CIMENTACIONES SOBRE SUELOS DIFCILES

Introduccin

En muchas areas de Estados Unidos y otras partes del mundo, ciertos suelos hacen la construccin de cimentaciones extremadamente difcil. Por ejemplo, los suelos expansivos o colapsables llegan a causar grandes movimientos diferenciales en las estructuras debido a un excesivo levantamiento o asentamiento. Problemas similares tambin surgen cuando las cimentaciones se construyen sobre rellenos sanitarios. Los ingenieros de cimentaciones deben ser capaces de identificar los suelos difciles encontrados en el campo. Aunque no todos los problemas causados por todos los suelos pueden resolverse, medidas preventivas deben tomarse para reducir la posibilidad de daos a estructuras construidas sobre ellos. Este captulo subraya las propiedades fundamentales de tres condiciones de suelos: los suelos colapsables, los suelos expansivos y los rellenos sanitarios, as como los mtodos de una cuidadosa construccin de cimentaciones.

SUELO COLAPSABLE

DEFINICIN DE TIPOS DE SUELOS COLAPSABLES.Los suelos colapsables, llamados a veces suelos metaestables, son suelos no saturados que sufren un gran cambio de volumen al saturarse. Este cambio puede o no ser el resultado de la aplicacin de carga adicional. El comportamiento de los suelos colapsables bajo carga se explica mejor por medio de la grafica, la relacin de vacios-presin ( versus log ) para un suelo colapsable, como muestra la figura 1.1. La rama ab se determina de la prueba de consolidacin sobre un espcimen con su contenido de humedad natural. A la presin w, la relacin de vacios de equilibrio es 1. Sin embargo, si se introduce agua al espcimen hasta saturarlo, la estructura del suelo se colapsara. Despus de la saturacin, la relacin de vacios de equilibrio a la misma presin w es 2; cd es la rama de la curva -log bajo la carga adicional despus de la saturacin. Las cimentaciones construidas sobre tales suelos llegan a sufrir grandes y repentinos asentamientos cuando el suelo bajo la cimentacin se satura con una humedad no anticipada, que puede provenir de varias fuentes, como (a) tuberas rotas de agua, (b) drenajes con fugas, (c) drenaje del agua de depsitos y albercas, (d) incremento lento del nivel fretico, etc. Este tipo de asentamiento causa generalmente considerables daos estructurales. Por consiguiente, la identificacin de los suelos colapsables durante una exploracin de campo es crucial.

Muchos suelos colapsables son suelos residuales producto del intemperismo de las rocas madres. El proceso de intemperismo produce suelos con un gran rango de tamaos de partculas. Los materiales solubles y coldales son lavados por el intemperismo, resultando grandes relaciones de vacios y por consiguiente estructuras inestables. Muchas partes de frica del Sur y Zimbabwe tienen suelos residuales que son granitos descompuestos. Algunas veces depsitos de suelos colapsables son dejados por inundaciones y flujos de lodo. Esos depsitos se secan y quedan pobremente consolidados. Un excelente resumen de suelos colapsables es el de Clemence y finbarr (1981).

PARMETROS FSICOS PARA IDENTIFICACINVarios investigadores propusieron diversos mtodos para evaluar los parmetros fsicos de los suelos colapsables para su identificacin y se presentan brevemente en la tabla 1.1

InvestigadorAoCriteriosDenisov

Clevenger

Priklonski

Gibbs

Soviet Building Code

Feda

Benites

Handy1951

1958

1952

1961

1962

1964

1968

1973 Coeficiente de hundimiento K= Relacin de vacios en el lmite liquido Relacin de vacios naturalK= 0.5-0.75: muy colapsableK= 1.0: limoarcilloso no colapsableK= 1.5-2.0: suelos no colapsablesSi el peso especifico seco es menos que 80lb/pie3 (=12.6kN/m3), el asentamiento ser grand; si el peso especifico seco es mayor que 90lb/pie3 (=14.1kN/m3), el asentamiento ser pequeo.KD= (contenido de agua natural limite liquido) ndice de plasticidad KD0.5: suelos no colapsablesKD>1.0: suelos expansivosRazon de colapso, R = Contenido de agua en saturacin Limite liquidoEsto fue puesto en forma grafica.L = 0 - L 1 + 0Donde 0 = relacin de vacios natural y L = relacin de vacios en el lmite liquido. Para un grado de saturacin natural menor que 60%, si L>-0.1, se trata de un suelos colapsableKL = 0 - LP Sr IPDonde 0 = contenido de agua natural, Sr grado de saturacin natural, LP = limite plstico e IP = ndice de plasticidad. Para Sr 0.85, sse trata de un suelo asentable.Una prueba de dispersin en la que 2g de suelos se vierte en 12ml de agua destilada y el espcimen se cronometra hasta que se dispersa; tiempos de dispersin de 20 a030 segundos fueron obtenidos para suelos colapsables de Arizona.Loes de Iowa con contenido de arcilla(< 0.002mm):32%: usualmente seguro contra el colapso

TABLA1.2 Relacin del potencial de colapso a la severidad de los problemas de la cimentacin

CSeveridad del problema

0-1

1-5

5-10

10-20

20

Ningn problema

Problema moderado

Problema

Problema severo

Problema muy severo

C = = 1 - 21.1 1+0

Donde: 0 = relacin de vacios natural del suelo = deformacin unitaria verticalLa severidad de los problemas fde cimentaciones asociados con un suelos colapsable se correlaciona con el potencial de colapso, C, por Jenning y Knight (1975). Esta correlacin fue resumida por Clemence y Finbarr(1981) y se da en la tabla 1.2.Holtz y Hilf( 1961) sugiriendo que un suelo tipo loes que tiene una relacin de vacios suficientemente grande para permitir que su contenido de agua exceda su lmite liquido al estar saturado, es susceptible al colapso. Entonces, para el colapso(saturado) LL1.2Sin embargo, para suelos saturados0 = Gs1.3Donde LL= limite liquidoGs=peros especifico de los slidos del sueloCambiando las ecuaciones para suelos colpasables, se obtiene0 (LL) (Gs) 1.4El peso especfico seco natural, d, del suelo para el colapso esd Gs w = Gs w 1.5 1+0 1+ (LL) (Gs)Para un valor promedio de Gs =2.65, los valores limites de d para varios limites lquidos pueden ahora calcularse con la ecuacin

Limite liquido (%)Valores de d(lb/pie3) (kN/m3)1015202530354045130.8 20.56118.3 18.60108.1 16.9999.5 15.6492.1 14.4885.8 13.4980.3 12.6275.4 11.86

La figura 1.2 muestra una grafica de los pesos especficos secos limites anteriores versus los correspondientes limites lquidos. Para cualquier suelo, si el peso especifico seco natural cae debajo de la lnea lmite, es probable que el suelo se colapse. Debe tenerse cuidado al obtener muestras inalterables para determinar los potenciales de colapso y los pesos especficos secos, de preferencia bloques muestras cortadas a mano. La razn es que las muestras obtenidas con tubos de pared delgada llegan a sufrir alguna compresin durante el proceso de muestreo. Sin embargo, si se usa este procedimiento, las perforaciones deben efectuarse sin agua.