Cimentaciones en suelos Cimentaciones en suelos expansivos y colapsablesexpansivos y colapsables

Tercer Simposio NacionalTercer Simposio NacionalDe Edificaciones de MamposterDe Edificaciones de Mamposteríía a

y Vivienday Vivienda

Eduardo Rojas

Universidad Autónoma de Queretaro

Cimentaciones en suelos Cimentaciones en suelos expansivos y colapsablesexpansivos y colapsables

ÍÍndicendice1.1. DefinicionesDefiniciones2.2. Comportamiento de suelos expasivosComportamiento de suelos expasivos3.3. DiagnDiagnóóstico stico 4.4. Alternativas de soluciAlternativas de solucióónn5.5. Suelos colapsablesSuelos colapsables6.6. RecomendacionesRecomendaciones7.7. Ventajas para propietarios y constructoresVentajas para propietarios y constructores

1. Definiciones

Suelo expansivo: Sufre deformaciones Suelo expansivo: Sufre deformaciones plpláásticas de expansisticas de expansióón (hinchamiento) n (hinchamiento) durante el humedecimiento o descargadurante el humedecimiento o descarga

Suelo colapsable: Sufre deformaciones irrecuperables (colapso de su estructura) durante el humedecimiento o carga

2. Comportamiento de suelos no 2. Comportamiento de suelos no saturadossaturados

Endurecimiento

Esfuerzo medio, p

Succ

ión,

s

Zona elástica

Colapso

Expansión

Humedecimiento

CargaDescarga

Humedecimiento

Presión de expansiónEsfuerzo de preconsolidación

PresiPresióón y porcentaje de expansin y porcentaje de expansióónn

Deformación bajo humedecimiento continuo y esfuerz o constante

-7.00

-6.00

-5.00

-4.00

-3.00

-2.00

-1.00

0.00

1.00

2.00

3.000 5 10 15 20

Esfue rzo ton/m2

ε(%

)

Presión de

expansión

Porcentaje de

expansión

ExpansiExpansióón bajo diversas humedadesn bajo diversas humedadesSU

CC

IÓN

, S

ESFUERZO MEDIO , P

( P + S )1

( P + S )2

( P + S )3

A

B

C

Trayectorias dehumedecimiento.

SUC

CIÓ

N ,

SEXPANSIÓN MICROESTRUCTURAL,

A

B

C

Curvas de expan

(a)

ExpansiExpansióón bajo diversas humedadesn bajo diversas humedadesy esfuerzosy esfuerzos

(P+S)1 (P+S)2 (P+S)3

1 2 3

A B C (P+S)1’ (P+S)2’ (P+S)3’

Curvas deexpansión

ESFUERZO MEDIO , P

SUC

CIÓ

N ,

S

SUC

CIÓ

N ,

S

EXPANSIÓN

MICROESTRUCTURAL, ε vm

Trayectoria dehumedecimiento

ABC

(c)

Superficie de fluencia de suelos no saturados

p

q s

Aspecto de un suelos expansivosAspecto de un suelos expansivos

Microestructura Microestructura del suelo arcillosodel suelo arcilloso

PartPartíículas arcillosasculas arcillosasMontmorilonita

Ilita

3. Diagn3. Diagnóósticostico

Antecedente en QuerAntecedente en QueréétarotaroLos constructores de al menos 10Los constructores de al menos 10fraccionamientos (quefraccionamientos (queinvolucran unas 2 000 casas deinvolucran unas 2 000 casas deinterinteréés social) han sido demandadoss social) han sido demandadospenalmentepenalmente

Caso comCaso comúúnn

Segundo estrato heterogenoCH/ML/CL

Primer estrato de arcilla CH potencialmente expansiva

Tepetate compactadoTepetate compactado

CalleZona de jardín

humedecimiento

Grieta

Levantamiento

Grieta generada por la expansión

Despegue de la losa en el muro interior

Acceso

Grieta

Zona de afectación por humedecimiento

Dirección del movimiento

Nivel original

Relleno de tepetate de 0.45m de espesor.

Arcilla inorgánica de alta compresibilidad CH, color negro potencialmente expansiva de 1.20m de espesor

Muro

Losa de cimentación de 8 cm de espesor

Arena Arcillosa

Resultados del diagnResultados del diagnóósticostico

No se hace un estudio apropiado de No se hace un estudio apropiado de MecMecáánica de Suelos nica de Suelos Generalmente el diseGeneralmente el diseñño estructural no o estructural no considera la presencia de suelos considera la presencia de suelos expansivosexpansivosAcero escaso en losas de cimentaciAcero escaso en losas de cimentacióón y n y en ocasiones su posicien ocasiones su posicióón es incorrectan es incorrectaPoca atenciPoca atencióón al problema de fugas en n al problema de fugas en ductos de agua potable y drenaje y al ductos de agua potable y drenaje y al manejo de agua de lluviamanejo de agua de lluvia

4. Alternativas de soluci4. Alternativas de solucióónn1. Sustituci1. Sustitucióónn (estratos superficiales poco profundos)(estratos superficiales poco profundos)2. Saturaci2. Saturacióón previan previa (estratos superficiales delgados y (estratos superficiales delgados y obras provisionales)obras provisionales)3. Tratamiento del suelo3. Tratamiento del suelo (Estratos superficiales o (Estratos superficiales o profundos)profundos)4. Barreras impermeables4. Barreras impermeables (Estratos profundos y (Estratos profundos y estructuras sin servicios hidrestructuras sin servicios hidrááulicos)ulicos)5. Estructuras provisionales flexibles5. Estructuras provisionales flexibles6. Losas nervadas o reticular6. Losas nervadas o reticular (suelos poco expansivos y (suelos poco expansivos y cimbra perdida)cimbra perdida)7. Pilotes cortos7. Pilotes cortos (estratos de espesor importante y suelos (estratos de espesor importante y suelos muy expansivos)muy expansivos)8. Zapatas esbeltas8. Zapatas esbeltas (estratos de espesor importante y (estratos de espesor importante y suelos moderadamente expansivos)suelos moderadamente expansivos)

1, 3 y 4 Sustituci1, 3 y 4 Sustitucióón, tratamiento del suelo, n, tratamiento del suelo, barreras impermeablebarreras impermeable

Segundo estrato heterogenoCH/ML/CL

Primer estrato de arcilla CH potencialmente expansiva

Tepetate compactadoTepetate compactado

CalleZona de jardín

humedecimiento

Grieta

Levantamiento

5. Estructuras provisionales flexibles5. Estructuras provisionales flexibles

6. Losa nervada6. Losa nervada

7. Pilotes cortos7. Pilotes cortos

8. Zapatas esbeltas8. Zapatas esbeltas

Zapatas esbeltas a cimbra perdidaZapatas esbeltas a cimbra perdida

DiseDiseñño de zapatas esbeltaso de zapatas esbeltas

5. Comportamiento de suelos colapsables5. Comportamiento de suelos colapsables

Esfuerzo medio, p

Succ

ión,

s

Zona elástica

Colapso

Expansión

Humedecimiento

CargaDescarga

Humedecimiento

Endurecimiento

Presión de expansiónEsfuerzo de preconsolidación

Esfuerzo vertical

Def

orm

ació

n ve

rtic

al (%

)

0

Presión de colapso

(esfuerzo de preconsolidación)

Colapso esperado

Estructura de un suelo colapsableEstructura de un suelo colapsable(limos o arenas)(limos o arenas)

Soluciones en suelos colapsablesSoluciones en suelos colapsables

Humedecimiento y compactaciHumedecimiento y compactacióón del n del suelosuelo

CompactaciCompactacióón dinn dináámica (estratos profundos)mica (estratos profundos)CompactaciCompactacióón tradicional (estratos superficiales)n tradicional (estratos superficiales)

6. Recomendaciones6. Recomendaciones

a) Especialistasa) Especialistas

b) Constructoresb) Constructores

c) Autoridades Municipales y Estatalesc) Autoridades Municipales y Estatales

a) Especilaistasa) Especilaistas

Formar los grupo de peritos en Formar los grupo de peritos en MecMecáánica de Suelos en cada estadonica de Suelos en cada estadoDifundir los conocimientos sobre suelos Difundir los conocimientos sobre suelos expansivos y colapsablesexpansivos y colapsablesAportar soluciones novedosas a esta Aportar soluciones novedosas a esta problemproblemááticaticaGenerar un reglamento de Generar un reglamento de construcciones mas adecuado y construcciones mas adecuado y especespecííficofico

b) Constructoresb) Constructores

El diseEl diseñño de obras no provisionales o de obras no provisionales debe hacerse bajo las condiciones debe hacerse bajo las condiciones crcrííticas (suelo saturado)ticas (suelo saturado)Reconocer que el costo de construir en Reconocer que el costo de construir en zonas con presencia de suelos zonas con presencia de suelos expansivos o colapsables es mas expansivos o colapsables es mas elevadoelevadoRealizar los estudios de MecRealizar los estudios de Mecáánica de nica de Suelos Suelos úúnicamente a travnicamente a travéés de peritos s de peritos reconocidos por los Colegios de reconocidos por los Colegios de Ingenieros CivilesIngenieros Civiles

c) Autoridades municipales y estatalesc) Autoridades municipales y estatales

Generar, junto con los Colegios de Generar, junto con los Colegios de Ingenieros Civiles, reglamentos mas Ingenieros Civiles, reglamentos mas adecuados para cada estadoadecuados para cada estadoPara el permiso de construcciPara el permiso de construccióón, exigir n, exigir que los estudios de Mecque los estudios de Mecáánica de Suelos nica de Suelos estestéén avalados por un perito reconocido n avalados por un perito reconocido por el Colegio de Ingenieros Civilespor el Colegio de Ingenieros Civiles

7. Ventajas para los propietarios y constructores7. Ventajas para los propietarios y constructores

Confianza al adquirir una propiedad nuevaConfianza al adquirir una propiedad nuevaSeguridad de un comportamiento adecuado Seguridad de un comportamiento adecuado durante toda su vida durante toda su vida úútiltilEvitar el malestar y angustia que provocan el que Evitar el malestar y angustia que provocan el que una casa nueva se detertiore runa casa nueva se detertiore ráápidamentepidamenteAbatir el nAbatir el núúmero de demandas que actualmente mero de demandas que actualmente exsiten por daexsiten por dañños en estructuras nuevasos en estructuras nuevasAbatir los costos de repaciones y pAbatir los costos de repaciones y péérdidas de rdidas de tiempo tanto de propietarios como de tiempo tanto de propietarios como de constructoresconstructores