente sencillo sacar el agua libre que se ha introducido en la obra para la construccin de una fundacin, realizando los drenajes adecuados ya sean superficiales o subterrneos a tales efectos, pero sin embargo no es tan sencillo el impedir la migracin de la humedad desde el exterior de un local hacia el interior de un rea cubierta.Para impedir la infiltracin de aguas superficiales se puede disponer de: Barreras horizontales contra la humectacin del suelo alrededor de la construccin a travs de: membranas, construccin de veredas perimetrales, pavimentos asflticos, drenaje adecuado. Barreras verticales alrededor de la construccin para impedir las variaciones estacionales en el contenido de humedad del suelo tambin mediante el uso de membranas, hormign, etc.Las barreras verticales usualmente estn unidas a una horizontal para prevenir la humectacin del suelo entre la barrera vertical y la construccin, ya que las barreras verticales deben construirse al menos 70 a 100 cm alejadas del permetro de la construccin.Si bien las barreras verticales son ms efectivas que las horizontales, las mismas resultan mucho ms costosas.Para evitar la variacin del contenido de humedad por variacin del nivel de agua subterrnea la alternativa ms adecuada la constituye la construccin de drenajes subterrneos.El proyecto de drenes deber tener presente el tipo de acufero de que se trate, si es confinado o no, el caudal de agua que escurre por el mismo, profundidad a la que se instala el dren, capacidad del sistema de drenaje, etc. ACTUACIN SOBRE LA ESTRUCTURA Y EL SISTEMA DE CIMENTACIN

NDICEFUNDACIONES SUPERFICIALES EN SUELOS EXPANSIVOSEsta clase de fundaciones, ms comnmente denominadas como zapatas o patines, pueden ser implementadas con xito sobre subsuelos conformados por materiales expansivos, siempre que se cumpla al menos uno de los siguientes requisitos:- La presin aplicada, debido a las cargas permanentes, resulte suficiente como para contrarrestar la presin de expansin.- La superestructura tenga el grado de rigidez necesario como para que una expansin diferencial no cause fisuras o grietas en los elementos resistentes.- El efecto expansivo pueda ser eliminado o al menos reducido de manera de evitar o mitigar los desrdenes (ya sean stos de carcter resistente, funcional o ambos).

NDICEEl Caso De Las Zapatas CorridasComo se sabe, es la tipologa ms comn de fundacin superficial para estructuras livianas. Es claro, en consecuencia, que para prevenir el efecto de la expansin se vuelve necesario concentrar la presin aplicada, lo que deriva en minimizar el ancho de la zapata.Por lo tanto el uso de zapatas corridas debera limitarse a suelos de bajo grado de expansin, por ejemplo en general inferior al 1%, medido en el ensayo de expansin libre.Sin embargo, el uso de fundaciones alternativas, al caso pilotes, puede ser antieconmico y por ello en muchas situaciones se aceptan daos menores (como fisuras en paredes y techos), cuyos costos de reparacin resultan inferiores a los de un sistema de fundacin diferente.Una variante, cuando no es factible cambiar el sistema de fundacin, es implantar las zapatas a profundidades mayores, esto es a salvo de la capa de suelo donde las variaciones en el contenido de humedad son mayores (al menos 1,50 a 2,00 m por debajo del nivel del terreno natural). Esta ubicacin reduce y limita adems los desplazamientos diferenciales.En general, se sugiere a las zapatas corridas como una alternativa en principio vlida cuando: El subsuelo no es altamente expansivo (bsicamente illita en vez de montmorillonita) Es poco probable que se verifique un ascenso del nivel fretico. No hay disponibilidad de fundar con pilotes. La superestructura est conformada por madera.Una variante a veces empleada es la fundacin en cajn, esto es una estructura de hormign fuertemente armada, cuya altura media es del orden de 2,00 m. Es notorio que este tipo de fundacin protege a la estructura de eventuales fisuraciones derivadas de expansiones diferenciales. En estos casos, no deben existir discontinuidades a nivel de la superestructura, que introduzcan puntos dbiles. En especial, en estructuras complejas, se sugiere agregar juntas para separarlas en dos o ms mdulos. Cada mdulo actuar entonces en forma independiente y los desplazamientos diferenciales podrn absorberse en las juntas.

NDICEEl Caso De Las Zapatas AisladasComo es sabido, este sistema consiste en una serie de zapatas apoyadas sobre las capas superiores del subsuelo, conectadas entre s por vigas de fundacin. Como en el caso de las fundaciones indirectas o profundas, la carga de la estructura es trasmitida al suelo en forma concentrada en diferentes puntos; la diferencia es que naturalmente en este caso la descarga se realiza en las capas superiores del terreno y no se involucra la resistencia lateral por friccin.El uso de este sistema puede ser ventajoso cuando:- El techo de roca o el estrato resistente es profundo y no puede ser econmicamente alcanzado por pilotes.- Las capas superiores del suelo poseen un potencial expansivo moderado.- La capacidad portante de las capas superiores es relativamente alta.- Existe napa fretica o capas blandas que impiden el uso de pilotes trabajando por friccin.En el caso de un suelo expansivo, si la presin aplicada es mayor que la presin de expansin (para cambio de volumen nulo) no deberan observarse desplazamientos debidos a esta causa.En general puede decirse que la magnitud de la presin aplicada est limitada por la capacidad portante del suelo de fundacin y es funcin del coeficiente de seguridad adoptado (usualmente entre 2 y 3). Por lo tanto, considerando los valores habituales de tensiones admisibles para suelos arcillosos de Formacin Libertad (1,0 a 2.0 kg/cm2), este sistema de fundacin slo podr aplicarse en suelos con potenciales expansivos medios (1 a 5% de expansin libre y presin de expansin en el rango de 1 a 2 kg/cm2).Para permitir en estos casos la concentracin de tensiones aplicadas en las zapatas individuales se requiere descalzar las vigas de fundacin, esto es dejar un espacio vaco bajo stas.De todas formas, algunos investigadores como Peck entre otros, han sealado adems que la expansin del suelo slo se puede impedir en una zona localizada bajo la zapata donde se concentran las tensiones inducidas por la fundacin.NDICEEL CASO DE LAS LOSAS DE FUNDACINEl comportamiento de las losas de fundacin (o plateas) construidas sobre suelos expansivos, puede considerarse un problema de difcil control y an no resuelto para todos los casos.En esta categora estn comprendidas las losas de piso interiores, las exteriores, los pavimentos, etc.En general estas losas no soportan una carga aplicada importante y los pesos propios son tambin bajos. En consecuencia, es esperable que se produzcan movimientos cuando aumenta el contenido de humedad en el subsuelo bajo la losa y por lo tanto, esta consideracin debiera ser un requisito de diseo.Adems los movimientos de estas losas no slo pueden traducirse en fisuras sino que en muchos casos pueden afectar la estabilidad general de la estructura.En general, las losas van directamente apoyadas sobre el subsuelo y se construyen incorporando algn tipo de armadura, dependiendo de las cargas aplicadas.Ms que nada la disposicin de estas armaduras tiende a prevenir las fisuraciones de origen trmico, pero no as las causadas por la expansin del suelo.De all las dificultades que se presentan cuando son implantadas sobre subsuelos con potencial expansivo entre moderado y alto.El desarrollo de sistemas de pisos econmicos capaces de revertir el problema de la expansin ha sido desde siempre un objetivo comn de ingenieros estructurales y de suelos.Lamentablemente no es an posible dar una respuesta totalmente eficaz a este tema.Algunos de las alternativas actuales incluyen los sistemas de pisos nervados y los pisos con cavidades.NDICE

ENSAYOS DEL LABORATORIOMATERIALESPROCEDIMIENTOHOJA DE CLCULO NDICE

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Hasta ahora, no se ha encontrado tendencias generales que nos permitan trabajar con ecuaciones universales, es por eso que recomendamos trabajar por zonas de estudio, es decir, cada zona debera de tener su ecuacin.Una de las recomendaciones mas importantes en este estudio es que si algn investigador desea caracterizar sus suelos expansivos debemos de resaltarles que se deben plantear de acuerdo a la Presin de expansin, mas no al grado de expansin. Esto se debe a que nosotros en el transcurso pudimos comprobar que existen zonas en donde el grado de expansin eran muy altos (46% aproximadamente), pero que era en nuestra zona de estudio en donde se poda observar la mayor problemtica generada por estos suelos.

NDICEEXPANSION LIBRE

NDICE

Zona con mayor problema de suelos expansivosPIURAPAITATALARACHICLAYOIQUITOSBAGUAMOQUEGUA

NDICE

Se puede apreciar el hecho de que las arcillas expansivas expanden poco cuando son compactadas a densidades bajas y alto contenido de humedad, pero expanden mucho cuando son compactadas a densidades altas y bajos contenidos de humedad.La principal razn de que el contenido de humedad es importante durante la compactacin es que el contenido de humedad es un controlador del grado de densidad alcanzado, y no tanto por el hecho de que un alto contenido de humedad haga reducir sensiblemente la expansin. El elemento fundamental para controlar la expansin es el grado de densidad alcanzado.Ya en el ao 1959 Dawson aconsejaba que en suelos expansivos se debiera controlar no slo el alcanzar un grado de compactacin mnimo, sino tambin un valor mximo.Como se muestran en la tabla siguiente, un decremento de la densidad seca de una arcilla expansiva desde 109 a 100 pcf, la presin de hinchamiento decrece de 13 a 5 psf y el potencial de hinchamiento desde 6.7 a 4.2 %. Esto sin variar el contenido de humedad del suelo. Efecto de la variacin de la densidad en el cambio volumtrico y en la presin de hinchamiento para muestras de contenido de humedad constante:

La principal ventaja de controlar la densidad de compactacin es que se puede reducir el potencial expansivo del suelo, sin necesidad de agregar agua por encima de la ptima, con las desventajas econmicas que esto trae aparejado y los problemas analizados en el mtodo anterior.

NDICE

No es tan fcil que un suelo cumple con las condiciones antes planteadas. En caso de dudas razonables, para poder determinar realmente el potencial expansivo del suelo hay que proceder a las metodologas habituales a tales efectos.Una alternativa para mejorar el potencial expansivo del suelo sera el poder mezclar el material granular con el suelo emplazado en sitio. Si bien dicho mtodo es tericamente razonable, en la prctica se hace muy dificultoso la mezcla de material granular con arcillas de bajo contenido de humedad. Se necesita maquinaria especial, sobre todo por la dificultad de disgregar los terrones de arcilla a tamaos adecuados, lo que lleva a costos tan caros como otros procedimientos en los que se obtienen mejores resultados como la estabilizacin con suelo cal o suelo cemento.La principal razn por la cual un relleno artificial de un material seleccionado no es tan efectiva como el apoyar sobre una masa de suelo granular en estado natural, es por la extensin del mismo debajo de la fundacin en uno y otro caso. Cuanto mayor sea el rea en que efectuamos el reemplazo, ms efectivo resulta el rellenoEn las figuras siguientes se muestran consejos de extensiones de material a sustituir en caso de diferentes condiciones de cimentacin.

Con la tecnologa disponible en la actualidad para la accin sobre los suelos expansivos, la sustitucin de suelos puede ser considerada como una de las mejores opciones para la estabilizacin de estos suelos.Dentro de las ventajas de este mtodo est el hecho de que se pueda compactar el material sustituido a elevados porcentajes de manera de poder soportar cargas importantes. Con el mtodo de prehumectado o de control del grado de la compactacin, la capacidad resistente del suelo se ve disminuida.El costo de esta alternativa no es caro si la comparamos con la de cualquier otra forma de tratamiento qumico, etc.Con la excepcin de la cimentacin del tipo losas flotantes el mtodo de reemplazo del material expansivo constituye el mtodo ms seguro para una fundacin directa sobre este tipo de materiales.Cuando se procede a la sustitucin de suelo, es conveniente tener la precaucin adicional de realizar los drenajes superficiales en forma adecuada alrededor de la construccin de manera de evitar la infiltracin de agua por debajo de los niveles del relleno.Algunas de las recomendaciones para la construccin de caminos propuesta por la Federal Higway Administration son las siguientes:. Profundidad mnima de reemplazo de material de 2 pies (60 cm).. Material de reemplazo que no sea granular, sino materiales limosos, o arcillas limosas, que no sean expansivas.. El material de relleno a ser utilizado debe ser compactado a una densidad entre 92 a95 % de la densidad mxima y a una humedad no menor a la ptima de la correspondiente al Proctor AASHTO T99.Recomienda profundidades mnimas de reemplazo segn se trate de rutas principales o secundarias:

ACTO. SUELOBentonitaEs una arcilla rica en montmorillonita (Al2(OH)2[Si4 O10]).La arcilla es la fraccin de un suelo o roca, compuesta por partculas inferiores a 0.002 mm. Est formada esencialmente por silicatos alumnicos hidratados de estructura reticular aplanada.

Papel Filtrose usa principalmente en laboratorios analticos para filtrar solucioneshomogneas. Normalmente est constituido por derivados decelulosay permite el manejo de soluciones conpHentre 0 y 12 y temperaturas de hasta 120C. Normalmente tienen unreaaproximada de 10 cm2 y unpesoaproximado desde 80 hasta 130 g/m2. Actualmente se pueden conseguir papeles filtro de diferentes rugosidades y dimetros de poro.

LABORATORIO2.- Aplicar la carga.

3.- Medir la deformacin a travs del deformmetro vs el tiempo.

LABORATORIO

NDICE

Grfico102.36.98.9

TIEMPO(min)EXPANSION(%)

Hoja1ComidaTransporteAlojamientoEne121710Feb171121Mar222914Abr141017May121710Jun191520