MAPA PREVISOR DE RIESGOSPOR EXPANSIVIDAD DE ARCILLASEN ESPAÑA A ESCALA 1:1.000.000

SERIE: GEOLOGIA AMBIENTAL

F. J. AYALA CARCEDOIngeniero de MinasJefe del Area de Geotecnia, I.G.M.E.

M. FERRER GIJONLicenciada en GeologíaDivisión de Geotecnia, IGME

CARLOS OTEO MAZO

Dr. Ingeniero de CaminosCoordinador de ProgramaTécnico-Científico del Laboratorio deGeotecnia, CEDEX

J. L. SALINAS RODRIGUEZLicenciado en GeologíaLaboratorio de Geotecnia, CEDEX

MEINSTITUTO GEOLOOICO Y MINERO DE ESPAÑA CENTRODE ESTUDIOS YERPERIMENUgONDEDBMSPUBUCAS

Madrid, 1986

® INSTITUTO GEOLOGICO Y MINERO DE ESPAÑA

I.S.B.N.: 84-7474-401-6Depósito legal : M. 14723-1987N.I.P.O.: 232-87-003-1Impreso por: Reprográficas Almansa, s. a.

Teléf. 254 28 01/02/03C/. Almansa, 33 - 28039 MADRID

AGRADECIMIENTOS

Las personas que han intervenido en la realización de este Documento quieren expresar su agrade-cimiento a diversas entidades públicas y privadas por la colaboración prestada durante el desarrollo deeste trabajo , tanto facilitando datos específicos , como expresando opiniones generales.

Concretamente, se quiere agradecer la colaboración de las siguientes organizaciones , que contes-taron a una encuesta efectuada con alcance nacional:- ASLAND, S. A.- CIMSA.- Equipo de Asistencia Técnica, S. A.- GEOS, S. A.- Geotécnica y Cimientos, S. A.- GEOTEYCO, S. A.- Ingeniería de Sondeos, S. A.- Instituto Geológico y Minero de España.- INTEMAC, S. A.- KRONSA, S. A.- Laboratorios de Carreteras y Geotécnica «José Luis Escario».- Laboratorio de Ensayos del Colegio Oficial de Aparejadores y Arquitectos Técnicos de Murcia.- Laboratorio INCE de Almería.- Laboratorio INCE de Cuenca.- Laboratorio INCE de Granada.- Laboratorio INCE de Madrid.- Laboratorio INCE de Valladolid.- Laboratorio Proyex Valencia, S. A.- LOSAN, Mecánica del Suelo, S. A.

Además, quiere reconocerse la colaboración prestada por diversos profesionales que han facilitadoinformaciones personales y datos sobre su propia experiencia . Entre estas personas los autores de esteDocumento quieren destacar especialmente los comentarios del Profesor Jiménez Salas, de la Real Aca-demia de Ciencias Físicas , Exactas y Naturales de España, así como los de los profesores D. José LuisJusto Alpañés, de la Universidad de Sevilla , y de D. José M.a Rodríguez Ortiz, de la Universidad Politéc-nica de Madrid . A este último y a D. Javier Castanedo se quiere agradecer , además, la colaboraciónprestada durante la edición de este trabajo . Igualmente se agradece la colaboración prestada porD. Ventura Escario , D. Alcibiades Serrano, D. Santiago Uriel, D . Angel Uriel , D. Jesús Sáez, D. AntonioSoriano, D. Jesús Moreno , D. Román Román , D. Francisco Travesedo y D. Gregori Jaume Nadal así co-mo la participación de D. Isabelo Ferrero, D. Juan Plaza y D. Manuel Fernández en todo el proceso detratamiento y elaboración del Mapa que acompaña a esta Memoria, y a D. Carlos Barba las fotografíascon el microscopio electrónico.

INDICE

RESUMEN ...................................................................................................................................... 9

ABSTRACT..................................................................................................................................... 9

1. INTRODUCCION ................................................................................................................... 11

2. ANTECEDENTES .................................................................................................................. 12

3. EL FENOMENO DE EXPANSIVIDAD DE LOS SUELOS ARCILLOSOS ............................ 143.1. Condiciones para la manifestación de la expansividad .......................................... 143.2. Mecanismos de expansión ...............................................................3.3. Factores intrínsecos vinculados a la expansividad ................................................. 153.4. Factores extrínsecos vinculados a la expansividad ................................................ 15

4. GEOLOGIA DE LAS ARCILLAS EXPANSIVAS ................................................................... 174.1. Mineralogía.. ........................... . ............ . ........................................................................ 174.2. Génesis .......................................................................................................................... 194.3. Facies ....................................................................................................4.4. Textura ........................................................................................................................... 234.5. Historia geológica ........................................................................................................ 254.6. Geomorfología .............................................................................................................. 254.7. Incidencia de la composición y textura en la expansividad ................................... 29

5. IDENTIFICACION GEOTECNICA DE SUELOS EXPANSIVOS ........................................... 305.1. Métodos de valoración de la expansividad ............................................................... 305.2. Técnicas indirectas de valoración de la expansividad ............................................ 315.3. Técnicas directas de valoración de la expansividad ............................................... 33

6. FISIOGRAFIA DE LA EXPANSIVIDAD EN ESPAÑA........................................................... 356.1. Clasificación climática de España ............................................................................. 356.2. Vertisuelos .................................................................................................................... 366.3. Suelos arcillosos de origen volcánico ....................................................................... 386.4. Sustratos arcillosos paleozoicos ............................................................................... 396.5. Sustratos arcillosos mesozoicos ............................................................................... 396.6. Sustratos arcillosos cenozoicos ................................................................................ 40

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7. CLASIFICACION DE SUELOS POTENCIALMENTE EXPANSIVOS EN ESPAÑA ............ 407.1. Metodología .................. ......................................................................................... 407.2. Valoración de la expansividad a partir de índices sencillos ................................... 427.3. Indices y criterios de clasificación utilizados. Aportaciones .................................. 44

7.3.1. Criterios climáticos ........................................................................................... 447.3.2. Criterios mineralógicos y texturales ............................................................... 447.3.3. Indices de plasticidad ....................................................................................... 447.3.4. Indices de expansividad de Lambe................................................................. 457.3.5. Indices representativos del hinchamiento libre ............................................. 457.3.6. Indices representativos de la presión de hinchamiento .............................. 457.3.7. Otros índices...................................................................................................... 45

7.4. Criterios de actuación ................................................................................................. 467.5. Datos utilizados ............................................................................................................ 47

7.5.1. Base geológica .................................................................................................. 477.5.2. Base geotécnica ................................................................................................ 47

7.6. Significado de la clasificación realizada ................................................................... 477.7. Unidades cronolitológicas en los sustratos arcillosos españoles ......................... 497.8. Riesgo de expansividad de las unidades cronolitológicas ..................................... 50

8. ANALISIS COMPARATIVO DEL RIESGO DE EXPANSIVIDAD EN LOS DIFERENTESAMBITOS TERRITORIALES ESPAÑOLES .......................................................................... 50

9. SISTEMAS DE CIMENTACION EN ARCILLAS EXPANSIVAS ........................................... 559.1. Generalidades ............................................................................................................... 559.2. Principios básicos del proyecto de cimentaciones sobre suelos expansivos ..... 569.3. Tipología de cimentaciones ........................................................................................ 579.4. Precauciones adicionales ........................................................................................... 60

10. BIBLIOGRAFIA ...................................................................................................................... 63

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RESUMEN

El Mapa Previsor de Riesgos por Expansividad de Arcillas en España muestra las formaciones litológi-cas con arcillas potencialmente expansivas a escala 1:1.000.000 y clasifica en 4 grados el riesgo de ex-pansividad presumible de dichas formaciones.

El fenómeno de inestabilidad volumétrica de los suelos es complejo y está sujeto a numerosas varia-bles. Sin embargo, y en circunstancias normales, depende en último término de la capacidad expansivaintrínseca de las formaciones arcillosas y de las circunstancias climáticas existentes.Se ha pretendido establecer un documento que, aunque de alcance limitado, permita evaluar con ra-

pidez, en cualquier punto del territorio español, el riesgo probable de expansividad que existe en esazona, a fin de que sirva de posible señal de alarma a la hora de proyectar cimentaciones de edificios yobras públicas.Como resultado de los trabajos de recopilación y análisis, se ha elaborado el Mapa que acompaña a

esta Memoria, en el que se distinguen: a) Sustrato rocoso. b) Recubrimientos. c) Materiales arcillosos,clasificados en cuatro grados de peligrosidad respecto de los posibles cambios de volumen.Además, en esta Memoria se ha hecho una revisión de los diversos factores que inciden en la expan-

sividad de las arcillas, analizando el potencial expansivo de los tipos más característicos de arcillas es-pañolas. Para ello, se han agrupado por formaciones cronolitológicas (edad y litología) , y por ámbitosclimáticos, y se han aplicado a dichas formaciones diversos criterios geotécnicos que permiten evaluarel potencial expansivo. Como complemento se describen las características geológicas de las arcillasexpansivas, las técnicas aconsejables para detectar la expansividad y las actuaciones utilizadas en lapráctica para prevenir daños por expansividad.

ABSTRACT

The Map of Risks from Clay Expansiveness in Spain shows, at 1:1.000.000 scale, the lithological forma-tions with content of expansive clays, and introduces an expansiveness risk classification divided in fourdifferent groups.

Volume change in soils is a very complex process that depends on many variables. Nevertheless, innormal conditions it is a function of the intrinsic swelling capacity of the clay formations and the climaticconditions of the zone.

The aim of this work has been the elaboration of a map from which it is possible to get a quick and sim-ple evaluation of the risk from clay expansiveness at any point of the Spanish territory, to use it in relationto foundation design of public works and building.

From the analysis of all the collected information, comming from very different sources, the elabora-tion of both, the map and the adjointed memory, has been possible. The work is divided in threeparts:

a) Non-argillaceous substratum, b) Overburden and c) Clayey materials, classified in four groupaccording to the risk of expansiveness quantified through the volume change.

Besides, a review of the different factors governing the swelling process of clays has been carried outwith special references to the expansiveness potential of the Spanish clays. In this way, the clayey soilshave been grouped according to chrono-lithologic formations (differenced by geologic age and lithology)and climatic conditions, applying to such formations those geotechnical criteria that clead to the evalua-tion of its expansiveness potential.

Finally, the geological characteristics of the expansive clays, the adecuate techniques for swelling eva-luation and the practica¡ procedures for damage prevention in buildings due to sol¡ sweiling aredescribed.

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1. INTRODUCCION Debe tenerse presente , sin embargo, que notodas las formaciones expansivas son arcillo-

El Mapa Previsor de Riesgos por Expansivi- sas. Algunos materiales no arcillosos, como sedad de Arcillas en España delimita zonas en ha señalado con anterioridad, pueden even-que se presume una expansividad similar para tualmente experimentar cambios de volumen.las arcillas , la cual se ha clasificado en 4 gra- Entre ellos hay que referirse a ciertos tipos dedos. El término expansividad define la capaci- pizarras de bajo metamorfismo y a rocas eva-dad del suelo para experimentar cambios de poríticas con anhidrita ( mineral este último sus-volumen al modificarse las condiciones de hu- ceptible de transformarse por hidratación enmedad , o para generar presiones si este cam- yeso , con aumento de volumen ). Estas forma-bio le es impedido. ciones quedan fuera del ámbito de este trabajo,

Aunque determinados suelos o rocas pueden limitado a las arcillosas.

experimentar hinchamientos derivados de una Para poder manifestarse las propiedades in-descomprensión o de modificaciones mineraló- trínsecas del suelo es necesario que éste puedagicas o texturales al acceder a cotas superficia- experimentar cambios de humedad y, para ello,les, el fenómeno de expansividad designa habi- son precisas determinadas condiciones medio-tualmente la propiedad de algunos componen- ambientales, vinculadas básicamente al clima,tes arcillosos de los suelos, en especial los pero también relacionadas con la posición delmontmorilloníticos , de modificar su estructura nivel freático , vegetación , profundidad, estruc-laminar por adsorción de moléculas polares. tura del suelo y posición estratigráfica. A elloNo sólo puede producirse hinchamiento del hay que añadir , muy en especial , las alternati-suelo , sino, evidentemente , retracción, si tiene vas impuestas por la actuación humana que,lugar una aproximación de las partículas de ar- necesariamente , modifican el equilibrio secularcilla por desecación . del entorno , en particular en lo referente a las

condiciones de admisión y eliminación de agua.Así pues, la capacidad expansiva de un suelo Se comprende que la expansividad es un fe-

depende estrechamente de su naturaleza mine- nómeno complejo, sujeto a numerosas varia-ralógica, que deberá ser arcillosa en propor- bles, resultando por ello difícil de cuantificar.ción significativa . De aquí que se utilice normal-mente el término de arcillas expansivas como Para la delimitación de las zonas de equiex-sustitutivo de suelos expansivos, ya que son los pansividad potencial a que se llega en este tra-componentes arcillosos del suelo los que pue- bajo se han tenido en cuenta los criterios bási-den exhibir expansividad . De su mineralogía, cos anteriormente reseñados . Para ello se hantamaño y organización textura ) dependerá su agrupado las formaciones en unidades sed¡-capacidad intrínseca de experimentar cambios mentarias que reunieran una litología y edadde volumen , y de la composición , porcentaje de geológica comunes (unidades cronolitológi-arcilla , grado de cementación y textura globales cas). Se presumía , así, una mineralogía, texturaresultará la del suelo . y estructura equiparables que permitieran defi-

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nir un potencial expansivo global semejante esta Memoria, las variaciones del potencial ex-para cada unidad cronolitológica. En total se pansivo, -aún dentro de una zona calificadahan clasificado 7 litologías en 4 edades geológi- como de muy alta expansividad, pueden sercas, simplificación a la que se ha llegado tras importantes.diversas consideraciones prácticas, de ordencartográfico. A título de ejemplo, se señalará, en este sen-

tido, que contrastando los resultados obtenidosSin embargo, como queda dicho, este poten- en el ensayo de expansividad de Lambe concial expansivo está condicionado por el medio suelos procedentes de una de las formaciones

climático, por lo que el riesgo de expansividad litológicas de mayor conflictividad en cuanto ade la unidad cronolitológica queda matizado en su potencial expansivo (las peñuelas arcillosasla cartografía realizada por las condiciones cli- de la ciudad de Madrid), sólamente con unmáticas locales. 20 % de las 119 muestras confrontadas se ob-tuvieron valores considerados como muy críti-El grado de expansividad de las diferentes cos (un 12 % de las muestras ensayadas dieronunidades cronolitológicas se ha definido en de hechos valores no críticos). Así pues, inclusobase a unas 1.400 muestras con ensayos de ex- dentro de suelos calificados globalmente comopansividad y del orden de 2.000 muestras con de muy alta expansividad potencial, predomi-ensayos de plasticidad. Se han tenido en cuen- nan estadísticamente los términos de modera-ta los criterios de evaluación de la expansividad da o incluso escasa expansividad. Se hace ne-más aceptados y otros puestos a punto durante cesario, pues, en cada caso, un volumen de en-la realización del presente trabajo. Se han con- sayos locales realmente representativo.sultado, además, numerosos Informes y Estu-

dios en que se valoraba o estaba implícito el 2. ANTECEDENTESgrado de expansividad de los suelos, a vecescon actuaciones derivadas de problemas de Los problemas cosntructivos derivados de laexpansividad, realizados tanto por Organismos expansividad de los suelos pueden ser impor-Públicos como por Entidades privadas, así tantes, y afectan a gran número de países decomo publicaciones diversas, incluyendo varias nuestro planeta (GROMKO, 1974).Tesis Doctorales. Finalmente, se ha tenido ac-ceso a actuaciones concretas, con frecuencia Aunque las implicaciones económicas sonmediante comunicación personal. difíciles de cuantificar, es fácil concebir su im-

portancia. JONES (1973) recoge una estima-La cartografía realizada no recoge el riesgo ción de daños anuales atribuibles a suelos ex-

expansivo de los recubrimientos (formaciones pansivos en EE.UU. que alcanzaban los 2.255superficiales predominantemente cuaterna- millones de dólares. Las medidas correctorasrías), puesto que se trata, en general, de mate- de daños por expansividad supusieron en Granriales de una gran variabilidad litológica y a me- Bretaña en la década de los setenta un costenudo con predominio de gruesos, en especial estimado en 250 millones de libras (DRISCOLL,en formaciones fluviales (aluviales, terrazas). 1984). Para España, AYALA (1975) señalaba,Por otra parte, tienen a veces un espesor muy por comparación con datos de EE.UU., un costemoderado y una morfología frecuentemente mínimo de 1.000 millones de pesetas/añoirregular. Se ha optado por dilucidar el riesgo (Fot. 1 y 2).expansivo presumible del sustrato, señalando,sin embargo, la presencia de dichos recubri- El interés creciente por los problemas rela-mientos en el propio Mapa. cionados con los suelos expansivos queda re-

flejado en los últimos años en los numerososHay que añadir, por último, que la escala de trabajos de investigación y en las reuniones de

trabajo ha impedido reflejar algunos posibles carácter internacional centradas en ellos. Entreafloramientos arcillosos, localmente significati- las más significativas de estas últimas hay quevos pero no cartografiables. Esta circunstancia referirse a la First International Research andse ha puesto de manifiesto muy en especial en Engineering Conference on Expansive Clayzonas volcánicas como las Islas Canarias, don- Soils (Texas, 1965), Second International Re-de algunas formaciones arcillosas tienen una search and Engineering Conference on Expan-entidad (por su trascendencia geotécnica) su- sive Clay Soils (Texas, 1969), Third Internatio-perior a la de meros recubrimientos. Se hará nal Conference on Expansive Soils (Haifa,referencia a algunas de ellas a lo largo de la 1973), 4th International Conference on Expansi-Memoria. ve Sois (Denver, 1980) y Fifth International

Conference on Expansive Soils (Adelaida,El propósito fundamental del Mapa Previsor 1984), y a la Workshop on Expansive Clays and

de Riesgos por Expansividad de Arcillas en Es- Shales in Highway Desing and Constructionpaña es advertir de la posible existencia de (Denver, 1972). Entre los trabajos monográficossuelos de carácter expansivo en un entorno más destacados hay que señalar los prepara-geográfico concreto. Esta posibilidad deberá dos en EE.UU. por la Federal Highway Adminis-ser confrontada, en cada caso, mediante ensa- tration, que incluyen un Informe sobre la distri-yos específicos de expansividad del suelo, bución de materiales expansivos en Estadospuesto que, como se irá viendo a lo largo de Unidos (PATRICK y SNETHEN, 1976), basado

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en características geológicas y climáticas, así pia actuación humana), y determinan que elcomo otras monografías dedicadas a los pro- potencial expansivo pueda o no desarrollarse.blemas de expansividad en carreteras y a la Los procesos de inestabilidad volumétrica deevaluación de la expansividad. los suelos han sido objeto de numerosos traba-

jos. No se trata de hacer aquí una revisión ex-En España se viene investigando en los pro- haustiva de las alternativas que determinan fi-blemas de expansividad desde hace más de nalmente su expansividad, pero sí parece apro-treinta años, en que el Profesor Jiménez Salas piado acceder a algunos conceptos que permi-empezó a publicar sus primeros trabajos sobre tan centrar el objetivo primordial del trabajo,el tema, habiendo continuado, posteriormente, esto es, establecer cuándo se cumplen las con-él mismo y otros investigadores (Escario, Justo, diciones para que un suelo sea o no potencial-Rodríguez Ortiz, Cuéllar, Oteo, etc) el estudio mente expansivo.de los fenómenos de hinchamiento, el cálculode cimentaciones, etc., con desarrollo de técni- En el apartado bibliográfico se recogen algu-cas especiales originales para el análisis del nos trabajos experimentales y de síntesis quecomportamiento de los suelos arcillosos al desarrollan los conceptos que ahora se descri-cambiar su succión (ESCARIO y SAEZ, 1973). ben, en gran parte referidos a suelos españo-

Los factores que generalmente se analizanles. Entre otros hay que reseñar los de ALPA-

en todos estos trabajos incluyen los mecanis-ÑES y CUELLAR (1972), CUELLAR (1978),GROMKO (1974), POUSADA (1984), RAVINA

mos implicados en la expansividad, ensayos de (1973), RODRIGUEZ ORTIZ (1975) y SNETHENcampo y laboratorio, métodos de predicción, y col. (1977).tratamiento de suelos expansivos y diseño deestructuras.

Hay que añadir que el IV Simposio de la Bri-3.2. Mecanismos de expansión

tish Géotechnical Society (1983) estuvo cen- Se definirán como expansivos aquellos sue-trado específicamente en la influencia de la ve-getación en el comportamiento de los suelos los con capacidad para experimentar cambiosexpansivos, lo que pone de manifiesto el trata- de volumen cuando varía su humedad. La ca-miento monográfico que merecen algunos fac- pacidad de adsorción/desorción de agua de lostores vinculados a la expansividad. mismos depende finalmente del tipo y cantidad

de mineral arcilloso.Hay que referirse , por último, a numerosas Los procesos de hidratación o desecación deactuaciones concretas llevadas a cabo por dis-

tintas entidades españolas cuyas experiencias las arcillas pueden producirse externa o inter-han sido tenidas en cuenta ahora para la reali- namente a sus partículas constitutivas (Fig. 1).zación cartográfica y para la redacción de la co-rrespondiente Memoria . PROCESOS REVERSIBLES

INTERCRISTALES

3. EL FENOMENO DE EXPANSIVIDAD DE (EFECTIVO PARA TODOS LOS MINERALES ARCILLOSOS)

LOS SUELOS ARCILLOSOS CASI SECO MOJADO

��-

3.1. Condiciones para la manifestación de laAGUA CAPILAR RESIDUAL

expansividad CRISTAL INDIVIDUAL

Para que un suelo pueda exhibir expansivi-AGUA CAPILAR RESIDUAL

dad son necesarios dos requisitos fundamen- UNIONES FUERTES

tales. CRISTAL INDIVIDUAL

- Deben existir, y entrar en funcionamiento,ciertos mecanismos que a nivel microescalar

RISTALESproduzcan la inestabilidad volumétrica del INTRAAsuelo. (EFECTIVO PARA ARCILLAS EXPANSIVAS)

- Deben estar presentes unas fuerzas capaces - CRISTAL INDIVIDUAL

de transferir la humedad de un punto a otro del AGUA INTERCRISTALINA

suelo. Ello implica un desequilibrio de la hume-dad natural del entorno.

Estos requisitos pueden finalmente clasificar-se en intrínsecos y extrínsecos. Los primerosson propios del suelo (composición mineralógi - CRISTAL INDIVIDUAL

ca, textura y estructura) y establecen la capaci-dad expansiva teórica; los segundos vienen im-puestos por factores externos (tales como la cli- Fig. 1.-Naturaleza de los cambios de volumen por hidrata-matología, hidrogeología, vegetación y la pro- ción (Según Tourtelot, 1973).

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Los cambios de volumen producidos por hi- déficit de la presión del agua existente en eldratación se verifican a nivel intercristalino en suelo respecto a la atmosférica.cualquier tipo de arcilla. Debido al escaso ta-maño de los cristales (se admiten dimensionesinferiores a 2 µ), las partículas se mantienenunidas bajo fuertes tensiones capilares . Estas

POTENCIAL DE HIDRATACION

tensiones disminuyen al ser humedecidas, conlo que el suelo puede hinchar. 00o ATRACCION SUPERFICIAL

PRESION OSMOTICA

A nivel intracristalino la hidratación tiene lu- Qpgar sólamente en algunos minerales arcillosos.Los mecanismos que la producen están vincu-lados a su naturaleza cristalográfica. Debido a • CATIONES DE CAMBIO

la sustitución, durante la etapa de formación MOLECULAS POLARES

A� SUPERFICIE CRISTALOGRAFICA

del minera¡, de algunos elementos de su redpor iones de tamaño similar, pero de diferentecarga eléctrica, las unidades estructurales no Fig. 2.-Fuerzas básicas que determinan el hinchamientoson eléctricamente neutras, sino que poseen intralaminar de las arcillas.una carga negativa. Esta carga se compensamediante la adsorción de cationes externos a lared, que no siempre quedan íntimamente uni-dos a la estructura cristalina, sino que a veces 3.3. Factores intrínsecos vinculadosson intercambiables . a la expansividad

Cuando las especies mineralógicas con car- La posibilidad de que un suelo tenga caráctergas superficiales electronegativas entran en expansivo depende primariamente del tipo decontacto con el agua, al ser éste un líquido po- arcilla existente, puesto que no todos los mine-lar, sus iones H+ son fuertemente atraídos por rales arcillosos pueden experimentar modifica-las partículas de arcilla, y tienden a ocupar po- ciones volumétricas. Estas inestabilidades pue-siciones entre las láminas cristalográficas, se- den ser especialmente importantes en las arci-parándolas para conseguirlo. El resultado es llas esmécticas, cuya especie más generalizadavarias capas de moléculas de agua fuertemente es la montmorillonita, y en la vermiculita. Tam-adsorbidas (la llamada «doble capa»). Si existen bién se produce en los interestratificados decationes intercambiables, cada catión tiende a montmorillonita con clorita, illita y vermiculita.rodearse de dipolos de agua, con una energía La haloysita tiene asimismo capacidad de hin-de hidratación que depende de su radio sónico, chamiento, aunque mucho más limitada. Estasmayor en los iones monovalentes. La conse- particularidades serán posteriormente analiza-cuencia es también un aumento del espaciado das.laminar y, con ello, del hinchamiento. Puesto que los suelos contienen normalmen-

En las primeras fases del proceso las molé- te, además de arcillas, minerales no arcillosos

culas de agua se disponen en capas alternati- (tales como partículas granulares y precipita-

vas, dentro del espacio intralaminar, pero al dos químicos), la capacidad expansiva inheren-

disminuir con la distancia las fuerzas eléctricas te a aquellas estará matizada por la presencia

de superficie, los cationes comienzan a dispo- de estos últimos.

nerse difusamente. Si, ya fuera del espacio in- Existen, además, alternativas texturales (distri-tralaminar, existe disponibilidad de agua con bución de las partículas de arcilla, porosidad,una menor concentración iónica, se produce un orientación mineralógica, cementaciones, etc.)flujo hacia aquél como consecuencia de la pre- y estructurales (perfil estratigráfico, espesor delsión osmótica desarrollada, que tiende a equili- suelo, discontinuidades, etc.), que condicionanbrar la concentración, produciendo con ello un igualmente el potencial expansivo del suelo.hinchamiento suplementario. Los procesos semuestran esquematizados en la Fig. 2. En definitiva, la capacidad expansiva del sue-

lo depende no sólamente del tipo y cantidad dearcilla existente, sino de la naturaleza de la frac-

SNETHEN y col. (1977) señalan que las pro- ción no arcillosa, y de su fábrica. La incidenciapiedades descritas, esto es, la atracción super- de esos factores sobre su expansividad poten-ficial de las partículas de arcilla, la hidratación cial será asimismo pormenorizada más ade-de los cationes y la presión osmótica (esta últi- lante.ma únicamente importante en condiciones dehumedad y concentración fónica elevadas),constituyen los mecanismos fisiocoquímicosfundamentales que a nivel microescalar deter- 3.4. Factores extrínsecos vinculadosminan el potencial expansivo de las arcillas. To- a la expansividaddos juntos establecen la afinidad del suelo porel agua, que puede ser cuantificada determi- Determinan los cambios de humedad del te-nando la succión, que pudiera definirse como el rreno necesarios, para que se manifieste el po-

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tencial expansivo del suelo . Pueden establecer- terreno (además de si existe capa freática su-se dos grandes grupos : perficial ). Esta observación no debe hacerse- Cambios estacionales . sobre cortes naturales, puesto que la perturba-

Modificaciones de la humedad natural del ción habrá progresado también lateralmente,terreno por la acción humana. enmascarando el deterioro vertical.

Los cambios estacionales están vinculados a Puntualmente , sin embargo , aun sin la pre-las variaciones climáticas a lo largo del año. Las sencia de un nivel freático próximo a la superfi-oscilaciones periódicas de humedad en una cie, pueden darse circunstancias que profundi-franja superficial de terreno (conocida a veces cen la acción de los cambios estacionales. Haycomo «capa activa»), dependen de la relación que referirse en especial a la existencia de raí-precipitación /evaporación . Como la evapora- ces arbóreas , y particularmente de plantas ca-ción se realiza con frecuencia en gran medida a ducifolias, puesto que sus necesidades de aguatravés de la actividad de la biomasa , se utiliza el se manifiestan también estacionalmente. Pue-término de evapotranspiración. den ser muy peligrosos los llamados «árboles

de sombra» (plátanos, álamos , acacias , sauces,Si, en un período anual, la precipitación exce- etc.); por el contrario , el menor riesgo procede-de a la evapotranspiración, y se supera la capa- ría de las coníferas (tales como pinos o cedros).cidad de retención de agua intrínseca del terre-no, se produce una eliminación por drenaje del En resumen , las alternativas estacionales afec-exceso de agua. Este agua, si el suelo es per- tan a un espesor de suelo variable, pero en con-meable , puede dar lugar a un nivel freático . Las diciones habituales , y si el suelo es compacto,alternativas estacionales de humedad son, en no mayor de 2 ó 3 m. En suelos arcillosos flojos,estas condiciones , poco manifiestas . Esta mis- o con componentes detríticos que le confieranma circunstancia se produce si no existe ape- una mayor permeabilidad , el espesor afectadonas precipitación a lo largo del año. por los cambios de humedad podría ser algo

superior . La presencia de vegetación , y espe-Por el contrario , si las precipitaciones se con- cialmente de raíces arbóreas, puede producircentran en determinadas estaciones , en los me- una zona desecada en su entorno que modifi-ses de sequía puede producirse una evapo- que el equilibrio secular del terreno , y que pro-transpiración no equilibrada por los aportes fundice incluso varios metros. Estas profundi-naturales de agua . Este déficit tiende a com- dades podrían también eventualmente alcan-pensarse entonces a partir del agua retenida zarse por la presencia de un nivel freáticopor el terreno. La humedad perdida tenderá a sometido a fluctuaciones.ser recuperada tras los períodos de lluvia. El re-sultado final son unos cambios estacionales de La implantación de una estructura conlleva unahumedad en la franja más superficial del suelo . perturbación local de la humedad natural del

suelo . En una primera fase , la excavación reali-La evapotranspiración depende , como se ha zada permite acceder a cotas superficiales a te-

señalado, de la vegetación , que desarrolla una rrenos que se encontraban con unas determi-gran actividad vital precisamente en el comien - nadas condiciones de humedad , motivando enzo de los meses secos, contribuyendo a la de- muchas ocasiones su modificación temporal.secación del terreno . Otros factores que la con- Tras la ejecución de la obra se impide el accesodicionan son la humedad relativa del aire, su vertical de agua al terreno, y las pérdidas porvelocidad y la temperatura . evaporación. Esto crea un desequilibrio en rela-

ción a los terrenos circundantes , lo que puedeLa profundidad afectada por los cambios es- determinar movimientos de humedad. Las trans-

tacionales depende estrechamente de las ca- ferencias están favorecidas , en climas cálidos,racterísticas hidrogeológicas del terreno, en gran por el mayor calentamiento que experimentanmedida relacionadas con su naturaleza estrati- las zonas colindantes a las construidas, que es-gráfica. tán protegidas de la insolación.

Si existe un nivel freático próximo a la super- El resultado final puede ser una franja húme-ficie, con una franja de terreno saturada y otra da bajo la zona construida que determine el en-con agua capilar inmediatamente por encima, tumecimiento del suelo , o, alternativamente, elsus oscilaciones determinan cambios impor- desarrollo de presiones. Estas inestabilidadestantes de humedad en sus inmediaciones . Cuan- pueden estar muy potenciadas si durante lado no existe nivel freático , o éste es profundo (y realización de las obras se permitió una fuerteademás no vinculado normalmente a las varia- desecación del terreno.ciones estacionales), la profundidad afectada En los movimientos laterales de humedadpor esos cambios periódicos es reducida. En son , finalmente , determinantes las alternativasgeneral se citan profundidades «activas» com- climáticas estacionales, puesto que bajo la zo-prendidas entre 1 ,5 y 3 m. para las condiciones na construida tiende a mantenerse una hume-habituales en España. dad que aumenta o disminuye periódicamenteUna manera de obtener información de esta en la capa activa de la periferia.

profundidad puede ser abrir una calicata y com- Hay que referirse , finalmente, a desecacionesprobar hasta dónde progresa el deterioro del accidentales del terreno producidas por con-

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ducciones de calefacción y bulbos de deseca- también poseen a veces elementos alcalinos yción de calderas y hornos, que han sido origen alcalinotérreos.de problemas al producirse una posterior hi- Los cristales de arcilla están estructuralmen-dratación del suelo.

te constituidos por alternancias de capas te-traédricas (1 átomo de silicio centrado en 4 deoxígeno) y octaédricas (1 átomo de aluminio

4. GEOLOGIA DE LAS ARCILLAS centrado en 6 de oxígeno). A veces el silicio for-EXPANSIVAS ma también parte de los tetraedros, y el magne-

sio o el hierro de los octaedros, resultando un4.1. Mineralogía equilibrio eléctrico global.

La gran similitud entre la red cistalográfica deLas arcillas constituyen el último eslabón de las capas tetraédricas y octaédricas permite

la cadena de alteración de los silicatos, la fami- que se combinen compartiendo átomos de oxí-mineralógica más abundante en la corteza dgeno (en ocasiones sustituidos por grupos hi-lia

terrestre (cerca del 90%). Integran las estructu-La secuencia de las capas

diciones

determina el grupoddee mineral

repetitivaarcilloso.ras cristalinas silicatadas impuestas por las con-

existentes en la atmósfera y la hidros- Por otra parte, existen a veces sustitucionesfera. Se trata, podría decirse, de nuestros mine- en la red cristalina que, aunque introducen de-rales de la cotidianidad, pues continuamente se formaciones, mantienen su forma (sustitucio-están formando y transformando. nes isomorfas). Estas sustituciones, sin embar-

go, alteran el equilibrio eléctrico del cristal. Den-Químicamente las arcillas son silicatos alumí- tro de los grupos estructurales, el tipo y/o

nicos hidratados. El aluminio puede estar par- proporciones de la sustitución isomorfa es dife-cialmente sustituido por magnesio o hierro, y rente para cada especie mineralógica.

TABLA 1. CLASIFICACION SIMPLIFICADADE ARCILLAS TIPICAS

ESTRUCTURA GRUPO SUSTITUCIONES ISOMORFAS ESPECIES MINERALES(N.• capas tebaddrleas/N.• capas ochidricas)

Al POR Si (ESCASA) CAOLINITA

1:1 KANDITAS

Al POR Si HALOYSITA

MICAS Al POR Si ILLITA

Al POR Si (EN TET.) MONTMORILLONITAMg POR Al (EN OCT.)

Al POR Si BEIDILLITA2:1 ESMECTITAS

• Fe POR Al NONTRONITA

Al POR Si SAPONITA

VERMICULITAS Al POR Si VERMICULITA

2:2 CLORITAS Al POR Si. Mg CLORITA

SEPIOLITA

CADENAS SIN ATAPULGITAESTRUCTURA

PALYGORSKITA

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Las combinaciones entre las distintas posibi- En estas arcillas de estructura laminar del ti-lidades determinan el significativo número de po 2:1, la unión entre las unidades tricapa esespecies mineralógicas existentes. La Tabla 1 débil, porque no se establecen enlaces quimi-clasifica las más típicas. cos entre ellas (se admite que los enlaces sonAlgunas de las arcillas pueden combinarse de tipo electrostático). Por ello, si los cationes

en capas alternativas, dando origen a interés- compensadores de carga no están firmemente

tratificados. En ellos cada mineral conserva sus adsorbidos (como lo está el K en la illita), pue-

propiedades. Se presentan con cierta frecuen- den ser más o menos fácilmente reemplazados.

cia interestratificados de montmorillonita con Los minerales arcillosos tricapa con capacidad

illita, clorita y vermiculita, interestratificados de de cambio son, pues, los típicos minerales ex-

illita con vermiculita y clorita e interestratifica- pansivos.

dos de vermiculita y clorita.Como se analizó anteriormente, la carga ne-

El tipo de catión de cambio condiciona tam-Como la capacidad expansiva. Esta es máxima

gativa introducida en la red cristalográfica de la para el Li y Na, y mínima para el Ca y Mg. Segúnarcilla por las sustituciones isomorfas tiende a DIXON y col. (1977), las esmectitas saturadas enser compensada por la adsorción de cationes. calcio hinchan desde 10 A a un máximo de

Estos cationes a veces no están fuertemente 20 A, mientras que si el catión es sodio o litiohincharían teóricamente hasta el infinito

adsorbidos y pueden ser reemplazados. La ca-pacidad

infinito.

de cambio depende de la especie mi-neralógica. De entre los minerales arcillosos tricapaEs mínima en la caolinita y alcanza pa convalores máximos entre las esmectitas y la ver- elevada capacidad para el cambio de cationesmiculita. tiene el máximo interés, por su frecuente pre-

sencia en los suelos arcillosos, la montmorillo-nita. Su máximo potencial expansivo se desa-rrollará si el cátión de cambio presente es el Nao el Li. (Fig. 3).

z4 ~DI

\TETRAEDROS DE SÍLICE

Además de la montmorillonita, tienen propie-dades expansivas el resto de los minerales tri-capa, excepto la illita, que, como sucede conlos minerales micáceos, solamente manifesta-

OCTAEDROS DE ALÚMINA ría sensibilidad al agua en condiciones de ex-trema degradación.

La vermiculita tiene una capacidad expansivaalgo menor que la montmorillonita en presenciade cationes de cambio divalentes. El potencialexpansivo para cationes monovalentes es va-riable, similar al de la montmorillonita en el ca-so del Li, muy inferior si se trata de Na e inexis-tente para el K.

Entre los minerales de unidades estructura-les dicapa, se considera que la haloysita tienetambién propiedades expansivas. Esta caracte-rística se atribuye a que las uniones intracrista-linas se establecen no directamente, sino a tra-

CATIONES vés de una capa de moléculas de agua, lo quet' las debilita.

GRIM (1962), resume los valores típicos dehinchamiento para algunos minerales arcillo-sos:

Minera¡ de arcilla % Hinchamiento libre

Montmorillonita-Na 1.400 a 2.000Montmorillonita-Ca 45 a 145Vermiculita Variable

Fig. 3.-Estructura y modelo en capas de la monmorillonita Clorlta Variablecon intervención de cationes intercambiables (según Low, Illita 60 a 1201973). Caolinita 6a 60

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Finalmente hay que consignar que, en las se- Los minerales arcillosos se forman en un suelocuencias de interestratificación , la capacidad residual o en un sedimento por transformaciónexpansiva depende del tipo y frecuencia de mi- de minerales previos o por neoformación a par-neral hinchable . Los interestratificados montmo- tir de iones allí existentes . Si el suelo experi-rillonita /vermiculita serían los de mayor poten - menta un transporte posterior y se incorpora,cial de expansión . con otros materiales, al sedimento, éste contie-

ne minerales arcillosos heredados.

4.2. Génesis Las arcillas proceden , pues, en último térmi-no, de la meteorización de las rocas ígneas (gra-

La Fig . 4 resume los procesos naturales que nitos , etc.). Los agentes de alteración meteórica

conducen a la formación de rocas arcillosas . comprenden mecanismos físicos ( acción hielo/deshielo , temperatura , hidratación, efectos decristalización de sales ), y mecanismos químicos(disolución, oxidación /reducción, hidrólisis).

5�5' 0`OMETEORIZAC ION RerD,;,D Los mecanismos físicos producen una disgre-

gación de la roca, favoreciendo la acción de los

DIAGENESIS PEDOGENESISmecanismos químicos , que conducen a sutransformación.

Las características medioambientales deter-É ROCA MADRE NO minan las condiciones de meteorización, junto

ARCILLOSA a la naturaleza de la roca. Los procesos biológi-cos completan el proceso.

SEDIMENTACION EROS IONEl mecanismo fundamental de alteración es

la hidrólisis, descomposición por el agua de losTRANSPORTE minerales silicatados , que incorpora los ele-

mentos de los cristales a las soluciones.

Fig. 4.-Ciclo de los suelos arcillosos (Procesos y tipos En condiciones climáticas templadas , los mi-de suelos). nerales arcillosos de neoformación primaria se-

rían la illita (a partir de los silicatos calcoalcali-Hasta la consolidación del sedimento , la arci- nos) y la clorita (a partir de los silicatos ferro-

lla puede formar parte de un regolito (roca alte- magnesianos).rada), suelo edáfico o de un material flojo trans- Posteriormente pueden producirse cambiosportado (Fig. 5). El ciclo se completa por proce- geoquímicos que determinen una degradaciónsos diagenéticos, metasomáticos o metamórficos, (por pérdida de iones de la estructura cristali-que transforman completamente la litología . na) a vermiculita , interestratificados y, eventual-Eventualmente , sin embargo , el sedimento con- mente, en suelos con mal drenaje que luegosolidado o la roca todavía arcillosa pueden ac- pueden ser retransportados , a montmorillonita.ceder a los agentes meteóricos y recomenzar el Durante el transpo rte la moscovita se hidrata,ciclo. pierde K, y se transforma en illita . La formación

de caolinita requiere una intensa meteorizaciónquímica , propia de climas tropicales , o una ac-ción hidrotermal.

Así pues , la composición final del materialHORIZONTE*CO DE METEORIZACION ( REGOLIT0 ) desarrollado «in situ », o en trance de ser trans-

portado, depende tanto de los materiales pree-xistentes como de las condiciones de meteori-zación y evacuación.

!� °a Los iones liberados en la alteración, junto aHORIZONTE "A O DE LAVADO minerales en desigual estado de transforma-(CONTIENE LA MAXIMA CANTIDAD DEMATERIA ORGÁNICA ) ción y a arcillas heredadas, llegan finalmente

HORIZONTE al sedimento.°V�

Las moléculas de Si (OH)4 existentes en la so->

Mg0(i .:! HORIZONTE lución se polimerizan en p resencia de cationes/ RFI HORIZONTE"" O DE w metálicos dando una capa tetraédrica con es��'�� DEPOSICION

`S~I(LA PENDIENTE SUGIERE LA

-o�°tructura regular . Es decir , se produce una fija-UVENTUD DEL FRENTE HORIZONTE "C" c /� c sobre capas

DE METEORIZAGI0N) ción de los tetraedros de sílice Sobre las capas

de hidróxido , cuya velocidad de formación con-diciona la velocidad de génesis de los minera-les arcillosos. Así pues , de acuerdo con Siffert,se puede considerar a las arcillas como sales

Fig. 5.-Formación y evolución de suelos residuales . básicas cuyo anión (distinto a los OH-) consti-

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tuye la capa tetraédrica, y cuyo catión (más los neral es, con gran diferencia, estadísticamenteoxígenos) integra la octaédrica. el más abundante entre los arcillosos (se citan

porcentajes superiores al 60%).El tipo de arcilla formada depende tanto de la

naturaleza de la roca de procedencia como de Las bentonitas, cuyo nombre procede del to-la climatología y de las condiciones de drena- pónimo Fort Benton, Wyoming (U.S.A.), son ar-je. La Fig. 6 muestra cuál sería la distribución cillas constituidas esencialmente por montmo-ideal de los minerales arcillosos neoformados rillonita, y fueron descritas por primera vez poren función del clima. Kight en 1898. Aunque en su origen designaban

arcillas procedentes de la alteración de cenizasvolcánicas, hoyes frecuente llamar bentonitas a

ZONAS FRIAS las arcillas de plasticidad muy elevada. Se trata,ILLITA, CLORITA igualmente, de arcillas montmorilloníticas , aun-ZONAS TEMPLADAS

que el nombre no resulta con frecuencia genéti-camente correcto.

MEZCLAS MINERALES, VERMICULITA

ZONAS TROPICALES CON ESTACIONES CONTRASTADAS Y La interacción de agua salada en medios se-ZONAS MEDITERRÁNEAS. dimentarios de transición (como estuarios) o

ESMECTITA marinos crea unas condiciones específicas. SeECUADOR han observado transformaciones de esmectitas

ZONAS TROPICALES NUMERAS Y ZONAS ECUATORIALES heredadas en illita y clorita (BOWLES, 1978). SinCAOLINITA .GIBSITA embargo, los sedimentos arcillosos marinos es-

tán muy vinculados al medio continental de pro-cedencia. Como procesos autigénicos (desa-

Fig. 6.-Distribución ideal de los materiales arcillosos en rrollados «in situ») peculiares hay que referirsefunción del clima (según Millot, 1979). a alteraciones de productos volcánicos, que

conducen a la formación de genuinas bento-nitas.

Cuando el medio geoquímico es alcalino, con El material sedimentario transportado y de-escasas lluvias y drenaje pobre (regiones se-miáridas de topografía uniforme), se generan positado puede experimentar una doble evolu-

arcillas esmécticas si existe en las aguas de hi- ción. Por una parte puede quedar cubierto por

arcillas sílice y cationes Blo que de- sucesivos aportes de sedimentos, consolidán-drólisisde la ynaturaleza

divalentes,la roca madre. dose y pudiendo desarrollar procesos diagené-pende el resultado final sería una litificación del

En efecto, las esmectitas (como las palygors- sedimento (con eventual formación de esquis-kitas) requieren para su formación medios geo- tos arcillosos). Por otra parte, en sus capas su-químicos ricos en iones, en general con pH 7,5 a periores (al igual que en la roca madre) pueden8, en paragénesis con carbonatos y en presen- producirse procesos pedológicós si el sedi-cia de Si02, Al y Mg. mento queda sometido a alternativas edáficas,TOURTELOT (1973) resume de la siguiente que a veces quedan incorporadas al perfil es-

manera las condiciones de formación de la mont- tratigráfico como suelos relictos. Estas secuen-morillonita: cias edáficas son frecuentes en materiales de-

positados en cuencas someras.Desintegración : Extrema. Los sucesivos procesos diagenéticos condu-Liavado: i

RestringidoFuerte. cen a una reorganización de los minerales arci-

enstringido (Mg, Ca y Fe, retenidos

llosos de baja cristalinidad, como son las es-Oxidación-Reducción:el medio).

-Reducción : Variable. transformándolas en cloritas e illitas..Acidez -Alcalinidad : Alcalina. En los procesos de ámbito edáfico, de acuer-Fuentes minerales : Amplio rango de silicoa- do con MILLOT (1964), aparece de una manera

luminatos, incluyendo otros minerales arcillo- sistemática y abundante montmorillonita cuan-sos. Son muy favorables los silicatos reactivos, do existe hidrólisis pero el drenaje es lo sufi-tales como los vidrios volcánicos. cientemente débil para que las soluciones se

encharquen mientras que la evaporación lasEstas condiciones son contrarias a la forma- concentra. Además de montmorillonita neofor-

ción de caolinita, que requiere abundantes llu- mada, se producen transformaciones por agra-vias y buen drenaje, lo que determina pH áci- dación de arcillas heredadas (adquisición dedos en el suelo. Se produce así una significativa iones por la estructura cristalina), que condu-movilización de cationes, que no quedan dispo- cen igualmente a la formación de montmorillo-nibles para la fijación de la sílice. nita.

La illita puede formarse y es estable en me- Estas situaciones se producen en los suelosdios geoquímicos muy diversos, pero con fre- isohúmicos (muy vinculados a la vegetación) y,cuencia próximos a los de las esmectitas, siem- sobre todo, en los vertisuelos (DUCHAUFOUR,pre que exista K disponible. De hecho este mi- 1977). Este último tipo de suelos son de evolu-

20

ción rápida , con un perfil homogéneo relativa- (criterio granulométrico y no de composición).mente profundo de hasta poco más de 1 m . de Para el sedimento litificado se ha propuesto enprofundidad (Fig. 7). Son propios de climas cá- ocasiones el nombre de lutita.lidos con estación seca , y se desarrollan en me- Los componentes no arcillosos incluyen, prin-dios confinados que permitan la acumulación cipalmente, partículas de cuarzo (a veces de sí-de las soluciones cargadas de iones moviliza- lice neoformada), feldespatos , carbonatos (he-dos en épocas de lluvia . El ejemplo típico son redados o neoformados), micas y otros minera-los suelos negros tropicales, entre los que se les primarias más o menos transformados,incluyen las «tierras de bujeo» andaluzas (Fot. 3). minerales autígenos de hierro y de aluminio

(goethita , hematites, limonita, gibbsita, etc.), im-pregnaciones de sales diversas (férricas , calcá-

HORIZONTE OSCURO DE ARCILLA Y HUMUS. reas, magnésicas , etc.) y materia orgánica.

El aspecto del suelo depende en gran partede la naturaleza del material no arcilloso. El co-lor se relaciona con el de los precipitados e ¡m-

HORIZONTE DE ALTERACION CON ARCILLAS pregnaciones. Así, la presencia de materia or-EXPANSIVAS . gánica da al suelo colores gris oscuros. Comolas arcillas esmécticas se constituyen con fre-cuencia en condiciones geoquímicas reducto-

HORIZONTE DE ENRIQUECIMIENTO EN ras , tienen normalmente colores gris azuladosCARBONATO CALCICO. o verdosos, debido al estado poco oxidado de

los minerales de hierro. No se trata de una reglageneral , puesto que también pueden presentartonalidades marrones, aunque al menos en al-

Fig. 7.-Perfil de un vertisuelo típico.gunos casos son de origen posterior.

La montmoriilonita es, estadísticamente, pro-pia de medios lagunares someros en climas cá-lidos («playas»). Ello indica unas condiciones de

4.3. Faciesdrenaje impedido en aguas estacionales some-tidas a fuerte evaporación . La elevada concen-

Las arcillas no están constituidas normal- tración fónica conduce no solamente a la neo-

mente por una única especie mineralógica, ni formación de esmectitas , sino frecuentementea la precipitación sales

aparecen en general s sino que se encuen-diversas . Son fre-

n junto a materialessolas,

a arcillosos en propor-cuentes las de tipo cálcico (en general carbona-

tranmuy varteble . tos, a veces sulfatos) y las ferrosas . Eventual-

mente se desarrollan segregaciones silíceas. AEl nombre de arcilla , aplicado con frecuencia veces puede existir materia orgánica, proce-

indiscriminadamente a las litologías arcillosas , dente de una vegetación palustre. Los minera-suele ser excesivo . En realidad las llamadas les heredados incluyen , además de arcillas, par-«arcillas» no suelen tener un predominio cuanti- tículas de tamaño limo , predominantemente detativo de minerales arcillosos ; una gran parte naturaleza cuarzosa , a veces feldespática, mi-corresponde a minerales integrados en la frac- cas y minerales primarios estables mecánica yción limosa y a precipitados químicos ( Fig. 8). químicamente (rutilo , zircón , turmalina, etcé-Ciertamente se trata de un término tan acepta- tera).do que resulta difícil de evitar . Parecería más La estructura de los sedimentos es con fre-apropiado , sin embargo , utilizar el de palitas cuencia laminar , en bancos o tablas, según sea

su espesor . Lateralmente se acuñan o cambiande naturaleza . En el entorno de las corrientesde afluencia los estratos son lenticulares y en-trecruzados . El perfil sedimentario puede estar

2S muy vinculado a las alternativas meteorológi-20 cas , sean de carácter secular o estacional, que

15 son las que establecen el secuenciado rítmicoque con frecuencia tienen los estratos deposi-

, a tados en medios lagunares someros.

Estas alternativas se reflejan en el contenidoen arcilla de los estratos. Las avenidas en épo-

00 IO 20 30 40 $0 ó0 70 *0 90 100 cas de lluvias determinan un aporte de material

PORCENTAJES INFERIORES A 2,¿' más grueso, que puede ser una arena limosa,pero en el que suelen encontrarse arcillas. Laalimentación se produce en un corto período de

Fig. 8.-Distribución del porcentaje de partículas inferiores tiempo, sin que exista apenas floculación; en

a 2 µ en suelos arcillosos españoles. estas condiciones , las arcillas tienden a disemi-

21

narse en los materiales no arcillosos . Por el pos con continuidad espacial; en el caso de me-contrario , en condiciones de aporte limitado, dios físicos dominados por corrientes , las arci-los materiales son más finos y se depositan mu- llas se diseminan con otros materiales detríti-cho más secuencia¡ mente. Si el período de se- cos, resultando una textura mineralógicamentequía es largo y el aporte hídrico se limita a en- más discontinua. Los propios minerales arcillo-charcamientos y a ocasionales flujos de barro , sos pueden tener microtexturas dispersas o fío-adquieren gran importancia los procesos de culadas, que conllevan o no una orientación deautigénesis , que incorporan arcillas de neofor- las partículas al nivel de los dominios ( Fig. 9).mación y sales a un sedimento ya en su origenmuy arcilloso.

ESTRUCTURA PARTICULA DE ESTRUCTURA DISPERSAEl resultado final puede ser un perfil del suelo FLOCULADA ARCILLA/donde se interestratifican episodios muy arci- -�[-liosos con otros donde predominan los compo-nentes detríticos .

A =ó B

Por otra parte , en el sedimento pueden desa- ------rrollarse horizontes edáficos superficiales que AGLOMERAOOO DOMINIO

luego se incorporan a la secuencia estratigráfi -AGLOMERADO 0 DOMINIO

ca cuando son sepultados por nuevos aportesde sedimentos . Estos paleosuelos se recono-cen frecuentemente por la existencia de depó-sitos de carbonatos , niveles ferruginosos o tra-

orgánicos . Puede existir, además, una gramosde color en la matriz del suelo. C D -

Este tipo de facies sedimentaria descrita se Fig. 9.-Microestructuras de las arcillas (tomado de Pousa-repite en España con frecuencia en las cuencas da, 1984).terciarias interiores (Mesetas y Valle del Ebro).

Sedimentos con esmectitas pueden también Estas características texturales del suelo inci-encontrarse en medios marinos , sea como arci - den significativamente en su capacidad expan-llas heredadas del medio continental o transfor - siva. La mayor actividad se desarrollaría paramadas . A partir de arcillas illíticas se generan arcillas floculadas en suelos texturalmente con-interestratificados por pérdida de potasio ; en tinuos , propios de medios sedimentológicoslas montmorillonitas heredadas , el catión de poco dinámicos con concentraciones salinascambio cálcico es reemplazado por el magnési- elevadas.co (WEAVER, 1978). En todos los casos las ar-cillas están fuertemente floculadas . En el caso de los suelos edáficos , los proce-

En el epígrafe anterior se describieron lassos pedológicos pueden diferenciar horizontes

montmorillonitas producidas a part ir de mate-de concentración de determinados componen-

riales volcánicos y las de procedencia edáfica .tes y lavado de otros . En los vertisuelos, sin em-bargo, existen movimientos verticales del sueloEstas últimas son incorporadas, eventualmen - producidos por los ciclos de humectación/de-

te, a los depósitos eólicos , fluviales o lagunares . secación de las arcillas expansivas . Estos pro-cesos de inversión conducen a una homogeni-

4.4. Textura zación de la franja más superficial del terreno,además de a abombamientos superficiales (Fot.

La disposición de los minerales arcillosos den- 4). El proceso está esquematizado en la Fig. 10,tro de una formación litológica (textura o fábri- resumido de LYTTON (1973) y DUCHAUFOURca del suelo ), depende de las características de (1977).medio sedimentológico y de los procesos post-sedimentarios . Durante los procesos pedológicos o sinsedi-La naturaleza del medio de deposición se re- mentarlos (coetáneos a la sedimentación), el

fleja en la textura del sedimento , además de en suelo o sedimento puede impregnarse de salessu estructura. Cambios progresivos de las con- que den una coherencia textural a la formacióndiciones energéticas conducen a variaciones litológica . No obstante, la verdadera reorgani-que se definen como cambios de facies; modifi- zación textural y mineralógica se produce a me-caciones bruscas (generalmente impuestas por dida que los depósitos quedan enterrados bajola morfología de la cuenca), determinan engro- nuevas capas de sedimentos.samientos y agotamientos de los estratos . Los procesos que conducen a la litificación

Los estratos con minerales de neoformación del material se denominan díagenéticos, y seprogresan mucho más lentamente que los cons- desarrollan en fases sucesivas . Pueden even-tituidos por aportes detríticos . Los minerales tualmente concluir, si se alcanzan suficientesarcillosos pueden agruparse en dominios v aru- espesores (cientos de metros), en esquistos ar-

23

cillosos , que a su vez podrían dar origen , ya en Tales características se reflejan en su capaci-condiciones metamórficas, a rocas no arcillo- dad expansiva. Aunque subsisten arcillas ex-sas. pansivas , la posibilidad de acceder a los cam-

La diagénesis , en sus primeras etapas, con- bios de humedad es más reducida; al mismolleva principalmente los siguientes procesos : tiempo, los enlaces diagenéticos pueden impedir

que el hinchamiento se manifieste. Es por estoa) Compactaclón. Su consecuencia principal que los ensayos de expansividad con muestras

es la disminución de la porosidad del suelo o remoldeadas , en que son eliminados aquellossedimento (consolidación). En depósitos arci- enlaces, tienden a sobrevalorar el potencial ex-llosos una porosidad originaria del orden del pansivo de los suelos consolidados.80% puede pasar a otra del 30% con una sobre-carga equivalente a 100 Kpfcm2.

Los factores esenciales que condicionan elcambio de porosidad son la presión de carga,el tamaño de grano y la composición mineraló-gica de la arcilla. f�F

Según datos de Meade ( 1968 ), recogidos porRIEKE y CHILINGARIAN, el grado de compac-tación es máximo para las arcillas coloidales,dentro de éstas para las montmorilloníticas, ydentro de ellas para las sódicas.Durante la compactación se expulsa agua del

sedimento, y este agua puede arrastrar compo-nentes en disolución que precipiten en otro lu- Egar. La compactación también determina, en-tonces , una cierta redistribución mineralógica.

b) Cementación . Se produce por precipita-ción de materiales en los intersticios del sedi-mento . Los más frecuentes serían calcita, dolo-mita, óxidos de hierro y ópalo o calcedonia.

Independientemente , la compactación pro-duce un incremento local de presión entre los ESTACION SECA: AGRIETAMIENTO Ygranos . Ello puede provocar una disolución pun- CAIDA DE ARCILLAtual del grano y una migración hacia sus bordesen contacto con poros , donde al disminuir lapresión la solución puede precipitar. El resulta-do es un recrecimiento de los granos , que pue-den terminar uniéndose unos con otros.

Estas interpenetraciones pueden ser mixtas,por ejemplo entre partículas de arcilla y gránu-los de cuarzo.

c) Neoformación y reorganización de mine-rales. La diagénesis produce cambios minera-lógicos muy significativos en las arcillas. Lamontmorillonita se transforma en illita (en me-dios ricos en K) o clorita ( medios ricos en Mg), aveces con interestratificados intermedios.La reorganización mineralógica tiene como

resultado , en las primeras etapas, una homoge-neización textura) del sedimento consolidado(lutita). A veces se produce una reordenaciónde las partículas , que introduce una anisotropíatextura ) en el suelo (argilita), y que en fasesdiagenéticas avanzadas puede dar origen a es-tructuras esquistosas (esquistos arcillosos) . ESTACION HÚMEDA' CIERRE DE GRIETAS Y

El sedimento que ha experimentado transfor- EMPUJE DEJA ARCILLA BLANDA HINCHADA

maciones diagenéticas tiene unas característi-cas que se simplifican señalando que está «litifi-cado». Este término significa que se trata de unmaterial compacto y de una significativa resis-tencia mecánica en condiciones naturales . Fig. 10.-Mecanismo de inversión vértice del suelo.

24

4.5. Historia geológica tructural, y representa, por tanto, un dato más atener en cuenta en la valoración de su capaci-

La historia geológica del sedimento o suelo dad expansiva global.sintetiza, de alguna manera, el alcance de losprocesos postsedimentarios; esto es, la impor-tancia de las transformaciones diagenéticas (y, 4.6. Geomorfologíaeventualmente, metamórficas). Intuitivamente secomprende que, cuanto más antiguo sea el se- Las arcillas expansivas tienen unas peculiari-dimento, mayores serán las posibilidades de dades morfológicas y organolépticas que pue-haber experimentado cambios importantes. den ser apreciadas con frecuencia, directa oSe ha hecho referencia anteriormente a que indirectamente.

las arcillas no son materiales primigenios, pues- Dentro de una zona climática determinada, lato que para su formación generalizada se re- posición morfológica del terreno, junto a la na-quiere la existencia de procesos vinculados a la turaleza del sustrato (y puntualmente la vegeta-atmósfera y a la hidrosfera. Por otra parte, la di- ción), deciden las características edáficas delnámica terrestre introduce mecanismos térmi- suelo.cos y tensionales que modifican el campo deestabilidad de los minerales arcillosos even- Los vertisuelos se desarrollan en vallonadas,tualmente constituidos a lo largo de las eras fondos y plataformas de escasa pendiente, quegeológicas, y que conducen por último a nue- permitan la acumulación transitoria de agua. Lavos minerales no arcillosos. climatología ha de ser cálida, con déficit anual

de humedad; el sustrato, rico en cationes. So-El resultado final es que el porcentaje de arci- bre los vertisuelos las alternativas estacionales

llas en las rocas decrece, global y estadística- pueden originar profundas grietas (Fig. 11) y unmente, con su antigüedad. De hecho, se habla microrrelieve («bujeo» o «buhedo») que se re-de la «España arcillosa» para referirse a las Me- nueva a cada ciclo. Su origen se ha analizadosetas y Valle del Ebro, zonas geológicamente en el epígrafe anterior.jóvenes del Mioceno (Terciario Superior).

A estos movimientos se une, si existe unaAl mismo tiempo, y dentro de los minerales cierta pendiente, un desplazamiento gravitacio-

arcillosos, las esmectitas constituyen un grupo nal del suelo por reptación (proceso, por otramineralógico muy sensible a las modificaciones parte, propio de todos los suelos arcillosos, pe-diagenéticas. Se comprende que, asimismo de ro más exagerado si existen arcillas expan-una forma global, el porcentaje de minerales sivas).esmécticos dentro de las formaciones sedi-mentarias disminuya Igualmente con su edad.

Estos criterios son, por supuesto, generales ycon excepciones. Así, como se verá más ade-lante, los facies triásicas españolas, muy arci-llosas en sus pisos superiores (facies Keuper),conservan arcillas montmorilloníticas a vecesen proporciones importantes.

Sin embargo, como primera aproximación,los sedimentos coetáneos (de una misma anti-güedad geológica) habrán estado en conjuntosometidos a unas condiciones postsedimenta-rías relacionables.

Este razonamiento es aplicable, sobre todo, ala historia tensional de la formación estratigráfi-ca. La redefinición textura¡ y el eventual desa-

de pliegues y fracturas conlleva una ani-rrollosotropía estructural que debe reflejarse en sucomportamiento mecánico.

Finalmente, las condiciones paleoambienta-les de las cuencas de sedimentación coinciden-

en el tiempo, tendrán también unas conco-tesmitancias para un entorno geográfico próximoque quedarán reflejadas en unas facies litológi- 100tm loomm . , 100Acas similares.

La conclusión es que es posible relacionar al-gunas características intrínsecas de las forma-ciones sedimentarias de una antigüedad geoló- Fig. 11.-Alteraciones estructurales típicas de los suelosgica equiparable, especialmente las de tipo es- expansivos (Jiménez Salas, 1965; Pousada, 1984).

25

TABLA Ii

RECONOCIMIENTO DE CAMPO DE ARCILLASEXPANSIVAS

a) Ausencia en general de vegetación freatófila espontánea (ár-boles y arbustos de hoja caduca).

b) Colores primarios del suelo grises , verdosos o azulados.c) Durante la estación seca, grietas pollgonales anchas y pro-

fundas en la superficie del terreno , a veces de labios muydesiguales.

d) El suelo humedecido es muy moldeable y mancha losdedos.

e) Barro pegajoso que se adhiere fuertemente al calzado y a lamaquinaria.

f) Los terrones de suelo y las deformaciones producidas en elterreno mojado (huellas de pisadas , roderas de vehículos,etc.) son muy persistentes.

g) Los suelos en estado seco son difíciles de romper con instru-mentos manuales , y de trocear con las manos.

h) Los suelos de textura masiva dan al romper superficies cur-vas y satinadas de bordes cortantes.

i) Los cortes efectuados en el suelo húmedo adquieren al se-carse el aspecto de las superficies de rotura producidas enestado seco.

j) Los bloques de sustrato dejados secar tienden a cuartearseprofusamente.

k) Los desmontes están muy degradados , con disyuncionesprismáticas superficiales y con caída de pequeños bloques yterrones de arcilla al pie dei talud.

1) En los vertisuelos puede desarrollarse un microrrelieve ca-racterístico (bujeo).

28

4.7. Incidencia de la composición y textura Sobre la importancia que la naturaleza de laen la expansividad fracción no arcillosa ejerce en la expansividad

global no se han encontrado en la bibliografíaComo se ha ido adelantando en epígrafes an- referencias pormenorizadas, aunque esa in-

teriores, el tipo de mineral arcilloso, su distribu- fluencia se considera muy significativa.ción y porcentaje, y la textura del suelo , esta- La Fig. 12 recoge la distribución de los valo-blecen su capacidad expansiva intríseca. Estos res de hinchamiento, establecidos por el ensa-factores pueden ser resumidos como sigue: yo Lambe (uno de los ensayos de cuantificaciónComposición: Tipo de arcilla. Porcentaje. Ti- de la expansividad descrito en el capítulo si-

po de catión de cambio. guiente), de 200 suelos carbonatados. A la vistaTextura: Granulometría. Orientación. Disemi- de los resultados obtenidos es evidente que el

nación. Compacidad. Enlaces diagenéticos. Ce- contenido en carbonatos no es determinante dementaciones. la potencialidad expansiva del suelo, pero sí

que incide en su capacidad máxima el hincha-La mayor parte de los problemas constructi- miento. Este efecto no debe ser debido única-

vos causados por la expansividad del terreno mente a la menor proporción de arcilla correla-se producen, estadísticamente, en suelos mont- tiva al incremento del contenido no arcilloso,morilloniticos. Se ha visto con anterioridad que, puesto que no se ha encontrado una valoracióndentro de las variaciones inherentes al catión similar si el porcentaje de la fracción no arcillo-de cambio, las montmorillonitas sódicas tienen sa se evalúa granulométricamente. De algunala máxima capacidad de hinchamiento (sin em- manera, pues, las sales cálcicas inhiben el po-bargo, las más frecuentes son de tipo cál- tencial expansivo de los minerales de la ar-cico). cilla.La influencia del contenido en arcilla sobre la Entre los factores texturales con incidencia

expansividad del suelo ha sido expresada por en la capacidad expansiva del suelo, hay queSEED y col. (1962) mediante la ecuación: referirse a la anisotropía de comportamiento in-

troducida por una orientación mineralógica pre-S = K . C3" ferencial. Las propias partículas arcillosas adop-

tan, durante su formación, posiciones diferen-donde S refleja el potencial expansivo, C es la tes si se ha producido o no floculación.fracción inferior a 2 p, y K un parámetro que de-pende del tipo de arcilla. Al mismo tiempo, los minerales arcillosos pue-Para EL-SOHBY y RABBA (1981) es el por- den encontrarse distribuidos en el suelo de for-

centaje de arcilla activa el factor más importan- ma diseminada o aglomerada. A grandes ras-te en el hinchamiento del suelo. Estos mismos gos, en el primer caso las partículas de arcillaautores llegan, por otra parte, a la conclusión se distribuyen más o menos aleatoriamente ende que cuanto menor es el tamaño de las partí- una matriz no arcillosa; en el segundo casoculas de la fracción gruesa, mayor es el poten- existen cúmulos (o supradominios) constituidoscial expansivo. básicamente por minerales arcillosos. En los

vertisuelos se producen, como consecuenciade los movimientos vérticos, segregacionesgrumelares de arcilla.

°O Las últimas formaciones descritas son pro-90 de medios autigénicos (es decir, no detriti-

cos) que, texturalmente, conducen a mayores60 , riesgos de expansividad del suelo.

'° Se ha señalado anteriormente que los proce-W 60 sos diagenéticos modifican las características

texturales de la formación litológica. Por una50 parte pueden precipitar un cemento y, por otra,

favorecer el desarrollo de enlaces entre partí-0 como consecuencia de la compactación.

3G ; =• La compactación, además, reduce la permeabi-lidad del sedimento y, con ello, la facilidad delsuelo para acceder eventualmente a los cam-bios de humedad.lo �t'Y

0 0.5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3.5 4,0 4,5 5,0La cementación reduce las posibilidades ex-• • •

INDICE DE LOMEE (.°/cmi ) pansivas del material, puesto que los desplaza-mientos de las partículas estarán impedidos odificultados. Al mismo tiempo, las láminas de

Fig. 12.-Capacidad de hinchamiento en el ensayo de Lam- arcilla pueden quedar revestidas y no tener ac-be de suelos arcillosos carbonatados. ceso directo al agua.

29

En los suelos remoldeados se alteran las ca- proporcionan una amplia visión del alcance deracterísticas texturales del material, por lo que estos índices y ensayos.generalmente manifiestan una mayor capaci-dad expansiva. Existen dos amplias alternativas para la iden-

tificación y evaluación de suelos expansivos:

5. IDENTIFICACION GEOTECNICA - Técnicas indirectas: Recurren a la identifi-DE SUELOS EXPANSIVOS cación mineralógica o de parámetros vincula-

dos directamente a la composición, textura y5.1. Métodos de valoración de la expansividad comportamiento del suelo, contrastados por la

experiencia en el comportamiento de suelosLa bibliografía recoge un amplio número de semejantes. Se utilizan normalmente comple-

índices y ensayos para definir y/o evaluar la ca- mentándose.pacidad expansiva de un suelo. Las propuestasabarcan desde meros índices mineralógicos - Técnicas directas: Se basan en la medidaque adviertan de su expansividad potencial has- del hinchamiento inducido en el suelo, o bienta medidas de succión realizadas «in situ». Se en la de la presión necesaria para impedirlo, yhan puesto a punto, igualmente, numerosos en- se realizan mediante ensayos de tipo edomé-sayos de laboratorio que reflejan o miden, cua- trico.litativa o cuantitativamente, la expansividad delsuelo. Los trabajos de síntesis de CUELLAR La Tabla III recoge los procedimientos de iden-(1978), POUSADA (1984) y SNETHEN (1984) tificación y medida más usuales.

TABLA III

METODOS MAS USUALES DE IDENTIFICACION Y EVALUACION DE SUELOS EXPANSIVOS

Difracción de rayos XComposición de la fracción arcillosa, Microscopía electrónicay eventualmente textura Análisis térmico diferencial

Adsorción de etilen-glicol y glicerina

Metodos identificativos

Capacidad de cambio de cationesAnálisis por sedimentación del

Características físicas y fisicoquímicas contenido coloidalSuperficie específica de laspartículas de arcilla

Límites de Atterberg

TECNICAS INDIRECTAS Propiedades índice Retracción linealActividad

Métodos cualitativosr

Clasificaciones geotécnicas I Sistema USOSt Sistema ASSHO

Estado del suelo Humedad NaturalGrado de Saturación

Métodos orientativos

Características organolépticas AspectoEstructura

Ensayo de expansión de LambeMétodos valorativos Entumecimiento en el ensayo CBR

Indices edométricosTECNICAS DIRECTAS Hinchamiento libre

Ensayos de expansión en el edométro Presión de hinchamientoMétodos cuantitativos

Ensayos de succión

30

5.2. Técnicas indirectas de valoración categorías son demasiado generales, sin em-de la expansividad bargo, para tener un significado preciso desdeel punto de vista de la expansividad.

El método más habitual para la identificaciónde minerales arcillosos se basa en el espectro En el Sistema Unificado de Clasificación decaracterístico que resulta de su difracción por Suelos los suelos expansivos se sitúan en surayos X (Fig. 13). Este procedimiento es, ade- mayor parte en los grupos CL y CH, si bien,más, semicuantitativo. desde luego, no todos los suelos de esos gru-

pos manifiestan expansividad, y, por otra parte,La identificación morfológica de los minera- existen otros clasificados como MH que pue-les de arcilla se realiza mediante microscopio den exhibirla. En el sistema de clasificaciónelectrónica, basada en la dispersión que expe- ASSHO los suelos expansivos se encuentranrimenta un haz de electrones al atravesar un generalmente entre los del grupo A-7, aunquematerial. En las técnicas de exploración me- pueden serio otros incluidos entre los A-6.diante barrido (S.E.M.) se produce una imagenoriginada por la excitación de electrones se- Los índices descritos tienen, realmente, uncundarios desde la superficie de las partículas, alcance limitado, puesto que para determinar-convenientemente tratadas (Fot. 8 y 9). los no se considera la totalidad del suelo, o se

utiliza material remoldeado. No se tiene en cuen-En el análisis térmico diferencial (A.T.D.) se ta, pues, su estado físico natural, ni su fábrica.provocan mediante calentamiento, y al ir alcan- La información obtenida se refiere básicamentezándose determinadas temperaturas, reaccio- al tipo y cantidad de minerales arcillosos.nes térmicas características de cada especiemineralógica, que puede ser así determinada. La humedad natural de equilibrio se estable-

ce, en gran parte, de acuerdo con la naturalezaEl etilen-glicol y la glicerina se utilizan por la del terreno. Por otro lado, se comprende quefacilidad con que son adsorbidos en cantidades un suelo circunstancialmente desecado tiendadiferentes según el tipo de mineral arcilloso. a recuperar la humedad de equilibrio, con elComo es lógico, el método sólo es efectivo en consiguiente entumecimiento. Por ello, la rela-suelos de composición sensiblemente monomi- ción entre la humedad natural con la corres-neral, lo que no sucede con frecuencia. pondiente al límite plástico se ha utilizado comoLa evaluación del contenido coloidal «2

p) un índice de riesgo de expansividad.proporciona una indicación del contenido en El grado de saturación representa, de algunaarcilla del suelo. Por otra parte, la superficie es- manera, el déficit de humedad respecto a unpecífica de las partículas determina en gran contenido máximo potencial, constituyendomedida su comportamiento, por la Importancia otro índice que puede reflejar su potencialidadque adquieren las fuerzas eléctricas superficia- e' oansiva.les en los coloides. Finalmente, la capacidad decambio cónico registra la facilidad de los mine-rales arcillosos para adsorber cationes inter-cambiables en la superficie de las capas cris-talográficas.

Entre los ensayos de identificación de suelosK

' - {TTque tienen interés como Indicadores de riesgode expansividad, los límites de Atterberg gozan - T 1-

L

14de una amplia aceptación, sobre todo en sus } �lvalores correspondientes al límite liquido. Se 1+comprende que esto sea así porque la plastici-dad es reflejo, como la expansividad, del por-centaje y tipo de fracción arcillosa. En el mismo _ - - ;sentido es también útil el límite de retracción.

Relacionando el indice de plasticidad (IP) conel contenido del suelo en arcilla (reflejado en la i t1fracción granulométricamente Inferior a 2 p),SKEMPTON (1953) estableció una medida de laactividad coloidal (A) de la arcilla (A = IP/% <2 µ), Í ' ! I Jque a veces se ha utilizado como indice de suexpansividad potencial. (Valores típicos son,p.e., A = 0,4 para arcillas caolinicas y 1,6 para .las montmorilloníticas). - - - - ` - "' -Los sistemas de clasificación de suelos reco-

gen en algunos de sus grupos la peligrosidad fig. 13.-Difractograma de rayos X de una típica arcilla ex-potencial de los materiales en él incluidos. Las pansivo (Mioceno del Sur de Madrid).

31

Otro ensayo sencillo de cualificación es el da- El ensayo de expansión puede también reali-do por HOLTZ y GIBES (1956), basado en un en- zarse con muestras compactadas en el moldesayo llamado «volumen de sedimentación». El C.B.R., aumentando el tiempo de inundación. Elensayo consiste en verter lentamente 10 cm3 de entumecimiento que se obtiene con este ensa-suelo seco pasado por el tamiz n.o 40 en una yo puede indicar también el grado de peligrosi-probeta de 100 cm3 llena de agua y en observar dad del suelo.el aumento de volumen debido al hinchamien- De la posición relativa de las curvas de cargato. El resultado se expresa en % de aumento de descarga obtenidas en el edómetro puedeoyvolumen respecto al volumen inicial (10 cm3). tenerse formación respecto a la capacidadSegún los autores citados, los suelos que dan expansiva del suelo.un aumento de volumen superior al 100% pue-den presentar un cambio de volumen importan- Sin embargo, los ensayos cuantitativos que,te cuando se humedecen bajo presiones lige- en definitiva, valoran mejor la expansividad delras. Si, por el contrario, el cambio de volumen suelo, son los que se expresan en términos vo-en el ensayo es inferior al 50%, cabe esperar lumétricos o de presión.que el suelo no presente cambios de volumenapreciables. Para evaluar la inestabilidad volumétrica se

recurre al ensayo de hinchamiento libre. Con-Finalmente, para completar el apartado de siste, en síntesis, en medir el hinchamiento ver-

técnicas indirectas, hay que referirse a las ca- tical que se observa en el edómetro después deracterísticas organolépticas que frecuentemen- permitir el acceso libre de agua sobre la mues-te presentan los suelos expansivos. Son muy tra, bajo una presión vertical del orden de 1 TIsignificativas su adherencia a los objetos, la m 2. Las posibilidades de ensayo son múltiples,persistencia de las deformaciones en estado existiendo algunas discrepancias de acuerdoseco, el desarrollo de grietas, etcétera. con el momento en que se inunda la muestra

con la sobrecarga aplicada.

5.3. Técnicas directas de valoraciónde la expansividad

4

Una de las técnicas más usuales es el ensayode expansividad desarrollado por Lambe. Elmétodo de Lambe utiliza muestra remoldeadadespués de pasar el suelo por el tamiz ASTM én.° 10. Se trata, por consiguiente, de un ensayoen que se destruye la textura originaria del sue-lo, produciendo además una segregación de Qsus componentes, y que no tiene en cuenta la ehumedad natural. Consecuentemente sólo pro- 2Zporciona una valoración relativa de su capaci-dad de hinchamiento. Sin embargo, se trata de Wun ensayo muy extendido y útil en los criterios áde clasificación de la peligrosidad potencial delos suelos, dada la economía y rapidez de surealización.

El procedimiento de ensayo es, en síntesis,como sigue. La muestra de suelo, compactadaen unas condiciones determinadas de hume- ° O

1 2 3 4 5 6 7 8 9

dad, se situá en un anillo limitado verticalmente LNO CRITICO MARGINAL CRITICO MUY C RITI CO

por placas porosas, y se carga a una presiónM

nominal de 1 T/m2. A continuación se inunda laCAMBIO POTENCIAL DE VOLU

MEN

muestra y se mide al cabo de 2 horas, medianteun anillo dinamométrico, la presión alcanzada.Esta presión se designa con el nombre de «índi- Fig. 14.-Criterio de expansividad de Lambe (Lambe, 1960).ce de expansividad» y se expresa en Kp/cm2.Este índice de expansividad se relaciona concurvas patrones correspondientes a las condi-ciones iniciales de compactación (suelo seco, Si de lo que se trata es de cuantificar la pre-húmedo o con humedad correspondiente a su sión desarrollada en el proceso de expansión,límite plástico), obteniéndose otro índice deno- se impide el cambio de volumen de la muestraminado «cambio potencial de volumen» (PVC), tras inundar el edómetro, midiendo la sobre-que califica el potencial expansivo del suelo carga precisa para impedirlo (Ensayo de pre-(Fig. 14). sión de hinchamiento).

33

Generalmente, en la práctica, se utilizan unos- Trabajando con los datos de estos autores,órdenes de magnitud para calificar la expansi- CUELLAR (1978) estableció una clasificaciónvidad a partir de los resultados de los ensayos análoga, pero basada en el límite plástico, pu-de laboratorio citados anteriormente. Es usual diendo trabajar de esta forma con el índice deutilizar sólo cuatro grados de expansividad (ba- desecación, I,, (relación entre la humedad y elja, media, alta y muy alta), y así lo ha hecho RO- límite plástico). La Fig. 17 muestra el criterio deDRIGUEZ ORTIZ (1975) en la recopilación de CUELLAR.criterios prácticos de expansividad. La Tabla IVresume esta recopilación de criterios de dife- Sin embargo, casi todos estos criterios serentes autores, con los intervalos de variación apoyan en datos locales e introducen -aún sinde parámetros más usuales. decirlo- condicionamientos que no han de

cumplirse en otros tipos de arcillas que las utili-En alguna ocasión se ha intentado relacionar zadas para elaborar el criterio.

más de un parámetro, y así lo han hecho SEEDy col. (1962) combinando la actividad y el con- Los ensayos de hinchamiento, presión detenido de arcilla (Fig. 15), y también VIJAYVER- hinchamiento, etc. presentan el inconvenienteGIYA y GHAZZALY (1973), que establecieron de que imponen al suelo unas condiciones lími-una correlación entre la presión de hincha- tes, en cuanto a su inundación total (inconve-miento (o el hinchamiento libre), el límite líquido nientes parcialmente subsanado por técnicasy el índice 1 LL, que relaciona la humedad natural más elaboradas). Además, en las muestrascon el límite líquido. Sus resultados pueden muy consolidadas el acceso de agua a su ante-verse en la Fig. 16. rior puede demorarse incluso varios meses, por

TABLA IVCRITERIOS DE EXPANSIVIDAD (RECOPILADOS POR R . ORTIZ, 1975) 2a

Expanei- Limite de 1, W, % % Actividad Potencial Indice Presión Hincha- % devidad retracción 4200 < 0.001 Iv / * 2p de hincha- Lambe de hincha- memo hincha-

mm (Skem~tan miento Kg/cm 2 miento probable mientomod.) (Seed) probable en super- probable

% Kg/cm 2 ficie (cm)(McDowetl)

Baja >15 <18 <30 <30 <15 <0.5 0- 1.5 <0.8 <0.3 0-1 <1

Media 12-16 15-28 30-40 30-60 13-23 0.5-0.7 1.5-5.0 0.8-1.5 0.3-1.2 1 -3 1-5

Alta 8-12 25-40 40-60 60-95 20-30 0.7-1.0 5-25 1.5-2.3 1.2-3.0 3-7 3-10

Muy alta <10 >35 >60 >95 >30 >1.0 >25 > 2.3 >3 >7 >10

ILL = w0.7 L

HINCHAMIENTO %<l5 0.6 PRESION DE HINCHAMIENTO 0.3k9/cm2

4 o. s

Q HINCHAMIENTO % 1 a 4PRESION DE HINCHAMIENTO0.3 a 1.25 kq /cm2

3 0.4

F HINCHAMIENTO ° 40 102 Ú PRESION DE HINCHAMIENTO 1.259 3kg/cm2

Q Muy alto Z 0.3

ItoHINCHAMIENTO % > 10

Baja 5%Potenciai de O.2 PRESION DE HINCHAMIENTO >3 kg/cm2

5% Hinchamiento0 15%0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0.1

Porcentaje de particulasZ0.002 mm

0.030 40 50 60 70 80

LIMITE LIOUIDO,UJL

Fig. 15.-Criterio de Seed, Woodward y Lundgren para cali-ficar el potencial de hinchamiento de una arcilla. Fig. 16.-Criterio de Vijayvergiya y Ghazzaly (1973).

34

lo que no desarrollan todo su potencial expan- tensiómetro y la membrana de presión; entresivo en el tiempo usual de ensayo. los de tipo termodinámico, el desecador de va-

cío, la balanza de sorción, las células de yeso, elpiezómetro de succión, el papel de filtro y el

wp psicrómetro. En la bibliografía se recogen va-rias publicaciones en que están descritos estos1.7 procedimientos (ESCARIO, 1969; ESCARIO y

PRESION DE HINCHAMIENTOI<0,3 Kg/em2 SAEZ , 1973; CUELLAR, 1978; POUSADA, 1984;1.5 SAEZ, 1986).1.3 HINCHAMIENTO % la4

PRESION DE HINCHAMIENTO 0,3a 1,25 Kg/cm2

1.1 6. FISIOGRAFIA DE LA EXPANSIVIDAD ENESPAÑA

20.9HINCHAMIENTO4 a 10

°z PREMON DE HIN

CINCHAMIENTO / >100.71.25a

3 kg/c/cm 6. 1 Clasificación climática de EspañaPRESION DE HINCHAMIENTO> 3 kg/cm 2

0.5 Las alternativas estacionales de humedadpueden ser valoradas mediante diferentes indi-

0.3 ces climáticos. Pero para la determinación de12 14 16 18 20 22 24 26 estos índices se requiere, en general, un núme-LIMITE PLASTICO,Ufp ro elevado de datos, que con frecuencia no re-

sultan disponibles. La limitación en la adquisi-Fig. 17.-Relaciones entre el índice de sequedad, el límite ción de parámetros climáticos obliga a prescin-plástico y la presión de hinchamiento (Cuellar, 1978). dir de alguna de las clasificaciones climáticas

más completas.

La hipótesis de una imbibición total de aguadel suelo es, en la realidad, poco probable. Por El índice de Thornthwaite es relativamente fá-ello, las técnicas cuantitativas anteriormente re- cil de obtener, y por ello los tipos climáticos ba-señadas pueden calificarse de conservadoras. sados en él han tenido una mayor aceptación

en España para evaluar los cambios estaciona-Puesto que la afinidad del suelo por el agua les de humedad. La clasificación se basa en la

está condicionada por campos de fuerzas de disponibilidad de agua del suelo a lo largo delcuya componente final resulta la succión, la año, diferenciada por períodos mensuales.cuantificación de su magnitud será una medidadel potencial expansivo del suelo. Reuniendolos procedimientos descritos, estos es, midien- El índice de Thornthwaite viene dado por lado el hinchamiento en función de los valores de fórmula:succión se obtendrán las magnitudes más pró-ximas a la realidad. Este es el procedimientoseguido en los edómetros de succión.

ponible

I = (100D - 60d) / EPLa succión representa el nivel energético dis-

para que puedan producirse los fenó-menos de expansión. Si ésta se inicia se produ-ce correlativamente una modificación de la en la que «D» representa la cantidad de aguaenergía del agua intersticial, que está represen- eliminada del suelo por drenaje (equivalente altada, de alguna manera, con un cambio en la exceso de precipitación no eliminado por eva-succión. poración ni retenido por el terreno); «d» es el

déficit de agua cuando no se produce drenaje ySu magnitud se determina mediante dos ca- «Ep» la evapotranspiración potencial (que re-

minos diferentes, unos de tipo mecánico, en presenta la evaporación máxima posible).que se evalúa el potencial del agua en el suelo,y otros de tipo termodinámico, en que se cuan-tifica la fuerza que hace que el agua se mueva Cuando este índice es negativo, el terrenoen el suelo. Esta fuerza se valora relacionando puede estar sometido en algún periodo del año ala energía libre del agua del suelo con la que una evaporación que supere los valores de pre-tiene fuera de él, mientras que el potencial del cipitación, desequilibrio que tiende a ser com-

agua en el suelo puede medirse aplicando di- pensado a partir de la humedad retenida por elrectamente una tracción al agua, puesta en suelo. Cuanto menor es el índice, mayor es encontacto con el suelo, o imponiendo una pre- general el período de sequía. Sin embargo, ensión neumática a la fase gaseosa contenida en caso de sequedad extrema las alternativas es-

la muestra. tacionales son poco contrastadas. Por ello, elmáximo desequilibrio de humedades suele

Entre los métodos basados en criterios me- producirse para índices no excesivamente me-cánicos hay que reseñar la placa de succión, el gativos.

35

De acuerdo con el valor del índice de de la roca madre, de un 15 %; la proporción deThornthwaite pueden establecerse los siguien- limo cuarzoso se eleva al 30 %. El color es gristes tipos climáticos : oscuro , debido a la presencia de humus.

Indice climaUna circunstancia importante es que fuera de

las zonas con mal drenaje no se desarrollan

100 Perhúmedo vertisuelos, por lo que en las laderas y colinas

100 - 20 Húmedo los colores del terreno son más claros . En cual-

20-0 Subhúmedo quier caso, estos suelos residuales heredan la

0-20 Seco montmorillonita de la formación basa¡, por lo

-20 - 40 Semiárido que tiene asimismo propiedades expansivas.

<-40 Arido A veces los suelos vérticos se desarrollansólo en condiciones morfológicas que corres-ponden a entornos muy concretos. Este es el al-

La figura 18 sintetiza el mapa climático de Es- cance de algunas formaciones de este tipopaña según el índice de Thornthwaite , basado existentes en la zona oriental de Madrid, queen los trabajos de JUSTO y CUELLAR (1972) y ocupan microáreas deprimidas.RODRIGUEZ ORTIZ (1975), con algunas nuevas En cualquier caso , puesto que los vertisuelosaportaciones . Las zonas de riesgo expansivo se desarrollan en gran parte sobre formacionescoinciden con áreas climáticas deficitarias en arcillosas potencialmente expansivas, en elhumedad, pero en especial con las climatolo- Mapa Previsor de Riesgos queda reflejada engías simplemente secas , en las cuales los con- general esa peligrosidad . No obstante, los reco-trastes estacionales están más acentuados. En nocimientos geotécnicos de detalle deben te-los climas áridos las alternativas de humedad ner en cuenta su posible presencia en las zonassignificativas tienden a registrarse en períodos climática y morfológicamente favorables, inde-hiperanuales , por lo que sus consecuencias pendientemente de la naturaleza del sustrato.pueden demorarse incluso varios años.

6.2 Vertisuelos

El desarrollo territorial de estos suelos ex- REGOLITO

pansivos es importante en la mitad Sur de Es-paña , especialmente en la franja andaluza , se- SUELO PARDO VERTICO

gún se desprende del Mapa de Suelos de Espa-ña (Instituto de Edafología , 1967). Su extensión VERTIS 0en dicho territorio podría superar los 7.500 km2,lo que representa casi un 9 % de la superficietotal de Andalucía . Más de la mitad de estossuelos (unos 4.500 km2) se localizan en la ver-tiente meridional de la cuenca del Guadalquivir.

Fig. 19.-Desarrollo de vertisuelos expansivos sobre mar-

El sustrato de los vertisuelos corresponde ,gas en climas semiáridos (Según Duchaulour, 1977).

una gran parte de los casos, a rocas arcillosasricas en sales cálcicas (como el de las a menu- La profundidad «activa» de los vertisuelos al-do llamadas «margas azules» del Guadalquivir , canza, al menos, a todo su espesor , ya que lasen realidad arcillas margosas). Morfológica- grietas que se abren estacionalmente en ellosmente ocupan regiones de topografía poco di- profundizan la desecación . Esa profundidadferenciada, y la climatología oscila de condicio- está , pues, muy vincul;da a su potencia, y aun-nes subhúmedas a semiáridas . Estas caracte- que ésta suele ser de poco más que de ordenrísticas coinciden en España frecuentemente métrico , normalmente se citan profundidadescon cuencas interiores meridionales colmata- activas de 2 a 3 m.das por sedimentos miocenos ( Fig. 19).

Las condiciones más Javorables se producen En suelos de carácter residual , existentes enen Andalucía y sobre las arcillas calcáreas mio- ocasiones junto a vertisuelos, la profundidadcenas, y por eso es aquí donde los suelos vérti- activa puede superar los valores señalados.cos tienen un desarrollo generalizado ( Fot. 10). Hay que tener presente que en el contacto entre

el regolito y el sustrato puede a veces empla-DUCHAUFOUR ( 1977), describe el perf il de zarse una capa freática . cuyas alternativas se

un vertisuelo típico localizado en la carretera reflejarán en la franja de terreno afectada porCórdoba-Sevilla : Su profundidad alcanza 1,50 las variaciones de humedad estacional (om; el contenido en arcilla es elevado , muy uni- anual). Una de las variables a investigar antesforme en todo el perfil , con un 54 % de arcilla de decidir el alcance de la franja activa es,expansiva ( montmorillonita dominante e illita); pues, saber si existe o no un nivel freáticoel porcentaje en carbonato cálcico es similar al semiprofundo.

36

10° 9° 80 70 6° 5° 4° 3° 2° 10 00 1° 20 30 40

LA RUMA 81L840

430 \

INDICE CLIMA 420

PERHUMEDO •ZARA6O

100BARCEL NA

HÚMEDO 410

20

® SUBHUMEDO

0 i • MADR, /.

® SECO - SUBHUMEDO

40°-20

Q SEMIÁRIDO

- 40 V L£NC/A

`-' ARIDO39

38°

SEV%LLA', ° 0 290

3 7°

°°

CAOrz °280

3@° °y r� 18° 17° 16° 15° 14°

Fig. 18 Mapa climático simplificado de Esparta con los índicesThornthwaite (Completado de Justo y Cuéllar, 1972 y Rodrí-guez, 1975).

En suelos arcillosos texturalmente menos son espacialmente continuas. Sin embargo, lamaduros que los de procedencia lagunar, tales naturaleza de la fracción arcillosa correspondecomo los generados por alteración de piroclas- en buena parte a la originaria, habiéndose pre-tos medios y gruesos, cabe pensar en una im- servado arcillas esmécticas sin transformar. Laportante porosidad residual que limite su capa- capacidad expansiva atribuible intrínsecamen-cidad de hinchamiento. En el mismo sentido in- te al Keuper depende en gran medida de lacide la fracción no arcillosa que, como la poro- proporción en que aquellas se presentan. En al-sidad, suele ser importante en los suelos trans- gunos casos puede ser importante, según seportados. deduce de la naturaleza mineralógica de algu-

Existen, sin embargo, localmente materiales nas de estas arcillas (RODRIGUEZ y PRIETO,de fuerte contenido bentonítico, que en gran 1976), en función de la zona en que se encuen-parte pueden proceder de la alteración de for- tren:maciones piroclásticas finas, con una conside- Cantábrica: Minerales esmécticos a techo.rable inestabilidad volumétrica. En las zonas debaja pendiente se desarrollan vertisuelos ex- Pirenáica: No existen prácticamente minera-pansivos (Fig. 20). les expansivos.

Catalána: Minerales arcillosos de tipo illítico,poco expansivos.

1 800. Ibérica: Sólo existen minerales expansivos enÍ- niveles superiores, pero son importantes.

0ry Levantina: Los minerales expansivos son a__ °�FS Boom veces predominantes, pero no mayoritarios.02 Andaluza: No existen claramente mineralesCo 2t

--_ 200 m MAR expansivos, aunque los interestratificados hin-

VER715UEL05 CON = chables pueden ser impo rtantes.COSTRA CALCÁREA

Se insistirá en que la capacidad de hincha-miento está condicionada por las alternativas

Fig. 20.-Desarrollo de vertisuelos expansivos en Canarias climáticas, por lo que el factor riesgo puede ser(según Caldas y Salguero, 1975, recogido por Duchaulour, inferior al deducido de la litología, si los aflora-1977). mientos se localizan en regiones húmedas.

En los pisos inferiores del Trias pueden tam-6.4 Sustratos arcillosos paleozoicos bién encontrarse episodios arcillosos, aunque

con carácter restringido.Se trata de formaciones cronológicamente

Las litologías arcillosas de edad jurásica es-es-residuales, y están escasamente representadasen España. Sus afloramientos se reducen a al- tán en general asociadas a facies carbonata-gunas manchas en Andalucía y hacia el Piri- das, que con frecuencia conducen a la forma-neo. ción de margas, calizas o dolomías. Predomi-

nan claramente los materiales rocosos, y tanLa presencia de arcillas en los sedimentos es, sólo en contados casos pueden diferenciarse, a

además, limitada, ya que están más o menos la escala de trabajo desarrollada, suelos neta-transformadas. La capacidad expansiva es, en mente arcillosos. Estas formaciones no debencualquier caso, escasa o nula. producir problemas derivados de la expansivi-

dad.

6.5 Sustratos arcillosos mesozoicos En circunstancias parecidas se encuentranlos términos arcillosos de edad cretácica, aun-

Son importantes en España los de edad trié- que sus afloramientos son más numerosossica (facies germánica), caracterizada en sus (orientativamente del orden de cuatro vecespisos superiores por una facies Keuper muy más), y están litológicamente más diversifica-arcillosa. (Por el contrario, los términos inferio- dos. Aparecen, de manera principal, en las Cor-res suelen ser muy detríticos). De todos los dilleras Cantábrica e Ibérica, región Bética e is-afloramientos arcillosos mesozoicos, no menos las Baleares. Los litotipos son, aproximada-del 50 % corresponden a arcillas del Keuper. mente en la mitad de los casos, mixtos, con fa-

Este tipo de sedimentos, de aspecto caracte- cies detríticas junto a autígenas no arcillosas.

rístico (coloraciones rojizas y ocres con tramos Se encuentran también sedimentos arcillosos

grisáceos), se encuentran muy extendidos por muy carbonatados y otros acompañados pre-

casi toda la geografía española. Las arcillas es- dominantemente de materiales detríticos. En

tán asociadas a sedimentos detríticos y a facies algunos casos aislados pueden encontrarse ar-

calcáreas y yesíferas.cillas junto a yesos (Santander, Ciudad Real,Cuenca o Guadalajara). La capacidad expansi-

Estructuralmente suelen estar muy perturba- va atribuible a todas estas formaciones arcillo-dos, por lo que sus características puntuales no sas es en conjunto escasa o moderada.

39

6.6 Sustratos arcillosos cenozoicos En los epígrafes anteriores se han detalladolas características intrínsecas y extrínsecas que

Las formaciones arcillosas tienen, en gran establecen el potencial de hinchamiento de unparte, características litológicas que se prolon- suelo, y su incidencia en su expansividad real.garán frecuentemente durante todo el Tercia- Los criterios de valoración del riesgo expansivorio. De hecho, resulta difícil en ocasiones diluci- que ahora se establecen -dentro del propósitodar el límite de los sedimentos del Cenozoico de fijar el riesgo de expansividad en España-inferior del superior, que son los claramente pretenden sintetizar la importancia relativa depredominantes. las distintas variables implicadas en el fenóme-Globalmente, sin embargo, los sedimentos no. Y ello teniendo siempre presente que las

más antiguos son más detríticos y estructural- modificaciones impuestas por la actuación hu-mente están más perturbados; por otra parte, mana serán tanto más críticas cuanto mayorlos procesos de consolidación han tenido más sea la capacidad expansiva del suelo.posibilidades de actuar. De todo ello se des- La Tabla V resume los criterios seguidos paraprende que su capacidad expansiva es estadís- llevarlo a cabo, que comprenden dos líneasticamente inferior que para las formaciones ar- concurrentes de actuación:cillosas del Terciario superior.Las formaciones arcillosas del Cenozoico - Definición de unidades cronolitológicas y

más reciente son las más importantes desde el vinculación al clima.punto de vista de la expansividad, tanto por lanaturaleza frecuentemente montmorillonítica - Revisión sectorial de ensayos de expansi-de las arcillas, como por la extensión que al- vidad, contrastados con eventuales problemascanzan sus afloramientos. Estos se encuentran, derivados de la misma, y adscripción a las die-además, emplazados, con carácter general, en ferentes unidades cronolitológicas.áreas morfológicamente deprimidas y sujetas acondiciones de aridez. La primera línea de actuación tiende a asegu-

Existen todas las posibilidades litológicas, y rar una clasificación de suelos donde coexistanestructuralmente las unidades están, en con- unas características mineralógicas, texturales yjunto, poco perturbadas. Aunque los sedimen- estructurales equiparables (facies e historiatos pueden haber estado sometidos a procesos geológica equivalentes). Esto conlleva una ca-diagenéticos en sus estadios iniciales, no exis- pacidad expansiva específica de la formaciónten en general transformaciones que modifi- sedimentaria, que, a nivel global, permite ser re-quen esencialmente la naturaleza de la arcilla lacionada con otras similares. Esa capacidadoriginal. Esta es, con frecuencia, como se ha se- expansiva específica se matizaría después deñalado, montmorillomítica, lo que se refleja en acuerdo con el índice climático de la zona enunas plasticidades en general elevadas (Figs. 21 que se localizaba.y 22).

Al mismo tiempo, la adscripción a las unida-Todas estas circunstancias determinan una des cronolitológicas de ensayos de expansivi-importante capacidad expansiva de las forma- dad, completados eventualmente con otros deciones arcillosas del Terciario superior. El ries- plasticidad para disponer de un mayor númerogo de expansividad puede ser en ocasiones de datos, permitió valorar las alternativas ex-considerable para las dos Mesetas (en especial pansivas inherentes a la formación sedimenta-para la Meseta Sur), Cuenca del Ebro, Andalu- ria y, consecuentemente, evaluarlas. En el casocía y para zonas de Levante (particularmente en de existir referencias a problemas constructi-Murcia) y Extremadura (entorno de Badajoz). vos concretados a un tipo de suelo, la forma-

ción se definió obviamente como de máximoriesgo de expansividad.

7. CLASIFICACION DE SUELOS POTEN- Estos criterios han facilitado la posterior inte-CIALMENTE EXPANSIVOS EN ESPAÑA gración de todos los datos disponibles, tanto de

la naturaleza geológica del suelo como de su7.1 Metodología expansividad, evitando en lo posible los errores

de correlación a formaciones litológicas de las

La capacidad expansiva de los suelos estáque no se disponía de datos geotécnicos.

condicionada por numerosas variables. Si en Finalmente hay que señalar que, como baseúltimo término depende de características in- de partida, y para facilitar una mejor integra-trínsecas de los mismos, las condiciones en ción de datos, se juzgó útil referirlos a ámbitosque se encuentran y, más específicamente, las territoriales con unas características relaciona-modificaciones que se introduzcan a su estado bles. Para ello se clasificó el territorio en estu-natural, determinan que esa capacidad pueda o dio en zonas de actuación que compartieranno desarrollarse. Cualquier intento de valora- unas ciertas generalidades geológicas, morfo-ción de la expansividad de un suelo debe, pues, lógicas y climáticas (peculiaridades en parterecoger esas alternativas. coincidentes con cuencas hidrográficas). Estos

40

70

'P o60 ---

� 0 0

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50 °O • o4 • X oO • Xo p

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4.• ••• OX O► O ° Op

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• • x o 0 0 óp •• •00 •� o X ÓOp°

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0• ¡•i ••••

p•O % p o

o• TOSCOS ARCILLOSOS

20 - • ° o PEÑUELASM i• • • O oo x PEÑUELAS YESIFERAS

1• »� o O•10 • •

010 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

LIMITE LIQUIDO

Fig. 21 Propiedades plásticas de los suelos arcillosos de Madrid.

70

60 •P�

•30

O • •

•

40

W •> 30ó •z • •• • •

i20 •

•

10

0IO 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

LIMITE LIQUIDO

Fig. 22 Propiedades plásticas de las arcillas andaluzas.

41

Tabla VMetodología para la clasificacion de arcillas

expansivas en España

Revbidn de ensayos de los suelosPeculieridedes psológ/ce$ y coimáoms Delimnadón de dmbltos liMogMMlkos Revisión de problmes de expansividad en la zona

Prosencis y propor~ de montmorH ~taCaracteristkas de la tre«Kn no @m~ Clastlieac/ón M uMdadw «OnOl ae

ando M pMSfkldadsxpenalvlded

PosiDillded de delklt anual de humedad Clespicaclón de 14~ de Thomthwe»@ CEveo 0» faonahtación

s Mdadde pro~maa

Delimitación de zonas equiparables Valoración de la expsfaivided potendal

CARTOGRAFIA: 1/1.0W.000

dominios fisiográficos , con sus áreas de actua- Se han revisado las correlaciones más fre-ción, fueron los siguientes : cuentemente recoqidas en la bibliografía. EntreCornisa Cantábrica: Alava, Asturias , Cantabria , ellas las establecidas por SEED y col. (1962),Guipuzcoa , La Coruña, Lugo, Orense , Ponteve- VIJAYVERGIYA y GHAZZALY (1973) y CUE-dra, Vizcaya . LLAR (1978), junto a algún índice basado en laCuenca de/ Ebro: Huesca , Lérida, Navarra, Río- actividad de la arcilla . En la figura 23 puede ver-ja, Teruel , Zaragoza . se, por ejemplo , la aplicación del criterio deFranja extremeña: Badajoz , Cáceres , Salaman- SEED y col. a los suelos arcillosos de Madrid.ca, Zamora.Meseta Norte: Avila, Burgos , León , Palencia , Algunas otras correlaciones se han estudiadoSegovia , Soria, Valladolid . específicamente para los suelos españoles, re-Meseta Sur: Albacete , Ciudad Real, Cuenca , lacionando parámetros como la plasticidad,Guadalajara , Madrid , Toledo . densidad y humedad natural con índices cuan-Franja levantina: Alicante , Baleares, Barcelona, tificadores del potencial expansivo.Castellón, Gerona , Murcia , Tarragona,Valencia.Franja andaluza: Almería , Cádiz, Canarias,Ceuta , Córdoba, Granada, Huelva , Jaén, Mála-ga, Melilla , Sevilla.

En la figura 18 aparecen delimitados estosámbitos territoriales de actuación.

7.2 Valoración de la expansividad a partir deIndices sencillos

Los ensayos cuantitativos de expansividadson los únicos que permiten finalmente valorarla capacidad expansiva de un suelo. No obstan- °te, estos ensayos son a veces complejos y re-sultan en general insuficientes en númerocuando se pretende conocer la peligrosidad °•potencial de extensas formaciones litológicas . °Por otra parte , sí se dispone con frecuencia de Y2C . 0 ° °..á Y.ozotros datos de composición y plasticidad de lossuelos cuya correlación con su potencial ex- ° a° zro o.os w' µT°pansivo permitiría evaluarlo a nivel de riesgo.

YM •LTO

Una de las tareas acometidas en este trabajo "`°'°u°o

ha sido , teniendo en cuenta las circunstancias 0010 20 30 .0 5 0 60 70

mencionadas , comprobar y, alternativamente,poner a punto algunos criterios e índices de re-ferencia , basados en propiedades sencillas de Fig. 23los suelos o documentadas con frecuencia , que Correlación entre actividad y potencial de hinchamiento depermitieran remitir a ellas el riesgo de expansi- suelos arcillosos de Madrid (Criterio de Seed y col, 1962).vidad de los suelos españoles . (Se señalan los valores de hinchamiento libres medidos).

42

El resultado ha sido muy desigual , en conjun- 120to negativo en cuanto a su capacidad cuantifica-dora de la expansividad del suelo . Sin embar-go, alguna de estas correlaciones ha demostra- I10do su utilidad en la estimación del riesgo ex-pansivo potencial de formaciones litológicascon escaso número de ensayos , así como para 100valorar sus alternativas y poder relacionarlascon las de grupos similares (Figs. 24 y 25).

90

Con parámetors similares a los de VIYAY-VERGIYA y GHAZZALY , OTEO ( 1986) ha dedu-cido un nuevo criterio , a partir de los datos de sosuelos españoles , aunque debe de utilizarsecon cuidado , por no haberse contrastado sufi-cientemente ( Fig. 26).

m 70

14060 • • • .

130 50

120 I 4

lío 30

1 •100 20

0,1 .2 .4 .6 . 8 1 2 4 6 8 10• INDICE LAMBE ( kp/em2)

90• Fig. 25.-Correlación entre el límite líquido y el índice Lam-

g / be de suelos procedentes de la franja andaluza.

J ._

Ñ 8O • • • /

J • I EXPANS IV IDAD NULA A BAJA7

_ t• / II EXPANSIVID4D 84J4 A MEDIA70 >a EXPANSIVIDAD MEDIA A ALTA

• N EXPANSIVIDAD ALTA A MVY ALTA

60

0,8

50 •

lII

. /�' .rv

•°I

30 • = Í 1�• 0,2

�/ •

20 Dso Izo

0.1 .2 .4 .6 .8 1 2 4 6 8 10so 60

LIMITE LIQUIDOINDICE LAMBE ( kp/em2)

Fig. 24.-Correlación entre el límite líquido y el índice Lam-be de suelos procedentes del entorno de la Ciudad de Fig. 26.-Criterio recomendado por Oteo ( 1986) en base aMadrid. datos de expansividad españoles.

43

7.3 Indices y criterios de clasificación utiliza - sivo de los suelos se refleja en su plasticidad.dos. Aportaciones Esta relación no es concluyente, pero resulta in-

teresante considerarla teniendo en cuenta la7.3.1 Criterios climáticos frecuente disponibilidad existente de ensayos

de plasticidad en los estudio geotécnicos.Puesto que la expansividad se manifiesta en

condiciones de humedad muy contrastadas, esnecesario tener en cuenta las alternativas esta- 100 >IIcionales. 90

Las zonas con precipitaciones deficitarias en 80II �Oalguna época del año se han diferenciado me- 70 5 \ pO

diante el índice de Thornthwaite. 6 0 N�°S�pMeE

7.3.2 Criterios mineralógicos y texturales 502.3

40Ú 1,5

El potencial expansivo de las arcillas depen-de su naturaleza mineralógica. La máxima 20de

peligrosidad procede de la montmorilionita,aunque otros minerales tienen también propie-dades expansivas. Se ha tratado de identificar °las formaciones arcillosas montmorilloníticas

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 '°° "° 120 130 '°° 150

LIMITE LIQUIDO

en los suelos españoles.El criterio mineralógico se ha complementa- Fig, 27.-Distribución de la plasticidad de suelos españoles

do diferenciando la naturaleza general de la para índices Lambe característicos.matriz no arcillosa del suelo, y a veces su carác-ter detrítico o autígeno.Se ha encontrado, en este sentido, que la

La figura 27 recoge el rango de plasticidades

presencia de carbonatos disminuye la capaci-de suelos españoles para índices de expansivi-

dad expansiva del suelo. Esta propiedad esdad de Lambe característicos. Puede compro-

muy conocida, y de hecho en ella se basa la es-barse en ella la frecuente superposición de lími-

tabilización de suelos mediante cal. La relacióntes para un mismo grado de expansividd, pero

obtenida, valorada mediante el ensayo de ex-sus valores extremos y medios se van incre-

n de Lambe, es la siguiente: mentando con la misma. Es posible, por ello,obtener alguna información de la expansividadpresumible del suelo analizado sus característi-

Indice Lambe máximo (Kp/cm2) % Carbonatos máximo cas plásticas. Y es útil clasificar el potencial ex-pansivo en 4 grados, pues estos son los escalo-

0.8 65 nes habituales en las clasificaciones de expan-1.5 45 sividad. Considerando el límite líquido los2.3 35 índices de referencia serían los siguientes:

Es de esperar que otras sales cálcicas, comolas yesíferas, tengan también un efecto correc- Límites líquidos medios Expansividad presumibletor en las propiedades expansivas de las arci-llas.

Entre las características texturales del suelo45 Nula o baja

45-65 Moderadase ha tenido en cuenta si era más probable quela arcilla se encontrara diseminada en su matriz 65 -90 Alta

> 90 Muy alta(caso de los sedimentos detríticos) o concen-trada en dominios espacialmente continuos.

Puesto que el trabajo realizado recoge suelos Estos valores medios resultan ser, sin embar-consolidados, hay que pensar que el empaque- go, poco conservadores, pues una importantetamiento denso conlleva enlaces y microestruc- proporción de suelos tiene realmente una ex-turas en sentido amplio comparables para for- pansividad superior a la deducida.maciones con una misma historia geológica.Este criterio se ha tenido en cuenta para laequiparación de unidades litológicas. Contrastando los valores del límite líquido

con un mayor número de índices cuantificado-7.3.3 Indices de plasticidad res de la expansividad del suelo, se ha encon-

trado que resulta más próximo a la realidad uti-lizar los siguientes intervalos para valorar el

De acuerdo con las correlaciones estadísti- riesgo de expansividad de una formación arci-cas desarrolladas por diversos autores, y las llosa (donde, como el lógico, coexisten arcillasobtenidas para este trabajo, el carácter expan- de diferente plasticidad):

44

Límites líquidos Límites líquidos Expansividad 7.3.7 Otros índicesmedios extremos presumible La amplia dispersión obtenida de las correla-

Mínimo Máximo ciones resultantes de comparar , de una parte,parámetros habituales en la identificación geo-

35 < 20 < 50 Nula o baja técnica de suelos y determinación de estado y,35 - 50 20 - 30 50 - 70 Moderada de otra, ensayos específicos de expansividad,50 - 65 30 - 40 70 - 90 Alta desaconsejó utilizarlas como índices cuantitati-

65 > 40 > 90 Muy alta vos del potencial expansivo . Sin embargo, concarácter orientativo algunas de ellas han de-mostrado poder suministrar una valiosa infor-

7.3.4 Indices de expansividad de Lambe mación respecto al rango de expansividad pre-sumible del suelo.

Lambe ( 1960) clasificó los cambios potencia- Para valorar la incidencia de la humedad va-les de volumen (PVC) obtenidos en su ensayo tural en la capacidad expansiva del suelo sede expansión , en 4 categorías . Los valores del analizó el comportamiento de 176 muestras dePVC del suelo vienen dados por el índice de ex- suelos consolidados procedentes de diferentespansividad en su intersección con la curva pa- zonas españolas , aunque con predominio detrón correspondiente al estado inicial de la las pertenecientes al Mioceno madrileño. Agru-muestra antes de ser compactada . Si se parte pados por rangos de expansividad en funciónde unas mismas condiciones de humedad, del hinchamiento libre, las plasticidades me-como normalmente sucede, es posible referirse dias, dentro de cada grupo , quedaron com-directamente al índice de expansividad como prendidas entre 46 y 49 para los límites líquidosdato inmediato para definir el potencial expan- y entre 24 y 26 para los índices de plasticidad.sivo del suelo . En estas condiciones , el contenido de humedad

En este supuesto , el valor en Kp/cm2 obteni-resultó determinante del hinchamiento libre al-

do directamente en el ensayo , que abreviada-canzado:

mente puede designarse como índice Lambe, % Humedad natural media inicial % Hinchamiento libreadquiere el siguiente significado: 22 <-i

Indice Lambe (Kp/cm2)(*) Expansividad19 1-4

equivalente16 4-1013 10

0,8 No crítica0,8-1,5 Marginal 140 J?J")11,5-2,3 Crítica

2,3 Muy crítica

(') Condiciones de partida húmedas o secas 120

7.3.5 Indices representativos del hinchamiento 100libre

Se ha optado por recoger los escalones utili- Czados por VIJAYVERGIYA y GHAZZALY ( 1973): ° so

% Hinchamiento probable Expansividad W ,Z

1 Baja 601-4 Media4-10 Alta>10 Muy alta 40

7.3.6 Indices representativos de la presión dehinchamiento 20

Como índices de expansividad basados en laW4 MU EDAD N TURAL

presión de hinchamiento se han utilizado los re-cogidos por CUELLAR ( 1978): o

0,3 1 3 IO

)Presido de hinchamiento (l(p/cm2) Expansividad

PRESION DE HINCHAMIENTO ( kp/cm2

0.25 BajaFig. 28.-Correlación entre L . L. y P.H. en función de la hu-0.25 - 1 .25 Media medad natural para los suelos españoles (confianza: 90%

1.25-3.00 Alta de resultados en el intervalo ±5% de las humedades repre-/ 3.00 Muy alta sentadas).

45

La figura 28 recoge la más satisfactoria de lascorrelaciones resultantes de relacionar plastici- I. Neógenodad y humedad del suelo con su capacidad de Cenozoicohinchamiento. El estudio comparativo se realizó Edad geológica II. Paleógenocon 110 muestras inalteradas procedentes de

gen,Mesozoicosuelos consolidados, sin discriminación de ori-

gen, aunque en una amplia mayoría pertenen- IV. Paleozoicocientes al Mioceno peninsular (Estos suelosson, por otra parte, los de mayor conflictividaden cuanto a su potencial expansivo). El gráficodebe utilizarse con precauciones. La correla-ción tienen una confianza estadística del 90 % a. Arcillas masivasen el intervalo de ± 5 % de cada humedad na-tural representada, pero, dado el carácter simi- b. Arcillas con limos yare-logarítmico del gráfico, al considerar un deter- nas, ocasionalmenteminado caso puede haber una importante va- gravasriación en la estimación de la presión de hin-chamiento.

Litologíac. Arcillas con carbonatos

d. Arcillas con sulfatos, con7.4 Criterios de actuación o sin carbonatos

En el apartado anterior se ha analizado el sig- e. Arcillas con arenas y car-nificado de los distintos índices y ensayos de bonatos y/o sulfatosexpansividad con aplicación a suelos españo-les. Puesto que el grado de expansividad se f. Arenas, ocasionalmenteclasifica generalmente en 4 categorías, es lógi- gravas, con limos y arci-co que la valoración del riesgo expansivo se llas subordinadasrealice también en 4 grupos, y así se ha hechoal elaborar el Mapa Previsor de Riesgos. Deesta manera puede relacionarse, hasta ciertopunto, la capacidad expansiva global de unosmismos tipos de suelos, evaluada mediante en- Complementariamente, la evaluación delsayos, con la de la formación litológica de pro- riesgo de expansividad debería tener en cuentacedencia. las alternativas climáticas, puesto que si la uni-

dad cronolitológica se encuentra emplazada enPor ello, los grados de expansividad estable- una zona climática deficitaria en humedad, sucidos fueron los siguientes: potencial expansivo podrá desarrollarse másfácilmente que si ese déficit no se produce. Es-

1. Potencialidad expansiva del suelo nula tas alternativas se han clasificado mediante ela baja índice de Thornthwaite, que establece si una

zona es climatológicamente deficitaria en hu-Il. Potencialidad expansiva del suelo baja a medad.

moderada

M. Potencialidad expansiva del suelo mo-derada a alta La conj unción de todos estos criterios condu-

jo a la siguiente clasificación de la capacidadW. Potencialidad expansiva del suelo alta a expansiva de los suelos arcillosos, de acuerdo

muy alta con las 4 categorías anteriormente estableci-das:

La estimación del grado de expansividad delos suelos de una misma procedencia se reali-zó, básicamente, de acuerdo con la máxima ca- 1. Arcillas no expansivas o diseminadas enpacidad expansiva encontrada, la frecuencia matriz no arcillosa.con que se ha manifestado y sus alternativas.

H. Arcillas expansivas subordinadas o empla-Por otra parte, como esa capacidad expansi- zadas en zonas climáticas sin déficit anualva está relacionada con las características del de humedad.suelo (definidas por su composición, textura yestructura), el grado de expansividad puede ser M. Arcillas expansivas localmente predomi-globalizado para formaciones arcillosas de ca- nantes y emplazadas en zonas climáticasracterísticas similares. Estas formaciones, con déficit anual de humedad.agrupadas en función de su edad geológica yde la litología, se clasificaron, a efectos prácti- W. Arcillas expansivas zonalmente predomi-cos, en las siguientes unidades cronolitológi- nantes o emplazadas en puntos con proble-cas: mas derivados de la expansividad.

46

La evaluación del grado de expansividad po- trabajos de investigación o referencias a actua-tencial se ha realizado sobre formaciones arci- ciones concretas. El alcance de estas actuacio-llosas que forman parte del sustrato. Localmen- nes fue, en gran parte, canalizado mediantete pueden estar enmascaradas por materiales una encuesta remitida a los Laboratorios Ho-de aportación o desarrollados sobre aquél. Es- mologados de Ensayos de Mecánica del Suelo.tas formaciones se han clasificado genérica- La revisión y análisis comparativo de las con-mente como recubrimientos. clusiones contenidas en esos estudios ha per-La característica inmediata de los recubri- mitido una aproximación, en ocasiones muy

mientos es una gran variabilidad litológica y concretas, a los problemas de expansividadtextura) que impide cualquier intento de valora- vinculados a zonas y formaciones litológicasción global de su potencial expansivo. La natu- específicas.raleza arcillosa de estos materiales está, en Ensayos de plasticidad y expansividadcualquier caso, en conjunto, muy vinculada al procedentes de informes realizados por entida-clima y a las formaciones litológicas de proce- des públicas (principalmente del Laboratoriodencia, lo que puede suministrar una primera de Carreteras y Geotécnia «José Luis Escario»información de la presencia en ellos de arcillas del CEDEX) y privadas, además de algunos ob-expansivas. Esta dependencia es muy acentua- tenidos para este trabajo.da en los recubrimientos desarrollados «in situ» En total se ha manejado el siguiente número(caso de los vertisuelos). de ensayos, desglosados por zonas de proce-

Por otra parte, un elevado porcentaje de es- dencia:tos materiales geológicamente recientes y, enespecial y como criterio general, los más arci- Procedencia Ensayos de Ensayos dellosos, han de ser en lo posible evitados, por lo plasticidad expansividadque siempre será útil referir la expansividad a ladel sustrato.

Cornisa Cantábrica 95 8

7.5 Datos utilizados Cuenca del Ebro 35 63Franja extremeña 316 44

7.5.1 Base geológica Meseta Norte 230 48

La definición y cartografía de las unidades Meseta Sur 351 694cronolitológicas a escala 1:1.000.000 se ha rea- Franja levantina 421 66lizado a partir de los siguientes documentos: Franja andaluza 325 466- Cartografía de base por reducción del

Mapa Nacional de Síntesis Geológica a escala La distribución de ensayos disponibles ha1:200.000 del I.G.M.E. sido muy variable. Esta dispersión está justifi-- Confrontación con el Mapa Geotécnico cada por la presión constructiva en la zona,

General a escala 1:200.000 del I.G.M.E. pero también por el riesgo de expansividad se-cularmente presumible en ella. Es por ello que- Revisión con el Mapa Nacional de Rocas el número de ensayos disponibles se incremen-Industriales a escala 1:200.000 del I.G.M.E., ta, en buena parte, para las formaciones con unMapas Geotécnicos de Ordenación Territorial y elevado riesgo de expansividad contrastadoUrbana a escalas 1:100.000 y 1:25.000 del por la experiencia.I.G.M.E. y Mapa Litológico de España Peninsu-

lar e Insular a escala 1:500.000 de Macau ycol.

7.6 Significado de la clasificación realizadaLos datos referentes a la mineralogía, textura

y estructura de los suelos arcillosos se han ob- La adscripción de un grado de expansividadtenido en gran parte de la información conteni- para una determinada formación litológica no lada en las correspondientes Memorias. También supone, como es lógico, para todos los térmi-se han manejado datos puntuales de otras pro- nos arcillosos que la integran. Existen alternati-cedencias, y algunos que se han investigado vas de la misma, puesto que los materiales geo-específicamente para este trabajo. lógicos no suelen ser ni espacial ni temporal-

mente continuos al nivel de escala de trabajo7.5.2 Base geotécnica desarrollado (Fig. 29). Por otra parte, pueden

existir también microclimas locales que alterenPuede resumirse como sigue: las condiciones climáticas regionales.

- Memorias de Mapas Geotécnicos Genera- Así como en una unidad clasificada comoles, Mapas Geotécnicos de Ordenación Territo- poco o nada expansiva no son de prever ries-rial y Urbana, Estudios Previos de Terrenos gos derivados de la expansividad, en el caso depara Autopistas y estudios geotécnicos secto- unidades de máximo riesgo es posible la pre-riales procedentes de informes geotécnicos, sencia de; horizontes de baja expansividad.

47

P R 0 PORCIONMINERALES INDICIOS 0PREDQAMItWTE ABUNDANTE MODERADA ESCASA NULA

CAOLINITA �. �_• ._

ILLITA -•

MONTMOR ILLONITA

CLORITA

SEPIOLITA O -- - -ATAPULG ITA -.

"PEÑUELAS ARCILLOSAS" DE LA MESETA SUR-•- "MARGAS AZULES" DEL GUADALQUIVIR

Fig. 29.-Alternativas de composición en las arcillas de dos formaciones con expansividad.

Como ejemplo, la Fig. 30, ilustra las alternativas Los gráficos muestran la frecuencia obtenidaexpansivas de las arcillas miocenas de Madrid, en intervalos acumulados del 10 %, de resulta-formaciones que han sido muy estudiadas por dos que superan los valores que definen. Comolos problemas de expansividad que plantean. puede constatarse, el porcentaje de muestras

5

(10) s ESTA CURVA LIMITA LOS PUNTOS EN QUE LA FRECUENCIA DEOBTENCION DE LOS DOS PARÁMETROS RELACIONADOS ESMAYOR QUE EL 10 %

4

W

m �0

3

f O o

Z2

O

y0

6a

e0

INDICE DE HINCHAMIENTO LAMBE (0,01 kN/mt )

O ,5 1,0 1,5 2.0 2,5 3,0

b�?a

•o`ro.. 100 0

E2 $

0 "0

w 200 0

áxUZ

41 300 0 8

oOA + PEÑUELAS C OA

w 8 - TOSCOS ARCILLOSOS 1T

400 C . PEÑUELAS VESIFERAS

Peñuela " es un termino loco¡ paro arcillas mioeenasTosco" para limos arenoarcillosos)

500

Fig. 30 Distribución de resultados correspondientes a ensayos de expansividadpara suelos de Madrid.

48

con valores elevados de expansividad es mino- desvinculadas de problemas de expansividad.ritario. Parámetros definidores:

Sin embargo, puesto que se trataba de ela- - Mineralogía poco o nada montmorilloníticaborar un mapa previsor de riesgos por arcillas - Arcillas texturalmente diseminadasexpansivas, habían de ser destacadas aquellas - Edad geológica antigua a recienteformaciones litológicas que las contenían en - Climatología subhúmeda-perhúmedaproporción significativa, y que se encontraban, - Plasticidades bajaspor las características climáticas, en condicio- - Ensayos de expansividad con valores bajosnes de manifestarse. o nulosEn la definición final del grado de peligrosi- N. Potencialidad expansiva de los suelos

dad de la unidad cronolitológica se llegó a un baja a moderada: Características litológicas y/ocompromiso entre lo que podría denominarse climáticas donde normalmente no debenel «riesgo medio» de expansividad de la forma- producirse problemas de expansividad. Pará-ción y el «riesgo máximo», para evitar valoracio- metros definidores:nes en exceso o poco conservadoras. El «riesgo - Mineralogía algo montmorillonítica.medio» se adoptó en unidades con arcillas ex- - Arcillas mayoritariamente diseminadaspansivas subordinadas en toda la formación, - Edad geológica antigua a recientepero fue necesario aceptar el «riesgo máximo» - Climatología subhúmeda-húmedasi esas arcillas llegaban a ser en algún momen- - Plasticidades máximas de tipo medioto predominantes y, desde luego, si se habían - Ensayos de expansividad con valores máxi-descrito problemas de expansividad. Al mismo mos mediostiempo, esta valoración intrínseca a la unidadcronolitológica fue contrastada con factores III. Potencialidad expansiva de los suelosclimáticos. moderada a alta: Características litológicas y

Dentro de cada grupo con expansividad po-climáticas que pueden producir problemas deexpansividad, sin que se hayan localizado refe-tencial semejante cabría esperar una capaci- rencias a ellos. Parámetros definidores:dad expansiva máxima, en la mayor parte de

los casos, que puede orientativamente valorar- - Mineralogía frecuentemente montmorillonítica.se como sigue: - Arcillas en tramos continuos

- Edad geológica media a reciente- Climatología árida-secaGrado de Presión de hincha- Hinchamiento libre - Plasticidades máximas de medias a altasexpansividad miento máxima pre- máximo presumible - Ensayos de expansividad máximos altossumible (Kp/cm2) %W. Potencialidad expansiva de los suelos

alta a muy alta: Características litológicas y cli-1 < 0.25 < 1 máticas que determinan problemas de expansi-II 0.25 -1.25 1-4 vidad. Parámetros definidores:III 1.25-3.00 4-10 - Mineralogía globalmente montmorilloníticaIV > 3.00 > 10 - Arcillas muy montmorilloníticas en tramos

continuos- Edad geológica reciente

Sin embargo, en la clasificación finalmente - Climatología semiárida-subhúmedarealizada se ha tenido en cuenta si los suelos se - Plasticidades que pueden ser muy altasencontraban en zonas climáticas sin déficit - Ensayos de expansividad frecuentementeanual de humedad. En ese caso, el grado de ex- altospansividad máximo presumible se disminuyócomo criterio práctico general un escalón res- El resultado finalmente obtenido se ha plasma-pecto al de unidades cronolitológicas similares, do en el Mapa de España, a escala 1:1.000.000,pero sujetas a inversiones estacionales de hu- al que acompaña esta Memoria. El riesgo demedad. Teóricamente, pues, y en condiciones expansividad (dado por el potencial expansivoatípicas, podrían alcanzarse en esas formacio- presumible) se indica mediante diferentes colo-nes valores de expansividad superiores a las res y, en cada caso, se señala a que unidad cro-reseñadas. nolitológica pertenece la formación arcillosa

cartografiada.Como síntesis de criterios, se pasará revista a

las alternativas básicas que pueden caracteri-zar los distintos grados de expansividad poten- 7.7 Unidades cronolitológicas en los sustratoscial de las unidades cronolitológicas, y que re- arcillosos españolespresentan, en definitiva, el riesgo de expansivi-dad de las mismas: Los sustratos arcillosos de tipo V (paleozoi-

cos) están escasamente representados en Es-I. Potencialidad expansiva de los suelos nula paña. Los existentes corresponden a los litoti-

a baja: Características litológicas y/o climáticas pos b y e.

49

Entre los sustratos arcillosos mesozoicos A igualdad de otras condiciones, la menor(tipo 111) son importantes los de facies Keuper, potencialidad expansiva corresponde a las fa-de edad triásica. Cabe clasificarlos como uni- cies sedimentarias muy detríticas y, en parte, adades cronolitolóticas de tipo 111 d, puesto que las mixtas (unidades litológicas f y e, respecti-se trata de arcillas en gran parte calco-yesí- vamente). Las formaciones arcillosas de tipo bferas. Alternativamente, las arcillas triásicas pueden presentar horizontes con un considera-con fracción detrítica se clasifican como unida- ble riesgo de expansividad. Las texturas arcillo-des de tipo lll, sas masivas (tipo a) confieren, si se trata de for-

Las litologías arcillosas de edad jurásica son maciones montmorillorríticas, una capacidad

en general margosas y se integran, por consi- expansiva muy alta. Por último, en las unidades

guiente, en unidades cronolitológicas de tipo litológicas arcillosas con carbonatos y/o sulfa-

Ill �.tos (tipos c y d), aunque la presencia de salescálcicas límite, de forma puntual, la capacidad

Las arcillas de edad cretácica corresponden expansiva del suelo, no incide en muchas oca-a facies más diversas. Predominan las litologías siones en la de su conjunto. Esta circunstanciamixtas (tipo e), aunque existen también arcillas se explica porque las condiciones sedimentoló-margosas (tipo c) y arcillas únicamente con ma- gicas más habituales en la formación de esteteriales detríticos (clasificadas como de tipo b). tipo de suelos presentan alternativas que deter-Esporádicamente se encuentran arcillas yesífe- minan frecuentemente la aparición de nivelesras cretácicas, agrupadas en unidades cronoli- muy arcillosos interestratificados con las faciestológicas de tipo lila. calcáreas y yesíferas, y estos niveles pueden

Los sustratos arcillosos paleógenos (eocenosser, además, muy montmorilloníticos (Así, se

y oligocenos) se agrupan en unidades cronoló- han producido hinchamientos muy importantes

gicas de tipo 11. Sus alternativas litológicas son en las provincias de Madrid y Tarragona en

amplias, aunque predominan las formaciones margas yesíferas con niveles montmorilloníti-

de tipo b y e, puesto que los materiales detríti- cos interestratificados).

cos suelen ser muy significativos. En resumen, las litologías de mayor riesgo de

Finalmente, los sustratos arcillosos de tipo 1, expansividad corresponden a las de tipo a, c y

neógenos (miocenos y pliocenos), requieren, d. Las de tipo b y e pueden presentar horizon-

por su extensión y por su capacidad expansiva tes muy arcillosos. Finalmente, las de tipo f,

con frecuencia elevada, un análisis más porme- poco arcillosas en general, tienen presumible-

norizado. Los materiales que acompañan a las mente escasa o nula capacidad expansiva. La

arcillas pueden ser muy diversos, por lo que es- mayor potencialidad expansiva, por contener

tán répresentados todos los tipos litológicos. arcillas muy montmorilloníticas, corresponde asustratos de tipo 1, en menor medida a los de

Por su extensión y/o conflictividad cabe refe- tipo 11 y a algunos de tipo 111.rirse a las siguientes formaciones arcillosasneógenas:

- Arcillas de la franja cantábrica. Litotipos b y 8. ANALISIS COMPARATIVO DEL RIESGO DEd (Escasamente representados). EXPANSIVIDAD EN LOS DIFERENTES AMBITOS

- Arcillas de la cuenca del Ebro. Litotipos d y TERRITORIALES ESPAÑOLESe.

- Arcillas de la franja extremeña. Litotipos b La distribución de suelos potencialmente ex-y e. pansivos en España es irregular, como corres-

- Arcillas de la Meseta Norte. Litotipos b, d y ponde a una litología, historia geológica y cli-e. matología muy desiguales (este hecho es fácil-

- Arcillas de la Meseta Sur. Litotipos a, b, c, d, mente advertible examinando el mapa a escalae, y t. 1:1.000.000 adjunto). Sin embargo, el riesgo de

- Arcillas de la franja levantina. Litotipos c y expansividad se incrementa, globalmente, en

e. dirección N.-S. Ello es consecuencia de una cli-

- Arcillas de la franja andaluza. Litotipos b, c, e matología en conjunto más árida y, en términosy t generales, de un predominio mayor de suelos

montmorilloníticos en la mitad Sur peninsular.

7.8 Riesgo de expansividad de las unidades Estas circunstancias se ponen de manifiestocronolitológicas en la Tabla VI, que resume, porcentualmente, el

riesgo de expansividad en los diferentes ámbi-Desde un punto de vista cronológico, la capa- tos territoriales españoles, teniendo en cuenta

cidad expansiva de los litotipos arcillosos se in- la naturaleza del sustrato y las condicionescrementa, globalmente, de los de tipo IV (pa- climáticas.leozóicos) a los de tipo 1 (neógenos). Se excep-tuan algunas formaciones arcillosas de edad Las alternativas posibles, incluso dentro detriásica (unidad cronológica 111), de elevado po- cada ámbito territorial, son numerosas, segúntencial expansivo. se analizará para cada zona de actuación:

50

TABLA VI

DISTRIBUCION PORCENTUAL DE LOS SUELOS EXPANSIVOS EN ESPAÑA

ÁMBITOS TERRITORIALESRIESGO DE EXPANSIVIDAD DEL SUSTRATO ARCILLOSO (% DEL TOTAL)

NULO A BAJO BAJO A MODERADO MODERADO A ALTO ALTO A MUY ALTO

CORNISA CANTABRICA 15,1 84 , 9 0,0 0,0

CUENCA DEL EBRO 8,4 61,9 29,7 0.0

FRANJA EXTREMEÑA 1.0 62, 6 36,4 0,0

MESETA NORTE 6,5 73, 9 19,6 0,0

MESETA SUR 12,3 66 ,5 15,7 5,5

FRANJA LEVANTINA 5,5 80,0 10,9 3,6

FRANJA ANDALUZA 5,1 39,3 24,5 31,1

TOTAL DEL TERRITORIO 7,4 64,2 21,3 7,1

Cornisa cantábrica Sin embargo , el riesgo de expansividad pue-de ser superior al que podría deducirse de los

Se han referenciado , junto a formaciones ar- datos anteriores . Se han ensayado suelos concillosas poco plásticas , algunas con límites lí- un hinchamiento libre de hasta un 15% y pre-quidos que alcanzan valores superiores a 50. siones de hinchamiento próximas a 4 Kp/cm2,No obstante, los datos disponibles señalan índi- aunque se trata de valores puntuales.ces Lambe moderados para esos suelos , con Unas condiciones climáticas con frecuenciacambios potenciales de volumen de tipo no crí- de sensible aridez pueden permitir el desarrollotico o marginal . Los ensayos de hinchamiento del potencial expansivo de los suelos.libre analizados indican , asimismo , una expan-sividad media o baja .

Franja extremeñaNo existe , en cualquier caso, déficit anual de

humedad que permita , en circunstancias nor- El total de sustratos arcillosos cartografiadosmales, el desarrollo de alternativas estacionales alcanza 13.567 km2 (el 20,8% de la extensióncíclicas. del ámbito territorial). Las formaciones arcillo-

El hecho de no haberse descrito problemas de sas más significativas se encuentran hacia Ba-expansividad en la zona justifica la no conflicti - dajoz , y bajo condiciones climáticas de aridez.vidad del territorio , reflejada , a su vez, en la es- El rango de plasticidades mayoritario encon-casez de ensayos de expansividad existentes . trado osciló entre 20 y 80 para los límites líqui-

dos y 10 y 40 para los índices de plasticidad.Los valores predominantes estuvieron com-

Cuenca del Ebro prendidos, respectivamente, entre 30-50 y20-30.

Los límites líquidos recopilados oscilaron en-tre 20 y 70, con un predominio estadístico hacia Los valores resultantes del ensayo de Lambelos valores de 30-50. Los índices de plasticidad señalan una amplia dispersión, puesto que sese situaron mayoritariamente en el intervalo obtuvieron, aún teniendo en cuenta el corto nú-10-30. mero de ensayos disponibles, cambios poten-

ciales de volumen de no críticos a muy críticos.Los ensayos de hinchamiento Lambe analiza- No obstante , los ensayos de presión de hincha-

dos reflejan el carácter plástico moderado de la miento analizados indican una expansividadmayor parte de las formaciones arcillosas , pues- máxima más moderada, de tipo medio. Ocasio-to que se obtienen valores de expansión clasifi- nalmente , sin embargo, el potencial expansivocables como no críticos o marginables . podría ser alto.

51

33

Meseta Norte30

Las plasticidades recogidas oscilaron entre 10y 70 en cuanto a los valores del límite líquido 23(con un predominio en el intervalo 25-45), y en-tre 5 y 50 para los valores del índice de plastici-dad (con frecuencia máxima en el intervalo10-25). t 13 .

Con ese rango de plasticidades mayoritarias,la capacidad expansiva presumible de los sue-

debería ser, considerada en conjunto, bajalosa moderada. De hecho, los cambios potencia-les de volumen obtenidos en el ensayo de Lam-be son de tipo no crítico o marginal en los ensa-yos recopilados. 0 D lo DD 30 <0 30 80 10 90 90 100 IID 120 130 I<0 110

InDI GE OE nL3il DIOAD

Sin embargo, los ensayos cuantitativos deexpansividad indican a veces valores elevados. Fig. 32.-Distribución de los índices de plasticidad de los

La mayor incidencia se produciría hacia la co- suelos de la Meseta Sur.marca de «Tierra de Campos», donde existenhorizontes arcillosos de alta capacidad expan-siva, encontrándose, además, en condicionesclimáticas deficitarias de humedad. 30

120U

Meseta Sur ZWlo

Los sustratos arcillosos cartografiados repre- wsentan el 37,8% del total del territorio, de los U. oque un 76% corresponden a sedimentos neó- o io 20 30 40 50 60 70 80genos (unos 25.127 km2). El rango de plastici-dades encontrado para las formaciones arcillo- HUM EDAD í%)sas es muy amplio, con límites líquidos com-prendidos entre 20 y 150, incluso superiores (se Fig. 33.-Distribución de las humedades naturales de losha contabilizado un límite líquido extremo de suelos de la Meseta Sur.290 sobre 664 ensayos contrastados), comopuede verse en la Fig. 31. Los índices de plasti- Los cambios potenciales de volumen corres-cidad oscilaron entre 5 y 100, a veces también pondientes a los índices Lambe mostraron la si-superiores. La mayor frecuencia en cuanto a los guiente distribución (282 muestras):valores del límite líquido se produjo en el inter-valo 50-80, en el 20-40 para los de índice deplasticidad (Fig. 32). Las humedades naturales PVC % RESULTO

LAMBEencontradas sobre 569 muestras estuvieronmayoritariamente comprendidas entre el 10 y No crítico 46.8

50%, con máxima frecuencia en el intervalo 20-Marginal 3.8Critico 13.8

35% (Fig. 33). Muy crítico 12.4

En cuanto a la distribución de los valores ob-tenidos con ensayos cuantitativos de expansivi-dad, puede resumirse como sigue:

t3

00 GRADO DE PORCENTAJE DE MUESTRASEXPANSIVIDAD HINCHAMIENTO PRESION DEPRESUMIBLE LIBRE HINCHAMIENTO

(161 muestras) (259 muestras)°

Bajo 65,2 25,9Medio 28,0 47,5Alto 5,6 16,2Muy alto 1,2 10,4

Do lo zo 3o ao so so ?o eo eo loo uo izo 130 No 13o Iso no leo leo zoo

urte uomoo

Los valores máximos recopilados fueron lossiguientes: Indice Lambe, 7 kp/cm2; hincha-

Fig. 31.-Distribución de los límites líquidos de los suelos miento libre, 11%; presión de hinchamiento,de la Meseta Sur. 23 kp/Cm2.

52

Según se desprende de las alternativas en- vos, circunstancia magnificada por haber sidocontradas, predominan los suelos con capaci- la causa de problemas geotécnicos.dad expansiva moderada o baja, y ello incluso Sucede realmente que algunas series sedi-considerando que existe una selección previa mentarlas (como las que integran gran parteen las muestras que se ensayan, que corres-ponden normalmente a suelos en los que se del entorno de la ciudad de Madrid, conocidaspresume un riesgo de expansividad. localmente como «peñuelas» y «toscos»), pre-

sentan horizontes muy montmorilloníticos y ex-Existe, sin embargo, una importante propor- pansivos interestratificados en otros términos

ción de muestras con una elevada capacidad que lo son menos o nada, y esas son las alter-de hinchamiento. Esta característica justifica el nativas que reflejan los ensayos de expansivi-término de «expansivas» que se viene adjudi- dad. Las Figs. 34 y 35 muestran las granulome-cando, globalmente, a algunas formaciones fi- trías habituales de aquellas dos formacionestológicas que contienen suelos muy expansi- madrileñas.

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Fig. 34.-Huso granulométrico representativo del tosco arcilloso (Fuente, 1984).

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Fig. 35.-Huso granulométrico de algunas peñuelas (Oteo y Fernández, 1978).

53

A esta capacidad expansiva, elevada en oca- ca la), señalan las siguientes características (versiones, se unen unas condiciones climáticas además Figs. 36, 37, 38 y 39):predominantemente deficitarias en humedad,por lo que el riesgo expansivo se maximaliza.

LIMITES INDICES DE HUMEDADESLIQUIDO$ PLASTICIDAD NATURALES %

Franja levantina (315 muestras) (315 muestras) (250 muestras)

Valores 20 - 110 5-75 10 - 60Climatológicamente se trata de una franja te- extremos

rritorial con un déficit de humedad mayoritario. Valores 50 - 70 25 - 45 15 - 30Al mismo tiempo, existen formaciones arcillo- mediossas con una capacidad expansiva presumible-mente elevada, aunque no son generales. Pvc % RESULTADOS ENSAYO

Se han recogido, en efecto, suelos con límitesLAMBE

(198 muestras)líquidos de 150 e indices de plasticidad de 120. 54,0Los valores de máxima frecuencia están, no No crítico 26,7obstante, alejados de aquellos máximos, en el in- Margínale 1s 21 Crítico 3,1tervalo 30-50 y 10-30, respectivamente. Muy crítico

No se ha conseguido disponer, sin embargo,de un mínimo de ensayos de expansividad sufi- GRADO DE PORCENTAJE DE MUESTRAScientemente extendidos para permitir un análi- EXPANSIVIDAD HINCHAMIENTO PRESION DEsis global de las alternativas de la misma. Los PRESUMIBLE LIBRE HINCHAMIENTOdatos a que se ha tenido acceso señalan índi- (20 muestras) (127 muestras)ces Lambe correspondientes a cambios poten- Bajo 25.0 13.4ciales de volumen no críticos o marginales y Medio 40.0 62.2presiones de hinchamiento e hinchamientos li- Alto 30.0 14.2bres que señalan una expansividad general- Muy alto 5.0 10.2mente baja o media.

Existen, no obstante, datos referidos a zonas30

concretas en las que se han citado problemas 25derivados de la expansividad del suelo. Entreellas están la franja noroccidental de la isla de OC 20Mallorca y el área oriental de Murcia. 15Un caso especial lo constituyen los suelos 3 0margo-yesíferos del Noroeste de Tarragona. En

ensayos a largo plazo se han llegado a medir 5presiones de hinchamiento de 20 Kp/cm2, conun hinchamiento en descarga del 11,5% (SE- oRRANO y col., 1981). 0 lO 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

LIMITE LIQUIDO

Franja andaluza Fig. 36.-Distribución de los limites líquidos de los suelosde la Franje Andaluza.

Existen numerosas referencias a arcillas ex-pansivas en los territorios agrupados en la fran-ja andaluza. Además de una capacidad expan-siva de los suelos frecuentemente elevada, laclimatología predominante, de tipo semihúme- 30do-semiárido, favorece las alternativas estacio- 25nales de humedad. En las Islas Canarias, estossuelos están incluidos entre los recubrimien-tos.

Z 15Los afloramientos arcillosos son en Andalu-

cía importantes, puesto que representan el 34,2% W lodel territorio. La mayor parte corresponden a LLsedimentos geológicamente recientes, post- 5mesozóicos, que alcanzan unos 24.367 km2 (in-cluyendo recubrimientos geológicamente signi- ° Fin,ficativos). Estos suelos son con frecuencia muy O lO 20 30 40 50 60 70 somontmorilloníticos. INDICE DE PLASTICIDAD

Los datos geotécnicos recopilados, referen-tes en gran parte a las arcillas calcáreas conso- Fig. 37.-Distribución de los índices de plasticidad de loslidadas del Guadalquivir (unidad cronolitológi- suelos de la Franje Andaluza.

54

50

45 9. SISTEMAS DE CIMENTACION ENARCILLAS EXPANSIVAS

40

3 5 9.1. Generalidades

30 Como complemento de todo lo anteriormenteexpuesto se incluyen, a continuación, los pro-

25 cedimientos más comúnmente empleados en laedificación para cimentar sobre materiales ex-pansivos, con especial referencia a los utiliza-

i 20 dos en España. No se trata, a continuación, elw ' 5 problema de obras viales por sus especiales

características, ni de exponer detalladamenteel cálculo de cimentaciones en terrenos expan-

10 sivos. Ambos aspectos se salen del alcance dela presente Memoria, destinada a describir y5 cuantificar la expansividad en España.

o La expansividad de un terreno -o sea, suF1---1o lo 20 30 40 50 60 cambio de volumen- bajo una cimentación y

HUMEDAD (%) alrededor de las instalaciones auxiliares puedeFig. 38.-Distribución de las humedades naturales de los tener como consecuencia:suelos de la Franja Andaluza. - Rotura de saneamientos.

- Defectos en el drenaje periférico.

- Distorsiones en el edificio, con los consi-guientes peligros de agrietamiento, etc.

090-W> Todos estos incidentes afectan, principal-so mente, a los edificios de pocas alturas, en que

las presiones que transmiten al terreno no soncapaces de impedir el hinchamiento de la arci-70-

Sin embargo, en algunos casos de edifica-ciones de altura también se han registrado inci-

M.Inalterodo

140-

0 dentes en pabellones auxiliares, terrazas, sole-Oen bloque ras de planta baja, etc.

M.Inolterado En la Fig. 40 se ha representado, esquemáti-- en sondeo camente, el posible agrietamiento de un edificio

TAMIZ N° 200 de baja altura, cuando se produce un hincha-miento máximo bajo el centro del inmueble

05 01 005 0.01 0.005 0.001 (p.e., por rotura de servicios) y cuando dichoTAMAÑO PARTICULA (mm) hinchamiento máximo tiene lugar bajo las es-

quinas (tipo fenómeno producido por riego dejardines perimetrales). A veces no es tan fácil

Fig. 39.-Granulometria típica de las «margas azules» del distinguir el tipo de hinchamiento, ya que noGuadalquivir (Uriel y Oteo, 1976). suele ser tan simétrico como los esquemas de

la fig. 40. Ello, unido a la tradicional alarmafrente a la expansividad de arcilla, hace que en

Los valores máximos recopilados fueron los muchas ocasiones se achaque a hinchamientosiguientes: Indice Lambe, 3 Kp/cm2; hincha- fenómenos contrarios, como los de asenta-miento libre, 9%; presión de hinchamiento, miento. Si bien, en definitiva, los daños se pro-12 Kp/cm2. ducen por movimientos diferenciales, ni el es-

pectro de fisuración ni las soluciones a utilizarAunque los resultados disponibles señalan

son similares.una capacidad expansiva estadísticamente mi- Como se vé en la fig. 40 b, el espectro de fisu-noritaria en sus valores elevados, la proporción ración puede ser similar cuando se produce unde muestras que los alcanzan es importante. hinchamiento por humectación del terreno bajoLos datos experimentales corroboran la fre- el centro de un edificio (debido a una rotura decuente inestabilidad volumétrica de los suelos, servicios o a que el inmueble impida la evapo-que se refleja en numerosas actuaciones co- ración) y cuando los movimientos del terreno serrectoras para subsanar problemas constructi- deben a una retracción periférica (edificio cons-vos derivados de la expansividad del suelo: truido al final de una etapa de alto contenido deJaén (capital), Córdoba, Huelva (capital), Mála- humedad en el terreno, o desecación local porga, Sevilla, etcétera. presencia de raíces de árboles). Aunque los fe-

55

nómenos no son análogos pueden producirse cillas del sur de España, aún con pendientessimultáneamente y conducen a fisuraciones suaves, como las de las «margas azules» delsimilares. Guadalquivir, cuyo talud es, normalmente, de 8

a 12°.

9.2. Principios básicos del proyecto decimentaciones sobre suelos expansivos

Por todas las razones expuestas, el proyectode una cimentación en un terreno en el que seprevean importantes cambios volumétricos de-be de contemplar los siguientes aspectos:

- La presión permanente que transmita el te-rreno debe de seleccionarse de forma que obs-

°) ESTADO INICIALtaculice el mayor porcentaje de hinchamientoposible. A tal efecto suele elegirse una presiónigual o superior a la «presión de hinchamiento»(determinada en laboratorio). Este sistema, muycorriente en España, no contempla que los hin-chamientos bajo el cimiento no son homogé-neos ni uniformes en profundidad, pero sueleser bastante eficaz.

- La profundidad de cimentación debe ser talque sobrepase la zona en la que se verifican losmáximos cambios volumétricos periódicos, esdecir, mayor que la denominada «zona o capaactiva». La estimación de la profundidad de es-ta capa no es sencilla, ya que depende del cli-ma de la zona, del potencial de succión del te-rreno, posición del nivel freático, etc. En España

b) HINCHAMIENTO POR ELCENTO DEL EDIFICIO 0 RETRACCION PERIFERICA suele variar entre 2 y 4 m (JIMENEZ SALAS ,1980). En los estudios realizados por el I.G.M.E.en la zona de Córdoba, se concluyó que la zonaactiva podía tomarse como de 4 m para el Valledel Guadalquivir. Sin embargo, en suelos muydesecados, esta capa puede llegar a espesoresde hasta 15 m, como ocurrió en el complejo deedificios en Kimberley, según ha descrito Wi-lliams en su comunicación al 7.° Congreso Afri-cano de Mecánica del Suelo (1980).

Las cimentaciones deben ser rígidas y si soncorridas deben de ir armadas. En el caso de ex-

- pansividad apreciable, deben tener poca su-perficie lateral, para evitar transmitir esfuerzosde hinchamiento. En tal sentido, es recomenda-

s) HINCHAMIENTO POR LAS ESQUINAS DEL EDIFICIO ble que , si se utilizan pozos de una profundidadde más de 2 m, se rodeen de grava o escoria,

Fig. 40.-Agrietamiento esquemático de edificios sobre ar- sellando superiormente el cimiento, para evitarcillas expansivas. la penetración de aguas superficiales (RODRI-

GUEZ ORTIZ, 1981).Por el contrario, la fig. 40 c, corresponde al

caso de aumento de humedad del terreno peri- - Es conveniente el disponer de arriostramien-metral al edificio, por falta de acerado, riego de tos entre los elementos de cimentación y el pre-jardines, etc. Aunque también puede deberse a ver que la planta baja tenga un forjado propio,la eliminación de árboles próximos al inmue- separando todos estos elementos del terrenoble, con el consiguiente aumento local de hu- superficial, mediante una cámara de aire o re-medad en la zona desecada por las raíces. llena de porexpan. Así, se evitan daños en sole-

ras, que llegan a producirse aunque el cimientoEn otros casos la morfología de daños no es sea muy profundo.

tan típica, por corresponder a fenómenos su-perpuestos, como en el caso de movimientos o - No es conveniente el empleo de sótanos, pe-deslizamientos de laderas, habituales en los ro en caso de proyectarlos, debe prestarse es-cambios de estación seca a humeda en las ar- pecial atención a los muros, por los importantes

56

empujes laterales que pueden experimentar y patas, por falta de adecuado enlace al recalce.hay que impermeabilizar bien en superficie, pa-ra evitar que llegue el agua de escorrentía a zo- A estas soluciones de transferencia de carganas profundas hasta ese momento no inundadas. a zonas profundas deben de añadirse las de

sustitución del terreno por un material no ex-pansivo (generalmente zahorra bien graduada

9.3. Tipología de cimentaciones y bien compactada), y la de estabilización poradición de materiales que, mejorando el terre-

No hay un sistema único de cimentación para no, neutralicen su expansividad (por cambiarresolver los problemas planteados. Depende su red cristalina, absorber el agua, etc.). Estade la importancia del edificio, de su rigidez, va- estabilización -por ejemplo, con cal- median-riaciones climáticas, etc. te zanjas, inyecciones, etc., se ha utilizado más

La tabla Vll,tomada deJIMENEZSALAS (1980),como medida de recalce que de solución decimentación.

reproduce los procedimientos de construcciónhabituales sobre arcillas expansivas y relacionala razón longitud/altura de los muros, (L/H),con la magnitud del hinchamiento, el tipo deconstrucción recomendada y el método de ci-mentación, según la experiencia de dicho autory de otros especialistas. Como puede verse endicha tabla, para edificios que han de experi-mentar movimientos no muy grandes, pueden TNACCgN

Co AVrtéSION

utilizarse cimentaciones superficiales, median-te zapatas pequeñas y profundas -con arrios- CAPA

tramientos- o mediante placas reforzadas por ACTIVA

emparrillados, solución muy utilizada en los Es-tados Unidos y en Sudáfrica. Pero si los movi-mientos previsibles son muy grandes (5 a 10 LGNIT°o Cé

ANCLAJE

cm), es recomendable aislar el edificio de dichomovimiento, mediante el uso de pilotes cilíndri-cos (a ser posible, de base ensanchada) y pisosde forjado colgado. Dado que el hinchamientotiende a levantar los pilotes , estos pueden Ile- Fig. 41.-Solución de cimentación mediante pilotes, tipogar a trabajar a tracción, por lo que deben re- npalatito,sistir por debajo de la zona activa, llevar la ar-madura conveniente y no ser de gran diámetro(Fig. 41).

TRACCION KN.

En estos casos las tracciones pueden ser im- 0 500 1000 1500 2000 25000

portantes y el pilote debe de armarse adecua-damente, tal como lo muestran las medidas deBlight, realizadas con pilotes ¢ 1.050 mm en ar- 4cillas sudafricanas (Fig. 42).Esta solución, empleada extensamente en 7 M +.

los edificios de la Meseta de Orcasitas (área delSur de Madrid que ha tenido muchos proble-mas de expansividad), ha dado buenos resulta- lo á xdos, considerando la capa activa con un espe-sor máximo de 4-5 m. En algunos países estos á 3 4pilotes se emplean con base ensanchada, aun-que en España esta práctica está poco extendida.

ZTRACION DE

16 ROTURA DELEl empleo de pilotes -micropilotes, espe- c PILOTE

cialmente- se ha prodigado mucho como sis- á I s o, +xtema de recalce en casos patológicos por ex-pansividad de arcillas. Ahora bien, en caso de 22 Ix +O EXT. ELECTRICOSutilizarles, debe de proyectarse adecuadamen-te su proceso constructivo, a fin de no aportar x ® EXT.CUERDA

VBR.ANTEexcesiva agua al terreno a atravesar. 25 +x

x + 36 DIAS

También se han empleado soluciones de po- ®b 45 DIAS

zos para recalces, pero, en ese caso, ha de es-tudiarse la unión pozo-zapatas y zapatas-solera,ya que pueden seguir los hinchamientos efec- Fig. 42.-Variación de la tracción con la profundidad en untuados por la solera y levantar las antiguas za- pilote instrumentado (Blight, 1984).

57

TABLA Vil

Procedimientos de construcción sobre arcillas expansivas

Levantamientoprevisible en mm.

Construcción ReferenciasLH=1,25 L;H=:,5' recomendada Método Observaciones bthGoyráwas

0-6 0-12 Sin preocupaciones

6-12 12-50 Edificio rígido tolerando Cimentaciones zapatas . Las zapatas deben ser Means et al (1960).el movimiento . Arma- Carreras corridas. pequeñas y profundas,duras calculadas co- Emparrillado, calculadas según larrespondientemente carga admisible sobre

el terreno . Los empa-rrillados deberán cal-cul arse para las fl e-xiones.

Placas. Con refuerzo Las placas deberán re - Lambe y Whitmanemparrillado. Ref sistir los movimientos (1965)unidireccional flectores previsibles y Chen (1965)

ser independientes de Dawsen (1965)las c arreras. Lambe (1960)

Muros. Los muros sobre empa-rrillado o placas de-ben ser tan flexiblescomo ellos. Sin cone-xiones verticales. Lafábrica de ladrillo es-tará refo rzada con ar-maduras o vigas in-tercaladas.

12.50 50.100 Edificios amortiguando Juntas Los contactos entre lasel movimiento. abiertas unidades estructurales

flexibles . deben evitarse o bieninsert ar un elementoflexible e impermea-ble.

Muros Los muros monolíticos Lange (1957)TemplerFlexibles deben poder levant ar- (1957).Monolíticos se como una unidad.Estructura metálica

Cimentaciones Las cimentaciones celu- Dawson (1959)Tres puntos lares permiten cierto Templer (1957)Celular hinchamiento redu-Con gatos. ciendo así la presión.

Los gatos no sonprácticos para pro-pietarios particul ares.La cimentación sobretres puntos permitemovimientos sin pro-ducir tensiones en laconstrucción.

50 100 Edificio independiente Pilotes Deben coloc arse pilotes baratos y Bozozukdel movimiento . Cilíndricos del menor diametro (1957).

Base ensanchada . posible y a las distan - Dawson (1959)Clisbycias mayores, dentro (1963)de lo compatible con Seed y Chan (1959).las cargas. Hay quedej ar espacio bajo lascarreras.

Pisos en forjado colga- Los pisos deben quedar Dawson (1959)do. sobre c arreras , levan - Clisby (1963)

tadas de 30 a 45 cm Chen (1965).sobre el suelo.

58

Es necesario cuidar las uniones soleras-muros, sobre todo cuando éstos últimos se an-clan, mediante pilotes, a capas profundas , acu- PAREOdiendo a soluciones como la de la fig. 43 (KU-MAR, 1984).

La sustitución puede realizarse en todo el es-MURO AISLAMIENTO

pesor de la capa activa o parcialmente , combi-nándola con estabilización del fondo de la zona R00APIEsustituida . Hay que cuidar que el agua no pene-tre en el terreno natural por los contactos con la _Lzona sustituida , por lo que el material de susti- 5cmtución debe compactarse muy bien . Como me- LOSAdida complementaria puede disponerse alguna c, t« " .lámina impermeable de polivinilo, tratamientos GRAVAasfálticos, etc. En Andalucía ha dado buenosresultados el material denominado «albero», JUNTA

ATERIAL EXPANSIVO

dada su granulometría, compactabilidad y con- PILOTE otenido en carbonatos . También puede pensar- POZO

se en utilizar la misma arcilla , pero bien escarifi-cada y remoldeada , compactada con un excesode humedad , disponiendo medidas para evitarsu cambio de contenido de agua. Dicha solu-ción, utilizada en diversos canales de conduc- Fig. 43.-Solución típica de construcción de solera aislada

en Colorado (Kumar, 1984).

PavimentoBojonte-

Tapiz de gravo o parterre Areno demiga

•Listan de madera o metolico

Membrana- Arena con

con paso poro el agua col0

0

Terreno - Morterolibre - ° .

° Areno concol

0Membra no 0 2D D

Soporte 1 o.•o

Cimientoa. SALIDA DE BAJANTES b. SANEAMIENTO

Manguito decaucho ✓ Aireocion

50 % s ue lo 4 50% gravo arenosarelleno compactado --

1 1 Codo exteriorL _

Chapa0.80

M.Terreno1.80 _

1.25 TuboFlexible

hor igo 1'95 Colectorgravó. 1.00

piedra

G-

.80

O • °

C. CONDUCCION DE ABASTECIMIENTO d. SALIDA DE DESAGÜES(SEGUNOROEMIR ETAL,1.977)

Fig. 44 Recomendaciones a adoptar en la red de saneamiento yabastecímento de un edificio sobre arcilla expansiva (R. Or-tíz, 1981).

59

ción de agua en España, Israel, Ecuador, etc., b) Colocar membranas aislantes y resistentes aha dado buen resultado, a pesar del tipo de las raíces, separando los jardines privados deobra en cuestión. las casas adyacentes (Fig. 46).

c) Eliminar setos y pavimentar en torno a los9.4. Precauciones adicionales edificios.

Además de todo lo comentado, debe de in-sistirse en las precauciones a tomar con los sa-neamientos, drenajes superficiales y todo aque- Cunetallo que puede hacer variar las condiciones dehumedad en torno al edificio.

Un saneamiento defectuoso puede producirfugas por la unión de los tubos a las arquetas ola apertura de sus juntas, lo cual dará lugar a le- - con"caemen

oilizado

vantamiento de soleras y bordillos, empujes -horizontales en muros de sótanos, etc. En la fig. Arena de Membrana de44 se muestran diversas soluciones para evitar oda con polietileno 4nlrn.estos problemas, propuestas por RODRIGUEZ sal.ORTIZ (1981).También hay que tener en cuenta la influen-

o.130m41

cia de la vegetación próxima a un edificio sobrearcillas expansivas, lo cual ha sido tratado ex- Fig. 46.-Deta lle de zanja de intercepción de raíces y barre-clusivamente en un Simposio Internacional re- ra de humedad en patios (R. Ortiz y Serrano, 1985).ciente (Londres, 1983). La vegetación, al cam-biar las condiciones de humedad del terreno,puede convertirse en un elemento peligroso, Los acerados convencionales -de 1,2 a 1,5 msobre todo en las especies que desarrollan raí- de anchura- deben disponerse sobre rellenosces de gran longitud. En la tabla VIII pueden ver- inertes compactados (arenas, zahorras, suelose las recomendaciones de LEGGET y CRAW- estabilizado, etc.), y, como barreras verticales,FORD (1967) sobre peligrosidad de árboles. también puede usarse el propio suelo estabili-

Las raíces de los árboles tienden a tomar hu- zado con cal. En este último caso, la barrera,medad y desecan el terreno, con la consiguien- perimetral al edificio, ha de tener una profundi-te retracción y asiento, fenómeno que puede dad entre 2 y 4 m, a fin de afectar a la cargacombinarse con el hinchamiento bajo el edificio activa.

(Fig. 45). La fig. 47 muestra algunas soluciones alterna-RODRIGUEZ ORTIZ y SERRANO (1984 y tivas, propuestas por HOLLAND y RICHARDS

1985), en su comunicación al citado Simposiosobre vegetación, para remediar los posibles o) ELI MINACION 4RBOLA00

daños originados por la vegetación recomien- ACERA

dan:a) Sustituir árboles caducos por otros paren- <HUMECTACIISN'' 0I PANTALLA VERTICAL

nes, generalmente coníferas . PANTALLA DE HORMIGONACERO

UMEC. c) RECALCE

GATOS

1 \SOLOCON PILOTESGRANDESMOVIMIE OS d)HUMECTACION

RAICE$

HINCHAMIENTO$ASIENTO DEDESECACION POR NUE L ARBOLADO

HUMECTACION PERMANENTE

Fig. 45.-Daños típicos en edificios ligeros debidos a lacombinación de hinchamiento central y desecación por ár- Fig. 47.-Soluciones alternativas para luchar contra losboles (Holland y Richards, 1984). asientos debidos a desecación por presencia de árboles.

60

TABLA VIII (1984), para remediar los problemas derivadosPELIGROSIDAD DE LOS ARBOLES EN del asiento de esquinas , originado por la dese-

ARCILLAS EXPANSIVAS cación del terreno impuesta por la presencia de(LEGGET Y CRAWFORD, 1967) árboles.

En cuanto al cálculo de los cimientos debidoAlisosoAl Chopo a los esfuerzos de levantamiento , desarrollado

Muy peligrosos Acacia hace más de veinte años por Jiménez Salas ysauce ampliado , posteriormente , por otros autores,olmo puede verse con detalle en trabajos de JIME-Arce NEZ SALAS ( 1980) y de LORENTE de NO (Cur-Abedul so sobre cimentaciones de terrenos metaesta-

Peligrosos Fresno bles. Fundación Agustín de Bethecourt , 1986),Haya en los que se tiene en cuenta la interacciónEncina suelo-estructura.Alerce

Poco peligrosos CedroAbeto

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