suelos colapsables
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SUELOS COLAPSABLES
1 INTRODUCCIOacuteN
Muchos de los fenoacutemenos que determinan el comportamiento de los suelos son complejos y
no pueden siempre reducirse a causas puramente mecaacutenicas sino que muchas veces
intervienen factores de otra iacutendole (quiacutemicos ambientales etc) provocando un
comportamiento singular del terreno En algunos suelos estos factores no mecaacutenicos
tienen una importancia capital y son objeto de un estudio particular Dicho grupo de suelos
es conocido geneacutericamente como suelos estructuralmente inestables
Uno de los principales fenoacutemenos que afectan a algunos de estos suelos es el colapso
brusco de su estructura intergranular denominaacutendose a los suelos que presentan estas
caracteriacutesticas suelos colapsables En estas notas se analizaraacuten exclusivamente aquellos
suelos en los cuales el colapso es provocado por humedecimiento
2 SUELOS METAESTABLES
En la Mecaacutenica del Suelo y en la Ingenieriacutea de Cimentaciones suele hacerse una divisioacuten de
los suelos seguacuten sean los factores en
1048713 Suelos estructuralmente estables
1048713 Suelos estructuralmente inestables o metaestables
Se define a los primeros como aquellos cuyo comportamiento depende soacutelo de sus
propiedades intriacutensecas y de factores mecaacutenicos y a los segundos como suelos cuyo
comportamiento no soacutelo estaacute en relacioacuten directa con las solicitaciones mecaacutenicas sino que
tambieacuten estaacute controlado por factores externos al suelo por ejemplo factores quiacutemicos
variaciones ambientales etc
En el se presenta una adaptacioacuten simplificada de los principales tipos de suelos
estructuralmente inestables propuesta por Aitchison (1973) Esta clasificacioacuten refleja tanto
la inclusioacuten de los suelos colapsables objeto de nuestro estudio dentro de los suelos
estructuralmente inestables como la gran variedad de ellos y algunas de sus caracteriacutesticas
maacutes importantes
3 SUELOS COLAPSABLES
31 Caracteriacutesticas comunes
Reginatto (1977) sentildeala que en general los suelos colapsables presentan una serie de
caracteriacutesticas comunes tales como
Estructura macroporosa con iacutendice de huecos (e) entre relativamente alto a muy alto
1048713 Granulometriacutea predominantemente fina con predominio de fracciones de limos y de
arcilla El tamantildeo de los granos es generalmente poco distribuido y con los granos maacutes
grandes escasamente meteorizados La mayoriacutea de las veces la cantidad de la fraccioacuten
arcilla es relativamente escasa pero sin embargo tiene una influencia importante en el
comportamiento mecaacutenico de la estructura intergranular
1048713 Estructura mal acomodada con partiacuteculas de mayor tamantildeo separadas por espacios
abiertos y unidas entre siacute por acumulaciones o puentes de material predominantemente
arcilloso En muchos casos existen cristales de sales solubles insertados en tales puentes o
uniones arcillosas
32 Definicioacuten de colapso
Zur y Wisemam (1973) definen como colapso a cualquier disminucioacuten raacutepida de volumen
del suelo producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factores (9)
1048713 Contenido de humedad (w)
1048713 Grado de saturacioacuten (Sr)
1048713 Tensioacuten media actuante (τ)
1048713 Tensioacuten de corte (σ)
1048713 Presioacuten de poros (u)
Reconociendo por lo tanto que el colapso de la estructura del suelo puede producirse por
una variedad de procesos diferentes de la saturacioacuten Reginatto (1977) sugiere que a esta
lista de factores puede agregarse la interaccioacuten quiacutemica entre el liacutequido saturante y la
fraccioacuten arcillosa
A efectos de definir y diferenciar los distintos tipos de colapso Uriel y Serrano (19731974)
clasifican a los suelos colapsables o desmoronables en
Grupo I Suelos en los que tiene lugar un raacutepido cambio de la relacioacuten entre presiones
efectivas y las deformaciones sin que se alcance la resistencia uacuteltima del material De
acuerdo con esto la causa del colapso es uacutenicamente el cambio de las presiones efectivas A
este grupo pertenecen los limos o arcillas cementadas y las rocas de gran porosidad
Cuando se ensaya a humedad constante se detecta una notable modificacioacuten de su moacutedulo
de compresibilidad al alcanzar un cierto valor las presiones efectivas
Arcillas cementadas ndash ciudad de huarmey ndash AH Santo Domingo
Se puede apreciar las rajaduras sufridas por colapso del suelo arcillo limoso cementado
Grupo II Suelos en los que sin la presencia o cambio de las condiciones que producen el
colapso no hay cambio abrupto en la relacioacuten presioacuten-deformacioacuten Tal es el caso de los
loess y algunas arcillas que contienen sulfatos Si se ensayan a humedad constante la
relacioacuten tensioacuten-deformaciones es una curva suave y continua y sin agudos quiebros La
saturacioacuten produce sin embargo un importante cambio volumeacutetrico debido probablemente
a un incremento de la presioacuten de los poros que origina el agotamiento de la resistencia al
corte del suelo
33 Suelos colapsables por humedecimiento
Establecida la definicioacuten general de colapso nuestro anaacutelisis se centraraacute en aquellos suelos
en los cuales el colapso de la estructura del suelo es provocado por un incremento del
contenido de humedad Por lo tanto en lo sucesivo cuando se hable de suelos colapsables
se entenderaacute que son aquellos suelos en que un aumento en el contenido de humedad
provoca una brusca disminucioacuten de volumen sin la necesidad de un aumento en la presioacuten
aplicada
A partir de esta definicioacuten se advierte
1048713 Por un lado una destruccioacuten o un cambio en la estructura que el suelo teniacutea
originalmente y
1048713 Por el otro lado un agente externo el agua que provoca este fenoacutemeno
En la Mecaacutenica de Suelos claacutesica de los suelos saturados o de los suelos secos el fenoacutemeno
de colapso generalmente viene asociado a un cambio en el estado tensional del suelo En
cambio aquiacute y en una primera definicioacuten estariacutea provocado por un agente externo (cambio
en el contenido de humedad)
En el proceso de consolidacioacuten de suelos saturados (Teoriacutea claacutesica de Terzaghi) tambieacuten se
produce una disminucioacuten de volumen pero puede decirse que en muchos aspectos el
colapso es lo contrario de la consolidacioacuten tal como se indica en Reginatto (1977) (11)
4 MECANISMO DEL COLAPSO
A continuacioacuten se analizaraacuten los diferentes mecanismos de colapso para distintas
estructuras de suelos para lo cual se seguiraacute principalmente el trabajo de Dudley (1970)
Las siguientes condiciones generales son las que establece Dudley para que ocurra el
colapso
1 La estructura del suelo deberaacute tener ciertas caracteriacutesticas de modo tal que se tienda a la
ocurrencia de dicho fenoacutemeno
2 Las partiacuteculas estaraacuten unidas entre siacute por fuerzas o materiales cementantes que son
susceptibles -tanto unas como otros- pueden ser anulados o reducidos cuando aumenta el
contenido de humedad del suelo
3 Cuando este soporte es reducido o anulado las partiacuteculas del suelo deslizan o ruedan por
una peacuterdida de la resistencia al corte
Los suelos granulares como las arenas y las gravas presentan un tipo de estructura simple
tambieacuten ampliable a los limos En ella las uniones entre granos son contactos reales
debidos a fuerzas gravitacionales fuerzas exteriores o capilares Estas uacuteltimas tienen un
caraacutecter temporal ya que dependen del grado de saturacioacuten que posea el suelo La humedad
del suelo puede variar entre el estado saturado y el seco del mismo modo las tensiones
capilares seraacuten variables con el contenido de humedad y desapareceraacuten tanto al saturarse
como al secarse el suelo
Seguacuten puede verse en la forma que toman los meniscos hace que el agua esteacute traccionada y
por lo tanto la presioacuten de poros sea negativa Esto origina un aumento de la presioacuten efectiva
que une un grano con el otro Este aumento de la presioacuten efectiva origina un aumento en la
resistencia por lo cual los granos opondraacuten una mayor resistencia al deslizamiento
Si en este estado el suelo se satura la presioacuten efectiva disminuiraacute y con ella la resistencia
al corte pudiendo provocar un deslizamiento relativo entre los granos de suelo
Cuando la estructura es macroporosa este deslizamiento entre granos se manifiesta en una
importante disminucioacuten de volumen
Este tipo de mecanismo de colapso o desmoronamiento puede ampliarse tambieacuten para
aquellas arenas en las que sus viacutenculos estaacuten formados por partiacuteculas de limos
Cada partiacutecula de arcilla posee una carga neta negativa que se equilibra con los cationes de
la doble capa que la rodea Dos partiacuteculas se repeleraacuten entre siacute cuando entran en contacto
sus dobles capas A medida que se trate de acercarlas esta fuerza de repulsioacuten aumentaraacute
Ademaacutes de esta fuerza de repulsioacuten existe una fuerza de atraccioacuten entre las partiacuteculas
debidas a las fuerzas de Van der Waals o fuerzas de enlace secundario esta fuerza tambieacuten
es funcioacuten de la distancia entre las partiacuteculas Por lo tanto las partiacuteculas se atraeraacuten o
repeleraacuten en funcioacuten de la resultante de estas dos fuerzas
Las fuerzas de repulsioacuten son dependientes de las caracteriacutesticas del sistema (espesor de la
doble capa) no asiacute las fuerzas de atraccioacuten que en general son independientes de eacutel Las
partiacuteculas podraacuten alejarse o acercarse modificando las caracteriacutesticas del medio y por ende
el espesor de las dobles capas El proceso de acercamiento de una partiacutecula con otra se
denomina floculacioacuten y al proceso de alejamiento de una partiacutecula respecto a otra
dispersioacuten
Lambe y Whitman (1969) indican que se provoca una tendencia a la floculacioacuten
aumentando una o varias de las siguientes caracteriacutesticas
- Concentracioacuten de iones Valencia ioacutenica
- Temperatura o disminuyendo una o maacutes de las siguientes
- Constante dieleacutectrica
- Tamantildeo del ioacuten hidratado
- Absorcioacuten de aniones
- pH
Durante un proceso de saturacioacuten ademaacutes de una disminucioacuten de las fuerzas capilares hay
una disminucioacuten en la concentracioacuten de iones y por lo tanto un proceso de dispersioacuten
Partiacuteculas que antes estaban unidas por fuerzas de atraccioacuten comienzan a repelerse y
adquirir una estructura dispersa y probablemente menos resistente
Esta es una manera bastante simple de explicar un mecanismo mucho maacutes complejo en el
que pueden intervenir ademaacutes de los nombrados otros factores Sin embargo se advierte
coacutemo una estructura estable puede ser modificada cuando entra en juego un agente
externo que desestabiliza y modifica los viacutenculos que primariamente le conferiacutean una
resistencia aparente
En cualquiera de los tipos de estructuras antes descritas los viacutenculos entre partiacuteculas
pueden estar impregnados de un agente cementante que confiere una resistencia cohesiva
adicional al deslizamiento de un grano respecto a otro
Tambieacuten esta cohesioacuten puede tener un caraacutecter temporal semejante al de las fuerzas
capilares
La peacuterdida de esta resistencia dependeraacute tanto de las caracteriacutesticas del agente cementante
como de las del fluido Asiacute si la cementacioacuten deriva de sales cristalizadas la peacuterdida de
resistencia seraacute funcioacuten del grado de solubilidad de estas sales
Finalmente cualquiera sea el tipo de estructura de suelo que se esteacute considerando siempre
es posible hablar de viacutenculos o fuerzas que unen o ligan una partiacutecula a otra En unos casos
las partiacuteculas estaacuten en contacto directo entre siacute (partiacutecula-partiacutecula) unidas por fuerzas
externas o capilares y en otros casos estas tuerzas o viacutenculos pueden tener caraacutecter
fiacutesicoquiacutemico o eleacutectrico a incluso no existir contacto directo entre las partiacuteculas
Si la estructura del suelo se encuentra en estado de equilibrio y un agente externo -
cualquiera- provoca una disminucioacuten o anulacioacuten de las fuerzas que vinculan unas
partiacuteculas con otras puede suceder que el suelo pase a un nuevo estado de equilibrio
Este proceso entre dos estados de equilibrio puede provocar o no un cambio de la
estructura del suelo dependiendo de
1048713 La magnitud de los cambios provocados en los viacutenculos yo fuerzas por el agente
externo
1048713 Estado tensional existente en los viacutenculos
Si los cambios provocados por el agente externo en las caracteriacutesticas de los viacutenculos no
son suficientes como para movilizar un cambio de estructura eacutesta permaneceraacute inalterada
Sin embargo la condicioacuten de equilibrio puede haber variado dado que de alguna forma el
agente ha sensibilizado al suelo
En cambio si el estado tensional en los contactos es superior a la resistencia que tienen
eacutestos durante el proceso las partiacuteculas cambiaraacuten de posicioacuten produciendo un cambio de
estructura y pasando a un nuevo estado de equilibrio
Un ejemplo de ello puede observarse en en la cual se han dibujado dos ensayos
edomeacutetricos de un mismo estrato La muestra A fue cargada hasta una presioacuten de 200
kgcm2 a humedad natural (w= 144) siendo posteriormente inundada a esa presioacuten
Durante este proceso se observa un importante cambio volumeacutetrico La muestra B fue
inundada a una presioacuten de 010 Kgcm2 no observaacutendose ninguacuten cambio volumeacutetrico
durante el proceso de saturacioacuten Posteriormente se continuoacute el ensayo edomeacutetrico en
forma habitual hasta una presioacuten de 200 kgcm2
Al no advertirse cambios volumeacutetricos durante el proceso de saturacioacuten puede inferirse que
tampoco se han inducido cambios en la estructura del suelo pero es indudable que
efectivamente se ha generado una notable disminucioacuten en la resistencia de los viacutenculos
dado que al aumentar el estado tensional el comportamiento del suelo varioacute radicalmente
del que se observoacute durante el proceso de carga a humedad natural en la muestra A
Esto tambieacuten queda reflejado en las curvas de La primera de ellas corresponde a la
variacioacuten de las deformaciones verticales en funcioacuten del tiempo cuando la muestra A fue
saturada a una presioacuten axial de 200 kgcm2 en tanto la segunda corresponde al salto de
carga de 100-200 kgcm2 del ensayo B (saturada a 010 kgcm2) En ambas curvas se
advierte en primer teacutermino una brusca disminucioacuten de volumen sentildealada como colapso
primario (Redolfi 1982)
En esta etapa la resistencia y la estabilidad de la estructura macroporosa y mal acomodada
dependen baacutesicamente de la resistencia al corte a la traccioacuten y a la compresioacuten de los
puentes o acumulaciones de arcillas yo sales en los puntos de contacto entre las partiacuteculas
(Reginatto 1977) Los esfuerzos que se producen en dichos viacutenculos y puntos de contactos
han superado la resistencia del material provocando el consecuente desmoronamiento de la
estructura del suelo dando como resultado una totalmente distinta a la anterior Posterior a
esta primera etapa (cambio de pendiente de las curvas) sigue existiendo una importante
disminucioacuten de volumen debida posiblemente a un reacomodamiento de las partiacuteculas del
suelo a esta nueva estructura de suelo mejorado o compactado
El objetivo de todo este apartado no ha sido explicar el mecanismo uacuteltimo del colapso sino
maacutes bien tratar de comprender a traveacutes de ejemplos simples y factibles coacutemo la entrada de
agua en una estructura metaestable origina una desestabilizacioacuten o sensibilizacioacuten en la
resistencia existente entre los viacutenculos
Tampoco se ha pretendido hacer una revisioacuten exhaustiva de todos los mecanismos que
diversos investigadores han propuesto para explicar el fenoacutemeno del colapso sino tomar en
consideracioacuten aquellos maacutes documentados y que mejor se adaptan al caso de suelos
loeacutessicos con estructura macroporosa que seraacuten objeto de un especial anaacutelisis en estas
notas
5 COLAPSO RELATIVO
Con referencia al Colapso Relativo (δcol) existe una aparente anarquiacutea tanto en su
denominacioacuten como en la forma de calcularlo En se sentildealan algunas de las maacutes conocidas
Del anaacutelisis de las diferentes ecuaciones se advierte que la uacutenica diferencia en el caacutelculo
radica en el denominador o valor de referencia que se elija altura inicial de la probeta (h0)
la altura de la probeta a humedad natural cargada a una presioacuten igual al peso propio de las
tierras (h1) o la altura de la probeta antes de la inundacioacuten cargada a una presioacuten a
σ(wHN) Esta variedad de definiciones es aparente dado que para el caso del caacutelculo de la
magnitud del asentamiento debido solamente al peso propio de las tierras dos de las
ecuaciones se hacen iguales puesto que para ese caso particular h1= hHN a incluso suele
suceder que h es aproximadamente igual a h0
En lo sucesivo se utilizaraacute la siguiente ecuacioacuten para definir el Colapso Relativo (δcol)
h HN= Altura de la probeta a humedad natural (antes de la inundacioacuten) cargada a una
presioacuten cualquiera σ
hSAT = Altura de la probeta saturada (despueacutes de producido el colapso) cargada a la
presioacuten σ
h = Altura de la probeta a humedad natural cargada a una presioacuten axial igual al peso propio
de las tierras
SUELOS AUTOCOLAPSABLES Y POTENCIALMENTE COLAPSABLE
En el graacutefico semilogariacutetmico que representa el comportamiento de un suelo un ensayo a
compresioacuten confinada realizado sobre en condicioacuten saturada se puede observar un quiebre
en la curva de compresibilidad La presioacuten axial a la cual se produce este quiebre o este
cambio de comportamiento se la denomina Presioacuten de Fluencia Saturada o Presioacuten Inicial
de Colapso En principio se establece que para presiones menores a esta el suelo tiene un
comportamiento elaacutestico y los asentamientos por colapso son bajos y nulos Por el
contrario para presiones mayores a la de Fluencia el suelo tiene un comportamiento elaacutesto-
plaacutestico y los asentamientos por colapso son importantes
Se dice que un suelo es auto colapsable cuando la presioacuten de tapada o geoestaacutetica (σ0) es
superior a la Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) Esto quiere decir que cuando en ese suelo
se produzca el humedecimiento se produciraacuten asentamientos importancia con solamente la
accioacuten de su peso propio
Se designa con suelos potencialmente colapsable a aquellos suelos en los que la presioacuten de
tapada o geo-estaacutetica (σ0) es menor a la Presioacuten Inicial de Colapso
7 PERFILES DE COLAPSIBILIDAD
Lo realmente interesante de los conceptos antes enunciados radica fundamentalmente en
que han permitido generar una metodologiacutea de anaacutelisis de los perfiles con suelos
susceptibles al colapso
Este anaacutelisis permite confrontar a cada profundidad considerada la magnitud de la Presioacuten
Inicial de Colapso (σicol) con la Presioacuten total (σT) igual a la suma de la presioacuten debida a la
carga aplicada (Δσ) maacutes la presioacuten por peso propio (σ0)
En (26) se presenta un perfil de suelo en el que se ha dibujado la variacioacuten de ambas
presiones (la Presioacuten Inicial o de Fluencia y la Presioacuten Total) en funcioacuten de la profundidad
para dos estados de cargas en el correspondiente a las presiones geostaacuteticas y en el
correspondiente a las presiones totales provocadas por una carga en la superficie del
terreno
A partir del anaacutelisis de estas curvas pueden establecerse por ejemplo los espesores de los
suelos que autocolapsaraacuten por humedecimiento y aquellos que colapsaraacuten si ademaacutes de la
saturacioacuten se aumentan las cargas y consecuentemente clasificar los suelos en sus
diferentes grupos suelos verdaderamente colapsables (autocolapsables) o suelos
condicionalmente colapsables (colapsables bajo cargas externas)
Aun cuando el valor de la Presioacuten Inicial sea aproximado este tipo de anaacutelisis es de
fundamental intereacutes en el disentildeo de los diferentes tipos de cimentaciones ya que se podraacute
conocer cuales seraacuten en forma aproximada los principales problemas que se presentaraacuten
en el disentildeo de las obras permitiendo de esta
forma elegir correctamente el tipo de cimentacioacuten o el meacutetodo de mejoramiento del suelo a
emplear para disminuir o anular la susceptibilidad al colapso
8 MAGNITUD DEL ASENTAMIENTO POR COLAPSO
81 Definiciones
La magnitud del asentamiento por colapso producido por humedecimiento del terreno
depende seguacuten Grigoryan y Ivanov (1968) tanto de
1048713 Factores intriacutensecos del suelo (caracteriacutesticas fisico-mecaacutenicas) y de
1048713 Factores externos al suelo (estado tensional y el aacuterea inundada)
Se define al asentamiento adicional por colapso (Wcolt) de un manto de suelos
colapsables de espesor Ht a la sumatoria
donde
Ht = H1+H2+ = Hj+Hn
Hj = Espesor del estrato j
Wcolj = Asentamiento adicional por colapso del estrajo j
δcolj = Colapso relativo del estrato j a la presioacuten σzj
σzj = Presioacuten total (peso propio + incremento de presioacuten) en el estrato j
82 Caracteriacutesticas fiacutesico-mecaacutenicas
Un aspecto importante del comportamiento de este tipo de suelos y que por lo tanto
influyen en la magnitud de los asentamientos es su marcada heterogeneidad Los suelos
loeacutessicos colapsables en cierto entorno suelen considerarse como suelos homogeacuteneos pero
en realidad poseen una apreciable heterogeneidad extendida dentro de la masa Algunos de
estos aspectos pueden ser puestos en evidencia a traveacutes de ensayos geoteacutecnicos
La determinacioacuten de los paraacutemetros tenso-deformacionales como el colapso relativo (δcol)
puede diferir seguacuten Abelev y Abelev (1979) de 15 a 2 veces incluso si se lo hace a partir
de probetas gemelas talladas de un uacutenico bloque de suelo
Esto soacutelo se explica a traveacutes de la gran heterogeneidad local que presentan estos suelos en
los cuales existen macroporos dejados por raiacuteces o insectos y concreciones aisladas de
carbonatos etc que pueden hacer variar las caracteriacutesticas deformacionales en oacuterdenes de
magnitud de los arriba sentildealados Otro aspecto que sentildealan Bally et al (1969) es la
heterogeneidad en la variacioacuten local de las caracteriacutesticas quiacutemicas y mineraloacutegicas las
cuales son difiacuteciles de ser advertidas por meacutetodos usuales de investigacioacuten Para corroborar
todo este tipo de heterogeneidades en (30) se muestran liacuteneas de igual asentamiento para
un estanque experimental de 30 mestros de lado al cabo de 3 meses de continua inundacioacuten
Pueden observarse asentamientos diferenciales de hasta 60 cm Esto induce a pensar que
aunque las propiedades tenso deformacionales pudieran ser aproximadamente constantes
viacuteas preferenciales de humedecimiento (canaliacuteculos verticales dejados por raiacuteces de
hierbas) pueden saturar mayores espesores o presentar curvas de iso saturacioacuten apartadas
del modelo teoacuterico
En resumen una de las caracteriacutesticas principales que deben tenerse siempre en cuenta en
el caacutelculo de la magnitud de los asentamientos por colapso es que estos frecuentemente no
seraacuten uniformes ya sea por las causas antes expuestas como por otros factores como por
ejemplo la dimensioacuten del aacuterea inundada
83 Aacuterea inundada
Otro de los aspectos que influyen considerablemente en la magnitud de los asentamientos
por colapso son el tipo de humedecimiento que se realice dentro de la masa del suelo y las
dimensiones del aacuterea humedecida Golacutedstein (1969) distingue cuatro tipos de
humedecimientos
1 Humedecimiento localizado del suelo a poca profundidad debido generalmente a la
rotura de conducciones hidraacuteulicas de las construcciones En estos casos es casi imposible
predecir a priori la forma en planta y en corte de estos humedecimientos y por lo tanto
hacer una estimacioacuten de la magnitud de los asentamientos y su distribucioacuten en planta
2 Humedecimiento extenso de todo el perfil del suelo causado por una importante
infiltracioacuten de agua (rotura de canales o efluentes industriales) Los asentamientos en estos
casos pueden ser importantes y dantildeinos para las construcciones especialmente cuando los
asentamientos son desiguales
3 Una elevacioacuten uniforme del nivel freaacutetico debido generalmente a una recarga del freaacutetico
causado por una fuente lejana
4 Un aumento gradual y lento del contenido de agua debido por ejemplo a la
condensacioacuten del vapor y una acumulacioacuten de humedad causada por cambios en las
condiciones ambientales (pavimentacioacuten de la superficie del terreno)
En cuanto a la forma y las dimensiones del aacuterea humedecida se ha demostrado
experimentalmente que los asentamientos por colapso calculados con la ecuacioacuten indicada
arriba son soacutelo aplicables cuando la superficie de saturacioacuten o fuente de humedecimiento
es del orden de 23 a 1 vez el espesor de los sedimentos colapsables (Krutov y Dyakonov
1973) En cambio cuando esta relacioacuten es menor y la zona humedecida se aparta de la
supuesta unidimensional los asentamientos reales son sustancialmente menores a los
calculados
Por tal motivo algunos investigadores coinciden en afirmar que dicha ecuacioacuten debe estar
afectada de un coeficiente (m) que tenga en cuenta el tipo la forma y las dimensiones del
aacuterea humedecida
m = f (B L Z)
donde B y L son el ancho y largo de la fuente de inundacioacuten y Z el espesor de la zona
humedecida Asiacute en la ex URSS es habitual afectar a los asentamientos calculados por un
coeficiente llamado de condiciones de campo o de operacioacuten
Este coeficiente es pues la relacioacuten entre el asentamiento real medido en el terreno y el
calculado De modo que
84 Estado tensional
La magnitud del asentamiento adicional por colapso es funcioacuten de la tensioacuten actuante en el
manto de suelo considerado Si se analiza el caso particular de una zapata apoyada sobre la
superficie del terreno el asentamiento adicional por colapso seraacute funcioacuten de la forma y las
dimensiones de aacuterea cargada del espesor del manto susceptible al colapso y del tipo y la
forma de la zona humedecida Sin embargo se ha comprobado experimentalmente que si el
espesor de los mantos de suelos colapsables que se encuentran por debajo de la zona
comprimida es suficientemente importante como para que pueda colapsar por peso propio
la amplitud del asentamiento no depende praacutecticamente de la forma y de las dimensiones de
las fundaciones (Abelev y Abelev 1979)
En las numerosas experiencias realizadas sobre zapatas a escala real se ha comprobado que
los asentamientos adicionales por colapso medidos pueden llegar a ser entre 15 a 2 veces
mayores que los calculados sobre todo en zapatas con anchos inferiores a los 20 m de
ancho (Abelev y Abelev 1979)
Estas divergencias entre el valor de los asentamientos calculados y los reales pueden
atribuirse a varios factores entre los cuales pueden sentildealarse
c) La eleccioacuten del espesor del manto de suelos colapsables o susceptibles a sufrir un
asentamiento adicional ha sido largamente discutido Asiacute Kodrynova (1969) en base a
ensayos de zapatas a escala real pudo establecer las dimensiones de la zona realmente
deformada Confirmando que la profundidad de la zona deformada era menor que la
profundidad que por ejemplo estableciacutean las Normas Sovieacuteticas vigentes en ese momento
Estas Normas haciacutean soacutelo consideraciones tensionales y fijaban la profundidad del manto
como aqueacutella para la cual la relacioacuten entre el valor de la carga adicional debida a la zapata
(Δσ) y el de la presioacuten natural (σ0) se haciacutean igual a 020 Kodrynova (1969) comproboacute
que el criterio maacutes adecuado para establecer este espesor era usar el concepto de resistencia
estructural o Presioacuten Inicial de Colapso sugerido por Abelev en 1968 Asiacute observoacute que la
zona deformada se correspondiacutea muy bien con aquellos lugares donde los valores de
tensiones totales (σz) eran mayores al valor de la Presioacuten Inicial de Colapso (δicol) Por
tanto concluyoacute que el espesor Zo puede definirse como la profundidad en la cual se
comprueba que
Esto coincide con lo advertido por Grigoryan (1967) en ensayos de zapatas cuadradas y
rectangulares en donde solamente se observaron asentamientos en la masa del suelo
cuando la tensioacuten actuante era mayor al valor de la Presioacuten Inicial de Colapso (δicol)
Por lo tanto se puede concluir que no existen reglas praacutecticas -como las que existen en
otros tipos de suelos- que puedan dar valores indicativos de la relacioacuten entre el ancho de la
cimentacioacuten y el espesor del manto deformable Sin embargo de lo que siacute hay abundante
evidencia es que la zona deformada generalmente aumenta cuando aumenta el contenido de
humedad (Tsytosich et al 1979)
b) La distribucioacuten de tensiones en la masa de un suelo colapsable provocada por una zapata
riacutegida se asemeja a la de un medio seminfinito y elaacutestico (error entre 20 a 30) soacutelo
cuando el suelo estaacute a humedad natural y la tensioacuten no sobrepasa los 30 kgcm2
(Grigoryan 1967) Tsytosich et al (1979) comprobaron experimentalmente esta afirmacioacuten
observando que a posteriori de la inundacioacuten del suelo el cambio tensional sobre la vertical
en el borde y en el centro de la zapata aumentan Se advierte que durante el proceso de
inundacioacuten del suelo ubicado debajo de la zapata se produce una concentracioacuten de
tensiones bajo la zapata disminuyendo el aacuterea en donde se distribuyen las cargas Seguacuten
Abelev y Abelev (1979) esto puede explicarse porque las relaciones tensioacuten-deformaciones
de los suelos macroporosos no son lineales a estos niveles de tensioacuten
9 METODOS DE IDENTIFICACIOacuteN
91 Aspectos generales
A partir de la deacutecada de los antildeos 50 se generoacute una preocupacioacuten manifiesta por parte de
diferentes investigadores en identificar y clasificar la potencialidad al colapso en los
distintos suelos
Estos intentos a escala mundial se han enfrentado fundamentalmente con dos
inconvenientes o limitaciones como son
1 La gran variedad de tipos de suelos que colapsan por humedecimiento Asiacute por
ejemplo meacutetodos probados en ciertos paiacuteses o regiones en determinados tipos de suelos no
han podido hacerse extensivos a suelos de otras zonas cuyo origen geoloacutegico y geneacutetico es
francamente diferente
2 La frecuente heterogeneidad de los suelos colapsables por humedecimiento En este
sentido hay coincidencia entre los investigadores que han estudiado suelos colapsables de
distinto origen geoloacutegico Asiacute pueden encontrarse referencias tanto en investigadores que
analizaron suelos lateriacuteticos o de origen eoacutelico como el loess (Abeley y Abeley 1979
Moretto 1986) que en principio suelen considerarse como suelos homogeacuteneos Es
frecuente encontrar una variacioacuten en el grado de cementacioacuten (por ejemplo debido a
carbonatos) en soacutelo algunos centiacutemetros En otros casos esta heterogeneidad es debida a la
presencia de grandes macroporos dejados por raiacuteces o insectos
Esto ha llevado a una gran variedad de metodologiacuteas para establecer la susceptibilidad al
colapso de los suelos y una anarquiacutea en la terminologiacutea empleada en los diferentes paiacuteses
para su clasificacioacuten Sin embargo en la mayoriacutea de los casos los diferentes investigadores
o coacutedigos han tendido a discretizar el comportamiento del suelo frente al colapso en dos
grupos suelos que colapsan bajo peso propio y suelos que colapsan bajo una carga mayor
Rocca (1985) ha confeccionado una tabla de equivalencias con la denominacioacuten que
reciben en los distintos paiacuteses
82 Clasificacioacuten de los meacutetodos de identificacioacuten de suelos colapsables
En cuanto a los tipos de meacutetodos de identificacioacuten propiamente dichos varios han sido los
enfoques que se han propuesto Estos podriacutean clasificarse en tres grupos
1048713 Meacutetodos basados en paraacutemetros fiacutesicos de identificacioacuten de suelos tales como Peso
Unitario Liacutemites de Consistencia Granulometriacutea etc
1048713 Meacutetodos basados en ensayos mecaacutenicos principalmente en ensayos edomeacutetricos
1048713 Meacutetodos basados en la magnitud del colapso
Existe una abundante bibliografiacutea sobre los diferentes meacutetodos de clasificacioacuten a
identificacioacuten en las cuales se ha realizado un anaacutelisis criacutetico sobre los diferentes meacutetodos
como las ya referidas de Rocca (1985) y Redolfi et al (1986) y otras como las de Sultan
(1969) Reginatto (1970 1974) Loacutepez Corral (1977) Jimeacutenez Salas (1987) y Lutenegger y
Saber (1988) Por lo tanto en este apartado no se insistiraacute en ello sino maacutes bien se haraacute un
enfoque general del problema y se presentaraacuten aquellos conceptos v meacutetodos que
posteriormente seraacuten utilizados en el desarrollo de estas notas
Meacutetodos basados en paraacutemetros fiacutesicos de suelos
En general la mayoriacutea de estos meacutetodos de identificacioacuten tienen maacutes bien un caraacutecter
cualitativo que cuantitativo pretendiendo ubicar el suelo analizado en algunos de los
grupos mencionados en (36) La clasificacioacuten consiste habitualmente en establecer si el
suelo es autocolapsable (colapsable bajo su propio peso) o bien si es condicionalmente
colapsable (colapsable bajo carga externa)
En estas notas solamente se analizaraacuten tres de ellos que tienen en comuacuten que relacionan el
liacutemite liacutequido y el peso unitario seco
a) Denison (1961) establece el Coeficiente de Colapso (k) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando la relacioacuten de vaciacuteos del suelo en estado natural (e) es mayor
que la relacioacuten de vaciacuteos correspondiente al Liacutemite Liacutequido (eL )
b) Gibbs (1961) establece una Relacioacuten de Colapso (R) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando la humedad de saturacioacuten del suelo (wSAT) es mayor que el
Liacutemite Liacutequido (wL )
c) Coacutedigo de edificacioacuten de la URSS (1962) establece un Indice de Colapso (R) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando R es mayor de -010
En se han superpuesto los puntos correspondientes a pares de valores del peso unitario
seco y el Liacutemite Liacutequido de suelos de la ciudad de Coacuterdoba Argentina (Redolfi et al
1986) De ella se desprende que los valores de los paraacutemetros obtenidos son valores tiacutepicos
de la formacioacuten loeacutessica de Coacuterdoba y que para todas las metodologiacuteas aquiacute presentadas la
gran mayoriacutea de los suelos son colapsables puesto que estaacuten incluidos dentro de las zonas
que los clasifican colapsables
Meacutetodos basados en ensayos edomeacutetricos
Estos meacutetodos estaacuten basados en la Presioacuten Inicial de Colapso o Presioacuten de Fluencia La
determinacioacuten del grupo al cual pertenece el suelo estudiado (auto colapsable o colapsable
bajo carga) se realiza comparando la presioacuten de tapada o geostaacutetica con la presioacuten a la cual
se produce el colapso Asumiendo como hipoacutetesis que el colapso por humedecimiento
ocurre soacutelo a partir de una cierta presioacuten por encima de la cual la resistencia estructural del
suelo es superada
La magnitud de esta presioacuten para la cual se produce el desmoronamiento de la estructura
del suelo ha sido designada por algunos autores como
1048713 Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) (Abelev y Abelev 1979) o
1048713 Presioacuten de Fluencia Saturada (σf sat) (Reginatto 1970)
Experimentalmente se ha demostrado que cuando la presioacuten total en el suelo (σt) ya sea
por cargas externas yo peso propio es menor que esta magnitud no se producen
asentamientos de colapso por humedecimiento Krutov y Tarasova (1964) sentildealan
acertadamente que desde un punto de vista teoacuterico la Presioacuten Inicial de Colapso o Presioacuten
de Fluencia deberiacutea ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero concluyen que
desde un punto de vista praacutectico una pequentildea magnitud de colapso puede asumirse como
permisible Siguiendo este concepto por ejemplo las Normas Sovieacuteticas SNIP definen a la
Presioacuten Inicial de Colapso como aquella presioacuten para la cual en una probeta instalada en un
edoacutemetro se produce un colapso relativo unitario igual a 001 o porcentual del 100
δicol = 001 = 10
En se han representado las curvas presioacuten-deformaciones unitarias de dos ensayos
edomeacutetricos del mismo suelo uno a humedad natural y el otro en estado saturado El
colapso relativo (δicol) es igual a
δicol = εHN - εSAT
donde εHN = Deformacioacuten unitaria a humedad natural
εSAT = Deformacioacuten unitaria en estado saturado
En tanto Reginatto (1970) define a la Presioacuten de Fluencia saturada de un suelo colapsable
de la misma forma en que se establece la presioacuten de preconsolidacioacuten de una arcilla
saturada en un ensayo edomeacutetrico
En se presenta la correlacioacuten que realizan Lin y Wang (1988) entre los valores de la
Presioacuten de Fluencia Saturada y la Presioacuten Inicial de Colapso (el Coacutedigo Chino la establece
para un valor de δicol = 150) Se puede observar que aproximadamente se establece una
relacioacuten directa entre ellas Esto no es de extrantildear puesto que conceptualmente ambas
definiciones tratan de fijar la presioacuten a la cual la estructura del suelo saturado comienza a
colapsar
Los numerosos intentos realizados en ensayos in situ para comprobar la validez de esta
hipoacutetesis (Krutov y Tarasova 1964 Abelev y Abelev 1979) parecen indicar a primera
vista que las predicciones tienen buen acuerdo con la realidad en muchos casos pero en
cambio en otros la diferencia entre lo predecido y lo sucedido es importante sobre todo en
aquellos casos referidos al colapso por peso propio
Meacutetodos basados en la magnitud del asentamiento por colapso
Los meacutetodos basados en la magnitud del asentamiento por colapso se fundan en determinar
la magnitud del mismo de un perfil de suelos en un lugar determinado debido solamente a
su peso propio
Asiacute por ejemplo la Clasificacioacuten Rumana de Suelos Loeacutessicos Colapsables (LCS) define
el Potencial Total de Colapso (Img) (Bally et al1973) como
donde Hj es el espesor del estrato j en metros y img es el asentamiento edomeacutetrico
adicional de una muestra de estrato j inundada a una presioacuten igual al peso propio de las
tierras (σ0 ) expresado en cmm
El Coacutedigo de Construccioacuten de Edificios de la Repuacuteblica Popular China en regiones de
suelo colapsables sigue un criterio similar (Lin y Liang 1982 Lin y Wang 1988) La
evaluacioacuten de la susceptibilidad al colapso en un determinado sitio se realiza en dos etapas
En primer lugar se evaluacutea su aptitud al autocolapso y se determina el Tipo de sitio (Tipo
1 o Tipo 2)
La magnitud del colapso por peso propio Δzc se obtiene de forma similar a la utilizada por
Bally et al (1973) en Rumania sumando los asentamientos individuales de los n estratos
colapsables del perfil
donde Hj es el espesor de estrato en cm y δzsj es el coeficiente de colapsabilidad del estrato
j en cmcm o en por ciento obtenido por medio de ensayos edomeacutetricos en los cuales
primero se carga el suelo hasta la presioacuten por peso propio y luego se inunda la muestra
donde Hj es el espesor de estrato en cm y δzsj es el coeficiente de colapsabilidad del estrato
j en cmcm o en por ciento obtenido por medio de ensayos edomeacutetricos en los cuales
primero se carga el suelo hasta la presioacuten por peso propio y luego se inunda la muestra
La sumatoria soacutelo tiene en cuenta aquellos valores de δzs jmayores de 0015
Si Δzs lt 7 cm se considera al suelo no autocolapsable por humedecimiento y se clasifica
al lugar como sitio TIPO 2 Si en cambio Δzs gt 11 cm se considera al suelo
autocolapsable por humedecimiento y se lo clasifica como sitio TIPO 1
Por uacuteltimo si 7 cm lt Δzs lt 11 cm el tipo de sitio debe ser determinado despueacutes de un
exhaustivo estudio de la geomorfologiacutea estratigrafiacutea y caracteriacutesticas estructurales del
suelo
El Coacutedigo tambieacuten establece que la magnitud del colapso por peso propio (Δzs) tambieacuten
puede ser determinada directamente en el terreno a traveacutes de una balsa o laguna de
infiltracioacuten de dimensiones especiacuteficas
La segunda etapa de la evaluacioacuten de la colapsabilidad consiste en establecer el Grado de
Colapsabilidad del suelo de cimentacioacuten Para ello se carga a las muestras representativas
de cada uno de los estratos a una presioacuten de 200 kPa y luego se las inunda La magnitud del
colapso se obtiene
donde δsj es el Coeficiente de colapsabilidad del estrato j en cmcm para una presioacuten de
200 kPa La sumatoria soacutelo tiene en cuenta valores de Δs mayores de 0015
donde δsj es el Coeficiente de colapsabilidad del estrato j en cmcm para una presioacuten de
200 kPa La sumatoria soacutelo tiene en cuenta valores de Δs mayores de 0015
SOLUCIONES INGENIERILES EN SUELOS COLAPSABLES
111 Consideraciones generales
La primera cuestioacuten que debe analizarse cuando se disentildean cimentaciones en suelos
susceptibles al colapso es la probabilidad que el agente desencadenante del fenoacutemeno el
agua pueda o no introducirse en el terreno y por ende sensibilizar al suelo en donde se
apoyaraacuten las estructuras Por definicioacuten sin la presencia del agua el suelo no colapsa Esta
cuestioacuten es significativa puesto que pueden existir numerosos casos en donde la
probabilidad que el agua se infiltre en el suelo sea lo suficientemente baja como para
analizar la posibilidad de fundar la estructura considerando el comportamiento del suelo en
su estado natural Por lo tanto cuando se hable de suelos potencialmente colapsables por
humedecimiento no debe pensarse uniacutevocamente en las soluciones ingenieriles que se
utilizan en suelos colapsables
Hecha esta aclaracioacuten a continuacioacuten se trataraacute de ofrecer un panorama de las distintas
soluciones ingenieriles que se adoptan en suelos colapsables por humedecimiento cuando
las probabilidades de que se produzca el fenoacutemeno son altas
El objetivo central de todas estas soluciones es prevenir las fallas estructurales o de servicio
que pueden sobrevenir sobre las estructuras construidas sobre estratos de suelos
colapsables
Aitchison (1973) divide a estas soluciones en
a) Tratamiento del suelo colapsable con vista a eliminar la tendencia al colapso a lo largo
de todo el estrato de suelos desmoronables
b) Disentildeo de elementos constructivos que eliminen o disminuyan a liacutemites razonables la
posibilidad que se inicie el colapso
c) Disentildeo de estructuras yo cimentaciones insensibles a los asentamientos provocados por
el colapso por ejemplo fundaciones profundas apoyadas sobre un manto profundo no
sujeto a los asentamientos por humedecimiento
El primer grupo de soluciones comprende los meacutetodos de mejoramiento de suelo por
medio de los cuales la susceptibilidad al colapso es eliminada modificando las propiedades
resistentes del suelo mediante la compactacioacuten o la cementacioacuten de los viacutenculos entre
partiacuteculas El segundo grupo incluye la adopcioacuten de medidas constructivas tendientes a
aislar el agua de manera de evitar o disminuir la presencia de condiciones favorables al
colapso admitiendo no obstante ciertos riesgos Finalmente el tercer grupo engloba tanto
las soluciones tradicionales por medio de fundaciones profundas como el disentildeo de
estructuras con fundaciones directas insensibles a los asentamientos diferenciales
provocados por el colapso del suelo En resumen en el primer grupo de soluciones se
interviene directamente en el suelo evitando asiacute el colapso en el segundo grupo se intenta
evitar que se produzca el colapso sin modificar el suelo y en el uacuteltimo grupo se construyen
estructuras yo fundaciones que admitan y resistan los fenoacutemenos provocados por el
colapso del suelo
Evstatiev (1988) sentildeala que los mejores resultados han sido alcanzados con una oacuteptima
combinacioacuten de las ventajas que individualmente tiene cada uno de los tres grupos La
experiencia ha probado que las medidas constructivas y las medidas de aislacioacuten del agua
por siacute solas no pueden resolver todos los problemas de inestabilidad que provoca el colapso
del suelo Asiacute la adopcioacuten de soluciones exclusivamente para la superestructura (por
ejemplo fundaciones profundas) sin un adecuado disentildeo que eviten dantildeos en los otros
elementos de la construccioacuten como pisos desaguumles etc han provocado serios dantildeos en
estas partes de la construccioacuten que podriacutean haber sido evitados aplicando medidas
tendientes a evitar el ingreso del agua en el terreno
La eficacia del disentildeo adoptado en cada caso depende en gran medida de la calidad de las
investigaciones geoteacutecnicas realizadas La informacioacuten baacutesica que eacutestas deben suministrar
son el espesor del manto de suelos colapsables y la magnitud del colapso bajo peso propio
o bajo carga de todos los estratos del perfil
Una incorrecta estimacioacuten de estos paraacutemetros puede llevar a proponer y construir
soluciones ingenieriles totalmente opuestas a las correctas La confeccioacuten de perfiles de
colapsabilidad como los presentados permiten establecer la existencia o no de suelos
autocolapsables sus espesores aproximados y la profundidad a la que se encuentran Esta
metodologiacutea de anaacutelisis es de gran ayuda por ejemplo en la eleccioacuten del procedimiento
idoacuteneo para estabilizar el terreno
A continuacioacuten se presenta una descripcioacuten de las distintas soluciones ingenieriles maacutes
utilizadas en este tipo de suelos En primer lugar se analizan el primer grupo de soluciones
que se ha englobado bajo el nombre de Mejoramiento de suelos continuando luego con los
otros dos grupos Medidas para evitar la iniciacioacuten del colapso y fundaciones yo
estructuras insensibles a los fenoacutemenos del colapso
112 Mejoramiento de suelos colapsables
Consideraciones previas
El objetivo principal de estas soluciones es eliminar o disminuir apreciablemente la
susceptibilidad al colapso del suelo bien disminuyendo la porosidad del suelo
(compactacioacuten) o bien aumentando la resistencia estructural entre las partiacuteculas del suelo
(meacutetodos fiacutesico-quiacutemicos) Una de las formas de clasificar los meacutetodos de mejoramiento o
estabilizacioacuten ha sido precisamente eacutesta o sea teniendo en cuenta la accioacuten resultante
sobre el suelo (Aitchison1973 Rocca1985) Sin embargo para el desarrollo y explicacioacuten
de los diferentes meacutetodos se ha elegido la clasificacioacuten propuesta por Evstatiev(1988) que
tiene en cuenta el medio usado para realizar la estabilizacioacuten y el objeto de la misma
Evstatiev (1988) propone la siguiente clasificacioacuten de los meacutetodos de estabilizacioacuten de
suelos loeacutessicos la cual puede hacerse extensiva a suelos colapsables
a) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacioacuten
b) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
c) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
d) Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
e) Meacutetodos de mejoramiento que incorporan elementos resistentes a la traccioacuten dentro del
suelo
f) Geomembranas
g) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por drenaje
h) Correccioacuten de taludes y terraplenes
A continuacioacuten siguiendo la clasificacioacuten antes expuesta se desarrollaran aquellas
metodologiacuteas de mejoramientos de suelos colapsables maacutes extendidas Desarrollaacutendose
principalmente los grupos abc y d puesto que incluyen una serie de acciones particulares
frente al fenoacutemeno del colapso En cuanto a los restantes grupos (e f g y h) las teacutecnicas de
mejoramiento del terreno utilizadas persiguen los mismos objetivos buscados en otros tipos
de suelos y en general la teacutecnica empleada es praacutecticamente la misma Por tal motivo y
puesto que se apartan un tanto del objeto de estas notas se estima conveniente no abundar
sobre ellas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacioacuten
Este grupo comprende varias de las metodologiacuteas usadas en suelos colapsables para reducir
los vaciacuteos de modo de eliminar la colapsabilidad reducir la permeabilidad y aumentar la
capacidad de carga Esto se realiza utilizando fuerzas estaacuteticas o dinaacutemicas o bien a traveacutes
de la inyeccioacuten de lechadas
Compactacioacuten dinaacutemica Este meacutetodo es adecuado para compactar mantos de suelos
colapsables superficiales con espesores menores a 350 metros El meacutetodo consiste en dejar
caer en caiacuteda libre desde una altura de 4 a 8 metros pilones de 3 a 8 Tn sobre la superficie
del terreno a razoacuten de 10 a 16 impactos en cada lugar (Abelev y Abelev 1979) El impacto
genera una rotura de la estructura del suelo un aumento de la presioacuten de poros y una
compresioacuten del aire presente en los poros produciendo un reacomodamiento de las
partiacuteculas dando como resultado una estructura maacutes compacta Seguacuten Malyshev et al
(1983) el contenido de humedad del suelo juega un papel importante lograacutendose la maacutexima
eficiencia con un contenido de humedad cercano al Liacutemite Plaacutestico Si el contenido de
humedad es menor a eacuteste es necesario humedecer el espesor de suelo de modo de alcanzar
una mejor eficacia Varios son los factores que controlan los resultados del meacutetodo asiacute por
ejemplo el espesor compactado es funcioacuten principalmente del peso y del diaacutemetro del piloacuten
En tanto el grado de compactacioacuten estaacute controlado por el nuacutemero de impactos y la humedad
del suelo El grado de compactacioacuten no es uniforme a lo largo de todo el espesor
compactado lograacutendose la maacutexima densificacioacuten a 12 a 15 veces el diaacutemetro del piloacuten
Sin embargo se pueden obtener Pesos Unitarios secos superiores a 16 tm3 en espesores de
25 a 35 m lo cual en la mayoriacutea de los casos es suficiente para disminuir o anular la
susceptibilidad al colapso del suelo Una variante a este meacutetodo es realizar la compactacioacuten
solamente en los lugares donde actuacutean las cargas y no en toda el aacuterea de la construccioacuten
Por ejemplo en casos de fundaciones de muros de carga o fundacioacuten de columnas el
mejoramiento del suelo se logra densificando la zona de influencia del bulbo de presiones
o sea la zona donde los incrementos de presioacuten pueden hacer colapsar el suelo
Compactacioacuten por medio de pequentildeos pilotes piramidales En cierta forma este meacutetodo es
una variante del meacutetodo anterior Consiste en hincar un pilote piramidal de 3 a 4 metros de
longitud con una seccioacuten transversal superior de 60 x 60 a 70 x 70 cm y una seccioacuten
transversal inferior de 10 x 10 cm Una vez retirado el pilote la cavidad se rellena con
hormigoacuten Este tipo de metodologiacutea da excelentes resultados en aacutereas en donde existe un
espesor de suelos potencialmente colapsables (no autocolapsables) de 30 o 40 m de
profundidad pero que colapsaraacuten si estaacuten sometidos a los incrementos de carga
transmitidos por las construcciones Una de las ventajas del meacutetodo es la completa
mecanizacioacuten de todas las operaciones Una variante a este meacutetodo consiste en realizar la
hinca sobre una capa de piedra partida dando como resultado un bulbo de suelo
compactado alrededor de la capa de piedra mejorando la capacidad de carga por la punta
del pilote asiacute construido
Compactacioacuten por pilotes de suelo Este es uno de los meacutetodos maacutes usuales para
compactar espesores importantes (18 a 20 m) de suelos loeacutessicos susceptibles al colapso
El procedimiento consta de dos partes primero se realiza la perforacioacuten y segundo se llena
la cavidad con suelo compactado La perforacioacuten se realiza usualmente mediante la hinca
de un pilote metaacutelico con base ensanchada (15 veces) En otra metodologiacutea de reciente uso
la excavacioacuten se hace de la siguiente forma se perfora hasta la profundidad deseada un
hoyo de 8 cm de diaacutemetro dentro del cual se coloca una columna de explosivos que luego
de estallar crea una perforacioacuten de aproximadamente 080 m de diaacutemetro Despueacutes de
efectuada esta perforacioacuten dinaacutemica la cavidad se rellena con suelo local introducido en
tongadas de 100 a 200 Kg que luego son compactadas dinaacutemicamente por medio de un uacutetil
especial Concluidas ambas etapas quedan formadas columnas de suelo compactado con un
diaacutemetro aproximado igual a dos veces el de la perforacioacuten El grado de compactacioacuten va
decreciendo a medida que se aleja del centro de la columna por tal motivo es importante
conocer esta ley de decrecimiento para disentildear correctamente la cuadriacutecula de pilotes de
suelo Al igual que en los otros meacutetodos la eficiencia del sistema aumenta en la medida que
la humedad del suelo natural y compactado se encuentre a una humedad cercana al Limite
Plaacutestico Por tal motivo es usual que previo a la perforacioacuten se realice una humectacioacuten del
espesor de suelos a compactar Las densidades alcanzadas son del orden de 170 a 180
tm3 que son suficientes para evitar el colapso por peso propio y permiten el use del
espesor compactado como manto de fundacioacuten
Compactacioacuten por explosiones de gas Esta relativamente nueva metodologiacutea de
compactar espesores de suelos colapsables consiste en introducir a traveacutes de una lanza de
agua a presioacuten una caacutemara de compresioacuten que contiene una mezcla de gas propano y
oxiacutegeno la cual se va elevando a medida que se producen una serie de explosiones de la
mezcla De este modo se va generando una columna 120 140 m de suelo compactado
(Densidad de 150 tcm3) (Martemyanov et al 1979)
Compactacioacuten por humedecimiento (Hidrocompactacioacuten) En este caso se utiliza la propia
susceptibilidad del suelo a colapsar bajo peso propio El meacutetodo maacutes frecuente de realizar
la humectacioacuten o saturacioacuten del terreno es a traveacutes de infiltracioacuten del agua desde la
superficie del terreno para lo cual se efectuacutean excavaciones poco profundas (040 a 080 m)
o bien se construyen grandes estanques En muchos casos a efectos de acelerar el ingreso
del agua al terreno se construyen dentro del estanque drenes de arena convenientemente
espaciados Este sistema ha sido empleado ampliamente en varias partes del mundo por
ejemplo en EEUU por Gibbs y Bara (1967) y Clevenger (1956) en Rumania por Bally et
al (19651969) en la URSS por Lomize (1968) y Mustafaef (1967) en China por Lin y
Liang (1982) y en Argentina por Moll et al (1979) A pesar de su amplia utilizacioacuten y su
bajo costo el meacutetodo presenta una serie de inconvenientes aparicioacuten de grietas de traccioacuten
en el contorno del aacuterea inundada existencia de importantes deformaciones posteriores al
colapso necesidad de recompactar los 4 oacute 5 primeros metros utilizando otro tipo de
metodologiacutea La efectividad de este meacutetodo se mejora sustancialmente si al mismo se lo
combina con otro meacutetodo de compactacioacuten dinaacutemica
Compactacioacuten por humedecimiento previo y por explosiones profundas Este meacutetodo fue
desarrollado en al Unioacuten Sovieacutetica por Livinov (1976) en la deacutecada de los 60 El espesor de
suelos a compactar es previamente humedecido a traveacutes de un sistema de drenes
(cuadriacutecula de 3 x 3 a 5 x 5 m) Las cargas explosivas (5 a 7 Kg) son colocadas en el fondo
de los mismos drenes o bien en tubos metaacutelicos colocados en perforaciones adicionales La
cuadriacutecula con las cargas es aproximadamente de 4 x 4 m En este procedimiento no es
necesario la completa saturacioacuten del suelo que por ejemplo necesita el meacutetodo anterior
Posterior al humedecimiento se hacen estallar las cargas de toda un aacuterea (2000 a 50000
m2) La explosioacuten generan una onda de choque que hace licuar la estructura del suelo lo
cual permite un reacomodamiento de las partiacuteculas y un crecimiento de la densidad del
suelo En ciertos casos es aconsejable la construccioacuten de trincheras alrededor de la zona a
compactar a efectos de evitar la propagacioacuten de grietas fuera de ella La explosioacuten produce
un importante a inmediato asentamiento de la superficie del terreno Los asentamientos en
general se estabilizan al cabo de 3 oacute 4 semanas Este tipo de meacutetodo es aconsejable cuando
se desea compactar grandes voluacutemenes de suelo particularmente en grandes complejos
industriales o bien en obras hidroeleacutectricas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
En este apartado se incluyen aquellos meacutetodos de estabilizacioacuten consistentes en la mezcla y
posterior compactacioacuten de suelo colapsable con otros materiales (arena gravas) a efectos
de conseguir mayor resistencia y mayor rigidez Este tipo de estabilizacioacuten es de amplio use
en la ingenieriacutea vial en la construccioacuten de bases y de sub-bases
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
Este grupo incluye a aquellas metodologiacuteas en las cuales el mejoramiento de las
propiedades resistentes del suelo se consiguen con la creacioacuten de viacutenculos maacutes soacutelidos y
estables en la estructura del suelo En algunas de ellas la inyeccioacuten de agentes cementantes
provoca la rotura de la estructura original del suelo En otras por el contrario la inyeccioacuten
de agentes quiacutemicos actuan directamente sobre los viacutenculos sin modificar la estructura del
suelo Los meacutetodos se pueden dividir en meacutetodos superficiales y meacutetodos profundos
dependiendo en donde se realice la estabilizacioacuten En los meacutetodos de estabilizacioacuten
superficiales el mejoramiento en general se consigue mediante la mezcla y posterior
compactacioacuten del suelo con agentes quiacutemicos o cementantes tales como cemento cal
emulsiones asfaacutelticas sales (NaCl Nat C03 NaPO3) etc Estos meacutetodos de estabilizacioacuten
son tambieacuten usuales en otros tipos de suelos y son de amplia utilizacioacuten en todo tipo de
obras de ingenieriacutea civil por tal motivo no insistiremos en ellos Por el contrario los
meacutetodos de estabilizacioacuten profunda aunque tambieacuten se han utilizado en otros tipos de
suelos muchos de ellos se han desarrollado y usado especiacuteficamente para eliminar o
disminuir la susceptibilidad al colapso en espesores importantes de suelo A continuacioacuten
se presentan algunos de ellos
Inyecciones de agentes quiacutemicos Las investigaciones y las realizaciones en este tipo de
estabilizaciones se ha desarrollado principalmente en la Unioacuten Sovieacutetica Seguacuten Mitchell
(1981) la razoacuten principal por la cual estos meacutetodos no se han extendido universalmente se
debe principalmente a los altos costos frente a otros tipos de estabilizaciones Sin embargo
Esvtatiev (1988) da cuenta de la existencia en la URSS de maacutes de 800 proyectos en donde
se han utilizado satisfactoriamente p ej el meacutetodo de silicatizacioacuten) Esto ha permitido un
continuo mejoramiento de la tecnologiacutea una reduccioacuten de los costos y una abundante
normativa en la regulacioacuten de su uso El agente quiacutemico maacutes utilizado por su bajo costo
frente a otros agentes quiacutemicos es el Silicato de Sodio El meacutetodo consiste en inyectar en
todo el espesor de suelo a tratar una solucioacuten de silicato de sodio (Densidad = 1 10 a 1 04
gcm3) a traveacutes de un tubo inyector de 42 mm de diaacutemetro con perforaciones de 3 mm
protegidas por un manguito de goma La inyeccioacuten se realiza a una presioacuten de 20 a 40
Kgcm2 y una descarga de 48 litros por minuto (Zvyagin et al 1978) La silicatizacioacuten del
suelo es soacutelo posible en un medio fuertemente alcalino Seguacuten Sokolovic (1973) se logra
una mejor eficiencia mediante una pre y post gasificacioacuten con carbonato de calcio Luego
de la inyeccioacuten tres son los cambios que se observan en el suelo un aumento significativo
de la resistencia a la compresioacuten (superior a 20 Kgcm2 ) una eliminacioacuten de la
susceptibilidad al colapso y una disminucioacuten de la permeabilidad Otro de los tratamientos
con agentes quiacutemicos es la inyeccioacuten de amoniacuteaco La mejora en el suelo es inferior al
tratamiento por silicatizacioacuten ademaacutes presenta la desventaja de ser un elemento toacutexico y su
utilizacioacuten requiere medidas especiales de proteccioacuten (Sokolovic 1973)
Estabilizacioacuten teacutermica Esta teacutecnica comenzoacute a desarroIlarse en la URSS en la deacutecada de
los antildeos 50 y ha sido utilizada exitosamente en un importante nuacutemero de emprendimientos
Seguacuten Esvtatiev (1988) la aplicacioacuten de este meacutetodo es teacutecnica y econoacutemicamente
aconsejable en los siguientes casos a) en la estabilizacioacuten de fundaciones existentes de
estructuras altas como chimeneas tanques de agua b) en la paralizacioacuten de los
asentamientos en construcciones existentes provocados por el colapso del suelo Las
propiedades de los minerales arcillosos cambian cuando eacutestos son sometidos a altas
temperaturas lo cual genera un aumento importante de la resistencia y por ende la
eliminacioacuten de la susceptibilidad al colapso del suelo La tecnologiacutea ha ido variando y
mejorando su eficiencia a lo largo de estas deacutecadas No obstante la variedad de meacutetodos
casi todos ellos consisten en la introduccioacuten de un quemador de fuel o gas dentro de un pre
pozo de 020 metros de diaacutemetro con una presioacuten de aire de 20 a 30 Kgcm2 De esta
forma al cabo de 10 a 15 diacuteas se consigue una columna estabilizada de suelo de 20 a 30
metros y una profundidad de 10 a 15 metros (Beles y Stanculescu 1958)
Estabilizacioacuten mediante mezclado mecaacutenico con agentes cementantes El objetivo de este
tipo de estabiacutelizacioacuten es la creacioacuten de columnas o pilotes de suelo con alta resistencia y
rigidez que permitan la transferencia de las cargas a mantos maacutes profundos y estables
Varios son los meacutetodos constructivos que pueden agruparse dentro de este grupo Los
subdividiremos en los siguientes subgrupos dependiendo del lugar en donde se realiza la
mezcla del suelo con el agente cementante
1 La mezcla del suelo y el agente cementante se realiza en superficie En este caso la
excavacioacuten se puede realizar bien utilizando la teacutecnica constructiva empleada en los pilotes
de suelo (hinca) o bien usar teacutecnicas usuales de perforacioacuten La mezcla deiexcl suelo con el
agente cementante (preferentemente Cemento Portland) puede ser fluida (suelo cemento
plaacutestico) a introducirse dentro de la excavacioacuten en forma de pastones o bien mezclar el
suelo y elcemento con porcentaje de humedad oacuteptimo a introducirlos en la perforacioacuten en
tongadas (100 a 200 Kg) las cuales posteriormente son compactadas dentro de la misma
excavacioacuten Por lo tanto existen cuatro variantes seguacuten sea el tipo de excavacioacuten y el tipo
de mezcla
2 La mezcla del suelo y el cemento se realiza en el mismo proceso de perforacioacuten En este
caso la mezcla del agente cementante se realiza con el propio suelo La mezcla puede
realizarse mediante uacutetiles especiales que van mezclando el suelo con una lechada de
cemento o bien usar la teacutecnica del jet grouting mediante un chorro de lechada a alta presioacuten
Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
Este tipo de estabilizacioacuten se realiza principalmente en terrenos con suelos potencialmente
colapsables en los cuales la presencia de cargas adicionales en superficie puede generar
asentamientos adicionales ante un incremento de la humedad del suelo Asiacute una parte del
suelo colapsable superficial ubicado directamente debajo de las fundaciones es excavado
extraiacutedo y reemplazado por otro material maacutes competente Los materiales generalmente
utilizados son los siguientes el mismo suelo extraiacutedo compactado y eventualmente
estabilizado granulomeacutetricamente arena compactada o suelo cemento compactado La
eleccioacuten del tipo de material estaacute condicionado generalmente por variables teacutecnico
econoacutemicas Los espesores de estos mantos son variables (1 a 4 m) dependiendo del tipo de
cargas y de las caracteriacutesticas del proyecto Por ejemplo en algunos proyectos los
condicionantes pueden ser los asentamientos diferenciales (edificios) en cambio en otros
(canales) no soacutelo importa disminuir la probabilidad que se produzca el colapso sino
tambieacuten lograr una capa de suelo maacutes impermeable Este tipo de metodologiacutea ha sido
utilizada con eacutexito en numerosos paiacuteses y en innumerables tipos de obras Tambieacuten es
frecuente el empleo de esta metodologiacutea en forma conjunta con otro tipo de estabilizacioacuten
profunda cuando se presentan mantos de suelos colapsables profundos y con espesores
muy dispares
113 Medidas conducentes a evitar la iniciacioacuten del colapso
Arriba se sentildealaron los tipos de humedecimientos que seguacuten Goldstein (1969) pueden
presentarse en una masa de suelo
a) humedecimiento localizado por rotura de conducciones hidraacuteulicas o infiltraciones de
aguas de lluvia
b) humedecimiento extenso causado por roturas de canales o efluentes industriales
c) ascenso del nivel freaacutetico
d) aumento gradual y lento del contenido de humedad por condensacioacuten del vapor de agua
provocados por condiciones ambientales
Muchos de estos tipos de humedecimientos pueden ser prevenidos principalmente los
primeros pues en general eacutestos son debidos a fallas o roturas de las instalaciones de la
misma construccioacuten En cambio los otros tipos de humedecimientos estaacuten condicionados
por factores externos al proyecto como por ejemplo puede ser el ascenso del nivel freaacutetico
o la rotura de un canal cercano y ajeno al proyecto La accioacuten del proyectista debe estar
encaminada principalmente a impedir dentro de los liacutemites del proyecto la generacioacuten de
estos humedecimientos provocados por elementos de la propia construccioacuten Robinson y
Narkiewicz (1982) sugieren las siguientes medidas de proteccioacuten contra el humedecimiento
de edificios
a) Pendientes adecuadas en la superficie del terreno que rodea a la construccioacuten de modo
que no se produzcan embalsamientos de agua en las cercaniacuteas de las fundaciones y que
cualquier peacuterdida de agua pueda ser eliminada con rapidez
b) Canalizacioacuten de todos los desaguumles de techos y patios hacia el exterior de la
construccioacuten
c) Instalacioacuten de membranas impermeables o pavimentacioacuten de la superase que rodea a la
construccioacuten de modo de limitar la infiltracioacuten de agua en el suelo adyacente a las
construcciones
d) Encerrar las conducciones de agua o efluentes cloacales dentro de conductos de faacutecil
acceso a efectos de detectar posibles peacuterdidas
Algunas de estas medidas requieren una serie de medidas de control y mantenimiento
durante la vida uacutetil de la obra de manera que perioacutedicamente se realicen inspecciones a las
instalaciones y puedan detectarse peacuterdidas o dantildeos en las mismas Tambieacuten es aconsejable
que los propietarios de la obra conozcan perfectamente los riegos a que estaacute expuesta la
misma de modo que su actividad yo descuidos no inicie procesos de humedecimiento del
terreno
Las medidas de proteccioacuten en otros tipos de obras civiles (canales o caminos) tienen la
misma filosofiacutea es decir elementos de proteccioacuten que impidan o dificulten la entrada del
agua en el terreno de fundacioacuten Asiacute por ejemplo en las obras lineales se debe prestar una
especial atencioacuten al disentildeo del sistema de alcantarillado y de desaguumles En algunos casos
estas obras suelen seguir parcialmente las curvas de nivel del terreno convirtieacutendose en
verdaderas presas que impiden el natural escurrimiento de las aguas provocando la
acumulacioacuten de agua en su entorno lo que genera un humedecimiento generalizado del
terreno de fundacioacuten con los consecuentes dantildeos en la obra
Es frecuente que en ciertos tipos de obras como viviendas unifamiliares de una planta o
incluso caminos y canales las uacutenicas medidas a adoptar sean las presentadas en este
apartado ya que la utilizacioacuten de teacutecnicas de mejoramiento o fundaciones profundas
resultan prohibitivas En realidad la mayoriacutea de las obras aludidas se construyen admitiendo
el riesgo de un posible colapso del terreno El buen comportamiento que han tenido la
mayoriacutea de ellas se debe fundamentalmente a que no se ha producido ninguacuten tipo de
humedecimiento En contraste los dantildeos son serios en aquellas obras que los han sufrido
Por todo ello es un deber de los investigadores a ingenieros buscar nuevas soluciones
econoacutemicas que permitan disminuir los riesgos y por ende los dantildeos en este tipo de obras
Uno de los caminos en tal sentido es el estudio de estructuras que absorban o minimicen
los posibles asentamientos diferenciales provocados por el humedecimiento localizado del
suelo sin un aumento excesivo de los costos
114 Estructuras yo fundaciones que admiten y resisten los fenoacutemenos provocados
por el colapso
El anaacutelisis de este apartado se centraraacute principalmente en el estudio de las fundaciones
superficiales en suelos potencialmente colapsables ya que el otro gran grupo de soluciones
fundaciones profundas mediante pilotes seraacute objeto de un examen detallado en los
apartados siguientes
La lista de estructuras que se asientan directamente sobre mantos de suelos potencialmente
colapsables es amplia entre ellas pueden sentildealarse viviendas unifamiliares construcciones
transitorias galpones ductos enterrados canales caminos etc
Las fundaciones directas sobre suelos colapsables pueden ser divididas en dos grupos
a) Fundaciones riacutegidas utilizadas principalmente en estructuras livianas y con cargas
puntuales por ejemplo torres de liacuteneas de alta tensioacuten columnas de naves industriales o
depoacutesitos En general este tipo de estructuras tienen algunos rasgos comunes como son por
ejemplo cargas verticales bajas cargas horizontales importantes y en general suelen
aceptar asentamientos admisibles mayores
b) Fundaciones de baja rigidez longitudinal en este caso se trata de estructuras con cargas
lineales (muros de carga canales etc) con baja rigidez en el sentido de las cargas Este tipo
de estructuras son sensibles a humedecimientos localizados del terreno que generan
asientos diferenciales importantes En general las medidas que suelen tomarse para
disminuir los efectos de los asientos diferenciales son las siguientes disentildeo de elementos
que rigidicen la estructura (Clemence Y Finbarr 1981) y el disentildeo de elementos
constructivos que eviten
RECAPITULACIOacuteN
Definido el concepto de colapso el estudio se ha enfocado al anaacutelisis de los suelos
colapsables por humedecimiento En esta clase particular de suelos metaestables el agente
externo que desencadena el fenoacutemeno de colapso es el agua En estos suelos un incremento
de humedad puede provocar una disminucioacuten o anulacioacuten de las fuerzas que vinculan unas
partiacuteculas con otras y por lo tanto cambiar el estado de equilibrio en la estructura del suelo
El colapso de la estructura del suelo depende fundamentalmente de dos causas a) de la
importancia de los cambios provoca dos por el agua en los viacutenculos existentes entre las
partiacuteculas y b) del estado tensional en los viacutenculos O sea para que se produzca el colapso
es necesario un agente sensibilizante y un estado tensional capaz de provocar la des-
estabilizacioacuten de la estructura del suelo
Por este motivo los meacutetodos que mejor reflejan la susceptibilidad al colapso de un suelo
son aquellos basados en ensayos mecaacutenicos donde ambos factores estaacuten presentes
La gran subdivisioacuten que se hace a los suelos colapsables parte precisamente de verificar
coacutemo es el comportamiento del suelo en su estado tensional original o bajo su propio
peso Si se produce el colapso bajo este estado se indica que el suelo es verdaderamente
colapsable o autocolapsable en cambio si el fenoacutemeno no se produce se sentildeala que el
suelo es candicionalmente colapsable o colapsable bajo carga
En este contexto diversos investigadores introducen el concepto (tambieacuten tensional) de
Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) o Presioacuten de Fluencia Saturada (σf) como aquella
presioacuten a la cual se produce el colapso Desde un punto de vista teoacuterico esta presioacuten deberiacutea
ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero desde un punto de vista praacutectico se
asume que una pequentildea magnitud del colapso es permisible Por ejemplo las normas
Sovieacuteticas Lo toman igual al 100 las Chinas igual al 150 En cambio en Argentina se
utiliza maacutes la Presioacuten de Fluencia Saturada que se obtiene de forma similar a la Presioacuten de
Preconsolidacioacuten No obstante esta diferencia metodoloacutegica en ambos casos el concepto es
el mismo
Con respecto a las metodologiacuteas usadas para establecer la susceptibilidad al colapso de un
suelo o de un perfil de suelo han sido analizadas las que utilizan el concepto de Presioacuten
Inicial de Colapso y la magnitud del colapso Esta seleccioacuten se realizoacute fundamentalmente
por las siguientes causas primero porque se hacen en base a ensayos mecaacutenicos donde
intervienen el agente externo (el agua) y el estado tensional del suelo y segundo porque
permiten establecer ya sea a traveacutes de un perfil de colapsabilidad o la magnitud del
colapso coacutemo seraacute realmente el comportamiento del terreno ante las solicitaciones
producidas por la obra de ingenieriacutea
Los perfiles de colapsabilidad relacionan en profundidad el peso propio de las tierras con
la Presioacuten Inicial de Colapso esto permite determinar el espesor de suelos autocolapsables
o el espesor de los suelos que colapsaraacuten si ademaacutes del humedecimiento se aumenta el
estado tensional Estos perfiles son de gran ayuda al proyectista de fundaciones en suelos
colapsables dado que le permiten conocer en forma global la magnitud del problema al que
estaacute enfrentado No obstante su utilidad no termina alliacute sino que por el contrario estos
perfiles le permiten tomar decisiones sobre cuaacuteles son las soluciones ingenieriles maacutes
convenientes del proyecto Pues con su ayuda se podraacute seleccionar el meacutetodo de
mejoramiento del terreno la cota de fundacioacuten de una fundacioacuten profunda la magnitud de
la carga por rozamiento negativo etc
La determinacioacuten de la magnitud del colapso de un perfil de suelo usada como
metodologiacutea de clasificacioacuten tambieacuten es de utilidad en el disentildeo de construccioacuten de obras
de ingenieriacutea en suelos colapsables Sobre todo en la caracterizacioacuten del terreno de grandes
aacutereas ya sea en obras lineales (canales caminos etc) o puntuales (complejos fabriles obras
hidraacuteulicas etc) dado que cada perfil de suelo estaacute caracterizado por un paraacutemetro lo cual
permite el manejo de un nuacutemero importante de informacioacuten Obviamente esta metodologiacutea
tambieacuten es de gran use en cualquier tipo de obras independientemente de su tamantildeo a
importancia
En un abundante nuacutemero de proyectos no es suficiente haber realizado una caracterizacioacuten
o clasificacioacuten del terreno sino que es necesario determinar la magnitud de los
asentamientos que pueden producirse en las obras Los asentamientos por colapso depende
baacutesicamente de dos tipos de factores intriacutensecos y extriacutensecos
Se sentildealan como intriacutensecos aquellos factores propios del suelo como son sus propiedades
fiacutesicas y mecaacutenicas El comportamiento del suelo dependeraacute del tipo de estructura o la
forma en que estaacuten ordenadas las partiacuteculas del grado de compacidad del tipo de viacutenculos
que unen grano con grano etc Estos factores en general no se encuentran
homogeacuteneamente distribuidos por lo cual los paraacutemetros que definen sus propiedades
tenso-deformacionales pueden sufrir variaciones locales importantes
Los factores externos que influyen en la magnitud de los asentamientos son dos el aacuterea
inundada y el estado tensional Estos dos factores influyen considerablemente en la
magnitud de los asentamientos por colapso y por tal motivo deben ser analizados
especiacuteficamente en los caacutelculos Respecto al primero de los factores a pesar que se han
realizado importantes trabajos teoacutericos la informacioacuten experimental indica que todaviacutea
existe cierta indeterminacioacuten en su estimacioacuten Por tal motivo la influencia del aacuterea
inundada en la magnitud de los asentamientos se limita a realizar correcciones de tipo
empiacuterico En cuanto a la influencia que el estado tensional tiene en los asentamientos las
investigaciones se han centrado especialmente en el estudio de cargas externas (zapatas) en
la superficie del terreno
ENSAYOS ldquoin siturdquo Perforacioacuten y muestreoEnsayos ldquoin siturdquo
o Ensayo de penetracioacuten estandar (SPT)o Ensayo de penetracioacuten de cono (CPT + CPTu)o Dilatoacutemetro de placa plana (DMT)o Presuroacutemetro (PMT)o Corte en veleta (VST)10487131048713 Meacutetodos geofiacutesicoso Ondas siacutesmicas (P- S- R-waves)o Electromagneacuteticas (radar resistividad)
EQUIPOS AUTOPROPULSADOS
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)1048713El ensayo ldquoin siturdquo maacutes comuacuten en el mundo10487131902 - Coronel Gow de Raymond Pile Co1048713 Muestreador ciliacutendrico partido1048713 Norma ASTM D 15861048713 Martillo (140-lbs cae 30 pulgadas) (635-kg cae 076 metros)1048713 Tres incrementos de 6 pulgadas Suma de los dos uacuteltimos incrementos = N (golpespieacute)
Se obtiene suelo y
un nuacutemero
Muestra alterada
(Solo para
caraterizacioacuten)
Nuacutemero muy crudo
para el anaacutelisis
No aplicable en
Ventajas
arcillas blandas y
Limos
Variabilidad e
incertidumbre
se obtiene un nuacutemero
Sencillo y de bajo
Costo
Funciona en muchos
tipos de suelo
Se puede utilizar en
rocas blandas
Disponible
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Estos suelos en condiciones de no saturacioacuten o saturacioacuten parcial presentan continuamente un reacomodo radical de las partiacuteculas y una gran peacuterdida de volumen por remojo osea al entrar al estado de saturacioacuten completa La existencia de estos suelos en el mundo y las dificultades ocasionadas a las edificaciones cimentadas sobre ellos han sido reconocidos ampliamente Los depoacutesitos maacutes extensos de suelos colapsables son eoacutelicos o depoacutesitos transportados de arena y limos (loess)Se puenden encontrar comuacutenmente en las maacutergenes fluviales
Desventajas
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Depoacutesitos eoacutelicos Estos depoacutesitos consisten en materiales transportados por el viento el cual forma dunas depoacutesitos tipo loess playas eoacutelicas y grandes depoacutesitos de ceniza volcaacutenica
Depoacutesitos transportados por agua Consisten principalmente de depoacutesitos de sedimentos sueltos a carreados por el agua los cuales forman abanicos fluviales y flujos deslizantes Estos materiales pueden ser depositados por una avenida repentina o flujo de lodo derivado de pequentildeas cuencas colectoras sujetas a aguaceros poco frecuentes
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Suelos residuales Estos suelos son producto del intemperismo y la
desintegracioacuten y alteracioacuten mecaacutenica de rocas madres Las partiacuteculas de
material residual pueden variar de tamantildeo de grandes fragmentos de
gravas a arenas limos coloides y en algunos casos material orgaacutenico
La estructura del grano colapsable se ha desarrollado como producto de
la accioacuten disolvente sobre el material soluble y coloidal La lixiviacioacuten del
material soluble y del material fino conduce a una alta relacioacuten de vaciacuteos
y a una estructura inestable Otro tipo de suelo que muestra colapso al
remojo son aquellos derivados de tufo volcaacutenico
sulfato de calcio arenas sueltas cementadas por sal soluble arcillas
dispersivas y arcillas montmorilloniacuteticas ricas en sodio
CAUSAS QUE GENERARIacuteAN DICHO COMPORTAMIENTO- Estructura parcialmente saturada potencialmente inestable- Una componente de esfuerzo aplicado o existente lo suficientemente alta para desarrollar una condicioacuten metaestable- Un ligante resistente o un agente cementante para estabilizar contactos intergranulares el cual se reduce por remojo ocasionando el colapso La mayoriacutea de suelos colapsables involucra la accioacuten de partiacuteculas arcillosas en los enlaces entre los granos gruesos de arena-Agentes cementantes tales como oacutexido de hierro carbonato de calcio o la soldadura de granos en contacto proporcionan esfuerzos resistentes para muchos suelos colapsables La accioacuten de este cementante es frecuentemente el agente principal de colapso en loess El grado al cual el agente cementante pierde su efectividad depende del grado de contaminacioacuten del ingreso del agua y del grado de disolucioacuten del agente cementante involucrado
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
CONSOLIDOacuteMETRO PARA ENSAYO DE COLAPSO
Se procede a cortar el suelo de acuerdo con las dimensiones del anillo
del ensayo de consolidacioacuten unidimensional Determinar sus
propiedades fiacutesicas tales como humedad natural peso volumen
gravedad especiacutefica de soacutelidos liacutemites de consistencia distribucioacuten
granulomeacutetrica seguacuten las normas
Se instala la muestra en el anillo del consolidoacutemetro despueacutes de haber
determinado el peso inicial de la masa huacutemeda y altura de la muestra y
fijar el conjunto anillo-muestra en el consolidoacutemetro Aplicar una carga
de contacto 005 kgcm2 (5 Kpa) despueacutes de 5 min tomar lectura del
deformiacutemetro aplicar incrementos de carga a cada hora hasta que se
aplique la presioacuten vertical apropiada Los incrementos de carga seraacuten
012 025 050 100 200 etc Kgcm2 (12 25 50 100 200 etc) o
cargas de acuerdo al meacutetodo de ensayo ASTM D2435 registrar la
deformacioacuten antes de incrementar una nueva carga
Determinacioacuten del potencial de colapso
donde
di = lectura del dial con el esfuerzo adecuado antes de la saturacioacuten (mm)
df = lectura del dial bajo el esfuerzo adecuado despueacutes del humedecimiento (mm)
ho = altura inicial de la muestra (mm)
Tmbieacuten se puede evalua en teacuterminos de relacioacuten de vaciacuteos
dondeΔe = cambio de relacioacuten de vaciacuteos bajo el esfuerzo adecuado antes y despueacutes de la inundacioacuteneo = relacioacuten de vaciacuteo inicialLa evaluacioacuten de un suelo colapsable seraacute de acuerdo a la siguiente tablaCon todo lo epxlicado concluimos que el colapso de los suelos es la disminucioacuten moderada de volumen cuando estaacute con bajo contenido de humedad y una gran peacuterdida cuando estaacute sumergido y la magnitud de asentamiento depende del contenido de humedad del suelo En estado sumergido y bajo la aplicacioacuten de cargas verticales los suelos colapsables presentan un mayor asentamiento Los suelos colapsables existen en todo el mundo principalmente en la regiones aacuteridas y semiaacuteridas nuevamente comentando que los depoacutesitos eoacutelicos coluviales residuales tubos volcaacutenicos etc son suelos que pueden ser colapsables
Definicioacuten de colapso Se definen como colapso a cualquier disminucioacuten raacutepida de volumen del suelo producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factoresbull Contenido de humedad (w) bull Grado de saturacioacuten (Sr) bull Tensioacuten media actuante (τ) bull Tensioacuten de corte (σ) bull Presioacuten de poros (u)
TIPOS DE SUELOS COLAPSABLESLos tipos de suelos colapsables son
- Suelos aluviales y coluviales ndash Depositados en ambientes Semi-deseacuterticos por flujos maacutes o menos torrenciales- Suelos eoacutelicos ndash Depositados por el viento son arenas y limos arenosos con escaso cemento arcilloso en una estructura suelta o inestable
- Cenizas volcaacutenicas ndash Provenientes de cenizas arrojadas al aire por actividad volcaacutenica explosiva- Suelos residuales ndash Derivados de la descomposicioacuten in ndash situ de minerales de ciertas rocas son luego lixiviados por el agua y pierden su cemento
CONSECUENCIAS EN CIMENTACIONES
Patologiacuteas en cimentaciones Posibles causas
Introduccioacuten
De todos los posibles tipos de patologiacutea que puede sufrir la edificacioacuten las estadiacutesticas demuestran que son las patologiacuteas ligadas a las cimentaciones las que mayores costes globales conllevan Ademaacutes tienen gran repercusioacuten social lo que las hace maacutes notorias por la complejidad propia de su reparacioacuten porque suponen una fuerte alteracioacuten y hasta interrupcioacuten del uso del inmueble y porque suelen involucrar a colindantes e incluso poderes puacuteblicos Urge como en ninguacuten otro caso determinar las causas y cuanto antes dar una solucioacuten al problema
Causas intriacutensecas de fallos de cimentacioacuten
Se agrupan aquiacute los fallos de cimentacioacuten consecuencia de la interaccioacuten entre el terreno y la propia cimentacioacuten de la construccioacuten afectada
Defectos de proyecto
Son errores de concepcioacuten de disentildeo o caacutelculo del proyecto Son errores previsibles por lo que si se tienen en cuenta en el disentildeo y caacutelculo de la edificacioacuten el riesgo de que provoquen dantildeos se minimizaEnumeramos aquiacute no todas pero siacute algunas de las posibles causas de problemas derivadas del proyectobull Falta de capacidad de carga cimentacioacuten insuficiente o capacidad
de carga del suelo insuficientebull Esfuerzos no contemplados por ej por olvido de algunas
sobrecargas de explotacioacutenbull Conocimiento insuficiente del suelo Lo que deriva en la ignorancia
de riesgos especiales geoteacutecnicos Las causas pueden ser escasez de reconocimientos previos del terreno mala interpretacioacuten de los mismos no consideracioacuten de los fenoacutemenos de agresividad etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Cobra importancia en terrenos con especiales caracteriacutesticas
Arcillas expansivas
Suelos colapsables
Rellenos antroacutepicos
Suelos blandos naturales
Infravaloracioacuten del riesgo geoteacutecnico conocido eacuteste Casos asiacute pueden ser desprecio de los efectos que produce la falta de homogeneidad de un suelo o las distintas profundidades de aparicioacuten de la roca en planta desprecio de los efectos de la potencial expansividad o de posible subpresioacuten o fenoacutemenos de subsidencias procesos de disolucioacuten etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONESbull Defectos en la evaluacioacuten del terreno asientos calculados no
tolerables por la estructura esfuerzos paraacutesitos en pilotes (olvido del efecto de asiento de terrenos flojos o rellenos recientes) etc
bull Efecto grupo en pilotes defectuosa estimacioacuten del efecto grupo en pilotes flotantes no consideracioacuten de los esfuerzos laterales o del rozamiento negativo etc
bull Ausencia de consideracioacuten del bulbo de tensiones de la cimentacioacuten propia y su alcance Pero tambieacuten de cimentaciones colindantes que podriacutean suponer una carga oblicua sobre nuestra cimentacioacuten habraacute que considerarla en caacutelculo y prever un proceso constructivo adecuado (no vayamos a provocar dantildeos a otras edificaciones)
bull Ignorancia de las condiciones de contorno es decir no consideracioacuten de las condiciones del entorno de la estructura
proyectada posibles socavaciones arrastres descalces agotamientos rebajamientos de nivel freaacutetico etc
bull Heterogeneidades distribucioacuten irregular de las cargas o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentacioacuten
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Defectos de ejecucioacuten
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecucioacuten de eacutestos Los defectos de ejecucioacuten normalmente responden a un deficiente Control de Calidad Por tanto en principio son evitablesAlgunos errores de ejecucioacuten podriacutean serbull Apreciacioacuten erroacutenea de los estratos resistentes confundidos con
capas de poco espesor bolos erraacuteticos etcbull Errores de replanteo bull Mala calidad de los materiales en especial hormigones Deterioro
de zapatas losas o muros por escasa calidad de los materiales grietas de retraccioacuten por mala dosificacioacuten del hormigoacuten materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto etc
bull Degradacioacuten del material suele ir unido al anterior hormigoacuten no resistente a la agresividad del terreno recubrimientos insuficientes madera metal etc
bullCAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Lavado del hormigoacuten en cimentaciones superficiales o profundas colocado en presencia de aguas en movimiento
Errores en la colocacioacuten de armaduras confusioacuten de diaacutemetros de armado ausencia de separadores etc
Problemas de fraguado unidos a errores de vertido de dosificacioacuten de curado
Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio cortadas lavadas) o de baja calidad y excesiva carga portante de caacutelculo
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
3 SUELOS COLAPSABLES
31 Caracteriacutesticas comunes
Reginatto (1977) sentildeala que en general los suelos colapsables presentan una serie de
caracteriacutesticas comunes tales como
Estructura macroporosa con iacutendice de huecos (e) entre relativamente alto a muy alto
1048713 Granulometriacutea predominantemente fina con predominio de fracciones de limos y de
arcilla El tamantildeo de los granos es generalmente poco distribuido y con los granos maacutes
grandes escasamente meteorizados La mayoriacutea de las veces la cantidad de la fraccioacuten
arcilla es relativamente escasa pero sin embargo tiene una influencia importante en el
comportamiento mecaacutenico de la estructura intergranular
1048713 Estructura mal acomodada con partiacuteculas de mayor tamantildeo separadas por espacios
abiertos y unidas entre siacute por acumulaciones o puentes de material predominantemente
arcilloso En muchos casos existen cristales de sales solubles insertados en tales puentes o
uniones arcillosas
32 Definicioacuten de colapso
Zur y Wisemam (1973) definen como colapso a cualquier disminucioacuten raacutepida de volumen
del suelo producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factores (9)
1048713 Contenido de humedad (w)
1048713 Grado de saturacioacuten (Sr)
1048713 Tensioacuten media actuante (τ)
1048713 Tensioacuten de corte (σ)
1048713 Presioacuten de poros (u)
Reconociendo por lo tanto que el colapso de la estructura del suelo puede producirse por
una variedad de procesos diferentes de la saturacioacuten Reginatto (1977) sugiere que a esta
lista de factores puede agregarse la interaccioacuten quiacutemica entre el liacutequido saturante y la
fraccioacuten arcillosa
A efectos de definir y diferenciar los distintos tipos de colapso Uriel y Serrano (19731974)
clasifican a los suelos colapsables o desmoronables en
Grupo I Suelos en los que tiene lugar un raacutepido cambio de la relacioacuten entre presiones
efectivas y las deformaciones sin que se alcance la resistencia uacuteltima del material De
acuerdo con esto la causa del colapso es uacutenicamente el cambio de las presiones efectivas A
este grupo pertenecen los limos o arcillas cementadas y las rocas de gran porosidad
Cuando se ensaya a humedad constante se detecta una notable modificacioacuten de su moacutedulo
de compresibilidad al alcanzar un cierto valor las presiones efectivas
Arcillas cementadas ndash ciudad de huarmey ndash AH Santo Domingo
Se puede apreciar las rajaduras sufridas por colapso del suelo arcillo limoso cementado
Grupo II Suelos en los que sin la presencia o cambio de las condiciones que producen el
colapso no hay cambio abrupto en la relacioacuten presioacuten-deformacioacuten Tal es el caso de los
loess y algunas arcillas que contienen sulfatos Si se ensayan a humedad constante la
relacioacuten tensioacuten-deformaciones es una curva suave y continua y sin agudos quiebros La
saturacioacuten produce sin embargo un importante cambio volumeacutetrico debido probablemente
a un incremento de la presioacuten de los poros que origina el agotamiento de la resistencia al
corte del suelo
33 Suelos colapsables por humedecimiento
Establecida la definicioacuten general de colapso nuestro anaacutelisis se centraraacute en aquellos suelos
en los cuales el colapso de la estructura del suelo es provocado por un incremento del
contenido de humedad Por lo tanto en lo sucesivo cuando se hable de suelos colapsables
se entenderaacute que son aquellos suelos en que un aumento en el contenido de humedad
provoca una brusca disminucioacuten de volumen sin la necesidad de un aumento en la presioacuten
aplicada
A partir de esta definicioacuten se advierte
1048713 Por un lado una destruccioacuten o un cambio en la estructura que el suelo teniacutea
originalmente y
1048713 Por el otro lado un agente externo el agua que provoca este fenoacutemeno
En la Mecaacutenica de Suelos claacutesica de los suelos saturados o de los suelos secos el fenoacutemeno
de colapso generalmente viene asociado a un cambio en el estado tensional del suelo En
cambio aquiacute y en una primera definicioacuten estariacutea provocado por un agente externo (cambio
en el contenido de humedad)
En el proceso de consolidacioacuten de suelos saturados (Teoriacutea claacutesica de Terzaghi) tambieacuten se
produce una disminucioacuten de volumen pero puede decirse que en muchos aspectos el
colapso es lo contrario de la consolidacioacuten tal como se indica en Reginatto (1977) (11)
4 MECANISMO DEL COLAPSO
A continuacioacuten se analizaraacuten los diferentes mecanismos de colapso para distintas
estructuras de suelos para lo cual se seguiraacute principalmente el trabajo de Dudley (1970)
Las siguientes condiciones generales son las que establece Dudley para que ocurra el
colapso
1 La estructura del suelo deberaacute tener ciertas caracteriacutesticas de modo tal que se tienda a la
ocurrencia de dicho fenoacutemeno
2 Las partiacuteculas estaraacuten unidas entre siacute por fuerzas o materiales cementantes que son
susceptibles -tanto unas como otros- pueden ser anulados o reducidos cuando aumenta el
contenido de humedad del suelo
3 Cuando este soporte es reducido o anulado las partiacuteculas del suelo deslizan o ruedan por
una peacuterdida de la resistencia al corte
Los suelos granulares como las arenas y las gravas presentan un tipo de estructura simple
tambieacuten ampliable a los limos En ella las uniones entre granos son contactos reales
debidos a fuerzas gravitacionales fuerzas exteriores o capilares Estas uacuteltimas tienen un
caraacutecter temporal ya que dependen del grado de saturacioacuten que posea el suelo La humedad
del suelo puede variar entre el estado saturado y el seco del mismo modo las tensiones
capilares seraacuten variables con el contenido de humedad y desapareceraacuten tanto al saturarse
como al secarse el suelo
Seguacuten puede verse en la forma que toman los meniscos hace que el agua esteacute traccionada y
por lo tanto la presioacuten de poros sea negativa Esto origina un aumento de la presioacuten efectiva
que une un grano con el otro Este aumento de la presioacuten efectiva origina un aumento en la
resistencia por lo cual los granos opondraacuten una mayor resistencia al deslizamiento
Si en este estado el suelo se satura la presioacuten efectiva disminuiraacute y con ella la resistencia
al corte pudiendo provocar un deslizamiento relativo entre los granos de suelo
Cuando la estructura es macroporosa este deslizamiento entre granos se manifiesta en una
importante disminucioacuten de volumen
Este tipo de mecanismo de colapso o desmoronamiento puede ampliarse tambieacuten para
aquellas arenas en las que sus viacutenculos estaacuten formados por partiacuteculas de limos
Cada partiacutecula de arcilla posee una carga neta negativa que se equilibra con los cationes de
la doble capa que la rodea Dos partiacuteculas se repeleraacuten entre siacute cuando entran en contacto
sus dobles capas A medida que se trate de acercarlas esta fuerza de repulsioacuten aumentaraacute
Ademaacutes de esta fuerza de repulsioacuten existe una fuerza de atraccioacuten entre las partiacuteculas
debidas a las fuerzas de Van der Waals o fuerzas de enlace secundario esta fuerza tambieacuten
es funcioacuten de la distancia entre las partiacuteculas Por lo tanto las partiacuteculas se atraeraacuten o
repeleraacuten en funcioacuten de la resultante de estas dos fuerzas
Las fuerzas de repulsioacuten son dependientes de las caracteriacutesticas del sistema (espesor de la
doble capa) no asiacute las fuerzas de atraccioacuten que en general son independientes de eacutel Las
partiacuteculas podraacuten alejarse o acercarse modificando las caracteriacutesticas del medio y por ende
el espesor de las dobles capas El proceso de acercamiento de una partiacutecula con otra se
denomina floculacioacuten y al proceso de alejamiento de una partiacutecula respecto a otra
dispersioacuten
Lambe y Whitman (1969) indican que se provoca una tendencia a la floculacioacuten
aumentando una o varias de las siguientes caracteriacutesticas
- Concentracioacuten de iones Valencia ioacutenica
- Temperatura o disminuyendo una o maacutes de las siguientes
- Constante dieleacutectrica
- Tamantildeo del ioacuten hidratado
- Absorcioacuten de aniones
- pH
Durante un proceso de saturacioacuten ademaacutes de una disminucioacuten de las fuerzas capilares hay
una disminucioacuten en la concentracioacuten de iones y por lo tanto un proceso de dispersioacuten
Partiacuteculas que antes estaban unidas por fuerzas de atraccioacuten comienzan a repelerse y
adquirir una estructura dispersa y probablemente menos resistente
Esta es una manera bastante simple de explicar un mecanismo mucho maacutes complejo en el
que pueden intervenir ademaacutes de los nombrados otros factores Sin embargo se advierte
coacutemo una estructura estable puede ser modificada cuando entra en juego un agente
externo que desestabiliza y modifica los viacutenculos que primariamente le conferiacutean una
resistencia aparente
En cualquiera de los tipos de estructuras antes descritas los viacutenculos entre partiacuteculas
pueden estar impregnados de un agente cementante que confiere una resistencia cohesiva
adicional al deslizamiento de un grano respecto a otro
Tambieacuten esta cohesioacuten puede tener un caraacutecter temporal semejante al de las fuerzas
capilares
La peacuterdida de esta resistencia dependeraacute tanto de las caracteriacutesticas del agente cementante
como de las del fluido Asiacute si la cementacioacuten deriva de sales cristalizadas la peacuterdida de
resistencia seraacute funcioacuten del grado de solubilidad de estas sales
Finalmente cualquiera sea el tipo de estructura de suelo que se esteacute considerando siempre
es posible hablar de viacutenculos o fuerzas que unen o ligan una partiacutecula a otra En unos casos
las partiacuteculas estaacuten en contacto directo entre siacute (partiacutecula-partiacutecula) unidas por fuerzas
externas o capilares y en otros casos estas tuerzas o viacutenculos pueden tener caraacutecter
fiacutesicoquiacutemico o eleacutectrico a incluso no existir contacto directo entre las partiacuteculas
Si la estructura del suelo se encuentra en estado de equilibrio y un agente externo -
cualquiera- provoca una disminucioacuten o anulacioacuten de las fuerzas que vinculan unas
partiacuteculas con otras puede suceder que el suelo pase a un nuevo estado de equilibrio
Este proceso entre dos estados de equilibrio puede provocar o no un cambio de la
estructura del suelo dependiendo de
1048713 La magnitud de los cambios provocados en los viacutenculos yo fuerzas por el agente
externo
1048713 Estado tensional existente en los viacutenculos
Si los cambios provocados por el agente externo en las caracteriacutesticas de los viacutenculos no
son suficientes como para movilizar un cambio de estructura eacutesta permaneceraacute inalterada
Sin embargo la condicioacuten de equilibrio puede haber variado dado que de alguna forma el
agente ha sensibilizado al suelo
En cambio si el estado tensional en los contactos es superior a la resistencia que tienen
eacutestos durante el proceso las partiacuteculas cambiaraacuten de posicioacuten produciendo un cambio de
estructura y pasando a un nuevo estado de equilibrio
Un ejemplo de ello puede observarse en en la cual se han dibujado dos ensayos
edomeacutetricos de un mismo estrato La muestra A fue cargada hasta una presioacuten de 200
kgcm2 a humedad natural (w= 144) siendo posteriormente inundada a esa presioacuten
Durante este proceso se observa un importante cambio volumeacutetrico La muestra B fue
inundada a una presioacuten de 010 Kgcm2 no observaacutendose ninguacuten cambio volumeacutetrico
durante el proceso de saturacioacuten Posteriormente se continuoacute el ensayo edomeacutetrico en
forma habitual hasta una presioacuten de 200 kgcm2
Al no advertirse cambios volumeacutetricos durante el proceso de saturacioacuten puede inferirse que
tampoco se han inducido cambios en la estructura del suelo pero es indudable que
efectivamente se ha generado una notable disminucioacuten en la resistencia de los viacutenculos
dado que al aumentar el estado tensional el comportamiento del suelo varioacute radicalmente
del que se observoacute durante el proceso de carga a humedad natural en la muestra A
Esto tambieacuten queda reflejado en las curvas de La primera de ellas corresponde a la
variacioacuten de las deformaciones verticales en funcioacuten del tiempo cuando la muestra A fue
saturada a una presioacuten axial de 200 kgcm2 en tanto la segunda corresponde al salto de
carga de 100-200 kgcm2 del ensayo B (saturada a 010 kgcm2) En ambas curvas se
advierte en primer teacutermino una brusca disminucioacuten de volumen sentildealada como colapso
primario (Redolfi 1982)
En esta etapa la resistencia y la estabilidad de la estructura macroporosa y mal acomodada
dependen baacutesicamente de la resistencia al corte a la traccioacuten y a la compresioacuten de los
puentes o acumulaciones de arcillas yo sales en los puntos de contacto entre las partiacuteculas
(Reginatto 1977) Los esfuerzos que se producen en dichos viacutenculos y puntos de contactos
han superado la resistencia del material provocando el consecuente desmoronamiento de la
estructura del suelo dando como resultado una totalmente distinta a la anterior Posterior a
esta primera etapa (cambio de pendiente de las curvas) sigue existiendo una importante
disminucioacuten de volumen debida posiblemente a un reacomodamiento de las partiacuteculas del
suelo a esta nueva estructura de suelo mejorado o compactado
El objetivo de todo este apartado no ha sido explicar el mecanismo uacuteltimo del colapso sino
maacutes bien tratar de comprender a traveacutes de ejemplos simples y factibles coacutemo la entrada de
agua en una estructura metaestable origina una desestabilizacioacuten o sensibilizacioacuten en la
resistencia existente entre los viacutenculos
Tampoco se ha pretendido hacer una revisioacuten exhaustiva de todos los mecanismos que
diversos investigadores han propuesto para explicar el fenoacutemeno del colapso sino tomar en
consideracioacuten aquellos maacutes documentados y que mejor se adaptan al caso de suelos
loeacutessicos con estructura macroporosa que seraacuten objeto de un especial anaacutelisis en estas
notas
5 COLAPSO RELATIVO
Con referencia al Colapso Relativo (δcol) existe una aparente anarquiacutea tanto en su
denominacioacuten como en la forma de calcularlo En se sentildealan algunas de las maacutes conocidas
Del anaacutelisis de las diferentes ecuaciones se advierte que la uacutenica diferencia en el caacutelculo
radica en el denominador o valor de referencia que se elija altura inicial de la probeta (h0)
la altura de la probeta a humedad natural cargada a una presioacuten igual al peso propio de las
tierras (h1) o la altura de la probeta antes de la inundacioacuten cargada a una presioacuten a
σ(wHN) Esta variedad de definiciones es aparente dado que para el caso del caacutelculo de la
magnitud del asentamiento debido solamente al peso propio de las tierras dos de las
ecuaciones se hacen iguales puesto que para ese caso particular h1= hHN a incluso suele
suceder que h es aproximadamente igual a h0
En lo sucesivo se utilizaraacute la siguiente ecuacioacuten para definir el Colapso Relativo (δcol)
h HN= Altura de la probeta a humedad natural (antes de la inundacioacuten) cargada a una
presioacuten cualquiera σ
hSAT = Altura de la probeta saturada (despueacutes de producido el colapso) cargada a la
presioacuten σ
h = Altura de la probeta a humedad natural cargada a una presioacuten axial igual al peso propio
de las tierras
SUELOS AUTOCOLAPSABLES Y POTENCIALMENTE COLAPSABLE
En el graacutefico semilogariacutetmico que representa el comportamiento de un suelo un ensayo a
compresioacuten confinada realizado sobre en condicioacuten saturada se puede observar un quiebre
en la curva de compresibilidad La presioacuten axial a la cual se produce este quiebre o este
cambio de comportamiento se la denomina Presioacuten de Fluencia Saturada o Presioacuten Inicial
de Colapso En principio se establece que para presiones menores a esta el suelo tiene un
comportamiento elaacutestico y los asentamientos por colapso son bajos y nulos Por el
contrario para presiones mayores a la de Fluencia el suelo tiene un comportamiento elaacutesto-
plaacutestico y los asentamientos por colapso son importantes
Se dice que un suelo es auto colapsable cuando la presioacuten de tapada o geoestaacutetica (σ0) es
superior a la Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) Esto quiere decir que cuando en ese suelo
se produzca el humedecimiento se produciraacuten asentamientos importancia con solamente la
accioacuten de su peso propio
Se designa con suelos potencialmente colapsable a aquellos suelos en los que la presioacuten de
tapada o geo-estaacutetica (σ0) es menor a la Presioacuten Inicial de Colapso
7 PERFILES DE COLAPSIBILIDAD
Lo realmente interesante de los conceptos antes enunciados radica fundamentalmente en
que han permitido generar una metodologiacutea de anaacutelisis de los perfiles con suelos
susceptibles al colapso
Este anaacutelisis permite confrontar a cada profundidad considerada la magnitud de la Presioacuten
Inicial de Colapso (σicol) con la Presioacuten total (σT) igual a la suma de la presioacuten debida a la
carga aplicada (Δσ) maacutes la presioacuten por peso propio (σ0)
En (26) se presenta un perfil de suelo en el que se ha dibujado la variacioacuten de ambas
presiones (la Presioacuten Inicial o de Fluencia y la Presioacuten Total) en funcioacuten de la profundidad
para dos estados de cargas en el correspondiente a las presiones geostaacuteticas y en el
correspondiente a las presiones totales provocadas por una carga en la superficie del
terreno
A partir del anaacutelisis de estas curvas pueden establecerse por ejemplo los espesores de los
suelos que autocolapsaraacuten por humedecimiento y aquellos que colapsaraacuten si ademaacutes de la
saturacioacuten se aumentan las cargas y consecuentemente clasificar los suelos en sus
diferentes grupos suelos verdaderamente colapsables (autocolapsables) o suelos
condicionalmente colapsables (colapsables bajo cargas externas)
Aun cuando el valor de la Presioacuten Inicial sea aproximado este tipo de anaacutelisis es de
fundamental intereacutes en el disentildeo de los diferentes tipos de cimentaciones ya que se podraacute
conocer cuales seraacuten en forma aproximada los principales problemas que se presentaraacuten
en el disentildeo de las obras permitiendo de esta
forma elegir correctamente el tipo de cimentacioacuten o el meacutetodo de mejoramiento del suelo a
emplear para disminuir o anular la susceptibilidad al colapso
8 MAGNITUD DEL ASENTAMIENTO POR COLAPSO
81 Definiciones
La magnitud del asentamiento por colapso producido por humedecimiento del terreno
depende seguacuten Grigoryan y Ivanov (1968) tanto de
1048713 Factores intriacutensecos del suelo (caracteriacutesticas fisico-mecaacutenicas) y de
1048713 Factores externos al suelo (estado tensional y el aacuterea inundada)
Se define al asentamiento adicional por colapso (Wcolt) de un manto de suelos
colapsables de espesor Ht a la sumatoria
donde
Ht = H1+H2+ = Hj+Hn
Hj = Espesor del estrato j
Wcolj = Asentamiento adicional por colapso del estrajo j
δcolj = Colapso relativo del estrato j a la presioacuten σzj
σzj = Presioacuten total (peso propio + incremento de presioacuten) en el estrato j
82 Caracteriacutesticas fiacutesico-mecaacutenicas
Un aspecto importante del comportamiento de este tipo de suelos y que por lo tanto
influyen en la magnitud de los asentamientos es su marcada heterogeneidad Los suelos
loeacutessicos colapsables en cierto entorno suelen considerarse como suelos homogeacuteneos pero
en realidad poseen una apreciable heterogeneidad extendida dentro de la masa Algunos de
estos aspectos pueden ser puestos en evidencia a traveacutes de ensayos geoteacutecnicos
La determinacioacuten de los paraacutemetros tenso-deformacionales como el colapso relativo (δcol)
puede diferir seguacuten Abelev y Abelev (1979) de 15 a 2 veces incluso si se lo hace a partir
de probetas gemelas talladas de un uacutenico bloque de suelo
Esto soacutelo se explica a traveacutes de la gran heterogeneidad local que presentan estos suelos en
los cuales existen macroporos dejados por raiacuteces o insectos y concreciones aisladas de
carbonatos etc que pueden hacer variar las caracteriacutesticas deformacionales en oacuterdenes de
magnitud de los arriba sentildealados Otro aspecto que sentildealan Bally et al (1969) es la
heterogeneidad en la variacioacuten local de las caracteriacutesticas quiacutemicas y mineraloacutegicas las
cuales son difiacuteciles de ser advertidas por meacutetodos usuales de investigacioacuten Para corroborar
todo este tipo de heterogeneidades en (30) se muestran liacuteneas de igual asentamiento para
un estanque experimental de 30 mestros de lado al cabo de 3 meses de continua inundacioacuten
Pueden observarse asentamientos diferenciales de hasta 60 cm Esto induce a pensar que
aunque las propiedades tenso deformacionales pudieran ser aproximadamente constantes
viacuteas preferenciales de humedecimiento (canaliacuteculos verticales dejados por raiacuteces de
hierbas) pueden saturar mayores espesores o presentar curvas de iso saturacioacuten apartadas
del modelo teoacuterico
En resumen una de las caracteriacutesticas principales que deben tenerse siempre en cuenta en
el caacutelculo de la magnitud de los asentamientos por colapso es que estos frecuentemente no
seraacuten uniformes ya sea por las causas antes expuestas como por otros factores como por
ejemplo la dimensioacuten del aacuterea inundada
83 Aacuterea inundada
Otro de los aspectos que influyen considerablemente en la magnitud de los asentamientos
por colapso son el tipo de humedecimiento que se realice dentro de la masa del suelo y las
dimensiones del aacuterea humedecida Golacutedstein (1969) distingue cuatro tipos de
humedecimientos
1 Humedecimiento localizado del suelo a poca profundidad debido generalmente a la
rotura de conducciones hidraacuteulicas de las construcciones En estos casos es casi imposible
predecir a priori la forma en planta y en corte de estos humedecimientos y por lo tanto
hacer una estimacioacuten de la magnitud de los asentamientos y su distribucioacuten en planta
2 Humedecimiento extenso de todo el perfil del suelo causado por una importante
infiltracioacuten de agua (rotura de canales o efluentes industriales) Los asentamientos en estos
casos pueden ser importantes y dantildeinos para las construcciones especialmente cuando los
asentamientos son desiguales
3 Una elevacioacuten uniforme del nivel freaacutetico debido generalmente a una recarga del freaacutetico
causado por una fuente lejana
4 Un aumento gradual y lento del contenido de agua debido por ejemplo a la
condensacioacuten del vapor y una acumulacioacuten de humedad causada por cambios en las
condiciones ambientales (pavimentacioacuten de la superficie del terreno)
En cuanto a la forma y las dimensiones del aacuterea humedecida se ha demostrado
experimentalmente que los asentamientos por colapso calculados con la ecuacioacuten indicada
arriba son soacutelo aplicables cuando la superficie de saturacioacuten o fuente de humedecimiento
es del orden de 23 a 1 vez el espesor de los sedimentos colapsables (Krutov y Dyakonov
1973) En cambio cuando esta relacioacuten es menor y la zona humedecida se aparta de la
supuesta unidimensional los asentamientos reales son sustancialmente menores a los
calculados
Por tal motivo algunos investigadores coinciden en afirmar que dicha ecuacioacuten debe estar
afectada de un coeficiente (m) que tenga en cuenta el tipo la forma y las dimensiones del
aacuterea humedecida
m = f (B L Z)
donde B y L son el ancho y largo de la fuente de inundacioacuten y Z el espesor de la zona
humedecida Asiacute en la ex URSS es habitual afectar a los asentamientos calculados por un
coeficiente llamado de condiciones de campo o de operacioacuten
Este coeficiente es pues la relacioacuten entre el asentamiento real medido en el terreno y el
calculado De modo que
84 Estado tensional
La magnitud del asentamiento adicional por colapso es funcioacuten de la tensioacuten actuante en el
manto de suelo considerado Si se analiza el caso particular de una zapata apoyada sobre la
superficie del terreno el asentamiento adicional por colapso seraacute funcioacuten de la forma y las
dimensiones de aacuterea cargada del espesor del manto susceptible al colapso y del tipo y la
forma de la zona humedecida Sin embargo se ha comprobado experimentalmente que si el
espesor de los mantos de suelos colapsables que se encuentran por debajo de la zona
comprimida es suficientemente importante como para que pueda colapsar por peso propio
la amplitud del asentamiento no depende praacutecticamente de la forma y de las dimensiones de
las fundaciones (Abelev y Abelev 1979)
En las numerosas experiencias realizadas sobre zapatas a escala real se ha comprobado que
los asentamientos adicionales por colapso medidos pueden llegar a ser entre 15 a 2 veces
mayores que los calculados sobre todo en zapatas con anchos inferiores a los 20 m de
ancho (Abelev y Abelev 1979)
Estas divergencias entre el valor de los asentamientos calculados y los reales pueden
atribuirse a varios factores entre los cuales pueden sentildealarse
c) La eleccioacuten del espesor del manto de suelos colapsables o susceptibles a sufrir un
asentamiento adicional ha sido largamente discutido Asiacute Kodrynova (1969) en base a
ensayos de zapatas a escala real pudo establecer las dimensiones de la zona realmente
deformada Confirmando que la profundidad de la zona deformada era menor que la
profundidad que por ejemplo estableciacutean las Normas Sovieacuteticas vigentes en ese momento
Estas Normas haciacutean soacutelo consideraciones tensionales y fijaban la profundidad del manto
como aqueacutella para la cual la relacioacuten entre el valor de la carga adicional debida a la zapata
(Δσ) y el de la presioacuten natural (σ0) se haciacutean igual a 020 Kodrynova (1969) comproboacute
que el criterio maacutes adecuado para establecer este espesor era usar el concepto de resistencia
estructural o Presioacuten Inicial de Colapso sugerido por Abelev en 1968 Asiacute observoacute que la
zona deformada se correspondiacutea muy bien con aquellos lugares donde los valores de
tensiones totales (σz) eran mayores al valor de la Presioacuten Inicial de Colapso (δicol) Por
tanto concluyoacute que el espesor Zo puede definirse como la profundidad en la cual se
comprueba que
Esto coincide con lo advertido por Grigoryan (1967) en ensayos de zapatas cuadradas y
rectangulares en donde solamente se observaron asentamientos en la masa del suelo
cuando la tensioacuten actuante era mayor al valor de la Presioacuten Inicial de Colapso (δicol)
Por lo tanto se puede concluir que no existen reglas praacutecticas -como las que existen en
otros tipos de suelos- que puedan dar valores indicativos de la relacioacuten entre el ancho de la
cimentacioacuten y el espesor del manto deformable Sin embargo de lo que siacute hay abundante
evidencia es que la zona deformada generalmente aumenta cuando aumenta el contenido de
humedad (Tsytosich et al 1979)
b) La distribucioacuten de tensiones en la masa de un suelo colapsable provocada por una zapata
riacutegida se asemeja a la de un medio seminfinito y elaacutestico (error entre 20 a 30) soacutelo
cuando el suelo estaacute a humedad natural y la tensioacuten no sobrepasa los 30 kgcm2
(Grigoryan 1967) Tsytosich et al (1979) comprobaron experimentalmente esta afirmacioacuten
observando que a posteriori de la inundacioacuten del suelo el cambio tensional sobre la vertical
en el borde y en el centro de la zapata aumentan Se advierte que durante el proceso de
inundacioacuten del suelo ubicado debajo de la zapata se produce una concentracioacuten de
tensiones bajo la zapata disminuyendo el aacuterea en donde se distribuyen las cargas Seguacuten
Abelev y Abelev (1979) esto puede explicarse porque las relaciones tensioacuten-deformaciones
de los suelos macroporosos no son lineales a estos niveles de tensioacuten
9 METODOS DE IDENTIFICACIOacuteN
91 Aspectos generales
A partir de la deacutecada de los antildeos 50 se generoacute una preocupacioacuten manifiesta por parte de
diferentes investigadores en identificar y clasificar la potencialidad al colapso en los
distintos suelos
Estos intentos a escala mundial se han enfrentado fundamentalmente con dos
inconvenientes o limitaciones como son
1 La gran variedad de tipos de suelos que colapsan por humedecimiento Asiacute por
ejemplo meacutetodos probados en ciertos paiacuteses o regiones en determinados tipos de suelos no
han podido hacerse extensivos a suelos de otras zonas cuyo origen geoloacutegico y geneacutetico es
francamente diferente
2 La frecuente heterogeneidad de los suelos colapsables por humedecimiento En este
sentido hay coincidencia entre los investigadores que han estudiado suelos colapsables de
distinto origen geoloacutegico Asiacute pueden encontrarse referencias tanto en investigadores que
analizaron suelos lateriacuteticos o de origen eoacutelico como el loess (Abeley y Abeley 1979
Moretto 1986) que en principio suelen considerarse como suelos homogeacuteneos Es
frecuente encontrar una variacioacuten en el grado de cementacioacuten (por ejemplo debido a
carbonatos) en soacutelo algunos centiacutemetros En otros casos esta heterogeneidad es debida a la
presencia de grandes macroporos dejados por raiacuteces o insectos
Esto ha llevado a una gran variedad de metodologiacuteas para establecer la susceptibilidad al
colapso de los suelos y una anarquiacutea en la terminologiacutea empleada en los diferentes paiacuteses
para su clasificacioacuten Sin embargo en la mayoriacutea de los casos los diferentes investigadores
o coacutedigos han tendido a discretizar el comportamiento del suelo frente al colapso en dos
grupos suelos que colapsan bajo peso propio y suelos que colapsan bajo una carga mayor
Rocca (1985) ha confeccionado una tabla de equivalencias con la denominacioacuten que
reciben en los distintos paiacuteses
82 Clasificacioacuten de los meacutetodos de identificacioacuten de suelos colapsables
En cuanto a los tipos de meacutetodos de identificacioacuten propiamente dichos varios han sido los
enfoques que se han propuesto Estos podriacutean clasificarse en tres grupos
1048713 Meacutetodos basados en paraacutemetros fiacutesicos de identificacioacuten de suelos tales como Peso
Unitario Liacutemites de Consistencia Granulometriacutea etc
1048713 Meacutetodos basados en ensayos mecaacutenicos principalmente en ensayos edomeacutetricos
1048713 Meacutetodos basados en la magnitud del colapso
Existe una abundante bibliografiacutea sobre los diferentes meacutetodos de clasificacioacuten a
identificacioacuten en las cuales se ha realizado un anaacutelisis criacutetico sobre los diferentes meacutetodos
como las ya referidas de Rocca (1985) y Redolfi et al (1986) y otras como las de Sultan
(1969) Reginatto (1970 1974) Loacutepez Corral (1977) Jimeacutenez Salas (1987) y Lutenegger y
Saber (1988) Por lo tanto en este apartado no se insistiraacute en ello sino maacutes bien se haraacute un
enfoque general del problema y se presentaraacuten aquellos conceptos v meacutetodos que
posteriormente seraacuten utilizados en el desarrollo de estas notas
Meacutetodos basados en paraacutemetros fiacutesicos de suelos
En general la mayoriacutea de estos meacutetodos de identificacioacuten tienen maacutes bien un caraacutecter
cualitativo que cuantitativo pretendiendo ubicar el suelo analizado en algunos de los
grupos mencionados en (36) La clasificacioacuten consiste habitualmente en establecer si el
suelo es autocolapsable (colapsable bajo su propio peso) o bien si es condicionalmente
colapsable (colapsable bajo carga externa)
En estas notas solamente se analizaraacuten tres de ellos que tienen en comuacuten que relacionan el
liacutemite liacutequido y el peso unitario seco
a) Denison (1961) establece el Coeficiente de Colapso (k) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando la relacioacuten de vaciacuteos del suelo en estado natural (e) es mayor
que la relacioacuten de vaciacuteos correspondiente al Liacutemite Liacutequido (eL )
b) Gibbs (1961) establece una Relacioacuten de Colapso (R) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando la humedad de saturacioacuten del suelo (wSAT) es mayor que el
Liacutemite Liacutequido (wL )
c) Coacutedigo de edificacioacuten de la URSS (1962) establece un Indice de Colapso (R) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando R es mayor de -010
En se han superpuesto los puntos correspondientes a pares de valores del peso unitario
seco y el Liacutemite Liacutequido de suelos de la ciudad de Coacuterdoba Argentina (Redolfi et al
1986) De ella se desprende que los valores de los paraacutemetros obtenidos son valores tiacutepicos
de la formacioacuten loeacutessica de Coacuterdoba y que para todas las metodologiacuteas aquiacute presentadas la
gran mayoriacutea de los suelos son colapsables puesto que estaacuten incluidos dentro de las zonas
que los clasifican colapsables
Meacutetodos basados en ensayos edomeacutetricos
Estos meacutetodos estaacuten basados en la Presioacuten Inicial de Colapso o Presioacuten de Fluencia La
determinacioacuten del grupo al cual pertenece el suelo estudiado (auto colapsable o colapsable
bajo carga) se realiza comparando la presioacuten de tapada o geostaacutetica con la presioacuten a la cual
se produce el colapso Asumiendo como hipoacutetesis que el colapso por humedecimiento
ocurre soacutelo a partir de una cierta presioacuten por encima de la cual la resistencia estructural del
suelo es superada
La magnitud de esta presioacuten para la cual se produce el desmoronamiento de la estructura
del suelo ha sido designada por algunos autores como
1048713 Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) (Abelev y Abelev 1979) o
1048713 Presioacuten de Fluencia Saturada (σf sat) (Reginatto 1970)
Experimentalmente se ha demostrado que cuando la presioacuten total en el suelo (σt) ya sea
por cargas externas yo peso propio es menor que esta magnitud no se producen
asentamientos de colapso por humedecimiento Krutov y Tarasova (1964) sentildealan
acertadamente que desde un punto de vista teoacuterico la Presioacuten Inicial de Colapso o Presioacuten
de Fluencia deberiacutea ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero concluyen que
desde un punto de vista praacutectico una pequentildea magnitud de colapso puede asumirse como
permisible Siguiendo este concepto por ejemplo las Normas Sovieacuteticas SNIP definen a la
Presioacuten Inicial de Colapso como aquella presioacuten para la cual en una probeta instalada en un
edoacutemetro se produce un colapso relativo unitario igual a 001 o porcentual del 100
δicol = 001 = 10
En se han representado las curvas presioacuten-deformaciones unitarias de dos ensayos
edomeacutetricos del mismo suelo uno a humedad natural y el otro en estado saturado El
colapso relativo (δicol) es igual a
δicol = εHN - εSAT
donde εHN = Deformacioacuten unitaria a humedad natural
εSAT = Deformacioacuten unitaria en estado saturado
En tanto Reginatto (1970) define a la Presioacuten de Fluencia saturada de un suelo colapsable
de la misma forma en que se establece la presioacuten de preconsolidacioacuten de una arcilla
saturada en un ensayo edomeacutetrico
En se presenta la correlacioacuten que realizan Lin y Wang (1988) entre los valores de la
Presioacuten de Fluencia Saturada y la Presioacuten Inicial de Colapso (el Coacutedigo Chino la establece
para un valor de δicol = 150) Se puede observar que aproximadamente se establece una
relacioacuten directa entre ellas Esto no es de extrantildear puesto que conceptualmente ambas
definiciones tratan de fijar la presioacuten a la cual la estructura del suelo saturado comienza a
colapsar
Los numerosos intentos realizados en ensayos in situ para comprobar la validez de esta
hipoacutetesis (Krutov y Tarasova 1964 Abelev y Abelev 1979) parecen indicar a primera
vista que las predicciones tienen buen acuerdo con la realidad en muchos casos pero en
cambio en otros la diferencia entre lo predecido y lo sucedido es importante sobre todo en
aquellos casos referidos al colapso por peso propio
Meacutetodos basados en la magnitud del asentamiento por colapso
Los meacutetodos basados en la magnitud del asentamiento por colapso se fundan en determinar
la magnitud del mismo de un perfil de suelos en un lugar determinado debido solamente a
su peso propio
Asiacute por ejemplo la Clasificacioacuten Rumana de Suelos Loeacutessicos Colapsables (LCS) define
el Potencial Total de Colapso (Img) (Bally et al1973) como
donde Hj es el espesor del estrato j en metros y img es el asentamiento edomeacutetrico
adicional de una muestra de estrato j inundada a una presioacuten igual al peso propio de las
tierras (σ0 ) expresado en cmm
El Coacutedigo de Construccioacuten de Edificios de la Repuacuteblica Popular China en regiones de
suelo colapsables sigue un criterio similar (Lin y Liang 1982 Lin y Wang 1988) La
evaluacioacuten de la susceptibilidad al colapso en un determinado sitio se realiza en dos etapas
En primer lugar se evaluacutea su aptitud al autocolapso y se determina el Tipo de sitio (Tipo
1 o Tipo 2)
La magnitud del colapso por peso propio Δzc se obtiene de forma similar a la utilizada por
Bally et al (1973) en Rumania sumando los asentamientos individuales de los n estratos
colapsables del perfil
donde Hj es el espesor de estrato en cm y δzsj es el coeficiente de colapsabilidad del estrato
j en cmcm o en por ciento obtenido por medio de ensayos edomeacutetricos en los cuales
primero se carga el suelo hasta la presioacuten por peso propio y luego se inunda la muestra
donde Hj es el espesor de estrato en cm y δzsj es el coeficiente de colapsabilidad del estrato
j en cmcm o en por ciento obtenido por medio de ensayos edomeacutetricos en los cuales
primero se carga el suelo hasta la presioacuten por peso propio y luego se inunda la muestra
La sumatoria soacutelo tiene en cuenta aquellos valores de δzs jmayores de 0015
Si Δzs lt 7 cm se considera al suelo no autocolapsable por humedecimiento y se clasifica
al lugar como sitio TIPO 2 Si en cambio Δzs gt 11 cm se considera al suelo
autocolapsable por humedecimiento y se lo clasifica como sitio TIPO 1
Por uacuteltimo si 7 cm lt Δzs lt 11 cm el tipo de sitio debe ser determinado despueacutes de un
exhaustivo estudio de la geomorfologiacutea estratigrafiacutea y caracteriacutesticas estructurales del
suelo
El Coacutedigo tambieacuten establece que la magnitud del colapso por peso propio (Δzs) tambieacuten
puede ser determinada directamente en el terreno a traveacutes de una balsa o laguna de
infiltracioacuten de dimensiones especiacuteficas
La segunda etapa de la evaluacioacuten de la colapsabilidad consiste en establecer el Grado de
Colapsabilidad del suelo de cimentacioacuten Para ello se carga a las muestras representativas
de cada uno de los estratos a una presioacuten de 200 kPa y luego se las inunda La magnitud del
colapso se obtiene
donde δsj es el Coeficiente de colapsabilidad del estrato j en cmcm para una presioacuten de
200 kPa La sumatoria soacutelo tiene en cuenta valores de Δs mayores de 0015
donde δsj es el Coeficiente de colapsabilidad del estrato j en cmcm para una presioacuten de
200 kPa La sumatoria soacutelo tiene en cuenta valores de Δs mayores de 0015
SOLUCIONES INGENIERILES EN SUELOS COLAPSABLES
111 Consideraciones generales
La primera cuestioacuten que debe analizarse cuando se disentildean cimentaciones en suelos
susceptibles al colapso es la probabilidad que el agente desencadenante del fenoacutemeno el
agua pueda o no introducirse en el terreno y por ende sensibilizar al suelo en donde se
apoyaraacuten las estructuras Por definicioacuten sin la presencia del agua el suelo no colapsa Esta
cuestioacuten es significativa puesto que pueden existir numerosos casos en donde la
probabilidad que el agua se infiltre en el suelo sea lo suficientemente baja como para
analizar la posibilidad de fundar la estructura considerando el comportamiento del suelo en
su estado natural Por lo tanto cuando se hable de suelos potencialmente colapsables por
humedecimiento no debe pensarse uniacutevocamente en las soluciones ingenieriles que se
utilizan en suelos colapsables
Hecha esta aclaracioacuten a continuacioacuten se trataraacute de ofrecer un panorama de las distintas
soluciones ingenieriles que se adoptan en suelos colapsables por humedecimiento cuando
las probabilidades de que se produzca el fenoacutemeno son altas
El objetivo central de todas estas soluciones es prevenir las fallas estructurales o de servicio
que pueden sobrevenir sobre las estructuras construidas sobre estratos de suelos
colapsables
Aitchison (1973) divide a estas soluciones en
a) Tratamiento del suelo colapsable con vista a eliminar la tendencia al colapso a lo largo
de todo el estrato de suelos desmoronables
b) Disentildeo de elementos constructivos que eliminen o disminuyan a liacutemites razonables la
posibilidad que se inicie el colapso
c) Disentildeo de estructuras yo cimentaciones insensibles a los asentamientos provocados por
el colapso por ejemplo fundaciones profundas apoyadas sobre un manto profundo no
sujeto a los asentamientos por humedecimiento
El primer grupo de soluciones comprende los meacutetodos de mejoramiento de suelo por
medio de los cuales la susceptibilidad al colapso es eliminada modificando las propiedades
resistentes del suelo mediante la compactacioacuten o la cementacioacuten de los viacutenculos entre
partiacuteculas El segundo grupo incluye la adopcioacuten de medidas constructivas tendientes a
aislar el agua de manera de evitar o disminuir la presencia de condiciones favorables al
colapso admitiendo no obstante ciertos riesgos Finalmente el tercer grupo engloba tanto
las soluciones tradicionales por medio de fundaciones profundas como el disentildeo de
estructuras con fundaciones directas insensibles a los asentamientos diferenciales
provocados por el colapso del suelo En resumen en el primer grupo de soluciones se
interviene directamente en el suelo evitando asiacute el colapso en el segundo grupo se intenta
evitar que se produzca el colapso sin modificar el suelo y en el uacuteltimo grupo se construyen
estructuras yo fundaciones que admitan y resistan los fenoacutemenos provocados por el
colapso del suelo
Evstatiev (1988) sentildeala que los mejores resultados han sido alcanzados con una oacuteptima
combinacioacuten de las ventajas que individualmente tiene cada uno de los tres grupos La
experiencia ha probado que las medidas constructivas y las medidas de aislacioacuten del agua
por siacute solas no pueden resolver todos los problemas de inestabilidad que provoca el colapso
del suelo Asiacute la adopcioacuten de soluciones exclusivamente para la superestructura (por
ejemplo fundaciones profundas) sin un adecuado disentildeo que eviten dantildeos en los otros
elementos de la construccioacuten como pisos desaguumles etc han provocado serios dantildeos en
estas partes de la construccioacuten que podriacutean haber sido evitados aplicando medidas
tendientes a evitar el ingreso del agua en el terreno
La eficacia del disentildeo adoptado en cada caso depende en gran medida de la calidad de las
investigaciones geoteacutecnicas realizadas La informacioacuten baacutesica que eacutestas deben suministrar
son el espesor del manto de suelos colapsables y la magnitud del colapso bajo peso propio
o bajo carga de todos los estratos del perfil
Una incorrecta estimacioacuten de estos paraacutemetros puede llevar a proponer y construir
soluciones ingenieriles totalmente opuestas a las correctas La confeccioacuten de perfiles de
colapsabilidad como los presentados permiten establecer la existencia o no de suelos
autocolapsables sus espesores aproximados y la profundidad a la que se encuentran Esta
metodologiacutea de anaacutelisis es de gran ayuda por ejemplo en la eleccioacuten del procedimiento
idoacuteneo para estabilizar el terreno
A continuacioacuten se presenta una descripcioacuten de las distintas soluciones ingenieriles maacutes
utilizadas en este tipo de suelos En primer lugar se analizan el primer grupo de soluciones
que se ha englobado bajo el nombre de Mejoramiento de suelos continuando luego con los
otros dos grupos Medidas para evitar la iniciacioacuten del colapso y fundaciones yo
estructuras insensibles a los fenoacutemenos del colapso
112 Mejoramiento de suelos colapsables
Consideraciones previas
El objetivo principal de estas soluciones es eliminar o disminuir apreciablemente la
susceptibilidad al colapso del suelo bien disminuyendo la porosidad del suelo
(compactacioacuten) o bien aumentando la resistencia estructural entre las partiacuteculas del suelo
(meacutetodos fiacutesico-quiacutemicos) Una de las formas de clasificar los meacutetodos de mejoramiento o
estabilizacioacuten ha sido precisamente eacutesta o sea teniendo en cuenta la accioacuten resultante
sobre el suelo (Aitchison1973 Rocca1985) Sin embargo para el desarrollo y explicacioacuten
de los diferentes meacutetodos se ha elegido la clasificacioacuten propuesta por Evstatiev(1988) que
tiene en cuenta el medio usado para realizar la estabilizacioacuten y el objeto de la misma
Evstatiev (1988) propone la siguiente clasificacioacuten de los meacutetodos de estabilizacioacuten de
suelos loeacutessicos la cual puede hacerse extensiva a suelos colapsables
a) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacioacuten
b) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
c) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
d) Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
e) Meacutetodos de mejoramiento que incorporan elementos resistentes a la traccioacuten dentro del
suelo
f) Geomembranas
g) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por drenaje
h) Correccioacuten de taludes y terraplenes
A continuacioacuten siguiendo la clasificacioacuten antes expuesta se desarrollaran aquellas
metodologiacuteas de mejoramientos de suelos colapsables maacutes extendidas Desarrollaacutendose
principalmente los grupos abc y d puesto que incluyen una serie de acciones particulares
frente al fenoacutemeno del colapso En cuanto a los restantes grupos (e f g y h) las teacutecnicas de
mejoramiento del terreno utilizadas persiguen los mismos objetivos buscados en otros tipos
de suelos y en general la teacutecnica empleada es praacutecticamente la misma Por tal motivo y
puesto que se apartan un tanto del objeto de estas notas se estima conveniente no abundar
sobre ellas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacioacuten
Este grupo comprende varias de las metodologiacuteas usadas en suelos colapsables para reducir
los vaciacuteos de modo de eliminar la colapsabilidad reducir la permeabilidad y aumentar la
capacidad de carga Esto se realiza utilizando fuerzas estaacuteticas o dinaacutemicas o bien a traveacutes
de la inyeccioacuten de lechadas
Compactacioacuten dinaacutemica Este meacutetodo es adecuado para compactar mantos de suelos
colapsables superficiales con espesores menores a 350 metros El meacutetodo consiste en dejar
caer en caiacuteda libre desde una altura de 4 a 8 metros pilones de 3 a 8 Tn sobre la superficie
del terreno a razoacuten de 10 a 16 impactos en cada lugar (Abelev y Abelev 1979) El impacto
genera una rotura de la estructura del suelo un aumento de la presioacuten de poros y una
compresioacuten del aire presente en los poros produciendo un reacomodamiento de las
partiacuteculas dando como resultado una estructura maacutes compacta Seguacuten Malyshev et al
(1983) el contenido de humedad del suelo juega un papel importante lograacutendose la maacutexima
eficiencia con un contenido de humedad cercano al Liacutemite Plaacutestico Si el contenido de
humedad es menor a eacuteste es necesario humedecer el espesor de suelo de modo de alcanzar
una mejor eficacia Varios son los factores que controlan los resultados del meacutetodo asiacute por
ejemplo el espesor compactado es funcioacuten principalmente del peso y del diaacutemetro del piloacuten
En tanto el grado de compactacioacuten estaacute controlado por el nuacutemero de impactos y la humedad
del suelo El grado de compactacioacuten no es uniforme a lo largo de todo el espesor
compactado lograacutendose la maacutexima densificacioacuten a 12 a 15 veces el diaacutemetro del piloacuten
Sin embargo se pueden obtener Pesos Unitarios secos superiores a 16 tm3 en espesores de
25 a 35 m lo cual en la mayoriacutea de los casos es suficiente para disminuir o anular la
susceptibilidad al colapso del suelo Una variante a este meacutetodo es realizar la compactacioacuten
solamente en los lugares donde actuacutean las cargas y no en toda el aacuterea de la construccioacuten
Por ejemplo en casos de fundaciones de muros de carga o fundacioacuten de columnas el
mejoramiento del suelo se logra densificando la zona de influencia del bulbo de presiones
o sea la zona donde los incrementos de presioacuten pueden hacer colapsar el suelo
Compactacioacuten por medio de pequentildeos pilotes piramidales En cierta forma este meacutetodo es
una variante del meacutetodo anterior Consiste en hincar un pilote piramidal de 3 a 4 metros de
longitud con una seccioacuten transversal superior de 60 x 60 a 70 x 70 cm y una seccioacuten
transversal inferior de 10 x 10 cm Una vez retirado el pilote la cavidad se rellena con
hormigoacuten Este tipo de metodologiacutea da excelentes resultados en aacutereas en donde existe un
espesor de suelos potencialmente colapsables (no autocolapsables) de 30 o 40 m de
profundidad pero que colapsaraacuten si estaacuten sometidos a los incrementos de carga
transmitidos por las construcciones Una de las ventajas del meacutetodo es la completa
mecanizacioacuten de todas las operaciones Una variante a este meacutetodo consiste en realizar la
hinca sobre una capa de piedra partida dando como resultado un bulbo de suelo
compactado alrededor de la capa de piedra mejorando la capacidad de carga por la punta
del pilote asiacute construido
Compactacioacuten por pilotes de suelo Este es uno de los meacutetodos maacutes usuales para
compactar espesores importantes (18 a 20 m) de suelos loeacutessicos susceptibles al colapso
El procedimiento consta de dos partes primero se realiza la perforacioacuten y segundo se llena
la cavidad con suelo compactado La perforacioacuten se realiza usualmente mediante la hinca
de un pilote metaacutelico con base ensanchada (15 veces) En otra metodologiacutea de reciente uso
la excavacioacuten se hace de la siguiente forma se perfora hasta la profundidad deseada un
hoyo de 8 cm de diaacutemetro dentro del cual se coloca una columna de explosivos que luego
de estallar crea una perforacioacuten de aproximadamente 080 m de diaacutemetro Despueacutes de
efectuada esta perforacioacuten dinaacutemica la cavidad se rellena con suelo local introducido en
tongadas de 100 a 200 Kg que luego son compactadas dinaacutemicamente por medio de un uacutetil
especial Concluidas ambas etapas quedan formadas columnas de suelo compactado con un
diaacutemetro aproximado igual a dos veces el de la perforacioacuten El grado de compactacioacuten va
decreciendo a medida que se aleja del centro de la columna por tal motivo es importante
conocer esta ley de decrecimiento para disentildear correctamente la cuadriacutecula de pilotes de
suelo Al igual que en los otros meacutetodos la eficiencia del sistema aumenta en la medida que
la humedad del suelo natural y compactado se encuentre a una humedad cercana al Limite
Plaacutestico Por tal motivo es usual que previo a la perforacioacuten se realice una humectacioacuten del
espesor de suelos a compactar Las densidades alcanzadas son del orden de 170 a 180
tm3 que son suficientes para evitar el colapso por peso propio y permiten el use del
espesor compactado como manto de fundacioacuten
Compactacioacuten por explosiones de gas Esta relativamente nueva metodologiacutea de
compactar espesores de suelos colapsables consiste en introducir a traveacutes de una lanza de
agua a presioacuten una caacutemara de compresioacuten que contiene una mezcla de gas propano y
oxiacutegeno la cual se va elevando a medida que se producen una serie de explosiones de la
mezcla De este modo se va generando una columna 120 140 m de suelo compactado
(Densidad de 150 tcm3) (Martemyanov et al 1979)
Compactacioacuten por humedecimiento (Hidrocompactacioacuten) En este caso se utiliza la propia
susceptibilidad del suelo a colapsar bajo peso propio El meacutetodo maacutes frecuente de realizar
la humectacioacuten o saturacioacuten del terreno es a traveacutes de infiltracioacuten del agua desde la
superficie del terreno para lo cual se efectuacutean excavaciones poco profundas (040 a 080 m)
o bien se construyen grandes estanques En muchos casos a efectos de acelerar el ingreso
del agua al terreno se construyen dentro del estanque drenes de arena convenientemente
espaciados Este sistema ha sido empleado ampliamente en varias partes del mundo por
ejemplo en EEUU por Gibbs y Bara (1967) y Clevenger (1956) en Rumania por Bally et
al (19651969) en la URSS por Lomize (1968) y Mustafaef (1967) en China por Lin y
Liang (1982) y en Argentina por Moll et al (1979) A pesar de su amplia utilizacioacuten y su
bajo costo el meacutetodo presenta una serie de inconvenientes aparicioacuten de grietas de traccioacuten
en el contorno del aacuterea inundada existencia de importantes deformaciones posteriores al
colapso necesidad de recompactar los 4 oacute 5 primeros metros utilizando otro tipo de
metodologiacutea La efectividad de este meacutetodo se mejora sustancialmente si al mismo se lo
combina con otro meacutetodo de compactacioacuten dinaacutemica
Compactacioacuten por humedecimiento previo y por explosiones profundas Este meacutetodo fue
desarrollado en al Unioacuten Sovieacutetica por Livinov (1976) en la deacutecada de los 60 El espesor de
suelos a compactar es previamente humedecido a traveacutes de un sistema de drenes
(cuadriacutecula de 3 x 3 a 5 x 5 m) Las cargas explosivas (5 a 7 Kg) son colocadas en el fondo
de los mismos drenes o bien en tubos metaacutelicos colocados en perforaciones adicionales La
cuadriacutecula con las cargas es aproximadamente de 4 x 4 m En este procedimiento no es
necesario la completa saturacioacuten del suelo que por ejemplo necesita el meacutetodo anterior
Posterior al humedecimiento se hacen estallar las cargas de toda un aacuterea (2000 a 50000
m2) La explosioacuten generan una onda de choque que hace licuar la estructura del suelo lo
cual permite un reacomodamiento de las partiacuteculas y un crecimiento de la densidad del
suelo En ciertos casos es aconsejable la construccioacuten de trincheras alrededor de la zona a
compactar a efectos de evitar la propagacioacuten de grietas fuera de ella La explosioacuten produce
un importante a inmediato asentamiento de la superficie del terreno Los asentamientos en
general se estabilizan al cabo de 3 oacute 4 semanas Este tipo de meacutetodo es aconsejable cuando
se desea compactar grandes voluacutemenes de suelo particularmente en grandes complejos
industriales o bien en obras hidroeleacutectricas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
En este apartado se incluyen aquellos meacutetodos de estabilizacioacuten consistentes en la mezcla y
posterior compactacioacuten de suelo colapsable con otros materiales (arena gravas) a efectos
de conseguir mayor resistencia y mayor rigidez Este tipo de estabilizacioacuten es de amplio use
en la ingenieriacutea vial en la construccioacuten de bases y de sub-bases
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
Este grupo incluye a aquellas metodologiacuteas en las cuales el mejoramiento de las
propiedades resistentes del suelo se consiguen con la creacioacuten de viacutenculos maacutes soacutelidos y
estables en la estructura del suelo En algunas de ellas la inyeccioacuten de agentes cementantes
provoca la rotura de la estructura original del suelo En otras por el contrario la inyeccioacuten
de agentes quiacutemicos actuan directamente sobre los viacutenculos sin modificar la estructura del
suelo Los meacutetodos se pueden dividir en meacutetodos superficiales y meacutetodos profundos
dependiendo en donde se realice la estabilizacioacuten En los meacutetodos de estabilizacioacuten
superficiales el mejoramiento en general se consigue mediante la mezcla y posterior
compactacioacuten del suelo con agentes quiacutemicos o cementantes tales como cemento cal
emulsiones asfaacutelticas sales (NaCl Nat C03 NaPO3) etc Estos meacutetodos de estabilizacioacuten
son tambieacuten usuales en otros tipos de suelos y son de amplia utilizacioacuten en todo tipo de
obras de ingenieriacutea civil por tal motivo no insistiremos en ellos Por el contrario los
meacutetodos de estabilizacioacuten profunda aunque tambieacuten se han utilizado en otros tipos de
suelos muchos de ellos se han desarrollado y usado especiacuteficamente para eliminar o
disminuir la susceptibilidad al colapso en espesores importantes de suelo A continuacioacuten
se presentan algunos de ellos
Inyecciones de agentes quiacutemicos Las investigaciones y las realizaciones en este tipo de
estabilizaciones se ha desarrollado principalmente en la Unioacuten Sovieacutetica Seguacuten Mitchell
(1981) la razoacuten principal por la cual estos meacutetodos no se han extendido universalmente se
debe principalmente a los altos costos frente a otros tipos de estabilizaciones Sin embargo
Esvtatiev (1988) da cuenta de la existencia en la URSS de maacutes de 800 proyectos en donde
se han utilizado satisfactoriamente p ej el meacutetodo de silicatizacioacuten) Esto ha permitido un
continuo mejoramiento de la tecnologiacutea una reduccioacuten de los costos y una abundante
normativa en la regulacioacuten de su uso El agente quiacutemico maacutes utilizado por su bajo costo
frente a otros agentes quiacutemicos es el Silicato de Sodio El meacutetodo consiste en inyectar en
todo el espesor de suelo a tratar una solucioacuten de silicato de sodio (Densidad = 1 10 a 1 04
gcm3) a traveacutes de un tubo inyector de 42 mm de diaacutemetro con perforaciones de 3 mm
protegidas por un manguito de goma La inyeccioacuten se realiza a una presioacuten de 20 a 40
Kgcm2 y una descarga de 48 litros por minuto (Zvyagin et al 1978) La silicatizacioacuten del
suelo es soacutelo posible en un medio fuertemente alcalino Seguacuten Sokolovic (1973) se logra
una mejor eficiencia mediante una pre y post gasificacioacuten con carbonato de calcio Luego
de la inyeccioacuten tres son los cambios que se observan en el suelo un aumento significativo
de la resistencia a la compresioacuten (superior a 20 Kgcm2 ) una eliminacioacuten de la
susceptibilidad al colapso y una disminucioacuten de la permeabilidad Otro de los tratamientos
con agentes quiacutemicos es la inyeccioacuten de amoniacuteaco La mejora en el suelo es inferior al
tratamiento por silicatizacioacuten ademaacutes presenta la desventaja de ser un elemento toacutexico y su
utilizacioacuten requiere medidas especiales de proteccioacuten (Sokolovic 1973)
Estabilizacioacuten teacutermica Esta teacutecnica comenzoacute a desarroIlarse en la URSS en la deacutecada de
los antildeos 50 y ha sido utilizada exitosamente en un importante nuacutemero de emprendimientos
Seguacuten Esvtatiev (1988) la aplicacioacuten de este meacutetodo es teacutecnica y econoacutemicamente
aconsejable en los siguientes casos a) en la estabilizacioacuten de fundaciones existentes de
estructuras altas como chimeneas tanques de agua b) en la paralizacioacuten de los
asentamientos en construcciones existentes provocados por el colapso del suelo Las
propiedades de los minerales arcillosos cambian cuando eacutestos son sometidos a altas
temperaturas lo cual genera un aumento importante de la resistencia y por ende la
eliminacioacuten de la susceptibilidad al colapso del suelo La tecnologiacutea ha ido variando y
mejorando su eficiencia a lo largo de estas deacutecadas No obstante la variedad de meacutetodos
casi todos ellos consisten en la introduccioacuten de un quemador de fuel o gas dentro de un pre
pozo de 020 metros de diaacutemetro con una presioacuten de aire de 20 a 30 Kgcm2 De esta
forma al cabo de 10 a 15 diacuteas se consigue una columna estabilizada de suelo de 20 a 30
metros y una profundidad de 10 a 15 metros (Beles y Stanculescu 1958)
Estabilizacioacuten mediante mezclado mecaacutenico con agentes cementantes El objetivo de este
tipo de estabiacutelizacioacuten es la creacioacuten de columnas o pilotes de suelo con alta resistencia y
rigidez que permitan la transferencia de las cargas a mantos maacutes profundos y estables
Varios son los meacutetodos constructivos que pueden agruparse dentro de este grupo Los
subdividiremos en los siguientes subgrupos dependiendo del lugar en donde se realiza la
mezcla del suelo con el agente cementante
1 La mezcla del suelo y el agente cementante se realiza en superficie En este caso la
excavacioacuten se puede realizar bien utilizando la teacutecnica constructiva empleada en los pilotes
de suelo (hinca) o bien usar teacutecnicas usuales de perforacioacuten La mezcla deiexcl suelo con el
agente cementante (preferentemente Cemento Portland) puede ser fluida (suelo cemento
plaacutestico) a introducirse dentro de la excavacioacuten en forma de pastones o bien mezclar el
suelo y elcemento con porcentaje de humedad oacuteptimo a introducirlos en la perforacioacuten en
tongadas (100 a 200 Kg) las cuales posteriormente son compactadas dentro de la misma
excavacioacuten Por lo tanto existen cuatro variantes seguacuten sea el tipo de excavacioacuten y el tipo
de mezcla
2 La mezcla del suelo y el cemento se realiza en el mismo proceso de perforacioacuten En este
caso la mezcla del agente cementante se realiza con el propio suelo La mezcla puede
realizarse mediante uacutetiles especiales que van mezclando el suelo con una lechada de
cemento o bien usar la teacutecnica del jet grouting mediante un chorro de lechada a alta presioacuten
Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
Este tipo de estabilizacioacuten se realiza principalmente en terrenos con suelos potencialmente
colapsables en los cuales la presencia de cargas adicionales en superficie puede generar
asentamientos adicionales ante un incremento de la humedad del suelo Asiacute una parte del
suelo colapsable superficial ubicado directamente debajo de las fundaciones es excavado
extraiacutedo y reemplazado por otro material maacutes competente Los materiales generalmente
utilizados son los siguientes el mismo suelo extraiacutedo compactado y eventualmente
estabilizado granulomeacutetricamente arena compactada o suelo cemento compactado La
eleccioacuten del tipo de material estaacute condicionado generalmente por variables teacutecnico
econoacutemicas Los espesores de estos mantos son variables (1 a 4 m) dependiendo del tipo de
cargas y de las caracteriacutesticas del proyecto Por ejemplo en algunos proyectos los
condicionantes pueden ser los asentamientos diferenciales (edificios) en cambio en otros
(canales) no soacutelo importa disminuir la probabilidad que se produzca el colapso sino
tambieacuten lograr una capa de suelo maacutes impermeable Este tipo de metodologiacutea ha sido
utilizada con eacutexito en numerosos paiacuteses y en innumerables tipos de obras Tambieacuten es
frecuente el empleo de esta metodologiacutea en forma conjunta con otro tipo de estabilizacioacuten
profunda cuando se presentan mantos de suelos colapsables profundos y con espesores
muy dispares
113 Medidas conducentes a evitar la iniciacioacuten del colapso
Arriba se sentildealaron los tipos de humedecimientos que seguacuten Goldstein (1969) pueden
presentarse en una masa de suelo
a) humedecimiento localizado por rotura de conducciones hidraacuteulicas o infiltraciones de
aguas de lluvia
b) humedecimiento extenso causado por roturas de canales o efluentes industriales
c) ascenso del nivel freaacutetico
d) aumento gradual y lento del contenido de humedad por condensacioacuten del vapor de agua
provocados por condiciones ambientales
Muchos de estos tipos de humedecimientos pueden ser prevenidos principalmente los
primeros pues en general eacutestos son debidos a fallas o roturas de las instalaciones de la
misma construccioacuten En cambio los otros tipos de humedecimientos estaacuten condicionados
por factores externos al proyecto como por ejemplo puede ser el ascenso del nivel freaacutetico
o la rotura de un canal cercano y ajeno al proyecto La accioacuten del proyectista debe estar
encaminada principalmente a impedir dentro de los liacutemites del proyecto la generacioacuten de
estos humedecimientos provocados por elementos de la propia construccioacuten Robinson y
Narkiewicz (1982) sugieren las siguientes medidas de proteccioacuten contra el humedecimiento
de edificios
a) Pendientes adecuadas en la superficie del terreno que rodea a la construccioacuten de modo
que no se produzcan embalsamientos de agua en las cercaniacuteas de las fundaciones y que
cualquier peacuterdida de agua pueda ser eliminada con rapidez
b) Canalizacioacuten de todos los desaguumles de techos y patios hacia el exterior de la
construccioacuten
c) Instalacioacuten de membranas impermeables o pavimentacioacuten de la superase que rodea a la
construccioacuten de modo de limitar la infiltracioacuten de agua en el suelo adyacente a las
construcciones
d) Encerrar las conducciones de agua o efluentes cloacales dentro de conductos de faacutecil
acceso a efectos de detectar posibles peacuterdidas
Algunas de estas medidas requieren una serie de medidas de control y mantenimiento
durante la vida uacutetil de la obra de manera que perioacutedicamente se realicen inspecciones a las
instalaciones y puedan detectarse peacuterdidas o dantildeos en las mismas Tambieacuten es aconsejable
que los propietarios de la obra conozcan perfectamente los riegos a que estaacute expuesta la
misma de modo que su actividad yo descuidos no inicie procesos de humedecimiento del
terreno
Las medidas de proteccioacuten en otros tipos de obras civiles (canales o caminos) tienen la
misma filosofiacutea es decir elementos de proteccioacuten que impidan o dificulten la entrada del
agua en el terreno de fundacioacuten Asiacute por ejemplo en las obras lineales se debe prestar una
especial atencioacuten al disentildeo del sistema de alcantarillado y de desaguumles En algunos casos
estas obras suelen seguir parcialmente las curvas de nivel del terreno convirtieacutendose en
verdaderas presas que impiden el natural escurrimiento de las aguas provocando la
acumulacioacuten de agua en su entorno lo que genera un humedecimiento generalizado del
terreno de fundacioacuten con los consecuentes dantildeos en la obra
Es frecuente que en ciertos tipos de obras como viviendas unifamiliares de una planta o
incluso caminos y canales las uacutenicas medidas a adoptar sean las presentadas en este
apartado ya que la utilizacioacuten de teacutecnicas de mejoramiento o fundaciones profundas
resultan prohibitivas En realidad la mayoriacutea de las obras aludidas se construyen admitiendo
el riesgo de un posible colapso del terreno El buen comportamiento que han tenido la
mayoriacutea de ellas se debe fundamentalmente a que no se ha producido ninguacuten tipo de
humedecimiento En contraste los dantildeos son serios en aquellas obras que los han sufrido
Por todo ello es un deber de los investigadores a ingenieros buscar nuevas soluciones
econoacutemicas que permitan disminuir los riesgos y por ende los dantildeos en este tipo de obras
Uno de los caminos en tal sentido es el estudio de estructuras que absorban o minimicen
los posibles asentamientos diferenciales provocados por el humedecimiento localizado del
suelo sin un aumento excesivo de los costos
114 Estructuras yo fundaciones que admiten y resisten los fenoacutemenos provocados
por el colapso
El anaacutelisis de este apartado se centraraacute principalmente en el estudio de las fundaciones
superficiales en suelos potencialmente colapsables ya que el otro gran grupo de soluciones
fundaciones profundas mediante pilotes seraacute objeto de un examen detallado en los
apartados siguientes
La lista de estructuras que se asientan directamente sobre mantos de suelos potencialmente
colapsables es amplia entre ellas pueden sentildealarse viviendas unifamiliares construcciones
transitorias galpones ductos enterrados canales caminos etc
Las fundaciones directas sobre suelos colapsables pueden ser divididas en dos grupos
a) Fundaciones riacutegidas utilizadas principalmente en estructuras livianas y con cargas
puntuales por ejemplo torres de liacuteneas de alta tensioacuten columnas de naves industriales o
depoacutesitos En general este tipo de estructuras tienen algunos rasgos comunes como son por
ejemplo cargas verticales bajas cargas horizontales importantes y en general suelen
aceptar asentamientos admisibles mayores
b) Fundaciones de baja rigidez longitudinal en este caso se trata de estructuras con cargas
lineales (muros de carga canales etc) con baja rigidez en el sentido de las cargas Este tipo
de estructuras son sensibles a humedecimientos localizados del terreno que generan
asientos diferenciales importantes En general las medidas que suelen tomarse para
disminuir los efectos de los asientos diferenciales son las siguientes disentildeo de elementos
que rigidicen la estructura (Clemence Y Finbarr 1981) y el disentildeo de elementos
constructivos que eviten
RECAPITULACIOacuteN
Definido el concepto de colapso el estudio se ha enfocado al anaacutelisis de los suelos
colapsables por humedecimiento En esta clase particular de suelos metaestables el agente
externo que desencadena el fenoacutemeno de colapso es el agua En estos suelos un incremento
de humedad puede provocar una disminucioacuten o anulacioacuten de las fuerzas que vinculan unas
partiacuteculas con otras y por lo tanto cambiar el estado de equilibrio en la estructura del suelo
El colapso de la estructura del suelo depende fundamentalmente de dos causas a) de la
importancia de los cambios provoca dos por el agua en los viacutenculos existentes entre las
partiacuteculas y b) del estado tensional en los viacutenculos O sea para que se produzca el colapso
es necesario un agente sensibilizante y un estado tensional capaz de provocar la des-
estabilizacioacuten de la estructura del suelo
Por este motivo los meacutetodos que mejor reflejan la susceptibilidad al colapso de un suelo
son aquellos basados en ensayos mecaacutenicos donde ambos factores estaacuten presentes
La gran subdivisioacuten que se hace a los suelos colapsables parte precisamente de verificar
coacutemo es el comportamiento del suelo en su estado tensional original o bajo su propio
peso Si se produce el colapso bajo este estado se indica que el suelo es verdaderamente
colapsable o autocolapsable en cambio si el fenoacutemeno no se produce se sentildeala que el
suelo es candicionalmente colapsable o colapsable bajo carga
En este contexto diversos investigadores introducen el concepto (tambieacuten tensional) de
Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) o Presioacuten de Fluencia Saturada (σf) como aquella
presioacuten a la cual se produce el colapso Desde un punto de vista teoacuterico esta presioacuten deberiacutea
ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero desde un punto de vista praacutectico se
asume que una pequentildea magnitud del colapso es permisible Por ejemplo las normas
Sovieacuteticas Lo toman igual al 100 las Chinas igual al 150 En cambio en Argentina se
utiliza maacutes la Presioacuten de Fluencia Saturada que se obtiene de forma similar a la Presioacuten de
Preconsolidacioacuten No obstante esta diferencia metodoloacutegica en ambos casos el concepto es
el mismo
Con respecto a las metodologiacuteas usadas para establecer la susceptibilidad al colapso de un
suelo o de un perfil de suelo han sido analizadas las que utilizan el concepto de Presioacuten
Inicial de Colapso y la magnitud del colapso Esta seleccioacuten se realizoacute fundamentalmente
por las siguientes causas primero porque se hacen en base a ensayos mecaacutenicos donde
intervienen el agente externo (el agua) y el estado tensional del suelo y segundo porque
permiten establecer ya sea a traveacutes de un perfil de colapsabilidad o la magnitud del
colapso coacutemo seraacute realmente el comportamiento del terreno ante las solicitaciones
producidas por la obra de ingenieriacutea
Los perfiles de colapsabilidad relacionan en profundidad el peso propio de las tierras con
la Presioacuten Inicial de Colapso esto permite determinar el espesor de suelos autocolapsables
o el espesor de los suelos que colapsaraacuten si ademaacutes del humedecimiento se aumenta el
estado tensional Estos perfiles son de gran ayuda al proyectista de fundaciones en suelos
colapsables dado que le permiten conocer en forma global la magnitud del problema al que
estaacute enfrentado No obstante su utilidad no termina alliacute sino que por el contrario estos
perfiles le permiten tomar decisiones sobre cuaacuteles son las soluciones ingenieriles maacutes
convenientes del proyecto Pues con su ayuda se podraacute seleccionar el meacutetodo de
mejoramiento del terreno la cota de fundacioacuten de una fundacioacuten profunda la magnitud de
la carga por rozamiento negativo etc
La determinacioacuten de la magnitud del colapso de un perfil de suelo usada como
metodologiacutea de clasificacioacuten tambieacuten es de utilidad en el disentildeo de construccioacuten de obras
de ingenieriacutea en suelos colapsables Sobre todo en la caracterizacioacuten del terreno de grandes
aacutereas ya sea en obras lineales (canales caminos etc) o puntuales (complejos fabriles obras
hidraacuteulicas etc) dado que cada perfil de suelo estaacute caracterizado por un paraacutemetro lo cual
permite el manejo de un nuacutemero importante de informacioacuten Obviamente esta metodologiacutea
tambieacuten es de gran use en cualquier tipo de obras independientemente de su tamantildeo a
importancia
En un abundante nuacutemero de proyectos no es suficiente haber realizado una caracterizacioacuten
o clasificacioacuten del terreno sino que es necesario determinar la magnitud de los
asentamientos que pueden producirse en las obras Los asentamientos por colapso depende
baacutesicamente de dos tipos de factores intriacutensecos y extriacutensecos
Se sentildealan como intriacutensecos aquellos factores propios del suelo como son sus propiedades
fiacutesicas y mecaacutenicas El comportamiento del suelo dependeraacute del tipo de estructura o la
forma en que estaacuten ordenadas las partiacuteculas del grado de compacidad del tipo de viacutenculos
que unen grano con grano etc Estos factores en general no se encuentran
homogeacuteneamente distribuidos por lo cual los paraacutemetros que definen sus propiedades
tenso-deformacionales pueden sufrir variaciones locales importantes
Los factores externos que influyen en la magnitud de los asentamientos son dos el aacuterea
inundada y el estado tensional Estos dos factores influyen considerablemente en la
magnitud de los asentamientos por colapso y por tal motivo deben ser analizados
especiacuteficamente en los caacutelculos Respecto al primero de los factores a pesar que se han
realizado importantes trabajos teoacutericos la informacioacuten experimental indica que todaviacutea
existe cierta indeterminacioacuten en su estimacioacuten Por tal motivo la influencia del aacuterea
inundada en la magnitud de los asentamientos se limita a realizar correcciones de tipo
empiacuterico En cuanto a la influencia que el estado tensional tiene en los asentamientos las
investigaciones se han centrado especialmente en el estudio de cargas externas (zapatas) en
la superficie del terreno
ENSAYOS ldquoin siturdquo Perforacioacuten y muestreoEnsayos ldquoin siturdquo
o Ensayo de penetracioacuten estandar (SPT)o Ensayo de penetracioacuten de cono (CPT + CPTu)o Dilatoacutemetro de placa plana (DMT)o Presuroacutemetro (PMT)o Corte en veleta (VST)10487131048713 Meacutetodos geofiacutesicoso Ondas siacutesmicas (P- S- R-waves)o Electromagneacuteticas (radar resistividad)
EQUIPOS AUTOPROPULSADOS
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)1048713El ensayo ldquoin siturdquo maacutes comuacuten en el mundo10487131902 - Coronel Gow de Raymond Pile Co1048713 Muestreador ciliacutendrico partido1048713 Norma ASTM D 15861048713 Martillo (140-lbs cae 30 pulgadas) (635-kg cae 076 metros)1048713 Tres incrementos de 6 pulgadas Suma de los dos uacuteltimos incrementos = N (golpespieacute)
Se obtiene suelo y
un nuacutemero
Muestra alterada
(Solo para
caraterizacioacuten)
Nuacutemero muy crudo
para el anaacutelisis
No aplicable en
Ventajas
arcillas blandas y
Limos
Variabilidad e
incertidumbre
se obtiene un nuacutemero
Sencillo y de bajo
Costo
Funciona en muchos
tipos de suelo
Se puede utilizar en
rocas blandas
Disponible
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Estos suelos en condiciones de no saturacioacuten o saturacioacuten parcial presentan continuamente un reacomodo radical de las partiacuteculas y una gran peacuterdida de volumen por remojo osea al entrar al estado de saturacioacuten completa La existencia de estos suelos en el mundo y las dificultades ocasionadas a las edificaciones cimentadas sobre ellos han sido reconocidos ampliamente Los depoacutesitos maacutes extensos de suelos colapsables son eoacutelicos o depoacutesitos transportados de arena y limos (loess)Se puenden encontrar comuacutenmente en las maacutergenes fluviales
Desventajas
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Depoacutesitos eoacutelicos Estos depoacutesitos consisten en materiales transportados por el viento el cual forma dunas depoacutesitos tipo loess playas eoacutelicas y grandes depoacutesitos de ceniza volcaacutenica
Depoacutesitos transportados por agua Consisten principalmente de depoacutesitos de sedimentos sueltos a carreados por el agua los cuales forman abanicos fluviales y flujos deslizantes Estos materiales pueden ser depositados por una avenida repentina o flujo de lodo derivado de pequentildeas cuencas colectoras sujetas a aguaceros poco frecuentes
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Suelos residuales Estos suelos son producto del intemperismo y la
desintegracioacuten y alteracioacuten mecaacutenica de rocas madres Las partiacuteculas de
material residual pueden variar de tamantildeo de grandes fragmentos de
gravas a arenas limos coloides y en algunos casos material orgaacutenico
La estructura del grano colapsable se ha desarrollado como producto de
la accioacuten disolvente sobre el material soluble y coloidal La lixiviacioacuten del
material soluble y del material fino conduce a una alta relacioacuten de vaciacuteos
y a una estructura inestable Otro tipo de suelo que muestra colapso al
remojo son aquellos derivados de tufo volcaacutenico
sulfato de calcio arenas sueltas cementadas por sal soluble arcillas
dispersivas y arcillas montmorilloniacuteticas ricas en sodio
CAUSAS QUE GENERARIacuteAN DICHO COMPORTAMIENTO- Estructura parcialmente saturada potencialmente inestable- Una componente de esfuerzo aplicado o existente lo suficientemente alta para desarrollar una condicioacuten metaestable- Un ligante resistente o un agente cementante para estabilizar contactos intergranulares el cual se reduce por remojo ocasionando el colapso La mayoriacutea de suelos colapsables involucra la accioacuten de partiacuteculas arcillosas en los enlaces entre los granos gruesos de arena-Agentes cementantes tales como oacutexido de hierro carbonato de calcio o la soldadura de granos en contacto proporcionan esfuerzos resistentes para muchos suelos colapsables La accioacuten de este cementante es frecuentemente el agente principal de colapso en loess El grado al cual el agente cementante pierde su efectividad depende del grado de contaminacioacuten del ingreso del agua y del grado de disolucioacuten del agente cementante involucrado
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
CONSOLIDOacuteMETRO PARA ENSAYO DE COLAPSO
Se procede a cortar el suelo de acuerdo con las dimensiones del anillo
del ensayo de consolidacioacuten unidimensional Determinar sus
propiedades fiacutesicas tales como humedad natural peso volumen
gravedad especiacutefica de soacutelidos liacutemites de consistencia distribucioacuten
granulomeacutetrica seguacuten las normas
Se instala la muestra en el anillo del consolidoacutemetro despueacutes de haber
determinado el peso inicial de la masa huacutemeda y altura de la muestra y
fijar el conjunto anillo-muestra en el consolidoacutemetro Aplicar una carga
de contacto 005 kgcm2 (5 Kpa) despueacutes de 5 min tomar lectura del
deformiacutemetro aplicar incrementos de carga a cada hora hasta que se
aplique la presioacuten vertical apropiada Los incrementos de carga seraacuten
012 025 050 100 200 etc Kgcm2 (12 25 50 100 200 etc) o
cargas de acuerdo al meacutetodo de ensayo ASTM D2435 registrar la
deformacioacuten antes de incrementar una nueva carga
Determinacioacuten del potencial de colapso
donde
di = lectura del dial con el esfuerzo adecuado antes de la saturacioacuten (mm)
df = lectura del dial bajo el esfuerzo adecuado despueacutes del humedecimiento (mm)
ho = altura inicial de la muestra (mm)
Tmbieacuten se puede evalua en teacuterminos de relacioacuten de vaciacuteos
dondeΔe = cambio de relacioacuten de vaciacuteos bajo el esfuerzo adecuado antes y despueacutes de la inundacioacuteneo = relacioacuten de vaciacuteo inicialLa evaluacioacuten de un suelo colapsable seraacute de acuerdo a la siguiente tablaCon todo lo epxlicado concluimos que el colapso de los suelos es la disminucioacuten moderada de volumen cuando estaacute con bajo contenido de humedad y una gran peacuterdida cuando estaacute sumergido y la magnitud de asentamiento depende del contenido de humedad del suelo En estado sumergido y bajo la aplicacioacuten de cargas verticales los suelos colapsables presentan un mayor asentamiento Los suelos colapsables existen en todo el mundo principalmente en la regiones aacuteridas y semiaacuteridas nuevamente comentando que los depoacutesitos eoacutelicos coluviales residuales tubos volcaacutenicos etc son suelos que pueden ser colapsables
Definicioacuten de colapso Se definen como colapso a cualquier disminucioacuten raacutepida de volumen del suelo producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factoresbull Contenido de humedad (w) bull Grado de saturacioacuten (Sr) bull Tensioacuten media actuante (τ) bull Tensioacuten de corte (σ) bull Presioacuten de poros (u)
TIPOS DE SUELOS COLAPSABLESLos tipos de suelos colapsables son
- Suelos aluviales y coluviales ndash Depositados en ambientes Semi-deseacuterticos por flujos maacutes o menos torrenciales- Suelos eoacutelicos ndash Depositados por el viento son arenas y limos arenosos con escaso cemento arcilloso en una estructura suelta o inestable
- Cenizas volcaacutenicas ndash Provenientes de cenizas arrojadas al aire por actividad volcaacutenica explosiva- Suelos residuales ndash Derivados de la descomposicioacuten in ndash situ de minerales de ciertas rocas son luego lixiviados por el agua y pierden su cemento
CONSECUENCIAS EN CIMENTACIONES
Patologiacuteas en cimentaciones Posibles causas
Introduccioacuten
De todos los posibles tipos de patologiacutea que puede sufrir la edificacioacuten las estadiacutesticas demuestran que son las patologiacuteas ligadas a las cimentaciones las que mayores costes globales conllevan Ademaacutes tienen gran repercusioacuten social lo que las hace maacutes notorias por la complejidad propia de su reparacioacuten porque suponen una fuerte alteracioacuten y hasta interrupcioacuten del uso del inmueble y porque suelen involucrar a colindantes e incluso poderes puacuteblicos Urge como en ninguacuten otro caso determinar las causas y cuanto antes dar una solucioacuten al problema
Causas intriacutensecas de fallos de cimentacioacuten
Se agrupan aquiacute los fallos de cimentacioacuten consecuencia de la interaccioacuten entre el terreno y la propia cimentacioacuten de la construccioacuten afectada
Defectos de proyecto
Son errores de concepcioacuten de disentildeo o caacutelculo del proyecto Son errores previsibles por lo que si se tienen en cuenta en el disentildeo y caacutelculo de la edificacioacuten el riesgo de que provoquen dantildeos se minimizaEnumeramos aquiacute no todas pero siacute algunas de las posibles causas de problemas derivadas del proyectobull Falta de capacidad de carga cimentacioacuten insuficiente o capacidad
de carga del suelo insuficientebull Esfuerzos no contemplados por ej por olvido de algunas
sobrecargas de explotacioacutenbull Conocimiento insuficiente del suelo Lo que deriva en la ignorancia
de riesgos especiales geoteacutecnicos Las causas pueden ser escasez de reconocimientos previos del terreno mala interpretacioacuten de los mismos no consideracioacuten de los fenoacutemenos de agresividad etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Cobra importancia en terrenos con especiales caracteriacutesticas
Arcillas expansivas
Suelos colapsables
Rellenos antroacutepicos
Suelos blandos naturales
Infravaloracioacuten del riesgo geoteacutecnico conocido eacuteste Casos asiacute pueden ser desprecio de los efectos que produce la falta de homogeneidad de un suelo o las distintas profundidades de aparicioacuten de la roca en planta desprecio de los efectos de la potencial expansividad o de posible subpresioacuten o fenoacutemenos de subsidencias procesos de disolucioacuten etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONESbull Defectos en la evaluacioacuten del terreno asientos calculados no
tolerables por la estructura esfuerzos paraacutesitos en pilotes (olvido del efecto de asiento de terrenos flojos o rellenos recientes) etc
bull Efecto grupo en pilotes defectuosa estimacioacuten del efecto grupo en pilotes flotantes no consideracioacuten de los esfuerzos laterales o del rozamiento negativo etc
bull Ausencia de consideracioacuten del bulbo de tensiones de la cimentacioacuten propia y su alcance Pero tambieacuten de cimentaciones colindantes que podriacutean suponer una carga oblicua sobre nuestra cimentacioacuten habraacute que considerarla en caacutelculo y prever un proceso constructivo adecuado (no vayamos a provocar dantildeos a otras edificaciones)
bull Ignorancia de las condiciones de contorno es decir no consideracioacuten de las condiciones del entorno de la estructura
proyectada posibles socavaciones arrastres descalces agotamientos rebajamientos de nivel freaacutetico etc
bull Heterogeneidades distribucioacuten irregular de las cargas o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentacioacuten
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Defectos de ejecucioacuten
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecucioacuten de eacutestos Los defectos de ejecucioacuten normalmente responden a un deficiente Control de Calidad Por tanto en principio son evitablesAlgunos errores de ejecucioacuten podriacutean serbull Apreciacioacuten erroacutenea de los estratos resistentes confundidos con
capas de poco espesor bolos erraacuteticos etcbull Errores de replanteo bull Mala calidad de los materiales en especial hormigones Deterioro
de zapatas losas o muros por escasa calidad de los materiales grietas de retraccioacuten por mala dosificacioacuten del hormigoacuten materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto etc
bull Degradacioacuten del material suele ir unido al anterior hormigoacuten no resistente a la agresividad del terreno recubrimientos insuficientes madera metal etc
bullCAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Lavado del hormigoacuten en cimentaciones superficiales o profundas colocado en presencia de aguas en movimiento
Errores en la colocacioacuten de armaduras confusioacuten de diaacutemetros de armado ausencia de separadores etc
Problemas de fraguado unidos a errores de vertido de dosificacioacuten de curado
Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio cortadas lavadas) o de baja calidad y excesiva carga portante de caacutelculo
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
32 Definicioacuten de colapso
Zur y Wisemam (1973) definen como colapso a cualquier disminucioacuten raacutepida de volumen
del suelo producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factores (9)
1048713 Contenido de humedad (w)
1048713 Grado de saturacioacuten (Sr)
1048713 Tensioacuten media actuante (τ)
1048713 Tensioacuten de corte (σ)
1048713 Presioacuten de poros (u)
Reconociendo por lo tanto que el colapso de la estructura del suelo puede producirse por
una variedad de procesos diferentes de la saturacioacuten Reginatto (1977) sugiere que a esta
lista de factores puede agregarse la interaccioacuten quiacutemica entre el liacutequido saturante y la
fraccioacuten arcillosa
A efectos de definir y diferenciar los distintos tipos de colapso Uriel y Serrano (19731974)
clasifican a los suelos colapsables o desmoronables en
Grupo I Suelos en los que tiene lugar un raacutepido cambio de la relacioacuten entre presiones
efectivas y las deformaciones sin que se alcance la resistencia uacuteltima del material De
acuerdo con esto la causa del colapso es uacutenicamente el cambio de las presiones efectivas A
este grupo pertenecen los limos o arcillas cementadas y las rocas de gran porosidad
Cuando se ensaya a humedad constante se detecta una notable modificacioacuten de su moacutedulo
de compresibilidad al alcanzar un cierto valor las presiones efectivas
Arcillas cementadas ndash ciudad de huarmey ndash AH Santo Domingo
Se puede apreciar las rajaduras sufridas por colapso del suelo arcillo limoso cementado
Grupo II Suelos en los que sin la presencia o cambio de las condiciones que producen el
colapso no hay cambio abrupto en la relacioacuten presioacuten-deformacioacuten Tal es el caso de los
loess y algunas arcillas que contienen sulfatos Si se ensayan a humedad constante la
relacioacuten tensioacuten-deformaciones es una curva suave y continua y sin agudos quiebros La
saturacioacuten produce sin embargo un importante cambio volumeacutetrico debido probablemente
a un incremento de la presioacuten de los poros que origina el agotamiento de la resistencia al
corte del suelo
33 Suelos colapsables por humedecimiento
Establecida la definicioacuten general de colapso nuestro anaacutelisis se centraraacute en aquellos suelos
en los cuales el colapso de la estructura del suelo es provocado por un incremento del
contenido de humedad Por lo tanto en lo sucesivo cuando se hable de suelos colapsables
se entenderaacute que son aquellos suelos en que un aumento en el contenido de humedad
provoca una brusca disminucioacuten de volumen sin la necesidad de un aumento en la presioacuten
aplicada
A partir de esta definicioacuten se advierte
1048713 Por un lado una destruccioacuten o un cambio en la estructura que el suelo teniacutea
originalmente y
1048713 Por el otro lado un agente externo el agua que provoca este fenoacutemeno
En la Mecaacutenica de Suelos claacutesica de los suelos saturados o de los suelos secos el fenoacutemeno
de colapso generalmente viene asociado a un cambio en el estado tensional del suelo En
cambio aquiacute y en una primera definicioacuten estariacutea provocado por un agente externo (cambio
en el contenido de humedad)
En el proceso de consolidacioacuten de suelos saturados (Teoriacutea claacutesica de Terzaghi) tambieacuten se
produce una disminucioacuten de volumen pero puede decirse que en muchos aspectos el
colapso es lo contrario de la consolidacioacuten tal como se indica en Reginatto (1977) (11)
4 MECANISMO DEL COLAPSO
A continuacioacuten se analizaraacuten los diferentes mecanismos de colapso para distintas
estructuras de suelos para lo cual se seguiraacute principalmente el trabajo de Dudley (1970)
Las siguientes condiciones generales son las que establece Dudley para que ocurra el
colapso
1 La estructura del suelo deberaacute tener ciertas caracteriacutesticas de modo tal que se tienda a la
ocurrencia de dicho fenoacutemeno
2 Las partiacuteculas estaraacuten unidas entre siacute por fuerzas o materiales cementantes que son
susceptibles -tanto unas como otros- pueden ser anulados o reducidos cuando aumenta el
contenido de humedad del suelo
3 Cuando este soporte es reducido o anulado las partiacuteculas del suelo deslizan o ruedan por
una peacuterdida de la resistencia al corte
Los suelos granulares como las arenas y las gravas presentan un tipo de estructura simple
tambieacuten ampliable a los limos En ella las uniones entre granos son contactos reales
debidos a fuerzas gravitacionales fuerzas exteriores o capilares Estas uacuteltimas tienen un
caraacutecter temporal ya que dependen del grado de saturacioacuten que posea el suelo La humedad
del suelo puede variar entre el estado saturado y el seco del mismo modo las tensiones
capilares seraacuten variables con el contenido de humedad y desapareceraacuten tanto al saturarse
como al secarse el suelo
Seguacuten puede verse en la forma que toman los meniscos hace que el agua esteacute traccionada y
por lo tanto la presioacuten de poros sea negativa Esto origina un aumento de la presioacuten efectiva
que une un grano con el otro Este aumento de la presioacuten efectiva origina un aumento en la
resistencia por lo cual los granos opondraacuten una mayor resistencia al deslizamiento
Si en este estado el suelo se satura la presioacuten efectiva disminuiraacute y con ella la resistencia
al corte pudiendo provocar un deslizamiento relativo entre los granos de suelo
Cuando la estructura es macroporosa este deslizamiento entre granos se manifiesta en una
importante disminucioacuten de volumen
Este tipo de mecanismo de colapso o desmoronamiento puede ampliarse tambieacuten para
aquellas arenas en las que sus viacutenculos estaacuten formados por partiacuteculas de limos
Cada partiacutecula de arcilla posee una carga neta negativa que se equilibra con los cationes de
la doble capa que la rodea Dos partiacuteculas se repeleraacuten entre siacute cuando entran en contacto
sus dobles capas A medida que se trate de acercarlas esta fuerza de repulsioacuten aumentaraacute
Ademaacutes de esta fuerza de repulsioacuten existe una fuerza de atraccioacuten entre las partiacuteculas
debidas a las fuerzas de Van der Waals o fuerzas de enlace secundario esta fuerza tambieacuten
es funcioacuten de la distancia entre las partiacuteculas Por lo tanto las partiacuteculas se atraeraacuten o
repeleraacuten en funcioacuten de la resultante de estas dos fuerzas
Las fuerzas de repulsioacuten son dependientes de las caracteriacutesticas del sistema (espesor de la
doble capa) no asiacute las fuerzas de atraccioacuten que en general son independientes de eacutel Las
partiacuteculas podraacuten alejarse o acercarse modificando las caracteriacutesticas del medio y por ende
el espesor de las dobles capas El proceso de acercamiento de una partiacutecula con otra se
denomina floculacioacuten y al proceso de alejamiento de una partiacutecula respecto a otra
dispersioacuten
Lambe y Whitman (1969) indican que se provoca una tendencia a la floculacioacuten
aumentando una o varias de las siguientes caracteriacutesticas
- Concentracioacuten de iones Valencia ioacutenica
- Temperatura o disminuyendo una o maacutes de las siguientes
- Constante dieleacutectrica
- Tamantildeo del ioacuten hidratado
- Absorcioacuten de aniones
- pH
Durante un proceso de saturacioacuten ademaacutes de una disminucioacuten de las fuerzas capilares hay
una disminucioacuten en la concentracioacuten de iones y por lo tanto un proceso de dispersioacuten
Partiacuteculas que antes estaban unidas por fuerzas de atraccioacuten comienzan a repelerse y
adquirir una estructura dispersa y probablemente menos resistente
Esta es una manera bastante simple de explicar un mecanismo mucho maacutes complejo en el
que pueden intervenir ademaacutes de los nombrados otros factores Sin embargo se advierte
coacutemo una estructura estable puede ser modificada cuando entra en juego un agente
externo que desestabiliza y modifica los viacutenculos que primariamente le conferiacutean una
resistencia aparente
En cualquiera de los tipos de estructuras antes descritas los viacutenculos entre partiacuteculas
pueden estar impregnados de un agente cementante que confiere una resistencia cohesiva
adicional al deslizamiento de un grano respecto a otro
Tambieacuten esta cohesioacuten puede tener un caraacutecter temporal semejante al de las fuerzas
capilares
La peacuterdida de esta resistencia dependeraacute tanto de las caracteriacutesticas del agente cementante
como de las del fluido Asiacute si la cementacioacuten deriva de sales cristalizadas la peacuterdida de
resistencia seraacute funcioacuten del grado de solubilidad de estas sales
Finalmente cualquiera sea el tipo de estructura de suelo que se esteacute considerando siempre
es posible hablar de viacutenculos o fuerzas que unen o ligan una partiacutecula a otra En unos casos
las partiacuteculas estaacuten en contacto directo entre siacute (partiacutecula-partiacutecula) unidas por fuerzas
externas o capilares y en otros casos estas tuerzas o viacutenculos pueden tener caraacutecter
fiacutesicoquiacutemico o eleacutectrico a incluso no existir contacto directo entre las partiacuteculas
Si la estructura del suelo se encuentra en estado de equilibrio y un agente externo -
cualquiera- provoca una disminucioacuten o anulacioacuten de las fuerzas que vinculan unas
partiacuteculas con otras puede suceder que el suelo pase a un nuevo estado de equilibrio
Este proceso entre dos estados de equilibrio puede provocar o no un cambio de la
estructura del suelo dependiendo de
1048713 La magnitud de los cambios provocados en los viacutenculos yo fuerzas por el agente
externo
1048713 Estado tensional existente en los viacutenculos
Si los cambios provocados por el agente externo en las caracteriacutesticas de los viacutenculos no
son suficientes como para movilizar un cambio de estructura eacutesta permaneceraacute inalterada
Sin embargo la condicioacuten de equilibrio puede haber variado dado que de alguna forma el
agente ha sensibilizado al suelo
En cambio si el estado tensional en los contactos es superior a la resistencia que tienen
eacutestos durante el proceso las partiacuteculas cambiaraacuten de posicioacuten produciendo un cambio de
estructura y pasando a un nuevo estado de equilibrio
Un ejemplo de ello puede observarse en en la cual se han dibujado dos ensayos
edomeacutetricos de un mismo estrato La muestra A fue cargada hasta una presioacuten de 200
kgcm2 a humedad natural (w= 144) siendo posteriormente inundada a esa presioacuten
Durante este proceso se observa un importante cambio volumeacutetrico La muestra B fue
inundada a una presioacuten de 010 Kgcm2 no observaacutendose ninguacuten cambio volumeacutetrico
durante el proceso de saturacioacuten Posteriormente se continuoacute el ensayo edomeacutetrico en
forma habitual hasta una presioacuten de 200 kgcm2
Al no advertirse cambios volumeacutetricos durante el proceso de saturacioacuten puede inferirse que
tampoco se han inducido cambios en la estructura del suelo pero es indudable que
efectivamente se ha generado una notable disminucioacuten en la resistencia de los viacutenculos
dado que al aumentar el estado tensional el comportamiento del suelo varioacute radicalmente
del que se observoacute durante el proceso de carga a humedad natural en la muestra A
Esto tambieacuten queda reflejado en las curvas de La primera de ellas corresponde a la
variacioacuten de las deformaciones verticales en funcioacuten del tiempo cuando la muestra A fue
saturada a una presioacuten axial de 200 kgcm2 en tanto la segunda corresponde al salto de
carga de 100-200 kgcm2 del ensayo B (saturada a 010 kgcm2) En ambas curvas se
advierte en primer teacutermino una brusca disminucioacuten de volumen sentildealada como colapso
primario (Redolfi 1982)
En esta etapa la resistencia y la estabilidad de la estructura macroporosa y mal acomodada
dependen baacutesicamente de la resistencia al corte a la traccioacuten y a la compresioacuten de los
puentes o acumulaciones de arcillas yo sales en los puntos de contacto entre las partiacuteculas
(Reginatto 1977) Los esfuerzos que se producen en dichos viacutenculos y puntos de contactos
han superado la resistencia del material provocando el consecuente desmoronamiento de la
estructura del suelo dando como resultado una totalmente distinta a la anterior Posterior a
esta primera etapa (cambio de pendiente de las curvas) sigue existiendo una importante
disminucioacuten de volumen debida posiblemente a un reacomodamiento de las partiacuteculas del
suelo a esta nueva estructura de suelo mejorado o compactado
El objetivo de todo este apartado no ha sido explicar el mecanismo uacuteltimo del colapso sino
maacutes bien tratar de comprender a traveacutes de ejemplos simples y factibles coacutemo la entrada de
agua en una estructura metaestable origina una desestabilizacioacuten o sensibilizacioacuten en la
resistencia existente entre los viacutenculos
Tampoco se ha pretendido hacer una revisioacuten exhaustiva de todos los mecanismos que
diversos investigadores han propuesto para explicar el fenoacutemeno del colapso sino tomar en
consideracioacuten aquellos maacutes documentados y que mejor se adaptan al caso de suelos
loeacutessicos con estructura macroporosa que seraacuten objeto de un especial anaacutelisis en estas
notas
5 COLAPSO RELATIVO
Con referencia al Colapso Relativo (δcol) existe una aparente anarquiacutea tanto en su
denominacioacuten como en la forma de calcularlo En se sentildealan algunas de las maacutes conocidas
Del anaacutelisis de las diferentes ecuaciones se advierte que la uacutenica diferencia en el caacutelculo
radica en el denominador o valor de referencia que se elija altura inicial de la probeta (h0)
la altura de la probeta a humedad natural cargada a una presioacuten igual al peso propio de las
tierras (h1) o la altura de la probeta antes de la inundacioacuten cargada a una presioacuten a
σ(wHN) Esta variedad de definiciones es aparente dado que para el caso del caacutelculo de la
magnitud del asentamiento debido solamente al peso propio de las tierras dos de las
ecuaciones se hacen iguales puesto que para ese caso particular h1= hHN a incluso suele
suceder que h es aproximadamente igual a h0
En lo sucesivo se utilizaraacute la siguiente ecuacioacuten para definir el Colapso Relativo (δcol)
h HN= Altura de la probeta a humedad natural (antes de la inundacioacuten) cargada a una
presioacuten cualquiera σ
hSAT = Altura de la probeta saturada (despueacutes de producido el colapso) cargada a la
presioacuten σ
h = Altura de la probeta a humedad natural cargada a una presioacuten axial igual al peso propio
de las tierras
SUELOS AUTOCOLAPSABLES Y POTENCIALMENTE COLAPSABLE
En el graacutefico semilogariacutetmico que representa el comportamiento de un suelo un ensayo a
compresioacuten confinada realizado sobre en condicioacuten saturada se puede observar un quiebre
en la curva de compresibilidad La presioacuten axial a la cual se produce este quiebre o este
cambio de comportamiento se la denomina Presioacuten de Fluencia Saturada o Presioacuten Inicial
de Colapso En principio se establece que para presiones menores a esta el suelo tiene un
comportamiento elaacutestico y los asentamientos por colapso son bajos y nulos Por el
contrario para presiones mayores a la de Fluencia el suelo tiene un comportamiento elaacutesto-
plaacutestico y los asentamientos por colapso son importantes
Se dice que un suelo es auto colapsable cuando la presioacuten de tapada o geoestaacutetica (σ0) es
superior a la Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) Esto quiere decir que cuando en ese suelo
se produzca el humedecimiento se produciraacuten asentamientos importancia con solamente la
accioacuten de su peso propio
Se designa con suelos potencialmente colapsable a aquellos suelos en los que la presioacuten de
tapada o geo-estaacutetica (σ0) es menor a la Presioacuten Inicial de Colapso
7 PERFILES DE COLAPSIBILIDAD
Lo realmente interesante de los conceptos antes enunciados radica fundamentalmente en
que han permitido generar una metodologiacutea de anaacutelisis de los perfiles con suelos
susceptibles al colapso
Este anaacutelisis permite confrontar a cada profundidad considerada la magnitud de la Presioacuten
Inicial de Colapso (σicol) con la Presioacuten total (σT) igual a la suma de la presioacuten debida a la
carga aplicada (Δσ) maacutes la presioacuten por peso propio (σ0)
En (26) se presenta un perfil de suelo en el que se ha dibujado la variacioacuten de ambas
presiones (la Presioacuten Inicial o de Fluencia y la Presioacuten Total) en funcioacuten de la profundidad
para dos estados de cargas en el correspondiente a las presiones geostaacuteticas y en el
correspondiente a las presiones totales provocadas por una carga en la superficie del
terreno
A partir del anaacutelisis de estas curvas pueden establecerse por ejemplo los espesores de los
suelos que autocolapsaraacuten por humedecimiento y aquellos que colapsaraacuten si ademaacutes de la
saturacioacuten se aumentan las cargas y consecuentemente clasificar los suelos en sus
diferentes grupos suelos verdaderamente colapsables (autocolapsables) o suelos
condicionalmente colapsables (colapsables bajo cargas externas)
Aun cuando el valor de la Presioacuten Inicial sea aproximado este tipo de anaacutelisis es de
fundamental intereacutes en el disentildeo de los diferentes tipos de cimentaciones ya que se podraacute
conocer cuales seraacuten en forma aproximada los principales problemas que se presentaraacuten
en el disentildeo de las obras permitiendo de esta
forma elegir correctamente el tipo de cimentacioacuten o el meacutetodo de mejoramiento del suelo a
emplear para disminuir o anular la susceptibilidad al colapso
8 MAGNITUD DEL ASENTAMIENTO POR COLAPSO
81 Definiciones
La magnitud del asentamiento por colapso producido por humedecimiento del terreno
depende seguacuten Grigoryan y Ivanov (1968) tanto de
1048713 Factores intriacutensecos del suelo (caracteriacutesticas fisico-mecaacutenicas) y de
1048713 Factores externos al suelo (estado tensional y el aacuterea inundada)
Se define al asentamiento adicional por colapso (Wcolt) de un manto de suelos
colapsables de espesor Ht a la sumatoria
donde
Ht = H1+H2+ = Hj+Hn
Hj = Espesor del estrato j
Wcolj = Asentamiento adicional por colapso del estrajo j
δcolj = Colapso relativo del estrato j a la presioacuten σzj
σzj = Presioacuten total (peso propio + incremento de presioacuten) en el estrato j
82 Caracteriacutesticas fiacutesico-mecaacutenicas
Un aspecto importante del comportamiento de este tipo de suelos y que por lo tanto
influyen en la magnitud de los asentamientos es su marcada heterogeneidad Los suelos
loeacutessicos colapsables en cierto entorno suelen considerarse como suelos homogeacuteneos pero
en realidad poseen una apreciable heterogeneidad extendida dentro de la masa Algunos de
estos aspectos pueden ser puestos en evidencia a traveacutes de ensayos geoteacutecnicos
La determinacioacuten de los paraacutemetros tenso-deformacionales como el colapso relativo (δcol)
puede diferir seguacuten Abelev y Abelev (1979) de 15 a 2 veces incluso si se lo hace a partir
de probetas gemelas talladas de un uacutenico bloque de suelo
Esto soacutelo se explica a traveacutes de la gran heterogeneidad local que presentan estos suelos en
los cuales existen macroporos dejados por raiacuteces o insectos y concreciones aisladas de
carbonatos etc que pueden hacer variar las caracteriacutesticas deformacionales en oacuterdenes de
magnitud de los arriba sentildealados Otro aspecto que sentildealan Bally et al (1969) es la
heterogeneidad en la variacioacuten local de las caracteriacutesticas quiacutemicas y mineraloacutegicas las
cuales son difiacuteciles de ser advertidas por meacutetodos usuales de investigacioacuten Para corroborar
todo este tipo de heterogeneidades en (30) se muestran liacuteneas de igual asentamiento para
un estanque experimental de 30 mestros de lado al cabo de 3 meses de continua inundacioacuten
Pueden observarse asentamientos diferenciales de hasta 60 cm Esto induce a pensar que
aunque las propiedades tenso deformacionales pudieran ser aproximadamente constantes
viacuteas preferenciales de humedecimiento (canaliacuteculos verticales dejados por raiacuteces de
hierbas) pueden saturar mayores espesores o presentar curvas de iso saturacioacuten apartadas
del modelo teoacuterico
En resumen una de las caracteriacutesticas principales que deben tenerse siempre en cuenta en
el caacutelculo de la magnitud de los asentamientos por colapso es que estos frecuentemente no
seraacuten uniformes ya sea por las causas antes expuestas como por otros factores como por
ejemplo la dimensioacuten del aacuterea inundada
83 Aacuterea inundada
Otro de los aspectos que influyen considerablemente en la magnitud de los asentamientos
por colapso son el tipo de humedecimiento que se realice dentro de la masa del suelo y las
dimensiones del aacuterea humedecida Golacutedstein (1969) distingue cuatro tipos de
humedecimientos
1 Humedecimiento localizado del suelo a poca profundidad debido generalmente a la
rotura de conducciones hidraacuteulicas de las construcciones En estos casos es casi imposible
predecir a priori la forma en planta y en corte de estos humedecimientos y por lo tanto
hacer una estimacioacuten de la magnitud de los asentamientos y su distribucioacuten en planta
2 Humedecimiento extenso de todo el perfil del suelo causado por una importante
infiltracioacuten de agua (rotura de canales o efluentes industriales) Los asentamientos en estos
casos pueden ser importantes y dantildeinos para las construcciones especialmente cuando los
asentamientos son desiguales
3 Una elevacioacuten uniforme del nivel freaacutetico debido generalmente a una recarga del freaacutetico
causado por una fuente lejana
4 Un aumento gradual y lento del contenido de agua debido por ejemplo a la
condensacioacuten del vapor y una acumulacioacuten de humedad causada por cambios en las
condiciones ambientales (pavimentacioacuten de la superficie del terreno)
En cuanto a la forma y las dimensiones del aacuterea humedecida se ha demostrado
experimentalmente que los asentamientos por colapso calculados con la ecuacioacuten indicada
arriba son soacutelo aplicables cuando la superficie de saturacioacuten o fuente de humedecimiento
es del orden de 23 a 1 vez el espesor de los sedimentos colapsables (Krutov y Dyakonov
1973) En cambio cuando esta relacioacuten es menor y la zona humedecida se aparta de la
supuesta unidimensional los asentamientos reales son sustancialmente menores a los
calculados
Por tal motivo algunos investigadores coinciden en afirmar que dicha ecuacioacuten debe estar
afectada de un coeficiente (m) que tenga en cuenta el tipo la forma y las dimensiones del
aacuterea humedecida
m = f (B L Z)
donde B y L son el ancho y largo de la fuente de inundacioacuten y Z el espesor de la zona
humedecida Asiacute en la ex URSS es habitual afectar a los asentamientos calculados por un
coeficiente llamado de condiciones de campo o de operacioacuten
Este coeficiente es pues la relacioacuten entre el asentamiento real medido en el terreno y el
calculado De modo que
84 Estado tensional
La magnitud del asentamiento adicional por colapso es funcioacuten de la tensioacuten actuante en el
manto de suelo considerado Si se analiza el caso particular de una zapata apoyada sobre la
superficie del terreno el asentamiento adicional por colapso seraacute funcioacuten de la forma y las
dimensiones de aacuterea cargada del espesor del manto susceptible al colapso y del tipo y la
forma de la zona humedecida Sin embargo se ha comprobado experimentalmente que si el
espesor de los mantos de suelos colapsables que se encuentran por debajo de la zona
comprimida es suficientemente importante como para que pueda colapsar por peso propio
la amplitud del asentamiento no depende praacutecticamente de la forma y de las dimensiones de
las fundaciones (Abelev y Abelev 1979)
En las numerosas experiencias realizadas sobre zapatas a escala real se ha comprobado que
los asentamientos adicionales por colapso medidos pueden llegar a ser entre 15 a 2 veces
mayores que los calculados sobre todo en zapatas con anchos inferiores a los 20 m de
ancho (Abelev y Abelev 1979)
Estas divergencias entre el valor de los asentamientos calculados y los reales pueden
atribuirse a varios factores entre los cuales pueden sentildealarse
c) La eleccioacuten del espesor del manto de suelos colapsables o susceptibles a sufrir un
asentamiento adicional ha sido largamente discutido Asiacute Kodrynova (1969) en base a
ensayos de zapatas a escala real pudo establecer las dimensiones de la zona realmente
deformada Confirmando que la profundidad de la zona deformada era menor que la
profundidad que por ejemplo estableciacutean las Normas Sovieacuteticas vigentes en ese momento
Estas Normas haciacutean soacutelo consideraciones tensionales y fijaban la profundidad del manto
como aqueacutella para la cual la relacioacuten entre el valor de la carga adicional debida a la zapata
(Δσ) y el de la presioacuten natural (σ0) se haciacutean igual a 020 Kodrynova (1969) comproboacute
que el criterio maacutes adecuado para establecer este espesor era usar el concepto de resistencia
estructural o Presioacuten Inicial de Colapso sugerido por Abelev en 1968 Asiacute observoacute que la
zona deformada se correspondiacutea muy bien con aquellos lugares donde los valores de
tensiones totales (σz) eran mayores al valor de la Presioacuten Inicial de Colapso (δicol) Por
tanto concluyoacute que el espesor Zo puede definirse como la profundidad en la cual se
comprueba que
Esto coincide con lo advertido por Grigoryan (1967) en ensayos de zapatas cuadradas y
rectangulares en donde solamente se observaron asentamientos en la masa del suelo
cuando la tensioacuten actuante era mayor al valor de la Presioacuten Inicial de Colapso (δicol)
Por lo tanto se puede concluir que no existen reglas praacutecticas -como las que existen en
otros tipos de suelos- que puedan dar valores indicativos de la relacioacuten entre el ancho de la
cimentacioacuten y el espesor del manto deformable Sin embargo de lo que siacute hay abundante
evidencia es que la zona deformada generalmente aumenta cuando aumenta el contenido de
humedad (Tsytosich et al 1979)
b) La distribucioacuten de tensiones en la masa de un suelo colapsable provocada por una zapata
riacutegida se asemeja a la de un medio seminfinito y elaacutestico (error entre 20 a 30) soacutelo
cuando el suelo estaacute a humedad natural y la tensioacuten no sobrepasa los 30 kgcm2
(Grigoryan 1967) Tsytosich et al (1979) comprobaron experimentalmente esta afirmacioacuten
observando que a posteriori de la inundacioacuten del suelo el cambio tensional sobre la vertical
en el borde y en el centro de la zapata aumentan Se advierte que durante el proceso de
inundacioacuten del suelo ubicado debajo de la zapata se produce una concentracioacuten de
tensiones bajo la zapata disminuyendo el aacuterea en donde se distribuyen las cargas Seguacuten
Abelev y Abelev (1979) esto puede explicarse porque las relaciones tensioacuten-deformaciones
de los suelos macroporosos no son lineales a estos niveles de tensioacuten
9 METODOS DE IDENTIFICACIOacuteN
91 Aspectos generales
A partir de la deacutecada de los antildeos 50 se generoacute una preocupacioacuten manifiesta por parte de
diferentes investigadores en identificar y clasificar la potencialidad al colapso en los
distintos suelos
Estos intentos a escala mundial se han enfrentado fundamentalmente con dos
inconvenientes o limitaciones como son
1 La gran variedad de tipos de suelos que colapsan por humedecimiento Asiacute por
ejemplo meacutetodos probados en ciertos paiacuteses o regiones en determinados tipos de suelos no
han podido hacerse extensivos a suelos de otras zonas cuyo origen geoloacutegico y geneacutetico es
francamente diferente
2 La frecuente heterogeneidad de los suelos colapsables por humedecimiento En este
sentido hay coincidencia entre los investigadores que han estudiado suelos colapsables de
distinto origen geoloacutegico Asiacute pueden encontrarse referencias tanto en investigadores que
analizaron suelos lateriacuteticos o de origen eoacutelico como el loess (Abeley y Abeley 1979
Moretto 1986) que en principio suelen considerarse como suelos homogeacuteneos Es
frecuente encontrar una variacioacuten en el grado de cementacioacuten (por ejemplo debido a
carbonatos) en soacutelo algunos centiacutemetros En otros casos esta heterogeneidad es debida a la
presencia de grandes macroporos dejados por raiacuteces o insectos
Esto ha llevado a una gran variedad de metodologiacuteas para establecer la susceptibilidad al
colapso de los suelos y una anarquiacutea en la terminologiacutea empleada en los diferentes paiacuteses
para su clasificacioacuten Sin embargo en la mayoriacutea de los casos los diferentes investigadores
o coacutedigos han tendido a discretizar el comportamiento del suelo frente al colapso en dos
grupos suelos que colapsan bajo peso propio y suelos que colapsan bajo una carga mayor
Rocca (1985) ha confeccionado una tabla de equivalencias con la denominacioacuten que
reciben en los distintos paiacuteses
82 Clasificacioacuten de los meacutetodos de identificacioacuten de suelos colapsables
En cuanto a los tipos de meacutetodos de identificacioacuten propiamente dichos varios han sido los
enfoques que se han propuesto Estos podriacutean clasificarse en tres grupos
1048713 Meacutetodos basados en paraacutemetros fiacutesicos de identificacioacuten de suelos tales como Peso
Unitario Liacutemites de Consistencia Granulometriacutea etc
1048713 Meacutetodos basados en ensayos mecaacutenicos principalmente en ensayos edomeacutetricos
1048713 Meacutetodos basados en la magnitud del colapso
Existe una abundante bibliografiacutea sobre los diferentes meacutetodos de clasificacioacuten a
identificacioacuten en las cuales se ha realizado un anaacutelisis criacutetico sobre los diferentes meacutetodos
como las ya referidas de Rocca (1985) y Redolfi et al (1986) y otras como las de Sultan
(1969) Reginatto (1970 1974) Loacutepez Corral (1977) Jimeacutenez Salas (1987) y Lutenegger y
Saber (1988) Por lo tanto en este apartado no se insistiraacute en ello sino maacutes bien se haraacute un
enfoque general del problema y se presentaraacuten aquellos conceptos v meacutetodos que
posteriormente seraacuten utilizados en el desarrollo de estas notas
Meacutetodos basados en paraacutemetros fiacutesicos de suelos
En general la mayoriacutea de estos meacutetodos de identificacioacuten tienen maacutes bien un caraacutecter
cualitativo que cuantitativo pretendiendo ubicar el suelo analizado en algunos de los
grupos mencionados en (36) La clasificacioacuten consiste habitualmente en establecer si el
suelo es autocolapsable (colapsable bajo su propio peso) o bien si es condicionalmente
colapsable (colapsable bajo carga externa)
En estas notas solamente se analizaraacuten tres de ellos que tienen en comuacuten que relacionan el
liacutemite liacutequido y el peso unitario seco
a) Denison (1961) establece el Coeficiente de Colapso (k) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando la relacioacuten de vaciacuteos del suelo en estado natural (e) es mayor
que la relacioacuten de vaciacuteos correspondiente al Liacutemite Liacutequido (eL )
b) Gibbs (1961) establece una Relacioacuten de Colapso (R) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando la humedad de saturacioacuten del suelo (wSAT) es mayor que el
Liacutemite Liacutequido (wL )
c) Coacutedigo de edificacioacuten de la URSS (1962) establece un Indice de Colapso (R) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando R es mayor de -010
En se han superpuesto los puntos correspondientes a pares de valores del peso unitario
seco y el Liacutemite Liacutequido de suelos de la ciudad de Coacuterdoba Argentina (Redolfi et al
1986) De ella se desprende que los valores de los paraacutemetros obtenidos son valores tiacutepicos
de la formacioacuten loeacutessica de Coacuterdoba y que para todas las metodologiacuteas aquiacute presentadas la
gran mayoriacutea de los suelos son colapsables puesto que estaacuten incluidos dentro de las zonas
que los clasifican colapsables
Meacutetodos basados en ensayos edomeacutetricos
Estos meacutetodos estaacuten basados en la Presioacuten Inicial de Colapso o Presioacuten de Fluencia La
determinacioacuten del grupo al cual pertenece el suelo estudiado (auto colapsable o colapsable
bajo carga) se realiza comparando la presioacuten de tapada o geostaacutetica con la presioacuten a la cual
se produce el colapso Asumiendo como hipoacutetesis que el colapso por humedecimiento
ocurre soacutelo a partir de una cierta presioacuten por encima de la cual la resistencia estructural del
suelo es superada
La magnitud de esta presioacuten para la cual se produce el desmoronamiento de la estructura
del suelo ha sido designada por algunos autores como
1048713 Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) (Abelev y Abelev 1979) o
1048713 Presioacuten de Fluencia Saturada (σf sat) (Reginatto 1970)
Experimentalmente se ha demostrado que cuando la presioacuten total en el suelo (σt) ya sea
por cargas externas yo peso propio es menor que esta magnitud no se producen
asentamientos de colapso por humedecimiento Krutov y Tarasova (1964) sentildealan
acertadamente que desde un punto de vista teoacuterico la Presioacuten Inicial de Colapso o Presioacuten
de Fluencia deberiacutea ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero concluyen que
desde un punto de vista praacutectico una pequentildea magnitud de colapso puede asumirse como
permisible Siguiendo este concepto por ejemplo las Normas Sovieacuteticas SNIP definen a la
Presioacuten Inicial de Colapso como aquella presioacuten para la cual en una probeta instalada en un
edoacutemetro se produce un colapso relativo unitario igual a 001 o porcentual del 100
δicol = 001 = 10
En se han representado las curvas presioacuten-deformaciones unitarias de dos ensayos
edomeacutetricos del mismo suelo uno a humedad natural y el otro en estado saturado El
colapso relativo (δicol) es igual a
δicol = εHN - εSAT
donde εHN = Deformacioacuten unitaria a humedad natural
εSAT = Deformacioacuten unitaria en estado saturado
En tanto Reginatto (1970) define a la Presioacuten de Fluencia saturada de un suelo colapsable
de la misma forma en que se establece la presioacuten de preconsolidacioacuten de una arcilla
saturada en un ensayo edomeacutetrico
En se presenta la correlacioacuten que realizan Lin y Wang (1988) entre los valores de la
Presioacuten de Fluencia Saturada y la Presioacuten Inicial de Colapso (el Coacutedigo Chino la establece
para un valor de δicol = 150) Se puede observar que aproximadamente se establece una
relacioacuten directa entre ellas Esto no es de extrantildear puesto que conceptualmente ambas
definiciones tratan de fijar la presioacuten a la cual la estructura del suelo saturado comienza a
colapsar
Los numerosos intentos realizados en ensayos in situ para comprobar la validez de esta
hipoacutetesis (Krutov y Tarasova 1964 Abelev y Abelev 1979) parecen indicar a primera
vista que las predicciones tienen buen acuerdo con la realidad en muchos casos pero en
cambio en otros la diferencia entre lo predecido y lo sucedido es importante sobre todo en
aquellos casos referidos al colapso por peso propio
Meacutetodos basados en la magnitud del asentamiento por colapso
Los meacutetodos basados en la magnitud del asentamiento por colapso se fundan en determinar
la magnitud del mismo de un perfil de suelos en un lugar determinado debido solamente a
su peso propio
Asiacute por ejemplo la Clasificacioacuten Rumana de Suelos Loeacutessicos Colapsables (LCS) define
el Potencial Total de Colapso (Img) (Bally et al1973) como
donde Hj es el espesor del estrato j en metros y img es el asentamiento edomeacutetrico
adicional de una muestra de estrato j inundada a una presioacuten igual al peso propio de las
tierras (σ0 ) expresado en cmm
El Coacutedigo de Construccioacuten de Edificios de la Repuacuteblica Popular China en regiones de
suelo colapsables sigue un criterio similar (Lin y Liang 1982 Lin y Wang 1988) La
evaluacioacuten de la susceptibilidad al colapso en un determinado sitio se realiza en dos etapas
En primer lugar se evaluacutea su aptitud al autocolapso y se determina el Tipo de sitio (Tipo
1 o Tipo 2)
La magnitud del colapso por peso propio Δzc se obtiene de forma similar a la utilizada por
Bally et al (1973) en Rumania sumando los asentamientos individuales de los n estratos
colapsables del perfil
donde Hj es el espesor de estrato en cm y δzsj es el coeficiente de colapsabilidad del estrato
j en cmcm o en por ciento obtenido por medio de ensayos edomeacutetricos en los cuales
primero se carga el suelo hasta la presioacuten por peso propio y luego se inunda la muestra
donde Hj es el espesor de estrato en cm y δzsj es el coeficiente de colapsabilidad del estrato
j en cmcm o en por ciento obtenido por medio de ensayos edomeacutetricos en los cuales
primero se carga el suelo hasta la presioacuten por peso propio y luego se inunda la muestra
La sumatoria soacutelo tiene en cuenta aquellos valores de δzs jmayores de 0015
Si Δzs lt 7 cm se considera al suelo no autocolapsable por humedecimiento y se clasifica
al lugar como sitio TIPO 2 Si en cambio Δzs gt 11 cm se considera al suelo
autocolapsable por humedecimiento y se lo clasifica como sitio TIPO 1
Por uacuteltimo si 7 cm lt Δzs lt 11 cm el tipo de sitio debe ser determinado despueacutes de un
exhaustivo estudio de la geomorfologiacutea estratigrafiacutea y caracteriacutesticas estructurales del
suelo
El Coacutedigo tambieacuten establece que la magnitud del colapso por peso propio (Δzs) tambieacuten
puede ser determinada directamente en el terreno a traveacutes de una balsa o laguna de
infiltracioacuten de dimensiones especiacuteficas
La segunda etapa de la evaluacioacuten de la colapsabilidad consiste en establecer el Grado de
Colapsabilidad del suelo de cimentacioacuten Para ello se carga a las muestras representativas
de cada uno de los estratos a una presioacuten de 200 kPa y luego se las inunda La magnitud del
colapso se obtiene
donde δsj es el Coeficiente de colapsabilidad del estrato j en cmcm para una presioacuten de
200 kPa La sumatoria soacutelo tiene en cuenta valores de Δs mayores de 0015
donde δsj es el Coeficiente de colapsabilidad del estrato j en cmcm para una presioacuten de
200 kPa La sumatoria soacutelo tiene en cuenta valores de Δs mayores de 0015
SOLUCIONES INGENIERILES EN SUELOS COLAPSABLES
111 Consideraciones generales
La primera cuestioacuten que debe analizarse cuando se disentildean cimentaciones en suelos
susceptibles al colapso es la probabilidad que el agente desencadenante del fenoacutemeno el
agua pueda o no introducirse en el terreno y por ende sensibilizar al suelo en donde se
apoyaraacuten las estructuras Por definicioacuten sin la presencia del agua el suelo no colapsa Esta
cuestioacuten es significativa puesto que pueden existir numerosos casos en donde la
probabilidad que el agua se infiltre en el suelo sea lo suficientemente baja como para
analizar la posibilidad de fundar la estructura considerando el comportamiento del suelo en
su estado natural Por lo tanto cuando se hable de suelos potencialmente colapsables por
humedecimiento no debe pensarse uniacutevocamente en las soluciones ingenieriles que se
utilizan en suelos colapsables
Hecha esta aclaracioacuten a continuacioacuten se trataraacute de ofrecer un panorama de las distintas
soluciones ingenieriles que se adoptan en suelos colapsables por humedecimiento cuando
las probabilidades de que se produzca el fenoacutemeno son altas
El objetivo central de todas estas soluciones es prevenir las fallas estructurales o de servicio
que pueden sobrevenir sobre las estructuras construidas sobre estratos de suelos
colapsables
Aitchison (1973) divide a estas soluciones en
a) Tratamiento del suelo colapsable con vista a eliminar la tendencia al colapso a lo largo
de todo el estrato de suelos desmoronables
b) Disentildeo de elementos constructivos que eliminen o disminuyan a liacutemites razonables la
posibilidad que se inicie el colapso
c) Disentildeo de estructuras yo cimentaciones insensibles a los asentamientos provocados por
el colapso por ejemplo fundaciones profundas apoyadas sobre un manto profundo no
sujeto a los asentamientos por humedecimiento
El primer grupo de soluciones comprende los meacutetodos de mejoramiento de suelo por
medio de los cuales la susceptibilidad al colapso es eliminada modificando las propiedades
resistentes del suelo mediante la compactacioacuten o la cementacioacuten de los viacutenculos entre
partiacuteculas El segundo grupo incluye la adopcioacuten de medidas constructivas tendientes a
aislar el agua de manera de evitar o disminuir la presencia de condiciones favorables al
colapso admitiendo no obstante ciertos riesgos Finalmente el tercer grupo engloba tanto
las soluciones tradicionales por medio de fundaciones profundas como el disentildeo de
estructuras con fundaciones directas insensibles a los asentamientos diferenciales
provocados por el colapso del suelo En resumen en el primer grupo de soluciones se
interviene directamente en el suelo evitando asiacute el colapso en el segundo grupo se intenta
evitar que se produzca el colapso sin modificar el suelo y en el uacuteltimo grupo se construyen
estructuras yo fundaciones que admitan y resistan los fenoacutemenos provocados por el
colapso del suelo
Evstatiev (1988) sentildeala que los mejores resultados han sido alcanzados con una oacuteptima
combinacioacuten de las ventajas que individualmente tiene cada uno de los tres grupos La
experiencia ha probado que las medidas constructivas y las medidas de aislacioacuten del agua
por siacute solas no pueden resolver todos los problemas de inestabilidad que provoca el colapso
del suelo Asiacute la adopcioacuten de soluciones exclusivamente para la superestructura (por
ejemplo fundaciones profundas) sin un adecuado disentildeo que eviten dantildeos en los otros
elementos de la construccioacuten como pisos desaguumles etc han provocado serios dantildeos en
estas partes de la construccioacuten que podriacutean haber sido evitados aplicando medidas
tendientes a evitar el ingreso del agua en el terreno
La eficacia del disentildeo adoptado en cada caso depende en gran medida de la calidad de las
investigaciones geoteacutecnicas realizadas La informacioacuten baacutesica que eacutestas deben suministrar
son el espesor del manto de suelos colapsables y la magnitud del colapso bajo peso propio
o bajo carga de todos los estratos del perfil
Una incorrecta estimacioacuten de estos paraacutemetros puede llevar a proponer y construir
soluciones ingenieriles totalmente opuestas a las correctas La confeccioacuten de perfiles de
colapsabilidad como los presentados permiten establecer la existencia o no de suelos
autocolapsables sus espesores aproximados y la profundidad a la que se encuentran Esta
metodologiacutea de anaacutelisis es de gran ayuda por ejemplo en la eleccioacuten del procedimiento
idoacuteneo para estabilizar el terreno
A continuacioacuten se presenta una descripcioacuten de las distintas soluciones ingenieriles maacutes
utilizadas en este tipo de suelos En primer lugar se analizan el primer grupo de soluciones
que se ha englobado bajo el nombre de Mejoramiento de suelos continuando luego con los
otros dos grupos Medidas para evitar la iniciacioacuten del colapso y fundaciones yo
estructuras insensibles a los fenoacutemenos del colapso
112 Mejoramiento de suelos colapsables
Consideraciones previas
El objetivo principal de estas soluciones es eliminar o disminuir apreciablemente la
susceptibilidad al colapso del suelo bien disminuyendo la porosidad del suelo
(compactacioacuten) o bien aumentando la resistencia estructural entre las partiacuteculas del suelo
(meacutetodos fiacutesico-quiacutemicos) Una de las formas de clasificar los meacutetodos de mejoramiento o
estabilizacioacuten ha sido precisamente eacutesta o sea teniendo en cuenta la accioacuten resultante
sobre el suelo (Aitchison1973 Rocca1985) Sin embargo para el desarrollo y explicacioacuten
de los diferentes meacutetodos se ha elegido la clasificacioacuten propuesta por Evstatiev(1988) que
tiene en cuenta el medio usado para realizar la estabilizacioacuten y el objeto de la misma
Evstatiev (1988) propone la siguiente clasificacioacuten de los meacutetodos de estabilizacioacuten de
suelos loeacutessicos la cual puede hacerse extensiva a suelos colapsables
a) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacioacuten
b) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
c) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
d) Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
e) Meacutetodos de mejoramiento que incorporan elementos resistentes a la traccioacuten dentro del
suelo
f) Geomembranas
g) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por drenaje
h) Correccioacuten de taludes y terraplenes
A continuacioacuten siguiendo la clasificacioacuten antes expuesta se desarrollaran aquellas
metodologiacuteas de mejoramientos de suelos colapsables maacutes extendidas Desarrollaacutendose
principalmente los grupos abc y d puesto que incluyen una serie de acciones particulares
frente al fenoacutemeno del colapso En cuanto a los restantes grupos (e f g y h) las teacutecnicas de
mejoramiento del terreno utilizadas persiguen los mismos objetivos buscados en otros tipos
de suelos y en general la teacutecnica empleada es praacutecticamente la misma Por tal motivo y
puesto que se apartan un tanto del objeto de estas notas se estima conveniente no abundar
sobre ellas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacioacuten
Este grupo comprende varias de las metodologiacuteas usadas en suelos colapsables para reducir
los vaciacuteos de modo de eliminar la colapsabilidad reducir la permeabilidad y aumentar la
capacidad de carga Esto se realiza utilizando fuerzas estaacuteticas o dinaacutemicas o bien a traveacutes
de la inyeccioacuten de lechadas
Compactacioacuten dinaacutemica Este meacutetodo es adecuado para compactar mantos de suelos
colapsables superficiales con espesores menores a 350 metros El meacutetodo consiste en dejar
caer en caiacuteda libre desde una altura de 4 a 8 metros pilones de 3 a 8 Tn sobre la superficie
del terreno a razoacuten de 10 a 16 impactos en cada lugar (Abelev y Abelev 1979) El impacto
genera una rotura de la estructura del suelo un aumento de la presioacuten de poros y una
compresioacuten del aire presente en los poros produciendo un reacomodamiento de las
partiacuteculas dando como resultado una estructura maacutes compacta Seguacuten Malyshev et al
(1983) el contenido de humedad del suelo juega un papel importante lograacutendose la maacutexima
eficiencia con un contenido de humedad cercano al Liacutemite Plaacutestico Si el contenido de
humedad es menor a eacuteste es necesario humedecer el espesor de suelo de modo de alcanzar
una mejor eficacia Varios son los factores que controlan los resultados del meacutetodo asiacute por
ejemplo el espesor compactado es funcioacuten principalmente del peso y del diaacutemetro del piloacuten
En tanto el grado de compactacioacuten estaacute controlado por el nuacutemero de impactos y la humedad
del suelo El grado de compactacioacuten no es uniforme a lo largo de todo el espesor
compactado lograacutendose la maacutexima densificacioacuten a 12 a 15 veces el diaacutemetro del piloacuten
Sin embargo se pueden obtener Pesos Unitarios secos superiores a 16 tm3 en espesores de
25 a 35 m lo cual en la mayoriacutea de los casos es suficiente para disminuir o anular la
susceptibilidad al colapso del suelo Una variante a este meacutetodo es realizar la compactacioacuten
solamente en los lugares donde actuacutean las cargas y no en toda el aacuterea de la construccioacuten
Por ejemplo en casos de fundaciones de muros de carga o fundacioacuten de columnas el
mejoramiento del suelo se logra densificando la zona de influencia del bulbo de presiones
o sea la zona donde los incrementos de presioacuten pueden hacer colapsar el suelo
Compactacioacuten por medio de pequentildeos pilotes piramidales En cierta forma este meacutetodo es
una variante del meacutetodo anterior Consiste en hincar un pilote piramidal de 3 a 4 metros de
longitud con una seccioacuten transversal superior de 60 x 60 a 70 x 70 cm y una seccioacuten
transversal inferior de 10 x 10 cm Una vez retirado el pilote la cavidad se rellena con
hormigoacuten Este tipo de metodologiacutea da excelentes resultados en aacutereas en donde existe un
espesor de suelos potencialmente colapsables (no autocolapsables) de 30 o 40 m de
profundidad pero que colapsaraacuten si estaacuten sometidos a los incrementos de carga
transmitidos por las construcciones Una de las ventajas del meacutetodo es la completa
mecanizacioacuten de todas las operaciones Una variante a este meacutetodo consiste en realizar la
hinca sobre una capa de piedra partida dando como resultado un bulbo de suelo
compactado alrededor de la capa de piedra mejorando la capacidad de carga por la punta
del pilote asiacute construido
Compactacioacuten por pilotes de suelo Este es uno de los meacutetodos maacutes usuales para
compactar espesores importantes (18 a 20 m) de suelos loeacutessicos susceptibles al colapso
El procedimiento consta de dos partes primero se realiza la perforacioacuten y segundo se llena
la cavidad con suelo compactado La perforacioacuten se realiza usualmente mediante la hinca
de un pilote metaacutelico con base ensanchada (15 veces) En otra metodologiacutea de reciente uso
la excavacioacuten se hace de la siguiente forma se perfora hasta la profundidad deseada un
hoyo de 8 cm de diaacutemetro dentro del cual se coloca una columna de explosivos que luego
de estallar crea una perforacioacuten de aproximadamente 080 m de diaacutemetro Despueacutes de
efectuada esta perforacioacuten dinaacutemica la cavidad se rellena con suelo local introducido en
tongadas de 100 a 200 Kg que luego son compactadas dinaacutemicamente por medio de un uacutetil
especial Concluidas ambas etapas quedan formadas columnas de suelo compactado con un
diaacutemetro aproximado igual a dos veces el de la perforacioacuten El grado de compactacioacuten va
decreciendo a medida que se aleja del centro de la columna por tal motivo es importante
conocer esta ley de decrecimiento para disentildear correctamente la cuadriacutecula de pilotes de
suelo Al igual que en los otros meacutetodos la eficiencia del sistema aumenta en la medida que
la humedad del suelo natural y compactado se encuentre a una humedad cercana al Limite
Plaacutestico Por tal motivo es usual que previo a la perforacioacuten se realice una humectacioacuten del
espesor de suelos a compactar Las densidades alcanzadas son del orden de 170 a 180
tm3 que son suficientes para evitar el colapso por peso propio y permiten el use del
espesor compactado como manto de fundacioacuten
Compactacioacuten por explosiones de gas Esta relativamente nueva metodologiacutea de
compactar espesores de suelos colapsables consiste en introducir a traveacutes de una lanza de
agua a presioacuten una caacutemara de compresioacuten que contiene una mezcla de gas propano y
oxiacutegeno la cual se va elevando a medida que se producen una serie de explosiones de la
mezcla De este modo se va generando una columna 120 140 m de suelo compactado
(Densidad de 150 tcm3) (Martemyanov et al 1979)
Compactacioacuten por humedecimiento (Hidrocompactacioacuten) En este caso se utiliza la propia
susceptibilidad del suelo a colapsar bajo peso propio El meacutetodo maacutes frecuente de realizar
la humectacioacuten o saturacioacuten del terreno es a traveacutes de infiltracioacuten del agua desde la
superficie del terreno para lo cual se efectuacutean excavaciones poco profundas (040 a 080 m)
o bien se construyen grandes estanques En muchos casos a efectos de acelerar el ingreso
del agua al terreno se construyen dentro del estanque drenes de arena convenientemente
espaciados Este sistema ha sido empleado ampliamente en varias partes del mundo por
ejemplo en EEUU por Gibbs y Bara (1967) y Clevenger (1956) en Rumania por Bally et
al (19651969) en la URSS por Lomize (1968) y Mustafaef (1967) en China por Lin y
Liang (1982) y en Argentina por Moll et al (1979) A pesar de su amplia utilizacioacuten y su
bajo costo el meacutetodo presenta una serie de inconvenientes aparicioacuten de grietas de traccioacuten
en el contorno del aacuterea inundada existencia de importantes deformaciones posteriores al
colapso necesidad de recompactar los 4 oacute 5 primeros metros utilizando otro tipo de
metodologiacutea La efectividad de este meacutetodo se mejora sustancialmente si al mismo se lo
combina con otro meacutetodo de compactacioacuten dinaacutemica
Compactacioacuten por humedecimiento previo y por explosiones profundas Este meacutetodo fue
desarrollado en al Unioacuten Sovieacutetica por Livinov (1976) en la deacutecada de los 60 El espesor de
suelos a compactar es previamente humedecido a traveacutes de un sistema de drenes
(cuadriacutecula de 3 x 3 a 5 x 5 m) Las cargas explosivas (5 a 7 Kg) son colocadas en el fondo
de los mismos drenes o bien en tubos metaacutelicos colocados en perforaciones adicionales La
cuadriacutecula con las cargas es aproximadamente de 4 x 4 m En este procedimiento no es
necesario la completa saturacioacuten del suelo que por ejemplo necesita el meacutetodo anterior
Posterior al humedecimiento se hacen estallar las cargas de toda un aacuterea (2000 a 50000
m2) La explosioacuten generan una onda de choque que hace licuar la estructura del suelo lo
cual permite un reacomodamiento de las partiacuteculas y un crecimiento de la densidad del
suelo En ciertos casos es aconsejable la construccioacuten de trincheras alrededor de la zona a
compactar a efectos de evitar la propagacioacuten de grietas fuera de ella La explosioacuten produce
un importante a inmediato asentamiento de la superficie del terreno Los asentamientos en
general se estabilizan al cabo de 3 oacute 4 semanas Este tipo de meacutetodo es aconsejable cuando
se desea compactar grandes voluacutemenes de suelo particularmente en grandes complejos
industriales o bien en obras hidroeleacutectricas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
En este apartado se incluyen aquellos meacutetodos de estabilizacioacuten consistentes en la mezcla y
posterior compactacioacuten de suelo colapsable con otros materiales (arena gravas) a efectos
de conseguir mayor resistencia y mayor rigidez Este tipo de estabilizacioacuten es de amplio use
en la ingenieriacutea vial en la construccioacuten de bases y de sub-bases
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
Este grupo incluye a aquellas metodologiacuteas en las cuales el mejoramiento de las
propiedades resistentes del suelo se consiguen con la creacioacuten de viacutenculos maacutes soacutelidos y
estables en la estructura del suelo En algunas de ellas la inyeccioacuten de agentes cementantes
provoca la rotura de la estructura original del suelo En otras por el contrario la inyeccioacuten
de agentes quiacutemicos actuan directamente sobre los viacutenculos sin modificar la estructura del
suelo Los meacutetodos se pueden dividir en meacutetodos superficiales y meacutetodos profundos
dependiendo en donde se realice la estabilizacioacuten En los meacutetodos de estabilizacioacuten
superficiales el mejoramiento en general se consigue mediante la mezcla y posterior
compactacioacuten del suelo con agentes quiacutemicos o cementantes tales como cemento cal
emulsiones asfaacutelticas sales (NaCl Nat C03 NaPO3) etc Estos meacutetodos de estabilizacioacuten
son tambieacuten usuales en otros tipos de suelos y son de amplia utilizacioacuten en todo tipo de
obras de ingenieriacutea civil por tal motivo no insistiremos en ellos Por el contrario los
meacutetodos de estabilizacioacuten profunda aunque tambieacuten se han utilizado en otros tipos de
suelos muchos de ellos se han desarrollado y usado especiacuteficamente para eliminar o
disminuir la susceptibilidad al colapso en espesores importantes de suelo A continuacioacuten
se presentan algunos de ellos
Inyecciones de agentes quiacutemicos Las investigaciones y las realizaciones en este tipo de
estabilizaciones se ha desarrollado principalmente en la Unioacuten Sovieacutetica Seguacuten Mitchell
(1981) la razoacuten principal por la cual estos meacutetodos no se han extendido universalmente se
debe principalmente a los altos costos frente a otros tipos de estabilizaciones Sin embargo
Esvtatiev (1988) da cuenta de la existencia en la URSS de maacutes de 800 proyectos en donde
se han utilizado satisfactoriamente p ej el meacutetodo de silicatizacioacuten) Esto ha permitido un
continuo mejoramiento de la tecnologiacutea una reduccioacuten de los costos y una abundante
normativa en la regulacioacuten de su uso El agente quiacutemico maacutes utilizado por su bajo costo
frente a otros agentes quiacutemicos es el Silicato de Sodio El meacutetodo consiste en inyectar en
todo el espesor de suelo a tratar una solucioacuten de silicato de sodio (Densidad = 1 10 a 1 04
gcm3) a traveacutes de un tubo inyector de 42 mm de diaacutemetro con perforaciones de 3 mm
protegidas por un manguito de goma La inyeccioacuten se realiza a una presioacuten de 20 a 40
Kgcm2 y una descarga de 48 litros por minuto (Zvyagin et al 1978) La silicatizacioacuten del
suelo es soacutelo posible en un medio fuertemente alcalino Seguacuten Sokolovic (1973) se logra
una mejor eficiencia mediante una pre y post gasificacioacuten con carbonato de calcio Luego
de la inyeccioacuten tres son los cambios que se observan en el suelo un aumento significativo
de la resistencia a la compresioacuten (superior a 20 Kgcm2 ) una eliminacioacuten de la
susceptibilidad al colapso y una disminucioacuten de la permeabilidad Otro de los tratamientos
con agentes quiacutemicos es la inyeccioacuten de amoniacuteaco La mejora en el suelo es inferior al
tratamiento por silicatizacioacuten ademaacutes presenta la desventaja de ser un elemento toacutexico y su
utilizacioacuten requiere medidas especiales de proteccioacuten (Sokolovic 1973)
Estabilizacioacuten teacutermica Esta teacutecnica comenzoacute a desarroIlarse en la URSS en la deacutecada de
los antildeos 50 y ha sido utilizada exitosamente en un importante nuacutemero de emprendimientos
Seguacuten Esvtatiev (1988) la aplicacioacuten de este meacutetodo es teacutecnica y econoacutemicamente
aconsejable en los siguientes casos a) en la estabilizacioacuten de fundaciones existentes de
estructuras altas como chimeneas tanques de agua b) en la paralizacioacuten de los
asentamientos en construcciones existentes provocados por el colapso del suelo Las
propiedades de los minerales arcillosos cambian cuando eacutestos son sometidos a altas
temperaturas lo cual genera un aumento importante de la resistencia y por ende la
eliminacioacuten de la susceptibilidad al colapso del suelo La tecnologiacutea ha ido variando y
mejorando su eficiencia a lo largo de estas deacutecadas No obstante la variedad de meacutetodos
casi todos ellos consisten en la introduccioacuten de un quemador de fuel o gas dentro de un pre
pozo de 020 metros de diaacutemetro con una presioacuten de aire de 20 a 30 Kgcm2 De esta
forma al cabo de 10 a 15 diacuteas se consigue una columna estabilizada de suelo de 20 a 30
metros y una profundidad de 10 a 15 metros (Beles y Stanculescu 1958)
Estabilizacioacuten mediante mezclado mecaacutenico con agentes cementantes El objetivo de este
tipo de estabiacutelizacioacuten es la creacioacuten de columnas o pilotes de suelo con alta resistencia y
rigidez que permitan la transferencia de las cargas a mantos maacutes profundos y estables
Varios son los meacutetodos constructivos que pueden agruparse dentro de este grupo Los
subdividiremos en los siguientes subgrupos dependiendo del lugar en donde se realiza la
mezcla del suelo con el agente cementante
1 La mezcla del suelo y el agente cementante se realiza en superficie En este caso la
excavacioacuten se puede realizar bien utilizando la teacutecnica constructiva empleada en los pilotes
de suelo (hinca) o bien usar teacutecnicas usuales de perforacioacuten La mezcla deiexcl suelo con el
agente cementante (preferentemente Cemento Portland) puede ser fluida (suelo cemento
plaacutestico) a introducirse dentro de la excavacioacuten en forma de pastones o bien mezclar el
suelo y elcemento con porcentaje de humedad oacuteptimo a introducirlos en la perforacioacuten en
tongadas (100 a 200 Kg) las cuales posteriormente son compactadas dentro de la misma
excavacioacuten Por lo tanto existen cuatro variantes seguacuten sea el tipo de excavacioacuten y el tipo
de mezcla
2 La mezcla del suelo y el cemento se realiza en el mismo proceso de perforacioacuten En este
caso la mezcla del agente cementante se realiza con el propio suelo La mezcla puede
realizarse mediante uacutetiles especiales que van mezclando el suelo con una lechada de
cemento o bien usar la teacutecnica del jet grouting mediante un chorro de lechada a alta presioacuten
Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
Este tipo de estabilizacioacuten se realiza principalmente en terrenos con suelos potencialmente
colapsables en los cuales la presencia de cargas adicionales en superficie puede generar
asentamientos adicionales ante un incremento de la humedad del suelo Asiacute una parte del
suelo colapsable superficial ubicado directamente debajo de las fundaciones es excavado
extraiacutedo y reemplazado por otro material maacutes competente Los materiales generalmente
utilizados son los siguientes el mismo suelo extraiacutedo compactado y eventualmente
estabilizado granulomeacutetricamente arena compactada o suelo cemento compactado La
eleccioacuten del tipo de material estaacute condicionado generalmente por variables teacutecnico
econoacutemicas Los espesores de estos mantos son variables (1 a 4 m) dependiendo del tipo de
cargas y de las caracteriacutesticas del proyecto Por ejemplo en algunos proyectos los
condicionantes pueden ser los asentamientos diferenciales (edificios) en cambio en otros
(canales) no soacutelo importa disminuir la probabilidad que se produzca el colapso sino
tambieacuten lograr una capa de suelo maacutes impermeable Este tipo de metodologiacutea ha sido
utilizada con eacutexito en numerosos paiacuteses y en innumerables tipos de obras Tambieacuten es
frecuente el empleo de esta metodologiacutea en forma conjunta con otro tipo de estabilizacioacuten
profunda cuando se presentan mantos de suelos colapsables profundos y con espesores
muy dispares
113 Medidas conducentes a evitar la iniciacioacuten del colapso
Arriba se sentildealaron los tipos de humedecimientos que seguacuten Goldstein (1969) pueden
presentarse en una masa de suelo
a) humedecimiento localizado por rotura de conducciones hidraacuteulicas o infiltraciones de
aguas de lluvia
b) humedecimiento extenso causado por roturas de canales o efluentes industriales
c) ascenso del nivel freaacutetico
d) aumento gradual y lento del contenido de humedad por condensacioacuten del vapor de agua
provocados por condiciones ambientales
Muchos de estos tipos de humedecimientos pueden ser prevenidos principalmente los
primeros pues en general eacutestos son debidos a fallas o roturas de las instalaciones de la
misma construccioacuten En cambio los otros tipos de humedecimientos estaacuten condicionados
por factores externos al proyecto como por ejemplo puede ser el ascenso del nivel freaacutetico
o la rotura de un canal cercano y ajeno al proyecto La accioacuten del proyectista debe estar
encaminada principalmente a impedir dentro de los liacutemites del proyecto la generacioacuten de
estos humedecimientos provocados por elementos de la propia construccioacuten Robinson y
Narkiewicz (1982) sugieren las siguientes medidas de proteccioacuten contra el humedecimiento
de edificios
a) Pendientes adecuadas en la superficie del terreno que rodea a la construccioacuten de modo
que no se produzcan embalsamientos de agua en las cercaniacuteas de las fundaciones y que
cualquier peacuterdida de agua pueda ser eliminada con rapidez
b) Canalizacioacuten de todos los desaguumles de techos y patios hacia el exterior de la
construccioacuten
c) Instalacioacuten de membranas impermeables o pavimentacioacuten de la superase que rodea a la
construccioacuten de modo de limitar la infiltracioacuten de agua en el suelo adyacente a las
construcciones
d) Encerrar las conducciones de agua o efluentes cloacales dentro de conductos de faacutecil
acceso a efectos de detectar posibles peacuterdidas
Algunas de estas medidas requieren una serie de medidas de control y mantenimiento
durante la vida uacutetil de la obra de manera que perioacutedicamente se realicen inspecciones a las
instalaciones y puedan detectarse peacuterdidas o dantildeos en las mismas Tambieacuten es aconsejable
que los propietarios de la obra conozcan perfectamente los riegos a que estaacute expuesta la
misma de modo que su actividad yo descuidos no inicie procesos de humedecimiento del
terreno
Las medidas de proteccioacuten en otros tipos de obras civiles (canales o caminos) tienen la
misma filosofiacutea es decir elementos de proteccioacuten que impidan o dificulten la entrada del
agua en el terreno de fundacioacuten Asiacute por ejemplo en las obras lineales se debe prestar una
especial atencioacuten al disentildeo del sistema de alcantarillado y de desaguumles En algunos casos
estas obras suelen seguir parcialmente las curvas de nivel del terreno convirtieacutendose en
verdaderas presas que impiden el natural escurrimiento de las aguas provocando la
acumulacioacuten de agua en su entorno lo que genera un humedecimiento generalizado del
terreno de fundacioacuten con los consecuentes dantildeos en la obra
Es frecuente que en ciertos tipos de obras como viviendas unifamiliares de una planta o
incluso caminos y canales las uacutenicas medidas a adoptar sean las presentadas en este
apartado ya que la utilizacioacuten de teacutecnicas de mejoramiento o fundaciones profundas
resultan prohibitivas En realidad la mayoriacutea de las obras aludidas se construyen admitiendo
el riesgo de un posible colapso del terreno El buen comportamiento que han tenido la
mayoriacutea de ellas se debe fundamentalmente a que no se ha producido ninguacuten tipo de
humedecimiento En contraste los dantildeos son serios en aquellas obras que los han sufrido
Por todo ello es un deber de los investigadores a ingenieros buscar nuevas soluciones
econoacutemicas que permitan disminuir los riesgos y por ende los dantildeos en este tipo de obras
Uno de los caminos en tal sentido es el estudio de estructuras que absorban o minimicen
los posibles asentamientos diferenciales provocados por el humedecimiento localizado del
suelo sin un aumento excesivo de los costos
114 Estructuras yo fundaciones que admiten y resisten los fenoacutemenos provocados
por el colapso
El anaacutelisis de este apartado se centraraacute principalmente en el estudio de las fundaciones
superficiales en suelos potencialmente colapsables ya que el otro gran grupo de soluciones
fundaciones profundas mediante pilotes seraacute objeto de un examen detallado en los
apartados siguientes
La lista de estructuras que se asientan directamente sobre mantos de suelos potencialmente
colapsables es amplia entre ellas pueden sentildealarse viviendas unifamiliares construcciones
transitorias galpones ductos enterrados canales caminos etc
Las fundaciones directas sobre suelos colapsables pueden ser divididas en dos grupos
a) Fundaciones riacutegidas utilizadas principalmente en estructuras livianas y con cargas
puntuales por ejemplo torres de liacuteneas de alta tensioacuten columnas de naves industriales o
depoacutesitos En general este tipo de estructuras tienen algunos rasgos comunes como son por
ejemplo cargas verticales bajas cargas horizontales importantes y en general suelen
aceptar asentamientos admisibles mayores
b) Fundaciones de baja rigidez longitudinal en este caso se trata de estructuras con cargas
lineales (muros de carga canales etc) con baja rigidez en el sentido de las cargas Este tipo
de estructuras son sensibles a humedecimientos localizados del terreno que generan
asientos diferenciales importantes En general las medidas que suelen tomarse para
disminuir los efectos de los asientos diferenciales son las siguientes disentildeo de elementos
que rigidicen la estructura (Clemence Y Finbarr 1981) y el disentildeo de elementos
constructivos que eviten
RECAPITULACIOacuteN
Definido el concepto de colapso el estudio se ha enfocado al anaacutelisis de los suelos
colapsables por humedecimiento En esta clase particular de suelos metaestables el agente
externo que desencadena el fenoacutemeno de colapso es el agua En estos suelos un incremento
de humedad puede provocar una disminucioacuten o anulacioacuten de las fuerzas que vinculan unas
partiacuteculas con otras y por lo tanto cambiar el estado de equilibrio en la estructura del suelo
El colapso de la estructura del suelo depende fundamentalmente de dos causas a) de la
importancia de los cambios provoca dos por el agua en los viacutenculos existentes entre las
partiacuteculas y b) del estado tensional en los viacutenculos O sea para que se produzca el colapso
es necesario un agente sensibilizante y un estado tensional capaz de provocar la des-
estabilizacioacuten de la estructura del suelo
Por este motivo los meacutetodos que mejor reflejan la susceptibilidad al colapso de un suelo
son aquellos basados en ensayos mecaacutenicos donde ambos factores estaacuten presentes
La gran subdivisioacuten que se hace a los suelos colapsables parte precisamente de verificar
coacutemo es el comportamiento del suelo en su estado tensional original o bajo su propio
peso Si se produce el colapso bajo este estado se indica que el suelo es verdaderamente
colapsable o autocolapsable en cambio si el fenoacutemeno no se produce se sentildeala que el
suelo es candicionalmente colapsable o colapsable bajo carga
En este contexto diversos investigadores introducen el concepto (tambieacuten tensional) de
Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) o Presioacuten de Fluencia Saturada (σf) como aquella
presioacuten a la cual se produce el colapso Desde un punto de vista teoacuterico esta presioacuten deberiacutea
ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero desde un punto de vista praacutectico se
asume que una pequentildea magnitud del colapso es permisible Por ejemplo las normas
Sovieacuteticas Lo toman igual al 100 las Chinas igual al 150 En cambio en Argentina se
utiliza maacutes la Presioacuten de Fluencia Saturada que se obtiene de forma similar a la Presioacuten de
Preconsolidacioacuten No obstante esta diferencia metodoloacutegica en ambos casos el concepto es
el mismo
Con respecto a las metodologiacuteas usadas para establecer la susceptibilidad al colapso de un
suelo o de un perfil de suelo han sido analizadas las que utilizan el concepto de Presioacuten
Inicial de Colapso y la magnitud del colapso Esta seleccioacuten se realizoacute fundamentalmente
por las siguientes causas primero porque se hacen en base a ensayos mecaacutenicos donde
intervienen el agente externo (el agua) y el estado tensional del suelo y segundo porque
permiten establecer ya sea a traveacutes de un perfil de colapsabilidad o la magnitud del
colapso coacutemo seraacute realmente el comportamiento del terreno ante las solicitaciones
producidas por la obra de ingenieriacutea
Los perfiles de colapsabilidad relacionan en profundidad el peso propio de las tierras con
la Presioacuten Inicial de Colapso esto permite determinar el espesor de suelos autocolapsables
o el espesor de los suelos que colapsaraacuten si ademaacutes del humedecimiento se aumenta el
estado tensional Estos perfiles son de gran ayuda al proyectista de fundaciones en suelos
colapsables dado que le permiten conocer en forma global la magnitud del problema al que
estaacute enfrentado No obstante su utilidad no termina alliacute sino que por el contrario estos
perfiles le permiten tomar decisiones sobre cuaacuteles son las soluciones ingenieriles maacutes
convenientes del proyecto Pues con su ayuda se podraacute seleccionar el meacutetodo de
mejoramiento del terreno la cota de fundacioacuten de una fundacioacuten profunda la magnitud de
la carga por rozamiento negativo etc
La determinacioacuten de la magnitud del colapso de un perfil de suelo usada como
metodologiacutea de clasificacioacuten tambieacuten es de utilidad en el disentildeo de construccioacuten de obras
de ingenieriacutea en suelos colapsables Sobre todo en la caracterizacioacuten del terreno de grandes
aacutereas ya sea en obras lineales (canales caminos etc) o puntuales (complejos fabriles obras
hidraacuteulicas etc) dado que cada perfil de suelo estaacute caracterizado por un paraacutemetro lo cual
permite el manejo de un nuacutemero importante de informacioacuten Obviamente esta metodologiacutea
tambieacuten es de gran use en cualquier tipo de obras independientemente de su tamantildeo a
importancia
En un abundante nuacutemero de proyectos no es suficiente haber realizado una caracterizacioacuten
o clasificacioacuten del terreno sino que es necesario determinar la magnitud de los
asentamientos que pueden producirse en las obras Los asentamientos por colapso depende
baacutesicamente de dos tipos de factores intriacutensecos y extriacutensecos
Se sentildealan como intriacutensecos aquellos factores propios del suelo como son sus propiedades
fiacutesicas y mecaacutenicas El comportamiento del suelo dependeraacute del tipo de estructura o la
forma en que estaacuten ordenadas las partiacuteculas del grado de compacidad del tipo de viacutenculos
que unen grano con grano etc Estos factores en general no se encuentran
homogeacuteneamente distribuidos por lo cual los paraacutemetros que definen sus propiedades
tenso-deformacionales pueden sufrir variaciones locales importantes
Los factores externos que influyen en la magnitud de los asentamientos son dos el aacuterea
inundada y el estado tensional Estos dos factores influyen considerablemente en la
magnitud de los asentamientos por colapso y por tal motivo deben ser analizados
especiacuteficamente en los caacutelculos Respecto al primero de los factores a pesar que se han
realizado importantes trabajos teoacutericos la informacioacuten experimental indica que todaviacutea
existe cierta indeterminacioacuten en su estimacioacuten Por tal motivo la influencia del aacuterea
inundada en la magnitud de los asentamientos se limita a realizar correcciones de tipo
empiacuterico En cuanto a la influencia que el estado tensional tiene en los asentamientos las
investigaciones se han centrado especialmente en el estudio de cargas externas (zapatas) en
la superficie del terreno
ENSAYOS ldquoin siturdquo Perforacioacuten y muestreoEnsayos ldquoin siturdquo
o Ensayo de penetracioacuten estandar (SPT)o Ensayo de penetracioacuten de cono (CPT + CPTu)o Dilatoacutemetro de placa plana (DMT)o Presuroacutemetro (PMT)o Corte en veleta (VST)10487131048713 Meacutetodos geofiacutesicoso Ondas siacutesmicas (P- S- R-waves)o Electromagneacuteticas (radar resistividad)
EQUIPOS AUTOPROPULSADOS
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)1048713El ensayo ldquoin siturdquo maacutes comuacuten en el mundo10487131902 - Coronel Gow de Raymond Pile Co1048713 Muestreador ciliacutendrico partido1048713 Norma ASTM D 15861048713 Martillo (140-lbs cae 30 pulgadas) (635-kg cae 076 metros)1048713 Tres incrementos de 6 pulgadas Suma de los dos uacuteltimos incrementos = N (golpespieacute)
Se obtiene suelo y
un nuacutemero
Muestra alterada
(Solo para
caraterizacioacuten)
Nuacutemero muy crudo
para el anaacutelisis
No aplicable en
Ventajas
arcillas blandas y
Limos
Variabilidad e
incertidumbre
se obtiene un nuacutemero
Sencillo y de bajo
Costo
Funciona en muchos
tipos de suelo
Se puede utilizar en
rocas blandas
Disponible
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Estos suelos en condiciones de no saturacioacuten o saturacioacuten parcial presentan continuamente un reacomodo radical de las partiacuteculas y una gran peacuterdida de volumen por remojo osea al entrar al estado de saturacioacuten completa La existencia de estos suelos en el mundo y las dificultades ocasionadas a las edificaciones cimentadas sobre ellos han sido reconocidos ampliamente Los depoacutesitos maacutes extensos de suelos colapsables son eoacutelicos o depoacutesitos transportados de arena y limos (loess)Se puenden encontrar comuacutenmente en las maacutergenes fluviales
Desventajas
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Depoacutesitos eoacutelicos Estos depoacutesitos consisten en materiales transportados por el viento el cual forma dunas depoacutesitos tipo loess playas eoacutelicas y grandes depoacutesitos de ceniza volcaacutenica
Depoacutesitos transportados por agua Consisten principalmente de depoacutesitos de sedimentos sueltos a carreados por el agua los cuales forman abanicos fluviales y flujos deslizantes Estos materiales pueden ser depositados por una avenida repentina o flujo de lodo derivado de pequentildeas cuencas colectoras sujetas a aguaceros poco frecuentes
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Suelos residuales Estos suelos son producto del intemperismo y la
desintegracioacuten y alteracioacuten mecaacutenica de rocas madres Las partiacuteculas de
material residual pueden variar de tamantildeo de grandes fragmentos de
gravas a arenas limos coloides y en algunos casos material orgaacutenico
La estructura del grano colapsable se ha desarrollado como producto de
la accioacuten disolvente sobre el material soluble y coloidal La lixiviacioacuten del
material soluble y del material fino conduce a una alta relacioacuten de vaciacuteos
y a una estructura inestable Otro tipo de suelo que muestra colapso al
remojo son aquellos derivados de tufo volcaacutenico
sulfato de calcio arenas sueltas cementadas por sal soluble arcillas
dispersivas y arcillas montmorilloniacuteticas ricas en sodio
CAUSAS QUE GENERARIacuteAN DICHO COMPORTAMIENTO- Estructura parcialmente saturada potencialmente inestable- Una componente de esfuerzo aplicado o existente lo suficientemente alta para desarrollar una condicioacuten metaestable- Un ligante resistente o un agente cementante para estabilizar contactos intergranulares el cual se reduce por remojo ocasionando el colapso La mayoriacutea de suelos colapsables involucra la accioacuten de partiacuteculas arcillosas en los enlaces entre los granos gruesos de arena-Agentes cementantes tales como oacutexido de hierro carbonato de calcio o la soldadura de granos en contacto proporcionan esfuerzos resistentes para muchos suelos colapsables La accioacuten de este cementante es frecuentemente el agente principal de colapso en loess El grado al cual el agente cementante pierde su efectividad depende del grado de contaminacioacuten del ingreso del agua y del grado de disolucioacuten del agente cementante involucrado
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
CONSOLIDOacuteMETRO PARA ENSAYO DE COLAPSO
Se procede a cortar el suelo de acuerdo con las dimensiones del anillo
del ensayo de consolidacioacuten unidimensional Determinar sus
propiedades fiacutesicas tales como humedad natural peso volumen
gravedad especiacutefica de soacutelidos liacutemites de consistencia distribucioacuten
granulomeacutetrica seguacuten las normas
Se instala la muestra en el anillo del consolidoacutemetro despueacutes de haber
determinado el peso inicial de la masa huacutemeda y altura de la muestra y
fijar el conjunto anillo-muestra en el consolidoacutemetro Aplicar una carga
de contacto 005 kgcm2 (5 Kpa) despueacutes de 5 min tomar lectura del
deformiacutemetro aplicar incrementos de carga a cada hora hasta que se
aplique la presioacuten vertical apropiada Los incrementos de carga seraacuten
012 025 050 100 200 etc Kgcm2 (12 25 50 100 200 etc) o
cargas de acuerdo al meacutetodo de ensayo ASTM D2435 registrar la
deformacioacuten antes de incrementar una nueva carga
Determinacioacuten del potencial de colapso
donde
di = lectura del dial con el esfuerzo adecuado antes de la saturacioacuten (mm)
df = lectura del dial bajo el esfuerzo adecuado despueacutes del humedecimiento (mm)
ho = altura inicial de la muestra (mm)
Tmbieacuten se puede evalua en teacuterminos de relacioacuten de vaciacuteos
dondeΔe = cambio de relacioacuten de vaciacuteos bajo el esfuerzo adecuado antes y despueacutes de la inundacioacuteneo = relacioacuten de vaciacuteo inicialLa evaluacioacuten de un suelo colapsable seraacute de acuerdo a la siguiente tablaCon todo lo epxlicado concluimos que el colapso de los suelos es la disminucioacuten moderada de volumen cuando estaacute con bajo contenido de humedad y una gran peacuterdida cuando estaacute sumergido y la magnitud de asentamiento depende del contenido de humedad del suelo En estado sumergido y bajo la aplicacioacuten de cargas verticales los suelos colapsables presentan un mayor asentamiento Los suelos colapsables existen en todo el mundo principalmente en la regiones aacuteridas y semiaacuteridas nuevamente comentando que los depoacutesitos eoacutelicos coluviales residuales tubos volcaacutenicos etc son suelos que pueden ser colapsables
Definicioacuten de colapso Se definen como colapso a cualquier disminucioacuten raacutepida de volumen del suelo producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factoresbull Contenido de humedad (w) bull Grado de saturacioacuten (Sr) bull Tensioacuten media actuante (τ) bull Tensioacuten de corte (σ) bull Presioacuten de poros (u)
TIPOS DE SUELOS COLAPSABLESLos tipos de suelos colapsables son
- Suelos aluviales y coluviales ndash Depositados en ambientes Semi-deseacuterticos por flujos maacutes o menos torrenciales- Suelos eoacutelicos ndash Depositados por el viento son arenas y limos arenosos con escaso cemento arcilloso en una estructura suelta o inestable
- Cenizas volcaacutenicas ndash Provenientes de cenizas arrojadas al aire por actividad volcaacutenica explosiva- Suelos residuales ndash Derivados de la descomposicioacuten in ndash situ de minerales de ciertas rocas son luego lixiviados por el agua y pierden su cemento
CONSECUENCIAS EN CIMENTACIONES
Patologiacuteas en cimentaciones Posibles causas
Introduccioacuten
De todos los posibles tipos de patologiacutea que puede sufrir la edificacioacuten las estadiacutesticas demuestran que son las patologiacuteas ligadas a las cimentaciones las que mayores costes globales conllevan Ademaacutes tienen gran repercusioacuten social lo que las hace maacutes notorias por la complejidad propia de su reparacioacuten porque suponen una fuerte alteracioacuten y hasta interrupcioacuten del uso del inmueble y porque suelen involucrar a colindantes e incluso poderes puacuteblicos Urge como en ninguacuten otro caso determinar las causas y cuanto antes dar una solucioacuten al problema
Causas intriacutensecas de fallos de cimentacioacuten
Se agrupan aquiacute los fallos de cimentacioacuten consecuencia de la interaccioacuten entre el terreno y la propia cimentacioacuten de la construccioacuten afectada
Defectos de proyecto
Son errores de concepcioacuten de disentildeo o caacutelculo del proyecto Son errores previsibles por lo que si se tienen en cuenta en el disentildeo y caacutelculo de la edificacioacuten el riesgo de que provoquen dantildeos se minimizaEnumeramos aquiacute no todas pero siacute algunas de las posibles causas de problemas derivadas del proyectobull Falta de capacidad de carga cimentacioacuten insuficiente o capacidad
de carga del suelo insuficientebull Esfuerzos no contemplados por ej por olvido de algunas
sobrecargas de explotacioacutenbull Conocimiento insuficiente del suelo Lo que deriva en la ignorancia
de riesgos especiales geoteacutecnicos Las causas pueden ser escasez de reconocimientos previos del terreno mala interpretacioacuten de los mismos no consideracioacuten de los fenoacutemenos de agresividad etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Cobra importancia en terrenos con especiales caracteriacutesticas
Arcillas expansivas
Suelos colapsables
Rellenos antroacutepicos
Suelos blandos naturales
Infravaloracioacuten del riesgo geoteacutecnico conocido eacuteste Casos asiacute pueden ser desprecio de los efectos que produce la falta de homogeneidad de un suelo o las distintas profundidades de aparicioacuten de la roca en planta desprecio de los efectos de la potencial expansividad o de posible subpresioacuten o fenoacutemenos de subsidencias procesos de disolucioacuten etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONESbull Defectos en la evaluacioacuten del terreno asientos calculados no
tolerables por la estructura esfuerzos paraacutesitos en pilotes (olvido del efecto de asiento de terrenos flojos o rellenos recientes) etc
bull Efecto grupo en pilotes defectuosa estimacioacuten del efecto grupo en pilotes flotantes no consideracioacuten de los esfuerzos laterales o del rozamiento negativo etc
bull Ausencia de consideracioacuten del bulbo de tensiones de la cimentacioacuten propia y su alcance Pero tambieacuten de cimentaciones colindantes que podriacutean suponer una carga oblicua sobre nuestra cimentacioacuten habraacute que considerarla en caacutelculo y prever un proceso constructivo adecuado (no vayamos a provocar dantildeos a otras edificaciones)
bull Ignorancia de las condiciones de contorno es decir no consideracioacuten de las condiciones del entorno de la estructura
proyectada posibles socavaciones arrastres descalces agotamientos rebajamientos de nivel freaacutetico etc
bull Heterogeneidades distribucioacuten irregular de las cargas o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentacioacuten
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Defectos de ejecucioacuten
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecucioacuten de eacutestos Los defectos de ejecucioacuten normalmente responden a un deficiente Control de Calidad Por tanto en principio son evitablesAlgunos errores de ejecucioacuten podriacutean serbull Apreciacioacuten erroacutenea de los estratos resistentes confundidos con
capas de poco espesor bolos erraacuteticos etcbull Errores de replanteo bull Mala calidad de los materiales en especial hormigones Deterioro
de zapatas losas o muros por escasa calidad de los materiales grietas de retraccioacuten por mala dosificacioacuten del hormigoacuten materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto etc
bull Degradacioacuten del material suele ir unido al anterior hormigoacuten no resistente a la agresividad del terreno recubrimientos insuficientes madera metal etc
bullCAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Lavado del hormigoacuten en cimentaciones superficiales o profundas colocado en presencia de aguas en movimiento
Errores en la colocacioacuten de armaduras confusioacuten de diaacutemetros de armado ausencia de separadores etc
Problemas de fraguado unidos a errores de vertido de dosificacioacuten de curado
Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio cortadas lavadas) o de baja calidad y excesiva carga portante de caacutelculo
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
Se puede apreciar las rajaduras sufridas por colapso del suelo arcillo limoso cementado
Grupo II Suelos en los que sin la presencia o cambio de las condiciones que producen el
colapso no hay cambio abrupto en la relacioacuten presioacuten-deformacioacuten Tal es el caso de los
loess y algunas arcillas que contienen sulfatos Si se ensayan a humedad constante la
relacioacuten tensioacuten-deformaciones es una curva suave y continua y sin agudos quiebros La
saturacioacuten produce sin embargo un importante cambio volumeacutetrico debido probablemente
a un incremento de la presioacuten de los poros que origina el agotamiento de la resistencia al
corte del suelo
33 Suelos colapsables por humedecimiento
Establecida la definicioacuten general de colapso nuestro anaacutelisis se centraraacute en aquellos suelos
en los cuales el colapso de la estructura del suelo es provocado por un incremento del
contenido de humedad Por lo tanto en lo sucesivo cuando se hable de suelos colapsables
se entenderaacute que son aquellos suelos en que un aumento en el contenido de humedad
provoca una brusca disminucioacuten de volumen sin la necesidad de un aumento en la presioacuten
aplicada
A partir de esta definicioacuten se advierte
1048713 Por un lado una destruccioacuten o un cambio en la estructura que el suelo teniacutea
originalmente y
1048713 Por el otro lado un agente externo el agua que provoca este fenoacutemeno
En la Mecaacutenica de Suelos claacutesica de los suelos saturados o de los suelos secos el fenoacutemeno
de colapso generalmente viene asociado a un cambio en el estado tensional del suelo En
cambio aquiacute y en una primera definicioacuten estariacutea provocado por un agente externo (cambio
en el contenido de humedad)
En el proceso de consolidacioacuten de suelos saturados (Teoriacutea claacutesica de Terzaghi) tambieacuten se
produce una disminucioacuten de volumen pero puede decirse que en muchos aspectos el
colapso es lo contrario de la consolidacioacuten tal como se indica en Reginatto (1977) (11)
4 MECANISMO DEL COLAPSO
A continuacioacuten se analizaraacuten los diferentes mecanismos de colapso para distintas
estructuras de suelos para lo cual se seguiraacute principalmente el trabajo de Dudley (1970)
Las siguientes condiciones generales son las que establece Dudley para que ocurra el
colapso
1 La estructura del suelo deberaacute tener ciertas caracteriacutesticas de modo tal que se tienda a la
ocurrencia de dicho fenoacutemeno
2 Las partiacuteculas estaraacuten unidas entre siacute por fuerzas o materiales cementantes que son
susceptibles -tanto unas como otros- pueden ser anulados o reducidos cuando aumenta el
contenido de humedad del suelo
3 Cuando este soporte es reducido o anulado las partiacuteculas del suelo deslizan o ruedan por
una peacuterdida de la resistencia al corte
Los suelos granulares como las arenas y las gravas presentan un tipo de estructura simple
tambieacuten ampliable a los limos En ella las uniones entre granos son contactos reales
debidos a fuerzas gravitacionales fuerzas exteriores o capilares Estas uacuteltimas tienen un
caraacutecter temporal ya que dependen del grado de saturacioacuten que posea el suelo La humedad
del suelo puede variar entre el estado saturado y el seco del mismo modo las tensiones
capilares seraacuten variables con el contenido de humedad y desapareceraacuten tanto al saturarse
como al secarse el suelo
Seguacuten puede verse en la forma que toman los meniscos hace que el agua esteacute traccionada y
por lo tanto la presioacuten de poros sea negativa Esto origina un aumento de la presioacuten efectiva
que une un grano con el otro Este aumento de la presioacuten efectiva origina un aumento en la
resistencia por lo cual los granos opondraacuten una mayor resistencia al deslizamiento
Si en este estado el suelo se satura la presioacuten efectiva disminuiraacute y con ella la resistencia
al corte pudiendo provocar un deslizamiento relativo entre los granos de suelo
Cuando la estructura es macroporosa este deslizamiento entre granos se manifiesta en una
importante disminucioacuten de volumen
Este tipo de mecanismo de colapso o desmoronamiento puede ampliarse tambieacuten para
aquellas arenas en las que sus viacutenculos estaacuten formados por partiacuteculas de limos
Cada partiacutecula de arcilla posee una carga neta negativa que se equilibra con los cationes de
la doble capa que la rodea Dos partiacuteculas se repeleraacuten entre siacute cuando entran en contacto
sus dobles capas A medida que se trate de acercarlas esta fuerza de repulsioacuten aumentaraacute
Ademaacutes de esta fuerza de repulsioacuten existe una fuerza de atraccioacuten entre las partiacuteculas
debidas a las fuerzas de Van der Waals o fuerzas de enlace secundario esta fuerza tambieacuten
es funcioacuten de la distancia entre las partiacuteculas Por lo tanto las partiacuteculas se atraeraacuten o
repeleraacuten en funcioacuten de la resultante de estas dos fuerzas
Las fuerzas de repulsioacuten son dependientes de las caracteriacutesticas del sistema (espesor de la
doble capa) no asiacute las fuerzas de atraccioacuten que en general son independientes de eacutel Las
partiacuteculas podraacuten alejarse o acercarse modificando las caracteriacutesticas del medio y por ende
el espesor de las dobles capas El proceso de acercamiento de una partiacutecula con otra se
denomina floculacioacuten y al proceso de alejamiento de una partiacutecula respecto a otra
dispersioacuten
Lambe y Whitman (1969) indican que se provoca una tendencia a la floculacioacuten
aumentando una o varias de las siguientes caracteriacutesticas
- Concentracioacuten de iones Valencia ioacutenica
- Temperatura o disminuyendo una o maacutes de las siguientes
- Constante dieleacutectrica
- Tamantildeo del ioacuten hidratado
- Absorcioacuten de aniones
- pH
Durante un proceso de saturacioacuten ademaacutes de una disminucioacuten de las fuerzas capilares hay
una disminucioacuten en la concentracioacuten de iones y por lo tanto un proceso de dispersioacuten
Partiacuteculas que antes estaban unidas por fuerzas de atraccioacuten comienzan a repelerse y
adquirir una estructura dispersa y probablemente menos resistente
Esta es una manera bastante simple de explicar un mecanismo mucho maacutes complejo en el
que pueden intervenir ademaacutes de los nombrados otros factores Sin embargo se advierte
coacutemo una estructura estable puede ser modificada cuando entra en juego un agente
externo que desestabiliza y modifica los viacutenculos que primariamente le conferiacutean una
resistencia aparente
En cualquiera de los tipos de estructuras antes descritas los viacutenculos entre partiacuteculas
pueden estar impregnados de un agente cementante que confiere una resistencia cohesiva
adicional al deslizamiento de un grano respecto a otro
Tambieacuten esta cohesioacuten puede tener un caraacutecter temporal semejante al de las fuerzas
capilares
La peacuterdida de esta resistencia dependeraacute tanto de las caracteriacutesticas del agente cementante
como de las del fluido Asiacute si la cementacioacuten deriva de sales cristalizadas la peacuterdida de
resistencia seraacute funcioacuten del grado de solubilidad de estas sales
Finalmente cualquiera sea el tipo de estructura de suelo que se esteacute considerando siempre
es posible hablar de viacutenculos o fuerzas que unen o ligan una partiacutecula a otra En unos casos
las partiacuteculas estaacuten en contacto directo entre siacute (partiacutecula-partiacutecula) unidas por fuerzas
externas o capilares y en otros casos estas tuerzas o viacutenculos pueden tener caraacutecter
fiacutesicoquiacutemico o eleacutectrico a incluso no existir contacto directo entre las partiacuteculas
Si la estructura del suelo se encuentra en estado de equilibrio y un agente externo -
cualquiera- provoca una disminucioacuten o anulacioacuten de las fuerzas que vinculan unas
partiacuteculas con otras puede suceder que el suelo pase a un nuevo estado de equilibrio
Este proceso entre dos estados de equilibrio puede provocar o no un cambio de la
estructura del suelo dependiendo de
1048713 La magnitud de los cambios provocados en los viacutenculos yo fuerzas por el agente
externo
1048713 Estado tensional existente en los viacutenculos
Si los cambios provocados por el agente externo en las caracteriacutesticas de los viacutenculos no
son suficientes como para movilizar un cambio de estructura eacutesta permaneceraacute inalterada
Sin embargo la condicioacuten de equilibrio puede haber variado dado que de alguna forma el
agente ha sensibilizado al suelo
En cambio si el estado tensional en los contactos es superior a la resistencia que tienen
eacutestos durante el proceso las partiacuteculas cambiaraacuten de posicioacuten produciendo un cambio de
estructura y pasando a un nuevo estado de equilibrio
Un ejemplo de ello puede observarse en en la cual se han dibujado dos ensayos
edomeacutetricos de un mismo estrato La muestra A fue cargada hasta una presioacuten de 200
kgcm2 a humedad natural (w= 144) siendo posteriormente inundada a esa presioacuten
Durante este proceso se observa un importante cambio volumeacutetrico La muestra B fue
inundada a una presioacuten de 010 Kgcm2 no observaacutendose ninguacuten cambio volumeacutetrico
durante el proceso de saturacioacuten Posteriormente se continuoacute el ensayo edomeacutetrico en
forma habitual hasta una presioacuten de 200 kgcm2
Al no advertirse cambios volumeacutetricos durante el proceso de saturacioacuten puede inferirse que
tampoco se han inducido cambios en la estructura del suelo pero es indudable que
efectivamente se ha generado una notable disminucioacuten en la resistencia de los viacutenculos
dado que al aumentar el estado tensional el comportamiento del suelo varioacute radicalmente
del que se observoacute durante el proceso de carga a humedad natural en la muestra A
Esto tambieacuten queda reflejado en las curvas de La primera de ellas corresponde a la
variacioacuten de las deformaciones verticales en funcioacuten del tiempo cuando la muestra A fue
saturada a una presioacuten axial de 200 kgcm2 en tanto la segunda corresponde al salto de
carga de 100-200 kgcm2 del ensayo B (saturada a 010 kgcm2) En ambas curvas se
advierte en primer teacutermino una brusca disminucioacuten de volumen sentildealada como colapso
primario (Redolfi 1982)
En esta etapa la resistencia y la estabilidad de la estructura macroporosa y mal acomodada
dependen baacutesicamente de la resistencia al corte a la traccioacuten y a la compresioacuten de los
puentes o acumulaciones de arcillas yo sales en los puntos de contacto entre las partiacuteculas
(Reginatto 1977) Los esfuerzos que se producen en dichos viacutenculos y puntos de contactos
han superado la resistencia del material provocando el consecuente desmoronamiento de la
estructura del suelo dando como resultado una totalmente distinta a la anterior Posterior a
esta primera etapa (cambio de pendiente de las curvas) sigue existiendo una importante
disminucioacuten de volumen debida posiblemente a un reacomodamiento de las partiacuteculas del
suelo a esta nueva estructura de suelo mejorado o compactado
El objetivo de todo este apartado no ha sido explicar el mecanismo uacuteltimo del colapso sino
maacutes bien tratar de comprender a traveacutes de ejemplos simples y factibles coacutemo la entrada de
agua en una estructura metaestable origina una desestabilizacioacuten o sensibilizacioacuten en la
resistencia existente entre los viacutenculos
Tampoco se ha pretendido hacer una revisioacuten exhaustiva de todos los mecanismos que
diversos investigadores han propuesto para explicar el fenoacutemeno del colapso sino tomar en
consideracioacuten aquellos maacutes documentados y que mejor se adaptan al caso de suelos
loeacutessicos con estructura macroporosa que seraacuten objeto de un especial anaacutelisis en estas
notas
5 COLAPSO RELATIVO
Con referencia al Colapso Relativo (δcol) existe una aparente anarquiacutea tanto en su
denominacioacuten como en la forma de calcularlo En se sentildealan algunas de las maacutes conocidas
Del anaacutelisis de las diferentes ecuaciones se advierte que la uacutenica diferencia en el caacutelculo
radica en el denominador o valor de referencia que se elija altura inicial de la probeta (h0)
la altura de la probeta a humedad natural cargada a una presioacuten igual al peso propio de las
tierras (h1) o la altura de la probeta antes de la inundacioacuten cargada a una presioacuten a
σ(wHN) Esta variedad de definiciones es aparente dado que para el caso del caacutelculo de la
magnitud del asentamiento debido solamente al peso propio de las tierras dos de las
ecuaciones se hacen iguales puesto que para ese caso particular h1= hHN a incluso suele
suceder que h es aproximadamente igual a h0
En lo sucesivo se utilizaraacute la siguiente ecuacioacuten para definir el Colapso Relativo (δcol)
h HN= Altura de la probeta a humedad natural (antes de la inundacioacuten) cargada a una
presioacuten cualquiera σ
hSAT = Altura de la probeta saturada (despueacutes de producido el colapso) cargada a la
presioacuten σ
h = Altura de la probeta a humedad natural cargada a una presioacuten axial igual al peso propio
de las tierras
SUELOS AUTOCOLAPSABLES Y POTENCIALMENTE COLAPSABLE
En el graacutefico semilogariacutetmico que representa el comportamiento de un suelo un ensayo a
compresioacuten confinada realizado sobre en condicioacuten saturada se puede observar un quiebre
en la curva de compresibilidad La presioacuten axial a la cual se produce este quiebre o este
cambio de comportamiento se la denomina Presioacuten de Fluencia Saturada o Presioacuten Inicial
de Colapso En principio se establece que para presiones menores a esta el suelo tiene un
comportamiento elaacutestico y los asentamientos por colapso son bajos y nulos Por el
contrario para presiones mayores a la de Fluencia el suelo tiene un comportamiento elaacutesto-
plaacutestico y los asentamientos por colapso son importantes
Se dice que un suelo es auto colapsable cuando la presioacuten de tapada o geoestaacutetica (σ0) es
superior a la Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) Esto quiere decir que cuando en ese suelo
se produzca el humedecimiento se produciraacuten asentamientos importancia con solamente la
accioacuten de su peso propio
Se designa con suelos potencialmente colapsable a aquellos suelos en los que la presioacuten de
tapada o geo-estaacutetica (σ0) es menor a la Presioacuten Inicial de Colapso
7 PERFILES DE COLAPSIBILIDAD
Lo realmente interesante de los conceptos antes enunciados radica fundamentalmente en
que han permitido generar una metodologiacutea de anaacutelisis de los perfiles con suelos
susceptibles al colapso
Este anaacutelisis permite confrontar a cada profundidad considerada la magnitud de la Presioacuten
Inicial de Colapso (σicol) con la Presioacuten total (σT) igual a la suma de la presioacuten debida a la
carga aplicada (Δσ) maacutes la presioacuten por peso propio (σ0)
En (26) se presenta un perfil de suelo en el que se ha dibujado la variacioacuten de ambas
presiones (la Presioacuten Inicial o de Fluencia y la Presioacuten Total) en funcioacuten de la profundidad
para dos estados de cargas en el correspondiente a las presiones geostaacuteticas y en el
correspondiente a las presiones totales provocadas por una carga en la superficie del
terreno
A partir del anaacutelisis de estas curvas pueden establecerse por ejemplo los espesores de los
suelos que autocolapsaraacuten por humedecimiento y aquellos que colapsaraacuten si ademaacutes de la
saturacioacuten se aumentan las cargas y consecuentemente clasificar los suelos en sus
diferentes grupos suelos verdaderamente colapsables (autocolapsables) o suelos
condicionalmente colapsables (colapsables bajo cargas externas)
Aun cuando el valor de la Presioacuten Inicial sea aproximado este tipo de anaacutelisis es de
fundamental intereacutes en el disentildeo de los diferentes tipos de cimentaciones ya que se podraacute
conocer cuales seraacuten en forma aproximada los principales problemas que se presentaraacuten
en el disentildeo de las obras permitiendo de esta
forma elegir correctamente el tipo de cimentacioacuten o el meacutetodo de mejoramiento del suelo a
emplear para disminuir o anular la susceptibilidad al colapso
8 MAGNITUD DEL ASENTAMIENTO POR COLAPSO
81 Definiciones
La magnitud del asentamiento por colapso producido por humedecimiento del terreno
depende seguacuten Grigoryan y Ivanov (1968) tanto de
1048713 Factores intriacutensecos del suelo (caracteriacutesticas fisico-mecaacutenicas) y de
1048713 Factores externos al suelo (estado tensional y el aacuterea inundada)
Se define al asentamiento adicional por colapso (Wcolt) de un manto de suelos
colapsables de espesor Ht a la sumatoria
donde
Ht = H1+H2+ = Hj+Hn
Hj = Espesor del estrato j
Wcolj = Asentamiento adicional por colapso del estrajo j
δcolj = Colapso relativo del estrato j a la presioacuten σzj
σzj = Presioacuten total (peso propio + incremento de presioacuten) en el estrato j
82 Caracteriacutesticas fiacutesico-mecaacutenicas
Un aspecto importante del comportamiento de este tipo de suelos y que por lo tanto
influyen en la magnitud de los asentamientos es su marcada heterogeneidad Los suelos
loeacutessicos colapsables en cierto entorno suelen considerarse como suelos homogeacuteneos pero
en realidad poseen una apreciable heterogeneidad extendida dentro de la masa Algunos de
estos aspectos pueden ser puestos en evidencia a traveacutes de ensayos geoteacutecnicos
La determinacioacuten de los paraacutemetros tenso-deformacionales como el colapso relativo (δcol)
puede diferir seguacuten Abelev y Abelev (1979) de 15 a 2 veces incluso si se lo hace a partir
de probetas gemelas talladas de un uacutenico bloque de suelo
Esto soacutelo se explica a traveacutes de la gran heterogeneidad local que presentan estos suelos en
los cuales existen macroporos dejados por raiacuteces o insectos y concreciones aisladas de
carbonatos etc que pueden hacer variar las caracteriacutesticas deformacionales en oacuterdenes de
magnitud de los arriba sentildealados Otro aspecto que sentildealan Bally et al (1969) es la
heterogeneidad en la variacioacuten local de las caracteriacutesticas quiacutemicas y mineraloacutegicas las
cuales son difiacuteciles de ser advertidas por meacutetodos usuales de investigacioacuten Para corroborar
todo este tipo de heterogeneidades en (30) se muestran liacuteneas de igual asentamiento para
un estanque experimental de 30 mestros de lado al cabo de 3 meses de continua inundacioacuten
Pueden observarse asentamientos diferenciales de hasta 60 cm Esto induce a pensar que
aunque las propiedades tenso deformacionales pudieran ser aproximadamente constantes
viacuteas preferenciales de humedecimiento (canaliacuteculos verticales dejados por raiacuteces de
hierbas) pueden saturar mayores espesores o presentar curvas de iso saturacioacuten apartadas
del modelo teoacuterico
En resumen una de las caracteriacutesticas principales que deben tenerse siempre en cuenta en
el caacutelculo de la magnitud de los asentamientos por colapso es que estos frecuentemente no
seraacuten uniformes ya sea por las causas antes expuestas como por otros factores como por
ejemplo la dimensioacuten del aacuterea inundada
83 Aacuterea inundada
Otro de los aspectos que influyen considerablemente en la magnitud de los asentamientos
por colapso son el tipo de humedecimiento que se realice dentro de la masa del suelo y las
dimensiones del aacuterea humedecida Golacutedstein (1969) distingue cuatro tipos de
humedecimientos
1 Humedecimiento localizado del suelo a poca profundidad debido generalmente a la
rotura de conducciones hidraacuteulicas de las construcciones En estos casos es casi imposible
predecir a priori la forma en planta y en corte de estos humedecimientos y por lo tanto
hacer una estimacioacuten de la magnitud de los asentamientos y su distribucioacuten en planta
2 Humedecimiento extenso de todo el perfil del suelo causado por una importante
infiltracioacuten de agua (rotura de canales o efluentes industriales) Los asentamientos en estos
casos pueden ser importantes y dantildeinos para las construcciones especialmente cuando los
asentamientos son desiguales
3 Una elevacioacuten uniforme del nivel freaacutetico debido generalmente a una recarga del freaacutetico
causado por una fuente lejana
4 Un aumento gradual y lento del contenido de agua debido por ejemplo a la
condensacioacuten del vapor y una acumulacioacuten de humedad causada por cambios en las
condiciones ambientales (pavimentacioacuten de la superficie del terreno)
En cuanto a la forma y las dimensiones del aacuterea humedecida se ha demostrado
experimentalmente que los asentamientos por colapso calculados con la ecuacioacuten indicada
arriba son soacutelo aplicables cuando la superficie de saturacioacuten o fuente de humedecimiento
es del orden de 23 a 1 vez el espesor de los sedimentos colapsables (Krutov y Dyakonov
1973) En cambio cuando esta relacioacuten es menor y la zona humedecida se aparta de la
supuesta unidimensional los asentamientos reales son sustancialmente menores a los
calculados
Por tal motivo algunos investigadores coinciden en afirmar que dicha ecuacioacuten debe estar
afectada de un coeficiente (m) que tenga en cuenta el tipo la forma y las dimensiones del
aacuterea humedecida
m = f (B L Z)
donde B y L son el ancho y largo de la fuente de inundacioacuten y Z el espesor de la zona
humedecida Asiacute en la ex URSS es habitual afectar a los asentamientos calculados por un
coeficiente llamado de condiciones de campo o de operacioacuten
Este coeficiente es pues la relacioacuten entre el asentamiento real medido en el terreno y el
calculado De modo que
84 Estado tensional
La magnitud del asentamiento adicional por colapso es funcioacuten de la tensioacuten actuante en el
manto de suelo considerado Si se analiza el caso particular de una zapata apoyada sobre la
superficie del terreno el asentamiento adicional por colapso seraacute funcioacuten de la forma y las
dimensiones de aacuterea cargada del espesor del manto susceptible al colapso y del tipo y la
forma de la zona humedecida Sin embargo se ha comprobado experimentalmente que si el
espesor de los mantos de suelos colapsables que se encuentran por debajo de la zona
comprimida es suficientemente importante como para que pueda colapsar por peso propio
la amplitud del asentamiento no depende praacutecticamente de la forma y de las dimensiones de
las fundaciones (Abelev y Abelev 1979)
En las numerosas experiencias realizadas sobre zapatas a escala real se ha comprobado que
los asentamientos adicionales por colapso medidos pueden llegar a ser entre 15 a 2 veces
mayores que los calculados sobre todo en zapatas con anchos inferiores a los 20 m de
ancho (Abelev y Abelev 1979)
Estas divergencias entre el valor de los asentamientos calculados y los reales pueden
atribuirse a varios factores entre los cuales pueden sentildealarse
c) La eleccioacuten del espesor del manto de suelos colapsables o susceptibles a sufrir un
asentamiento adicional ha sido largamente discutido Asiacute Kodrynova (1969) en base a
ensayos de zapatas a escala real pudo establecer las dimensiones de la zona realmente
deformada Confirmando que la profundidad de la zona deformada era menor que la
profundidad que por ejemplo estableciacutean las Normas Sovieacuteticas vigentes en ese momento
Estas Normas haciacutean soacutelo consideraciones tensionales y fijaban la profundidad del manto
como aqueacutella para la cual la relacioacuten entre el valor de la carga adicional debida a la zapata
(Δσ) y el de la presioacuten natural (σ0) se haciacutean igual a 020 Kodrynova (1969) comproboacute
que el criterio maacutes adecuado para establecer este espesor era usar el concepto de resistencia
estructural o Presioacuten Inicial de Colapso sugerido por Abelev en 1968 Asiacute observoacute que la
zona deformada se correspondiacutea muy bien con aquellos lugares donde los valores de
tensiones totales (σz) eran mayores al valor de la Presioacuten Inicial de Colapso (δicol) Por
tanto concluyoacute que el espesor Zo puede definirse como la profundidad en la cual se
comprueba que
Esto coincide con lo advertido por Grigoryan (1967) en ensayos de zapatas cuadradas y
rectangulares en donde solamente se observaron asentamientos en la masa del suelo
cuando la tensioacuten actuante era mayor al valor de la Presioacuten Inicial de Colapso (δicol)
Por lo tanto se puede concluir que no existen reglas praacutecticas -como las que existen en
otros tipos de suelos- que puedan dar valores indicativos de la relacioacuten entre el ancho de la
cimentacioacuten y el espesor del manto deformable Sin embargo de lo que siacute hay abundante
evidencia es que la zona deformada generalmente aumenta cuando aumenta el contenido de
humedad (Tsytosich et al 1979)
b) La distribucioacuten de tensiones en la masa de un suelo colapsable provocada por una zapata
riacutegida se asemeja a la de un medio seminfinito y elaacutestico (error entre 20 a 30) soacutelo
cuando el suelo estaacute a humedad natural y la tensioacuten no sobrepasa los 30 kgcm2
(Grigoryan 1967) Tsytosich et al (1979) comprobaron experimentalmente esta afirmacioacuten
observando que a posteriori de la inundacioacuten del suelo el cambio tensional sobre la vertical
en el borde y en el centro de la zapata aumentan Se advierte que durante el proceso de
inundacioacuten del suelo ubicado debajo de la zapata se produce una concentracioacuten de
tensiones bajo la zapata disminuyendo el aacuterea en donde se distribuyen las cargas Seguacuten
Abelev y Abelev (1979) esto puede explicarse porque las relaciones tensioacuten-deformaciones
de los suelos macroporosos no son lineales a estos niveles de tensioacuten
9 METODOS DE IDENTIFICACIOacuteN
91 Aspectos generales
A partir de la deacutecada de los antildeos 50 se generoacute una preocupacioacuten manifiesta por parte de
diferentes investigadores en identificar y clasificar la potencialidad al colapso en los
distintos suelos
Estos intentos a escala mundial se han enfrentado fundamentalmente con dos
inconvenientes o limitaciones como son
1 La gran variedad de tipos de suelos que colapsan por humedecimiento Asiacute por
ejemplo meacutetodos probados en ciertos paiacuteses o regiones en determinados tipos de suelos no
han podido hacerse extensivos a suelos de otras zonas cuyo origen geoloacutegico y geneacutetico es
francamente diferente
2 La frecuente heterogeneidad de los suelos colapsables por humedecimiento En este
sentido hay coincidencia entre los investigadores que han estudiado suelos colapsables de
distinto origen geoloacutegico Asiacute pueden encontrarse referencias tanto en investigadores que
analizaron suelos lateriacuteticos o de origen eoacutelico como el loess (Abeley y Abeley 1979
Moretto 1986) que en principio suelen considerarse como suelos homogeacuteneos Es
frecuente encontrar una variacioacuten en el grado de cementacioacuten (por ejemplo debido a
carbonatos) en soacutelo algunos centiacutemetros En otros casos esta heterogeneidad es debida a la
presencia de grandes macroporos dejados por raiacuteces o insectos
Esto ha llevado a una gran variedad de metodologiacuteas para establecer la susceptibilidad al
colapso de los suelos y una anarquiacutea en la terminologiacutea empleada en los diferentes paiacuteses
para su clasificacioacuten Sin embargo en la mayoriacutea de los casos los diferentes investigadores
o coacutedigos han tendido a discretizar el comportamiento del suelo frente al colapso en dos
grupos suelos que colapsan bajo peso propio y suelos que colapsan bajo una carga mayor
Rocca (1985) ha confeccionado una tabla de equivalencias con la denominacioacuten que
reciben en los distintos paiacuteses
82 Clasificacioacuten de los meacutetodos de identificacioacuten de suelos colapsables
En cuanto a los tipos de meacutetodos de identificacioacuten propiamente dichos varios han sido los
enfoques que se han propuesto Estos podriacutean clasificarse en tres grupos
1048713 Meacutetodos basados en paraacutemetros fiacutesicos de identificacioacuten de suelos tales como Peso
Unitario Liacutemites de Consistencia Granulometriacutea etc
1048713 Meacutetodos basados en ensayos mecaacutenicos principalmente en ensayos edomeacutetricos
1048713 Meacutetodos basados en la magnitud del colapso
Existe una abundante bibliografiacutea sobre los diferentes meacutetodos de clasificacioacuten a
identificacioacuten en las cuales se ha realizado un anaacutelisis criacutetico sobre los diferentes meacutetodos
como las ya referidas de Rocca (1985) y Redolfi et al (1986) y otras como las de Sultan
(1969) Reginatto (1970 1974) Loacutepez Corral (1977) Jimeacutenez Salas (1987) y Lutenegger y
Saber (1988) Por lo tanto en este apartado no se insistiraacute en ello sino maacutes bien se haraacute un
enfoque general del problema y se presentaraacuten aquellos conceptos v meacutetodos que
posteriormente seraacuten utilizados en el desarrollo de estas notas
Meacutetodos basados en paraacutemetros fiacutesicos de suelos
En general la mayoriacutea de estos meacutetodos de identificacioacuten tienen maacutes bien un caraacutecter
cualitativo que cuantitativo pretendiendo ubicar el suelo analizado en algunos de los
grupos mencionados en (36) La clasificacioacuten consiste habitualmente en establecer si el
suelo es autocolapsable (colapsable bajo su propio peso) o bien si es condicionalmente
colapsable (colapsable bajo carga externa)
En estas notas solamente se analizaraacuten tres de ellos que tienen en comuacuten que relacionan el
liacutemite liacutequido y el peso unitario seco
a) Denison (1961) establece el Coeficiente de Colapso (k) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando la relacioacuten de vaciacuteos del suelo en estado natural (e) es mayor
que la relacioacuten de vaciacuteos correspondiente al Liacutemite Liacutequido (eL )
b) Gibbs (1961) establece una Relacioacuten de Colapso (R) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando la humedad de saturacioacuten del suelo (wSAT) es mayor que el
Liacutemite Liacutequido (wL )
c) Coacutedigo de edificacioacuten de la URSS (1962) establece un Indice de Colapso (R) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando R es mayor de -010
En se han superpuesto los puntos correspondientes a pares de valores del peso unitario
seco y el Liacutemite Liacutequido de suelos de la ciudad de Coacuterdoba Argentina (Redolfi et al
1986) De ella se desprende que los valores de los paraacutemetros obtenidos son valores tiacutepicos
de la formacioacuten loeacutessica de Coacuterdoba y que para todas las metodologiacuteas aquiacute presentadas la
gran mayoriacutea de los suelos son colapsables puesto que estaacuten incluidos dentro de las zonas
que los clasifican colapsables
Meacutetodos basados en ensayos edomeacutetricos
Estos meacutetodos estaacuten basados en la Presioacuten Inicial de Colapso o Presioacuten de Fluencia La
determinacioacuten del grupo al cual pertenece el suelo estudiado (auto colapsable o colapsable
bajo carga) se realiza comparando la presioacuten de tapada o geostaacutetica con la presioacuten a la cual
se produce el colapso Asumiendo como hipoacutetesis que el colapso por humedecimiento
ocurre soacutelo a partir de una cierta presioacuten por encima de la cual la resistencia estructural del
suelo es superada
La magnitud de esta presioacuten para la cual se produce el desmoronamiento de la estructura
del suelo ha sido designada por algunos autores como
1048713 Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) (Abelev y Abelev 1979) o
1048713 Presioacuten de Fluencia Saturada (σf sat) (Reginatto 1970)
Experimentalmente se ha demostrado que cuando la presioacuten total en el suelo (σt) ya sea
por cargas externas yo peso propio es menor que esta magnitud no se producen
asentamientos de colapso por humedecimiento Krutov y Tarasova (1964) sentildealan
acertadamente que desde un punto de vista teoacuterico la Presioacuten Inicial de Colapso o Presioacuten
de Fluencia deberiacutea ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero concluyen que
desde un punto de vista praacutectico una pequentildea magnitud de colapso puede asumirse como
permisible Siguiendo este concepto por ejemplo las Normas Sovieacuteticas SNIP definen a la
Presioacuten Inicial de Colapso como aquella presioacuten para la cual en una probeta instalada en un
edoacutemetro se produce un colapso relativo unitario igual a 001 o porcentual del 100
δicol = 001 = 10
En se han representado las curvas presioacuten-deformaciones unitarias de dos ensayos
edomeacutetricos del mismo suelo uno a humedad natural y el otro en estado saturado El
colapso relativo (δicol) es igual a
δicol = εHN - εSAT
donde εHN = Deformacioacuten unitaria a humedad natural
εSAT = Deformacioacuten unitaria en estado saturado
En tanto Reginatto (1970) define a la Presioacuten de Fluencia saturada de un suelo colapsable
de la misma forma en que se establece la presioacuten de preconsolidacioacuten de una arcilla
saturada en un ensayo edomeacutetrico
En se presenta la correlacioacuten que realizan Lin y Wang (1988) entre los valores de la
Presioacuten de Fluencia Saturada y la Presioacuten Inicial de Colapso (el Coacutedigo Chino la establece
para un valor de δicol = 150) Se puede observar que aproximadamente se establece una
relacioacuten directa entre ellas Esto no es de extrantildear puesto que conceptualmente ambas
definiciones tratan de fijar la presioacuten a la cual la estructura del suelo saturado comienza a
colapsar
Los numerosos intentos realizados en ensayos in situ para comprobar la validez de esta
hipoacutetesis (Krutov y Tarasova 1964 Abelev y Abelev 1979) parecen indicar a primera
vista que las predicciones tienen buen acuerdo con la realidad en muchos casos pero en
cambio en otros la diferencia entre lo predecido y lo sucedido es importante sobre todo en
aquellos casos referidos al colapso por peso propio
Meacutetodos basados en la magnitud del asentamiento por colapso
Los meacutetodos basados en la magnitud del asentamiento por colapso se fundan en determinar
la magnitud del mismo de un perfil de suelos en un lugar determinado debido solamente a
su peso propio
Asiacute por ejemplo la Clasificacioacuten Rumana de Suelos Loeacutessicos Colapsables (LCS) define
el Potencial Total de Colapso (Img) (Bally et al1973) como
donde Hj es el espesor del estrato j en metros y img es el asentamiento edomeacutetrico
adicional de una muestra de estrato j inundada a una presioacuten igual al peso propio de las
tierras (σ0 ) expresado en cmm
El Coacutedigo de Construccioacuten de Edificios de la Repuacuteblica Popular China en regiones de
suelo colapsables sigue un criterio similar (Lin y Liang 1982 Lin y Wang 1988) La
evaluacioacuten de la susceptibilidad al colapso en un determinado sitio se realiza en dos etapas
En primer lugar se evaluacutea su aptitud al autocolapso y se determina el Tipo de sitio (Tipo
1 o Tipo 2)
La magnitud del colapso por peso propio Δzc se obtiene de forma similar a la utilizada por
Bally et al (1973) en Rumania sumando los asentamientos individuales de los n estratos
colapsables del perfil
donde Hj es el espesor de estrato en cm y δzsj es el coeficiente de colapsabilidad del estrato
j en cmcm o en por ciento obtenido por medio de ensayos edomeacutetricos en los cuales
primero se carga el suelo hasta la presioacuten por peso propio y luego se inunda la muestra
donde Hj es el espesor de estrato en cm y δzsj es el coeficiente de colapsabilidad del estrato
j en cmcm o en por ciento obtenido por medio de ensayos edomeacutetricos en los cuales
primero se carga el suelo hasta la presioacuten por peso propio y luego se inunda la muestra
La sumatoria soacutelo tiene en cuenta aquellos valores de δzs jmayores de 0015
Si Δzs lt 7 cm se considera al suelo no autocolapsable por humedecimiento y se clasifica
al lugar como sitio TIPO 2 Si en cambio Δzs gt 11 cm se considera al suelo
autocolapsable por humedecimiento y se lo clasifica como sitio TIPO 1
Por uacuteltimo si 7 cm lt Δzs lt 11 cm el tipo de sitio debe ser determinado despueacutes de un
exhaustivo estudio de la geomorfologiacutea estratigrafiacutea y caracteriacutesticas estructurales del
suelo
El Coacutedigo tambieacuten establece que la magnitud del colapso por peso propio (Δzs) tambieacuten
puede ser determinada directamente en el terreno a traveacutes de una balsa o laguna de
infiltracioacuten de dimensiones especiacuteficas
La segunda etapa de la evaluacioacuten de la colapsabilidad consiste en establecer el Grado de
Colapsabilidad del suelo de cimentacioacuten Para ello se carga a las muestras representativas
de cada uno de los estratos a una presioacuten de 200 kPa y luego se las inunda La magnitud del
colapso se obtiene
donde δsj es el Coeficiente de colapsabilidad del estrato j en cmcm para una presioacuten de
200 kPa La sumatoria soacutelo tiene en cuenta valores de Δs mayores de 0015
donde δsj es el Coeficiente de colapsabilidad del estrato j en cmcm para una presioacuten de
200 kPa La sumatoria soacutelo tiene en cuenta valores de Δs mayores de 0015
SOLUCIONES INGENIERILES EN SUELOS COLAPSABLES
111 Consideraciones generales
La primera cuestioacuten que debe analizarse cuando se disentildean cimentaciones en suelos
susceptibles al colapso es la probabilidad que el agente desencadenante del fenoacutemeno el
agua pueda o no introducirse en el terreno y por ende sensibilizar al suelo en donde se
apoyaraacuten las estructuras Por definicioacuten sin la presencia del agua el suelo no colapsa Esta
cuestioacuten es significativa puesto que pueden existir numerosos casos en donde la
probabilidad que el agua se infiltre en el suelo sea lo suficientemente baja como para
analizar la posibilidad de fundar la estructura considerando el comportamiento del suelo en
su estado natural Por lo tanto cuando se hable de suelos potencialmente colapsables por
humedecimiento no debe pensarse uniacutevocamente en las soluciones ingenieriles que se
utilizan en suelos colapsables
Hecha esta aclaracioacuten a continuacioacuten se trataraacute de ofrecer un panorama de las distintas
soluciones ingenieriles que se adoptan en suelos colapsables por humedecimiento cuando
las probabilidades de que se produzca el fenoacutemeno son altas
El objetivo central de todas estas soluciones es prevenir las fallas estructurales o de servicio
que pueden sobrevenir sobre las estructuras construidas sobre estratos de suelos
colapsables
Aitchison (1973) divide a estas soluciones en
a) Tratamiento del suelo colapsable con vista a eliminar la tendencia al colapso a lo largo
de todo el estrato de suelos desmoronables
b) Disentildeo de elementos constructivos que eliminen o disminuyan a liacutemites razonables la
posibilidad que se inicie el colapso
c) Disentildeo de estructuras yo cimentaciones insensibles a los asentamientos provocados por
el colapso por ejemplo fundaciones profundas apoyadas sobre un manto profundo no
sujeto a los asentamientos por humedecimiento
El primer grupo de soluciones comprende los meacutetodos de mejoramiento de suelo por
medio de los cuales la susceptibilidad al colapso es eliminada modificando las propiedades
resistentes del suelo mediante la compactacioacuten o la cementacioacuten de los viacutenculos entre
partiacuteculas El segundo grupo incluye la adopcioacuten de medidas constructivas tendientes a
aislar el agua de manera de evitar o disminuir la presencia de condiciones favorables al
colapso admitiendo no obstante ciertos riesgos Finalmente el tercer grupo engloba tanto
las soluciones tradicionales por medio de fundaciones profundas como el disentildeo de
estructuras con fundaciones directas insensibles a los asentamientos diferenciales
provocados por el colapso del suelo En resumen en el primer grupo de soluciones se
interviene directamente en el suelo evitando asiacute el colapso en el segundo grupo se intenta
evitar que se produzca el colapso sin modificar el suelo y en el uacuteltimo grupo se construyen
estructuras yo fundaciones que admitan y resistan los fenoacutemenos provocados por el
colapso del suelo
Evstatiev (1988) sentildeala que los mejores resultados han sido alcanzados con una oacuteptima
combinacioacuten de las ventajas que individualmente tiene cada uno de los tres grupos La
experiencia ha probado que las medidas constructivas y las medidas de aislacioacuten del agua
por siacute solas no pueden resolver todos los problemas de inestabilidad que provoca el colapso
del suelo Asiacute la adopcioacuten de soluciones exclusivamente para la superestructura (por
ejemplo fundaciones profundas) sin un adecuado disentildeo que eviten dantildeos en los otros
elementos de la construccioacuten como pisos desaguumles etc han provocado serios dantildeos en
estas partes de la construccioacuten que podriacutean haber sido evitados aplicando medidas
tendientes a evitar el ingreso del agua en el terreno
La eficacia del disentildeo adoptado en cada caso depende en gran medida de la calidad de las
investigaciones geoteacutecnicas realizadas La informacioacuten baacutesica que eacutestas deben suministrar
son el espesor del manto de suelos colapsables y la magnitud del colapso bajo peso propio
o bajo carga de todos los estratos del perfil
Una incorrecta estimacioacuten de estos paraacutemetros puede llevar a proponer y construir
soluciones ingenieriles totalmente opuestas a las correctas La confeccioacuten de perfiles de
colapsabilidad como los presentados permiten establecer la existencia o no de suelos
autocolapsables sus espesores aproximados y la profundidad a la que se encuentran Esta
metodologiacutea de anaacutelisis es de gran ayuda por ejemplo en la eleccioacuten del procedimiento
idoacuteneo para estabilizar el terreno
A continuacioacuten se presenta una descripcioacuten de las distintas soluciones ingenieriles maacutes
utilizadas en este tipo de suelos En primer lugar se analizan el primer grupo de soluciones
que se ha englobado bajo el nombre de Mejoramiento de suelos continuando luego con los
otros dos grupos Medidas para evitar la iniciacioacuten del colapso y fundaciones yo
estructuras insensibles a los fenoacutemenos del colapso
112 Mejoramiento de suelos colapsables
Consideraciones previas
El objetivo principal de estas soluciones es eliminar o disminuir apreciablemente la
susceptibilidad al colapso del suelo bien disminuyendo la porosidad del suelo
(compactacioacuten) o bien aumentando la resistencia estructural entre las partiacuteculas del suelo
(meacutetodos fiacutesico-quiacutemicos) Una de las formas de clasificar los meacutetodos de mejoramiento o
estabilizacioacuten ha sido precisamente eacutesta o sea teniendo en cuenta la accioacuten resultante
sobre el suelo (Aitchison1973 Rocca1985) Sin embargo para el desarrollo y explicacioacuten
de los diferentes meacutetodos se ha elegido la clasificacioacuten propuesta por Evstatiev(1988) que
tiene en cuenta el medio usado para realizar la estabilizacioacuten y el objeto de la misma
Evstatiev (1988) propone la siguiente clasificacioacuten de los meacutetodos de estabilizacioacuten de
suelos loeacutessicos la cual puede hacerse extensiva a suelos colapsables
a) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacioacuten
b) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
c) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
d) Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
e) Meacutetodos de mejoramiento que incorporan elementos resistentes a la traccioacuten dentro del
suelo
f) Geomembranas
g) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por drenaje
h) Correccioacuten de taludes y terraplenes
A continuacioacuten siguiendo la clasificacioacuten antes expuesta se desarrollaran aquellas
metodologiacuteas de mejoramientos de suelos colapsables maacutes extendidas Desarrollaacutendose
principalmente los grupos abc y d puesto que incluyen una serie de acciones particulares
frente al fenoacutemeno del colapso En cuanto a los restantes grupos (e f g y h) las teacutecnicas de
mejoramiento del terreno utilizadas persiguen los mismos objetivos buscados en otros tipos
de suelos y en general la teacutecnica empleada es praacutecticamente la misma Por tal motivo y
puesto que se apartan un tanto del objeto de estas notas se estima conveniente no abundar
sobre ellas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacioacuten
Este grupo comprende varias de las metodologiacuteas usadas en suelos colapsables para reducir
los vaciacuteos de modo de eliminar la colapsabilidad reducir la permeabilidad y aumentar la
capacidad de carga Esto se realiza utilizando fuerzas estaacuteticas o dinaacutemicas o bien a traveacutes
de la inyeccioacuten de lechadas
Compactacioacuten dinaacutemica Este meacutetodo es adecuado para compactar mantos de suelos
colapsables superficiales con espesores menores a 350 metros El meacutetodo consiste en dejar
caer en caiacuteda libre desde una altura de 4 a 8 metros pilones de 3 a 8 Tn sobre la superficie
del terreno a razoacuten de 10 a 16 impactos en cada lugar (Abelev y Abelev 1979) El impacto
genera una rotura de la estructura del suelo un aumento de la presioacuten de poros y una
compresioacuten del aire presente en los poros produciendo un reacomodamiento de las
partiacuteculas dando como resultado una estructura maacutes compacta Seguacuten Malyshev et al
(1983) el contenido de humedad del suelo juega un papel importante lograacutendose la maacutexima
eficiencia con un contenido de humedad cercano al Liacutemite Plaacutestico Si el contenido de
humedad es menor a eacuteste es necesario humedecer el espesor de suelo de modo de alcanzar
una mejor eficacia Varios son los factores que controlan los resultados del meacutetodo asiacute por
ejemplo el espesor compactado es funcioacuten principalmente del peso y del diaacutemetro del piloacuten
En tanto el grado de compactacioacuten estaacute controlado por el nuacutemero de impactos y la humedad
del suelo El grado de compactacioacuten no es uniforme a lo largo de todo el espesor
compactado lograacutendose la maacutexima densificacioacuten a 12 a 15 veces el diaacutemetro del piloacuten
Sin embargo se pueden obtener Pesos Unitarios secos superiores a 16 tm3 en espesores de
25 a 35 m lo cual en la mayoriacutea de los casos es suficiente para disminuir o anular la
susceptibilidad al colapso del suelo Una variante a este meacutetodo es realizar la compactacioacuten
solamente en los lugares donde actuacutean las cargas y no en toda el aacuterea de la construccioacuten
Por ejemplo en casos de fundaciones de muros de carga o fundacioacuten de columnas el
mejoramiento del suelo se logra densificando la zona de influencia del bulbo de presiones
o sea la zona donde los incrementos de presioacuten pueden hacer colapsar el suelo
Compactacioacuten por medio de pequentildeos pilotes piramidales En cierta forma este meacutetodo es
una variante del meacutetodo anterior Consiste en hincar un pilote piramidal de 3 a 4 metros de
longitud con una seccioacuten transversal superior de 60 x 60 a 70 x 70 cm y una seccioacuten
transversal inferior de 10 x 10 cm Una vez retirado el pilote la cavidad se rellena con
hormigoacuten Este tipo de metodologiacutea da excelentes resultados en aacutereas en donde existe un
espesor de suelos potencialmente colapsables (no autocolapsables) de 30 o 40 m de
profundidad pero que colapsaraacuten si estaacuten sometidos a los incrementos de carga
transmitidos por las construcciones Una de las ventajas del meacutetodo es la completa
mecanizacioacuten de todas las operaciones Una variante a este meacutetodo consiste en realizar la
hinca sobre una capa de piedra partida dando como resultado un bulbo de suelo
compactado alrededor de la capa de piedra mejorando la capacidad de carga por la punta
del pilote asiacute construido
Compactacioacuten por pilotes de suelo Este es uno de los meacutetodos maacutes usuales para
compactar espesores importantes (18 a 20 m) de suelos loeacutessicos susceptibles al colapso
El procedimiento consta de dos partes primero se realiza la perforacioacuten y segundo se llena
la cavidad con suelo compactado La perforacioacuten se realiza usualmente mediante la hinca
de un pilote metaacutelico con base ensanchada (15 veces) En otra metodologiacutea de reciente uso
la excavacioacuten se hace de la siguiente forma se perfora hasta la profundidad deseada un
hoyo de 8 cm de diaacutemetro dentro del cual se coloca una columna de explosivos que luego
de estallar crea una perforacioacuten de aproximadamente 080 m de diaacutemetro Despueacutes de
efectuada esta perforacioacuten dinaacutemica la cavidad se rellena con suelo local introducido en
tongadas de 100 a 200 Kg que luego son compactadas dinaacutemicamente por medio de un uacutetil
especial Concluidas ambas etapas quedan formadas columnas de suelo compactado con un
diaacutemetro aproximado igual a dos veces el de la perforacioacuten El grado de compactacioacuten va
decreciendo a medida que se aleja del centro de la columna por tal motivo es importante
conocer esta ley de decrecimiento para disentildear correctamente la cuadriacutecula de pilotes de
suelo Al igual que en los otros meacutetodos la eficiencia del sistema aumenta en la medida que
la humedad del suelo natural y compactado se encuentre a una humedad cercana al Limite
Plaacutestico Por tal motivo es usual que previo a la perforacioacuten se realice una humectacioacuten del
espesor de suelos a compactar Las densidades alcanzadas son del orden de 170 a 180
tm3 que son suficientes para evitar el colapso por peso propio y permiten el use del
espesor compactado como manto de fundacioacuten
Compactacioacuten por explosiones de gas Esta relativamente nueva metodologiacutea de
compactar espesores de suelos colapsables consiste en introducir a traveacutes de una lanza de
agua a presioacuten una caacutemara de compresioacuten que contiene una mezcla de gas propano y
oxiacutegeno la cual se va elevando a medida que se producen una serie de explosiones de la
mezcla De este modo se va generando una columna 120 140 m de suelo compactado
(Densidad de 150 tcm3) (Martemyanov et al 1979)
Compactacioacuten por humedecimiento (Hidrocompactacioacuten) En este caso se utiliza la propia
susceptibilidad del suelo a colapsar bajo peso propio El meacutetodo maacutes frecuente de realizar
la humectacioacuten o saturacioacuten del terreno es a traveacutes de infiltracioacuten del agua desde la
superficie del terreno para lo cual se efectuacutean excavaciones poco profundas (040 a 080 m)
o bien se construyen grandes estanques En muchos casos a efectos de acelerar el ingreso
del agua al terreno se construyen dentro del estanque drenes de arena convenientemente
espaciados Este sistema ha sido empleado ampliamente en varias partes del mundo por
ejemplo en EEUU por Gibbs y Bara (1967) y Clevenger (1956) en Rumania por Bally et
al (19651969) en la URSS por Lomize (1968) y Mustafaef (1967) en China por Lin y
Liang (1982) y en Argentina por Moll et al (1979) A pesar de su amplia utilizacioacuten y su
bajo costo el meacutetodo presenta una serie de inconvenientes aparicioacuten de grietas de traccioacuten
en el contorno del aacuterea inundada existencia de importantes deformaciones posteriores al
colapso necesidad de recompactar los 4 oacute 5 primeros metros utilizando otro tipo de
metodologiacutea La efectividad de este meacutetodo se mejora sustancialmente si al mismo se lo
combina con otro meacutetodo de compactacioacuten dinaacutemica
Compactacioacuten por humedecimiento previo y por explosiones profundas Este meacutetodo fue
desarrollado en al Unioacuten Sovieacutetica por Livinov (1976) en la deacutecada de los 60 El espesor de
suelos a compactar es previamente humedecido a traveacutes de un sistema de drenes
(cuadriacutecula de 3 x 3 a 5 x 5 m) Las cargas explosivas (5 a 7 Kg) son colocadas en el fondo
de los mismos drenes o bien en tubos metaacutelicos colocados en perforaciones adicionales La
cuadriacutecula con las cargas es aproximadamente de 4 x 4 m En este procedimiento no es
necesario la completa saturacioacuten del suelo que por ejemplo necesita el meacutetodo anterior
Posterior al humedecimiento se hacen estallar las cargas de toda un aacuterea (2000 a 50000
m2) La explosioacuten generan una onda de choque que hace licuar la estructura del suelo lo
cual permite un reacomodamiento de las partiacuteculas y un crecimiento de la densidad del
suelo En ciertos casos es aconsejable la construccioacuten de trincheras alrededor de la zona a
compactar a efectos de evitar la propagacioacuten de grietas fuera de ella La explosioacuten produce
un importante a inmediato asentamiento de la superficie del terreno Los asentamientos en
general se estabilizan al cabo de 3 oacute 4 semanas Este tipo de meacutetodo es aconsejable cuando
se desea compactar grandes voluacutemenes de suelo particularmente en grandes complejos
industriales o bien en obras hidroeleacutectricas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
En este apartado se incluyen aquellos meacutetodos de estabilizacioacuten consistentes en la mezcla y
posterior compactacioacuten de suelo colapsable con otros materiales (arena gravas) a efectos
de conseguir mayor resistencia y mayor rigidez Este tipo de estabilizacioacuten es de amplio use
en la ingenieriacutea vial en la construccioacuten de bases y de sub-bases
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
Este grupo incluye a aquellas metodologiacuteas en las cuales el mejoramiento de las
propiedades resistentes del suelo se consiguen con la creacioacuten de viacutenculos maacutes soacutelidos y
estables en la estructura del suelo En algunas de ellas la inyeccioacuten de agentes cementantes
provoca la rotura de la estructura original del suelo En otras por el contrario la inyeccioacuten
de agentes quiacutemicos actuan directamente sobre los viacutenculos sin modificar la estructura del
suelo Los meacutetodos se pueden dividir en meacutetodos superficiales y meacutetodos profundos
dependiendo en donde se realice la estabilizacioacuten En los meacutetodos de estabilizacioacuten
superficiales el mejoramiento en general se consigue mediante la mezcla y posterior
compactacioacuten del suelo con agentes quiacutemicos o cementantes tales como cemento cal
emulsiones asfaacutelticas sales (NaCl Nat C03 NaPO3) etc Estos meacutetodos de estabilizacioacuten
son tambieacuten usuales en otros tipos de suelos y son de amplia utilizacioacuten en todo tipo de
obras de ingenieriacutea civil por tal motivo no insistiremos en ellos Por el contrario los
meacutetodos de estabilizacioacuten profunda aunque tambieacuten se han utilizado en otros tipos de
suelos muchos de ellos se han desarrollado y usado especiacuteficamente para eliminar o
disminuir la susceptibilidad al colapso en espesores importantes de suelo A continuacioacuten
se presentan algunos de ellos
Inyecciones de agentes quiacutemicos Las investigaciones y las realizaciones en este tipo de
estabilizaciones se ha desarrollado principalmente en la Unioacuten Sovieacutetica Seguacuten Mitchell
(1981) la razoacuten principal por la cual estos meacutetodos no se han extendido universalmente se
debe principalmente a los altos costos frente a otros tipos de estabilizaciones Sin embargo
Esvtatiev (1988) da cuenta de la existencia en la URSS de maacutes de 800 proyectos en donde
se han utilizado satisfactoriamente p ej el meacutetodo de silicatizacioacuten) Esto ha permitido un
continuo mejoramiento de la tecnologiacutea una reduccioacuten de los costos y una abundante
normativa en la regulacioacuten de su uso El agente quiacutemico maacutes utilizado por su bajo costo
frente a otros agentes quiacutemicos es el Silicato de Sodio El meacutetodo consiste en inyectar en
todo el espesor de suelo a tratar una solucioacuten de silicato de sodio (Densidad = 1 10 a 1 04
gcm3) a traveacutes de un tubo inyector de 42 mm de diaacutemetro con perforaciones de 3 mm
protegidas por un manguito de goma La inyeccioacuten se realiza a una presioacuten de 20 a 40
Kgcm2 y una descarga de 48 litros por minuto (Zvyagin et al 1978) La silicatizacioacuten del
suelo es soacutelo posible en un medio fuertemente alcalino Seguacuten Sokolovic (1973) se logra
una mejor eficiencia mediante una pre y post gasificacioacuten con carbonato de calcio Luego
de la inyeccioacuten tres son los cambios que se observan en el suelo un aumento significativo
de la resistencia a la compresioacuten (superior a 20 Kgcm2 ) una eliminacioacuten de la
susceptibilidad al colapso y una disminucioacuten de la permeabilidad Otro de los tratamientos
con agentes quiacutemicos es la inyeccioacuten de amoniacuteaco La mejora en el suelo es inferior al
tratamiento por silicatizacioacuten ademaacutes presenta la desventaja de ser un elemento toacutexico y su
utilizacioacuten requiere medidas especiales de proteccioacuten (Sokolovic 1973)
Estabilizacioacuten teacutermica Esta teacutecnica comenzoacute a desarroIlarse en la URSS en la deacutecada de
los antildeos 50 y ha sido utilizada exitosamente en un importante nuacutemero de emprendimientos
Seguacuten Esvtatiev (1988) la aplicacioacuten de este meacutetodo es teacutecnica y econoacutemicamente
aconsejable en los siguientes casos a) en la estabilizacioacuten de fundaciones existentes de
estructuras altas como chimeneas tanques de agua b) en la paralizacioacuten de los
asentamientos en construcciones existentes provocados por el colapso del suelo Las
propiedades de los minerales arcillosos cambian cuando eacutestos son sometidos a altas
temperaturas lo cual genera un aumento importante de la resistencia y por ende la
eliminacioacuten de la susceptibilidad al colapso del suelo La tecnologiacutea ha ido variando y
mejorando su eficiencia a lo largo de estas deacutecadas No obstante la variedad de meacutetodos
casi todos ellos consisten en la introduccioacuten de un quemador de fuel o gas dentro de un pre
pozo de 020 metros de diaacutemetro con una presioacuten de aire de 20 a 30 Kgcm2 De esta
forma al cabo de 10 a 15 diacuteas se consigue una columna estabilizada de suelo de 20 a 30
metros y una profundidad de 10 a 15 metros (Beles y Stanculescu 1958)
Estabilizacioacuten mediante mezclado mecaacutenico con agentes cementantes El objetivo de este
tipo de estabiacutelizacioacuten es la creacioacuten de columnas o pilotes de suelo con alta resistencia y
rigidez que permitan la transferencia de las cargas a mantos maacutes profundos y estables
Varios son los meacutetodos constructivos que pueden agruparse dentro de este grupo Los
subdividiremos en los siguientes subgrupos dependiendo del lugar en donde se realiza la
mezcla del suelo con el agente cementante
1 La mezcla del suelo y el agente cementante se realiza en superficie En este caso la
excavacioacuten se puede realizar bien utilizando la teacutecnica constructiva empleada en los pilotes
de suelo (hinca) o bien usar teacutecnicas usuales de perforacioacuten La mezcla deiexcl suelo con el
agente cementante (preferentemente Cemento Portland) puede ser fluida (suelo cemento
plaacutestico) a introducirse dentro de la excavacioacuten en forma de pastones o bien mezclar el
suelo y elcemento con porcentaje de humedad oacuteptimo a introducirlos en la perforacioacuten en
tongadas (100 a 200 Kg) las cuales posteriormente son compactadas dentro de la misma
excavacioacuten Por lo tanto existen cuatro variantes seguacuten sea el tipo de excavacioacuten y el tipo
de mezcla
2 La mezcla del suelo y el cemento se realiza en el mismo proceso de perforacioacuten En este
caso la mezcla del agente cementante se realiza con el propio suelo La mezcla puede
realizarse mediante uacutetiles especiales que van mezclando el suelo con una lechada de
cemento o bien usar la teacutecnica del jet grouting mediante un chorro de lechada a alta presioacuten
Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
Este tipo de estabilizacioacuten se realiza principalmente en terrenos con suelos potencialmente
colapsables en los cuales la presencia de cargas adicionales en superficie puede generar
asentamientos adicionales ante un incremento de la humedad del suelo Asiacute una parte del
suelo colapsable superficial ubicado directamente debajo de las fundaciones es excavado
extraiacutedo y reemplazado por otro material maacutes competente Los materiales generalmente
utilizados son los siguientes el mismo suelo extraiacutedo compactado y eventualmente
estabilizado granulomeacutetricamente arena compactada o suelo cemento compactado La
eleccioacuten del tipo de material estaacute condicionado generalmente por variables teacutecnico
econoacutemicas Los espesores de estos mantos son variables (1 a 4 m) dependiendo del tipo de
cargas y de las caracteriacutesticas del proyecto Por ejemplo en algunos proyectos los
condicionantes pueden ser los asentamientos diferenciales (edificios) en cambio en otros
(canales) no soacutelo importa disminuir la probabilidad que se produzca el colapso sino
tambieacuten lograr una capa de suelo maacutes impermeable Este tipo de metodologiacutea ha sido
utilizada con eacutexito en numerosos paiacuteses y en innumerables tipos de obras Tambieacuten es
frecuente el empleo de esta metodologiacutea en forma conjunta con otro tipo de estabilizacioacuten
profunda cuando se presentan mantos de suelos colapsables profundos y con espesores
muy dispares
113 Medidas conducentes a evitar la iniciacioacuten del colapso
Arriba se sentildealaron los tipos de humedecimientos que seguacuten Goldstein (1969) pueden
presentarse en una masa de suelo
a) humedecimiento localizado por rotura de conducciones hidraacuteulicas o infiltraciones de
aguas de lluvia
b) humedecimiento extenso causado por roturas de canales o efluentes industriales
c) ascenso del nivel freaacutetico
d) aumento gradual y lento del contenido de humedad por condensacioacuten del vapor de agua
provocados por condiciones ambientales
Muchos de estos tipos de humedecimientos pueden ser prevenidos principalmente los
primeros pues en general eacutestos son debidos a fallas o roturas de las instalaciones de la
misma construccioacuten En cambio los otros tipos de humedecimientos estaacuten condicionados
por factores externos al proyecto como por ejemplo puede ser el ascenso del nivel freaacutetico
o la rotura de un canal cercano y ajeno al proyecto La accioacuten del proyectista debe estar
encaminada principalmente a impedir dentro de los liacutemites del proyecto la generacioacuten de
estos humedecimientos provocados por elementos de la propia construccioacuten Robinson y
Narkiewicz (1982) sugieren las siguientes medidas de proteccioacuten contra el humedecimiento
de edificios
a) Pendientes adecuadas en la superficie del terreno que rodea a la construccioacuten de modo
que no se produzcan embalsamientos de agua en las cercaniacuteas de las fundaciones y que
cualquier peacuterdida de agua pueda ser eliminada con rapidez
b) Canalizacioacuten de todos los desaguumles de techos y patios hacia el exterior de la
construccioacuten
c) Instalacioacuten de membranas impermeables o pavimentacioacuten de la superase que rodea a la
construccioacuten de modo de limitar la infiltracioacuten de agua en el suelo adyacente a las
construcciones
d) Encerrar las conducciones de agua o efluentes cloacales dentro de conductos de faacutecil
acceso a efectos de detectar posibles peacuterdidas
Algunas de estas medidas requieren una serie de medidas de control y mantenimiento
durante la vida uacutetil de la obra de manera que perioacutedicamente se realicen inspecciones a las
instalaciones y puedan detectarse peacuterdidas o dantildeos en las mismas Tambieacuten es aconsejable
que los propietarios de la obra conozcan perfectamente los riegos a que estaacute expuesta la
misma de modo que su actividad yo descuidos no inicie procesos de humedecimiento del
terreno
Las medidas de proteccioacuten en otros tipos de obras civiles (canales o caminos) tienen la
misma filosofiacutea es decir elementos de proteccioacuten que impidan o dificulten la entrada del
agua en el terreno de fundacioacuten Asiacute por ejemplo en las obras lineales se debe prestar una
especial atencioacuten al disentildeo del sistema de alcantarillado y de desaguumles En algunos casos
estas obras suelen seguir parcialmente las curvas de nivel del terreno convirtieacutendose en
verdaderas presas que impiden el natural escurrimiento de las aguas provocando la
acumulacioacuten de agua en su entorno lo que genera un humedecimiento generalizado del
terreno de fundacioacuten con los consecuentes dantildeos en la obra
Es frecuente que en ciertos tipos de obras como viviendas unifamiliares de una planta o
incluso caminos y canales las uacutenicas medidas a adoptar sean las presentadas en este
apartado ya que la utilizacioacuten de teacutecnicas de mejoramiento o fundaciones profundas
resultan prohibitivas En realidad la mayoriacutea de las obras aludidas se construyen admitiendo
el riesgo de un posible colapso del terreno El buen comportamiento que han tenido la
mayoriacutea de ellas se debe fundamentalmente a que no se ha producido ninguacuten tipo de
humedecimiento En contraste los dantildeos son serios en aquellas obras que los han sufrido
Por todo ello es un deber de los investigadores a ingenieros buscar nuevas soluciones
econoacutemicas que permitan disminuir los riesgos y por ende los dantildeos en este tipo de obras
Uno de los caminos en tal sentido es el estudio de estructuras que absorban o minimicen
los posibles asentamientos diferenciales provocados por el humedecimiento localizado del
suelo sin un aumento excesivo de los costos
114 Estructuras yo fundaciones que admiten y resisten los fenoacutemenos provocados
por el colapso
El anaacutelisis de este apartado se centraraacute principalmente en el estudio de las fundaciones
superficiales en suelos potencialmente colapsables ya que el otro gran grupo de soluciones
fundaciones profundas mediante pilotes seraacute objeto de un examen detallado en los
apartados siguientes
La lista de estructuras que se asientan directamente sobre mantos de suelos potencialmente
colapsables es amplia entre ellas pueden sentildealarse viviendas unifamiliares construcciones
transitorias galpones ductos enterrados canales caminos etc
Las fundaciones directas sobre suelos colapsables pueden ser divididas en dos grupos
a) Fundaciones riacutegidas utilizadas principalmente en estructuras livianas y con cargas
puntuales por ejemplo torres de liacuteneas de alta tensioacuten columnas de naves industriales o
depoacutesitos En general este tipo de estructuras tienen algunos rasgos comunes como son por
ejemplo cargas verticales bajas cargas horizontales importantes y en general suelen
aceptar asentamientos admisibles mayores
b) Fundaciones de baja rigidez longitudinal en este caso se trata de estructuras con cargas
lineales (muros de carga canales etc) con baja rigidez en el sentido de las cargas Este tipo
de estructuras son sensibles a humedecimientos localizados del terreno que generan
asientos diferenciales importantes En general las medidas que suelen tomarse para
disminuir los efectos de los asientos diferenciales son las siguientes disentildeo de elementos
que rigidicen la estructura (Clemence Y Finbarr 1981) y el disentildeo de elementos
constructivos que eviten
RECAPITULACIOacuteN
Definido el concepto de colapso el estudio se ha enfocado al anaacutelisis de los suelos
colapsables por humedecimiento En esta clase particular de suelos metaestables el agente
externo que desencadena el fenoacutemeno de colapso es el agua En estos suelos un incremento
de humedad puede provocar una disminucioacuten o anulacioacuten de las fuerzas que vinculan unas
partiacuteculas con otras y por lo tanto cambiar el estado de equilibrio en la estructura del suelo
El colapso de la estructura del suelo depende fundamentalmente de dos causas a) de la
importancia de los cambios provoca dos por el agua en los viacutenculos existentes entre las
partiacuteculas y b) del estado tensional en los viacutenculos O sea para que se produzca el colapso
es necesario un agente sensibilizante y un estado tensional capaz de provocar la des-
estabilizacioacuten de la estructura del suelo
Por este motivo los meacutetodos que mejor reflejan la susceptibilidad al colapso de un suelo
son aquellos basados en ensayos mecaacutenicos donde ambos factores estaacuten presentes
La gran subdivisioacuten que se hace a los suelos colapsables parte precisamente de verificar
coacutemo es el comportamiento del suelo en su estado tensional original o bajo su propio
peso Si se produce el colapso bajo este estado se indica que el suelo es verdaderamente
colapsable o autocolapsable en cambio si el fenoacutemeno no se produce se sentildeala que el
suelo es candicionalmente colapsable o colapsable bajo carga
En este contexto diversos investigadores introducen el concepto (tambieacuten tensional) de
Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) o Presioacuten de Fluencia Saturada (σf) como aquella
presioacuten a la cual se produce el colapso Desde un punto de vista teoacuterico esta presioacuten deberiacutea
ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero desde un punto de vista praacutectico se
asume que una pequentildea magnitud del colapso es permisible Por ejemplo las normas
Sovieacuteticas Lo toman igual al 100 las Chinas igual al 150 En cambio en Argentina se
utiliza maacutes la Presioacuten de Fluencia Saturada que se obtiene de forma similar a la Presioacuten de
Preconsolidacioacuten No obstante esta diferencia metodoloacutegica en ambos casos el concepto es
el mismo
Con respecto a las metodologiacuteas usadas para establecer la susceptibilidad al colapso de un
suelo o de un perfil de suelo han sido analizadas las que utilizan el concepto de Presioacuten
Inicial de Colapso y la magnitud del colapso Esta seleccioacuten se realizoacute fundamentalmente
por las siguientes causas primero porque se hacen en base a ensayos mecaacutenicos donde
intervienen el agente externo (el agua) y el estado tensional del suelo y segundo porque
permiten establecer ya sea a traveacutes de un perfil de colapsabilidad o la magnitud del
colapso coacutemo seraacute realmente el comportamiento del terreno ante las solicitaciones
producidas por la obra de ingenieriacutea
Los perfiles de colapsabilidad relacionan en profundidad el peso propio de las tierras con
la Presioacuten Inicial de Colapso esto permite determinar el espesor de suelos autocolapsables
o el espesor de los suelos que colapsaraacuten si ademaacutes del humedecimiento se aumenta el
estado tensional Estos perfiles son de gran ayuda al proyectista de fundaciones en suelos
colapsables dado que le permiten conocer en forma global la magnitud del problema al que
estaacute enfrentado No obstante su utilidad no termina alliacute sino que por el contrario estos
perfiles le permiten tomar decisiones sobre cuaacuteles son las soluciones ingenieriles maacutes
convenientes del proyecto Pues con su ayuda se podraacute seleccionar el meacutetodo de
mejoramiento del terreno la cota de fundacioacuten de una fundacioacuten profunda la magnitud de
la carga por rozamiento negativo etc
La determinacioacuten de la magnitud del colapso de un perfil de suelo usada como
metodologiacutea de clasificacioacuten tambieacuten es de utilidad en el disentildeo de construccioacuten de obras
de ingenieriacutea en suelos colapsables Sobre todo en la caracterizacioacuten del terreno de grandes
aacutereas ya sea en obras lineales (canales caminos etc) o puntuales (complejos fabriles obras
hidraacuteulicas etc) dado que cada perfil de suelo estaacute caracterizado por un paraacutemetro lo cual
permite el manejo de un nuacutemero importante de informacioacuten Obviamente esta metodologiacutea
tambieacuten es de gran use en cualquier tipo de obras independientemente de su tamantildeo a
importancia
En un abundante nuacutemero de proyectos no es suficiente haber realizado una caracterizacioacuten
o clasificacioacuten del terreno sino que es necesario determinar la magnitud de los
asentamientos que pueden producirse en las obras Los asentamientos por colapso depende
baacutesicamente de dos tipos de factores intriacutensecos y extriacutensecos
Se sentildealan como intriacutensecos aquellos factores propios del suelo como son sus propiedades
fiacutesicas y mecaacutenicas El comportamiento del suelo dependeraacute del tipo de estructura o la
forma en que estaacuten ordenadas las partiacuteculas del grado de compacidad del tipo de viacutenculos
que unen grano con grano etc Estos factores en general no se encuentran
homogeacuteneamente distribuidos por lo cual los paraacutemetros que definen sus propiedades
tenso-deformacionales pueden sufrir variaciones locales importantes
Los factores externos que influyen en la magnitud de los asentamientos son dos el aacuterea
inundada y el estado tensional Estos dos factores influyen considerablemente en la
magnitud de los asentamientos por colapso y por tal motivo deben ser analizados
especiacuteficamente en los caacutelculos Respecto al primero de los factores a pesar que se han
realizado importantes trabajos teoacutericos la informacioacuten experimental indica que todaviacutea
existe cierta indeterminacioacuten en su estimacioacuten Por tal motivo la influencia del aacuterea
inundada en la magnitud de los asentamientos se limita a realizar correcciones de tipo
empiacuterico En cuanto a la influencia que el estado tensional tiene en los asentamientos las
investigaciones se han centrado especialmente en el estudio de cargas externas (zapatas) en
la superficie del terreno
ENSAYOS ldquoin siturdquo Perforacioacuten y muestreoEnsayos ldquoin siturdquo
o Ensayo de penetracioacuten estandar (SPT)o Ensayo de penetracioacuten de cono (CPT + CPTu)o Dilatoacutemetro de placa plana (DMT)o Presuroacutemetro (PMT)o Corte en veleta (VST)10487131048713 Meacutetodos geofiacutesicoso Ondas siacutesmicas (P- S- R-waves)o Electromagneacuteticas (radar resistividad)
EQUIPOS AUTOPROPULSADOS
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)1048713El ensayo ldquoin siturdquo maacutes comuacuten en el mundo10487131902 - Coronel Gow de Raymond Pile Co1048713 Muestreador ciliacutendrico partido1048713 Norma ASTM D 15861048713 Martillo (140-lbs cae 30 pulgadas) (635-kg cae 076 metros)1048713 Tres incrementos de 6 pulgadas Suma de los dos uacuteltimos incrementos = N (golpespieacute)
Se obtiene suelo y
un nuacutemero
Muestra alterada
(Solo para
caraterizacioacuten)
Nuacutemero muy crudo
para el anaacutelisis
No aplicable en
Ventajas
arcillas blandas y
Limos
Variabilidad e
incertidumbre
se obtiene un nuacutemero
Sencillo y de bajo
Costo
Funciona en muchos
tipos de suelo
Se puede utilizar en
rocas blandas
Disponible
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Estos suelos en condiciones de no saturacioacuten o saturacioacuten parcial presentan continuamente un reacomodo radical de las partiacuteculas y una gran peacuterdida de volumen por remojo osea al entrar al estado de saturacioacuten completa La existencia de estos suelos en el mundo y las dificultades ocasionadas a las edificaciones cimentadas sobre ellos han sido reconocidos ampliamente Los depoacutesitos maacutes extensos de suelos colapsables son eoacutelicos o depoacutesitos transportados de arena y limos (loess)Se puenden encontrar comuacutenmente en las maacutergenes fluviales
Desventajas
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Depoacutesitos eoacutelicos Estos depoacutesitos consisten en materiales transportados por el viento el cual forma dunas depoacutesitos tipo loess playas eoacutelicas y grandes depoacutesitos de ceniza volcaacutenica
Depoacutesitos transportados por agua Consisten principalmente de depoacutesitos de sedimentos sueltos a carreados por el agua los cuales forman abanicos fluviales y flujos deslizantes Estos materiales pueden ser depositados por una avenida repentina o flujo de lodo derivado de pequentildeas cuencas colectoras sujetas a aguaceros poco frecuentes
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Suelos residuales Estos suelos son producto del intemperismo y la
desintegracioacuten y alteracioacuten mecaacutenica de rocas madres Las partiacuteculas de
material residual pueden variar de tamantildeo de grandes fragmentos de
gravas a arenas limos coloides y en algunos casos material orgaacutenico
La estructura del grano colapsable se ha desarrollado como producto de
la accioacuten disolvente sobre el material soluble y coloidal La lixiviacioacuten del
material soluble y del material fino conduce a una alta relacioacuten de vaciacuteos
y a una estructura inestable Otro tipo de suelo que muestra colapso al
remojo son aquellos derivados de tufo volcaacutenico
sulfato de calcio arenas sueltas cementadas por sal soluble arcillas
dispersivas y arcillas montmorilloniacuteticas ricas en sodio
CAUSAS QUE GENERARIacuteAN DICHO COMPORTAMIENTO- Estructura parcialmente saturada potencialmente inestable- Una componente de esfuerzo aplicado o existente lo suficientemente alta para desarrollar una condicioacuten metaestable- Un ligante resistente o un agente cementante para estabilizar contactos intergranulares el cual se reduce por remojo ocasionando el colapso La mayoriacutea de suelos colapsables involucra la accioacuten de partiacuteculas arcillosas en los enlaces entre los granos gruesos de arena-Agentes cementantes tales como oacutexido de hierro carbonato de calcio o la soldadura de granos en contacto proporcionan esfuerzos resistentes para muchos suelos colapsables La accioacuten de este cementante es frecuentemente el agente principal de colapso en loess El grado al cual el agente cementante pierde su efectividad depende del grado de contaminacioacuten del ingreso del agua y del grado de disolucioacuten del agente cementante involucrado
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
CONSOLIDOacuteMETRO PARA ENSAYO DE COLAPSO
Se procede a cortar el suelo de acuerdo con las dimensiones del anillo
del ensayo de consolidacioacuten unidimensional Determinar sus
propiedades fiacutesicas tales como humedad natural peso volumen
gravedad especiacutefica de soacutelidos liacutemites de consistencia distribucioacuten
granulomeacutetrica seguacuten las normas
Se instala la muestra en el anillo del consolidoacutemetro despueacutes de haber
determinado el peso inicial de la masa huacutemeda y altura de la muestra y
fijar el conjunto anillo-muestra en el consolidoacutemetro Aplicar una carga
de contacto 005 kgcm2 (5 Kpa) despueacutes de 5 min tomar lectura del
deformiacutemetro aplicar incrementos de carga a cada hora hasta que se
aplique la presioacuten vertical apropiada Los incrementos de carga seraacuten
012 025 050 100 200 etc Kgcm2 (12 25 50 100 200 etc) o
cargas de acuerdo al meacutetodo de ensayo ASTM D2435 registrar la
deformacioacuten antes de incrementar una nueva carga
Determinacioacuten del potencial de colapso
donde
di = lectura del dial con el esfuerzo adecuado antes de la saturacioacuten (mm)
df = lectura del dial bajo el esfuerzo adecuado despueacutes del humedecimiento (mm)
ho = altura inicial de la muestra (mm)
Tmbieacuten se puede evalua en teacuterminos de relacioacuten de vaciacuteos
dondeΔe = cambio de relacioacuten de vaciacuteos bajo el esfuerzo adecuado antes y despueacutes de la inundacioacuteneo = relacioacuten de vaciacuteo inicialLa evaluacioacuten de un suelo colapsable seraacute de acuerdo a la siguiente tablaCon todo lo epxlicado concluimos que el colapso de los suelos es la disminucioacuten moderada de volumen cuando estaacute con bajo contenido de humedad y una gran peacuterdida cuando estaacute sumergido y la magnitud de asentamiento depende del contenido de humedad del suelo En estado sumergido y bajo la aplicacioacuten de cargas verticales los suelos colapsables presentan un mayor asentamiento Los suelos colapsables existen en todo el mundo principalmente en la regiones aacuteridas y semiaacuteridas nuevamente comentando que los depoacutesitos eoacutelicos coluviales residuales tubos volcaacutenicos etc son suelos que pueden ser colapsables
Definicioacuten de colapso Se definen como colapso a cualquier disminucioacuten raacutepida de volumen del suelo producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factoresbull Contenido de humedad (w) bull Grado de saturacioacuten (Sr) bull Tensioacuten media actuante (τ) bull Tensioacuten de corte (σ) bull Presioacuten de poros (u)
TIPOS DE SUELOS COLAPSABLESLos tipos de suelos colapsables son
- Suelos aluviales y coluviales ndash Depositados en ambientes Semi-deseacuterticos por flujos maacutes o menos torrenciales- Suelos eoacutelicos ndash Depositados por el viento son arenas y limos arenosos con escaso cemento arcilloso en una estructura suelta o inestable
- Cenizas volcaacutenicas ndash Provenientes de cenizas arrojadas al aire por actividad volcaacutenica explosiva- Suelos residuales ndash Derivados de la descomposicioacuten in ndash situ de minerales de ciertas rocas son luego lixiviados por el agua y pierden su cemento
CONSECUENCIAS EN CIMENTACIONES
Patologiacuteas en cimentaciones Posibles causas
Introduccioacuten
De todos los posibles tipos de patologiacutea que puede sufrir la edificacioacuten las estadiacutesticas demuestran que son las patologiacuteas ligadas a las cimentaciones las que mayores costes globales conllevan Ademaacutes tienen gran repercusioacuten social lo que las hace maacutes notorias por la complejidad propia de su reparacioacuten porque suponen una fuerte alteracioacuten y hasta interrupcioacuten del uso del inmueble y porque suelen involucrar a colindantes e incluso poderes puacuteblicos Urge como en ninguacuten otro caso determinar las causas y cuanto antes dar una solucioacuten al problema
Causas intriacutensecas de fallos de cimentacioacuten
Se agrupan aquiacute los fallos de cimentacioacuten consecuencia de la interaccioacuten entre el terreno y la propia cimentacioacuten de la construccioacuten afectada
Defectos de proyecto
Son errores de concepcioacuten de disentildeo o caacutelculo del proyecto Son errores previsibles por lo que si se tienen en cuenta en el disentildeo y caacutelculo de la edificacioacuten el riesgo de que provoquen dantildeos se minimizaEnumeramos aquiacute no todas pero siacute algunas de las posibles causas de problemas derivadas del proyectobull Falta de capacidad de carga cimentacioacuten insuficiente o capacidad
de carga del suelo insuficientebull Esfuerzos no contemplados por ej por olvido de algunas
sobrecargas de explotacioacutenbull Conocimiento insuficiente del suelo Lo que deriva en la ignorancia
de riesgos especiales geoteacutecnicos Las causas pueden ser escasez de reconocimientos previos del terreno mala interpretacioacuten de los mismos no consideracioacuten de los fenoacutemenos de agresividad etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Cobra importancia en terrenos con especiales caracteriacutesticas
Arcillas expansivas
Suelos colapsables
Rellenos antroacutepicos
Suelos blandos naturales
Infravaloracioacuten del riesgo geoteacutecnico conocido eacuteste Casos asiacute pueden ser desprecio de los efectos que produce la falta de homogeneidad de un suelo o las distintas profundidades de aparicioacuten de la roca en planta desprecio de los efectos de la potencial expansividad o de posible subpresioacuten o fenoacutemenos de subsidencias procesos de disolucioacuten etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONESbull Defectos en la evaluacioacuten del terreno asientos calculados no
tolerables por la estructura esfuerzos paraacutesitos en pilotes (olvido del efecto de asiento de terrenos flojos o rellenos recientes) etc
bull Efecto grupo en pilotes defectuosa estimacioacuten del efecto grupo en pilotes flotantes no consideracioacuten de los esfuerzos laterales o del rozamiento negativo etc
bull Ausencia de consideracioacuten del bulbo de tensiones de la cimentacioacuten propia y su alcance Pero tambieacuten de cimentaciones colindantes que podriacutean suponer una carga oblicua sobre nuestra cimentacioacuten habraacute que considerarla en caacutelculo y prever un proceso constructivo adecuado (no vayamos a provocar dantildeos a otras edificaciones)
bull Ignorancia de las condiciones de contorno es decir no consideracioacuten de las condiciones del entorno de la estructura
proyectada posibles socavaciones arrastres descalces agotamientos rebajamientos de nivel freaacutetico etc
bull Heterogeneidades distribucioacuten irregular de las cargas o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentacioacuten
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Defectos de ejecucioacuten
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecucioacuten de eacutestos Los defectos de ejecucioacuten normalmente responden a un deficiente Control de Calidad Por tanto en principio son evitablesAlgunos errores de ejecucioacuten podriacutean serbull Apreciacioacuten erroacutenea de los estratos resistentes confundidos con
capas de poco espesor bolos erraacuteticos etcbull Errores de replanteo bull Mala calidad de los materiales en especial hormigones Deterioro
de zapatas losas o muros por escasa calidad de los materiales grietas de retraccioacuten por mala dosificacioacuten del hormigoacuten materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto etc
bull Degradacioacuten del material suele ir unido al anterior hormigoacuten no resistente a la agresividad del terreno recubrimientos insuficientes madera metal etc
bullCAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Lavado del hormigoacuten en cimentaciones superficiales o profundas colocado en presencia de aguas en movimiento
Errores en la colocacioacuten de armaduras confusioacuten de diaacutemetros de armado ausencia de separadores etc
Problemas de fraguado unidos a errores de vertido de dosificacioacuten de curado
Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio cortadas lavadas) o de baja calidad y excesiva carga portante de caacutelculo
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
Grupo II Suelos en los que sin la presencia o cambio de las condiciones que producen el
colapso no hay cambio abrupto en la relacioacuten presioacuten-deformacioacuten Tal es el caso de los
loess y algunas arcillas que contienen sulfatos Si se ensayan a humedad constante la
relacioacuten tensioacuten-deformaciones es una curva suave y continua y sin agudos quiebros La
saturacioacuten produce sin embargo un importante cambio volumeacutetrico debido probablemente
a un incremento de la presioacuten de los poros que origina el agotamiento de la resistencia al
corte del suelo
33 Suelos colapsables por humedecimiento
Establecida la definicioacuten general de colapso nuestro anaacutelisis se centraraacute en aquellos suelos
en los cuales el colapso de la estructura del suelo es provocado por un incremento del
contenido de humedad Por lo tanto en lo sucesivo cuando se hable de suelos colapsables
se entenderaacute que son aquellos suelos en que un aumento en el contenido de humedad
provoca una brusca disminucioacuten de volumen sin la necesidad de un aumento en la presioacuten
aplicada
A partir de esta definicioacuten se advierte
1048713 Por un lado una destruccioacuten o un cambio en la estructura que el suelo teniacutea
originalmente y
1048713 Por el otro lado un agente externo el agua que provoca este fenoacutemeno
En la Mecaacutenica de Suelos claacutesica de los suelos saturados o de los suelos secos el fenoacutemeno
de colapso generalmente viene asociado a un cambio en el estado tensional del suelo En
cambio aquiacute y en una primera definicioacuten estariacutea provocado por un agente externo (cambio
en el contenido de humedad)
En el proceso de consolidacioacuten de suelos saturados (Teoriacutea claacutesica de Terzaghi) tambieacuten se
produce una disminucioacuten de volumen pero puede decirse que en muchos aspectos el
colapso es lo contrario de la consolidacioacuten tal como se indica en Reginatto (1977) (11)
4 MECANISMO DEL COLAPSO
A continuacioacuten se analizaraacuten los diferentes mecanismos de colapso para distintas
estructuras de suelos para lo cual se seguiraacute principalmente el trabajo de Dudley (1970)
Las siguientes condiciones generales son las que establece Dudley para que ocurra el
colapso
1 La estructura del suelo deberaacute tener ciertas caracteriacutesticas de modo tal que se tienda a la
ocurrencia de dicho fenoacutemeno
2 Las partiacuteculas estaraacuten unidas entre siacute por fuerzas o materiales cementantes que son
susceptibles -tanto unas como otros- pueden ser anulados o reducidos cuando aumenta el
contenido de humedad del suelo
3 Cuando este soporte es reducido o anulado las partiacuteculas del suelo deslizan o ruedan por
una peacuterdida de la resistencia al corte
Los suelos granulares como las arenas y las gravas presentan un tipo de estructura simple
tambieacuten ampliable a los limos En ella las uniones entre granos son contactos reales
debidos a fuerzas gravitacionales fuerzas exteriores o capilares Estas uacuteltimas tienen un
caraacutecter temporal ya que dependen del grado de saturacioacuten que posea el suelo La humedad
del suelo puede variar entre el estado saturado y el seco del mismo modo las tensiones
capilares seraacuten variables con el contenido de humedad y desapareceraacuten tanto al saturarse
como al secarse el suelo
Seguacuten puede verse en la forma que toman los meniscos hace que el agua esteacute traccionada y
por lo tanto la presioacuten de poros sea negativa Esto origina un aumento de la presioacuten efectiva
que une un grano con el otro Este aumento de la presioacuten efectiva origina un aumento en la
resistencia por lo cual los granos opondraacuten una mayor resistencia al deslizamiento
Si en este estado el suelo se satura la presioacuten efectiva disminuiraacute y con ella la resistencia
al corte pudiendo provocar un deslizamiento relativo entre los granos de suelo
Cuando la estructura es macroporosa este deslizamiento entre granos se manifiesta en una
importante disminucioacuten de volumen
Este tipo de mecanismo de colapso o desmoronamiento puede ampliarse tambieacuten para
aquellas arenas en las que sus viacutenculos estaacuten formados por partiacuteculas de limos
Cada partiacutecula de arcilla posee una carga neta negativa que se equilibra con los cationes de
la doble capa que la rodea Dos partiacuteculas se repeleraacuten entre siacute cuando entran en contacto
sus dobles capas A medida que se trate de acercarlas esta fuerza de repulsioacuten aumentaraacute
Ademaacutes de esta fuerza de repulsioacuten existe una fuerza de atraccioacuten entre las partiacuteculas
debidas a las fuerzas de Van der Waals o fuerzas de enlace secundario esta fuerza tambieacuten
es funcioacuten de la distancia entre las partiacuteculas Por lo tanto las partiacuteculas se atraeraacuten o
repeleraacuten en funcioacuten de la resultante de estas dos fuerzas
Las fuerzas de repulsioacuten son dependientes de las caracteriacutesticas del sistema (espesor de la
doble capa) no asiacute las fuerzas de atraccioacuten que en general son independientes de eacutel Las
partiacuteculas podraacuten alejarse o acercarse modificando las caracteriacutesticas del medio y por ende
el espesor de las dobles capas El proceso de acercamiento de una partiacutecula con otra se
denomina floculacioacuten y al proceso de alejamiento de una partiacutecula respecto a otra
dispersioacuten
Lambe y Whitman (1969) indican que se provoca una tendencia a la floculacioacuten
aumentando una o varias de las siguientes caracteriacutesticas
- Concentracioacuten de iones Valencia ioacutenica
- Temperatura o disminuyendo una o maacutes de las siguientes
- Constante dieleacutectrica
- Tamantildeo del ioacuten hidratado
- Absorcioacuten de aniones
- pH
Durante un proceso de saturacioacuten ademaacutes de una disminucioacuten de las fuerzas capilares hay
una disminucioacuten en la concentracioacuten de iones y por lo tanto un proceso de dispersioacuten
Partiacuteculas que antes estaban unidas por fuerzas de atraccioacuten comienzan a repelerse y
adquirir una estructura dispersa y probablemente menos resistente
Esta es una manera bastante simple de explicar un mecanismo mucho maacutes complejo en el
que pueden intervenir ademaacutes de los nombrados otros factores Sin embargo se advierte
coacutemo una estructura estable puede ser modificada cuando entra en juego un agente
externo que desestabiliza y modifica los viacutenculos que primariamente le conferiacutean una
resistencia aparente
En cualquiera de los tipos de estructuras antes descritas los viacutenculos entre partiacuteculas
pueden estar impregnados de un agente cementante que confiere una resistencia cohesiva
adicional al deslizamiento de un grano respecto a otro
Tambieacuten esta cohesioacuten puede tener un caraacutecter temporal semejante al de las fuerzas
capilares
La peacuterdida de esta resistencia dependeraacute tanto de las caracteriacutesticas del agente cementante
como de las del fluido Asiacute si la cementacioacuten deriva de sales cristalizadas la peacuterdida de
resistencia seraacute funcioacuten del grado de solubilidad de estas sales
Finalmente cualquiera sea el tipo de estructura de suelo que se esteacute considerando siempre
es posible hablar de viacutenculos o fuerzas que unen o ligan una partiacutecula a otra En unos casos
las partiacuteculas estaacuten en contacto directo entre siacute (partiacutecula-partiacutecula) unidas por fuerzas
externas o capilares y en otros casos estas tuerzas o viacutenculos pueden tener caraacutecter
fiacutesicoquiacutemico o eleacutectrico a incluso no existir contacto directo entre las partiacuteculas
Si la estructura del suelo se encuentra en estado de equilibrio y un agente externo -
cualquiera- provoca una disminucioacuten o anulacioacuten de las fuerzas que vinculan unas
partiacuteculas con otras puede suceder que el suelo pase a un nuevo estado de equilibrio
Este proceso entre dos estados de equilibrio puede provocar o no un cambio de la
estructura del suelo dependiendo de
1048713 La magnitud de los cambios provocados en los viacutenculos yo fuerzas por el agente
externo
1048713 Estado tensional existente en los viacutenculos
Si los cambios provocados por el agente externo en las caracteriacutesticas de los viacutenculos no
son suficientes como para movilizar un cambio de estructura eacutesta permaneceraacute inalterada
Sin embargo la condicioacuten de equilibrio puede haber variado dado que de alguna forma el
agente ha sensibilizado al suelo
En cambio si el estado tensional en los contactos es superior a la resistencia que tienen
eacutestos durante el proceso las partiacuteculas cambiaraacuten de posicioacuten produciendo un cambio de
estructura y pasando a un nuevo estado de equilibrio
Un ejemplo de ello puede observarse en en la cual se han dibujado dos ensayos
edomeacutetricos de un mismo estrato La muestra A fue cargada hasta una presioacuten de 200
kgcm2 a humedad natural (w= 144) siendo posteriormente inundada a esa presioacuten
Durante este proceso se observa un importante cambio volumeacutetrico La muestra B fue
inundada a una presioacuten de 010 Kgcm2 no observaacutendose ninguacuten cambio volumeacutetrico
durante el proceso de saturacioacuten Posteriormente se continuoacute el ensayo edomeacutetrico en
forma habitual hasta una presioacuten de 200 kgcm2
Al no advertirse cambios volumeacutetricos durante el proceso de saturacioacuten puede inferirse que
tampoco se han inducido cambios en la estructura del suelo pero es indudable que
efectivamente se ha generado una notable disminucioacuten en la resistencia de los viacutenculos
dado que al aumentar el estado tensional el comportamiento del suelo varioacute radicalmente
del que se observoacute durante el proceso de carga a humedad natural en la muestra A
Esto tambieacuten queda reflejado en las curvas de La primera de ellas corresponde a la
variacioacuten de las deformaciones verticales en funcioacuten del tiempo cuando la muestra A fue
saturada a una presioacuten axial de 200 kgcm2 en tanto la segunda corresponde al salto de
carga de 100-200 kgcm2 del ensayo B (saturada a 010 kgcm2) En ambas curvas se
advierte en primer teacutermino una brusca disminucioacuten de volumen sentildealada como colapso
primario (Redolfi 1982)
En esta etapa la resistencia y la estabilidad de la estructura macroporosa y mal acomodada
dependen baacutesicamente de la resistencia al corte a la traccioacuten y a la compresioacuten de los
puentes o acumulaciones de arcillas yo sales en los puntos de contacto entre las partiacuteculas
(Reginatto 1977) Los esfuerzos que se producen en dichos viacutenculos y puntos de contactos
han superado la resistencia del material provocando el consecuente desmoronamiento de la
estructura del suelo dando como resultado una totalmente distinta a la anterior Posterior a
esta primera etapa (cambio de pendiente de las curvas) sigue existiendo una importante
disminucioacuten de volumen debida posiblemente a un reacomodamiento de las partiacuteculas del
suelo a esta nueva estructura de suelo mejorado o compactado
El objetivo de todo este apartado no ha sido explicar el mecanismo uacuteltimo del colapso sino
maacutes bien tratar de comprender a traveacutes de ejemplos simples y factibles coacutemo la entrada de
agua en una estructura metaestable origina una desestabilizacioacuten o sensibilizacioacuten en la
resistencia existente entre los viacutenculos
Tampoco se ha pretendido hacer una revisioacuten exhaustiva de todos los mecanismos que
diversos investigadores han propuesto para explicar el fenoacutemeno del colapso sino tomar en
consideracioacuten aquellos maacutes documentados y que mejor se adaptan al caso de suelos
loeacutessicos con estructura macroporosa que seraacuten objeto de un especial anaacutelisis en estas
notas
5 COLAPSO RELATIVO
Con referencia al Colapso Relativo (δcol) existe una aparente anarquiacutea tanto en su
denominacioacuten como en la forma de calcularlo En se sentildealan algunas de las maacutes conocidas
Del anaacutelisis de las diferentes ecuaciones se advierte que la uacutenica diferencia en el caacutelculo
radica en el denominador o valor de referencia que se elija altura inicial de la probeta (h0)
la altura de la probeta a humedad natural cargada a una presioacuten igual al peso propio de las
tierras (h1) o la altura de la probeta antes de la inundacioacuten cargada a una presioacuten a
σ(wHN) Esta variedad de definiciones es aparente dado que para el caso del caacutelculo de la
magnitud del asentamiento debido solamente al peso propio de las tierras dos de las
ecuaciones se hacen iguales puesto que para ese caso particular h1= hHN a incluso suele
suceder que h es aproximadamente igual a h0
En lo sucesivo se utilizaraacute la siguiente ecuacioacuten para definir el Colapso Relativo (δcol)
h HN= Altura de la probeta a humedad natural (antes de la inundacioacuten) cargada a una
presioacuten cualquiera σ
hSAT = Altura de la probeta saturada (despueacutes de producido el colapso) cargada a la
presioacuten σ
h = Altura de la probeta a humedad natural cargada a una presioacuten axial igual al peso propio
de las tierras
SUELOS AUTOCOLAPSABLES Y POTENCIALMENTE COLAPSABLE
En el graacutefico semilogariacutetmico que representa el comportamiento de un suelo un ensayo a
compresioacuten confinada realizado sobre en condicioacuten saturada se puede observar un quiebre
en la curva de compresibilidad La presioacuten axial a la cual se produce este quiebre o este
cambio de comportamiento se la denomina Presioacuten de Fluencia Saturada o Presioacuten Inicial
de Colapso En principio se establece que para presiones menores a esta el suelo tiene un
comportamiento elaacutestico y los asentamientos por colapso son bajos y nulos Por el
contrario para presiones mayores a la de Fluencia el suelo tiene un comportamiento elaacutesto-
plaacutestico y los asentamientos por colapso son importantes
Se dice que un suelo es auto colapsable cuando la presioacuten de tapada o geoestaacutetica (σ0) es
superior a la Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) Esto quiere decir que cuando en ese suelo
se produzca el humedecimiento se produciraacuten asentamientos importancia con solamente la
accioacuten de su peso propio
Se designa con suelos potencialmente colapsable a aquellos suelos en los que la presioacuten de
tapada o geo-estaacutetica (σ0) es menor a la Presioacuten Inicial de Colapso
7 PERFILES DE COLAPSIBILIDAD
Lo realmente interesante de los conceptos antes enunciados radica fundamentalmente en
que han permitido generar una metodologiacutea de anaacutelisis de los perfiles con suelos
susceptibles al colapso
Este anaacutelisis permite confrontar a cada profundidad considerada la magnitud de la Presioacuten
Inicial de Colapso (σicol) con la Presioacuten total (σT) igual a la suma de la presioacuten debida a la
carga aplicada (Δσ) maacutes la presioacuten por peso propio (σ0)
En (26) se presenta un perfil de suelo en el que se ha dibujado la variacioacuten de ambas
presiones (la Presioacuten Inicial o de Fluencia y la Presioacuten Total) en funcioacuten de la profundidad
para dos estados de cargas en el correspondiente a las presiones geostaacuteticas y en el
correspondiente a las presiones totales provocadas por una carga en la superficie del
terreno
A partir del anaacutelisis de estas curvas pueden establecerse por ejemplo los espesores de los
suelos que autocolapsaraacuten por humedecimiento y aquellos que colapsaraacuten si ademaacutes de la
saturacioacuten se aumentan las cargas y consecuentemente clasificar los suelos en sus
diferentes grupos suelos verdaderamente colapsables (autocolapsables) o suelos
condicionalmente colapsables (colapsables bajo cargas externas)
Aun cuando el valor de la Presioacuten Inicial sea aproximado este tipo de anaacutelisis es de
fundamental intereacutes en el disentildeo de los diferentes tipos de cimentaciones ya que se podraacute
conocer cuales seraacuten en forma aproximada los principales problemas que se presentaraacuten
en el disentildeo de las obras permitiendo de esta
forma elegir correctamente el tipo de cimentacioacuten o el meacutetodo de mejoramiento del suelo a
emplear para disminuir o anular la susceptibilidad al colapso
8 MAGNITUD DEL ASENTAMIENTO POR COLAPSO
81 Definiciones
La magnitud del asentamiento por colapso producido por humedecimiento del terreno
depende seguacuten Grigoryan y Ivanov (1968) tanto de
1048713 Factores intriacutensecos del suelo (caracteriacutesticas fisico-mecaacutenicas) y de
1048713 Factores externos al suelo (estado tensional y el aacuterea inundada)
Se define al asentamiento adicional por colapso (Wcolt) de un manto de suelos
colapsables de espesor Ht a la sumatoria
donde
Ht = H1+H2+ = Hj+Hn
Hj = Espesor del estrato j
Wcolj = Asentamiento adicional por colapso del estrajo j
δcolj = Colapso relativo del estrato j a la presioacuten σzj
σzj = Presioacuten total (peso propio + incremento de presioacuten) en el estrato j
82 Caracteriacutesticas fiacutesico-mecaacutenicas
Un aspecto importante del comportamiento de este tipo de suelos y que por lo tanto
influyen en la magnitud de los asentamientos es su marcada heterogeneidad Los suelos
loeacutessicos colapsables en cierto entorno suelen considerarse como suelos homogeacuteneos pero
en realidad poseen una apreciable heterogeneidad extendida dentro de la masa Algunos de
estos aspectos pueden ser puestos en evidencia a traveacutes de ensayos geoteacutecnicos
La determinacioacuten de los paraacutemetros tenso-deformacionales como el colapso relativo (δcol)
puede diferir seguacuten Abelev y Abelev (1979) de 15 a 2 veces incluso si se lo hace a partir
de probetas gemelas talladas de un uacutenico bloque de suelo
Esto soacutelo se explica a traveacutes de la gran heterogeneidad local que presentan estos suelos en
los cuales existen macroporos dejados por raiacuteces o insectos y concreciones aisladas de
carbonatos etc que pueden hacer variar las caracteriacutesticas deformacionales en oacuterdenes de
magnitud de los arriba sentildealados Otro aspecto que sentildealan Bally et al (1969) es la
heterogeneidad en la variacioacuten local de las caracteriacutesticas quiacutemicas y mineraloacutegicas las
cuales son difiacuteciles de ser advertidas por meacutetodos usuales de investigacioacuten Para corroborar
todo este tipo de heterogeneidades en (30) se muestran liacuteneas de igual asentamiento para
un estanque experimental de 30 mestros de lado al cabo de 3 meses de continua inundacioacuten
Pueden observarse asentamientos diferenciales de hasta 60 cm Esto induce a pensar que
aunque las propiedades tenso deformacionales pudieran ser aproximadamente constantes
viacuteas preferenciales de humedecimiento (canaliacuteculos verticales dejados por raiacuteces de
hierbas) pueden saturar mayores espesores o presentar curvas de iso saturacioacuten apartadas
del modelo teoacuterico
En resumen una de las caracteriacutesticas principales que deben tenerse siempre en cuenta en
el caacutelculo de la magnitud de los asentamientos por colapso es que estos frecuentemente no
seraacuten uniformes ya sea por las causas antes expuestas como por otros factores como por
ejemplo la dimensioacuten del aacuterea inundada
83 Aacuterea inundada
Otro de los aspectos que influyen considerablemente en la magnitud de los asentamientos
por colapso son el tipo de humedecimiento que se realice dentro de la masa del suelo y las
dimensiones del aacuterea humedecida Golacutedstein (1969) distingue cuatro tipos de
humedecimientos
1 Humedecimiento localizado del suelo a poca profundidad debido generalmente a la
rotura de conducciones hidraacuteulicas de las construcciones En estos casos es casi imposible
predecir a priori la forma en planta y en corte de estos humedecimientos y por lo tanto
hacer una estimacioacuten de la magnitud de los asentamientos y su distribucioacuten en planta
2 Humedecimiento extenso de todo el perfil del suelo causado por una importante
infiltracioacuten de agua (rotura de canales o efluentes industriales) Los asentamientos en estos
casos pueden ser importantes y dantildeinos para las construcciones especialmente cuando los
asentamientos son desiguales
3 Una elevacioacuten uniforme del nivel freaacutetico debido generalmente a una recarga del freaacutetico
causado por una fuente lejana
4 Un aumento gradual y lento del contenido de agua debido por ejemplo a la
condensacioacuten del vapor y una acumulacioacuten de humedad causada por cambios en las
condiciones ambientales (pavimentacioacuten de la superficie del terreno)
En cuanto a la forma y las dimensiones del aacuterea humedecida se ha demostrado
experimentalmente que los asentamientos por colapso calculados con la ecuacioacuten indicada
arriba son soacutelo aplicables cuando la superficie de saturacioacuten o fuente de humedecimiento
es del orden de 23 a 1 vez el espesor de los sedimentos colapsables (Krutov y Dyakonov
1973) En cambio cuando esta relacioacuten es menor y la zona humedecida se aparta de la
supuesta unidimensional los asentamientos reales son sustancialmente menores a los
calculados
Por tal motivo algunos investigadores coinciden en afirmar que dicha ecuacioacuten debe estar
afectada de un coeficiente (m) que tenga en cuenta el tipo la forma y las dimensiones del
aacuterea humedecida
m = f (B L Z)
donde B y L son el ancho y largo de la fuente de inundacioacuten y Z el espesor de la zona
humedecida Asiacute en la ex URSS es habitual afectar a los asentamientos calculados por un
coeficiente llamado de condiciones de campo o de operacioacuten
Este coeficiente es pues la relacioacuten entre el asentamiento real medido en el terreno y el
calculado De modo que
84 Estado tensional
La magnitud del asentamiento adicional por colapso es funcioacuten de la tensioacuten actuante en el
manto de suelo considerado Si se analiza el caso particular de una zapata apoyada sobre la
superficie del terreno el asentamiento adicional por colapso seraacute funcioacuten de la forma y las
dimensiones de aacuterea cargada del espesor del manto susceptible al colapso y del tipo y la
forma de la zona humedecida Sin embargo se ha comprobado experimentalmente que si el
espesor de los mantos de suelos colapsables que se encuentran por debajo de la zona
comprimida es suficientemente importante como para que pueda colapsar por peso propio
la amplitud del asentamiento no depende praacutecticamente de la forma y de las dimensiones de
las fundaciones (Abelev y Abelev 1979)
En las numerosas experiencias realizadas sobre zapatas a escala real se ha comprobado que
los asentamientos adicionales por colapso medidos pueden llegar a ser entre 15 a 2 veces
mayores que los calculados sobre todo en zapatas con anchos inferiores a los 20 m de
ancho (Abelev y Abelev 1979)
Estas divergencias entre el valor de los asentamientos calculados y los reales pueden
atribuirse a varios factores entre los cuales pueden sentildealarse
c) La eleccioacuten del espesor del manto de suelos colapsables o susceptibles a sufrir un
asentamiento adicional ha sido largamente discutido Asiacute Kodrynova (1969) en base a
ensayos de zapatas a escala real pudo establecer las dimensiones de la zona realmente
deformada Confirmando que la profundidad de la zona deformada era menor que la
profundidad que por ejemplo estableciacutean las Normas Sovieacuteticas vigentes en ese momento
Estas Normas haciacutean soacutelo consideraciones tensionales y fijaban la profundidad del manto
como aqueacutella para la cual la relacioacuten entre el valor de la carga adicional debida a la zapata
(Δσ) y el de la presioacuten natural (σ0) se haciacutean igual a 020 Kodrynova (1969) comproboacute
que el criterio maacutes adecuado para establecer este espesor era usar el concepto de resistencia
estructural o Presioacuten Inicial de Colapso sugerido por Abelev en 1968 Asiacute observoacute que la
zona deformada se correspondiacutea muy bien con aquellos lugares donde los valores de
tensiones totales (σz) eran mayores al valor de la Presioacuten Inicial de Colapso (δicol) Por
tanto concluyoacute que el espesor Zo puede definirse como la profundidad en la cual se
comprueba que
Esto coincide con lo advertido por Grigoryan (1967) en ensayos de zapatas cuadradas y
rectangulares en donde solamente se observaron asentamientos en la masa del suelo
cuando la tensioacuten actuante era mayor al valor de la Presioacuten Inicial de Colapso (δicol)
Por lo tanto se puede concluir que no existen reglas praacutecticas -como las que existen en
otros tipos de suelos- que puedan dar valores indicativos de la relacioacuten entre el ancho de la
cimentacioacuten y el espesor del manto deformable Sin embargo de lo que siacute hay abundante
evidencia es que la zona deformada generalmente aumenta cuando aumenta el contenido de
humedad (Tsytosich et al 1979)
b) La distribucioacuten de tensiones en la masa de un suelo colapsable provocada por una zapata
riacutegida se asemeja a la de un medio seminfinito y elaacutestico (error entre 20 a 30) soacutelo
cuando el suelo estaacute a humedad natural y la tensioacuten no sobrepasa los 30 kgcm2
(Grigoryan 1967) Tsytosich et al (1979) comprobaron experimentalmente esta afirmacioacuten
observando que a posteriori de la inundacioacuten del suelo el cambio tensional sobre la vertical
en el borde y en el centro de la zapata aumentan Se advierte que durante el proceso de
inundacioacuten del suelo ubicado debajo de la zapata se produce una concentracioacuten de
tensiones bajo la zapata disminuyendo el aacuterea en donde se distribuyen las cargas Seguacuten
Abelev y Abelev (1979) esto puede explicarse porque las relaciones tensioacuten-deformaciones
de los suelos macroporosos no son lineales a estos niveles de tensioacuten
9 METODOS DE IDENTIFICACIOacuteN
91 Aspectos generales
A partir de la deacutecada de los antildeos 50 se generoacute una preocupacioacuten manifiesta por parte de
diferentes investigadores en identificar y clasificar la potencialidad al colapso en los
distintos suelos
Estos intentos a escala mundial se han enfrentado fundamentalmente con dos
inconvenientes o limitaciones como son
1 La gran variedad de tipos de suelos que colapsan por humedecimiento Asiacute por
ejemplo meacutetodos probados en ciertos paiacuteses o regiones en determinados tipos de suelos no
han podido hacerse extensivos a suelos de otras zonas cuyo origen geoloacutegico y geneacutetico es
francamente diferente
2 La frecuente heterogeneidad de los suelos colapsables por humedecimiento En este
sentido hay coincidencia entre los investigadores que han estudiado suelos colapsables de
distinto origen geoloacutegico Asiacute pueden encontrarse referencias tanto en investigadores que
analizaron suelos lateriacuteticos o de origen eoacutelico como el loess (Abeley y Abeley 1979
Moretto 1986) que en principio suelen considerarse como suelos homogeacuteneos Es
frecuente encontrar una variacioacuten en el grado de cementacioacuten (por ejemplo debido a
carbonatos) en soacutelo algunos centiacutemetros En otros casos esta heterogeneidad es debida a la
presencia de grandes macroporos dejados por raiacuteces o insectos
Esto ha llevado a una gran variedad de metodologiacuteas para establecer la susceptibilidad al
colapso de los suelos y una anarquiacutea en la terminologiacutea empleada en los diferentes paiacuteses
para su clasificacioacuten Sin embargo en la mayoriacutea de los casos los diferentes investigadores
o coacutedigos han tendido a discretizar el comportamiento del suelo frente al colapso en dos
grupos suelos que colapsan bajo peso propio y suelos que colapsan bajo una carga mayor
Rocca (1985) ha confeccionado una tabla de equivalencias con la denominacioacuten que
reciben en los distintos paiacuteses
82 Clasificacioacuten de los meacutetodos de identificacioacuten de suelos colapsables
En cuanto a los tipos de meacutetodos de identificacioacuten propiamente dichos varios han sido los
enfoques que se han propuesto Estos podriacutean clasificarse en tres grupos
1048713 Meacutetodos basados en paraacutemetros fiacutesicos de identificacioacuten de suelos tales como Peso
Unitario Liacutemites de Consistencia Granulometriacutea etc
1048713 Meacutetodos basados en ensayos mecaacutenicos principalmente en ensayos edomeacutetricos
1048713 Meacutetodos basados en la magnitud del colapso
Existe una abundante bibliografiacutea sobre los diferentes meacutetodos de clasificacioacuten a
identificacioacuten en las cuales se ha realizado un anaacutelisis criacutetico sobre los diferentes meacutetodos
como las ya referidas de Rocca (1985) y Redolfi et al (1986) y otras como las de Sultan
(1969) Reginatto (1970 1974) Loacutepez Corral (1977) Jimeacutenez Salas (1987) y Lutenegger y
Saber (1988) Por lo tanto en este apartado no se insistiraacute en ello sino maacutes bien se haraacute un
enfoque general del problema y se presentaraacuten aquellos conceptos v meacutetodos que
posteriormente seraacuten utilizados en el desarrollo de estas notas
Meacutetodos basados en paraacutemetros fiacutesicos de suelos
En general la mayoriacutea de estos meacutetodos de identificacioacuten tienen maacutes bien un caraacutecter
cualitativo que cuantitativo pretendiendo ubicar el suelo analizado en algunos de los
grupos mencionados en (36) La clasificacioacuten consiste habitualmente en establecer si el
suelo es autocolapsable (colapsable bajo su propio peso) o bien si es condicionalmente
colapsable (colapsable bajo carga externa)
En estas notas solamente se analizaraacuten tres de ellos que tienen en comuacuten que relacionan el
liacutemite liacutequido y el peso unitario seco
a) Denison (1961) establece el Coeficiente de Colapso (k) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando la relacioacuten de vaciacuteos del suelo en estado natural (e) es mayor
que la relacioacuten de vaciacuteos correspondiente al Liacutemite Liacutequido (eL )
b) Gibbs (1961) establece una Relacioacuten de Colapso (R) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando la humedad de saturacioacuten del suelo (wSAT) es mayor que el
Liacutemite Liacutequido (wL )
c) Coacutedigo de edificacioacuten de la URSS (1962) establece un Indice de Colapso (R) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando R es mayor de -010
En se han superpuesto los puntos correspondientes a pares de valores del peso unitario
seco y el Liacutemite Liacutequido de suelos de la ciudad de Coacuterdoba Argentina (Redolfi et al
1986) De ella se desprende que los valores de los paraacutemetros obtenidos son valores tiacutepicos
de la formacioacuten loeacutessica de Coacuterdoba y que para todas las metodologiacuteas aquiacute presentadas la
gran mayoriacutea de los suelos son colapsables puesto que estaacuten incluidos dentro de las zonas
que los clasifican colapsables
Meacutetodos basados en ensayos edomeacutetricos
Estos meacutetodos estaacuten basados en la Presioacuten Inicial de Colapso o Presioacuten de Fluencia La
determinacioacuten del grupo al cual pertenece el suelo estudiado (auto colapsable o colapsable
bajo carga) se realiza comparando la presioacuten de tapada o geostaacutetica con la presioacuten a la cual
se produce el colapso Asumiendo como hipoacutetesis que el colapso por humedecimiento
ocurre soacutelo a partir de una cierta presioacuten por encima de la cual la resistencia estructural del
suelo es superada
La magnitud de esta presioacuten para la cual se produce el desmoronamiento de la estructura
del suelo ha sido designada por algunos autores como
1048713 Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) (Abelev y Abelev 1979) o
1048713 Presioacuten de Fluencia Saturada (σf sat) (Reginatto 1970)
Experimentalmente se ha demostrado que cuando la presioacuten total en el suelo (σt) ya sea
por cargas externas yo peso propio es menor que esta magnitud no se producen
asentamientos de colapso por humedecimiento Krutov y Tarasova (1964) sentildealan
acertadamente que desde un punto de vista teoacuterico la Presioacuten Inicial de Colapso o Presioacuten
de Fluencia deberiacutea ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero concluyen que
desde un punto de vista praacutectico una pequentildea magnitud de colapso puede asumirse como
permisible Siguiendo este concepto por ejemplo las Normas Sovieacuteticas SNIP definen a la
Presioacuten Inicial de Colapso como aquella presioacuten para la cual en una probeta instalada en un
edoacutemetro se produce un colapso relativo unitario igual a 001 o porcentual del 100
δicol = 001 = 10
En se han representado las curvas presioacuten-deformaciones unitarias de dos ensayos
edomeacutetricos del mismo suelo uno a humedad natural y el otro en estado saturado El
colapso relativo (δicol) es igual a
δicol = εHN - εSAT
donde εHN = Deformacioacuten unitaria a humedad natural
εSAT = Deformacioacuten unitaria en estado saturado
En tanto Reginatto (1970) define a la Presioacuten de Fluencia saturada de un suelo colapsable
de la misma forma en que se establece la presioacuten de preconsolidacioacuten de una arcilla
saturada en un ensayo edomeacutetrico
En se presenta la correlacioacuten que realizan Lin y Wang (1988) entre los valores de la
Presioacuten de Fluencia Saturada y la Presioacuten Inicial de Colapso (el Coacutedigo Chino la establece
para un valor de δicol = 150) Se puede observar que aproximadamente se establece una
relacioacuten directa entre ellas Esto no es de extrantildear puesto que conceptualmente ambas
definiciones tratan de fijar la presioacuten a la cual la estructura del suelo saturado comienza a
colapsar
Los numerosos intentos realizados en ensayos in situ para comprobar la validez de esta
hipoacutetesis (Krutov y Tarasova 1964 Abelev y Abelev 1979) parecen indicar a primera
vista que las predicciones tienen buen acuerdo con la realidad en muchos casos pero en
cambio en otros la diferencia entre lo predecido y lo sucedido es importante sobre todo en
aquellos casos referidos al colapso por peso propio
Meacutetodos basados en la magnitud del asentamiento por colapso
Los meacutetodos basados en la magnitud del asentamiento por colapso se fundan en determinar
la magnitud del mismo de un perfil de suelos en un lugar determinado debido solamente a
su peso propio
Asiacute por ejemplo la Clasificacioacuten Rumana de Suelos Loeacutessicos Colapsables (LCS) define
el Potencial Total de Colapso (Img) (Bally et al1973) como
donde Hj es el espesor del estrato j en metros y img es el asentamiento edomeacutetrico
adicional de una muestra de estrato j inundada a una presioacuten igual al peso propio de las
tierras (σ0 ) expresado en cmm
El Coacutedigo de Construccioacuten de Edificios de la Repuacuteblica Popular China en regiones de
suelo colapsables sigue un criterio similar (Lin y Liang 1982 Lin y Wang 1988) La
evaluacioacuten de la susceptibilidad al colapso en un determinado sitio se realiza en dos etapas
En primer lugar se evaluacutea su aptitud al autocolapso y se determina el Tipo de sitio (Tipo
1 o Tipo 2)
La magnitud del colapso por peso propio Δzc se obtiene de forma similar a la utilizada por
Bally et al (1973) en Rumania sumando los asentamientos individuales de los n estratos
colapsables del perfil
donde Hj es el espesor de estrato en cm y δzsj es el coeficiente de colapsabilidad del estrato
j en cmcm o en por ciento obtenido por medio de ensayos edomeacutetricos en los cuales
primero se carga el suelo hasta la presioacuten por peso propio y luego se inunda la muestra
donde Hj es el espesor de estrato en cm y δzsj es el coeficiente de colapsabilidad del estrato
j en cmcm o en por ciento obtenido por medio de ensayos edomeacutetricos en los cuales
primero se carga el suelo hasta la presioacuten por peso propio y luego se inunda la muestra
La sumatoria soacutelo tiene en cuenta aquellos valores de δzs jmayores de 0015
Si Δzs lt 7 cm se considera al suelo no autocolapsable por humedecimiento y se clasifica
al lugar como sitio TIPO 2 Si en cambio Δzs gt 11 cm se considera al suelo
autocolapsable por humedecimiento y se lo clasifica como sitio TIPO 1
Por uacuteltimo si 7 cm lt Δzs lt 11 cm el tipo de sitio debe ser determinado despueacutes de un
exhaustivo estudio de la geomorfologiacutea estratigrafiacutea y caracteriacutesticas estructurales del
suelo
El Coacutedigo tambieacuten establece que la magnitud del colapso por peso propio (Δzs) tambieacuten
puede ser determinada directamente en el terreno a traveacutes de una balsa o laguna de
infiltracioacuten de dimensiones especiacuteficas
La segunda etapa de la evaluacioacuten de la colapsabilidad consiste en establecer el Grado de
Colapsabilidad del suelo de cimentacioacuten Para ello se carga a las muestras representativas
de cada uno de los estratos a una presioacuten de 200 kPa y luego se las inunda La magnitud del
colapso se obtiene
donde δsj es el Coeficiente de colapsabilidad del estrato j en cmcm para una presioacuten de
200 kPa La sumatoria soacutelo tiene en cuenta valores de Δs mayores de 0015
donde δsj es el Coeficiente de colapsabilidad del estrato j en cmcm para una presioacuten de
200 kPa La sumatoria soacutelo tiene en cuenta valores de Δs mayores de 0015
SOLUCIONES INGENIERILES EN SUELOS COLAPSABLES
111 Consideraciones generales
La primera cuestioacuten que debe analizarse cuando se disentildean cimentaciones en suelos
susceptibles al colapso es la probabilidad que el agente desencadenante del fenoacutemeno el
agua pueda o no introducirse en el terreno y por ende sensibilizar al suelo en donde se
apoyaraacuten las estructuras Por definicioacuten sin la presencia del agua el suelo no colapsa Esta
cuestioacuten es significativa puesto que pueden existir numerosos casos en donde la
probabilidad que el agua se infiltre en el suelo sea lo suficientemente baja como para
analizar la posibilidad de fundar la estructura considerando el comportamiento del suelo en
su estado natural Por lo tanto cuando se hable de suelos potencialmente colapsables por
humedecimiento no debe pensarse uniacutevocamente en las soluciones ingenieriles que se
utilizan en suelos colapsables
Hecha esta aclaracioacuten a continuacioacuten se trataraacute de ofrecer un panorama de las distintas
soluciones ingenieriles que se adoptan en suelos colapsables por humedecimiento cuando
las probabilidades de que se produzca el fenoacutemeno son altas
El objetivo central de todas estas soluciones es prevenir las fallas estructurales o de servicio
que pueden sobrevenir sobre las estructuras construidas sobre estratos de suelos
colapsables
Aitchison (1973) divide a estas soluciones en
a) Tratamiento del suelo colapsable con vista a eliminar la tendencia al colapso a lo largo
de todo el estrato de suelos desmoronables
b) Disentildeo de elementos constructivos que eliminen o disminuyan a liacutemites razonables la
posibilidad que se inicie el colapso
c) Disentildeo de estructuras yo cimentaciones insensibles a los asentamientos provocados por
el colapso por ejemplo fundaciones profundas apoyadas sobre un manto profundo no
sujeto a los asentamientos por humedecimiento
El primer grupo de soluciones comprende los meacutetodos de mejoramiento de suelo por
medio de los cuales la susceptibilidad al colapso es eliminada modificando las propiedades
resistentes del suelo mediante la compactacioacuten o la cementacioacuten de los viacutenculos entre
partiacuteculas El segundo grupo incluye la adopcioacuten de medidas constructivas tendientes a
aislar el agua de manera de evitar o disminuir la presencia de condiciones favorables al
colapso admitiendo no obstante ciertos riesgos Finalmente el tercer grupo engloba tanto
las soluciones tradicionales por medio de fundaciones profundas como el disentildeo de
estructuras con fundaciones directas insensibles a los asentamientos diferenciales
provocados por el colapso del suelo En resumen en el primer grupo de soluciones se
interviene directamente en el suelo evitando asiacute el colapso en el segundo grupo se intenta
evitar que se produzca el colapso sin modificar el suelo y en el uacuteltimo grupo se construyen
estructuras yo fundaciones que admitan y resistan los fenoacutemenos provocados por el
colapso del suelo
Evstatiev (1988) sentildeala que los mejores resultados han sido alcanzados con una oacuteptima
combinacioacuten de las ventajas que individualmente tiene cada uno de los tres grupos La
experiencia ha probado que las medidas constructivas y las medidas de aislacioacuten del agua
por siacute solas no pueden resolver todos los problemas de inestabilidad que provoca el colapso
del suelo Asiacute la adopcioacuten de soluciones exclusivamente para la superestructura (por
ejemplo fundaciones profundas) sin un adecuado disentildeo que eviten dantildeos en los otros
elementos de la construccioacuten como pisos desaguumles etc han provocado serios dantildeos en
estas partes de la construccioacuten que podriacutean haber sido evitados aplicando medidas
tendientes a evitar el ingreso del agua en el terreno
La eficacia del disentildeo adoptado en cada caso depende en gran medida de la calidad de las
investigaciones geoteacutecnicas realizadas La informacioacuten baacutesica que eacutestas deben suministrar
son el espesor del manto de suelos colapsables y la magnitud del colapso bajo peso propio
o bajo carga de todos los estratos del perfil
Una incorrecta estimacioacuten de estos paraacutemetros puede llevar a proponer y construir
soluciones ingenieriles totalmente opuestas a las correctas La confeccioacuten de perfiles de
colapsabilidad como los presentados permiten establecer la existencia o no de suelos
autocolapsables sus espesores aproximados y la profundidad a la que se encuentran Esta
metodologiacutea de anaacutelisis es de gran ayuda por ejemplo en la eleccioacuten del procedimiento
idoacuteneo para estabilizar el terreno
A continuacioacuten se presenta una descripcioacuten de las distintas soluciones ingenieriles maacutes
utilizadas en este tipo de suelos En primer lugar se analizan el primer grupo de soluciones
que se ha englobado bajo el nombre de Mejoramiento de suelos continuando luego con los
otros dos grupos Medidas para evitar la iniciacioacuten del colapso y fundaciones yo
estructuras insensibles a los fenoacutemenos del colapso
112 Mejoramiento de suelos colapsables
Consideraciones previas
El objetivo principal de estas soluciones es eliminar o disminuir apreciablemente la
susceptibilidad al colapso del suelo bien disminuyendo la porosidad del suelo
(compactacioacuten) o bien aumentando la resistencia estructural entre las partiacuteculas del suelo
(meacutetodos fiacutesico-quiacutemicos) Una de las formas de clasificar los meacutetodos de mejoramiento o
estabilizacioacuten ha sido precisamente eacutesta o sea teniendo en cuenta la accioacuten resultante
sobre el suelo (Aitchison1973 Rocca1985) Sin embargo para el desarrollo y explicacioacuten
de los diferentes meacutetodos se ha elegido la clasificacioacuten propuesta por Evstatiev(1988) que
tiene en cuenta el medio usado para realizar la estabilizacioacuten y el objeto de la misma
Evstatiev (1988) propone la siguiente clasificacioacuten de los meacutetodos de estabilizacioacuten de
suelos loeacutessicos la cual puede hacerse extensiva a suelos colapsables
a) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacioacuten
b) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
c) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
d) Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
e) Meacutetodos de mejoramiento que incorporan elementos resistentes a la traccioacuten dentro del
suelo
f) Geomembranas
g) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por drenaje
h) Correccioacuten de taludes y terraplenes
A continuacioacuten siguiendo la clasificacioacuten antes expuesta se desarrollaran aquellas
metodologiacuteas de mejoramientos de suelos colapsables maacutes extendidas Desarrollaacutendose
principalmente los grupos abc y d puesto que incluyen una serie de acciones particulares
frente al fenoacutemeno del colapso En cuanto a los restantes grupos (e f g y h) las teacutecnicas de
mejoramiento del terreno utilizadas persiguen los mismos objetivos buscados en otros tipos
de suelos y en general la teacutecnica empleada es praacutecticamente la misma Por tal motivo y
puesto que se apartan un tanto del objeto de estas notas se estima conveniente no abundar
sobre ellas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacioacuten
Este grupo comprende varias de las metodologiacuteas usadas en suelos colapsables para reducir
los vaciacuteos de modo de eliminar la colapsabilidad reducir la permeabilidad y aumentar la
capacidad de carga Esto se realiza utilizando fuerzas estaacuteticas o dinaacutemicas o bien a traveacutes
de la inyeccioacuten de lechadas
Compactacioacuten dinaacutemica Este meacutetodo es adecuado para compactar mantos de suelos
colapsables superficiales con espesores menores a 350 metros El meacutetodo consiste en dejar
caer en caiacuteda libre desde una altura de 4 a 8 metros pilones de 3 a 8 Tn sobre la superficie
del terreno a razoacuten de 10 a 16 impactos en cada lugar (Abelev y Abelev 1979) El impacto
genera una rotura de la estructura del suelo un aumento de la presioacuten de poros y una
compresioacuten del aire presente en los poros produciendo un reacomodamiento de las
partiacuteculas dando como resultado una estructura maacutes compacta Seguacuten Malyshev et al
(1983) el contenido de humedad del suelo juega un papel importante lograacutendose la maacutexima
eficiencia con un contenido de humedad cercano al Liacutemite Plaacutestico Si el contenido de
humedad es menor a eacuteste es necesario humedecer el espesor de suelo de modo de alcanzar
una mejor eficacia Varios son los factores que controlan los resultados del meacutetodo asiacute por
ejemplo el espesor compactado es funcioacuten principalmente del peso y del diaacutemetro del piloacuten
En tanto el grado de compactacioacuten estaacute controlado por el nuacutemero de impactos y la humedad
del suelo El grado de compactacioacuten no es uniforme a lo largo de todo el espesor
compactado lograacutendose la maacutexima densificacioacuten a 12 a 15 veces el diaacutemetro del piloacuten
Sin embargo se pueden obtener Pesos Unitarios secos superiores a 16 tm3 en espesores de
25 a 35 m lo cual en la mayoriacutea de los casos es suficiente para disminuir o anular la
susceptibilidad al colapso del suelo Una variante a este meacutetodo es realizar la compactacioacuten
solamente en los lugares donde actuacutean las cargas y no en toda el aacuterea de la construccioacuten
Por ejemplo en casos de fundaciones de muros de carga o fundacioacuten de columnas el
mejoramiento del suelo se logra densificando la zona de influencia del bulbo de presiones
o sea la zona donde los incrementos de presioacuten pueden hacer colapsar el suelo
Compactacioacuten por medio de pequentildeos pilotes piramidales En cierta forma este meacutetodo es
una variante del meacutetodo anterior Consiste en hincar un pilote piramidal de 3 a 4 metros de
longitud con una seccioacuten transversal superior de 60 x 60 a 70 x 70 cm y una seccioacuten
transversal inferior de 10 x 10 cm Una vez retirado el pilote la cavidad se rellena con
hormigoacuten Este tipo de metodologiacutea da excelentes resultados en aacutereas en donde existe un
espesor de suelos potencialmente colapsables (no autocolapsables) de 30 o 40 m de
profundidad pero que colapsaraacuten si estaacuten sometidos a los incrementos de carga
transmitidos por las construcciones Una de las ventajas del meacutetodo es la completa
mecanizacioacuten de todas las operaciones Una variante a este meacutetodo consiste en realizar la
hinca sobre una capa de piedra partida dando como resultado un bulbo de suelo
compactado alrededor de la capa de piedra mejorando la capacidad de carga por la punta
del pilote asiacute construido
Compactacioacuten por pilotes de suelo Este es uno de los meacutetodos maacutes usuales para
compactar espesores importantes (18 a 20 m) de suelos loeacutessicos susceptibles al colapso
El procedimiento consta de dos partes primero se realiza la perforacioacuten y segundo se llena
la cavidad con suelo compactado La perforacioacuten se realiza usualmente mediante la hinca
de un pilote metaacutelico con base ensanchada (15 veces) En otra metodologiacutea de reciente uso
la excavacioacuten se hace de la siguiente forma se perfora hasta la profundidad deseada un
hoyo de 8 cm de diaacutemetro dentro del cual se coloca una columna de explosivos que luego
de estallar crea una perforacioacuten de aproximadamente 080 m de diaacutemetro Despueacutes de
efectuada esta perforacioacuten dinaacutemica la cavidad se rellena con suelo local introducido en
tongadas de 100 a 200 Kg que luego son compactadas dinaacutemicamente por medio de un uacutetil
especial Concluidas ambas etapas quedan formadas columnas de suelo compactado con un
diaacutemetro aproximado igual a dos veces el de la perforacioacuten El grado de compactacioacuten va
decreciendo a medida que se aleja del centro de la columna por tal motivo es importante
conocer esta ley de decrecimiento para disentildear correctamente la cuadriacutecula de pilotes de
suelo Al igual que en los otros meacutetodos la eficiencia del sistema aumenta en la medida que
la humedad del suelo natural y compactado se encuentre a una humedad cercana al Limite
Plaacutestico Por tal motivo es usual que previo a la perforacioacuten se realice una humectacioacuten del
espesor de suelos a compactar Las densidades alcanzadas son del orden de 170 a 180
tm3 que son suficientes para evitar el colapso por peso propio y permiten el use del
espesor compactado como manto de fundacioacuten
Compactacioacuten por explosiones de gas Esta relativamente nueva metodologiacutea de
compactar espesores de suelos colapsables consiste en introducir a traveacutes de una lanza de
agua a presioacuten una caacutemara de compresioacuten que contiene una mezcla de gas propano y
oxiacutegeno la cual se va elevando a medida que se producen una serie de explosiones de la
mezcla De este modo se va generando una columna 120 140 m de suelo compactado
(Densidad de 150 tcm3) (Martemyanov et al 1979)
Compactacioacuten por humedecimiento (Hidrocompactacioacuten) En este caso se utiliza la propia
susceptibilidad del suelo a colapsar bajo peso propio El meacutetodo maacutes frecuente de realizar
la humectacioacuten o saturacioacuten del terreno es a traveacutes de infiltracioacuten del agua desde la
superficie del terreno para lo cual se efectuacutean excavaciones poco profundas (040 a 080 m)
o bien se construyen grandes estanques En muchos casos a efectos de acelerar el ingreso
del agua al terreno se construyen dentro del estanque drenes de arena convenientemente
espaciados Este sistema ha sido empleado ampliamente en varias partes del mundo por
ejemplo en EEUU por Gibbs y Bara (1967) y Clevenger (1956) en Rumania por Bally et
al (19651969) en la URSS por Lomize (1968) y Mustafaef (1967) en China por Lin y
Liang (1982) y en Argentina por Moll et al (1979) A pesar de su amplia utilizacioacuten y su
bajo costo el meacutetodo presenta una serie de inconvenientes aparicioacuten de grietas de traccioacuten
en el contorno del aacuterea inundada existencia de importantes deformaciones posteriores al
colapso necesidad de recompactar los 4 oacute 5 primeros metros utilizando otro tipo de
metodologiacutea La efectividad de este meacutetodo se mejora sustancialmente si al mismo se lo
combina con otro meacutetodo de compactacioacuten dinaacutemica
Compactacioacuten por humedecimiento previo y por explosiones profundas Este meacutetodo fue
desarrollado en al Unioacuten Sovieacutetica por Livinov (1976) en la deacutecada de los 60 El espesor de
suelos a compactar es previamente humedecido a traveacutes de un sistema de drenes
(cuadriacutecula de 3 x 3 a 5 x 5 m) Las cargas explosivas (5 a 7 Kg) son colocadas en el fondo
de los mismos drenes o bien en tubos metaacutelicos colocados en perforaciones adicionales La
cuadriacutecula con las cargas es aproximadamente de 4 x 4 m En este procedimiento no es
necesario la completa saturacioacuten del suelo que por ejemplo necesita el meacutetodo anterior
Posterior al humedecimiento se hacen estallar las cargas de toda un aacuterea (2000 a 50000
m2) La explosioacuten generan una onda de choque que hace licuar la estructura del suelo lo
cual permite un reacomodamiento de las partiacuteculas y un crecimiento de la densidad del
suelo En ciertos casos es aconsejable la construccioacuten de trincheras alrededor de la zona a
compactar a efectos de evitar la propagacioacuten de grietas fuera de ella La explosioacuten produce
un importante a inmediato asentamiento de la superficie del terreno Los asentamientos en
general se estabilizan al cabo de 3 oacute 4 semanas Este tipo de meacutetodo es aconsejable cuando
se desea compactar grandes voluacutemenes de suelo particularmente en grandes complejos
industriales o bien en obras hidroeleacutectricas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
En este apartado se incluyen aquellos meacutetodos de estabilizacioacuten consistentes en la mezcla y
posterior compactacioacuten de suelo colapsable con otros materiales (arena gravas) a efectos
de conseguir mayor resistencia y mayor rigidez Este tipo de estabilizacioacuten es de amplio use
en la ingenieriacutea vial en la construccioacuten de bases y de sub-bases
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
Este grupo incluye a aquellas metodologiacuteas en las cuales el mejoramiento de las
propiedades resistentes del suelo se consiguen con la creacioacuten de viacutenculos maacutes soacutelidos y
estables en la estructura del suelo En algunas de ellas la inyeccioacuten de agentes cementantes
provoca la rotura de la estructura original del suelo En otras por el contrario la inyeccioacuten
de agentes quiacutemicos actuan directamente sobre los viacutenculos sin modificar la estructura del
suelo Los meacutetodos se pueden dividir en meacutetodos superficiales y meacutetodos profundos
dependiendo en donde se realice la estabilizacioacuten En los meacutetodos de estabilizacioacuten
superficiales el mejoramiento en general se consigue mediante la mezcla y posterior
compactacioacuten del suelo con agentes quiacutemicos o cementantes tales como cemento cal
emulsiones asfaacutelticas sales (NaCl Nat C03 NaPO3) etc Estos meacutetodos de estabilizacioacuten
son tambieacuten usuales en otros tipos de suelos y son de amplia utilizacioacuten en todo tipo de
obras de ingenieriacutea civil por tal motivo no insistiremos en ellos Por el contrario los
meacutetodos de estabilizacioacuten profunda aunque tambieacuten se han utilizado en otros tipos de
suelos muchos de ellos se han desarrollado y usado especiacuteficamente para eliminar o
disminuir la susceptibilidad al colapso en espesores importantes de suelo A continuacioacuten
se presentan algunos de ellos
Inyecciones de agentes quiacutemicos Las investigaciones y las realizaciones en este tipo de
estabilizaciones se ha desarrollado principalmente en la Unioacuten Sovieacutetica Seguacuten Mitchell
(1981) la razoacuten principal por la cual estos meacutetodos no se han extendido universalmente se
debe principalmente a los altos costos frente a otros tipos de estabilizaciones Sin embargo
Esvtatiev (1988) da cuenta de la existencia en la URSS de maacutes de 800 proyectos en donde
se han utilizado satisfactoriamente p ej el meacutetodo de silicatizacioacuten) Esto ha permitido un
continuo mejoramiento de la tecnologiacutea una reduccioacuten de los costos y una abundante
normativa en la regulacioacuten de su uso El agente quiacutemico maacutes utilizado por su bajo costo
frente a otros agentes quiacutemicos es el Silicato de Sodio El meacutetodo consiste en inyectar en
todo el espesor de suelo a tratar una solucioacuten de silicato de sodio (Densidad = 1 10 a 1 04
gcm3) a traveacutes de un tubo inyector de 42 mm de diaacutemetro con perforaciones de 3 mm
protegidas por un manguito de goma La inyeccioacuten se realiza a una presioacuten de 20 a 40
Kgcm2 y una descarga de 48 litros por minuto (Zvyagin et al 1978) La silicatizacioacuten del
suelo es soacutelo posible en un medio fuertemente alcalino Seguacuten Sokolovic (1973) se logra
una mejor eficiencia mediante una pre y post gasificacioacuten con carbonato de calcio Luego
de la inyeccioacuten tres son los cambios que se observan en el suelo un aumento significativo
de la resistencia a la compresioacuten (superior a 20 Kgcm2 ) una eliminacioacuten de la
susceptibilidad al colapso y una disminucioacuten de la permeabilidad Otro de los tratamientos
con agentes quiacutemicos es la inyeccioacuten de amoniacuteaco La mejora en el suelo es inferior al
tratamiento por silicatizacioacuten ademaacutes presenta la desventaja de ser un elemento toacutexico y su
utilizacioacuten requiere medidas especiales de proteccioacuten (Sokolovic 1973)
Estabilizacioacuten teacutermica Esta teacutecnica comenzoacute a desarroIlarse en la URSS en la deacutecada de
los antildeos 50 y ha sido utilizada exitosamente en un importante nuacutemero de emprendimientos
Seguacuten Esvtatiev (1988) la aplicacioacuten de este meacutetodo es teacutecnica y econoacutemicamente
aconsejable en los siguientes casos a) en la estabilizacioacuten de fundaciones existentes de
estructuras altas como chimeneas tanques de agua b) en la paralizacioacuten de los
asentamientos en construcciones existentes provocados por el colapso del suelo Las
propiedades de los minerales arcillosos cambian cuando eacutestos son sometidos a altas
temperaturas lo cual genera un aumento importante de la resistencia y por ende la
eliminacioacuten de la susceptibilidad al colapso del suelo La tecnologiacutea ha ido variando y
mejorando su eficiencia a lo largo de estas deacutecadas No obstante la variedad de meacutetodos
casi todos ellos consisten en la introduccioacuten de un quemador de fuel o gas dentro de un pre
pozo de 020 metros de diaacutemetro con una presioacuten de aire de 20 a 30 Kgcm2 De esta
forma al cabo de 10 a 15 diacuteas se consigue una columna estabilizada de suelo de 20 a 30
metros y una profundidad de 10 a 15 metros (Beles y Stanculescu 1958)
Estabilizacioacuten mediante mezclado mecaacutenico con agentes cementantes El objetivo de este
tipo de estabiacutelizacioacuten es la creacioacuten de columnas o pilotes de suelo con alta resistencia y
rigidez que permitan la transferencia de las cargas a mantos maacutes profundos y estables
Varios son los meacutetodos constructivos que pueden agruparse dentro de este grupo Los
subdividiremos en los siguientes subgrupos dependiendo del lugar en donde se realiza la
mezcla del suelo con el agente cementante
1 La mezcla del suelo y el agente cementante se realiza en superficie En este caso la
excavacioacuten se puede realizar bien utilizando la teacutecnica constructiva empleada en los pilotes
de suelo (hinca) o bien usar teacutecnicas usuales de perforacioacuten La mezcla deiexcl suelo con el
agente cementante (preferentemente Cemento Portland) puede ser fluida (suelo cemento
plaacutestico) a introducirse dentro de la excavacioacuten en forma de pastones o bien mezclar el
suelo y elcemento con porcentaje de humedad oacuteptimo a introducirlos en la perforacioacuten en
tongadas (100 a 200 Kg) las cuales posteriormente son compactadas dentro de la misma
excavacioacuten Por lo tanto existen cuatro variantes seguacuten sea el tipo de excavacioacuten y el tipo
de mezcla
2 La mezcla del suelo y el cemento se realiza en el mismo proceso de perforacioacuten En este
caso la mezcla del agente cementante se realiza con el propio suelo La mezcla puede
realizarse mediante uacutetiles especiales que van mezclando el suelo con una lechada de
cemento o bien usar la teacutecnica del jet grouting mediante un chorro de lechada a alta presioacuten
Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
Este tipo de estabilizacioacuten se realiza principalmente en terrenos con suelos potencialmente
colapsables en los cuales la presencia de cargas adicionales en superficie puede generar
asentamientos adicionales ante un incremento de la humedad del suelo Asiacute una parte del
suelo colapsable superficial ubicado directamente debajo de las fundaciones es excavado
extraiacutedo y reemplazado por otro material maacutes competente Los materiales generalmente
utilizados son los siguientes el mismo suelo extraiacutedo compactado y eventualmente
estabilizado granulomeacutetricamente arena compactada o suelo cemento compactado La
eleccioacuten del tipo de material estaacute condicionado generalmente por variables teacutecnico
econoacutemicas Los espesores de estos mantos son variables (1 a 4 m) dependiendo del tipo de
cargas y de las caracteriacutesticas del proyecto Por ejemplo en algunos proyectos los
condicionantes pueden ser los asentamientos diferenciales (edificios) en cambio en otros
(canales) no soacutelo importa disminuir la probabilidad que se produzca el colapso sino
tambieacuten lograr una capa de suelo maacutes impermeable Este tipo de metodologiacutea ha sido
utilizada con eacutexito en numerosos paiacuteses y en innumerables tipos de obras Tambieacuten es
frecuente el empleo de esta metodologiacutea en forma conjunta con otro tipo de estabilizacioacuten
profunda cuando se presentan mantos de suelos colapsables profundos y con espesores
muy dispares
113 Medidas conducentes a evitar la iniciacioacuten del colapso
Arriba se sentildealaron los tipos de humedecimientos que seguacuten Goldstein (1969) pueden
presentarse en una masa de suelo
a) humedecimiento localizado por rotura de conducciones hidraacuteulicas o infiltraciones de
aguas de lluvia
b) humedecimiento extenso causado por roturas de canales o efluentes industriales
c) ascenso del nivel freaacutetico
d) aumento gradual y lento del contenido de humedad por condensacioacuten del vapor de agua
provocados por condiciones ambientales
Muchos de estos tipos de humedecimientos pueden ser prevenidos principalmente los
primeros pues en general eacutestos son debidos a fallas o roturas de las instalaciones de la
misma construccioacuten En cambio los otros tipos de humedecimientos estaacuten condicionados
por factores externos al proyecto como por ejemplo puede ser el ascenso del nivel freaacutetico
o la rotura de un canal cercano y ajeno al proyecto La accioacuten del proyectista debe estar
encaminada principalmente a impedir dentro de los liacutemites del proyecto la generacioacuten de
estos humedecimientos provocados por elementos de la propia construccioacuten Robinson y
Narkiewicz (1982) sugieren las siguientes medidas de proteccioacuten contra el humedecimiento
de edificios
a) Pendientes adecuadas en la superficie del terreno que rodea a la construccioacuten de modo
que no se produzcan embalsamientos de agua en las cercaniacuteas de las fundaciones y que
cualquier peacuterdida de agua pueda ser eliminada con rapidez
b) Canalizacioacuten de todos los desaguumles de techos y patios hacia el exterior de la
construccioacuten
c) Instalacioacuten de membranas impermeables o pavimentacioacuten de la superase que rodea a la
construccioacuten de modo de limitar la infiltracioacuten de agua en el suelo adyacente a las
construcciones
d) Encerrar las conducciones de agua o efluentes cloacales dentro de conductos de faacutecil
acceso a efectos de detectar posibles peacuterdidas
Algunas de estas medidas requieren una serie de medidas de control y mantenimiento
durante la vida uacutetil de la obra de manera que perioacutedicamente se realicen inspecciones a las
instalaciones y puedan detectarse peacuterdidas o dantildeos en las mismas Tambieacuten es aconsejable
que los propietarios de la obra conozcan perfectamente los riegos a que estaacute expuesta la
misma de modo que su actividad yo descuidos no inicie procesos de humedecimiento del
terreno
Las medidas de proteccioacuten en otros tipos de obras civiles (canales o caminos) tienen la
misma filosofiacutea es decir elementos de proteccioacuten que impidan o dificulten la entrada del
agua en el terreno de fundacioacuten Asiacute por ejemplo en las obras lineales se debe prestar una
especial atencioacuten al disentildeo del sistema de alcantarillado y de desaguumles En algunos casos
estas obras suelen seguir parcialmente las curvas de nivel del terreno convirtieacutendose en
verdaderas presas que impiden el natural escurrimiento de las aguas provocando la
acumulacioacuten de agua en su entorno lo que genera un humedecimiento generalizado del
terreno de fundacioacuten con los consecuentes dantildeos en la obra
Es frecuente que en ciertos tipos de obras como viviendas unifamiliares de una planta o
incluso caminos y canales las uacutenicas medidas a adoptar sean las presentadas en este
apartado ya que la utilizacioacuten de teacutecnicas de mejoramiento o fundaciones profundas
resultan prohibitivas En realidad la mayoriacutea de las obras aludidas se construyen admitiendo
el riesgo de un posible colapso del terreno El buen comportamiento que han tenido la
mayoriacutea de ellas se debe fundamentalmente a que no se ha producido ninguacuten tipo de
humedecimiento En contraste los dantildeos son serios en aquellas obras que los han sufrido
Por todo ello es un deber de los investigadores a ingenieros buscar nuevas soluciones
econoacutemicas que permitan disminuir los riesgos y por ende los dantildeos en este tipo de obras
Uno de los caminos en tal sentido es el estudio de estructuras que absorban o minimicen
los posibles asentamientos diferenciales provocados por el humedecimiento localizado del
suelo sin un aumento excesivo de los costos
114 Estructuras yo fundaciones que admiten y resisten los fenoacutemenos provocados
por el colapso
El anaacutelisis de este apartado se centraraacute principalmente en el estudio de las fundaciones
superficiales en suelos potencialmente colapsables ya que el otro gran grupo de soluciones
fundaciones profundas mediante pilotes seraacute objeto de un examen detallado en los
apartados siguientes
La lista de estructuras que se asientan directamente sobre mantos de suelos potencialmente
colapsables es amplia entre ellas pueden sentildealarse viviendas unifamiliares construcciones
transitorias galpones ductos enterrados canales caminos etc
Las fundaciones directas sobre suelos colapsables pueden ser divididas en dos grupos
a) Fundaciones riacutegidas utilizadas principalmente en estructuras livianas y con cargas
puntuales por ejemplo torres de liacuteneas de alta tensioacuten columnas de naves industriales o
depoacutesitos En general este tipo de estructuras tienen algunos rasgos comunes como son por
ejemplo cargas verticales bajas cargas horizontales importantes y en general suelen
aceptar asentamientos admisibles mayores
b) Fundaciones de baja rigidez longitudinal en este caso se trata de estructuras con cargas
lineales (muros de carga canales etc) con baja rigidez en el sentido de las cargas Este tipo
de estructuras son sensibles a humedecimientos localizados del terreno que generan
asientos diferenciales importantes En general las medidas que suelen tomarse para
disminuir los efectos de los asientos diferenciales son las siguientes disentildeo de elementos
que rigidicen la estructura (Clemence Y Finbarr 1981) y el disentildeo de elementos
constructivos que eviten
RECAPITULACIOacuteN
Definido el concepto de colapso el estudio se ha enfocado al anaacutelisis de los suelos
colapsables por humedecimiento En esta clase particular de suelos metaestables el agente
externo que desencadena el fenoacutemeno de colapso es el agua En estos suelos un incremento
de humedad puede provocar una disminucioacuten o anulacioacuten de las fuerzas que vinculan unas
partiacuteculas con otras y por lo tanto cambiar el estado de equilibrio en la estructura del suelo
El colapso de la estructura del suelo depende fundamentalmente de dos causas a) de la
importancia de los cambios provoca dos por el agua en los viacutenculos existentes entre las
partiacuteculas y b) del estado tensional en los viacutenculos O sea para que se produzca el colapso
es necesario un agente sensibilizante y un estado tensional capaz de provocar la des-
estabilizacioacuten de la estructura del suelo
Por este motivo los meacutetodos que mejor reflejan la susceptibilidad al colapso de un suelo
son aquellos basados en ensayos mecaacutenicos donde ambos factores estaacuten presentes
La gran subdivisioacuten que se hace a los suelos colapsables parte precisamente de verificar
coacutemo es el comportamiento del suelo en su estado tensional original o bajo su propio
peso Si se produce el colapso bajo este estado se indica que el suelo es verdaderamente
colapsable o autocolapsable en cambio si el fenoacutemeno no se produce se sentildeala que el
suelo es candicionalmente colapsable o colapsable bajo carga
En este contexto diversos investigadores introducen el concepto (tambieacuten tensional) de
Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) o Presioacuten de Fluencia Saturada (σf) como aquella
presioacuten a la cual se produce el colapso Desde un punto de vista teoacuterico esta presioacuten deberiacutea
ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero desde un punto de vista praacutectico se
asume que una pequentildea magnitud del colapso es permisible Por ejemplo las normas
Sovieacuteticas Lo toman igual al 100 las Chinas igual al 150 En cambio en Argentina se
utiliza maacutes la Presioacuten de Fluencia Saturada que se obtiene de forma similar a la Presioacuten de
Preconsolidacioacuten No obstante esta diferencia metodoloacutegica en ambos casos el concepto es
el mismo
Con respecto a las metodologiacuteas usadas para establecer la susceptibilidad al colapso de un
suelo o de un perfil de suelo han sido analizadas las que utilizan el concepto de Presioacuten
Inicial de Colapso y la magnitud del colapso Esta seleccioacuten se realizoacute fundamentalmente
por las siguientes causas primero porque se hacen en base a ensayos mecaacutenicos donde
intervienen el agente externo (el agua) y el estado tensional del suelo y segundo porque
permiten establecer ya sea a traveacutes de un perfil de colapsabilidad o la magnitud del
colapso coacutemo seraacute realmente el comportamiento del terreno ante las solicitaciones
producidas por la obra de ingenieriacutea
Los perfiles de colapsabilidad relacionan en profundidad el peso propio de las tierras con
la Presioacuten Inicial de Colapso esto permite determinar el espesor de suelos autocolapsables
o el espesor de los suelos que colapsaraacuten si ademaacutes del humedecimiento se aumenta el
estado tensional Estos perfiles son de gran ayuda al proyectista de fundaciones en suelos
colapsables dado que le permiten conocer en forma global la magnitud del problema al que
estaacute enfrentado No obstante su utilidad no termina alliacute sino que por el contrario estos
perfiles le permiten tomar decisiones sobre cuaacuteles son las soluciones ingenieriles maacutes
convenientes del proyecto Pues con su ayuda se podraacute seleccionar el meacutetodo de
mejoramiento del terreno la cota de fundacioacuten de una fundacioacuten profunda la magnitud de
la carga por rozamiento negativo etc
La determinacioacuten de la magnitud del colapso de un perfil de suelo usada como
metodologiacutea de clasificacioacuten tambieacuten es de utilidad en el disentildeo de construccioacuten de obras
de ingenieriacutea en suelos colapsables Sobre todo en la caracterizacioacuten del terreno de grandes
aacutereas ya sea en obras lineales (canales caminos etc) o puntuales (complejos fabriles obras
hidraacuteulicas etc) dado que cada perfil de suelo estaacute caracterizado por un paraacutemetro lo cual
permite el manejo de un nuacutemero importante de informacioacuten Obviamente esta metodologiacutea
tambieacuten es de gran use en cualquier tipo de obras independientemente de su tamantildeo a
importancia
En un abundante nuacutemero de proyectos no es suficiente haber realizado una caracterizacioacuten
o clasificacioacuten del terreno sino que es necesario determinar la magnitud de los
asentamientos que pueden producirse en las obras Los asentamientos por colapso depende
baacutesicamente de dos tipos de factores intriacutensecos y extriacutensecos
Se sentildealan como intriacutensecos aquellos factores propios del suelo como son sus propiedades
fiacutesicas y mecaacutenicas El comportamiento del suelo dependeraacute del tipo de estructura o la
forma en que estaacuten ordenadas las partiacuteculas del grado de compacidad del tipo de viacutenculos
que unen grano con grano etc Estos factores en general no se encuentran
homogeacuteneamente distribuidos por lo cual los paraacutemetros que definen sus propiedades
tenso-deformacionales pueden sufrir variaciones locales importantes
Los factores externos que influyen en la magnitud de los asentamientos son dos el aacuterea
inundada y el estado tensional Estos dos factores influyen considerablemente en la
magnitud de los asentamientos por colapso y por tal motivo deben ser analizados
especiacuteficamente en los caacutelculos Respecto al primero de los factores a pesar que se han
realizado importantes trabajos teoacutericos la informacioacuten experimental indica que todaviacutea
existe cierta indeterminacioacuten en su estimacioacuten Por tal motivo la influencia del aacuterea
inundada en la magnitud de los asentamientos se limita a realizar correcciones de tipo
empiacuterico En cuanto a la influencia que el estado tensional tiene en los asentamientos las
investigaciones se han centrado especialmente en el estudio de cargas externas (zapatas) en
la superficie del terreno
ENSAYOS ldquoin siturdquo Perforacioacuten y muestreoEnsayos ldquoin siturdquo
o Ensayo de penetracioacuten estandar (SPT)o Ensayo de penetracioacuten de cono (CPT + CPTu)o Dilatoacutemetro de placa plana (DMT)o Presuroacutemetro (PMT)o Corte en veleta (VST)10487131048713 Meacutetodos geofiacutesicoso Ondas siacutesmicas (P- S- R-waves)o Electromagneacuteticas (radar resistividad)
EQUIPOS AUTOPROPULSADOS
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)1048713El ensayo ldquoin siturdquo maacutes comuacuten en el mundo10487131902 - Coronel Gow de Raymond Pile Co1048713 Muestreador ciliacutendrico partido1048713 Norma ASTM D 15861048713 Martillo (140-lbs cae 30 pulgadas) (635-kg cae 076 metros)1048713 Tres incrementos de 6 pulgadas Suma de los dos uacuteltimos incrementos = N (golpespieacute)
Se obtiene suelo y
un nuacutemero
Muestra alterada
(Solo para
caraterizacioacuten)
Nuacutemero muy crudo
para el anaacutelisis
No aplicable en
Ventajas
arcillas blandas y
Limos
Variabilidad e
incertidumbre
se obtiene un nuacutemero
Sencillo y de bajo
Costo
Funciona en muchos
tipos de suelo
Se puede utilizar en
rocas blandas
Disponible
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Estos suelos en condiciones de no saturacioacuten o saturacioacuten parcial presentan continuamente un reacomodo radical de las partiacuteculas y una gran peacuterdida de volumen por remojo osea al entrar al estado de saturacioacuten completa La existencia de estos suelos en el mundo y las dificultades ocasionadas a las edificaciones cimentadas sobre ellos han sido reconocidos ampliamente Los depoacutesitos maacutes extensos de suelos colapsables son eoacutelicos o depoacutesitos transportados de arena y limos (loess)Se puenden encontrar comuacutenmente en las maacutergenes fluviales
Desventajas
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Depoacutesitos eoacutelicos Estos depoacutesitos consisten en materiales transportados por el viento el cual forma dunas depoacutesitos tipo loess playas eoacutelicas y grandes depoacutesitos de ceniza volcaacutenica
Depoacutesitos transportados por agua Consisten principalmente de depoacutesitos de sedimentos sueltos a carreados por el agua los cuales forman abanicos fluviales y flujos deslizantes Estos materiales pueden ser depositados por una avenida repentina o flujo de lodo derivado de pequentildeas cuencas colectoras sujetas a aguaceros poco frecuentes
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Suelos residuales Estos suelos son producto del intemperismo y la
desintegracioacuten y alteracioacuten mecaacutenica de rocas madres Las partiacuteculas de
material residual pueden variar de tamantildeo de grandes fragmentos de
gravas a arenas limos coloides y en algunos casos material orgaacutenico
La estructura del grano colapsable se ha desarrollado como producto de
la accioacuten disolvente sobre el material soluble y coloidal La lixiviacioacuten del
material soluble y del material fino conduce a una alta relacioacuten de vaciacuteos
y a una estructura inestable Otro tipo de suelo que muestra colapso al
remojo son aquellos derivados de tufo volcaacutenico
sulfato de calcio arenas sueltas cementadas por sal soluble arcillas
dispersivas y arcillas montmorilloniacuteticas ricas en sodio
CAUSAS QUE GENERARIacuteAN DICHO COMPORTAMIENTO- Estructura parcialmente saturada potencialmente inestable- Una componente de esfuerzo aplicado o existente lo suficientemente alta para desarrollar una condicioacuten metaestable- Un ligante resistente o un agente cementante para estabilizar contactos intergranulares el cual se reduce por remojo ocasionando el colapso La mayoriacutea de suelos colapsables involucra la accioacuten de partiacuteculas arcillosas en los enlaces entre los granos gruesos de arena-Agentes cementantes tales como oacutexido de hierro carbonato de calcio o la soldadura de granos en contacto proporcionan esfuerzos resistentes para muchos suelos colapsables La accioacuten de este cementante es frecuentemente el agente principal de colapso en loess El grado al cual el agente cementante pierde su efectividad depende del grado de contaminacioacuten del ingreso del agua y del grado de disolucioacuten del agente cementante involucrado
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
CONSOLIDOacuteMETRO PARA ENSAYO DE COLAPSO
Se procede a cortar el suelo de acuerdo con las dimensiones del anillo
del ensayo de consolidacioacuten unidimensional Determinar sus
propiedades fiacutesicas tales como humedad natural peso volumen
gravedad especiacutefica de soacutelidos liacutemites de consistencia distribucioacuten
granulomeacutetrica seguacuten las normas
Se instala la muestra en el anillo del consolidoacutemetro despueacutes de haber
determinado el peso inicial de la masa huacutemeda y altura de la muestra y
fijar el conjunto anillo-muestra en el consolidoacutemetro Aplicar una carga
de contacto 005 kgcm2 (5 Kpa) despueacutes de 5 min tomar lectura del
deformiacutemetro aplicar incrementos de carga a cada hora hasta que se
aplique la presioacuten vertical apropiada Los incrementos de carga seraacuten
012 025 050 100 200 etc Kgcm2 (12 25 50 100 200 etc) o
cargas de acuerdo al meacutetodo de ensayo ASTM D2435 registrar la
deformacioacuten antes de incrementar una nueva carga
Determinacioacuten del potencial de colapso
donde
di = lectura del dial con el esfuerzo adecuado antes de la saturacioacuten (mm)
df = lectura del dial bajo el esfuerzo adecuado despueacutes del humedecimiento (mm)
ho = altura inicial de la muestra (mm)
Tmbieacuten se puede evalua en teacuterminos de relacioacuten de vaciacuteos
dondeΔe = cambio de relacioacuten de vaciacuteos bajo el esfuerzo adecuado antes y despueacutes de la inundacioacuteneo = relacioacuten de vaciacuteo inicialLa evaluacioacuten de un suelo colapsable seraacute de acuerdo a la siguiente tablaCon todo lo epxlicado concluimos que el colapso de los suelos es la disminucioacuten moderada de volumen cuando estaacute con bajo contenido de humedad y una gran peacuterdida cuando estaacute sumergido y la magnitud de asentamiento depende del contenido de humedad del suelo En estado sumergido y bajo la aplicacioacuten de cargas verticales los suelos colapsables presentan un mayor asentamiento Los suelos colapsables existen en todo el mundo principalmente en la regiones aacuteridas y semiaacuteridas nuevamente comentando que los depoacutesitos eoacutelicos coluviales residuales tubos volcaacutenicos etc son suelos que pueden ser colapsables
Definicioacuten de colapso Se definen como colapso a cualquier disminucioacuten raacutepida de volumen del suelo producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factoresbull Contenido de humedad (w) bull Grado de saturacioacuten (Sr) bull Tensioacuten media actuante (τ) bull Tensioacuten de corte (σ) bull Presioacuten de poros (u)
TIPOS DE SUELOS COLAPSABLESLos tipos de suelos colapsables son
- Suelos aluviales y coluviales ndash Depositados en ambientes Semi-deseacuterticos por flujos maacutes o menos torrenciales- Suelos eoacutelicos ndash Depositados por el viento son arenas y limos arenosos con escaso cemento arcilloso en una estructura suelta o inestable
- Cenizas volcaacutenicas ndash Provenientes de cenizas arrojadas al aire por actividad volcaacutenica explosiva- Suelos residuales ndash Derivados de la descomposicioacuten in ndash situ de minerales de ciertas rocas son luego lixiviados por el agua y pierden su cemento
CONSECUENCIAS EN CIMENTACIONES
Patologiacuteas en cimentaciones Posibles causas
Introduccioacuten
De todos los posibles tipos de patologiacutea que puede sufrir la edificacioacuten las estadiacutesticas demuestran que son las patologiacuteas ligadas a las cimentaciones las que mayores costes globales conllevan Ademaacutes tienen gran repercusioacuten social lo que las hace maacutes notorias por la complejidad propia de su reparacioacuten porque suponen una fuerte alteracioacuten y hasta interrupcioacuten del uso del inmueble y porque suelen involucrar a colindantes e incluso poderes puacuteblicos Urge como en ninguacuten otro caso determinar las causas y cuanto antes dar una solucioacuten al problema
Causas intriacutensecas de fallos de cimentacioacuten
Se agrupan aquiacute los fallos de cimentacioacuten consecuencia de la interaccioacuten entre el terreno y la propia cimentacioacuten de la construccioacuten afectada
Defectos de proyecto
Son errores de concepcioacuten de disentildeo o caacutelculo del proyecto Son errores previsibles por lo que si se tienen en cuenta en el disentildeo y caacutelculo de la edificacioacuten el riesgo de que provoquen dantildeos se minimizaEnumeramos aquiacute no todas pero siacute algunas de las posibles causas de problemas derivadas del proyectobull Falta de capacidad de carga cimentacioacuten insuficiente o capacidad
de carga del suelo insuficientebull Esfuerzos no contemplados por ej por olvido de algunas
sobrecargas de explotacioacutenbull Conocimiento insuficiente del suelo Lo que deriva en la ignorancia
de riesgos especiales geoteacutecnicos Las causas pueden ser escasez de reconocimientos previos del terreno mala interpretacioacuten de los mismos no consideracioacuten de los fenoacutemenos de agresividad etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Cobra importancia en terrenos con especiales caracteriacutesticas
Arcillas expansivas
Suelos colapsables
Rellenos antroacutepicos
Suelos blandos naturales
Infravaloracioacuten del riesgo geoteacutecnico conocido eacuteste Casos asiacute pueden ser desprecio de los efectos que produce la falta de homogeneidad de un suelo o las distintas profundidades de aparicioacuten de la roca en planta desprecio de los efectos de la potencial expansividad o de posible subpresioacuten o fenoacutemenos de subsidencias procesos de disolucioacuten etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONESbull Defectos en la evaluacioacuten del terreno asientos calculados no
tolerables por la estructura esfuerzos paraacutesitos en pilotes (olvido del efecto de asiento de terrenos flojos o rellenos recientes) etc
bull Efecto grupo en pilotes defectuosa estimacioacuten del efecto grupo en pilotes flotantes no consideracioacuten de los esfuerzos laterales o del rozamiento negativo etc
bull Ausencia de consideracioacuten del bulbo de tensiones de la cimentacioacuten propia y su alcance Pero tambieacuten de cimentaciones colindantes que podriacutean suponer una carga oblicua sobre nuestra cimentacioacuten habraacute que considerarla en caacutelculo y prever un proceso constructivo adecuado (no vayamos a provocar dantildeos a otras edificaciones)
bull Ignorancia de las condiciones de contorno es decir no consideracioacuten de las condiciones del entorno de la estructura
proyectada posibles socavaciones arrastres descalces agotamientos rebajamientos de nivel freaacutetico etc
bull Heterogeneidades distribucioacuten irregular de las cargas o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentacioacuten
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Defectos de ejecucioacuten
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecucioacuten de eacutestos Los defectos de ejecucioacuten normalmente responden a un deficiente Control de Calidad Por tanto en principio son evitablesAlgunos errores de ejecucioacuten podriacutean serbull Apreciacioacuten erroacutenea de los estratos resistentes confundidos con
capas de poco espesor bolos erraacuteticos etcbull Errores de replanteo bull Mala calidad de los materiales en especial hormigones Deterioro
de zapatas losas o muros por escasa calidad de los materiales grietas de retraccioacuten por mala dosificacioacuten del hormigoacuten materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto etc
bull Degradacioacuten del material suele ir unido al anterior hormigoacuten no resistente a la agresividad del terreno recubrimientos insuficientes madera metal etc
bullCAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Lavado del hormigoacuten en cimentaciones superficiales o profundas colocado en presencia de aguas en movimiento
Errores en la colocacioacuten de armaduras confusioacuten de diaacutemetros de armado ausencia de separadores etc
Problemas de fraguado unidos a errores de vertido de dosificacioacuten de curado
Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio cortadas lavadas) o de baja calidad y excesiva carga portante de caacutelculo
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
33 Suelos colapsables por humedecimiento
Establecida la definicioacuten general de colapso nuestro anaacutelisis se centraraacute en aquellos suelos
en los cuales el colapso de la estructura del suelo es provocado por un incremento del
contenido de humedad Por lo tanto en lo sucesivo cuando se hable de suelos colapsables
se entenderaacute que son aquellos suelos en que un aumento en el contenido de humedad
provoca una brusca disminucioacuten de volumen sin la necesidad de un aumento en la presioacuten
aplicada
A partir de esta definicioacuten se advierte
1048713 Por un lado una destruccioacuten o un cambio en la estructura que el suelo teniacutea
originalmente y
1048713 Por el otro lado un agente externo el agua que provoca este fenoacutemeno
En la Mecaacutenica de Suelos claacutesica de los suelos saturados o de los suelos secos el fenoacutemeno
de colapso generalmente viene asociado a un cambio en el estado tensional del suelo En
cambio aquiacute y en una primera definicioacuten estariacutea provocado por un agente externo (cambio
en el contenido de humedad)
En el proceso de consolidacioacuten de suelos saturados (Teoriacutea claacutesica de Terzaghi) tambieacuten se
produce una disminucioacuten de volumen pero puede decirse que en muchos aspectos el
colapso es lo contrario de la consolidacioacuten tal como se indica en Reginatto (1977) (11)
4 MECANISMO DEL COLAPSO
A continuacioacuten se analizaraacuten los diferentes mecanismos de colapso para distintas
estructuras de suelos para lo cual se seguiraacute principalmente el trabajo de Dudley (1970)
Las siguientes condiciones generales son las que establece Dudley para que ocurra el
colapso
1 La estructura del suelo deberaacute tener ciertas caracteriacutesticas de modo tal que se tienda a la
ocurrencia de dicho fenoacutemeno
2 Las partiacuteculas estaraacuten unidas entre siacute por fuerzas o materiales cementantes que son
susceptibles -tanto unas como otros- pueden ser anulados o reducidos cuando aumenta el
contenido de humedad del suelo
3 Cuando este soporte es reducido o anulado las partiacuteculas del suelo deslizan o ruedan por
una peacuterdida de la resistencia al corte
Los suelos granulares como las arenas y las gravas presentan un tipo de estructura simple
tambieacuten ampliable a los limos En ella las uniones entre granos son contactos reales
debidos a fuerzas gravitacionales fuerzas exteriores o capilares Estas uacuteltimas tienen un
caraacutecter temporal ya que dependen del grado de saturacioacuten que posea el suelo La humedad
del suelo puede variar entre el estado saturado y el seco del mismo modo las tensiones
capilares seraacuten variables con el contenido de humedad y desapareceraacuten tanto al saturarse
como al secarse el suelo
Seguacuten puede verse en la forma que toman los meniscos hace que el agua esteacute traccionada y
por lo tanto la presioacuten de poros sea negativa Esto origina un aumento de la presioacuten efectiva
que une un grano con el otro Este aumento de la presioacuten efectiva origina un aumento en la
resistencia por lo cual los granos opondraacuten una mayor resistencia al deslizamiento
Si en este estado el suelo se satura la presioacuten efectiva disminuiraacute y con ella la resistencia
al corte pudiendo provocar un deslizamiento relativo entre los granos de suelo
Cuando la estructura es macroporosa este deslizamiento entre granos se manifiesta en una
importante disminucioacuten de volumen
Este tipo de mecanismo de colapso o desmoronamiento puede ampliarse tambieacuten para
aquellas arenas en las que sus viacutenculos estaacuten formados por partiacuteculas de limos
Cada partiacutecula de arcilla posee una carga neta negativa que se equilibra con los cationes de
la doble capa que la rodea Dos partiacuteculas se repeleraacuten entre siacute cuando entran en contacto
sus dobles capas A medida que se trate de acercarlas esta fuerza de repulsioacuten aumentaraacute
Ademaacutes de esta fuerza de repulsioacuten existe una fuerza de atraccioacuten entre las partiacuteculas
debidas a las fuerzas de Van der Waals o fuerzas de enlace secundario esta fuerza tambieacuten
es funcioacuten de la distancia entre las partiacuteculas Por lo tanto las partiacuteculas se atraeraacuten o
repeleraacuten en funcioacuten de la resultante de estas dos fuerzas
Las fuerzas de repulsioacuten son dependientes de las caracteriacutesticas del sistema (espesor de la
doble capa) no asiacute las fuerzas de atraccioacuten que en general son independientes de eacutel Las
partiacuteculas podraacuten alejarse o acercarse modificando las caracteriacutesticas del medio y por ende
el espesor de las dobles capas El proceso de acercamiento de una partiacutecula con otra se
denomina floculacioacuten y al proceso de alejamiento de una partiacutecula respecto a otra
dispersioacuten
Lambe y Whitman (1969) indican que se provoca una tendencia a la floculacioacuten
aumentando una o varias de las siguientes caracteriacutesticas
- Concentracioacuten de iones Valencia ioacutenica
- Temperatura o disminuyendo una o maacutes de las siguientes
- Constante dieleacutectrica
- Tamantildeo del ioacuten hidratado
- Absorcioacuten de aniones
- pH
Durante un proceso de saturacioacuten ademaacutes de una disminucioacuten de las fuerzas capilares hay
una disminucioacuten en la concentracioacuten de iones y por lo tanto un proceso de dispersioacuten
Partiacuteculas que antes estaban unidas por fuerzas de atraccioacuten comienzan a repelerse y
adquirir una estructura dispersa y probablemente menos resistente
Esta es una manera bastante simple de explicar un mecanismo mucho maacutes complejo en el
que pueden intervenir ademaacutes de los nombrados otros factores Sin embargo se advierte
coacutemo una estructura estable puede ser modificada cuando entra en juego un agente
externo que desestabiliza y modifica los viacutenculos que primariamente le conferiacutean una
resistencia aparente
En cualquiera de los tipos de estructuras antes descritas los viacutenculos entre partiacuteculas
pueden estar impregnados de un agente cementante que confiere una resistencia cohesiva
adicional al deslizamiento de un grano respecto a otro
Tambieacuten esta cohesioacuten puede tener un caraacutecter temporal semejante al de las fuerzas
capilares
La peacuterdida de esta resistencia dependeraacute tanto de las caracteriacutesticas del agente cementante
como de las del fluido Asiacute si la cementacioacuten deriva de sales cristalizadas la peacuterdida de
resistencia seraacute funcioacuten del grado de solubilidad de estas sales
Finalmente cualquiera sea el tipo de estructura de suelo que se esteacute considerando siempre
es posible hablar de viacutenculos o fuerzas que unen o ligan una partiacutecula a otra En unos casos
las partiacuteculas estaacuten en contacto directo entre siacute (partiacutecula-partiacutecula) unidas por fuerzas
externas o capilares y en otros casos estas tuerzas o viacutenculos pueden tener caraacutecter
fiacutesicoquiacutemico o eleacutectrico a incluso no existir contacto directo entre las partiacuteculas
Si la estructura del suelo se encuentra en estado de equilibrio y un agente externo -
cualquiera- provoca una disminucioacuten o anulacioacuten de las fuerzas que vinculan unas
partiacuteculas con otras puede suceder que el suelo pase a un nuevo estado de equilibrio
Este proceso entre dos estados de equilibrio puede provocar o no un cambio de la
estructura del suelo dependiendo de
1048713 La magnitud de los cambios provocados en los viacutenculos yo fuerzas por el agente
externo
1048713 Estado tensional existente en los viacutenculos
Si los cambios provocados por el agente externo en las caracteriacutesticas de los viacutenculos no
son suficientes como para movilizar un cambio de estructura eacutesta permaneceraacute inalterada
Sin embargo la condicioacuten de equilibrio puede haber variado dado que de alguna forma el
agente ha sensibilizado al suelo
En cambio si el estado tensional en los contactos es superior a la resistencia que tienen
eacutestos durante el proceso las partiacuteculas cambiaraacuten de posicioacuten produciendo un cambio de
estructura y pasando a un nuevo estado de equilibrio
Un ejemplo de ello puede observarse en en la cual se han dibujado dos ensayos
edomeacutetricos de un mismo estrato La muestra A fue cargada hasta una presioacuten de 200
kgcm2 a humedad natural (w= 144) siendo posteriormente inundada a esa presioacuten
Durante este proceso se observa un importante cambio volumeacutetrico La muestra B fue
inundada a una presioacuten de 010 Kgcm2 no observaacutendose ninguacuten cambio volumeacutetrico
durante el proceso de saturacioacuten Posteriormente se continuoacute el ensayo edomeacutetrico en
forma habitual hasta una presioacuten de 200 kgcm2
Al no advertirse cambios volumeacutetricos durante el proceso de saturacioacuten puede inferirse que
tampoco se han inducido cambios en la estructura del suelo pero es indudable que
efectivamente se ha generado una notable disminucioacuten en la resistencia de los viacutenculos
dado que al aumentar el estado tensional el comportamiento del suelo varioacute radicalmente
del que se observoacute durante el proceso de carga a humedad natural en la muestra A
Esto tambieacuten queda reflejado en las curvas de La primera de ellas corresponde a la
variacioacuten de las deformaciones verticales en funcioacuten del tiempo cuando la muestra A fue
saturada a una presioacuten axial de 200 kgcm2 en tanto la segunda corresponde al salto de
carga de 100-200 kgcm2 del ensayo B (saturada a 010 kgcm2) En ambas curvas se
advierte en primer teacutermino una brusca disminucioacuten de volumen sentildealada como colapso
primario (Redolfi 1982)
En esta etapa la resistencia y la estabilidad de la estructura macroporosa y mal acomodada
dependen baacutesicamente de la resistencia al corte a la traccioacuten y a la compresioacuten de los
puentes o acumulaciones de arcillas yo sales en los puntos de contacto entre las partiacuteculas
(Reginatto 1977) Los esfuerzos que se producen en dichos viacutenculos y puntos de contactos
han superado la resistencia del material provocando el consecuente desmoronamiento de la
estructura del suelo dando como resultado una totalmente distinta a la anterior Posterior a
esta primera etapa (cambio de pendiente de las curvas) sigue existiendo una importante
disminucioacuten de volumen debida posiblemente a un reacomodamiento de las partiacuteculas del
suelo a esta nueva estructura de suelo mejorado o compactado
El objetivo de todo este apartado no ha sido explicar el mecanismo uacuteltimo del colapso sino
maacutes bien tratar de comprender a traveacutes de ejemplos simples y factibles coacutemo la entrada de
agua en una estructura metaestable origina una desestabilizacioacuten o sensibilizacioacuten en la
resistencia existente entre los viacutenculos
Tampoco se ha pretendido hacer una revisioacuten exhaustiva de todos los mecanismos que
diversos investigadores han propuesto para explicar el fenoacutemeno del colapso sino tomar en
consideracioacuten aquellos maacutes documentados y que mejor se adaptan al caso de suelos
loeacutessicos con estructura macroporosa que seraacuten objeto de un especial anaacutelisis en estas
notas
5 COLAPSO RELATIVO
Con referencia al Colapso Relativo (δcol) existe una aparente anarquiacutea tanto en su
denominacioacuten como en la forma de calcularlo En se sentildealan algunas de las maacutes conocidas
Del anaacutelisis de las diferentes ecuaciones se advierte que la uacutenica diferencia en el caacutelculo
radica en el denominador o valor de referencia que se elija altura inicial de la probeta (h0)
la altura de la probeta a humedad natural cargada a una presioacuten igual al peso propio de las
tierras (h1) o la altura de la probeta antes de la inundacioacuten cargada a una presioacuten a
σ(wHN) Esta variedad de definiciones es aparente dado que para el caso del caacutelculo de la
magnitud del asentamiento debido solamente al peso propio de las tierras dos de las
ecuaciones se hacen iguales puesto que para ese caso particular h1= hHN a incluso suele
suceder que h es aproximadamente igual a h0
En lo sucesivo se utilizaraacute la siguiente ecuacioacuten para definir el Colapso Relativo (δcol)
h HN= Altura de la probeta a humedad natural (antes de la inundacioacuten) cargada a una
presioacuten cualquiera σ
hSAT = Altura de la probeta saturada (despueacutes de producido el colapso) cargada a la
presioacuten σ
h = Altura de la probeta a humedad natural cargada a una presioacuten axial igual al peso propio
de las tierras
SUELOS AUTOCOLAPSABLES Y POTENCIALMENTE COLAPSABLE
En el graacutefico semilogariacutetmico que representa el comportamiento de un suelo un ensayo a
compresioacuten confinada realizado sobre en condicioacuten saturada se puede observar un quiebre
en la curva de compresibilidad La presioacuten axial a la cual se produce este quiebre o este
cambio de comportamiento se la denomina Presioacuten de Fluencia Saturada o Presioacuten Inicial
de Colapso En principio se establece que para presiones menores a esta el suelo tiene un
comportamiento elaacutestico y los asentamientos por colapso son bajos y nulos Por el
contrario para presiones mayores a la de Fluencia el suelo tiene un comportamiento elaacutesto-
plaacutestico y los asentamientos por colapso son importantes
Se dice que un suelo es auto colapsable cuando la presioacuten de tapada o geoestaacutetica (σ0) es
superior a la Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) Esto quiere decir que cuando en ese suelo
se produzca el humedecimiento se produciraacuten asentamientos importancia con solamente la
accioacuten de su peso propio
Se designa con suelos potencialmente colapsable a aquellos suelos en los que la presioacuten de
tapada o geo-estaacutetica (σ0) es menor a la Presioacuten Inicial de Colapso
7 PERFILES DE COLAPSIBILIDAD
Lo realmente interesante de los conceptos antes enunciados radica fundamentalmente en
que han permitido generar una metodologiacutea de anaacutelisis de los perfiles con suelos
susceptibles al colapso
Este anaacutelisis permite confrontar a cada profundidad considerada la magnitud de la Presioacuten
Inicial de Colapso (σicol) con la Presioacuten total (σT) igual a la suma de la presioacuten debida a la
carga aplicada (Δσ) maacutes la presioacuten por peso propio (σ0)
En (26) se presenta un perfil de suelo en el que se ha dibujado la variacioacuten de ambas
presiones (la Presioacuten Inicial o de Fluencia y la Presioacuten Total) en funcioacuten de la profundidad
para dos estados de cargas en el correspondiente a las presiones geostaacuteticas y en el
correspondiente a las presiones totales provocadas por una carga en la superficie del
terreno
A partir del anaacutelisis de estas curvas pueden establecerse por ejemplo los espesores de los
suelos que autocolapsaraacuten por humedecimiento y aquellos que colapsaraacuten si ademaacutes de la
saturacioacuten se aumentan las cargas y consecuentemente clasificar los suelos en sus
diferentes grupos suelos verdaderamente colapsables (autocolapsables) o suelos
condicionalmente colapsables (colapsables bajo cargas externas)
Aun cuando el valor de la Presioacuten Inicial sea aproximado este tipo de anaacutelisis es de
fundamental intereacutes en el disentildeo de los diferentes tipos de cimentaciones ya que se podraacute
conocer cuales seraacuten en forma aproximada los principales problemas que se presentaraacuten
en el disentildeo de las obras permitiendo de esta
forma elegir correctamente el tipo de cimentacioacuten o el meacutetodo de mejoramiento del suelo a
emplear para disminuir o anular la susceptibilidad al colapso
8 MAGNITUD DEL ASENTAMIENTO POR COLAPSO
81 Definiciones
La magnitud del asentamiento por colapso producido por humedecimiento del terreno
depende seguacuten Grigoryan y Ivanov (1968) tanto de
1048713 Factores intriacutensecos del suelo (caracteriacutesticas fisico-mecaacutenicas) y de
1048713 Factores externos al suelo (estado tensional y el aacuterea inundada)
Se define al asentamiento adicional por colapso (Wcolt) de un manto de suelos
colapsables de espesor Ht a la sumatoria
donde
Ht = H1+H2+ = Hj+Hn
Hj = Espesor del estrato j
Wcolj = Asentamiento adicional por colapso del estrajo j
δcolj = Colapso relativo del estrato j a la presioacuten σzj
σzj = Presioacuten total (peso propio + incremento de presioacuten) en el estrato j
82 Caracteriacutesticas fiacutesico-mecaacutenicas
Un aspecto importante del comportamiento de este tipo de suelos y que por lo tanto
influyen en la magnitud de los asentamientos es su marcada heterogeneidad Los suelos
loeacutessicos colapsables en cierto entorno suelen considerarse como suelos homogeacuteneos pero
en realidad poseen una apreciable heterogeneidad extendida dentro de la masa Algunos de
estos aspectos pueden ser puestos en evidencia a traveacutes de ensayos geoteacutecnicos
La determinacioacuten de los paraacutemetros tenso-deformacionales como el colapso relativo (δcol)
puede diferir seguacuten Abelev y Abelev (1979) de 15 a 2 veces incluso si se lo hace a partir
de probetas gemelas talladas de un uacutenico bloque de suelo
Esto soacutelo se explica a traveacutes de la gran heterogeneidad local que presentan estos suelos en
los cuales existen macroporos dejados por raiacuteces o insectos y concreciones aisladas de
carbonatos etc que pueden hacer variar las caracteriacutesticas deformacionales en oacuterdenes de
magnitud de los arriba sentildealados Otro aspecto que sentildealan Bally et al (1969) es la
heterogeneidad en la variacioacuten local de las caracteriacutesticas quiacutemicas y mineraloacutegicas las
cuales son difiacuteciles de ser advertidas por meacutetodos usuales de investigacioacuten Para corroborar
todo este tipo de heterogeneidades en (30) se muestran liacuteneas de igual asentamiento para
un estanque experimental de 30 mestros de lado al cabo de 3 meses de continua inundacioacuten
Pueden observarse asentamientos diferenciales de hasta 60 cm Esto induce a pensar que
aunque las propiedades tenso deformacionales pudieran ser aproximadamente constantes
viacuteas preferenciales de humedecimiento (canaliacuteculos verticales dejados por raiacuteces de
hierbas) pueden saturar mayores espesores o presentar curvas de iso saturacioacuten apartadas
del modelo teoacuterico
En resumen una de las caracteriacutesticas principales que deben tenerse siempre en cuenta en
el caacutelculo de la magnitud de los asentamientos por colapso es que estos frecuentemente no
seraacuten uniformes ya sea por las causas antes expuestas como por otros factores como por
ejemplo la dimensioacuten del aacuterea inundada
83 Aacuterea inundada
Otro de los aspectos que influyen considerablemente en la magnitud de los asentamientos
por colapso son el tipo de humedecimiento que se realice dentro de la masa del suelo y las
dimensiones del aacuterea humedecida Golacutedstein (1969) distingue cuatro tipos de
humedecimientos
1 Humedecimiento localizado del suelo a poca profundidad debido generalmente a la
rotura de conducciones hidraacuteulicas de las construcciones En estos casos es casi imposible
predecir a priori la forma en planta y en corte de estos humedecimientos y por lo tanto
hacer una estimacioacuten de la magnitud de los asentamientos y su distribucioacuten en planta
2 Humedecimiento extenso de todo el perfil del suelo causado por una importante
infiltracioacuten de agua (rotura de canales o efluentes industriales) Los asentamientos en estos
casos pueden ser importantes y dantildeinos para las construcciones especialmente cuando los
asentamientos son desiguales
3 Una elevacioacuten uniforme del nivel freaacutetico debido generalmente a una recarga del freaacutetico
causado por una fuente lejana
4 Un aumento gradual y lento del contenido de agua debido por ejemplo a la
condensacioacuten del vapor y una acumulacioacuten de humedad causada por cambios en las
condiciones ambientales (pavimentacioacuten de la superficie del terreno)
En cuanto a la forma y las dimensiones del aacuterea humedecida se ha demostrado
experimentalmente que los asentamientos por colapso calculados con la ecuacioacuten indicada
arriba son soacutelo aplicables cuando la superficie de saturacioacuten o fuente de humedecimiento
es del orden de 23 a 1 vez el espesor de los sedimentos colapsables (Krutov y Dyakonov
1973) En cambio cuando esta relacioacuten es menor y la zona humedecida se aparta de la
supuesta unidimensional los asentamientos reales son sustancialmente menores a los
calculados
Por tal motivo algunos investigadores coinciden en afirmar que dicha ecuacioacuten debe estar
afectada de un coeficiente (m) que tenga en cuenta el tipo la forma y las dimensiones del
aacuterea humedecida
m = f (B L Z)
donde B y L son el ancho y largo de la fuente de inundacioacuten y Z el espesor de la zona
humedecida Asiacute en la ex URSS es habitual afectar a los asentamientos calculados por un
coeficiente llamado de condiciones de campo o de operacioacuten
Este coeficiente es pues la relacioacuten entre el asentamiento real medido en el terreno y el
calculado De modo que
84 Estado tensional
La magnitud del asentamiento adicional por colapso es funcioacuten de la tensioacuten actuante en el
manto de suelo considerado Si se analiza el caso particular de una zapata apoyada sobre la
superficie del terreno el asentamiento adicional por colapso seraacute funcioacuten de la forma y las
dimensiones de aacuterea cargada del espesor del manto susceptible al colapso y del tipo y la
forma de la zona humedecida Sin embargo se ha comprobado experimentalmente que si el
espesor de los mantos de suelos colapsables que se encuentran por debajo de la zona
comprimida es suficientemente importante como para que pueda colapsar por peso propio
la amplitud del asentamiento no depende praacutecticamente de la forma y de las dimensiones de
las fundaciones (Abelev y Abelev 1979)
En las numerosas experiencias realizadas sobre zapatas a escala real se ha comprobado que
los asentamientos adicionales por colapso medidos pueden llegar a ser entre 15 a 2 veces
mayores que los calculados sobre todo en zapatas con anchos inferiores a los 20 m de
ancho (Abelev y Abelev 1979)
Estas divergencias entre el valor de los asentamientos calculados y los reales pueden
atribuirse a varios factores entre los cuales pueden sentildealarse
c) La eleccioacuten del espesor del manto de suelos colapsables o susceptibles a sufrir un
asentamiento adicional ha sido largamente discutido Asiacute Kodrynova (1969) en base a
ensayos de zapatas a escala real pudo establecer las dimensiones de la zona realmente
deformada Confirmando que la profundidad de la zona deformada era menor que la
profundidad que por ejemplo estableciacutean las Normas Sovieacuteticas vigentes en ese momento
Estas Normas haciacutean soacutelo consideraciones tensionales y fijaban la profundidad del manto
como aqueacutella para la cual la relacioacuten entre el valor de la carga adicional debida a la zapata
(Δσ) y el de la presioacuten natural (σ0) se haciacutean igual a 020 Kodrynova (1969) comproboacute
que el criterio maacutes adecuado para establecer este espesor era usar el concepto de resistencia
estructural o Presioacuten Inicial de Colapso sugerido por Abelev en 1968 Asiacute observoacute que la
zona deformada se correspondiacutea muy bien con aquellos lugares donde los valores de
tensiones totales (σz) eran mayores al valor de la Presioacuten Inicial de Colapso (δicol) Por
tanto concluyoacute que el espesor Zo puede definirse como la profundidad en la cual se
comprueba que
Esto coincide con lo advertido por Grigoryan (1967) en ensayos de zapatas cuadradas y
rectangulares en donde solamente se observaron asentamientos en la masa del suelo
cuando la tensioacuten actuante era mayor al valor de la Presioacuten Inicial de Colapso (δicol)
Por lo tanto se puede concluir que no existen reglas praacutecticas -como las que existen en
otros tipos de suelos- que puedan dar valores indicativos de la relacioacuten entre el ancho de la
cimentacioacuten y el espesor del manto deformable Sin embargo de lo que siacute hay abundante
evidencia es que la zona deformada generalmente aumenta cuando aumenta el contenido de
humedad (Tsytosich et al 1979)
b) La distribucioacuten de tensiones en la masa de un suelo colapsable provocada por una zapata
riacutegida se asemeja a la de un medio seminfinito y elaacutestico (error entre 20 a 30) soacutelo
cuando el suelo estaacute a humedad natural y la tensioacuten no sobrepasa los 30 kgcm2
(Grigoryan 1967) Tsytosich et al (1979) comprobaron experimentalmente esta afirmacioacuten
observando que a posteriori de la inundacioacuten del suelo el cambio tensional sobre la vertical
en el borde y en el centro de la zapata aumentan Se advierte que durante el proceso de
inundacioacuten del suelo ubicado debajo de la zapata se produce una concentracioacuten de
tensiones bajo la zapata disminuyendo el aacuterea en donde se distribuyen las cargas Seguacuten
Abelev y Abelev (1979) esto puede explicarse porque las relaciones tensioacuten-deformaciones
de los suelos macroporosos no son lineales a estos niveles de tensioacuten
9 METODOS DE IDENTIFICACIOacuteN
91 Aspectos generales
A partir de la deacutecada de los antildeos 50 se generoacute una preocupacioacuten manifiesta por parte de
diferentes investigadores en identificar y clasificar la potencialidad al colapso en los
distintos suelos
Estos intentos a escala mundial se han enfrentado fundamentalmente con dos
inconvenientes o limitaciones como son
1 La gran variedad de tipos de suelos que colapsan por humedecimiento Asiacute por
ejemplo meacutetodos probados en ciertos paiacuteses o regiones en determinados tipos de suelos no
han podido hacerse extensivos a suelos de otras zonas cuyo origen geoloacutegico y geneacutetico es
francamente diferente
2 La frecuente heterogeneidad de los suelos colapsables por humedecimiento En este
sentido hay coincidencia entre los investigadores que han estudiado suelos colapsables de
distinto origen geoloacutegico Asiacute pueden encontrarse referencias tanto en investigadores que
analizaron suelos lateriacuteticos o de origen eoacutelico como el loess (Abeley y Abeley 1979
Moretto 1986) que en principio suelen considerarse como suelos homogeacuteneos Es
frecuente encontrar una variacioacuten en el grado de cementacioacuten (por ejemplo debido a
carbonatos) en soacutelo algunos centiacutemetros En otros casos esta heterogeneidad es debida a la
presencia de grandes macroporos dejados por raiacuteces o insectos
Esto ha llevado a una gran variedad de metodologiacuteas para establecer la susceptibilidad al
colapso de los suelos y una anarquiacutea en la terminologiacutea empleada en los diferentes paiacuteses
para su clasificacioacuten Sin embargo en la mayoriacutea de los casos los diferentes investigadores
o coacutedigos han tendido a discretizar el comportamiento del suelo frente al colapso en dos
grupos suelos que colapsan bajo peso propio y suelos que colapsan bajo una carga mayor
Rocca (1985) ha confeccionado una tabla de equivalencias con la denominacioacuten que
reciben en los distintos paiacuteses
82 Clasificacioacuten de los meacutetodos de identificacioacuten de suelos colapsables
En cuanto a los tipos de meacutetodos de identificacioacuten propiamente dichos varios han sido los
enfoques que se han propuesto Estos podriacutean clasificarse en tres grupos
1048713 Meacutetodos basados en paraacutemetros fiacutesicos de identificacioacuten de suelos tales como Peso
Unitario Liacutemites de Consistencia Granulometriacutea etc
1048713 Meacutetodos basados en ensayos mecaacutenicos principalmente en ensayos edomeacutetricos
1048713 Meacutetodos basados en la magnitud del colapso
Existe una abundante bibliografiacutea sobre los diferentes meacutetodos de clasificacioacuten a
identificacioacuten en las cuales se ha realizado un anaacutelisis criacutetico sobre los diferentes meacutetodos
como las ya referidas de Rocca (1985) y Redolfi et al (1986) y otras como las de Sultan
(1969) Reginatto (1970 1974) Loacutepez Corral (1977) Jimeacutenez Salas (1987) y Lutenegger y
Saber (1988) Por lo tanto en este apartado no se insistiraacute en ello sino maacutes bien se haraacute un
enfoque general del problema y se presentaraacuten aquellos conceptos v meacutetodos que
posteriormente seraacuten utilizados en el desarrollo de estas notas
Meacutetodos basados en paraacutemetros fiacutesicos de suelos
En general la mayoriacutea de estos meacutetodos de identificacioacuten tienen maacutes bien un caraacutecter
cualitativo que cuantitativo pretendiendo ubicar el suelo analizado en algunos de los
grupos mencionados en (36) La clasificacioacuten consiste habitualmente en establecer si el
suelo es autocolapsable (colapsable bajo su propio peso) o bien si es condicionalmente
colapsable (colapsable bajo carga externa)
En estas notas solamente se analizaraacuten tres de ellos que tienen en comuacuten que relacionan el
liacutemite liacutequido y el peso unitario seco
a) Denison (1961) establece el Coeficiente de Colapso (k) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando la relacioacuten de vaciacuteos del suelo en estado natural (e) es mayor
que la relacioacuten de vaciacuteos correspondiente al Liacutemite Liacutequido (eL )
b) Gibbs (1961) establece una Relacioacuten de Colapso (R) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando la humedad de saturacioacuten del suelo (wSAT) es mayor que el
Liacutemite Liacutequido (wL )
c) Coacutedigo de edificacioacuten de la URSS (1962) establece un Indice de Colapso (R) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando R es mayor de -010
En se han superpuesto los puntos correspondientes a pares de valores del peso unitario
seco y el Liacutemite Liacutequido de suelos de la ciudad de Coacuterdoba Argentina (Redolfi et al
1986) De ella se desprende que los valores de los paraacutemetros obtenidos son valores tiacutepicos
de la formacioacuten loeacutessica de Coacuterdoba y que para todas las metodologiacuteas aquiacute presentadas la
gran mayoriacutea de los suelos son colapsables puesto que estaacuten incluidos dentro de las zonas
que los clasifican colapsables
Meacutetodos basados en ensayos edomeacutetricos
Estos meacutetodos estaacuten basados en la Presioacuten Inicial de Colapso o Presioacuten de Fluencia La
determinacioacuten del grupo al cual pertenece el suelo estudiado (auto colapsable o colapsable
bajo carga) se realiza comparando la presioacuten de tapada o geostaacutetica con la presioacuten a la cual
se produce el colapso Asumiendo como hipoacutetesis que el colapso por humedecimiento
ocurre soacutelo a partir de una cierta presioacuten por encima de la cual la resistencia estructural del
suelo es superada
La magnitud de esta presioacuten para la cual se produce el desmoronamiento de la estructura
del suelo ha sido designada por algunos autores como
1048713 Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) (Abelev y Abelev 1979) o
1048713 Presioacuten de Fluencia Saturada (σf sat) (Reginatto 1970)
Experimentalmente se ha demostrado que cuando la presioacuten total en el suelo (σt) ya sea
por cargas externas yo peso propio es menor que esta magnitud no se producen
asentamientos de colapso por humedecimiento Krutov y Tarasova (1964) sentildealan
acertadamente que desde un punto de vista teoacuterico la Presioacuten Inicial de Colapso o Presioacuten
de Fluencia deberiacutea ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero concluyen que
desde un punto de vista praacutectico una pequentildea magnitud de colapso puede asumirse como
permisible Siguiendo este concepto por ejemplo las Normas Sovieacuteticas SNIP definen a la
Presioacuten Inicial de Colapso como aquella presioacuten para la cual en una probeta instalada en un
edoacutemetro se produce un colapso relativo unitario igual a 001 o porcentual del 100
δicol = 001 = 10
En se han representado las curvas presioacuten-deformaciones unitarias de dos ensayos
edomeacutetricos del mismo suelo uno a humedad natural y el otro en estado saturado El
colapso relativo (δicol) es igual a
δicol = εHN - εSAT
donde εHN = Deformacioacuten unitaria a humedad natural
εSAT = Deformacioacuten unitaria en estado saturado
En tanto Reginatto (1970) define a la Presioacuten de Fluencia saturada de un suelo colapsable
de la misma forma en que se establece la presioacuten de preconsolidacioacuten de una arcilla
saturada en un ensayo edomeacutetrico
En se presenta la correlacioacuten que realizan Lin y Wang (1988) entre los valores de la
Presioacuten de Fluencia Saturada y la Presioacuten Inicial de Colapso (el Coacutedigo Chino la establece
para un valor de δicol = 150) Se puede observar que aproximadamente se establece una
relacioacuten directa entre ellas Esto no es de extrantildear puesto que conceptualmente ambas
definiciones tratan de fijar la presioacuten a la cual la estructura del suelo saturado comienza a
colapsar
Los numerosos intentos realizados en ensayos in situ para comprobar la validez de esta
hipoacutetesis (Krutov y Tarasova 1964 Abelev y Abelev 1979) parecen indicar a primera
vista que las predicciones tienen buen acuerdo con la realidad en muchos casos pero en
cambio en otros la diferencia entre lo predecido y lo sucedido es importante sobre todo en
aquellos casos referidos al colapso por peso propio
Meacutetodos basados en la magnitud del asentamiento por colapso
Los meacutetodos basados en la magnitud del asentamiento por colapso se fundan en determinar
la magnitud del mismo de un perfil de suelos en un lugar determinado debido solamente a
su peso propio
Asiacute por ejemplo la Clasificacioacuten Rumana de Suelos Loeacutessicos Colapsables (LCS) define
el Potencial Total de Colapso (Img) (Bally et al1973) como
donde Hj es el espesor del estrato j en metros y img es el asentamiento edomeacutetrico
adicional de una muestra de estrato j inundada a una presioacuten igual al peso propio de las
tierras (σ0 ) expresado en cmm
El Coacutedigo de Construccioacuten de Edificios de la Repuacuteblica Popular China en regiones de
suelo colapsables sigue un criterio similar (Lin y Liang 1982 Lin y Wang 1988) La
evaluacioacuten de la susceptibilidad al colapso en un determinado sitio se realiza en dos etapas
En primer lugar se evaluacutea su aptitud al autocolapso y se determina el Tipo de sitio (Tipo
1 o Tipo 2)
La magnitud del colapso por peso propio Δzc se obtiene de forma similar a la utilizada por
Bally et al (1973) en Rumania sumando los asentamientos individuales de los n estratos
colapsables del perfil
donde Hj es el espesor de estrato en cm y δzsj es el coeficiente de colapsabilidad del estrato
j en cmcm o en por ciento obtenido por medio de ensayos edomeacutetricos en los cuales
primero se carga el suelo hasta la presioacuten por peso propio y luego se inunda la muestra
donde Hj es el espesor de estrato en cm y δzsj es el coeficiente de colapsabilidad del estrato
j en cmcm o en por ciento obtenido por medio de ensayos edomeacutetricos en los cuales
primero se carga el suelo hasta la presioacuten por peso propio y luego se inunda la muestra
La sumatoria soacutelo tiene en cuenta aquellos valores de δzs jmayores de 0015
Si Δzs lt 7 cm se considera al suelo no autocolapsable por humedecimiento y se clasifica
al lugar como sitio TIPO 2 Si en cambio Δzs gt 11 cm se considera al suelo
autocolapsable por humedecimiento y se lo clasifica como sitio TIPO 1
Por uacuteltimo si 7 cm lt Δzs lt 11 cm el tipo de sitio debe ser determinado despueacutes de un
exhaustivo estudio de la geomorfologiacutea estratigrafiacutea y caracteriacutesticas estructurales del
suelo
El Coacutedigo tambieacuten establece que la magnitud del colapso por peso propio (Δzs) tambieacuten
puede ser determinada directamente en el terreno a traveacutes de una balsa o laguna de
infiltracioacuten de dimensiones especiacuteficas
La segunda etapa de la evaluacioacuten de la colapsabilidad consiste en establecer el Grado de
Colapsabilidad del suelo de cimentacioacuten Para ello se carga a las muestras representativas
de cada uno de los estratos a una presioacuten de 200 kPa y luego se las inunda La magnitud del
colapso se obtiene
donde δsj es el Coeficiente de colapsabilidad del estrato j en cmcm para una presioacuten de
200 kPa La sumatoria soacutelo tiene en cuenta valores de Δs mayores de 0015
donde δsj es el Coeficiente de colapsabilidad del estrato j en cmcm para una presioacuten de
200 kPa La sumatoria soacutelo tiene en cuenta valores de Δs mayores de 0015
SOLUCIONES INGENIERILES EN SUELOS COLAPSABLES
111 Consideraciones generales
La primera cuestioacuten que debe analizarse cuando se disentildean cimentaciones en suelos
susceptibles al colapso es la probabilidad que el agente desencadenante del fenoacutemeno el
agua pueda o no introducirse en el terreno y por ende sensibilizar al suelo en donde se
apoyaraacuten las estructuras Por definicioacuten sin la presencia del agua el suelo no colapsa Esta
cuestioacuten es significativa puesto que pueden existir numerosos casos en donde la
probabilidad que el agua se infiltre en el suelo sea lo suficientemente baja como para
analizar la posibilidad de fundar la estructura considerando el comportamiento del suelo en
su estado natural Por lo tanto cuando se hable de suelos potencialmente colapsables por
humedecimiento no debe pensarse uniacutevocamente en las soluciones ingenieriles que se
utilizan en suelos colapsables
Hecha esta aclaracioacuten a continuacioacuten se trataraacute de ofrecer un panorama de las distintas
soluciones ingenieriles que se adoptan en suelos colapsables por humedecimiento cuando
las probabilidades de que se produzca el fenoacutemeno son altas
El objetivo central de todas estas soluciones es prevenir las fallas estructurales o de servicio
que pueden sobrevenir sobre las estructuras construidas sobre estratos de suelos
colapsables
Aitchison (1973) divide a estas soluciones en
a) Tratamiento del suelo colapsable con vista a eliminar la tendencia al colapso a lo largo
de todo el estrato de suelos desmoronables
b) Disentildeo de elementos constructivos que eliminen o disminuyan a liacutemites razonables la
posibilidad que se inicie el colapso
c) Disentildeo de estructuras yo cimentaciones insensibles a los asentamientos provocados por
el colapso por ejemplo fundaciones profundas apoyadas sobre un manto profundo no
sujeto a los asentamientos por humedecimiento
El primer grupo de soluciones comprende los meacutetodos de mejoramiento de suelo por
medio de los cuales la susceptibilidad al colapso es eliminada modificando las propiedades
resistentes del suelo mediante la compactacioacuten o la cementacioacuten de los viacutenculos entre
partiacuteculas El segundo grupo incluye la adopcioacuten de medidas constructivas tendientes a
aislar el agua de manera de evitar o disminuir la presencia de condiciones favorables al
colapso admitiendo no obstante ciertos riesgos Finalmente el tercer grupo engloba tanto
las soluciones tradicionales por medio de fundaciones profundas como el disentildeo de
estructuras con fundaciones directas insensibles a los asentamientos diferenciales
provocados por el colapso del suelo En resumen en el primer grupo de soluciones se
interviene directamente en el suelo evitando asiacute el colapso en el segundo grupo se intenta
evitar que se produzca el colapso sin modificar el suelo y en el uacuteltimo grupo se construyen
estructuras yo fundaciones que admitan y resistan los fenoacutemenos provocados por el
colapso del suelo
Evstatiev (1988) sentildeala que los mejores resultados han sido alcanzados con una oacuteptima
combinacioacuten de las ventajas que individualmente tiene cada uno de los tres grupos La
experiencia ha probado que las medidas constructivas y las medidas de aislacioacuten del agua
por siacute solas no pueden resolver todos los problemas de inestabilidad que provoca el colapso
del suelo Asiacute la adopcioacuten de soluciones exclusivamente para la superestructura (por
ejemplo fundaciones profundas) sin un adecuado disentildeo que eviten dantildeos en los otros
elementos de la construccioacuten como pisos desaguumles etc han provocado serios dantildeos en
estas partes de la construccioacuten que podriacutean haber sido evitados aplicando medidas
tendientes a evitar el ingreso del agua en el terreno
La eficacia del disentildeo adoptado en cada caso depende en gran medida de la calidad de las
investigaciones geoteacutecnicas realizadas La informacioacuten baacutesica que eacutestas deben suministrar
son el espesor del manto de suelos colapsables y la magnitud del colapso bajo peso propio
o bajo carga de todos los estratos del perfil
Una incorrecta estimacioacuten de estos paraacutemetros puede llevar a proponer y construir
soluciones ingenieriles totalmente opuestas a las correctas La confeccioacuten de perfiles de
colapsabilidad como los presentados permiten establecer la existencia o no de suelos
autocolapsables sus espesores aproximados y la profundidad a la que se encuentran Esta
metodologiacutea de anaacutelisis es de gran ayuda por ejemplo en la eleccioacuten del procedimiento
idoacuteneo para estabilizar el terreno
A continuacioacuten se presenta una descripcioacuten de las distintas soluciones ingenieriles maacutes
utilizadas en este tipo de suelos En primer lugar se analizan el primer grupo de soluciones
que se ha englobado bajo el nombre de Mejoramiento de suelos continuando luego con los
otros dos grupos Medidas para evitar la iniciacioacuten del colapso y fundaciones yo
estructuras insensibles a los fenoacutemenos del colapso
112 Mejoramiento de suelos colapsables
Consideraciones previas
El objetivo principal de estas soluciones es eliminar o disminuir apreciablemente la
susceptibilidad al colapso del suelo bien disminuyendo la porosidad del suelo
(compactacioacuten) o bien aumentando la resistencia estructural entre las partiacuteculas del suelo
(meacutetodos fiacutesico-quiacutemicos) Una de las formas de clasificar los meacutetodos de mejoramiento o
estabilizacioacuten ha sido precisamente eacutesta o sea teniendo en cuenta la accioacuten resultante
sobre el suelo (Aitchison1973 Rocca1985) Sin embargo para el desarrollo y explicacioacuten
de los diferentes meacutetodos se ha elegido la clasificacioacuten propuesta por Evstatiev(1988) que
tiene en cuenta el medio usado para realizar la estabilizacioacuten y el objeto de la misma
Evstatiev (1988) propone la siguiente clasificacioacuten de los meacutetodos de estabilizacioacuten de
suelos loeacutessicos la cual puede hacerse extensiva a suelos colapsables
a) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacioacuten
b) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
c) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
d) Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
e) Meacutetodos de mejoramiento que incorporan elementos resistentes a la traccioacuten dentro del
suelo
f) Geomembranas
g) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por drenaje
h) Correccioacuten de taludes y terraplenes
A continuacioacuten siguiendo la clasificacioacuten antes expuesta se desarrollaran aquellas
metodologiacuteas de mejoramientos de suelos colapsables maacutes extendidas Desarrollaacutendose
principalmente los grupos abc y d puesto que incluyen una serie de acciones particulares
frente al fenoacutemeno del colapso En cuanto a los restantes grupos (e f g y h) las teacutecnicas de
mejoramiento del terreno utilizadas persiguen los mismos objetivos buscados en otros tipos
de suelos y en general la teacutecnica empleada es praacutecticamente la misma Por tal motivo y
puesto que se apartan un tanto del objeto de estas notas se estima conveniente no abundar
sobre ellas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacioacuten
Este grupo comprende varias de las metodologiacuteas usadas en suelos colapsables para reducir
los vaciacuteos de modo de eliminar la colapsabilidad reducir la permeabilidad y aumentar la
capacidad de carga Esto se realiza utilizando fuerzas estaacuteticas o dinaacutemicas o bien a traveacutes
de la inyeccioacuten de lechadas
Compactacioacuten dinaacutemica Este meacutetodo es adecuado para compactar mantos de suelos
colapsables superficiales con espesores menores a 350 metros El meacutetodo consiste en dejar
caer en caiacuteda libre desde una altura de 4 a 8 metros pilones de 3 a 8 Tn sobre la superficie
del terreno a razoacuten de 10 a 16 impactos en cada lugar (Abelev y Abelev 1979) El impacto
genera una rotura de la estructura del suelo un aumento de la presioacuten de poros y una
compresioacuten del aire presente en los poros produciendo un reacomodamiento de las
partiacuteculas dando como resultado una estructura maacutes compacta Seguacuten Malyshev et al
(1983) el contenido de humedad del suelo juega un papel importante lograacutendose la maacutexima
eficiencia con un contenido de humedad cercano al Liacutemite Plaacutestico Si el contenido de
humedad es menor a eacuteste es necesario humedecer el espesor de suelo de modo de alcanzar
una mejor eficacia Varios son los factores que controlan los resultados del meacutetodo asiacute por
ejemplo el espesor compactado es funcioacuten principalmente del peso y del diaacutemetro del piloacuten
En tanto el grado de compactacioacuten estaacute controlado por el nuacutemero de impactos y la humedad
del suelo El grado de compactacioacuten no es uniforme a lo largo de todo el espesor
compactado lograacutendose la maacutexima densificacioacuten a 12 a 15 veces el diaacutemetro del piloacuten
Sin embargo se pueden obtener Pesos Unitarios secos superiores a 16 tm3 en espesores de
25 a 35 m lo cual en la mayoriacutea de los casos es suficiente para disminuir o anular la
susceptibilidad al colapso del suelo Una variante a este meacutetodo es realizar la compactacioacuten
solamente en los lugares donde actuacutean las cargas y no en toda el aacuterea de la construccioacuten
Por ejemplo en casos de fundaciones de muros de carga o fundacioacuten de columnas el
mejoramiento del suelo se logra densificando la zona de influencia del bulbo de presiones
o sea la zona donde los incrementos de presioacuten pueden hacer colapsar el suelo
Compactacioacuten por medio de pequentildeos pilotes piramidales En cierta forma este meacutetodo es
una variante del meacutetodo anterior Consiste en hincar un pilote piramidal de 3 a 4 metros de
longitud con una seccioacuten transversal superior de 60 x 60 a 70 x 70 cm y una seccioacuten
transversal inferior de 10 x 10 cm Una vez retirado el pilote la cavidad se rellena con
hormigoacuten Este tipo de metodologiacutea da excelentes resultados en aacutereas en donde existe un
espesor de suelos potencialmente colapsables (no autocolapsables) de 30 o 40 m de
profundidad pero que colapsaraacuten si estaacuten sometidos a los incrementos de carga
transmitidos por las construcciones Una de las ventajas del meacutetodo es la completa
mecanizacioacuten de todas las operaciones Una variante a este meacutetodo consiste en realizar la
hinca sobre una capa de piedra partida dando como resultado un bulbo de suelo
compactado alrededor de la capa de piedra mejorando la capacidad de carga por la punta
del pilote asiacute construido
Compactacioacuten por pilotes de suelo Este es uno de los meacutetodos maacutes usuales para
compactar espesores importantes (18 a 20 m) de suelos loeacutessicos susceptibles al colapso
El procedimiento consta de dos partes primero se realiza la perforacioacuten y segundo se llena
la cavidad con suelo compactado La perforacioacuten se realiza usualmente mediante la hinca
de un pilote metaacutelico con base ensanchada (15 veces) En otra metodologiacutea de reciente uso
la excavacioacuten se hace de la siguiente forma se perfora hasta la profundidad deseada un
hoyo de 8 cm de diaacutemetro dentro del cual se coloca una columna de explosivos que luego
de estallar crea una perforacioacuten de aproximadamente 080 m de diaacutemetro Despueacutes de
efectuada esta perforacioacuten dinaacutemica la cavidad se rellena con suelo local introducido en
tongadas de 100 a 200 Kg que luego son compactadas dinaacutemicamente por medio de un uacutetil
especial Concluidas ambas etapas quedan formadas columnas de suelo compactado con un
diaacutemetro aproximado igual a dos veces el de la perforacioacuten El grado de compactacioacuten va
decreciendo a medida que se aleja del centro de la columna por tal motivo es importante
conocer esta ley de decrecimiento para disentildear correctamente la cuadriacutecula de pilotes de
suelo Al igual que en los otros meacutetodos la eficiencia del sistema aumenta en la medida que
la humedad del suelo natural y compactado se encuentre a una humedad cercana al Limite
Plaacutestico Por tal motivo es usual que previo a la perforacioacuten se realice una humectacioacuten del
espesor de suelos a compactar Las densidades alcanzadas son del orden de 170 a 180
tm3 que son suficientes para evitar el colapso por peso propio y permiten el use del
espesor compactado como manto de fundacioacuten
Compactacioacuten por explosiones de gas Esta relativamente nueva metodologiacutea de
compactar espesores de suelos colapsables consiste en introducir a traveacutes de una lanza de
agua a presioacuten una caacutemara de compresioacuten que contiene una mezcla de gas propano y
oxiacutegeno la cual se va elevando a medida que se producen una serie de explosiones de la
mezcla De este modo se va generando una columna 120 140 m de suelo compactado
(Densidad de 150 tcm3) (Martemyanov et al 1979)
Compactacioacuten por humedecimiento (Hidrocompactacioacuten) En este caso se utiliza la propia
susceptibilidad del suelo a colapsar bajo peso propio El meacutetodo maacutes frecuente de realizar
la humectacioacuten o saturacioacuten del terreno es a traveacutes de infiltracioacuten del agua desde la
superficie del terreno para lo cual se efectuacutean excavaciones poco profundas (040 a 080 m)
o bien se construyen grandes estanques En muchos casos a efectos de acelerar el ingreso
del agua al terreno se construyen dentro del estanque drenes de arena convenientemente
espaciados Este sistema ha sido empleado ampliamente en varias partes del mundo por
ejemplo en EEUU por Gibbs y Bara (1967) y Clevenger (1956) en Rumania por Bally et
al (19651969) en la URSS por Lomize (1968) y Mustafaef (1967) en China por Lin y
Liang (1982) y en Argentina por Moll et al (1979) A pesar de su amplia utilizacioacuten y su
bajo costo el meacutetodo presenta una serie de inconvenientes aparicioacuten de grietas de traccioacuten
en el contorno del aacuterea inundada existencia de importantes deformaciones posteriores al
colapso necesidad de recompactar los 4 oacute 5 primeros metros utilizando otro tipo de
metodologiacutea La efectividad de este meacutetodo se mejora sustancialmente si al mismo se lo
combina con otro meacutetodo de compactacioacuten dinaacutemica
Compactacioacuten por humedecimiento previo y por explosiones profundas Este meacutetodo fue
desarrollado en al Unioacuten Sovieacutetica por Livinov (1976) en la deacutecada de los 60 El espesor de
suelos a compactar es previamente humedecido a traveacutes de un sistema de drenes
(cuadriacutecula de 3 x 3 a 5 x 5 m) Las cargas explosivas (5 a 7 Kg) son colocadas en el fondo
de los mismos drenes o bien en tubos metaacutelicos colocados en perforaciones adicionales La
cuadriacutecula con las cargas es aproximadamente de 4 x 4 m En este procedimiento no es
necesario la completa saturacioacuten del suelo que por ejemplo necesita el meacutetodo anterior
Posterior al humedecimiento se hacen estallar las cargas de toda un aacuterea (2000 a 50000
m2) La explosioacuten generan una onda de choque que hace licuar la estructura del suelo lo
cual permite un reacomodamiento de las partiacuteculas y un crecimiento de la densidad del
suelo En ciertos casos es aconsejable la construccioacuten de trincheras alrededor de la zona a
compactar a efectos de evitar la propagacioacuten de grietas fuera de ella La explosioacuten produce
un importante a inmediato asentamiento de la superficie del terreno Los asentamientos en
general se estabilizan al cabo de 3 oacute 4 semanas Este tipo de meacutetodo es aconsejable cuando
se desea compactar grandes voluacutemenes de suelo particularmente en grandes complejos
industriales o bien en obras hidroeleacutectricas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
En este apartado se incluyen aquellos meacutetodos de estabilizacioacuten consistentes en la mezcla y
posterior compactacioacuten de suelo colapsable con otros materiales (arena gravas) a efectos
de conseguir mayor resistencia y mayor rigidez Este tipo de estabilizacioacuten es de amplio use
en la ingenieriacutea vial en la construccioacuten de bases y de sub-bases
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
Este grupo incluye a aquellas metodologiacuteas en las cuales el mejoramiento de las
propiedades resistentes del suelo se consiguen con la creacioacuten de viacutenculos maacutes soacutelidos y
estables en la estructura del suelo En algunas de ellas la inyeccioacuten de agentes cementantes
provoca la rotura de la estructura original del suelo En otras por el contrario la inyeccioacuten
de agentes quiacutemicos actuan directamente sobre los viacutenculos sin modificar la estructura del
suelo Los meacutetodos se pueden dividir en meacutetodos superficiales y meacutetodos profundos
dependiendo en donde se realice la estabilizacioacuten En los meacutetodos de estabilizacioacuten
superficiales el mejoramiento en general se consigue mediante la mezcla y posterior
compactacioacuten del suelo con agentes quiacutemicos o cementantes tales como cemento cal
emulsiones asfaacutelticas sales (NaCl Nat C03 NaPO3) etc Estos meacutetodos de estabilizacioacuten
son tambieacuten usuales en otros tipos de suelos y son de amplia utilizacioacuten en todo tipo de
obras de ingenieriacutea civil por tal motivo no insistiremos en ellos Por el contrario los
meacutetodos de estabilizacioacuten profunda aunque tambieacuten se han utilizado en otros tipos de
suelos muchos de ellos se han desarrollado y usado especiacuteficamente para eliminar o
disminuir la susceptibilidad al colapso en espesores importantes de suelo A continuacioacuten
se presentan algunos de ellos
Inyecciones de agentes quiacutemicos Las investigaciones y las realizaciones en este tipo de
estabilizaciones se ha desarrollado principalmente en la Unioacuten Sovieacutetica Seguacuten Mitchell
(1981) la razoacuten principal por la cual estos meacutetodos no se han extendido universalmente se
debe principalmente a los altos costos frente a otros tipos de estabilizaciones Sin embargo
Esvtatiev (1988) da cuenta de la existencia en la URSS de maacutes de 800 proyectos en donde
se han utilizado satisfactoriamente p ej el meacutetodo de silicatizacioacuten) Esto ha permitido un
continuo mejoramiento de la tecnologiacutea una reduccioacuten de los costos y una abundante
normativa en la regulacioacuten de su uso El agente quiacutemico maacutes utilizado por su bajo costo
frente a otros agentes quiacutemicos es el Silicato de Sodio El meacutetodo consiste en inyectar en
todo el espesor de suelo a tratar una solucioacuten de silicato de sodio (Densidad = 1 10 a 1 04
gcm3) a traveacutes de un tubo inyector de 42 mm de diaacutemetro con perforaciones de 3 mm
protegidas por un manguito de goma La inyeccioacuten se realiza a una presioacuten de 20 a 40
Kgcm2 y una descarga de 48 litros por minuto (Zvyagin et al 1978) La silicatizacioacuten del
suelo es soacutelo posible en un medio fuertemente alcalino Seguacuten Sokolovic (1973) se logra
una mejor eficiencia mediante una pre y post gasificacioacuten con carbonato de calcio Luego
de la inyeccioacuten tres son los cambios que se observan en el suelo un aumento significativo
de la resistencia a la compresioacuten (superior a 20 Kgcm2 ) una eliminacioacuten de la
susceptibilidad al colapso y una disminucioacuten de la permeabilidad Otro de los tratamientos
con agentes quiacutemicos es la inyeccioacuten de amoniacuteaco La mejora en el suelo es inferior al
tratamiento por silicatizacioacuten ademaacutes presenta la desventaja de ser un elemento toacutexico y su
utilizacioacuten requiere medidas especiales de proteccioacuten (Sokolovic 1973)
Estabilizacioacuten teacutermica Esta teacutecnica comenzoacute a desarroIlarse en la URSS en la deacutecada de
los antildeos 50 y ha sido utilizada exitosamente en un importante nuacutemero de emprendimientos
Seguacuten Esvtatiev (1988) la aplicacioacuten de este meacutetodo es teacutecnica y econoacutemicamente
aconsejable en los siguientes casos a) en la estabilizacioacuten de fundaciones existentes de
estructuras altas como chimeneas tanques de agua b) en la paralizacioacuten de los
asentamientos en construcciones existentes provocados por el colapso del suelo Las
propiedades de los minerales arcillosos cambian cuando eacutestos son sometidos a altas
temperaturas lo cual genera un aumento importante de la resistencia y por ende la
eliminacioacuten de la susceptibilidad al colapso del suelo La tecnologiacutea ha ido variando y
mejorando su eficiencia a lo largo de estas deacutecadas No obstante la variedad de meacutetodos
casi todos ellos consisten en la introduccioacuten de un quemador de fuel o gas dentro de un pre
pozo de 020 metros de diaacutemetro con una presioacuten de aire de 20 a 30 Kgcm2 De esta
forma al cabo de 10 a 15 diacuteas se consigue una columna estabilizada de suelo de 20 a 30
metros y una profundidad de 10 a 15 metros (Beles y Stanculescu 1958)
Estabilizacioacuten mediante mezclado mecaacutenico con agentes cementantes El objetivo de este
tipo de estabiacutelizacioacuten es la creacioacuten de columnas o pilotes de suelo con alta resistencia y
rigidez que permitan la transferencia de las cargas a mantos maacutes profundos y estables
Varios son los meacutetodos constructivos que pueden agruparse dentro de este grupo Los
subdividiremos en los siguientes subgrupos dependiendo del lugar en donde se realiza la
mezcla del suelo con el agente cementante
1 La mezcla del suelo y el agente cementante se realiza en superficie En este caso la
excavacioacuten se puede realizar bien utilizando la teacutecnica constructiva empleada en los pilotes
de suelo (hinca) o bien usar teacutecnicas usuales de perforacioacuten La mezcla deiexcl suelo con el
agente cementante (preferentemente Cemento Portland) puede ser fluida (suelo cemento
plaacutestico) a introducirse dentro de la excavacioacuten en forma de pastones o bien mezclar el
suelo y elcemento con porcentaje de humedad oacuteptimo a introducirlos en la perforacioacuten en
tongadas (100 a 200 Kg) las cuales posteriormente son compactadas dentro de la misma
excavacioacuten Por lo tanto existen cuatro variantes seguacuten sea el tipo de excavacioacuten y el tipo
de mezcla
2 La mezcla del suelo y el cemento se realiza en el mismo proceso de perforacioacuten En este
caso la mezcla del agente cementante se realiza con el propio suelo La mezcla puede
realizarse mediante uacutetiles especiales que van mezclando el suelo con una lechada de
cemento o bien usar la teacutecnica del jet grouting mediante un chorro de lechada a alta presioacuten
Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
Este tipo de estabilizacioacuten se realiza principalmente en terrenos con suelos potencialmente
colapsables en los cuales la presencia de cargas adicionales en superficie puede generar
asentamientos adicionales ante un incremento de la humedad del suelo Asiacute una parte del
suelo colapsable superficial ubicado directamente debajo de las fundaciones es excavado
extraiacutedo y reemplazado por otro material maacutes competente Los materiales generalmente
utilizados son los siguientes el mismo suelo extraiacutedo compactado y eventualmente
estabilizado granulomeacutetricamente arena compactada o suelo cemento compactado La
eleccioacuten del tipo de material estaacute condicionado generalmente por variables teacutecnico
econoacutemicas Los espesores de estos mantos son variables (1 a 4 m) dependiendo del tipo de
cargas y de las caracteriacutesticas del proyecto Por ejemplo en algunos proyectos los
condicionantes pueden ser los asentamientos diferenciales (edificios) en cambio en otros
(canales) no soacutelo importa disminuir la probabilidad que se produzca el colapso sino
tambieacuten lograr una capa de suelo maacutes impermeable Este tipo de metodologiacutea ha sido
utilizada con eacutexito en numerosos paiacuteses y en innumerables tipos de obras Tambieacuten es
frecuente el empleo de esta metodologiacutea en forma conjunta con otro tipo de estabilizacioacuten
profunda cuando se presentan mantos de suelos colapsables profundos y con espesores
muy dispares
113 Medidas conducentes a evitar la iniciacioacuten del colapso
Arriba se sentildealaron los tipos de humedecimientos que seguacuten Goldstein (1969) pueden
presentarse en una masa de suelo
a) humedecimiento localizado por rotura de conducciones hidraacuteulicas o infiltraciones de
aguas de lluvia
b) humedecimiento extenso causado por roturas de canales o efluentes industriales
c) ascenso del nivel freaacutetico
d) aumento gradual y lento del contenido de humedad por condensacioacuten del vapor de agua
provocados por condiciones ambientales
Muchos de estos tipos de humedecimientos pueden ser prevenidos principalmente los
primeros pues en general eacutestos son debidos a fallas o roturas de las instalaciones de la
misma construccioacuten En cambio los otros tipos de humedecimientos estaacuten condicionados
por factores externos al proyecto como por ejemplo puede ser el ascenso del nivel freaacutetico
o la rotura de un canal cercano y ajeno al proyecto La accioacuten del proyectista debe estar
encaminada principalmente a impedir dentro de los liacutemites del proyecto la generacioacuten de
estos humedecimientos provocados por elementos de la propia construccioacuten Robinson y
Narkiewicz (1982) sugieren las siguientes medidas de proteccioacuten contra el humedecimiento
de edificios
a) Pendientes adecuadas en la superficie del terreno que rodea a la construccioacuten de modo
que no se produzcan embalsamientos de agua en las cercaniacuteas de las fundaciones y que
cualquier peacuterdida de agua pueda ser eliminada con rapidez
b) Canalizacioacuten de todos los desaguumles de techos y patios hacia el exterior de la
construccioacuten
c) Instalacioacuten de membranas impermeables o pavimentacioacuten de la superase que rodea a la
construccioacuten de modo de limitar la infiltracioacuten de agua en el suelo adyacente a las
construcciones
d) Encerrar las conducciones de agua o efluentes cloacales dentro de conductos de faacutecil
acceso a efectos de detectar posibles peacuterdidas
Algunas de estas medidas requieren una serie de medidas de control y mantenimiento
durante la vida uacutetil de la obra de manera que perioacutedicamente se realicen inspecciones a las
instalaciones y puedan detectarse peacuterdidas o dantildeos en las mismas Tambieacuten es aconsejable
que los propietarios de la obra conozcan perfectamente los riegos a que estaacute expuesta la
misma de modo que su actividad yo descuidos no inicie procesos de humedecimiento del
terreno
Las medidas de proteccioacuten en otros tipos de obras civiles (canales o caminos) tienen la
misma filosofiacutea es decir elementos de proteccioacuten que impidan o dificulten la entrada del
agua en el terreno de fundacioacuten Asiacute por ejemplo en las obras lineales se debe prestar una
especial atencioacuten al disentildeo del sistema de alcantarillado y de desaguumles En algunos casos
estas obras suelen seguir parcialmente las curvas de nivel del terreno convirtieacutendose en
verdaderas presas que impiden el natural escurrimiento de las aguas provocando la
acumulacioacuten de agua en su entorno lo que genera un humedecimiento generalizado del
terreno de fundacioacuten con los consecuentes dantildeos en la obra
Es frecuente que en ciertos tipos de obras como viviendas unifamiliares de una planta o
incluso caminos y canales las uacutenicas medidas a adoptar sean las presentadas en este
apartado ya que la utilizacioacuten de teacutecnicas de mejoramiento o fundaciones profundas
resultan prohibitivas En realidad la mayoriacutea de las obras aludidas se construyen admitiendo
el riesgo de un posible colapso del terreno El buen comportamiento que han tenido la
mayoriacutea de ellas se debe fundamentalmente a que no se ha producido ninguacuten tipo de
humedecimiento En contraste los dantildeos son serios en aquellas obras que los han sufrido
Por todo ello es un deber de los investigadores a ingenieros buscar nuevas soluciones
econoacutemicas que permitan disminuir los riesgos y por ende los dantildeos en este tipo de obras
Uno de los caminos en tal sentido es el estudio de estructuras que absorban o minimicen
los posibles asentamientos diferenciales provocados por el humedecimiento localizado del
suelo sin un aumento excesivo de los costos
114 Estructuras yo fundaciones que admiten y resisten los fenoacutemenos provocados
por el colapso
El anaacutelisis de este apartado se centraraacute principalmente en el estudio de las fundaciones
superficiales en suelos potencialmente colapsables ya que el otro gran grupo de soluciones
fundaciones profundas mediante pilotes seraacute objeto de un examen detallado en los
apartados siguientes
La lista de estructuras que se asientan directamente sobre mantos de suelos potencialmente
colapsables es amplia entre ellas pueden sentildealarse viviendas unifamiliares construcciones
transitorias galpones ductos enterrados canales caminos etc
Las fundaciones directas sobre suelos colapsables pueden ser divididas en dos grupos
a) Fundaciones riacutegidas utilizadas principalmente en estructuras livianas y con cargas
puntuales por ejemplo torres de liacuteneas de alta tensioacuten columnas de naves industriales o
depoacutesitos En general este tipo de estructuras tienen algunos rasgos comunes como son por
ejemplo cargas verticales bajas cargas horizontales importantes y en general suelen
aceptar asentamientos admisibles mayores
b) Fundaciones de baja rigidez longitudinal en este caso se trata de estructuras con cargas
lineales (muros de carga canales etc) con baja rigidez en el sentido de las cargas Este tipo
de estructuras son sensibles a humedecimientos localizados del terreno que generan
asientos diferenciales importantes En general las medidas que suelen tomarse para
disminuir los efectos de los asientos diferenciales son las siguientes disentildeo de elementos
que rigidicen la estructura (Clemence Y Finbarr 1981) y el disentildeo de elementos
constructivos que eviten
RECAPITULACIOacuteN
Definido el concepto de colapso el estudio se ha enfocado al anaacutelisis de los suelos
colapsables por humedecimiento En esta clase particular de suelos metaestables el agente
externo que desencadena el fenoacutemeno de colapso es el agua En estos suelos un incremento
de humedad puede provocar una disminucioacuten o anulacioacuten de las fuerzas que vinculan unas
partiacuteculas con otras y por lo tanto cambiar el estado de equilibrio en la estructura del suelo
El colapso de la estructura del suelo depende fundamentalmente de dos causas a) de la
importancia de los cambios provoca dos por el agua en los viacutenculos existentes entre las
partiacuteculas y b) del estado tensional en los viacutenculos O sea para que se produzca el colapso
es necesario un agente sensibilizante y un estado tensional capaz de provocar la des-
estabilizacioacuten de la estructura del suelo
Por este motivo los meacutetodos que mejor reflejan la susceptibilidad al colapso de un suelo
son aquellos basados en ensayos mecaacutenicos donde ambos factores estaacuten presentes
La gran subdivisioacuten que se hace a los suelos colapsables parte precisamente de verificar
coacutemo es el comportamiento del suelo en su estado tensional original o bajo su propio
peso Si se produce el colapso bajo este estado se indica que el suelo es verdaderamente
colapsable o autocolapsable en cambio si el fenoacutemeno no se produce se sentildeala que el
suelo es candicionalmente colapsable o colapsable bajo carga
En este contexto diversos investigadores introducen el concepto (tambieacuten tensional) de
Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) o Presioacuten de Fluencia Saturada (σf) como aquella
presioacuten a la cual se produce el colapso Desde un punto de vista teoacuterico esta presioacuten deberiacutea
ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero desde un punto de vista praacutectico se
asume que una pequentildea magnitud del colapso es permisible Por ejemplo las normas
Sovieacuteticas Lo toman igual al 100 las Chinas igual al 150 En cambio en Argentina se
utiliza maacutes la Presioacuten de Fluencia Saturada que se obtiene de forma similar a la Presioacuten de
Preconsolidacioacuten No obstante esta diferencia metodoloacutegica en ambos casos el concepto es
el mismo
Con respecto a las metodologiacuteas usadas para establecer la susceptibilidad al colapso de un
suelo o de un perfil de suelo han sido analizadas las que utilizan el concepto de Presioacuten
Inicial de Colapso y la magnitud del colapso Esta seleccioacuten se realizoacute fundamentalmente
por las siguientes causas primero porque se hacen en base a ensayos mecaacutenicos donde
intervienen el agente externo (el agua) y el estado tensional del suelo y segundo porque
permiten establecer ya sea a traveacutes de un perfil de colapsabilidad o la magnitud del
colapso coacutemo seraacute realmente el comportamiento del terreno ante las solicitaciones
producidas por la obra de ingenieriacutea
Los perfiles de colapsabilidad relacionan en profundidad el peso propio de las tierras con
la Presioacuten Inicial de Colapso esto permite determinar el espesor de suelos autocolapsables
o el espesor de los suelos que colapsaraacuten si ademaacutes del humedecimiento se aumenta el
estado tensional Estos perfiles son de gran ayuda al proyectista de fundaciones en suelos
colapsables dado que le permiten conocer en forma global la magnitud del problema al que
estaacute enfrentado No obstante su utilidad no termina alliacute sino que por el contrario estos
perfiles le permiten tomar decisiones sobre cuaacuteles son las soluciones ingenieriles maacutes
convenientes del proyecto Pues con su ayuda se podraacute seleccionar el meacutetodo de
mejoramiento del terreno la cota de fundacioacuten de una fundacioacuten profunda la magnitud de
la carga por rozamiento negativo etc
La determinacioacuten de la magnitud del colapso de un perfil de suelo usada como
metodologiacutea de clasificacioacuten tambieacuten es de utilidad en el disentildeo de construccioacuten de obras
de ingenieriacutea en suelos colapsables Sobre todo en la caracterizacioacuten del terreno de grandes
aacutereas ya sea en obras lineales (canales caminos etc) o puntuales (complejos fabriles obras
hidraacuteulicas etc) dado que cada perfil de suelo estaacute caracterizado por un paraacutemetro lo cual
permite el manejo de un nuacutemero importante de informacioacuten Obviamente esta metodologiacutea
tambieacuten es de gran use en cualquier tipo de obras independientemente de su tamantildeo a
importancia
En un abundante nuacutemero de proyectos no es suficiente haber realizado una caracterizacioacuten
o clasificacioacuten del terreno sino que es necesario determinar la magnitud de los
asentamientos que pueden producirse en las obras Los asentamientos por colapso depende
baacutesicamente de dos tipos de factores intriacutensecos y extriacutensecos
Se sentildealan como intriacutensecos aquellos factores propios del suelo como son sus propiedades
fiacutesicas y mecaacutenicas El comportamiento del suelo dependeraacute del tipo de estructura o la
forma en que estaacuten ordenadas las partiacuteculas del grado de compacidad del tipo de viacutenculos
que unen grano con grano etc Estos factores en general no se encuentran
homogeacuteneamente distribuidos por lo cual los paraacutemetros que definen sus propiedades
tenso-deformacionales pueden sufrir variaciones locales importantes
Los factores externos que influyen en la magnitud de los asentamientos son dos el aacuterea
inundada y el estado tensional Estos dos factores influyen considerablemente en la
magnitud de los asentamientos por colapso y por tal motivo deben ser analizados
especiacuteficamente en los caacutelculos Respecto al primero de los factores a pesar que se han
realizado importantes trabajos teoacutericos la informacioacuten experimental indica que todaviacutea
existe cierta indeterminacioacuten en su estimacioacuten Por tal motivo la influencia del aacuterea
inundada en la magnitud de los asentamientos se limita a realizar correcciones de tipo
empiacuterico En cuanto a la influencia que el estado tensional tiene en los asentamientos las
investigaciones se han centrado especialmente en el estudio de cargas externas (zapatas) en
la superficie del terreno
ENSAYOS ldquoin siturdquo Perforacioacuten y muestreoEnsayos ldquoin siturdquo
o Ensayo de penetracioacuten estandar (SPT)o Ensayo de penetracioacuten de cono (CPT + CPTu)o Dilatoacutemetro de placa plana (DMT)o Presuroacutemetro (PMT)o Corte en veleta (VST)10487131048713 Meacutetodos geofiacutesicoso Ondas siacutesmicas (P- S- R-waves)o Electromagneacuteticas (radar resistividad)
EQUIPOS AUTOPROPULSADOS
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)1048713El ensayo ldquoin siturdquo maacutes comuacuten en el mundo10487131902 - Coronel Gow de Raymond Pile Co1048713 Muestreador ciliacutendrico partido1048713 Norma ASTM D 15861048713 Martillo (140-lbs cae 30 pulgadas) (635-kg cae 076 metros)1048713 Tres incrementos de 6 pulgadas Suma de los dos uacuteltimos incrementos = N (golpespieacute)
Se obtiene suelo y
un nuacutemero
Muestra alterada
(Solo para
caraterizacioacuten)
Nuacutemero muy crudo
para el anaacutelisis
No aplicable en
Ventajas
arcillas blandas y
Limos
Variabilidad e
incertidumbre
se obtiene un nuacutemero
Sencillo y de bajo
Costo
Funciona en muchos
tipos de suelo
Se puede utilizar en
rocas blandas
Disponible
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Estos suelos en condiciones de no saturacioacuten o saturacioacuten parcial presentan continuamente un reacomodo radical de las partiacuteculas y una gran peacuterdida de volumen por remojo osea al entrar al estado de saturacioacuten completa La existencia de estos suelos en el mundo y las dificultades ocasionadas a las edificaciones cimentadas sobre ellos han sido reconocidos ampliamente Los depoacutesitos maacutes extensos de suelos colapsables son eoacutelicos o depoacutesitos transportados de arena y limos (loess)Se puenden encontrar comuacutenmente en las maacutergenes fluviales
Desventajas
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Depoacutesitos eoacutelicos Estos depoacutesitos consisten en materiales transportados por el viento el cual forma dunas depoacutesitos tipo loess playas eoacutelicas y grandes depoacutesitos de ceniza volcaacutenica
Depoacutesitos transportados por agua Consisten principalmente de depoacutesitos de sedimentos sueltos a carreados por el agua los cuales forman abanicos fluviales y flujos deslizantes Estos materiales pueden ser depositados por una avenida repentina o flujo de lodo derivado de pequentildeas cuencas colectoras sujetas a aguaceros poco frecuentes
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Suelos residuales Estos suelos son producto del intemperismo y la
desintegracioacuten y alteracioacuten mecaacutenica de rocas madres Las partiacuteculas de
material residual pueden variar de tamantildeo de grandes fragmentos de
gravas a arenas limos coloides y en algunos casos material orgaacutenico
La estructura del grano colapsable se ha desarrollado como producto de
la accioacuten disolvente sobre el material soluble y coloidal La lixiviacioacuten del
material soluble y del material fino conduce a una alta relacioacuten de vaciacuteos
y a una estructura inestable Otro tipo de suelo que muestra colapso al
remojo son aquellos derivados de tufo volcaacutenico
sulfato de calcio arenas sueltas cementadas por sal soluble arcillas
dispersivas y arcillas montmorilloniacuteticas ricas en sodio
CAUSAS QUE GENERARIacuteAN DICHO COMPORTAMIENTO- Estructura parcialmente saturada potencialmente inestable- Una componente de esfuerzo aplicado o existente lo suficientemente alta para desarrollar una condicioacuten metaestable- Un ligante resistente o un agente cementante para estabilizar contactos intergranulares el cual se reduce por remojo ocasionando el colapso La mayoriacutea de suelos colapsables involucra la accioacuten de partiacuteculas arcillosas en los enlaces entre los granos gruesos de arena-Agentes cementantes tales como oacutexido de hierro carbonato de calcio o la soldadura de granos en contacto proporcionan esfuerzos resistentes para muchos suelos colapsables La accioacuten de este cementante es frecuentemente el agente principal de colapso en loess El grado al cual el agente cementante pierde su efectividad depende del grado de contaminacioacuten del ingreso del agua y del grado de disolucioacuten del agente cementante involucrado
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
CONSOLIDOacuteMETRO PARA ENSAYO DE COLAPSO
Se procede a cortar el suelo de acuerdo con las dimensiones del anillo
del ensayo de consolidacioacuten unidimensional Determinar sus
propiedades fiacutesicas tales como humedad natural peso volumen
gravedad especiacutefica de soacutelidos liacutemites de consistencia distribucioacuten
granulomeacutetrica seguacuten las normas
Se instala la muestra en el anillo del consolidoacutemetro despueacutes de haber
determinado el peso inicial de la masa huacutemeda y altura de la muestra y
fijar el conjunto anillo-muestra en el consolidoacutemetro Aplicar una carga
de contacto 005 kgcm2 (5 Kpa) despueacutes de 5 min tomar lectura del
deformiacutemetro aplicar incrementos de carga a cada hora hasta que se
aplique la presioacuten vertical apropiada Los incrementos de carga seraacuten
012 025 050 100 200 etc Kgcm2 (12 25 50 100 200 etc) o
cargas de acuerdo al meacutetodo de ensayo ASTM D2435 registrar la
deformacioacuten antes de incrementar una nueva carga
Determinacioacuten del potencial de colapso
donde
di = lectura del dial con el esfuerzo adecuado antes de la saturacioacuten (mm)
df = lectura del dial bajo el esfuerzo adecuado despueacutes del humedecimiento (mm)
ho = altura inicial de la muestra (mm)
Tmbieacuten se puede evalua en teacuterminos de relacioacuten de vaciacuteos
dondeΔe = cambio de relacioacuten de vaciacuteos bajo el esfuerzo adecuado antes y despueacutes de la inundacioacuteneo = relacioacuten de vaciacuteo inicialLa evaluacioacuten de un suelo colapsable seraacute de acuerdo a la siguiente tablaCon todo lo epxlicado concluimos que el colapso de los suelos es la disminucioacuten moderada de volumen cuando estaacute con bajo contenido de humedad y una gran peacuterdida cuando estaacute sumergido y la magnitud de asentamiento depende del contenido de humedad del suelo En estado sumergido y bajo la aplicacioacuten de cargas verticales los suelos colapsables presentan un mayor asentamiento Los suelos colapsables existen en todo el mundo principalmente en la regiones aacuteridas y semiaacuteridas nuevamente comentando que los depoacutesitos eoacutelicos coluviales residuales tubos volcaacutenicos etc son suelos que pueden ser colapsables
Definicioacuten de colapso Se definen como colapso a cualquier disminucioacuten raacutepida de volumen del suelo producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factoresbull Contenido de humedad (w) bull Grado de saturacioacuten (Sr) bull Tensioacuten media actuante (τ) bull Tensioacuten de corte (σ) bull Presioacuten de poros (u)
TIPOS DE SUELOS COLAPSABLESLos tipos de suelos colapsables son
- Suelos aluviales y coluviales ndash Depositados en ambientes Semi-deseacuterticos por flujos maacutes o menos torrenciales- Suelos eoacutelicos ndash Depositados por el viento son arenas y limos arenosos con escaso cemento arcilloso en una estructura suelta o inestable
- Cenizas volcaacutenicas ndash Provenientes de cenizas arrojadas al aire por actividad volcaacutenica explosiva- Suelos residuales ndash Derivados de la descomposicioacuten in ndash situ de minerales de ciertas rocas son luego lixiviados por el agua y pierden su cemento
CONSECUENCIAS EN CIMENTACIONES
Patologiacuteas en cimentaciones Posibles causas
Introduccioacuten
De todos los posibles tipos de patologiacutea que puede sufrir la edificacioacuten las estadiacutesticas demuestran que son las patologiacuteas ligadas a las cimentaciones las que mayores costes globales conllevan Ademaacutes tienen gran repercusioacuten social lo que las hace maacutes notorias por la complejidad propia de su reparacioacuten porque suponen una fuerte alteracioacuten y hasta interrupcioacuten del uso del inmueble y porque suelen involucrar a colindantes e incluso poderes puacuteblicos Urge como en ninguacuten otro caso determinar las causas y cuanto antes dar una solucioacuten al problema
Causas intriacutensecas de fallos de cimentacioacuten
Se agrupan aquiacute los fallos de cimentacioacuten consecuencia de la interaccioacuten entre el terreno y la propia cimentacioacuten de la construccioacuten afectada
Defectos de proyecto
Son errores de concepcioacuten de disentildeo o caacutelculo del proyecto Son errores previsibles por lo que si se tienen en cuenta en el disentildeo y caacutelculo de la edificacioacuten el riesgo de que provoquen dantildeos se minimizaEnumeramos aquiacute no todas pero siacute algunas de las posibles causas de problemas derivadas del proyectobull Falta de capacidad de carga cimentacioacuten insuficiente o capacidad
de carga del suelo insuficientebull Esfuerzos no contemplados por ej por olvido de algunas
sobrecargas de explotacioacutenbull Conocimiento insuficiente del suelo Lo que deriva en la ignorancia
de riesgos especiales geoteacutecnicos Las causas pueden ser escasez de reconocimientos previos del terreno mala interpretacioacuten de los mismos no consideracioacuten de los fenoacutemenos de agresividad etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Cobra importancia en terrenos con especiales caracteriacutesticas
Arcillas expansivas
Suelos colapsables
Rellenos antroacutepicos
Suelos blandos naturales
Infravaloracioacuten del riesgo geoteacutecnico conocido eacuteste Casos asiacute pueden ser desprecio de los efectos que produce la falta de homogeneidad de un suelo o las distintas profundidades de aparicioacuten de la roca en planta desprecio de los efectos de la potencial expansividad o de posible subpresioacuten o fenoacutemenos de subsidencias procesos de disolucioacuten etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONESbull Defectos en la evaluacioacuten del terreno asientos calculados no
tolerables por la estructura esfuerzos paraacutesitos en pilotes (olvido del efecto de asiento de terrenos flojos o rellenos recientes) etc
bull Efecto grupo en pilotes defectuosa estimacioacuten del efecto grupo en pilotes flotantes no consideracioacuten de los esfuerzos laterales o del rozamiento negativo etc
bull Ausencia de consideracioacuten del bulbo de tensiones de la cimentacioacuten propia y su alcance Pero tambieacuten de cimentaciones colindantes que podriacutean suponer una carga oblicua sobre nuestra cimentacioacuten habraacute que considerarla en caacutelculo y prever un proceso constructivo adecuado (no vayamos a provocar dantildeos a otras edificaciones)
bull Ignorancia de las condiciones de contorno es decir no consideracioacuten de las condiciones del entorno de la estructura
proyectada posibles socavaciones arrastres descalces agotamientos rebajamientos de nivel freaacutetico etc
bull Heterogeneidades distribucioacuten irregular de las cargas o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentacioacuten
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Defectos de ejecucioacuten
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecucioacuten de eacutestos Los defectos de ejecucioacuten normalmente responden a un deficiente Control de Calidad Por tanto en principio son evitablesAlgunos errores de ejecucioacuten podriacutean serbull Apreciacioacuten erroacutenea de los estratos resistentes confundidos con
capas de poco espesor bolos erraacuteticos etcbull Errores de replanteo bull Mala calidad de los materiales en especial hormigones Deterioro
de zapatas losas o muros por escasa calidad de los materiales grietas de retraccioacuten por mala dosificacioacuten del hormigoacuten materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto etc
bull Degradacioacuten del material suele ir unido al anterior hormigoacuten no resistente a la agresividad del terreno recubrimientos insuficientes madera metal etc
bullCAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Lavado del hormigoacuten en cimentaciones superficiales o profundas colocado en presencia de aguas en movimiento
Errores en la colocacioacuten de armaduras confusioacuten de diaacutemetros de armado ausencia de separadores etc
Problemas de fraguado unidos a errores de vertido de dosificacioacuten de curado
Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio cortadas lavadas) o de baja calidad y excesiva carga portante de caacutelculo
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
4 MECANISMO DEL COLAPSO
A continuacioacuten se analizaraacuten los diferentes mecanismos de colapso para distintas
estructuras de suelos para lo cual se seguiraacute principalmente el trabajo de Dudley (1970)
Las siguientes condiciones generales son las que establece Dudley para que ocurra el
colapso
1 La estructura del suelo deberaacute tener ciertas caracteriacutesticas de modo tal que se tienda a la
ocurrencia de dicho fenoacutemeno
2 Las partiacuteculas estaraacuten unidas entre siacute por fuerzas o materiales cementantes que son
susceptibles -tanto unas como otros- pueden ser anulados o reducidos cuando aumenta el
contenido de humedad del suelo
3 Cuando este soporte es reducido o anulado las partiacuteculas del suelo deslizan o ruedan por
una peacuterdida de la resistencia al corte
Los suelos granulares como las arenas y las gravas presentan un tipo de estructura simple
tambieacuten ampliable a los limos En ella las uniones entre granos son contactos reales
debidos a fuerzas gravitacionales fuerzas exteriores o capilares Estas uacuteltimas tienen un
caraacutecter temporal ya que dependen del grado de saturacioacuten que posea el suelo La humedad
del suelo puede variar entre el estado saturado y el seco del mismo modo las tensiones
capilares seraacuten variables con el contenido de humedad y desapareceraacuten tanto al saturarse
como al secarse el suelo
Seguacuten puede verse en la forma que toman los meniscos hace que el agua esteacute traccionada y
por lo tanto la presioacuten de poros sea negativa Esto origina un aumento de la presioacuten efectiva
que une un grano con el otro Este aumento de la presioacuten efectiva origina un aumento en la
resistencia por lo cual los granos opondraacuten una mayor resistencia al deslizamiento
Si en este estado el suelo se satura la presioacuten efectiva disminuiraacute y con ella la resistencia
al corte pudiendo provocar un deslizamiento relativo entre los granos de suelo
Cuando la estructura es macroporosa este deslizamiento entre granos se manifiesta en una
importante disminucioacuten de volumen
Este tipo de mecanismo de colapso o desmoronamiento puede ampliarse tambieacuten para
aquellas arenas en las que sus viacutenculos estaacuten formados por partiacuteculas de limos
Cada partiacutecula de arcilla posee una carga neta negativa que se equilibra con los cationes de
la doble capa que la rodea Dos partiacuteculas se repeleraacuten entre siacute cuando entran en contacto
sus dobles capas A medida que se trate de acercarlas esta fuerza de repulsioacuten aumentaraacute
Ademaacutes de esta fuerza de repulsioacuten existe una fuerza de atraccioacuten entre las partiacuteculas
debidas a las fuerzas de Van der Waals o fuerzas de enlace secundario esta fuerza tambieacuten
es funcioacuten de la distancia entre las partiacuteculas Por lo tanto las partiacuteculas se atraeraacuten o
repeleraacuten en funcioacuten de la resultante de estas dos fuerzas
Las fuerzas de repulsioacuten son dependientes de las caracteriacutesticas del sistema (espesor de la
doble capa) no asiacute las fuerzas de atraccioacuten que en general son independientes de eacutel Las
partiacuteculas podraacuten alejarse o acercarse modificando las caracteriacutesticas del medio y por ende
el espesor de las dobles capas El proceso de acercamiento de una partiacutecula con otra se
denomina floculacioacuten y al proceso de alejamiento de una partiacutecula respecto a otra
dispersioacuten
Lambe y Whitman (1969) indican que se provoca una tendencia a la floculacioacuten
aumentando una o varias de las siguientes caracteriacutesticas
- Concentracioacuten de iones Valencia ioacutenica
- Temperatura o disminuyendo una o maacutes de las siguientes
- Constante dieleacutectrica
- Tamantildeo del ioacuten hidratado
- Absorcioacuten de aniones
- pH
Durante un proceso de saturacioacuten ademaacutes de una disminucioacuten de las fuerzas capilares hay
una disminucioacuten en la concentracioacuten de iones y por lo tanto un proceso de dispersioacuten
Partiacuteculas que antes estaban unidas por fuerzas de atraccioacuten comienzan a repelerse y
adquirir una estructura dispersa y probablemente menos resistente
Esta es una manera bastante simple de explicar un mecanismo mucho maacutes complejo en el
que pueden intervenir ademaacutes de los nombrados otros factores Sin embargo se advierte
coacutemo una estructura estable puede ser modificada cuando entra en juego un agente
externo que desestabiliza y modifica los viacutenculos que primariamente le conferiacutean una
resistencia aparente
En cualquiera de los tipos de estructuras antes descritas los viacutenculos entre partiacuteculas
pueden estar impregnados de un agente cementante que confiere una resistencia cohesiva
adicional al deslizamiento de un grano respecto a otro
Tambieacuten esta cohesioacuten puede tener un caraacutecter temporal semejante al de las fuerzas
capilares
La peacuterdida de esta resistencia dependeraacute tanto de las caracteriacutesticas del agente cementante
como de las del fluido Asiacute si la cementacioacuten deriva de sales cristalizadas la peacuterdida de
resistencia seraacute funcioacuten del grado de solubilidad de estas sales
Finalmente cualquiera sea el tipo de estructura de suelo que se esteacute considerando siempre
es posible hablar de viacutenculos o fuerzas que unen o ligan una partiacutecula a otra En unos casos
las partiacuteculas estaacuten en contacto directo entre siacute (partiacutecula-partiacutecula) unidas por fuerzas
externas o capilares y en otros casos estas tuerzas o viacutenculos pueden tener caraacutecter
fiacutesicoquiacutemico o eleacutectrico a incluso no existir contacto directo entre las partiacuteculas
Si la estructura del suelo se encuentra en estado de equilibrio y un agente externo -
cualquiera- provoca una disminucioacuten o anulacioacuten de las fuerzas que vinculan unas
partiacuteculas con otras puede suceder que el suelo pase a un nuevo estado de equilibrio
Este proceso entre dos estados de equilibrio puede provocar o no un cambio de la
estructura del suelo dependiendo de
1048713 La magnitud de los cambios provocados en los viacutenculos yo fuerzas por el agente
externo
1048713 Estado tensional existente en los viacutenculos
Si los cambios provocados por el agente externo en las caracteriacutesticas de los viacutenculos no
son suficientes como para movilizar un cambio de estructura eacutesta permaneceraacute inalterada
Sin embargo la condicioacuten de equilibrio puede haber variado dado que de alguna forma el
agente ha sensibilizado al suelo
En cambio si el estado tensional en los contactos es superior a la resistencia que tienen
eacutestos durante el proceso las partiacuteculas cambiaraacuten de posicioacuten produciendo un cambio de
estructura y pasando a un nuevo estado de equilibrio
Un ejemplo de ello puede observarse en en la cual se han dibujado dos ensayos
edomeacutetricos de un mismo estrato La muestra A fue cargada hasta una presioacuten de 200
kgcm2 a humedad natural (w= 144) siendo posteriormente inundada a esa presioacuten
Durante este proceso se observa un importante cambio volumeacutetrico La muestra B fue
inundada a una presioacuten de 010 Kgcm2 no observaacutendose ninguacuten cambio volumeacutetrico
durante el proceso de saturacioacuten Posteriormente se continuoacute el ensayo edomeacutetrico en
forma habitual hasta una presioacuten de 200 kgcm2
Al no advertirse cambios volumeacutetricos durante el proceso de saturacioacuten puede inferirse que
tampoco se han inducido cambios en la estructura del suelo pero es indudable que
efectivamente se ha generado una notable disminucioacuten en la resistencia de los viacutenculos
dado que al aumentar el estado tensional el comportamiento del suelo varioacute radicalmente
del que se observoacute durante el proceso de carga a humedad natural en la muestra A
Esto tambieacuten queda reflejado en las curvas de La primera de ellas corresponde a la
variacioacuten de las deformaciones verticales en funcioacuten del tiempo cuando la muestra A fue
saturada a una presioacuten axial de 200 kgcm2 en tanto la segunda corresponde al salto de
carga de 100-200 kgcm2 del ensayo B (saturada a 010 kgcm2) En ambas curvas se
advierte en primer teacutermino una brusca disminucioacuten de volumen sentildealada como colapso
primario (Redolfi 1982)
En esta etapa la resistencia y la estabilidad de la estructura macroporosa y mal acomodada
dependen baacutesicamente de la resistencia al corte a la traccioacuten y a la compresioacuten de los
puentes o acumulaciones de arcillas yo sales en los puntos de contacto entre las partiacuteculas
(Reginatto 1977) Los esfuerzos que se producen en dichos viacutenculos y puntos de contactos
han superado la resistencia del material provocando el consecuente desmoronamiento de la
estructura del suelo dando como resultado una totalmente distinta a la anterior Posterior a
esta primera etapa (cambio de pendiente de las curvas) sigue existiendo una importante
disminucioacuten de volumen debida posiblemente a un reacomodamiento de las partiacuteculas del
suelo a esta nueva estructura de suelo mejorado o compactado
El objetivo de todo este apartado no ha sido explicar el mecanismo uacuteltimo del colapso sino
maacutes bien tratar de comprender a traveacutes de ejemplos simples y factibles coacutemo la entrada de
agua en una estructura metaestable origina una desestabilizacioacuten o sensibilizacioacuten en la
resistencia existente entre los viacutenculos
Tampoco se ha pretendido hacer una revisioacuten exhaustiva de todos los mecanismos que
diversos investigadores han propuesto para explicar el fenoacutemeno del colapso sino tomar en
consideracioacuten aquellos maacutes documentados y que mejor se adaptan al caso de suelos
loeacutessicos con estructura macroporosa que seraacuten objeto de un especial anaacutelisis en estas
notas
5 COLAPSO RELATIVO
Con referencia al Colapso Relativo (δcol) existe una aparente anarquiacutea tanto en su
denominacioacuten como en la forma de calcularlo En se sentildealan algunas de las maacutes conocidas
Del anaacutelisis de las diferentes ecuaciones se advierte que la uacutenica diferencia en el caacutelculo
radica en el denominador o valor de referencia que se elija altura inicial de la probeta (h0)
la altura de la probeta a humedad natural cargada a una presioacuten igual al peso propio de las
tierras (h1) o la altura de la probeta antes de la inundacioacuten cargada a una presioacuten a
σ(wHN) Esta variedad de definiciones es aparente dado que para el caso del caacutelculo de la
magnitud del asentamiento debido solamente al peso propio de las tierras dos de las
ecuaciones se hacen iguales puesto que para ese caso particular h1= hHN a incluso suele
suceder que h es aproximadamente igual a h0
En lo sucesivo se utilizaraacute la siguiente ecuacioacuten para definir el Colapso Relativo (δcol)
h HN= Altura de la probeta a humedad natural (antes de la inundacioacuten) cargada a una
presioacuten cualquiera σ
hSAT = Altura de la probeta saturada (despueacutes de producido el colapso) cargada a la
presioacuten σ
h = Altura de la probeta a humedad natural cargada a una presioacuten axial igual al peso propio
de las tierras
SUELOS AUTOCOLAPSABLES Y POTENCIALMENTE COLAPSABLE
En el graacutefico semilogariacutetmico que representa el comportamiento de un suelo un ensayo a
compresioacuten confinada realizado sobre en condicioacuten saturada se puede observar un quiebre
en la curva de compresibilidad La presioacuten axial a la cual se produce este quiebre o este
cambio de comportamiento se la denomina Presioacuten de Fluencia Saturada o Presioacuten Inicial
de Colapso En principio se establece que para presiones menores a esta el suelo tiene un
comportamiento elaacutestico y los asentamientos por colapso son bajos y nulos Por el
contrario para presiones mayores a la de Fluencia el suelo tiene un comportamiento elaacutesto-
plaacutestico y los asentamientos por colapso son importantes
Se dice que un suelo es auto colapsable cuando la presioacuten de tapada o geoestaacutetica (σ0) es
superior a la Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) Esto quiere decir que cuando en ese suelo
se produzca el humedecimiento se produciraacuten asentamientos importancia con solamente la
accioacuten de su peso propio
Se designa con suelos potencialmente colapsable a aquellos suelos en los que la presioacuten de
tapada o geo-estaacutetica (σ0) es menor a la Presioacuten Inicial de Colapso
7 PERFILES DE COLAPSIBILIDAD
Lo realmente interesante de los conceptos antes enunciados radica fundamentalmente en
que han permitido generar una metodologiacutea de anaacutelisis de los perfiles con suelos
susceptibles al colapso
Este anaacutelisis permite confrontar a cada profundidad considerada la magnitud de la Presioacuten
Inicial de Colapso (σicol) con la Presioacuten total (σT) igual a la suma de la presioacuten debida a la
carga aplicada (Δσ) maacutes la presioacuten por peso propio (σ0)
En (26) se presenta un perfil de suelo en el que se ha dibujado la variacioacuten de ambas
presiones (la Presioacuten Inicial o de Fluencia y la Presioacuten Total) en funcioacuten de la profundidad
para dos estados de cargas en el correspondiente a las presiones geostaacuteticas y en el
correspondiente a las presiones totales provocadas por una carga en la superficie del
terreno
A partir del anaacutelisis de estas curvas pueden establecerse por ejemplo los espesores de los
suelos que autocolapsaraacuten por humedecimiento y aquellos que colapsaraacuten si ademaacutes de la
saturacioacuten se aumentan las cargas y consecuentemente clasificar los suelos en sus
diferentes grupos suelos verdaderamente colapsables (autocolapsables) o suelos
condicionalmente colapsables (colapsables bajo cargas externas)
Aun cuando el valor de la Presioacuten Inicial sea aproximado este tipo de anaacutelisis es de
fundamental intereacutes en el disentildeo de los diferentes tipos de cimentaciones ya que se podraacute
conocer cuales seraacuten en forma aproximada los principales problemas que se presentaraacuten
en el disentildeo de las obras permitiendo de esta
forma elegir correctamente el tipo de cimentacioacuten o el meacutetodo de mejoramiento del suelo a
emplear para disminuir o anular la susceptibilidad al colapso
8 MAGNITUD DEL ASENTAMIENTO POR COLAPSO
81 Definiciones
La magnitud del asentamiento por colapso producido por humedecimiento del terreno
depende seguacuten Grigoryan y Ivanov (1968) tanto de
1048713 Factores intriacutensecos del suelo (caracteriacutesticas fisico-mecaacutenicas) y de
1048713 Factores externos al suelo (estado tensional y el aacuterea inundada)
Se define al asentamiento adicional por colapso (Wcolt) de un manto de suelos
colapsables de espesor Ht a la sumatoria
donde
Ht = H1+H2+ = Hj+Hn
Hj = Espesor del estrato j
Wcolj = Asentamiento adicional por colapso del estrajo j
δcolj = Colapso relativo del estrato j a la presioacuten σzj
σzj = Presioacuten total (peso propio + incremento de presioacuten) en el estrato j
82 Caracteriacutesticas fiacutesico-mecaacutenicas
Un aspecto importante del comportamiento de este tipo de suelos y que por lo tanto
influyen en la magnitud de los asentamientos es su marcada heterogeneidad Los suelos
loeacutessicos colapsables en cierto entorno suelen considerarse como suelos homogeacuteneos pero
en realidad poseen una apreciable heterogeneidad extendida dentro de la masa Algunos de
estos aspectos pueden ser puestos en evidencia a traveacutes de ensayos geoteacutecnicos
La determinacioacuten de los paraacutemetros tenso-deformacionales como el colapso relativo (δcol)
puede diferir seguacuten Abelev y Abelev (1979) de 15 a 2 veces incluso si se lo hace a partir
de probetas gemelas talladas de un uacutenico bloque de suelo
Esto soacutelo se explica a traveacutes de la gran heterogeneidad local que presentan estos suelos en
los cuales existen macroporos dejados por raiacuteces o insectos y concreciones aisladas de
carbonatos etc que pueden hacer variar las caracteriacutesticas deformacionales en oacuterdenes de
magnitud de los arriba sentildealados Otro aspecto que sentildealan Bally et al (1969) es la
heterogeneidad en la variacioacuten local de las caracteriacutesticas quiacutemicas y mineraloacutegicas las
cuales son difiacuteciles de ser advertidas por meacutetodos usuales de investigacioacuten Para corroborar
todo este tipo de heterogeneidades en (30) se muestran liacuteneas de igual asentamiento para
un estanque experimental de 30 mestros de lado al cabo de 3 meses de continua inundacioacuten
Pueden observarse asentamientos diferenciales de hasta 60 cm Esto induce a pensar que
aunque las propiedades tenso deformacionales pudieran ser aproximadamente constantes
viacuteas preferenciales de humedecimiento (canaliacuteculos verticales dejados por raiacuteces de
hierbas) pueden saturar mayores espesores o presentar curvas de iso saturacioacuten apartadas
del modelo teoacuterico
En resumen una de las caracteriacutesticas principales que deben tenerse siempre en cuenta en
el caacutelculo de la magnitud de los asentamientos por colapso es que estos frecuentemente no
seraacuten uniformes ya sea por las causas antes expuestas como por otros factores como por
ejemplo la dimensioacuten del aacuterea inundada
83 Aacuterea inundada
Otro de los aspectos que influyen considerablemente en la magnitud de los asentamientos
por colapso son el tipo de humedecimiento que se realice dentro de la masa del suelo y las
dimensiones del aacuterea humedecida Golacutedstein (1969) distingue cuatro tipos de
humedecimientos
1 Humedecimiento localizado del suelo a poca profundidad debido generalmente a la
rotura de conducciones hidraacuteulicas de las construcciones En estos casos es casi imposible
predecir a priori la forma en planta y en corte de estos humedecimientos y por lo tanto
hacer una estimacioacuten de la magnitud de los asentamientos y su distribucioacuten en planta
2 Humedecimiento extenso de todo el perfil del suelo causado por una importante
infiltracioacuten de agua (rotura de canales o efluentes industriales) Los asentamientos en estos
casos pueden ser importantes y dantildeinos para las construcciones especialmente cuando los
asentamientos son desiguales
3 Una elevacioacuten uniforme del nivel freaacutetico debido generalmente a una recarga del freaacutetico
causado por una fuente lejana
4 Un aumento gradual y lento del contenido de agua debido por ejemplo a la
condensacioacuten del vapor y una acumulacioacuten de humedad causada por cambios en las
condiciones ambientales (pavimentacioacuten de la superficie del terreno)
En cuanto a la forma y las dimensiones del aacuterea humedecida se ha demostrado
experimentalmente que los asentamientos por colapso calculados con la ecuacioacuten indicada
arriba son soacutelo aplicables cuando la superficie de saturacioacuten o fuente de humedecimiento
es del orden de 23 a 1 vez el espesor de los sedimentos colapsables (Krutov y Dyakonov
1973) En cambio cuando esta relacioacuten es menor y la zona humedecida se aparta de la
supuesta unidimensional los asentamientos reales son sustancialmente menores a los
calculados
Por tal motivo algunos investigadores coinciden en afirmar que dicha ecuacioacuten debe estar
afectada de un coeficiente (m) que tenga en cuenta el tipo la forma y las dimensiones del
aacuterea humedecida
m = f (B L Z)
donde B y L son el ancho y largo de la fuente de inundacioacuten y Z el espesor de la zona
humedecida Asiacute en la ex URSS es habitual afectar a los asentamientos calculados por un
coeficiente llamado de condiciones de campo o de operacioacuten
Este coeficiente es pues la relacioacuten entre el asentamiento real medido en el terreno y el
calculado De modo que
84 Estado tensional
La magnitud del asentamiento adicional por colapso es funcioacuten de la tensioacuten actuante en el
manto de suelo considerado Si se analiza el caso particular de una zapata apoyada sobre la
superficie del terreno el asentamiento adicional por colapso seraacute funcioacuten de la forma y las
dimensiones de aacuterea cargada del espesor del manto susceptible al colapso y del tipo y la
forma de la zona humedecida Sin embargo se ha comprobado experimentalmente que si el
espesor de los mantos de suelos colapsables que se encuentran por debajo de la zona
comprimida es suficientemente importante como para que pueda colapsar por peso propio
la amplitud del asentamiento no depende praacutecticamente de la forma y de las dimensiones de
las fundaciones (Abelev y Abelev 1979)
En las numerosas experiencias realizadas sobre zapatas a escala real se ha comprobado que
los asentamientos adicionales por colapso medidos pueden llegar a ser entre 15 a 2 veces
mayores que los calculados sobre todo en zapatas con anchos inferiores a los 20 m de
ancho (Abelev y Abelev 1979)
Estas divergencias entre el valor de los asentamientos calculados y los reales pueden
atribuirse a varios factores entre los cuales pueden sentildealarse
c) La eleccioacuten del espesor del manto de suelos colapsables o susceptibles a sufrir un
asentamiento adicional ha sido largamente discutido Asiacute Kodrynova (1969) en base a
ensayos de zapatas a escala real pudo establecer las dimensiones de la zona realmente
deformada Confirmando que la profundidad de la zona deformada era menor que la
profundidad que por ejemplo estableciacutean las Normas Sovieacuteticas vigentes en ese momento
Estas Normas haciacutean soacutelo consideraciones tensionales y fijaban la profundidad del manto
como aqueacutella para la cual la relacioacuten entre el valor de la carga adicional debida a la zapata
(Δσ) y el de la presioacuten natural (σ0) se haciacutean igual a 020 Kodrynova (1969) comproboacute
que el criterio maacutes adecuado para establecer este espesor era usar el concepto de resistencia
estructural o Presioacuten Inicial de Colapso sugerido por Abelev en 1968 Asiacute observoacute que la
zona deformada se correspondiacutea muy bien con aquellos lugares donde los valores de
tensiones totales (σz) eran mayores al valor de la Presioacuten Inicial de Colapso (δicol) Por
tanto concluyoacute que el espesor Zo puede definirse como la profundidad en la cual se
comprueba que
Esto coincide con lo advertido por Grigoryan (1967) en ensayos de zapatas cuadradas y
rectangulares en donde solamente se observaron asentamientos en la masa del suelo
cuando la tensioacuten actuante era mayor al valor de la Presioacuten Inicial de Colapso (δicol)
Por lo tanto se puede concluir que no existen reglas praacutecticas -como las que existen en
otros tipos de suelos- que puedan dar valores indicativos de la relacioacuten entre el ancho de la
cimentacioacuten y el espesor del manto deformable Sin embargo de lo que siacute hay abundante
evidencia es que la zona deformada generalmente aumenta cuando aumenta el contenido de
humedad (Tsytosich et al 1979)
b) La distribucioacuten de tensiones en la masa de un suelo colapsable provocada por una zapata
riacutegida se asemeja a la de un medio seminfinito y elaacutestico (error entre 20 a 30) soacutelo
cuando el suelo estaacute a humedad natural y la tensioacuten no sobrepasa los 30 kgcm2
(Grigoryan 1967) Tsytosich et al (1979) comprobaron experimentalmente esta afirmacioacuten
observando que a posteriori de la inundacioacuten del suelo el cambio tensional sobre la vertical
en el borde y en el centro de la zapata aumentan Se advierte que durante el proceso de
inundacioacuten del suelo ubicado debajo de la zapata se produce una concentracioacuten de
tensiones bajo la zapata disminuyendo el aacuterea en donde se distribuyen las cargas Seguacuten
Abelev y Abelev (1979) esto puede explicarse porque las relaciones tensioacuten-deformaciones
de los suelos macroporosos no son lineales a estos niveles de tensioacuten
9 METODOS DE IDENTIFICACIOacuteN
91 Aspectos generales
A partir de la deacutecada de los antildeos 50 se generoacute una preocupacioacuten manifiesta por parte de
diferentes investigadores en identificar y clasificar la potencialidad al colapso en los
distintos suelos
Estos intentos a escala mundial se han enfrentado fundamentalmente con dos
inconvenientes o limitaciones como son
1 La gran variedad de tipos de suelos que colapsan por humedecimiento Asiacute por
ejemplo meacutetodos probados en ciertos paiacuteses o regiones en determinados tipos de suelos no
han podido hacerse extensivos a suelos de otras zonas cuyo origen geoloacutegico y geneacutetico es
francamente diferente
2 La frecuente heterogeneidad de los suelos colapsables por humedecimiento En este
sentido hay coincidencia entre los investigadores que han estudiado suelos colapsables de
distinto origen geoloacutegico Asiacute pueden encontrarse referencias tanto en investigadores que
analizaron suelos lateriacuteticos o de origen eoacutelico como el loess (Abeley y Abeley 1979
Moretto 1986) que en principio suelen considerarse como suelos homogeacuteneos Es
frecuente encontrar una variacioacuten en el grado de cementacioacuten (por ejemplo debido a
carbonatos) en soacutelo algunos centiacutemetros En otros casos esta heterogeneidad es debida a la
presencia de grandes macroporos dejados por raiacuteces o insectos
Esto ha llevado a una gran variedad de metodologiacuteas para establecer la susceptibilidad al
colapso de los suelos y una anarquiacutea en la terminologiacutea empleada en los diferentes paiacuteses
para su clasificacioacuten Sin embargo en la mayoriacutea de los casos los diferentes investigadores
o coacutedigos han tendido a discretizar el comportamiento del suelo frente al colapso en dos
grupos suelos que colapsan bajo peso propio y suelos que colapsan bajo una carga mayor
Rocca (1985) ha confeccionado una tabla de equivalencias con la denominacioacuten que
reciben en los distintos paiacuteses
82 Clasificacioacuten de los meacutetodos de identificacioacuten de suelos colapsables
En cuanto a los tipos de meacutetodos de identificacioacuten propiamente dichos varios han sido los
enfoques que se han propuesto Estos podriacutean clasificarse en tres grupos
1048713 Meacutetodos basados en paraacutemetros fiacutesicos de identificacioacuten de suelos tales como Peso
Unitario Liacutemites de Consistencia Granulometriacutea etc
1048713 Meacutetodos basados en ensayos mecaacutenicos principalmente en ensayos edomeacutetricos
1048713 Meacutetodos basados en la magnitud del colapso
Existe una abundante bibliografiacutea sobre los diferentes meacutetodos de clasificacioacuten a
identificacioacuten en las cuales se ha realizado un anaacutelisis criacutetico sobre los diferentes meacutetodos
como las ya referidas de Rocca (1985) y Redolfi et al (1986) y otras como las de Sultan
(1969) Reginatto (1970 1974) Loacutepez Corral (1977) Jimeacutenez Salas (1987) y Lutenegger y
Saber (1988) Por lo tanto en este apartado no se insistiraacute en ello sino maacutes bien se haraacute un
enfoque general del problema y se presentaraacuten aquellos conceptos v meacutetodos que
posteriormente seraacuten utilizados en el desarrollo de estas notas
Meacutetodos basados en paraacutemetros fiacutesicos de suelos
En general la mayoriacutea de estos meacutetodos de identificacioacuten tienen maacutes bien un caraacutecter
cualitativo que cuantitativo pretendiendo ubicar el suelo analizado en algunos de los
grupos mencionados en (36) La clasificacioacuten consiste habitualmente en establecer si el
suelo es autocolapsable (colapsable bajo su propio peso) o bien si es condicionalmente
colapsable (colapsable bajo carga externa)
En estas notas solamente se analizaraacuten tres de ellos que tienen en comuacuten que relacionan el
liacutemite liacutequido y el peso unitario seco
a) Denison (1961) establece el Coeficiente de Colapso (k) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando la relacioacuten de vaciacuteos del suelo en estado natural (e) es mayor
que la relacioacuten de vaciacuteos correspondiente al Liacutemite Liacutequido (eL )
b) Gibbs (1961) establece una Relacioacuten de Colapso (R) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando la humedad de saturacioacuten del suelo (wSAT) es mayor que el
Liacutemite Liacutequido (wL )
c) Coacutedigo de edificacioacuten de la URSS (1962) establece un Indice de Colapso (R) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando R es mayor de -010
En se han superpuesto los puntos correspondientes a pares de valores del peso unitario
seco y el Liacutemite Liacutequido de suelos de la ciudad de Coacuterdoba Argentina (Redolfi et al
1986) De ella se desprende que los valores de los paraacutemetros obtenidos son valores tiacutepicos
de la formacioacuten loeacutessica de Coacuterdoba y que para todas las metodologiacuteas aquiacute presentadas la
gran mayoriacutea de los suelos son colapsables puesto que estaacuten incluidos dentro de las zonas
que los clasifican colapsables
Meacutetodos basados en ensayos edomeacutetricos
Estos meacutetodos estaacuten basados en la Presioacuten Inicial de Colapso o Presioacuten de Fluencia La
determinacioacuten del grupo al cual pertenece el suelo estudiado (auto colapsable o colapsable
bajo carga) se realiza comparando la presioacuten de tapada o geostaacutetica con la presioacuten a la cual
se produce el colapso Asumiendo como hipoacutetesis que el colapso por humedecimiento
ocurre soacutelo a partir de una cierta presioacuten por encima de la cual la resistencia estructural del
suelo es superada
La magnitud de esta presioacuten para la cual se produce el desmoronamiento de la estructura
del suelo ha sido designada por algunos autores como
1048713 Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) (Abelev y Abelev 1979) o
1048713 Presioacuten de Fluencia Saturada (σf sat) (Reginatto 1970)
Experimentalmente se ha demostrado que cuando la presioacuten total en el suelo (σt) ya sea
por cargas externas yo peso propio es menor que esta magnitud no se producen
asentamientos de colapso por humedecimiento Krutov y Tarasova (1964) sentildealan
acertadamente que desde un punto de vista teoacuterico la Presioacuten Inicial de Colapso o Presioacuten
de Fluencia deberiacutea ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero concluyen que
desde un punto de vista praacutectico una pequentildea magnitud de colapso puede asumirse como
permisible Siguiendo este concepto por ejemplo las Normas Sovieacuteticas SNIP definen a la
Presioacuten Inicial de Colapso como aquella presioacuten para la cual en una probeta instalada en un
edoacutemetro se produce un colapso relativo unitario igual a 001 o porcentual del 100
δicol = 001 = 10
En se han representado las curvas presioacuten-deformaciones unitarias de dos ensayos
edomeacutetricos del mismo suelo uno a humedad natural y el otro en estado saturado El
colapso relativo (δicol) es igual a
δicol = εHN - εSAT
donde εHN = Deformacioacuten unitaria a humedad natural
εSAT = Deformacioacuten unitaria en estado saturado
En tanto Reginatto (1970) define a la Presioacuten de Fluencia saturada de un suelo colapsable
de la misma forma en que se establece la presioacuten de preconsolidacioacuten de una arcilla
saturada en un ensayo edomeacutetrico
En se presenta la correlacioacuten que realizan Lin y Wang (1988) entre los valores de la
Presioacuten de Fluencia Saturada y la Presioacuten Inicial de Colapso (el Coacutedigo Chino la establece
para un valor de δicol = 150) Se puede observar que aproximadamente se establece una
relacioacuten directa entre ellas Esto no es de extrantildear puesto que conceptualmente ambas
definiciones tratan de fijar la presioacuten a la cual la estructura del suelo saturado comienza a
colapsar
Los numerosos intentos realizados en ensayos in situ para comprobar la validez de esta
hipoacutetesis (Krutov y Tarasova 1964 Abelev y Abelev 1979) parecen indicar a primera
vista que las predicciones tienen buen acuerdo con la realidad en muchos casos pero en
cambio en otros la diferencia entre lo predecido y lo sucedido es importante sobre todo en
aquellos casos referidos al colapso por peso propio
Meacutetodos basados en la magnitud del asentamiento por colapso
Los meacutetodos basados en la magnitud del asentamiento por colapso se fundan en determinar
la magnitud del mismo de un perfil de suelos en un lugar determinado debido solamente a
su peso propio
Asiacute por ejemplo la Clasificacioacuten Rumana de Suelos Loeacutessicos Colapsables (LCS) define
el Potencial Total de Colapso (Img) (Bally et al1973) como
donde Hj es el espesor del estrato j en metros y img es el asentamiento edomeacutetrico
adicional de una muestra de estrato j inundada a una presioacuten igual al peso propio de las
tierras (σ0 ) expresado en cmm
El Coacutedigo de Construccioacuten de Edificios de la Repuacuteblica Popular China en regiones de
suelo colapsables sigue un criterio similar (Lin y Liang 1982 Lin y Wang 1988) La
evaluacioacuten de la susceptibilidad al colapso en un determinado sitio se realiza en dos etapas
En primer lugar se evaluacutea su aptitud al autocolapso y se determina el Tipo de sitio (Tipo
1 o Tipo 2)
La magnitud del colapso por peso propio Δzc se obtiene de forma similar a la utilizada por
Bally et al (1973) en Rumania sumando los asentamientos individuales de los n estratos
colapsables del perfil
donde Hj es el espesor de estrato en cm y δzsj es el coeficiente de colapsabilidad del estrato
j en cmcm o en por ciento obtenido por medio de ensayos edomeacutetricos en los cuales
primero se carga el suelo hasta la presioacuten por peso propio y luego se inunda la muestra
donde Hj es el espesor de estrato en cm y δzsj es el coeficiente de colapsabilidad del estrato
j en cmcm o en por ciento obtenido por medio de ensayos edomeacutetricos en los cuales
primero se carga el suelo hasta la presioacuten por peso propio y luego se inunda la muestra
La sumatoria soacutelo tiene en cuenta aquellos valores de δzs jmayores de 0015
Si Δzs lt 7 cm se considera al suelo no autocolapsable por humedecimiento y se clasifica
al lugar como sitio TIPO 2 Si en cambio Δzs gt 11 cm se considera al suelo
autocolapsable por humedecimiento y se lo clasifica como sitio TIPO 1
Por uacuteltimo si 7 cm lt Δzs lt 11 cm el tipo de sitio debe ser determinado despueacutes de un
exhaustivo estudio de la geomorfologiacutea estratigrafiacutea y caracteriacutesticas estructurales del
suelo
El Coacutedigo tambieacuten establece que la magnitud del colapso por peso propio (Δzs) tambieacuten
puede ser determinada directamente en el terreno a traveacutes de una balsa o laguna de
infiltracioacuten de dimensiones especiacuteficas
La segunda etapa de la evaluacioacuten de la colapsabilidad consiste en establecer el Grado de
Colapsabilidad del suelo de cimentacioacuten Para ello se carga a las muestras representativas
de cada uno de los estratos a una presioacuten de 200 kPa y luego se las inunda La magnitud del
colapso se obtiene
donde δsj es el Coeficiente de colapsabilidad del estrato j en cmcm para una presioacuten de
200 kPa La sumatoria soacutelo tiene en cuenta valores de Δs mayores de 0015
donde δsj es el Coeficiente de colapsabilidad del estrato j en cmcm para una presioacuten de
200 kPa La sumatoria soacutelo tiene en cuenta valores de Δs mayores de 0015
SOLUCIONES INGENIERILES EN SUELOS COLAPSABLES
111 Consideraciones generales
La primera cuestioacuten que debe analizarse cuando se disentildean cimentaciones en suelos
susceptibles al colapso es la probabilidad que el agente desencadenante del fenoacutemeno el
agua pueda o no introducirse en el terreno y por ende sensibilizar al suelo en donde se
apoyaraacuten las estructuras Por definicioacuten sin la presencia del agua el suelo no colapsa Esta
cuestioacuten es significativa puesto que pueden existir numerosos casos en donde la
probabilidad que el agua se infiltre en el suelo sea lo suficientemente baja como para
analizar la posibilidad de fundar la estructura considerando el comportamiento del suelo en
su estado natural Por lo tanto cuando se hable de suelos potencialmente colapsables por
humedecimiento no debe pensarse uniacutevocamente en las soluciones ingenieriles que se
utilizan en suelos colapsables
Hecha esta aclaracioacuten a continuacioacuten se trataraacute de ofrecer un panorama de las distintas
soluciones ingenieriles que se adoptan en suelos colapsables por humedecimiento cuando
las probabilidades de que se produzca el fenoacutemeno son altas
El objetivo central de todas estas soluciones es prevenir las fallas estructurales o de servicio
que pueden sobrevenir sobre las estructuras construidas sobre estratos de suelos
colapsables
Aitchison (1973) divide a estas soluciones en
a) Tratamiento del suelo colapsable con vista a eliminar la tendencia al colapso a lo largo
de todo el estrato de suelos desmoronables
b) Disentildeo de elementos constructivos que eliminen o disminuyan a liacutemites razonables la
posibilidad que se inicie el colapso
c) Disentildeo de estructuras yo cimentaciones insensibles a los asentamientos provocados por
el colapso por ejemplo fundaciones profundas apoyadas sobre un manto profundo no
sujeto a los asentamientos por humedecimiento
El primer grupo de soluciones comprende los meacutetodos de mejoramiento de suelo por
medio de los cuales la susceptibilidad al colapso es eliminada modificando las propiedades
resistentes del suelo mediante la compactacioacuten o la cementacioacuten de los viacutenculos entre
partiacuteculas El segundo grupo incluye la adopcioacuten de medidas constructivas tendientes a
aislar el agua de manera de evitar o disminuir la presencia de condiciones favorables al
colapso admitiendo no obstante ciertos riesgos Finalmente el tercer grupo engloba tanto
las soluciones tradicionales por medio de fundaciones profundas como el disentildeo de
estructuras con fundaciones directas insensibles a los asentamientos diferenciales
provocados por el colapso del suelo En resumen en el primer grupo de soluciones se
interviene directamente en el suelo evitando asiacute el colapso en el segundo grupo se intenta
evitar que se produzca el colapso sin modificar el suelo y en el uacuteltimo grupo se construyen
estructuras yo fundaciones que admitan y resistan los fenoacutemenos provocados por el
colapso del suelo
Evstatiev (1988) sentildeala que los mejores resultados han sido alcanzados con una oacuteptima
combinacioacuten de las ventajas que individualmente tiene cada uno de los tres grupos La
experiencia ha probado que las medidas constructivas y las medidas de aislacioacuten del agua
por siacute solas no pueden resolver todos los problemas de inestabilidad que provoca el colapso
del suelo Asiacute la adopcioacuten de soluciones exclusivamente para la superestructura (por
ejemplo fundaciones profundas) sin un adecuado disentildeo que eviten dantildeos en los otros
elementos de la construccioacuten como pisos desaguumles etc han provocado serios dantildeos en
estas partes de la construccioacuten que podriacutean haber sido evitados aplicando medidas
tendientes a evitar el ingreso del agua en el terreno
La eficacia del disentildeo adoptado en cada caso depende en gran medida de la calidad de las
investigaciones geoteacutecnicas realizadas La informacioacuten baacutesica que eacutestas deben suministrar
son el espesor del manto de suelos colapsables y la magnitud del colapso bajo peso propio
o bajo carga de todos los estratos del perfil
Una incorrecta estimacioacuten de estos paraacutemetros puede llevar a proponer y construir
soluciones ingenieriles totalmente opuestas a las correctas La confeccioacuten de perfiles de
colapsabilidad como los presentados permiten establecer la existencia o no de suelos
autocolapsables sus espesores aproximados y la profundidad a la que se encuentran Esta
metodologiacutea de anaacutelisis es de gran ayuda por ejemplo en la eleccioacuten del procedimiento
idoacuteneo para estabilizar el terreno
A continuacioacuten se presenta una descripcioacuten de las distintas soluciones ingenieriles maacutes
utilizadas en este tipo de suelos En primer lugar se analizan el primer grupo de soluciones
que se ha englobado bajo el nombre de Mejoramiento de suelos continuando luego con los
otros dos grupos Medidas para evitar la iniciacioacuten del colapso y fundaciones yo
estructuras insensibles a los fenoacutemenos del colapso
112 Mejoramiento de suelos colapsables
Consideraciones previas
El objetivo principal de estas soluciones es eliminar o disminuir apreciablemente la
susceptibilidad al colapso del suelo bien disminuyendo la porosidad del suelo
(compactacioacuten) o bien aumentando la resistencia estructural entre las partiacuteculas del suelo
(meacutetodos fiacutesico-quiacutemicos) Una de las formas de clasificar los meacutetodos de mejoramiento o
estabilizacioacuten ha sido precisamente eacutesta o sea teniendo en cuenta la accioacuten resultante
sobre el suelo (Aitchison1973 Rocca1985) Sin embargo para el desarrollo y explicacioacuten
de los diferentes meacutetodos se ha elegido la clasificacioacuten propuesta por Evstatiev(1988) que
tiene en cuenta el medio usado para realizar la estabilizacioacuten y el objeto de la misma
Evstatiev (1988) propone la siguiente clasificacioacuten de los meacutetodos de estabilizacioacuten de
suelos loeacutessicos la cual puede hacerse extensiva a suelos colapsables
a) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacioacuten
b) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
c) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
d) Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
e) Meacutetodos de mejoramiento que incorporan elementos resistentes a la traccioacuten dentro del
suelo
f) Geomembranas
g) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por drenaje
h) Correccioacuten de taludes y terraplenes
A continuacioacuten siguiendo la clasificacioacuten antes expuesta se desarrollaran aquellas
metodologiacuteas de mejoramientos de suelos colapsables maacutes extendidas Desarrollaacutendose
principalmente los grupos abc y d puesto que incluyen una serie de acciones particulares
frente al fenoacutemeno del colapso En cuanto a los restantes grupos (e f g y h) las teacutecnicas de
mejoramiento del terreno utilizadas persiguen los mismos objetivos buscados en otros tipos
de suelos y en general la teacutecnica empleada es praacutecticamente la misma Por tal motivo y
puesto que se apartan un tanto del objeto de estas notas se estima conveniente no abundar
sobre ellas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacioacuten
Este grupo comprende varias de las metodologiacuteas usadas en suelos colapsables para reducir
los vaciacuteos de modo de eliminar la colapsabilidad reducir la permeabilidad y aumentar la
capacidad de carga Esto se realiza utilizando fuerzas estaacuteticas o dinaacutemicas o bien a traveacutes
de la inyeccioacuten de lechadas
Compactacioacuten dinaacutemica Este meacutetodo es adecuado para compactar mantos de suelos
colapsables superficiales con espesores menores a 350 metros El meacutetodo consiste en dejar
caer en caiacuteda libre desde una altura de 4 a 8 metros pilones de 3 a 8 Tn sobre la superficie
del terreno a razoacuten de 10 a 16 impactos en cada lugar (Abelev y Abelev 1979) El impacto
genera una rotura de la estructura del suelo un aumento de la presioacuten de poros y una
compresioacuten del aire presente en los poros produciendo un reacomodamiento de las
partiacuteculas dando como resultado una estructura maacutes compacta Seguacuten Malyshev et al
(1983) el contenido de humedad del suelo juega un papel importante lograacutendose la maacutexima
eficiencia con un contenido de humedad cercano al Liacutemite Plaacutestico Si el contenido de
humedad es menor a eacuteste es necesario humedecer el espesor de suelo de modo de alcanzar
una mejor eficacia Varios son los factores que controlan los resultados del meacutetodo asiacute por
ejemplo el espesor compactado es funcioacuten principalmente del peso y del diaacutemetro del piloacuten
En tanto el grado de compactacioacuten estaacute controlado por el nuacutemero de impactos y la humedad
del suelo El grado de compactacioacuten no es uniforme a lo largo de todo el espesor
compactado lograacutendose la maacutexima densificacioacuten a 12 a 15 veces el diaacutemetro del piloacuten
Sin embargo se pueden obtener Pesos Unitarios secos superiores a 16 tm3 en espesores de
25 a 35 m lo cual en la mayoriacutea de los casos es suficiente para disminuir o anular la
susceptibilidad al colapso del suelo Una variante a este meacutetodo es realizar la compactacioacuten
solamente en los lugares donde actuacutean las cargas y no en toda el aacuterea de la construccioacuten
Por ejemplo en casos de fundaciones de muros de carga o fundacioacuten de columnas el
mejoramiento del suelo se logra densificando la zona de influencia del bulbo de presiones
o sea la zona donde los incrementos de presioacuten pueden hacer colapsar el suelo
Compactacioacuten por medio de pequentildeos pilotes piramidales En cierta forma este meacutetodo es
una variante del meacutetodo anterior Consiste en hincar un pilote piramidal de 3 a 4 metros de
longitud con una seccioacuten transversal superior de 60 x 60 a 70 x 70 cm y una seccioacuten
transversal inferior de 10 x 10 cm Una vez retirado el pilote la cavidad se rellena con
hormigoacuten Este tipo de metodologiacutea da excelentes resultados en aacutereas en donde existe un
espesor de suelos potencialmente colapsables (no autocolapsables) de 30 o 40 m de
profundidad pero que colapsaraacuten si estaacuten sometidos a los incrementos de carga
transmitidos por las construcciones Una de las ventajas del meacutetodo es la completa
mecanizacioacuten de todas las operaciones Una variante a este meacutetodo consiste en realizar la
hinca sobre una capa de piedra partida dando como resultado un bulbo de suelo
compactado alrededor de la capa de piedra mejorando la capacidad de carga por la punta
del pilote asiacute construido
Compactacioacuten por pilotes de suelo Este es uno de los meacutetodos maacutes usuales para
compactar espesores importantes (18 a 20 m) de suelos loeacutessicos susceptibles al colapso
El procedimiento consta de dos partes primero se realiza la perforacioacuten y segundo se llena
la cavidad con suelo compactado La perforacioacuten se realiza usualmente mediante la hinca
de un pilote metaacutelico con base ensanchada (15 veces) En otra metodologiacutea de reciente uso
la excavacioacuten se hace de la siguiente forma se perfora hasta la profundidad deseada un
hoyo de 8 cm de diaacutemetro dentro del cual se coloca una columna de explosivos que luego
de estallar crea una perforacioacuten de aproximadamente 080 m de diaacutemetro Despueacutes de
efectuada esta perforacioacuten dinaacutemica la cavidad se rellena con suelo local introducido en
tongadas de 100 a 200 Kg que luego son compactadas dinaacutemicamente por medio de un uacutetil
especial Concluidas ambas etapas quedan formadas columnas de suelo compactado con un
diaacutemetro aproximado igual a dos veces el de la perforacioacuten El grado de compactacioacuten va
decreciendo a medida que se aleja del centro de la columna por tal motivo es importante
conocer esta ley de decrecimiento para disentildear correctamente la cuadriacutecula de pilotes de
suelo Al igual que en los otros meacutetodos la eficiencia del sistema aumenta en la medida que
la humedad del suelo natural y compactado se encuentre a una humedad cercana al Limite
Plaacutestico Por tal motivo es usual que previo a la perforacioacuten se realice una humectacioacuten del
espesor de suelos a compactar Las densidades alcanzadas son del orden de 170 a 180
tm3 que son suficientes para evitar el colapso por peso propio y permiten el use del
espesor compactado como manto de fundacioacuten
Compactacioacuten por explosiones de gas Esta relativamente nueva metodologiacutea de
compactar espesores de suelos colapsables consiste en introducir a traveacutes de una lanza de
agua a presioacuten una caacutemara de compresioacuten que contiene una mezcla de gas propano y
oxiacutegeno la cual se va elevando a medida que se producen una serie de explosiones de la
mezcla De este modo se va generando una columna 120 140 m de suelo compactado
(Densidad de 150 tcm3) (Martemyanov et al 1979)
Compactacioacuten por humedecimiento (Hidrocompactacioacuten) En este caso se utiliza la propia
susceptibilidad del suelo a colapsar bajo peso propio El meacutetodo maacutes frecuente de realizar
la humectacioacuten o saturacioacuten del terreno es a traveacutes de infiltracioacuten del agua desde la
superficie del terreno para lo cual se efectuacutean excavaciones poco profundas (040 a 080 m)
o bien se construyen grandes estanques En muchos casos a efectos de acelerar el ingreso
del agua al terreno se construyen dentro del estanque drenes de arena convenientemente
espaciados Este sistema ha sido empleado ampliamente en varias partes del mundo por
ejemplo en EEUU por Gibbs y Bara (1967) y Clevenger (1956) en Rumania por Bally et
al (19651969) en la URSS por Lomize (1968) y Mustafaef (1967) en China por Lin y
Liang (1982) y en Argentina por Moll et al (1979) A pesar de su amplia utilizacioacuten y su
bajo costo el meacutetodo presenta una serie de inconvenientes aparicioacuten de grietas de traccioacuten
en el contorno del aacuterea inundada existencia de importantes deformaciones posteriores al
colapso necesidad de recompactar los 4 oacute 5 primeros metros utilizando otro tipo de
metodologiacutea La efectividad de este meacutetodo se mejora sustancialmente si al mismo se lo
combina con otro meacutetodo de compactacioacuten dinaacutemica
Compactacioacuten por humedecimiento previo y por explosiones profundas Este meacutetodo fue
desarrollado en al Unioacuten Sovieacutetica por Livinov (1976) en la deacutecada de los 60 El espesor de
suelos a compactar es previamente humedecido a traveacutes de un sistema de drenes
(cuadriacutecula de 3 x 3 a 5 x 5 m) Las cargas explosivas (5 a 7 Kg) son colocadas en el fondo
de los mismos drenes o bien en tubos metaacutelicos colocados en perforaciones adicionales La
cuadriacutecula con las cargas es aproximadamente de 4 x 4 m En este procedimiento no es
necesario la completa saturacioacuten del suelo que por ejemplo necesita el meacutetodo anterior
Posterior al humedecimiento se hacen estallar las cargas de toda un aacuterea (2000 a 50000
m2) La explosioacuten generan una onda de choque que hace licuar la estructura del suelo lo
cual permite un reacomodamiento de las partiacuteculas y un crecimiento de la densidad del
suelo En ciertos casos es aconsejable la construccioacuten de trincheras alrededor de la zona a
compactar a efectos de evitar la propagacioacuten de grietas fuera de ella La explosioacuten produce
un importante a inmediato asentamiento de la superficie del terreno Los asentamientos en
general se estabilizan al cabo de 3 oacute 4 semanas Este tipo de meacutetodo es aconsejable cuando
se desea compactar grandes voluacutemenes de suelo particularmente en grandes complejos
industriales o bien en obras hidroeleacutectricas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
En este apartado se incluyen aquellos meacutetodos de estabilizacioacuten consistentes en la mezcla y
posterior compactacioacuten de suelo colapsable con otros materiales (arena gravas) a efectos
de conseguir mayor resistencia y mayor rigidez Este tipo de estabilizacioacuten es de amplio use
en la ingenieriacutea vial en la construccioacuten de bases y de sub-bases
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
Este grupo incluye a aquellas metodologiacuteas en las cuales el mejoramiento de las
propiedades resistentes del suelo se consiguen con la creacioacuten de viacutenculos maacutes soacutelidos y
estables en la estructura del suelo En algunas de ellas la inyeccioacuten de agentes cementantes
provoca la rotura de la estructura original del suelo En otras por el contrario la inyeccioacuten
de agentes quiacutemicos actuan directamente sobre los viacutenculos sin modificar la estructura del
suelo Los meacutetodos se pueden dividir en meacutetodos superficiales y meacutetodos profundos
dependiendo en donde se realice la estabilizacioacuten En los meacutetodos de estabilizacioacuten
superficiales el mejoramiento en general se consigue mediante la mezcla y posterior
compactacioacuten del suelo con agentes quiacutemicos o cementantes tales como cemento cal
emulsiones asfaacutelticas sales (NaCl Nat C03 NaPO3) etc Estos meacutetodos de estabilizacioacuten
son tambieacuten usuales en otros tipos de suelos y son de amplia utilizacioacuten en todo tipo de
obras de ingenieriacutea civil por tal motivo no insistiremos en ellos Por el contrario los
meacutetodos de estabilizacioacuten profunda aunque tambieacuten se han utilizado en otros tipos de
suelos muchos de ellos se han desarrollado y usado especiacuteficamente para eliminar o
disminuir la susceptibilidad al colapso en espesores importantes de suelo A continuacioacuten
se presentan algunos de ellos
Inyecciones de agentes quiacutemicos Las investigaciones y las realizaciones en este tipo de
estabilizaciones se ha desarrollado principalmente en la Unioacuten Sovieacutetica Seguacuten Mitchell
(1981) la razoacuten principal por la cual estos meacutetodos no se han extendido universalmente se
debe principalmente a los altos costos frente a otros tipos de estabilizaciones Sin embargo
Esvtatiev (1988) da cuenta de la existencia en la URSS de maacutes de 800 proyectos en donde
se han utilizado satisfactoriamente p ej el meacutetodo de silicatizacioacuten) Esto ha permitido un
continuo mejoramiento de la tecnologiacutea una reduccioacuten de los costos y una abundante
normativa en la regulacioacuten de su uso El agente quiacutemico maacutes utilizado por su bajo costo
frente a otros agentes quiacutemicos es el Silicato de Sodio El meacutetodo consiste en inyectar en
todo el espesor de suelo a tratar una solucioacuten de silicato de sodio (Densidad = 1 10 a 1 04
gcm3) a traveacutes de un tubo inyector de 42 mm de diaacutemetro con perforaciones de 3 mm
protegidas por un manguito de goma La inyeccioacuten se realiza a una presioacuten de 20 a 40
Kgcm2 y una descarga de 48 litros por minuto (Zvyagin et al 1978) La silicatizacioacuten del
suelo es soacutelo posible en un medio fuertemente alcalino Seguacuten Sokolovic (1973) se logra
una mejor eficiencia mediante una pre y post gasificacioacuten con carbonato de calcio Luego
de la inyeccioacuten tres son los cambios que se observan en el suelo un aumento significativo
de la resistencia a la compresioacuten (superior a 20 Kgcm2 ) una eliminacioacuten de la
susceptibilidad al colapso y una disminucioacuten de la permeabilidad Otro de los tratamientos
con agentes quiacutemicos es la inyeccioacuten de amoniacuteaco La mejora en el suelo es inferior al
tratamiento por silicatizacioacuten ademaacutes presenta la desventaja de ser un elemento toacutexico y su
utilizacioacuten requiere medidas especiales de proteccioacuten (Sokolovic 1973)
Estabilizacioacuten teacutermica Esta teacutecnica comenzoacute a desarroIlarse en la URSS en la deacutecada de
los antildeos 50 y ha sido utilizada exitosamente en un importante nuacutemero de emprendimientos
Seguacuten Esvtatiev (1988) la aplicacioacuten de este meacutetodo es teacutecnica y econoacutemicamente
aconsejable en los siguientes casos a) en la estabilizacioacuten de fundaciones existentes de
estructuras altas como chimeneas tanques de agua b) en la paralizacioacuten de los
asentamientos en construcciones existentes provocados por el colapso del suelo Las
propiedades de los minerales arcillosos cambian cuando eacutestos son sometidos a altas
temperaturas lo cual genera un aumento importante de la resistencia y por ende la
eliminacioacuten de la susceptibilidad al colapso del suelo La tecnologiacutea ha ido variando y
mejorando su eficiencia a lo largo de estas deacutecadas No obstante la variedad de meacutetodos
casi todos ellos consisten en la introduccioacuten de un quemador de fuel o gas dentro de un pre
pozo de 020 metros de diaacutemetro con una presioacuten de aire de 20 a 30 Kgcm2 De esta
forma al cabo de 10 a 15 diacuteas se consigue una columna estabilizada de suelo de 20 a 30
metros y una profundidad de 10 a 15 metros (Beles y Stanculescu 1958)
Estabilizacioacuten mediante mezclado mecaacutenico con agentes cementantes El objetivo de este
tipo de estabiacutelizacioacuten es la creacioacuten de columnas o pilotes de suelo con alta resistencia y
rigidez que permitan la transferencia de las cargas a mantos maacutes profundos y estables
Varios son los meacutetodos constructivos que pueden agruparse dentro de este grupo Los
subdividiremos en los siguientes subgrupos dependiendo del lugar en donde se realiza la
mezcla del suelo con el agente cementante
1 La mezcla del suelo y el agente cementante se realiza en superficie En este caso la
excavacioacuten se puede realizar bien utilizando la teacutecnica constructiva empleada en los pilotes
de suelo (hinca) o bien usar teacutecnicas usuales de perforacioacuten La mezcla deiexcl suelo con el
agente cementante (preferentemente Cemento Portland) puede ser fluida (suelo cemento
plaacutestico) a introducirse dentro de la excavacioacuten en forma de pastones o bien mezclar el
suelo y elcemento con porcentaje de humedad oacuteptimo a introducirlos en la perforacioacuten en
tongadas (100 a 200 Kg) las cuales posteriormente son compactadas dentro de la misma
excavacioacuten Por lo tanto existen cuatro variantes seguacuten sea el tipo de excavacioacuten y el tipo
de mezcla
2 La mezcla del suelo y el cemento se realiza en el mismo proceso de perforacioacuten En este
caso la mezcla del agente cementante se realiza con el propio suelo La mezcla puede
realizarse mediante uacutetiles especiales que van mezclando el suelo con una lechada de
cemento o bien usar la teacutecnica del jet grouting mediante un chorro de lechada a alta presioacuten
Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
Este tipo de estabilizacioacuten se realiza principalmente en terrenos con suelos potencialmente
colapsables en los cuales la presencia de cargas adicionales en superficie puede generar
asentamientos adicionales ante un incremento de la humedad del suelo Asiacute una parte del
suelo colapsable superficial ubicado directamente debajo de las fundaciones es excavado
extraiacutedo y reemplazado por otro material maacutes competente Los materiales generalmente
utilizados son los siguientes el mismo suelo extraiacutedo compactado y eventualmente
estabilizado granulomeacutetricamente arena compactada o suelo cemento compactado La
eleccioacuten del tipo de material estaacute condicionado generalmente por variables teacutecnico
econoacutemicas Los espesores de estos mantos son variables (1 a 4 m) dependiendo del tipo de
cargas y de las caracteriacutesticas del proyecto Por ejemplo en algunos proyectos los
condicionantes pueden ser los asentamientos diferenciales (edificios) en cambio en otros
(canales) no soacutelo importa disminuir la probabilidad que se produzca el colapso sino
tambieacuten lograr una capa de suelo maacutes impermeable Este tipo de metodologiacutea ha sido
utilizada con eacutexito en numerosos paiacuteses y en innumerables tipos de obras Tambieacuten es
frecuente el empleo de esta metodologiacutea en forma conjunta con otro tipo de estabilizacioacuten
profunda cuando se presentan mantos de suelos colapsables profundos y con espesores
muy dispares
113 Medidas conducentes a evitar la iniciacioacuten del colapso
Arriba se sentildealaron los tipos de humedecimientos que seguacuten Goldstein (1969) pueden
presentarse en una masa de suelo
a) humedecimiento localizado por rotura de conducciones hidraacuteulicas o infiltraciones de
aguas de lluvia
b) humedecimiento extenso causado por roturas de canales o efluentes industriales
c) ascenso del nivel freaacutetico
d) aumento gradual y lento del contenido de humedad por condensacioacuten del vapor de agua
provocados por condiciones ambientales
Muchos de estos tipos de humedecimientos pueden ser prevenidos principalmente los
primeros pues en general eacutestos son debidos a fallas o roturas de las instalaciones de la
misma construccioacuten En cambio los otros tipos de humedecimientos estaacuten condicionados
por factores externos al proyecto como por ejemplo puede ser el ascenso del nivel freaacutetico
o la rotura de un canal cercano y ajeno al proyecto La accioacuten del proyectista debe estar
encaminada principalmente a impedir dentro de los liacutemites del proyecto la generacioacuten de
estos humedecimientos provocados por elementos de la propia construccioacuten Robinson y
Narkiewicz (1982) sugieren las siguientes medidas de proteccioacuten contra el humedecimiento
de edificios
a) Pendientes adecuadas en la superficie del terreno que rodea a la construccioacuten de modo
que no se produzcan embalsamientos de agua en las cercaniacuteas de las fundaciones y que
cualquier peacuterdida de agua pueda ser eliminada con rapidez
b) Canalizacioacuten de todos los desaguumles de techos y patios hacia el exterior de la
construccioacuten
c) Instalacioacuten de membranas impermeables o pavimentacioacuten de la superase que rodea a la
construccioacuten de modo de limitar la infiltracioacuten de agua en el suelo adyacente a las
construcciones
d) Encerrar las conducciones de agua o efluentes cloacales dentro de conductos de faacutecil
acceso a efectos de detectar posibles peacuterdidas
Algunas de estas medidas requieren una serie de medidas de control y mantenimiento
durante la vida uacutetil de la obra de manera que perioacutedicamente se realicen inspecciones a las
instalaciones y puedan detectarse peacuterdidas o dantildeos en las mismas Tambieacuten es aconsejable
que los propietarios de la obra conozcan perfectamente los riegos a que estaacute expuesta la
misma de modo que su actividad yo descuidos no inicie procesos de humedecimiento del
terreno
Las medidas de proteccioacuten en otros tipos de obras civiles (canales o caminos) tienen la
misma filosofiacutea es decir elementos de proteccioacuten que impidan o dificulten la entrada del
agua en el terreno de fundacioacuten Asiacute por ejemplo en las obras lineales se debe prestar una
especial atencioacuten al disentildeo del sistema de alcantarillado y de desaguumles En algunos casos
estas obras suelen seguir parcialmente las curvas de nivel del terreno convirtieacutendose en
verdaderas presas que impiden el natural escurrimiento de las aguas provocando la
acumulacioacuten de agua en su entorno lo que genera un humedecimiento generalizado del
terreno de fundacioacuten con los consecuentes dantildeos en la obra
Es frecuente que en ciertos tipos de obras como viviendas unifamiliares de una planta o
incluso caminos y canales las uacutenicas medidas a adoptar sean las presentadas en este
apartado ya que la utilizacioacuten de teacutecnicas de mejoramiento o fundaciones profundas
resultan prohibitivas En realidad la mayoriacutea de las obras aludidas se construyen admitiendo
el riesgo de un posible colapso del terreno El buen comportamiento que han tenido la
mayoriacutea de ellas se debe fundamentalmente a que no se ha producido ninguacuten tipo de
humedecimiento En contraste los dantildeos son serios en aquellas obras que los han sufrido
Por todo ello es un deber de los investigadores a ingenieros buscar nuevas soluciones
econoacutemicas que permitan disminuir los riesgos y por ende los dantildeos en este tipo de obras
Uno de los caminos en tal sentido es el estudio de estructuras que absorban o minimicen
los posibles asentamientos diferenciales provocados por el humedecimiento localizado del
suelo sin un aumento excesivo de los costos
114 Estructuras yo fundaciones que admiten y resisten los fenoacutemenos provocados
por el colapso
El anaacutelisis de este apartado se centraraacute principalmente en el estudio de las fundaciones
superficiales en suelos potencialmente colapsables ya que el otro gran grupo de soluciones
fundaciones profundas mediante pilotes seraacute objeto de un examen detallado en los
apartados siguientes
La lista de estructuras que se asientan directamente sobre mantos de suelos potencialmente
colapsables es amplia entre ellas pueden sentildealarse viviendas unifamiliares construcciones
transitorias galpones ductos enterrados canales caminos etc
Las fundaciones directas sobre suelos colapsables pueden ser divididas en dos grupos
a) Fundaciones riacutegidas utilizadas principalmente en estructuras livianas y con cargas
puntuales por ejemplo torres de liacuteneas de alta tensioacuten columnas de naves industriales o
depoacutesitos En general este tipo de estructuras tienen algunos rasgos comunes como son por
ejemplo cargas verticales bajas cargas horizontales importantes y en general suelen
aceptar asentamientos admisibles mayores
b) Fundaciones de baja rigidez longitudinal en este caso se trata de estructuras con cargas
lineales (muros de carga canales etc) con baja rigidez en el sentido de las cargas Este tipo
de estructuras son sensibles a humedecimientos localizados del terreno que generan
asientos diferenciales importantes En general las medidas que suelen tomarse para
disminuir los efectos de los asientos diferenciales son las siguientes disentildeo de elementos
que rigidicen la estructura (Clemence Y Finbarr 1981) y el disentildeo de elementos
constructivos que eviten
RECAPITULACIOacuteN
Definido el concepto de colapso el estudio se ha enfocado al anaacutelisis de los suelos
colapsables por humedecimiento En esta clase particular de suelos metaestables el agente
externo que desencadena el fenoacutemeno de colapso es el agua En estos suelos un incremento
de humedad puede provocar una disminucioacuten o anulacioacuten de las fuerzas que vinculan unas
partiacuteculas con otras y por lo tanto cambiar el estado de equilibrio en la estructura del suelo
El colapso de la estructura del suelo depende fundamentalmente de dos causas a) de la
importancia de los cambios provoca dos por el agua en los viacutenculos existentes entre las
partiacuteculas y b) del estado tensional en los viacutenculos O sea para que se produzca el colapso
es necesario un agente sensibilizante y un estado tensional capaz de provocar la des-
estabilizacioacuten de la estructura del suelo
Por este motivo los meacutetodos que mejor reflejan la susceptibilidad al colapso de un suelo
son aquellos basados en ensayos mecaacutenicos donde ambos factores estaacuten presentes
La gran subdivisioacuten que se hace a los suelos colapsables parte precisamente de verificar
coacutemo es el comportamiento del suelo en su estado tensional original o bajo su propio
peso Si se produce el colapso bajo este estado se indica que el suelo es verdaderamente
colapsable o autocolapsable en cambio si el fenoacutemeno no se produce se sentildeala que el
suelo es candicionalmente colapsable o colapsable bajo carga
En este contexto diversos investigadores introducen el concepto (tambieacuten tensional) de
Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) o Presioacuten de Fluencia Saturada (σf) como aquella
presioacuten a la cual se produce el colapso Desde un punto de vista teoacuterico esta presioacuten deberiacutea
ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero desde un punto de vista praacutectico se
asume que una pequentildea magnitud del colapso es permisible Por ejemplo las normas
Sovieacuteticas Lo toman igual al 100 las Chinas igual al 150 En cambio en Argentina se
utiliza maacutes la Presioacuten de Fluencia Saturada que se obtiene de forma similar a la Presioacuten de
Preconsolidacioacuten No obstante esta diferencia metodoloacutegica en ambos casos el concepto es
el mismo
Con respecto a las metodologiacuteas usadas para establecer la susceptibilidad al colapso de un
suelo o de un perfil de suelo han sido analizadas las que utilizan el concepto de Presioacuten
Inicial de Colapso y la magnitud del colapso Esta seleccioacuten se realizoacute fundamentalmente
por las siguientes causas primero porque se hacen en base a ensayos mecaacutenicos donde
intervienen el agente externo (el agua) y el estado tensional del suelo y segundo porque
permiten establecer ya sea a traveacutes de un perfil de colapsabilidad o la magnitud del
colapso coacutemo seraacute realmente el comportamiento del terreno ante las solicitaciones
producidas por la obra de ingenieriacutea
Los perfiles de colapsabilidad relacionan en profundidad el peso propio de las tierras con
la Presioacuten Inicial de Colapso esto permite determinar el espesor de suelos autocolapsables
o el espesor de los suelos que colapsaraacuten si ademaacutes del humedecimiento se aumenta el
estado tensional Estos perfiles son de gran ayuda al proyectista de fundaciones en suelos
colapsables dado que le permiten conocer en forma global la magnitud del problema al que
estaacute enfrentado No obstante su utilidad no termina alliacute sino que por el contrario estos
perfiles le permiten tomar decisiones sobre cuaacuteles son las soluciones ingenieriles maacutes
convenientes del proyecto Pues con su ayuda se podraacute seleccionar el meacutetodo de
mejoramiento del terreno la cota de fundacioacuten de una fundacioacuten profunda la magnitud de
la carga por rozamiento negativo etc
La determinacioacuten de la magnitud del colapso de un perfil de suelo usada como
metodologiacutea de clasificacioacuten tambieacuten es de utilidad en el disentildeo de construccioacuten de obras
de ingenieriacutea en suelos colapsables Sobre todo en la caracterizacioacuten del terreno de grandes
aacutereas ya sea en obras lineales (canales caminos etc) o puntuales (complejos fabriles obras
hidraacuteulicas etc) dado que cada perfil de suelo estaacute caracterizado por un paraacutemetro lo cual
permite el manejo de un nuacutemero importante de informacioacuten Obviamente esta metodologiacutea
tambieacuten es de gran use en cualquier tipo de obras independientemente de su tamantildeo a
importancia
En un abundante nuacutemero de proyectos no es suficiente haber realizado una caracterizacioacuten
o clasificacioacuten del terreno sino que es necesario determinar la magnitud de los
asentamientos que pueden producirse en las obras Los asentamientos por colapso depende
baacutesicamente de dos tipos de factores intriacutensecos y extriacutensecos
Se sentildealan como intriacutensecos aquellos factores propios del suelo como son sus propiedades
fiacutesicas y mecaacutenicas El comportamiento del suelo dependeraacute del tipo de estructura o la
forma en que estaacuten ordenadas las partiacuteculas del grado de compacidad del tipo de viacutenculos
que unen grano con grano etc Estos factores en general no se encuentran
homogeacuteneamente distribuidos por lo cual los paraacutemetros que definen sus propiedades
tenso-deformacionales pueden sufrir variaciones locales importantes
Los factores externos que influyen en la magnitud de los asentamientos son dos el aacuterea
inundada y el estado tensional Estos dos factores influyen considerablemente en la
magnitud de los asentamientos por colapso y por tal motivo deben ser analizados
especiacuteficamente en los caacutelculos Respecto al primero de los factores a pesar que se han
realizado importantes trabajos teoacutericos la informacioacuten experimental indica que todaviacutea
existe cierta indeterminacioacuten en su estimacioacuten Por tal motivo la influencia del aacuterea
inundada en la magnitud de los asentamientos se limita a realizar correcciones de tipo
empiacuterico En cuanto a la influencia que el estado tensional tiene en los asentamientos las
investigaciones se han centrado especialmente en el estudio de cargas externas (zapatas) en
la superficie del terreno
ENSAYOS ldquoin siturdquo Perforacioacuten y muestreoEnsayos ldquoin siturdquo
o Ensayo de penetracioacuten estandar (SPT)o Ensayo de penetracioacuten de cono (CPT + CPTu)o Dilatoacutemetro de placa plana (DMT)o Presuroacutemetro (PMT)o Corte en veleta (VST)10487131048713 Meacutetodos geofiacutesicoso Ondas siacutesmicas (P- S- R-waves)o Electromagneacuteticas (radar resistividad)
EQUIPOS AUTOPROPULSADOS
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)1048713El ensayo ldquoin siturdquo maacutes comuacuten en el mundo10487131902 - Coronel Gow de Raymond Pile Co1048713 Muestreador ciliacutendrico partido1048713 Norma ASTM D 15861048713 Martillo (140-lbs cae 30 pulgadas) (635-kg cae 076 metros)1048713 Tres incrementos de 6 pulgadas Suma de los dos uacuteltimos incrementos = N (golpespieacute)
Se obtiene suelo y
un nuacutemero
Muestra alterada
(Solo para
caraterizacioacuten)
Nuacutemero muy crudo
para el anaacutelisis
No aplicable en
Ventajas
arcillas blandas y
Limos
Variabilidad e
incertidumbre
se obtiene un nuacutemero
Sencillo y de bajo
Costo
Funciona en muchos
tipos de suelo
Se puede utilizar en
rocas blandas
Disponible
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Estos suelos en condiciones de no saturacioacuten o saturacioacuten parcial presentan continuamente un reacomodo radical de las partiacuteculas y una gran peacuterdida de volumen por remojo osea al entrar al estado de saturacioacuten completa La existencia de estos suelos en el mundo y las dificultades ocasionadas a las edificaciones cimentadas sobre ellos han sido reconocidos ampliamente Los depoacutesitos maacutes extensos de suelos colapsables son eoacutelicos o depoacutesitos transportados de arena y limos (loess)Se puenden encontrar comuacutenmente en las maacutergenes fluviales
Desventajas
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Depoacutesitos eoacutelicos Estos depoacutesitos consisten en materiales transportados por el viento el cual forma dunas depoacutesitos tipo loess playas eoacutelicas y grandes depoacutesitos de ceniza volcaacutenica
Depoacutesitos transportados por agua Consisten principalmente de depoacutesitos de sedimentos sueltos a carreados por el agua los cuales forman abanicos fluviales y flujos deslizantes Estos materiales pueden ser depositados por una avenida repentina o flujo de lodo derivado de pequentildeas cuencas colectoras sujetas a aguaceros poco frecuentes
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Suelos residuales Estos suelos son producto del intemperismo y la
desintegracioacuten y alteracioacuten mecaacutenica de rocas madres Las partiacuteculas de
material residual pueden variar de tamantildeo de grandes fragmentos de
gravas a arenas limos coloides y en algunos casos material orgaacutenico
La estructura del grano colapsable se ha desarrollado como producto de
la accioacuten disolvente sobre el material soluble y coloidal La lixiviacioacuten del
material soluble y del material fino conduce a una alta relacioacuten de vaciacuteos
y a una estructura inestable Otro tipo de suelo que muestra colapso al
remojo son aquellos derivados de tufo volcaacutenico
sulfato de calcio arenas sueltas cementadas por sal soluble arcillas
dispersivas y arcillas montmorilloniacuteticas ricas en sodio
CAUSAS QUE GENERARIacuteAN DICHO COMPORTAMIENTO- Estructura parcialmente saturada potencialmente inestable- Una componente de esfuerzo aplicado o existente lo suficientemente alta para desarrollar una condicioacuten metaestable- Un ligante resistente o un agente cementante para estabilizar contactos intergranulares el cual se reduce por remojo ocasionando el colapso La mayoriacutea de suelos colapsables involucra la accioacuten de partiacuteculas arcillosas en los enlaces entre los granos gruesos de arena-Agentes cementantes tales como oacutexido de hierro carbonato de calcio o la soldadura de granos en contacto proporcionan esfuerzos resistentes para muchos suelos colapsables La accioacuten de este cementante es frecuentemente el agente principal de colapso en loess El grado al cual el agente cementante pierde su efectividad depende del grado de contaminacioacuten del ingreso del agua y del grado de disolucioacuten del agente cementante involucrado
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
CONSOLIDOacuteMETRO PARA ENSAYO DE COLAPSO
Se procede a cortar el suelo de acuerdo con las dimensiones del anillo
del ensayo de consolidacioacuten unidimensional Determinar sus
propiedades fiacutesicas tales como humedad natural peso volumen
gravedad especiacutefica de soacutelidos liacutemites de consistencia distribucioacuten
granulomeacutetrica seguacuten las normas
Se instala la muestra en el anillo del consolidoacutemetro despueacutes de haber
determinado el peso inicial de la masa huacutemeda y altura de la muestra y
fijar el conjunto anillo-muestra en el consolidoacutemetro Aplicar una carga
de contacto 005 kgcm2 (5 Kpa) despueacutes de 5 min tomar lectura del
deformiacutemetro aplicar incrementos de carga a cada hora hasta que se
aplique la presioacuten vertical apropiada Los incrementos de carga seraacuten
012 025 050 100 200 etc Kgcm2 (12 25 50 100 200 etc) o
cargas de acuerdo al meacutetodo de ensayo ASTM D2435 registrar la
deformacioacuten antes de incrementar una nueva carga
Determinacioacuten del potencial de colapso
donde
di = lectura del dial con el esfuerzo adecuado antes de la saturacioacuten (mm)
df = lectura del dial bajo el esfuerzo adecuado despueacutes del humedecimiento (mm)
ho = altura inicial de la muestra (mm)
Tmbieacuten se puede evalua en teacuterminos de relacioacuten de vaciacuteos
dondeΔe = cambio de relacioacuten de vaciacuteos bajo el esfuerzo adecuado antes y despueacutes de la inundacioacuteneo = relacioacuten de vaciacuteo inicialLa evaluacioacuten de un suelo colapsable seraacute de acuerdo a la siguiente tablaCon todo lo epxlicado concluimos que el colapso de los suelos es la disminucioacuten moderada de volumen cuando estaacute con bajo contenido de humedad y una gran peacuterdida cuando estaacute sumergido y la magnitud de asentamiento depende del contenido de humedad del suelo En estado sumergido y bajo la aplicacioacuten de cargas verticales los suelos colapsables presentan un mayor asentamiento Los suelos colapsables existen en todo el mundo principalmente en la regiones aacuteridas y semiaacuteridas nuevamente comentando que los depoacutesitos eoacutelicos coluviales residuales tubos volcaacutenicos etc son suelos que pueden ser colapsables
Definicioacuten de colapso Se definen como colapso a cualquier disminucioacuten raacutepida de volumen del suelo producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factoresbull Contenido de humedad (w) bull Grado de saturacioacuten (Sr) bull Tensioacuten media actuante (τ) bull Tensioacuten de corte (σ) bull Presioacuten de poros (u)
TIPOS DE SUELOS COLAPSABLESLos tipos de suelos colapsables son
- Suelos aluviales y coluviales ndash Depositados en ambientes Semi-deseacuterticos por flujos maacutes o menos torrenciales- Suelos eoacutelicos ndash Depositados por el viento son arenas y limos arenosos con escaso cemento arcilloso en una estructura suelta o inestable
- Cenizas volcaacutenicas ndash Provenientes de cenizas arrojadas al aire por actividad volcaacutenica explosiva- Suelos residuales ndash Derivados de la descomposicioacuten in ndash situ de minerales de ciertas rocas son luego lixiviados por el agua y pierden su cemento
CONSECUENCIAS EN CIMENTACIONES
Patologiacuteas en cimentaciones Posibles causas
Introduccioacuten
De todos los posibles tipos de patologiacutea que puede sufrir la edificacioacuten las estadiacutesticas demuestran que son las patologiacuteas ligadas a las cimentaciones las que mayores costes globales conllevan Ademaacutes tienen gran repercusioacuten social lo que las hace maacutes notorias por la complejidad propia de su reparacioacuten porque suponen una fuerte alteracioacuten y hasta interrupcioacuten del uso del inmueble y porque suelen involucrar a colindantes e incluso poderes puacuteblicos Urge como en ninguacuten otro caso determinar las causas y cuanto antes dar una solucioacuten al problema
Causas intriacutensecas de fallos de cimentacioacuten
Se agrupan aquiacute los fallos de cimentacioacuten consecuencia de la interaccioacuten entre el terreno y la propia cimentacioacuten de la construccioacuten afectada
Defectos de proyecto
Son errores de concepcioacuten de disentildeo o caacutelculo del proyecto Son errores previsibles por lo que si se tienen en cuenta en el disentildeo y caacutelculo de la edificacioacuten el riesgo de que provoquen dantildeos se minimizaEnumeramos aquiacute no todas pero siacute algunas de las posibles causas de problemas derivadas del proyectobull Falta de capacidad de carga cimentacioacuten insuficiente o capacidad
de carga del suelo insuficientebull Esfuerzos no contemplados por ej por olvido de algunas
sobrecargas de explotacioacutenbull Conocimiento insuficiente del suelo Lo que deriva en la ignorancia
de riesgos especiales geoteacutecnicos Las causas pueden ser escasez de reconocimientos previos del terreno mala interpretacioacuten de los mismos no consideracioacuten de los fenoacutemenos de agresividad etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Cobra importancia en terrenos con especiales caracteriacutesticas
Arcillas expansivas
Suelos colapsables
Rellenos antroacutepicos
Suelos blandos naturales
Infravaloracioacuten del riesgo geoteacutecnico conocido eacuteste Casos asiacute pueden ser desprecio de los efectos que produce la falta de homogeneidad de un suelo o las distintas profundidades de aparicioacuten de la roca en planta desprecio de los efectos de la potencial expansividad o de posible subpresioacuten o fenoacutemenos de subsidencias procesos de disolucioacuten etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONESbull Defectos en la evaluacioacuten del terreno asientos calculados no
tolerables por la estructura esfuerzos paraacutesitos en pilotes (olvido del efecto de asiento de terrenos flojos o rellenos recientes) etc
bull Efecto grupo en pilotes defectuosa estimacioacuten del efecto grupo en pilotes flotantes no consideracioacuten de los esfuerzos laterales o del rozamiento negativo etc
bull Ausencia de consideracioacuten del bulbo de tensiones de la cimentacioacuten propia y su alcance Pero tambieacuten de cimentaciones colindantes que podriacutean suponer una carga oblicua sobre nuestra cimentacioacuten habraacute que considerarla en caacutelculo y prever un proceso constructivo adecuado (no vayamos a provocar dantildeos a otras edificaciones)
bull Ignorancia de las condiciones de contorno es decir no consideracioacuten de las condiciones del entorno de la estructura
proyectada posibles socavaciones arrastres descalces agotamientos rebajamientos de nivel freaacutetico etc
bull Heterogeneidades distribucioacuten irregular de las cargas o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentacioacuten
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Defectos de ejecucioacuten
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecucioacuten de eacutestos Los defectos de ejecucioacuten normalmente responden a un deficiente Control de Calidad Por tanto en principio son evitablesAlgunos errores de ejecucioacuten podriacutean serbull Apreciacioacuten erroacutenea de los estratos resistentes confundidos con
capas de poco espesor bolos erraacuteticos etcbull Errores de replanteo bull Mala calidad de los materiales en especial hormigones Deterioro
de zapatas losas o muros por escasa calidad de los materiales grietas de retraccioacuten por mala dosificacioacuten del hormigoacuten materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto etc
bull Degradacioacuten del material suele ir unido al anterior hormigoacuten no resistente a la agresividad del terreno recubrimientos insuficientes madera metal etc
bullCAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Lavado del hormigoacuten en cimentaciones superficiales o profundas colocado en presencia de aguas en movimiento
Errores en la colocacioacuten de armaduras confusioacuten de diaacutemetros de armado ausencia de separadores etc
Problemas de fraguado unidos a errores de vertido de dosificacioacuten de curado
Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio cortadas lavadas) o de baja calidad y excesiva carga portante de caacutelculo
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
Seguacuten puede verse en la forma que toman los meniscos hace que el agua esteacute traccionada y
por lo tanto la presioacuten de poros sea negativa Esto origina un aumento de la presioacuten efectiva
que une un grano con el otro Este aumento de la presioacuten efectiva origina un aumento en la
resistencia por lo cual los granos opondraacuten una mayor resistencia al deslizamiento
Si en este estado el suelo se satura la presioacuten efectiva disminuiraacute y con ella la resistencia
al corte pudiendo provocar un deslizamiento relativo entre los granos de suelo
Cuando la estructura es macroporosa este deslizamiento entre granos se manifiesta en una
importante disminucioacuten de volumen
Este tipo de mecanismo de colapso o desmoronamiento puede ampliarse tambieacuten para
aquellas arenas en las que sus viacutenculos estaacuten formados por partiacuteculas de limos
Cada partiacutecula de arcilla posee una carga neta negativa que se equilibra con los cationes de
la doble capa que la rodea Dos partiacuteculas se repeleraacuten entre siacute cuando entran en contacto
sus dobles capas A medida que se trate de acercarlas esta fuerza de repulsioacuten aumentaraacute
Ademaacutes de esta fuerza de repulsioacuten existe una fuerza de atraccioacuten entre las partiacuteculas
debidas a las fuerzas de Van der Waals o fuerzas de enlace secundario esta fuerza tambieacuten
es funcioacuten de la distancia entre las partiacuteculas Por lo tanto las partiacuteculas se atraeraacuten o
repeleraacuten en funcioacuten de la resultante de estas dos fuerzas
Las fuerzas de repulsioacuten son dependientes de las caracteriacutesticas del sistema (espesor de la
doble capa) no asiacute las fuerzas de atraccioacuten que en general son independientes de eacutel Las
partiacuteculas podraacuten alejarse o acercarse modificando las caracteriacutesticas del medio y por ende
el espesor de las dobles capas El proceso de acercamiento de una partiacutecula con otra se
denomina floculacioacuten y al proceso de alejamiento de una partiacutecula respecto a otra
dispersioacuten
Lambe y Whitman (1969) indican que se provoca una tendencia a la floculacioacuten
aumentando una o varias de las siguientes caracteriacutesticas
- Concentracioacuten de iones Valencia ioacutenica
- Temperatura o disminuyendo una o maacutes de las siguientes
- Constante dieleacutectrica
- Tamantildeo del ioacuten hidratado
- Absorcioacuten de aniones
- pH
Durante un proceso de saturacioacuten ademaacutes de una disminucioacuten de las fuerzas capilares hay
una disminucioacuten en la concentracioacuten de iones y por lo tanto un proceso de dispersioacuten
Partiacuteculas que antes estaban unidas por fuerzas de atraccioacuten comienzan a repelerse y
adquirir una estructura dispersa y probablemente menos resistente
Esta es una manera bastante simple de explicar un mecanismo mucho maacutes complejo en el
que pueden intervenir ademaacutes de los nombrados otros factores Sin embargo se advierte
coacutemo una estructura estable puede ser modificada cuando entra en juego un agente
externo que desestabiliza y modifica los viacutenculos que primariamente le conferiacutean una
resistencia aparente
En cualquiera de los tipos de estructuras antes descritas los viacutenculos entre partiacuteculas
pueden estar impregnados de un agente cementante que confiere una resistencia cohesiva
adicional al deslizamiento de un grano respecto a otro
Tambieacuten esta cohesioacuten puede tener un caraacutecter temporal semejante al de las fuerzas
capilares
La peacuterdida de esta resistencia dependeraacute tanto de las caracteriacutesticas del agente cementante
como de las del fluido Asiacute si la cementacioacuten deriva de sales cristalizadas la peacuterdida de
resistencia seraacute funcioacuten del grado de solubilidad de estas sales
Finalmente cualquiera sea el tipo de estructura de suelo que se esteacute considerando siempre
es posible hablar de viacutenculos o fuerzas que unen o ligan una partiacutecula a otra En unos casos
las partiacuteculas estaacuten en contacto directo entre siacute (partiacutecula-partiacutecula) unidas por fuerzas
externas o capilares y en otros casos estas tuerzas o viacutenculos pueden tener caraacutecter
fiacutesicoquiacutemico o eleacutectrico a incluso no existir contacto directo entre las partiacuteculas
Si la estructura del suelo se encuentra en estado de equilibrio y un agente externo -
cualquiera- provoca una disminucioacuten o anulacioacuten de las fuerzas que vinculan unas
partiacuteculas con otras puede suceder que el suelo pase a un nuevo estado de equilibrio
Este proceso entre dos estados de equilibrio puede provocar o no un cambio de la
estructura del suelo dependiendo de
1048713 La magnitud de los cambios provocados en los viacutenculos yo fuerzas por el agente
externo
1048713 Estado tensional existente en los viacutenculos
Si los cambios provocados por el agente externo en las caracteriacutesticas de los viacutenculos no
son suficientes como para movilizar un cambio de estructura eacutesta permaneceraacute inalterada
Sin embargo la condicioacuten de equilibrio puede haber variado dado que de alguna forma el
agente ha sensibilizado al suelo
En cambio si el estado tensional en los contactos es superior a la resistencia que tienen
eacutestos durante el proceso las partiacuteculas cambiaraacuten de posicioacuten produciendo un cambio de
estructura y pasando a un nuevo estado de equilibrio
Un ejemplo de ello puede observarse en en la cual se han dibujado dos ensayos
edomeacutetricos de un mismo estrato La muestra A fue cargada hasta una presioacuten de 200
kgcm2 a humedad natural (w= 144) siendo posteriormente inundada a esa presioacuten
Durante este proceso se observa un importante cambio volumeacutetrico La muestra B fue
inundada a una presioacuten de 010 Kgcm2 no observaacutendose ninguacuten cambio volumeacutetrico
durante el proceso de saturacioacuten Posteriormente se continuoacute el ensayo edomeacutetrico en
forma habitual hasta una presioacuten de 200 kgcm2
Al no advertirse cambios volumeacutetricos durante el proceso de saturacioacuten puede inferirse que
tampoco se han inducido cambios en la estructura del suelo pero es indudable que
efectivamente se ha generado una notable disminucioacuten en la resistencia de los viacutenculos
dado que al aumentar el estado tensional el comportamiento del suelo varioacute radicalmente
del que se observoacute durante el proceso de carga a humedad natural en la muestra A
Esto tambieacuten queda reflejado en las curvas de La primera de ellas corresponde a la
variacioacuten de las deformaciones verticales en funcioacuten del tiempo cuando la muestra A fue
saturada a una presioacuten axial de 200 kgcm2 en tanto la segunda corresponde al salto de
carga de 100-200 kgcm2 del ensayo B (saturada a 010 kgcm2) En ambas curvas se
advierte en primer teacutermino una brusca disminucioacuten de volumen sentildealada como colapso
primario (Redolfi 1982)
En esta etapa la resistencia y la estabilidad de la estructura macroporosa y mal acomodada
dependen baacutesicamente de la resistencia al corte a la traccioacuten y a la compresioacuten de los
puentes o acumulaciones de arcillas yo sales en los puntos de contacto entre las partiacuteculas
(Reginatto 1977) Los esfuerzos que se producen en dichos viacutenculos y puntos de contactos
han superado la resistencia del material provocando el consecuente desmoronamiento de la
estructura del suelo dando como resultado una totalmente distinta a la anterior Posterior a
esta primera etapa (cambio de pendiente de las curvas) sigue existiendo una importante
disminucioacuten de volumen debida posiblemente a un reacomodamiento de las partiacuteculas del
suelo a esta nueva estructura de suelo mejorado o compactado
El objetivo de todo este apartado no ha sido explicar el mecanismo uacuteltimo del colapso sino
maacutes bien tratar de comprender a traveacutes de ejemplos simples y factibles coacutemo la entrada de
agua en una estructura metaestable origina una desestabilizacioacuten o sensibilizacioacuten en la
resistencia existente entre los viacutenculos
Tampoco se ha pretendido hacer una revisioacuten exhaustiva de todos los mecanismos que
diversos investigadores han propuesto para explicar el fenoacutemeno del colapso sino tomar en
consideracioacuten aquellos maacutes documentados y que mejor se adaptan al caso de suelos
loeacutessicos con estructura macroporosa que seraacuten objeto de un especial anaacutelisis en estas
notas
5 COLAPSO RELATIVO
Con referencia al Colapso Relativo (δcol) existe una aparente anarquiacutea tanto en su
denominacioacuten como en la forma de calcularlo En se sentildealan algunas de las maacutes conocidas
Del anaacutelisis de las diferentes ecuaciones se advierte que la uacutenica diferencia en el caacutelculo
radica en el denominador o valor de referencia que se elija altura inicial de la probeta (h0)
la altura de la probeta a humedad natural cargada a una presioacuten igual al peso propio de las
tierras (h1) o la altura de la probeta antes de la inundacioacuten cargada a una presioacuten a
σ(wHN) Esta variedad de definiciones es aparente dado que para el caso del caacutelculo de la
magnitud del asentamiento debido solamente al peso propio de las tierras dos de las
ecuaciones se hacen iguales puesto que para ese caso particular h1= hHN a incluso suele
suceder que h es aproximadamente igual a h0
En lo sucesivo se utilizaraacute la siguiente ecuacioacuten para definir el Colapso Relativo (δcol)
h HN= Altura de la probeta a humedad natural (antes de la inundacioacuten) cargada a una
presioacuten cualquiera σ
hSAT = Altura de la probeta saturada (despueacutes de producido el colapso) cargada a la
presioacuten σ
h = Altura de la probeta a humedad natural cargada a una presioacuten axial igual al peso propio
de las tierras
SUELOS AUTOCOLAPSABLES Y POTENCIALMENTE COLAPSABLE
En el graacutefico semilogariacutetmico que representa el comportamiento de un suelo un ensayo a
compresioacuten confinada realizado sobre en condicioacuten saturada se puede observar un quiebre
en la curva de compresibilidad La presioacuten axial a la cual se produce este quiebre o este
cambio de comportamiento se la denomina Presioacuten de Fluencia Saturada o Presioacuten Inicial
de Colapso En principio se establece que para presiones menores a esta el suelo tiene un
comportamiento elaacutestico y los asentamientos por colapso son bajos y nulos Por el
contrario para presiones mayores a la de Fluencia el suelo tiene un comportamiento elaacutesto-
plaacutestico y los asentamientos por colapso son importantes
Se dice que un suelo es auto colapsable cuando la presioacuten de tapada o geoestaacutetica (σ0) es
superior a la Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) Esto quiere decir que cuando en ese suelo
se produzca el humedecimiento se produciraacuten asentamientos importancia con solamente la
accioacuten de su peso propio
Se designa con suelos potencialmente colapsable a aquellos suelos en los que la presioacuten de
tapada o geo-estaacutetica (σ0) es menor a la Presioacuten Inicial de Colapso
7 PERFILES DE COLAPSIBILIDAD
Lo realmente interesante de los conceptos antes enunciados radica fundamentalmente en
que han permitido generar una metodologiacutea de anaacutelisis de los perfiles con suelos
susceptibles al colapso
Este anaacutelisis permite confrontar a cada profundidad considerada la magnitud de la Presioacuten
Inicial de Colapso (σicol) con la Presioacuten total (σT) igual a la suma de la presioacuten debida a la
carga aplicada (Δσ) maacutes la presioacuten por peso propio (σ0)
En (26) se presenta un perfil de suelo en el que se ha dibujado la variacioacuten de ambas
presiones (la Presioacuten Inicial o de Fluencia y la Presioacuten Total) en funcioacuten de la profundidad
para dos estados de cargas en el correspondiente a las presiones geostaacuteticas y en el
correspondiente a las presiones totales provocadas por una carga en la superficie del
terreno
A partir del anaacutelisis de estas curvas pueden establecerse por ejemplo los espesores de los
suelos que autocolapsaraacuten por humedecimiento y aquellos que colapsaraacuten si ademaacutes de la
saturacioacuten se aumentan las cargas y consecuentemente clasificar los suelos en sus
diferentes grupos suelos verdaderamente colapsables (autocolapsables) o suelos
condicionalmente colapsables (colapsables bajo cargas externas)
Aun cuando el valor de la Presioacuten Inicial sea aproximado este tipo de anaacutelisis es de
fundamental intereacutes en el disentildeo de los diferentes tipos de cimentaciones ya que se podraacute
conocer cuales seraacuten en forma aproximada los principales problemas que se presentaraacuten
en el disentildeo de las obras permitiendo de esta
forma elegir correctamente el tipo de cimentacioacuten o el meacutetodo de mejoramiento del suelo a
emplear para disminuir o anular la susceptibilidad al colapso
8 MAGNITUD DEL ASENTAMIENTO POR COLAPSO
81 Definiciones
La magnitud del asentamiento por colapso producido por humedecimiento del terreno
depende seguacuten Grigoryan y Ivanov (1968) tanto de
1048713 Factores intriacutensecos del suelo (caracteriacutesticas fisico-mecaacutenicas) y de
1048713 Factores externos al suelo (estado tensional y el aacuterea inundada)
Se define al asentamiento adicional por colapso (Wcolt) de un manto de suelos
colapsables de espesor Ht a la sumatoria
donde
Ht = H1+H2+ = Hj+Hn
Hj = Espesor del estrato j
Wcolj = Asentamiento adicional por colapso del estrajo j
δcolj = Colapso relativo del estrato j a la presioacuten σzj
σzj = Presioacuten total (peso propio + incremento de presioacuten) en el estrato j
82 Caracteriacutesticas fiacutesico-mecaacutenicas
Un aspecto importante del comportamiento de este tipo de suelos y que por lo tanto
influyen en la magnitud de los asentamientos es su marcada heterogeneidad Los suelos
loeacutessicos colapsables en cierto entorno suelen considerarse como suelos homogeacuteneos pero
en realidad poseen una apreciable heterogeneidad extendida dentro de la masa Algunos de
estos aspectos pueden ser puestos en evidencia a traveacutes de ensayos geoteacutecnicos
La determinacioacuten de los paraacutemetros tenso-deformacionales como el colapso relativo (δcol)
puede diferir seguacuten Abelev y Abelev (1979) de 15 a 2 veces incluso si se lo hace a partir
de probetas gemelas talladas de un uacutenico bloque de suelo
Esto soacutelo se explica a traveacutes de la gran heterogeneidad local que presentan estos suelos en
los cuales existen macroporos dejados por raiacuteces o insectos y concreciones aisladas de
carbonatos etc que pueden hacer variar las caracteriacutesticas deformacionales en oacuterdenes de
magnitud de los arriba sentildealados Otro aspecto que sentildealan Bally et al (1969) es la
heterogeneidad en la variacioacuten local de las caracteriacutesticas quiacutemicas y mineraloacutegicas las
cuales son difiacuteciles de ser advertidas por meacutetodos usuales de investigacioacuten Para corroborar
todo este tipo de heterogeneidades en (30) se muestran liacuteneas de igual asentamiento para
un estanque experimental de 30 mestros de lado al cabo de 3 meses de continua inundacioacuten
Pueden observarse asentamientos diferenciales de hasta 60 cm Esto induce a pensar que
aunque las propiedades tenso deformacionales pudieran ser aproximadamente constantes
viacuteas preferenciales de humedecimiento (canaliacuteculos verticales dejados por raiacuteces de
hierbas) pueden saturar mayores espesores o presentar curvas de iso saturacioacuten apartadas
del modelo teoacuterico
En resumen una de las caracteriacutesticas principales que deben tenerse siempre en cuenta en
el caacutelculo de la magnitud de los asentamientos por colapso es que estos frecuentemente no
seraacuten uniformes ya sea por las causas antes expuestas como por otros factores como por
ejemplo la dimensioacuten del aacuterea inundada
83 Aacuterea inundada
Otro de los aspectos que influyen considerablemente en la magnitud de los asentamientos
por colapso son el tipo de humedecimiento que se realice dentro de la masa del suelo y las
dimensiones del aacuterea humedecida Golacutedstein (1969) distingue cuatro tipos de
humedecimientos
1 Humedecimiento localizado del suelo a poca profundidad debido generalmente a la
rotura de conducciones hidraacuteulicas de las construcciones En estos casos es casi imposible
predecir a priori la forma en planta y en corte de estos humedecimientos y por lo tanto
hacer una estimacioacuten de la magnitud de los asentamientos y su distribucioacuten en planta
2 Humedecimiento extenso de todo el perfil del suelo causado por una importante
infiltracioacuten de agua (rotura de canales o efluentes industriales) Los asentamientos en estos
casos pueden ser importantes y dantildeinos para las construcciones especialmente cuando los
asentamientos son desiguales
3 Una elevacioacuten uniforme del nivel freaacutetico debido generalmente a una recarga del freaacutetico
causado por una fuente lejana
4 Un aumento gradual y lento del contenido de agua debido por ejemplo a la
condensacioacuten del vapor y una acumulacioacuten de humedad causada por cambios en las
condiciones ambientales (pavimentacioacuten de la superficie del terreno)
En cuanto a la forma y las dimensiones del aacuterea humedecida se ha demostrado
experimentalmente que los asentamientos por colapso calculados con la ecuacioacuten indicada
arriba son soacutelo aplicables cuando la superficie de saturacioacuten o fuente de humedecimiento
es del orden de 23 a 1 vez el espesor de los sedimentos colapsables (Krutov y Dyakonov
1973) En cambio cuando esta relacioacuten es menor y la zona humedecida se aparta de la
supuesta unidimensional los asentamientos reales son sustancialmente menores a los
calculados
Por tal motivo algunos investigadores coinciden en afirmar que dicha ecuacioacuten debe estar
afectada de un coeficiente (m) que tenga en cuenta el tipo la forma y las dimensiones del
aacuterea humedecida
m = f (B L Z)
donde B y L son el ancho y largo de la fuente de inundacioacuten y Z el espesor de la zona
humedecida Asiacute en la ex URSS es habitual afectar a los asentamientos calculados por un
coeficiente llamado de condiciones de campo o de operacioacuten
Este coeficiente es pues la relacioacuten entre el asentamiento real medido en el terreno y el
calculado De modo que
84 Estado tensional
La magnitud del asentamiento adicional por colapso es funcioacuten de la tensioacuten actuante en el
manto de suelo considerado Si se analiza el caso particular de una zapata apoyada sobre la
superficie del terreno el asentamiento adicional por colapso seraacute funcioacuten de la forma y las
dimensiones de aacuterea cargada del espesor del manto susceptible al colapso y del tipo y la
forma de la zona humedecida Sin embargo se ha comprobado experimentalmente que si el
espesor de los mantos de suelos colapsables que se encuentran por debajo de la zona
comprimida es suficientemente importante como para que pueda colapsar por peso propio
la amplitud del asentamiento no depende praacutecticamente de la forma y de las dimensiones de
las fundaciones (Abelev y Abelev 1979)
En las numerosas experiencias realizadas sobre zapatas a escala real se ha comprobado que
los asentamientos adicionales por colapso medidos pueden llegar a ser entre 15 a 2 veces
mayores que los calculados sobre todo en zapatas con anchos inferiores a los 20 m de
ancho (Abelev y Abelev 1979)
Estas divergencias entre el valor de los asentamientos calculados y los reales pueden
atribuirse a varios factores entre los cuales pueden sentildealarse
c) La eleccioacuten del espesor del manto de suelos colapsables o susceptibles a sufrir un
asentamiento adicional ha sido largamente discutido Asiacute Kodrynova (1969) en base a
ensayos de zapatas a escala real pudo establecer las dimensiones de la zona realmente
deformada Confirmando que la profundidad de la zona deformada era menor que la
profundidad que por ejemplo estableciacutean las Normas Sovieacuteticas vigentes en ese momento
Estas Normas haciacutean soacutelo consideraciones tensionales y fijaban la profundidad del manto
como aqueacutella para la cual la relacioacuten entre el valor de la carga adicional debida a la zapata
(Δσ) y el de la presioacuten natural (σ0) se haciacutean igual a 020 Kodrynova (1969) comproboacute
que el criterio maacutes adecuado para establecer este espesor era usar el concepto de resistencia
estructural o Presioacuten Inicial de Colapso sugerido por Abelev en 1968 Asiacute observoacute que la
zona deformada se correspondiacutea muy bien con aquellos lugares donde los valores de
tensiones totales (σz) eran mayores al valor de la Presioacuten Inicial de Colapso (δicol) Por
tanto concluyoacute que el espesor Zo puede definirse como la profundidad en la cual se
comprueba que
Esto coincide con lo advertido por Grigoryan (1967) en ensayos de zapatas cuadradas y
rectangulares en donde solamente se observaron asentamientos en la masa del suelo
cuando la tensioacuten actuante era mayor al valor de la Presioacuten Inicial de Colapso (δicol)
Por lo tanto se puede concluir que no existen reglas praacutecticas -como las que existen en
otros tipos de suelos- que puedan dar valores indicativos de la relacioacuten entre el ancho de la
cimentacioacuten y el espesor del manto deformable Sin embargo de lo que siacute hay abundante
evidencia es que la zona deformada generalmente aumenta cuando aumenta el contenido de
humedad (Tsytosich et al 1979)
b) La distribucioacuten de tensiones en la masa de un suelo colapsable provocada por una zapata
riacutegida se asemeja a la de un medio seminfinito y elaacutestico (error entre 20 a 30) soacutelo
cuando el suelo estaacute a humedad natural y la tensioacuten no sobrepasa los 30 kgcm2
(Grigoryan 1967) Tsytosich et al (1979) comprobaron experimentalmente esta afirmacioacuten
observando que a posteriori de la inundacioacuten del suelo el cambio tensional sobre la vertical
en el borde y en el centro de la zapata aumentan Se advierte que durante el proceso de
inundacioacuten del suelo ubicado debajo de la zapata se produce una concentracioacuten de
tensiones bajo la zapata disminuyendo el aacuterea en donde se distribuyen las cargas Seguacuten
Abelev y Abelev (1979) esto puede explicarse porque las relaciones tensioacuten-deformaciones
de los suelos macroporosos no son lineales a estos niveles de tensioacuten
9 METODOS DE IDENTIFICACIOacuteN
91 Aspectos generales
A partir de la deacutecada de los antildeos 50 se generoacute una preocupacioacuten manifiesta por parte de
diferentes investigadores en identificar y clasificar la potencialidad al colapso en los
distintos suelos
Estos intentos a escala mundial se han enfrentado fundamentalmente con dos
inconvenientes o limitaciones como son
1 La gran variedad de tipos de suelos que colapsan por humedecimiento Asiacute por
ejemplo meacutetodos probados en ciertos paiacuteses o regiones en determinados tipos de suelos no
han podido hacerse extensivos a suelos de otras zonas cuyo origen geoloacutegico y geneacutetico es
francamente diferente
2 La frecuente heterogeneidad de los suelos colapsables por humedecimiento En este
sentido hay coincidencia entre los investigadores que han estudiado suelos colapsables de
distinto origen geoloacutegico Asiacute pueden encontrarse referencias tanto en investigadores que
analizaron suelos lateriacuteticos o de origen eoacutelico como el loess (Abeley y Abeley 1979
Moretto 1986) que en principio suelen considerarse como suelos homogeacuteneos Es
frecuente encontrar una variacioacuten en el grado de cementacioacuten (por ejemplo debido a
carbonatos) en soacutelo algunos centiacutemetros En otros casos esta heterogeneidad es debida a la
presencia de grandes macroporos dejados por raiacuteces o insectos
Esto ha llevado a una gran variedad de metodologiacuteas para establecer la susceptibilidad al
colapso de los suelos y una anarquiacutea en la terminologiacutea empleada en los diferentes paiacuteses
para su clasificacioacuten Sin embargo en la mayoriacutea de los casos los diferentes investigadores
o coacutedigos han tendido a discretizar el comportamiento del suelo frente al colapso en dos
grupos suelos que colapsan bajo peso propio y suelos que colapsan bajo una carga mayor
Rocca (1985) ha confeccionado una tabla de equivalencias con la denominacioacuten que
reciben en los distintos paiacuteses
82 Clasificacioacuten de los meacutetodos de identificacioacuten de suelos colapsables
En cuanto a los tipos de meacutetodos de identificacioacuten propiamente dichos varios han sido los
enfoques que se han propuesto Estos podriacutean clasificarse en tres grupos
1048713 Meacutetodos basados en paraacutemetros fiacutesicos de identificacioacuten de suelos tales como Peso
Unitario Liacutemites de Consistencia Granulometriacutea etc
1048713 Meacutetodos basados en ensayos mecaacutenicos principalmente en ensayos edomeacutetricos
1048713 Meacutetodos basados en la magnitud del colapso
Existe una abundante bibliografiacutea sobre los diferentes meacutetodos de clasificacioacuten a
identificacioacuten en las cuales se ha realizado un anaacutelisis criacutetico sobre los diferentes meacutetodos
como las ya referidas de Rocca (1985) y Redolfi et al (1986) y otras como las de Sultan
(1969) Reginatto (1970 1974) Loacutepez Corral (1977) Jimeacutenez Salas (1987) y Lutenegger y
Saber (1988) Por lo tanto en este apartado no se insistiraacute en ello sino maacutes bien se haraacute un
enfoque general del problema y se presentaraacuten aquellos conceptos v meacutetodos que
posteriormente seraacuten utilizados en el desarrollo de estas notas
Meacutetodos basados en paraacutemetros fiacutesicos de suelos
En general la mayoriacutea de estos meacutetodos de identificacioacuten tienen maacutes bien un caraacutecter
cualitativo que cuantitativo pretendiendo ubicar el suelo analizado en algunos de los
grupos mencionados en (36) La clasificacioacuten consiste habitualmente en establecer si el
suelo es autocolapsable (colapsable bajo su propio peso) o bien si es condicionalmente
colapsable (colapsable bajo carga externa)
En estas notas solamente se analizaraacuten tres de ellos que tienen en comuacuten que relacionan el
liacutemite liacutequido y el peso unitario seco
a) Denison (1961) establece el Coeficiente de Colapso (k) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando la relacioacuten de vaciacuteos del suelo en estado natural (e) es mayor
que la relacioacuten de vaciacuteos correspondiente al Liacutemite Liacutequido (eL )
b) Gibbs (1961) establece una Relacioacuten de Colapso (R) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando la humedad de saturacioacuten del suelo (wSAT) es mayor que el
Liacutemite Liacutequido (wL )
c) Coacutedigo de edificacioacuten de la URSS (1962) establece un Indice de Colapso (R) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando R es mayor de -010
En se han superpuesto los puntos correspondientes a pares de valores del peso unitario
seco y el Liacutemite Liacutequido de suelos de la ciudad de Coacuterdoba Argentina (Redolfi et al
1986) De ella se desprende que los valores de los paraacutemetros obtenidos son valores tiacutepicos
de la formacioacuten loeacutessica de Coacuterdoba y que para todas las metodologiacuteas aquiacute presentadas la
gran mayoriacutea de los suelos son colapsables puesto que estaacuten incluidos dentro de las zonas
que los clasifican colapsables
Meacutetodos basados en ensayos edomeacutetricos
Estos meacutetodos estaacuten basados en la Presioacuten Inicial de Colapso o Presioacuten de Fluencia La
determinacioacuten del grupo al cual pertenece el suelo estudiado (auto colapsable o colapsable
bajo carga) se realiza comparando la presioacuten de tapada o geostaacutetica con la presioacuten a la cual
se produce el colapso Asumiendo como hipoacutetesis que el colapso por humedecimiento
ocurre soacutelo a partir de una cierta presioacuten por encima de la cual la resistencia estructural del
suelo es superada
La magnitud de esta presioacuten para la cual se produce el desmoronamiento de la estructura
del suelo ha sido designada por algunos autores como
1048713 Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) (Abelev y Abelev 1979) o
1048713 Presioacuten de Fluencia Saturada (σf sat) (Reginatto 1970)
Experimentalmente se ha demostrado que cuando la presioacuten total en el suelo (σt) ya sea
por cargas externas yo peso propio es menor que esta magnitud no se producen
asentamientos de colapso por humedecimiento Krutov y Tarasova (1964) sentildealan
acertadamente que desde un punto de vista teoacuterico la Presioacuten Inicial de Colapso o Presioacuten
de Fluencia deberiacutea ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero concluyen que
desde un punto de vista praacutectico una pequentildea magnitud de colapso puede asumirse como
permisible Siguiendo este concepto por ejemplo las Normas Sovieacuteticas SNIP definen a la
Presioacuten Inicial de Colapso como aquella presioacuten para la cual en una probeta instalada en un
edoacutemetro se produce un colapso relativo unitario igual a 001 o porcentual del 100
δicol = 001 = 10
En se han representado las curvas presioacuten-deformaciones unitarias de dos ensayos
edomeacutetricos del mismo suelo uno a humedad natural y el otro en estado saturado El
colapso relativo (δicol) es igual a
δicol = εHN - εSAT
donde εHN = Deformacioacuten unitaria a humedad natural
εSAT = Deformacioacuten unitaria en estado saturado
En tanto Reginatto (1970) define a la Presioacuten de Fluencia saturada de un suelo colapsable
de la misma forma en que se establece la presioacuten de preconsolidacioacuten de una arcilla
saturada en un ensayo edomeacutetrico
En se presenta la correlacioacuten que realizan Lin y Wang (1988) entre los valores de la
Presioacuten de Fluencia Saturada y la Presioacuten Inicial de Colapso (el Coacutedigo Chino la establece
para un valor de δicol = 150) Se puede observar que aproximadamente se establece una
relacioacuten directa entre ellas Esto no es de extrantildear puesto que conceptualmente ambas
definiciones tratan de fijar la presioacuten a la cual la estructura del suelo saturado comienza a
colapsar
Los numerosos intentos realizados en ensayos in situ para comprobar la validez de esta
hipoacutetesis (Krutov y Tarasova 1964 Abelev y Abelev 1979) parecen indicar a primera
vista que las predicciones tienen buen acuerdo con la realidad en muchos casos pero en
cambio en otros la diferencia entre lo predecido y lo sucedido es importante sobre todo en
aquellos casos referidos al colapso por peso propio
Meacutetodos basados en la magnitud del asentamiento por colapso
Los meacutetodos basados en la magnitud del asentamiento por colapso se fundan en determinar
la magnitud del mismo de un perfil de suelos en un lugar determinado debido solamente a
su peso propio
Asiacute por ejemplo la Clasificacioacuten Rumana de Suelos Loeacutessicos Colapsables (LCS) define
el Potencial Total de Colapso (Img) (Bally et al1973) como
donde Hj es el espesor del estrato j en metros y img es el asentamiento edomeacutetrico
adicional de una muestra de estrato j inundada a una presioacuten igual al peso propio de las
tierras (σ0 ) expresado en cmm
El Coacutedigo de Construccioacuten de Edificios de la Repuacuteblica Popular China en regiones de
suelo colapsables sigue un criterio similar (Lin y Liang 1982 Lin y Wang 1988) La
evaluacioacuten de la susceptibilidad al colapso en un determinado sitio se realiza en dos etapas
En primer lugar se evaluacutea su aptitud al autocolapso y se determina el Tipo de sitio (Tipo
1 o Tipo 2)
La magnitud del colapso por peso propio Δzc se obtiene de forma similar a la utilizada por
Bally et al (1973) en Rumania sumando los asentamientos individuales de los n estratos
colapsables del perfil
donde Hj es el espesor de estrato en cm y δzsj es el coeficiente de colapsabilidad del estrato
j en cmcm o en por ciento obtenido por medio de ensayos edomeacutetricos en los cuales
primero se carga el suelo hasta la presioacuten por peso propio y luego se inunda la muestra
donde Hj es el espesor de estrato en cm y δzsj es el coeficiente de colapsabilidad del estrato
j en cmcm o en por ciento obtenido por medio de ensayos edomeacutetricos en los cuales
primero se carga el suelo hasta la presioacuten por peso propio y luego se inunda la muestra
La sumatoria soacutelo tiene en cuenta aquellos valores de δzs jmayores de 0015
Si Δzs lt 7 cm se considera al suelo no autocolapsable por humedecimiento y se clasifica
al lugar como sitio TIPO 2 Si en cambio Δzs gt 11 cm se considera al suelo
autocolapsable por humedecimiento y se lo clasifica como sitio TIPO 1
Por uacuteltimo si 7 cm lt Δzs lt 11 cm el tipo de sitio debe ser determinado despueacutes de un
exhaustivo estudio de la geomorfologiacutea estratigrafiacutea y caracteriacutesticas estructurales del
suelo
El Coacutedigo tambieacuten establece que la magnitud del colapso por peso propio (Δzs) tambieacuten
puede ser determinada directamente en el terreno a traveacutes de una balsa o laguna de
infiltracioacuten de dimensiones especiacuteficas
La segunda etapa de la evaluacioacuten de la colapsabilidad consiste en establecer el Grado de
Colapsabilidad del suelo de cimentacioacuten Para ello se carga a las muestras representativas
de cada uno de los estratos a una presioacuten de 200 kPa y luego se las inunda La magnitud del
colapso se obtiene
donde δsj es el Coeficiente de colapsabilidad del estrato j en cmcm para una presioacuten de
200 kPa La sumatoria soacutelo tiene en cuenta valores de Δs mayores de 0015
donde δsj es el Coeficiente de colapsabilidad del estrato j en cmcm para una presioacuten de
200 kPa La sumatoria soacutelo tiene en cuenta valores de Δs mayores de 0015
SOLUCIONES INGENIERILES EN SUELOS COLAPSABLES
111 Consideraciones generales
La primera cuestioacuten que debe analizarse cuando se disentildean cimentaciones en suelos
susceptibles al colapso es la probabilidad que el agente desencadenante del fenoacutemeno el
agua pueda o no introducirse en el terreno y por ende sensibilizar al suelo en donde se
apoyaraacuten las estructuras Por definicioacuten sin la presencia del agua el suelo no colapsa Esta
cuestioacuten es significativa puesto que pueden existir numerosos casos en donde la
probabilidad que el agua se infiltre en el suelo sea lo suficientemente baja como para
analizar la posibilidad de fundar la estructura considerando el comportamiento del suelo en
su estado natural Por lo tanto cuando se hable de suelos potencialmente colapsables por
humedecimiento no debe pensarse uniacutevocamente en las soluciones ingenieriles que se
utilizan en suelos colapsables
Hecha esta aclaracioacuten a continuacioacuten se trataraacute de ofrecer un panorama de las distintas
soluciones ingenieriles que se adoptan en suelos colapsables por humedecimiento cuando
las probabilidades de que se produzca el fenoacutemeno son altas
El objetivo central de todas estas soluciones es prevenir las fallas estructurales o de servicio
que pueden sobrevenir sobre las estructuras construidas sobre estratos de suelos
colapsables
Aitchison (1973) divide a estas soluciones en
a) Tratamiento del suelo colapsable con vista a eliminar la tendencia al colapso a lo largo
de todo el estrato de suelos desmoronables
b) Disentildeo de elementos constructivos que eliminen o disminuyan a liacutemites razonables la
posibilidad que se inicie el colapso
c) Disentildeo de estructuras yo cimentaciones insensibles a los asentamientos provocados por
el colapso por ejemplo fundaciones profundas apoyadas sobre un manto profundo no
sujeto a los asentamientos por humedecimiento
El primer grupo de soluciones comprende los meacutetodos de mejoramiento de suelo por
medio de los cuales la susceptibilidad al colapso es eliminada modificando las propiedades
resistentes del suelo mediante la compactacioacuten o la cementacioacuten de los viacutenculos entre
partiacuteculas El segundo grupo incluye la adopcioacuten de medidas constructivas tendientes a
aislar el agua de manera de evitar o disminuir la presencia de condiciones favorables al
colapso admitiendo no obstante ciertos riesgos Finalmente el tercer grupo engloba tanto
las soluciones tradicionales por medio de fundaciones profundas como el disentildeo de
estructuras con fundaciones directas insensibles a los asentamientos diferenciales
provocados por el colapso del suelo En resumen en el primer grupo de soluciones se
interviene directamente en el suelo evitando asiacute el colapso en el segundo grupo se intenta
evitar que se produzca el colapso sin modificar el suelo y en el uacuteltimo grupo se construyen
estructuras yo fundaciones que admitan y resistan los fenoacutemenos provocados por el
colapso del suelo
Evstatiev (1988) sentildeala que los mejores resultados han sido alcanzados con una oacuteptima
combinacioacuten de las ventajas que individualmente tiene cada uno de los tres grupos La
experiencia ha probado que las medidas constructivas y las medidas de aislacioacuten del agua
por siacute solas no pueden resolver todos los problemas de inestabilidad que provoca el colapso
del suelo Asiacute la adopcioacuten de soluciones exclusivamente para la superestructura (por
ejemplo fundaciones profundas) sin un adecuado disentildeo que eviten dantildeos en los otros
elementos de la construccioacuten como pisos desaguumles etc han provocado serios dantildeos en
estas partes de la construccioacuten que podriacutean haber sido evitados aplicando medidas
tendientes a evitar el ingreso del agua en el terreno
La eficacia del disentildeo adoptado en cada caso depende en gran medida de la calidad de las
investigaciones geoteacutecnicas realizadas La informacioacuten baacutesica que eacutestas deben suministrar
son el espesor del manto de suelos colapsables y la magnitud del colapso bajo peso propio
o bajo carga de todos los estratos del perfil
Una incorrecta estimacioacuten de estos paraacutemetros puede llevar a proponer y construir
soluciones ingenieriles totalmente opuestas a las correctas La confeccioacuten de perfiles de
colapsabilidad como los presentados permiten establecer la existencia o no de suelos
autocolapsables sus espesores aproximados y la profundidad a la que se encuentran Esta
metodologiacutea de anaacutelisis es de gran ayuda por ejemplo en la eleccioacuten del procedimiento
idoacuteneo para estabilizar el terreno
A continuacioacuten se presenta una descripcioacuten de las distintas soluciones ingenieriles maacutes
utilizadas en este tipo de suelos En primer lugar se analizan el primer grupo de soluciones
que se ha englobado bajo el nombre de Mejoramiento de suelos continuando luego con los
otros dos grupos Medidas para evitar la iniciacioacuten del colapso y fundaciones yo
estructuras insensibles a los fenoacutemenos del colapso
112 Mejoramiento de suelos colapsables
Consideraciones previas
El objetivo principal de estas soluciones es eliminar o disminuir apreciablemente la
susceptibilidad al colapso del suelo bien disminuyendo la porosidad del suelo
(compactacioacuten) o bien aumentando la resistencia estructural entre las partiacuteculas del suelo
(meacutetodos fiacutesico-quiacutemicos) Una de las formas de clasificar los meacutetodos de mejoramiento o
estabilizacioacuten ha sido precisamente eacutesta o sea teniendo en cuenta la accioacuten resultante
sobre el suelo (Aitchison1973 Rocca1985) Sin embargo para el desarrollo y explicacioacuten
de los diferentes meacutetodos se ha elegido la clasificacioacuten propuesta por Evstatiev(1988) que
tiene en cuenta el medio usado para realizar la estabilizacioacuten y el objeto de la misma
Evstatiev (1988) propone la siguiente clasificacioacuten de los meacutetodos de estabilizacioacuten de
suelos loeacutessicos la cual puede hacerse extensiva a suelos colapsables
a) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacioacuten
b) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
c) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
d) Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
e) Meacutetodos de mejoramiento que incorporan elementos resistentes a la traccioacuten dentro del
suelo
f) Geomembranas
g) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por drenaje
h) Correccioacuten de taludes y terraplenes
A continuacioacuten siguiendo la clasificacioacuten antes expuesta se desarrollaran aquellas
metodologiacuteas de mejoramientos de suelos colapsables maacutes extendidas Desarrollaacutendose
principalmente los grupos abc y d puesto que incluyen una serie de acciones particulares
frente al fenoacutemeno del colapso En cuanto a los restantes grupos (e f g y h) las teacutecnicas de
mejoramiento del terreno utilizadas persiguen los mismos objetivos buscados en otros tipos
de suelos y en general la teacutecnica empleada es praacutecticamente la misma Por tal motivo y
puesto que se apartan un tanto del objeto de estas notas se estima conveniente no abundar
sobre ellas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacioacuten
Este grupo comprende varias de las metodologiacuteas usadas en suelos colapsables para reducir
los vaciacuteos de modo de eliminar la colapsabilidad reducir la permeabilidad y aumentar la
capacidad de carga Esto se realiza utilizando fuerzas estaacuteticas o dinaacutemicas o bien a traveacutes
de la inyeccioacuten de lechadas
Compactacioacuten dinaacutemica Este meacutetodo es adecuado para compactar mantos de suelos
colapsables superficiales con espesores menores a 350 metros El meacutetodo consiste en dejar
caer en caiacuteda libre desde una altura de 4 a 8 metros pilones de 3 a 8 Tn sobre la superficie
del terreno a razoacuten de 10 a 16 impactos en cada lugar (Abelev y Abelev 1979) El impacto
genera una rotura de la estructura del suelo un aumento de la presioacuten de poros y una
compresioacuten del aire presente en los poros produciendo un reacomodamiento de las
partiacuteculas dando como resultado una estructura maacutes compacta Seguacuten Malyshev et al
(1983) el contenido de humedad del suelo juega un papel importante lograacutendose la maacutexima
eficiencia con un contenido de humedad cercano al Liacutemite Plaacutestico Si el contenido de
humedad es menor a eacuteste es necesario humedecer el espesor de suelo de modo de alcanzar
una mejor eficacia Varios son los factores que controlan los resultados del meacutetodo asiacute por
ejemplo el espesor compactado es funcioacuten principalmente del peso y del diaacutemetro del piloacuten
En tanto el grado de compactacioacuten estaacute controlado por el nuacutemero de impactos y la humedad
del suelo El grado de compactacioacuten no es uniforme a lo largo de todo el espesor
compactado lograacutendose la maacutexima densificacioacuten a 12 a 15 veces el diaacutemetro del piloacuten
Sin embargo se pueden obtener Pesos Unitarios secos superiores a 16 tm3 en espesores de
25 a 35 m lo cual en la mayoriacutea de los casos es suficiente para disminuir o anular la
susceptibilidad al colapso del suelo Una variante a este meacutetodo es realizar la compactacioacuten
solamente en los lugares donde actuacutean las cargas y no en toda el aacuterea de la construccioacuten
Por ejemplo en casos de fundaciones de muros de carga o fundacioacuten de columnas el
mejoramiento del suelo se logra densificando la zona de influencia del bulbo de presiones
o sea la zona donde los incrementos de presioacuten pueden hacer colapsar el suelo
Compactacioacuten por medio de pequentildeos pilotes piramidales En cierta forma este meacutetodo es
una variante del meacutetodo anterior Consiste en hincar un pilote piramidal de 3 a 4 metros de
longitud con una seccioacuten transversal superior de 60 x 60 a 70 x 70 cm y una seccioacuten
transversal inferior de 10 x 10 cm Una vez retirado el pilote la cavidad se rellena con
hormigoacuten Este tipo de metodologiacutea da excelentes resultados en aacutereas en donde existe un
espesor de suelos potencialmente colapsables (no autocolapsables) de 30 o 40 m de
profundidad pero que colapsaraacuten si estaacuten sometidos a los incrementos de carga
transmitidos por las construcciones Una de las ventajas del meacutetodo es la completa
mecanizacioacuten de todas las operaciones Una variante a este meacutetodo consiste en realizar la
hinca sobre una capa de piedra partida dando como resultado un bulbo de suelo
compactado alrededor de la capa de piedra mejorando la capacidad de carga por la punta
del pilote asiacute construido
Compactacioacuten por pilotes de suelo Este es uno de los meacutetodos maacutes usuales para
compactar espesores importantes (18 a 20 m) de suelos loeacutessicos susceptibles al colapso
El procedimiento consta de dos partes primero se realiza la perforacioacuten y segundo se llena
la cavidad con suelo compactado La perforacioacuten se realiza usualmente mediante la hinca
de un pilote metaacutelico con base ensanchada (15 veces) En otra metodologiacutea de reciente uso
la excavacioacuten se hace de la siguiente forma se perfora hasta la profundidad deseada un
hoyo de 8 cm de diaacutemetro dentro del cual se coloca una columna de explosivos que luego
de estallar crea una perforacioacuten de aproximadamente 080 m de diaacutemetro Despueacutes de
efectuada esta perforacioacuten dinaacutemica la cavidad se rellena con suelo local introducido en
tongadas de 100 a 200 Kg que luego son compactadas dinaacutemicamente por medio de un uacutetil
especial Concluidas ambas etapas quedan formadas columnas de suelo compactado con un
diaacutemetro aproximado igual a dos veces el de la perforacioacuten El grado de compactacioacuten va
decreciendo a medida que se aleja del centro de la columna por tal motivo es importante
conocer esta ley de decrecimiento para disentildear correctamente la cuadriacutecula de pilotes de
suelo Al igual que en los otros meacutetodos la eficiencia del sistema aumenta en la medida que
la humedad del suelo natural y compactado se encuentre a una humedad cercana al Limite
Plaacutestico Por tal motivo es usual que previo a la perforacioacuten se realice una humectacioacuten del
espesor de suelos a compactar Las densidades alcanzadas son del orden de 170 a 180
tm3 que son suficientes para evitar el colapso por peso propio y permiten el use del
espesor compactado como manto de fundacioacuten
Compactacioacuten por explosiones de gas Esta relativamente nueva metodologiacutea de
compactar espesores de suelos colapsables consiste en introducir a traveacutes de una lanza de
agua a presioacuten una caacutemara de compresioacuten que contiene una mezcla de gas propano y
oxiacutegeno la cual se va elevando a medida que se producen una serie de explosiones de la
mezcla De este modo se va generando una columna 120 140 m de suelo compactado
(Densidad de 150 tcm3) (Martemyanov et al 1979)
Compactacioacuten por humedecimiento (Hidrocompactacioacuten) En este caso se utiliza la propia
susceptibilidad del suelo a colapsar bajo peso propio El meacutetodo maacutes frecuente de realizar
la humectacioacuten o saturacioacuten del terreno es a traveacutes de infiltracioacuten del agua desde la
superficie del terreno para lo cual se efectuacutean excavaciones poco profundas (040 a 080 m)
o bien se construyen grandes estanques En muchos casos a efectos de acelerar el ingreso
del agua al terreno se construyen dentro del estanque drenes de arena convenientemente
espaciados Este sistema ha sido empleado ampliamente en varias partes del mundo por
ejemplo en EEUU por Gibbs y Bara (1967) y Clevenger (1956) en Rumania por Bally et
al (19651969) en la URSS por Lomize (1968) y Mustafaef (1967) en China por Lin y
Liang (1982) y en Argentina por Moll et al (1979) A pesar de su amplia utilizacioacuten y su
bajo costo el meacutetodo presenta una serie de inconvenientes aparicioacuten de grietas de traccioacuten
en el contorno del aacuterea inundada existencia de importantes deformaciones posteriores al
colapso necesidad de recompactar los 4 oacute 5 primeros metros utilizando otro tipo de
metodologiacutea La efectividad de este meacutetodo se mejora sustancialmente si al mismo se lo
combina con otro meacutetodo de compactacioacuten dinaacutemica
Compactacioacuten por humedecimiento previo y por explosiones profundas Este meacutetodo fue
desarrollado en al Unioacuten Sovieacutetica por Livinov (1976) en la deacutecada de los 60 El espesor de
suelos a compactar es previamente humedecido a traveacutes de un sistema de drenes
(cuadriacutecula de 3 x 3 a 5 x 5 m) Las cargas explosivas (5 a 7 Kg) son colocadas en el fondo
de los mismos drenes o bien en tubos metaacutelicos colocados en perforaciones adicionales La
cuadriacutecula con las cargas es aproximadamente de 4 x 4 m En este procedimiento no es
necesario la completa saturacioacuten del suelo que por ejemplo necesita el meacutetodo anterior
Posterior al humedecimiento se hacen estallar las cargas de toda un aacuterea (2000 a 50000
m2) La explosioacuten generan una onda de choque que hace licuar la estructura del suelo lo
cual permite un reacomodamiento de las partiacuteculas y un crecimiento de la densidad del
suelo En ciertos casos es aconsejable la construccioacuten de trincheras alrededor de la zona a
compactar a efectos de evitar la propagacioacuten de grietas fuera de ella La explosioacuten produce
un importante a inmediato asentamiento de la superficie del terreno Los asentamientos en
general se estabilizan al cabo de 3 oacute 4 semanas Este tipo de meacutetodo es aconsejable cuando
se desea compactar grandes voluacutemenes de suelo particularmente en grandes complejos
industriales o bien en obras hidroeleacutectricas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
En este apartado se incluyen aquellos meacutetodos de estabilizacioacuten consistentes en la mezcla y
posterior compactacioacuten de suelo colapsable con otros materiales (arena gravas) a efectos
de conseguir mayor resistencia y mayor rigidez Este tipo de estabilizacioacuten es de amplio use
en la ingenieriacutea vial en la construccioacuten de bases y de sub-bases
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
Este grupo incluye a aquellas metodologiacuteas en las cuales el mejoramiento de las
propiedades resistentes del suelo se consiguen con la creacioacuten de viacutenculos maacutes soacutelidos y
estables en la estructura del suelo En algunas de ellas la inyeccioacuten de agentes cementantes
provoca la rotura de la estructura original del suelo En otras por el contrario la inyeccioacuten
de agentes quiacutemicos actuan directamente sobre los viacutenculos sin modificar la estructura del
suelo Los meacutetodos se pueden dividir en meacutetodos superficiales y meacutetodos profundos
dependiendo en donde se realice la estabilizacioacuten En los meacutetodos de estabilizacioacuten
superficiales el mejoramiento en general se consigue mediante la mezcla y posterior
compactacioacuten del suelo con agentes quiacutemicos o cementantes tales como cemento cal
emulsiones asfaacutelticas sales (NaCl Nat C03 NaPO3) etc Estos meacutetodos de estabilizacioacuten
son tambieacuten usuales en otros tipos de suelos y son de amplia utilizacioacuten en todo tipo de
obras de ingenieriacutea civil por tal motivo no insistiremos en ellos Por el contrario los
meacutetodos de estabilizacioacuten profunda aunque tambieacuten se han utilizado en otros tipos de
suelos muchos de ellos se han desarrollado y usado especiacuteficamente para eliminar o
disminuir la susceptibilidad al colapso en espesores importantes de suelo A continuacioacuten
se presentan algunos de ellos
Inyecciones de agentes quiacutemicos Las investigaciones y las realizaciones en este tipo de
estabilizaciones se ha desarrollado principalmente en la Unioacuten Sovieacutetica Seguacuten Mitchell
(1981) la razoacuten principal por la cual estos meacutetodos no se han extendido universalmente se
debe principalmente a los altos costos frente a otros tipos de estabilizaciones Sin embargo
Esvtatiev (1988) da cuenta de la existencia en la URSS de maacutes de 800 proyectos en donde
se han utilizado satisfactoriamente p ej el meacutetodo de silicatizacioacuten) Esto ha permitido un
continuo mejoramiento de la tecnologiacutea una reduccioacuten de los costos y una abundante
normativa en la regulacioacuten de su uso El agente quiacutemico maacutes utilizado por su bajo costo
frente a otros agentes quiacutemicos es el Silicato de Sodio El meacutetodo consiste en inyectar en
todo el espesor de suelo a tratar una solucioacuten de silicato de sodio (Densidad = 1 10 a 1 04
gcm3) a traveacutes de un tubo inyector de 42 mm de diaacutemetro con perforaciones de 3 mm
protegidas por un manguito de goma La inyeccioacuten se realiza a una presioacuten de 20 a 40
Kgcm2 y una descarga de 48 litros por minuto (Zvyagin et al 1978) La silicatizacioacuten del
suelo es soacutelo posible en un medio fuertemente alcalino Seguacuten Sokolovic (1973) se logra
una mejor eficiencia mediante una pre y post gasificacioacuten con carbonato de calcio Luego
de la inyeccioacuten tres son los cambios que se observan en el suelo un aumento significativo
de la resistencia a la compresioacuten (superior a 20 Kgcm2 ) una eliminacioacuten de la
susceptibilidad al colapso y una disminucioacuten de la permeabilidad Otro de los tratamientos
con agentes quiacutemicos es la inyeccioacuten de amoniacuteaco La mejora en el suelo es inferior al
tratamiento por silicatizacioacuten ademaacutes presenta la desventaja de ser un elemento toacutexico y su
utilizacioacuten requiere medidas especiales de proteccioacuten (Sokolovic 1973)
Estabilizacioacuten teacutermica Esta teacutecnica comenzoacute a desarroIlarse en la URSS en la deacutecada de
los antildeos 50 y ha sido utilizada exitosamente en un importante nuacutemero de emprendimientos
Seguacuten Esvtatiev (1988) la aplicacioacuten de este meacutetodo es teacutecnica y econoacutemicamente
aconsejable en los siguientes casos a) en la estabilizacioacuten de fundaciones existentes de
estructuras altas como chimeneas tanques de agua b) en la paralizacioacuten de los
asentamientos en construcciones existentes provocados por el colapso del suelo Las
propiedades de los minerales arcillosos cambian cuando eacutestos son sometidos a altas
temperaturas lo cual genera un aumento importante de la resistencia y por ende la
eliminacioacuten de la susceptibilidad al colapso del suelo La tecnologiacutea ha ido variando y
mejorando su eficiencia a lo largo de estas deacutecadas No obstante la variedad de meacutetodos
casi todos ellos consisten en la introduccioacuten de un quemador de fuel o gas dentro de un pre
pozo de 020 metros de diaacutemetro con una presioacuten de aire de 20 a 30 Kgcm2 De esta
forma al cabo de 10 a 15 diacuteas se consigue una columna estabilizada de suelo de 20 a 30
metros y una profundidad de 10 a 15 metros (Beles y Stanculescu 1958)
Estabilizacioacuten mediante mezclado mecaacutenico con agentes cementantes El objetivo de este
tipo de estabiacutelizacioacuten es la creacioacuten de columnas o pilotes de suelo con alta resistencia y
rigidez que permitan la transferencia de las cargas a mantos maacutes profundos y estables
Varios son los meacutetodos constructivos que pueden agruparse dentro de este grupo Los
subdividiremos en los siguientes subgrupos dependiendo del lugar en donde se realiza la
mezcla del suelo con el agente cementante
1 La mezcla del suelo y el agente cementante se realiza en superficie En este caso la
excavacioacuten se puede realizar bien utilizando la teacutecnica constructiva empleada en los pilotes
de suelo (hinca) o bien usar teacutecnicas usuales de perforacioacuten La mezcla deiexcl suelo con el
agente cementante (preferentemente Cemento Portland) puede ser fluida (suelo cemento
plaacutestico) a introducirse dentro de la excavacioacuten en forma de pastones o bien mezclar el
suelo y elcemento con porcentaje de humedad oacuteptimo a introducirlos en la perforacioacuten en
tongadas (100 a 200 Kg) las cuales posteriormente son compactadas dentro de la misma
excavacioacuten Por lo tanto existen cuatro variantes seguacuten sea el tipo de excavacioacuten y el tipo
de mezcla
2 La mezcla del suelo y el cemento se realiza en el mismo proceso de perforacioacuten En este
caso la mezcla del agente cementante se realiza con el propio suelo La mezcla puede
realizarse mediante uacutetiles especiales que van mezclando el suelo con una lechada de
cemento o bien usar la teacutecnica del jet grouting mediante un chorro de lechada a alta presioacuten
Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
Este tipo de estabilizacioacuten se realiza principalmente en terrenos con suelos potencialmente
colapsables en los cuales la presencia de cargas adicionales en superficie puede generar
asentamientos adicionales ante un incremento de la humedad del suelo Asiacute una parte del
suelo colapsable superficial ubicado directamente debajo de las fundaciones es excavado
extraiacutedo y reemplazado por otro material maacutes competente Los materiales generalmente
utilizados son los siguientes el mismo suelo extraiacutedo compactado y eventualmente
estabilizado granulomeacutetricamente arena compactada o suelo cemento compactado La
eleccioacuten del tipo de material estaacute condicionado generalmente por variables teacutecnico
econoacutemicas Los espesores de estos mantos son variables (1 a 4 m) dependiendo del tipo de
cargas y de las caracteriacutesticas del proyecto Por ejemplo en algunos proyectos los
condicionantes pueden ser los asentamientos diferenciales (edificios) en cambio en otros
(canales) no soacutelo importa disminuir la probabilidad que se produzca el colapso sino
tambieacuten lograr una capa de suelo maacutes impermeable Este tipo de metodologiacutea ha sido
utilizada con eacutexito en numerosos paiacuteses y en innumerables tipos de obras Tambieacuten es
frecuente el empleo de esta metodologiacutea en forma conjunta con otro tipo de estabilizacioacuten
profunda cuando se presentan mantos de suelos colapsables profundos y con espesores
muy dispares
113 Medidas conducentes a evitar la iniciacioacuten del colapso
Arriba se sentildealaron los tipos de humedecimientos que seguacuten Goldstein (1969) pueden
presentarse en una masa de suelo
a) humedecimiento localizado por rotura de conducciones hidraacuteulicas o infiltraciones de
aguas de lluvia
b) humedecimiento extenso causado por roturas de canales o efluentes industriales
c) ascenso del nivel freaacutetico
d) aumento gradual y lento del contenido de humedad por condensacioacuten del vapor de agua
provocados por condiciones ambientales
Muchos de estos tipos de humedecimientos pueden ser prevenidos principalmente los
primeros pues en general eacutestos son debidos a fallas o roturas de las instalaciones de la
misma construccioacuten En cambio los otros tipos de humedecimientos estaacuten condicionados
por factores externos al proyecto como por ejemplo puede ser el ascenso del nivel freaacutetico
o la rotura de un canal cercano y ajeno al proyecto La accioacuten del proyectista debe estar
encaminada principalmente a impedir dentro de los liacutemites del proyecto la generacioacuten de
estos humedecimientos provocados por elementos de la propia construccioacuten Robinson y
Narkiewicz (1982) sugieren las siguientes medidas de proteccioacuten contra el humedecimiento
de edificios
a) Pendientes adecuadas en la superficie del terreno que rodea a la construccioacuten de modo
que no se produzcan embalsamientos de agua en las cercaniacuteas de las fundaciones y que
cualquier peacuterdida de agua pueda ser eliminada con rapidez
b) Canalizacioacuten de todos los desaguumles de techos y patios hacia el exterior de la
construccioacuten
c) Instalacioacuten de membranas impermeables o pavimentacioacuten de la superase que rodea a la
construccioacuten de modo de limitar la infiltracioacuten de agua en el suelo adyacente a las
construcciones
d) Encerrar las conducciones de agua o efluentes cloacales dentro de conductos de faacutecil
acceso a efectos de detectar posibles peacuterdidas
Algunas de estas medidas requieren una serie de medidas de control y mantenimiento
durante la vida uacutetil de la obra de manera que perioacutedicamente se realicen inspecciones a las
instalaciones y puedan detectarse peacuterdidas o dantildeos en las mismas Tambieacuten es aconsejable
que los propietarios de la obra conozcan perfectamente los riegos a que estaacute expuesta la
misma de modo que su actividad yo descuidos no inicie procesos de humedecimiento del
terreno
Las medidas de proteccioacuten en otros tipos de obras civiles (canales o caminos) tienen la
misma filosofiacutea es decir elementos de proteccioacuten que impidan o dificulten la entrada del
agua en el terreno de fundacioacuten Asiacute por ejemplo en las obras lineales se debe prestar una
especial atencioacuten al disentildeo del sistema de alcantarillado y de desaguumles En algunos casos
estas obras suelen seguir parcialmente las curvas de nivel del terreno convirtieacutendose en
verdaderas presas que impiden el natural escurrimiento de las aguas provocando la
acumulacioacuten de agua en su entorno lo que genera un humedecimiento generalizado del
terreno de fundacioacuten con los consecuentes dantildeos en la obra
Es frecuente que en ciertos tipos de obras como viviendas unifamiliares de una planta o
incluso caminos y canales las uacutenicas medidas a adoptar sean las presentadas en este
apartado ya que la utilizacioacuten de teacutecnicas de mejoramiento o fundaciones profundas
resultan prohibitivas En realidad la mayoriacutea de las obras aludidas se construyen admitiendo
el riesgo de un posible colapso del terreno El buen comportamiento que han tenido la
mayoriacutea de ellas se debe fundamentalmente a que no se ha producido ninguacuten tipo de
humedecimiento En contraste los dantildeos son serios en aquellas obras que los han sufrido
Por todo ello es un deber de los investigadores a ingenieros buscar nuevas soluciones
econoacutemicas que permitan disminuir los riesgos y por ende los dantildeos en este tipo de obras
Uno de los caminos en tal sentido es el estudio de estructuras que absorban o minimicen
los posibles asentamientos diferenciales provocados por el humedecimiento localizado del
suelo sin un aumento excesivo de los costos
114 Estructuras yo fundaciones que admiten y resisten los fenoacutemenos provocados
por el colapso
El anaacutelisis de este apartado se centraraacute principalmente en el estudio de las fundaciones
superficiales en suelos potencialmente colapsables ya que el otro gran grupo de soluciones
fundaciones profundas mediante pilotes seraacute objeto de un examen detallado en los
apartados siguientes
La lista de estructuras que se asientan directamente sobre mantos de suelos potencialmente
colapsables es amplia entre ellas pueden sentildealarse viviendas unifamiliares construcciones
transitorias galpones ductos enterrados canales caminos etc
Las fundaciones directas sobre suelos colapsables pueden ser divididas en dos grupos
a) Fundaciones riacutegidas utilizadas principalmente en estructuras livianas y con cargas
puntuales por ejemplo torres de liacuteneas de alta tensioacuten columnas de naves industriales o
depoacutesitos En general este tipo de estructuras tienen algunos rasgos comunes como son por
ejemplo cargas verticales bajas cargas horizontales importantes y en general suelen
aceptar asentamientos admisibles mayores
b) Fundaciones de baja rigidez longitudinal en este caso se trata de estructuras con cargas
lineales (muros de carga canales etc) con baja rigidez en el sentido de las cargas Este tipo
de estructuras son sensibles a humedecimientos localizados del terreno que generan
asientos diferenciales importantes En general las medidas que suelen tomarse para
disminuir los efectos de los asientos diferenciales son las siguientes disentildeo de elementos
que rigidicen la estructura (Clemence Y Finbarr 1981) y el disentildeo de elementos
constructivos que eviten
RECAPITULACIOacuteN
Definido el concepto de colapso el estudio se ha enfocado al anaacutelisis de los suelos
colapsables por humedecimiento En esta clase particular de suelos metaestables el agente
externo que desencadena el fenoacutemeno de colapso es el agua En estos suelos un incremento
de humedad puede provocar una disminucioacuten o anulacioacuten de las fuerzas que vinculan unas
partiacuteculas con otras y por lo tanto cambiar el estado de equilibrio en la estructura del suelo
El colapso de la estructura del suelo depende fundamentalmente de dos causas a) de la
importancia de los cambios provoca dos por el agua en los viacutenculos existentes entre las
partiacuteculas y b) del estado tensional en los viacutenculos O sea para que se produzca el colapso
es necesario un agente sensibilizante y un estado tensional capaz de provocar la des-
estabilizacioacuten de la estructura del suelo
Por este motivo los meacutetodos que mejor reflejan la susceptibilidad al colapso de un suelo
son aquellos basados en ensayos mecaacutenicos donde ambos factores estaacuten presentes
La gran subdivisioacuten que se hace a los suelos colapsables parte precisamente de verificar
coacutemo es el comportamiento del suelo en su estado tensional original o bajo su propio
peso Si se produce el colapso bajo este estado se indica que el suelo es verdaderamente
colapsable o autocolapsable en cambio si el fenoacutemeno no se produce se sentildeala que el
suelo es candicionalmente colapsable o colapsable bajo carga
En este contexto diversos investigadores introducen el concepto (tambieacuten tensional) de
Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) o Presioacuten de Fluencia Saturada (σf) como aquella
presioacuten a la cual se produce el colapso Desde un punto de vista teoacuterico esta presioacuten deberiacutea
ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero desde un punto de vista praacutectico se
asume que una pequentildea magnitud del colapso es permisible Por ejemplo las normas
Sovieacuteticas Lo toman igual al 100 las Chinas igual al 150 En cambio en Argentina se
utiliza maacutes la Presioacuten de Fluencia Saturada que se obtiene de forma similar a la Presioacuten de
Preconsolidacioacuten No obstante esta diferencia metodoloacutegica en ambos casos el concepto es
el mismo
Con respecto a las metodologiacuteas usadas para establecer la susceptibilidad al colapso de un
suelo o de un perfil de suelo han sido analizadas las que utilizan el concepto de Presioacuten
Inicial de Colapso y la magnitud del colapso Esta seleccioacuten se realizoacute fundamentalmente
por las siguientes causas primero porque se hacen en base a ensayos mecaacutenicos donde
intervienen el agente externo (el agua) y el estado tensional del suelo y segundo porque
permiten establecer ya sea a traveacutes de un perfil de colapsabilidad o la magnitud del
colapso coacutemo seraacute realmente el comportamiento del terreno ante las solicitaciones
producidas por la obra de ingenieriacutea
Los perfiles de colapsabilidad relacionan en profundidad el peso propio de las tierras con
la Presioacuten Inicial de Colapso esto permite determinar el espesor de suelos autocolapsables
o el espesor de los suelos que colapsaraacuten si ademaacutes del humedecimiento se aumenta el
estado tensional Estos perfiles son de gran ayuda al proyectista de fundaciones en suelos
colapsables dado que le permiten conocer en forma global la magnitud del problema al que
estaacute enfrentado No obstante su utilidad no termina alliacute sino que por el contrario estos
perfiles le permiten tomar decisiones sobre cuaacuteles son las soluciones ingenieriles maacutes
convenientes del proyecto Pues con su ayuda se podraacute seleccionar el meacutetodo de
mejoramiento del terreno la cota de fundacioacuten de una fundacioacuten profunda la magnitud de
la carga por rozamiento negativo etc
La determinacioacuten de la magnitud del colapso de un perfil de suelo usada como
metodologiacutea de clasificacioacuten tambieacuten es de utilidad en el disentildeo de construccioacuten de obras
de ingenieriacutea en suelos colapsables Sobre todo en la caracterizacioacuten del terreno de grandes
aacutereas ya sea en obras lineales (canales caminos etc) o puntuales (complejos fabriles obras
hidraacuteulicas etc) dado que cada perfil de suelo estaacute caracterizado por un paraacutemetro lo cual
permite el manejo de un nuacutemero importante de informacioacuten Obviamente esta metodologiacutea
tambieacuten es de gran use en cualquier tipo de obras independientemente de su tamantildeo a
importancia
En un abundante nuacutemero de proyectos no es suficiente haber realizado una caracterizacioacuten
o clasificacioacuten del terreno sino que es necesario determinar la magnitud de los
asentamientos que pueden producirse en las obras Los asentamientos por colapso depende
baacutesicamente de dos tipos de factores intriacutensecos y extriacutensecos
Se sentildealan como intriacutensecos aquellos factores propios del suelo como son sus propiedades
fiacutesicas y mecaacutenicas El comportamiento del suelo dependeraacute del tipo de estructura o la
forma en que estaacuten ordenadas las partiacuteculas del grado de compacidad del tipo de viacutenculos
que unen grano con grano etc Estos factores en general no se encuentran
homogeacuteneamente distribuidos por lo cual los paraacutemetros que definen sus propiedades
tenso-deformacionales pueden sufrir variaciones locales importantes
Los factores externos que influyen en la magnitud de los asentamientos son dos el aacuterea
inundada y el estado tensional Estos dos factores influyen considerablemente en la
magnitud de los asentamientos por colapso y por tal motivo deben ser analizados
especiacuteficamente en los caacutelculos Respecto al primero de los factores a pesar que se han
realizado importantes trabajos teoacutericos la informacioacuten experimental indica que todaviacutea
existe cierta indeterminacioacuten en su estimacioacuten Por tal motivo la influencia del aacuterea
inundada en la magnitud de los asentamientos se limita a realizar correcciones de tipo
empiacuterico En cuanto a la influencia que el estado tensional tiene en los asentamientos las
investigaciones se han centrado especialmente en el estudio de cargas externas (zapatas) en
la superficie del terreno
ENSAYOS ldquoin siturdquo Perforacioacuten y muestreoEnsayos ldquoin siturdquo
o Ensayo de penetracioacuten estandar (SPT)o Ensayo de penetracioacuten de cono (CPT + CPTu)o Dilatoacutemetro de placa plana (DMT)o Presuroacutemetro (PMT)o Corte en veleta (VST)10487131048713 Meacutetodos geofiacutesicoso Ondas siacutesmicas (P- S- R-waves)o Electromagneacuteticas (radar resistividad)
EQUIPOS AUTOPROPULSADOS
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)1048713El ensayo ldquoin siturdquo maacutes comuacuten en el mundo10487131902 - Coronel Gow de Raymond Pile Co1048713 Muestreador ciliacutendrico partido1048713 Norma ASTM D 15861048713 Martillo (140-lbs cae 30 pulgadas) (635-kg cae 076 metros)1048713 Tres incrementos de 6 pulgadas Suma de los dos uacuteltimos incrementos = N (golpespieacute)
Se obtiene suelo y
un nuacutemero
Muestra alterada
(Solo para
caraterizacioacuten)
Nuacutemero muy crudo
para el anaacutelisis
No aplicable en
Ventajas
arcillas blandas y
Limos
Variabilidad e
incertidumbre
se obtiene un nuacutemero
Sencillo y de bajo
Costo
Funciona en muchos
tipos de suelo
Se puede utilizar en
rocas blandas
Disponible
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Estos suelos en condiciones de no saturacioacuten o saturacioacuten parcial presentan continuamente un reacomodo radical de las partiacuteculas y una gran peacuterdida de volumen por remojo osea al entrar al estado de saturacioacuten completa La existencia de estos suelos en el mundo y las dificultades ocasionadas a las edificaciones cimentadas sobre ellos han sido reconocidos ampliamente Los depoacutesitos maacutes extensos de suelos colapsables son eoacutelicos o depoacutesitos transportados de arena y limos (loess)Se puenden encontrar comuacutenmente en las maacutergenes fluviales
Desventajas
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Depoacutesitos eoacutelicos Estos depoacutesitos consisten en materiales transportados por el viento el cual forma dunas depoacutesitos tipo loess playas eoacutelicas y grandes depoacutesitos de ceniza volcaacutenica
Depoacutesitos transportados por agua Consisten principalmente de depoacutesitos de sedimentos sueltos a carreados por el agua los cuales forman abanicos fluviales y flujos deslizantes Estos materiales pueden ser depositados por una avenida repentina o flujo de lodo derivado de pequentildeas cuencas colectoras sujetas a aguaceros poco frecuentes
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Suelos residuales Estos suelos son producto del intemperismo y la
desintegracioacuten y alteracioacuten mecaacutenica de rocas madres Las partiacuteculas de
material residual pueden variar de tamantildeo de grandes fragmentos de
gravas a arenas limos coloides y en algunos casos material orgaacutenico
La estructura del grano colapsable se ha desarrollado como producto de
la accioacuten disolvente sobre el material soluble y coloidal La lixiviacioacuten del
material soluble y del material fino conduce a una alta relacioacuten de vaciacuteos
y a una estructura inestable Otro tipo de suelo que muestra colapso al
remojo son aquellos derivados de tufo volcaacutenico
sulfato de calcio arenas sueltas cementadas por sal soluble arcillas
dispersivas y arcillas montmorilloniacuteticas ricas en sodio
CAUSAS QUE GENERARIacuteAN DICHO COMPORTAMIENTO- Estructura parcialmente saturada potencialmente inestable- Una componente de esfuerzo aplicado o existente lo suficientemente alta para desarrollar una condicioacuten metaestable- Un ligante resistente o un agente cementante para estabilizar contactos intergranulares el cual se reduce por remojo ocasionando el colapso La mayoriacutea de suelos colapsables involucra la accioacuten de partiacuteculas arcillosas en los enlaces entre los granos gruesos de arena-Agentes cementantes tales como oacutexido de hierro carbonato de calcio o la soldadura de granos en contacto proporcionan esfuerzos resistentes para muchos suelos colapsables La accioacuten de este cementante es frecuentemente el agente principal de colapso en loess El grado al cual el agente cementante pierde su efectividad depende del grado de contaminacioacuten del ingreso del agua y del grado de disolucioacuten del agente cementante involucrado
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
CONSOLIDOacuteMETRO PARA ENSAYO DE COLAPSO
Se procede a cortar el suelo de acuerdo con las dimensiones del anillo
del ensayo de consolidacioacuten unidimensional Determinar sus
propiedades fiacutesicas tales como humedad natural peso volumen
gravedad especiacutefica de soacutelidos liacutemites de consistencia distribucioacuten
granulomeacutetrica seguacuten las normas
Se instala la muestra en el anillo del consolidoacutemetro despueacutes de haber
determinado el peso inicial de la masa huacutemeda y altura de la muestra y
fijar el conjunto anillo-muestra en el consolidoacutemetro Aplicar una carga
de contacto 005 kgcm2 (5 Kpa) despueacutes de 5 min tomar lectura del
deformiacutemetro aplicar incrementos de carga a cada hora hasta que se
aplique la presioacuten vertical apropiada Los incrementos de carga seraacuten
012 025 050 100 200 etc Kgcm2 (12 25 50 100 200 etc) o
cargas de acuerdo al meacutetodo de ensayo ASTM D2435 registrar la
deformacioacuten antes de incrementar una nueva carga
Determinacioacuten del potencial de colapso
donde
di = lectura del dial con el esfuerzo adecuado antes de la saturacioacuten (mm)
df = lectura del dial bajo el esfuerzo adecuado despueacutes del humedecimiento (mm)
ho = altura inicial de la muestra (mm)
Tmbieacuten se puede evalua en teacuterminos de relacioacuten de vaciacuteos
dondeΔe = cambio de relacioacuten de vaciacuteos bajo el esfuerzo adecuado antes y despueacutes de la inundacioacuteneo = relacioacuten de vaciacuteo inicialLa evaluacioacuten de un suelo colapsable seraacute de acuerdo a la siguiente tablaCon todo lo epxlicado concluimos que el colapso de los suelos es la disminucioacuten moderada de volumen cuando estaacute con bajo contenido de humedad y una gran peacuterdida cuando estaacute sumergido y la magnitud de asentamiento depende del contenido de humedad del suelo En estado sumergido y bajo la aplicacioacuten de cargas verticales los suelos colapsables presentan un mayor asentamiento Los suelos colapsables existen en todo el mundo principalmente en la regiones aacuteridas y semiaacuteridas nuevamente comentando que los depoacutesitos eoacutelicos coluviales residuales tubos volcaacutenicos etc son suelos que pueden ser colapsables
Definicioacuten de colapso Se definen como colapso a cualquier disminucioacuten raacutepida de volumen del suelo producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factoresbull Contenido de humedad (w) bull Grado de saturacioacuten (Sr) bull Tensioacuten media actuante (τ) bull Tensioacuten de corte (σ) bull Presioacuten de poros (u)
TIPOS DE SUELOS COLAPSABLESLos tipos de suelos colapsables son
- Suelos aluviales y coluviales ndash Depositados en ambientes Semi-deseacuterticos por flujos maacutes o menos torrenciales- Suelos eoacutelicos ndash Depositados por el viento son arenas y limos arenosos con escaso cemento arcilloso en una estructura suelta o inestable
- Cenizas volcaacutenicas ndash Provenientes de cenizas arrojadas al aire por actividad volcaacutenica explosiva- Suelos residuales ndash Derivados de la descomposicioacuten in ndash situ de minerales de ciertas rocas son luego lixiviados por el agua y pierden su cemento
CONSECUENCIAS EN CIMENTACIONES
Patologiacuteas en cimentaciones Posibles causas
Introduccioacuten
De todos los posibles tipos de patologiacutea que puede sufrir la edificacioacuten las estadiacutesticas demuestran que son las patologiacuteas ligadas a las cimentaciones las que mayores costes globales conllevan Ademaacutes tienen gran repercusioacuten social lo que las hace maacutes notorias por la complejidad propia de su reparacioacuten porque suponen una fuerte alteracioacuten y hasta interrupcioacuten del uso del inmueble y porque suelen involucrar a colindantes e incluso poderes puacuteblicos Urge como en ninguacuten otro caso determinar las causas y cuanto antes dar una solucioacuten al problema
Causas intriacutensecas de fallos de cimentacioacuten
Se agrupan aquiacute los fallos de cimentacioacuten consecuencia de la interaccioacuten entre el terreno y la propia cimentacioacuten de la construccioacuten afectada
Defectos de proyecto
Son errores de concepcioacuten de disentildeo o caacutelculo del proyecto Son errores previsibles por lo que si se tienen en cuenta en el disentildeo y caacutelculo de la edificacioacuten el riesgo de que provoquen dantildeos se minimizaEnumeramos aquiacute no todas pero siacute algunas de las posibles causas de problemas derivadas del proyectobull Falta de capacidad de carga cimentacioacuten insuficiente o capacidad
de carga del suelo insuficientebull Esfuerzos no contemplados por ej por olvido de algunas
sobrecargas de explotacioacutenbull Conocimiento insuficiente del suelo Lo que deriva en la ignorancia
de riesgos especiales geoteacutecnicos Las causas pueden ser escasez de reconocimientos previos del terreno mala interpretacioacuten de los mismos no consideracioacuten de los fenoacutemenos de agresividad etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Cobra importancia en terrenos con especiales caracteriacutesticas
Arcillas expansivas
Suelos colapsables
Rellenos antroacutepicos
Suelos blandos naturales
Infravaloracioacuten del riesgo geoteacutecnico conocido eacuteste Casos asiacute pueden ser desprecio de los efectos que produce la falta de homogeneidad de un suelo o las distintas profundidades de aparicioacuten de la roca en planta desprecio de los efectos de la potencial expansividad o de posible subpresioacuten o fenoacutemenos de subsidencias procesos de disolucioacuten etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONESbull Defectos en la evaluacioacuten del terreno asientos calculados no
tolerables por la estructura esfuerzos paraacutesitos en pilotes (olvido del efecto de asiento de terrenos flojos o rellenos recientes) etc
bull Efecto grupo en pilotes defectuosa estimacioacuten del efecto grupo en pilotes flotantes no consideracioacuten de los esfuerzos laterales o del rozamiento negativo etc
bull Ausencia de consideracioacuten del bulbo de tensiones de la cimentacioacuten propia y su alcance Pero tambieacuten de cimentaciones colindantes que podriacutean suponer una carga oblicua sobre nuestra cimentacioacuten habraacute que considerarla en caacutelculo y prever un proceso constructivo adecuado (no vayamos a provocar dantildeos a otras edificaciones)
bull Ignorancia de las condiciones de contorno es decir no consideracioacuten de las condiciones del entorno de la estructura
proyectada posibles socavaciones arrastres descalces agotamientos rebajamientos de nivel freaacutetico etc
bull Heterogeneidades distribucioacuten irregular de las cargas o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentacioacuten
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Defectos de ejecucioacuten
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecucioacuten de eacutestos Los defectos de ejecucioacuten normalmente responden a un deficiente Control de Calidad Por tanto en principio son evitablesAlgunos errores de ejecucioacuten podriacutean serbull Apreciacioacuten erroacutenea de los estratos resistentes confundidos con
capas de poco espesor bolos erraacuteticos etcbull Errores de replanteo bull Mala calidad de los materiales en especial hormigones Deterioro
de zapatas losas o muros por escasa calidad de los materiales grietas de retraccioacuten por mala dosificacioacuten del hormigoacuten materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto etc
bull Degradacioacuten del material suele ir unido al anterior hormigoacuten no resistente a la agresividad del terreno recubrimientos insuficientes madera metal etc
bullCAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Lavado del hormigoacuten en cimentaciones superficiales o profundas colocado en presencia de aguas en movimiento
Errores en la colocacioacuten de armaduras confusioacuten de diaacutemetros de armado ausencia de separadores etc
Problemas de fraguado unidos a errores de vertido de dosificacioacuten de curado
Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio cortadas lavadas) o de baja calidad y excesiva carga portante de caacutelculo
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
- pH
Durante un proceso de saturacioacuten ademaacutes de una disminucioacuten de las fuerzas capilares hay
una disminucioacuten en la concentracioacuten de iones y por lo tanto un proceso de dispersioacuten
Partiacuteculas que antes estaban unidas por fuerzas de atraccioacuten comienzan a repelerse y
adquirir una estructura dispersa y probablemente menos resistente
Esta es una manera bastante simple de explicar un mecanismo mucho maacutes complejo en el
que pueden intervenir ademaacutes de los nombrados otros factores Sin embargo se advierte
coacutemo una estructura estable puede ser modificada cuando entra en juego un agente
externo que desestabiliza y modifica los viacutenculos que primariamente le conferiacutean una
resistencia aparente
En cualquiera de los tipos de estructuras antes descritas los viacutenculos entre partiacuteculas
pueden estar impregnados de un agente cementante que confiere una resistencia cohesiva
adicional al deslizamiento de un grano respecto a otro
Tambieacuten esta cohesioacuten puede tener un caraacutecter temporal semejante al de las fuerzas
capilares
La peacuterdida de esta resistencia dependeraacute tanto de las caracteriacutesticas del agente cementante
como de las del fluido Asiacute si la cementacioacuten deriva de sales cristalizadas la peacuterdida de
resistencia seraacute funcioacuten del grado de solubilidad de estas sales
Finalmente cualquiera sea el tipo de estructura de suelo que se esteacute considerando siempre
es posible hablar de viacutenculos o fuerzas que unen o ligan una partiacutecula a otra En unos casos
las partiacuteculas estaacuten en contacto directo entre siacute (partiacutecula-partiacutecula) unidas por fuerzas
externas o capilares y en otros casos estas tuerzas o viacutenculos pueden tener caraacutecter
fiacutesicoquiacutemico o eleacutectrico a incluso no existir contacto directo entre las partiacuteculas
Si la estructura del suelo se encuentra en estado de equilibrio y un agente externo -
cualquiera- provoca una disminucioacuten o anulacioacuten de las fuerzas que vinculan unas
partiacuteculas con otras puede suceder que el suelo pase a un nuevo estado de equilibrio
Este proceso entre dos estados de equilibrio puede provocar o no un cambio de la
estructura del suelo dependiendo de
1048713 La magnitud de los cambios provocados en los viacutenculos yo fuerzas por el agente
externo
1048713 Estado tensional existente en los viacutenculos
Si los cambios provocados por el agente externo en las caracteriacutesticas de los viacutenculos no
son suficientes como para movilizar un cambio de estructura eacutesta permaneceraacute inalterada
Sin embargo la condicioacuten de equilibrio puede haber variado dado que de alguna forma el
agente ha sensibilizado al suelo
En cambio si el estado tensional en los contactos es superior a la resistencia que tienen
eacutestos durante el proceso las partiacuteculas cambiaraacuten de posicioacuten produciendo un cambio de
estructura y pasando a un nuevo estado de equilibrio
Un ejemplo de ello puede observarse en en la cual se han dibujado dos ensayos
edomeacutetricos de un mismo estrato La muestra A fue cargada hasta una presioacuten de 200
kgcm2 a humedad natural (w= 144) siendo posteriormente inundada a esa presioacuten
Durante este proceso se observa un importante cambio volumeacutetrico La muestra B fue
inundada a una presioacuten de 010 Kgcm2 no observaacutendose ninguacuten cambio volumeacutetrico
durante el proceso de saturacioacuten Posteriormente se continuoacute el ensayo edomeacutetrico en
forma habitual hasta una presioacuten de 200 kgcm2
Al no advertirse cambios volumeacutetricos durante el proceso de saturacioacuten puede inferirse que
tampoco se han inducido cambios en la estructura del suelo pero es indudable que
efectivamente se ha generado una notable disminucioacuten en la resistencia de los viacutenculos
dado que al aumentar el estado tensional el comportamiento del suelo varioacute radicalmente
del que se observoacute durante el proceso de carga a humedad natural en la muestra A
Esto tambieacuten queda reflejado en las curvas de La primera de ellas corresponde a la
variacioacuten de las deformaciones verticales en funcioacuten del tiempo cuando la muestra A fue
saturada a una presioacuten axial de 200 kgcm2 en tanto la segunda corresponde al salto de
carga de 100-200 kgcm2 del ensayo B (saturada a 010 kgcm2) En ambas curvas se
advierte en primer teacutermino una brusca disminucioacuten de volumen sentildealada como colapso
primario (Redolfi 1982)
En esta etapa la resistencia y la estabilidad de la estructura macroporosa y mal acomodada
dependen baacutesicamente de la resistencia al corte a la traccioacuten y a la compresioacuten de los
puentes o acumulaciones de arcillas yo sales en los puntos de contacto entre las partiacuteculas
(Reginatto 1977) Los esfuerzos que se producen en dichos viacutenculos y puntos de contactos
han superado la resistencia del material provocando el consecuente desmoronamiento de la
estructura del suelo dando como resultado una totalmente distinta a la anterior Posterior a
esta primera etapa (cambio de pendiente de las curvas) sigue existiendo una importante
disminucioacuten de volumen debida posiblemente a un reacomodamiento de las partiacuteculas del
suelo a esta nueva estructura de suelo mejorado o compactado
El objetivo de todo este apartado no ha sido explicar el mecanismo uacuteltimo del colapso sino
maacutes bien tratar de comprender a traveacutes de ejemplos simples y factibles coacutemo la entrada de
agua en una estructura metaestable origina una desestabilizacioacuten o sensibilizacioacuten en la
resistencia existente entre los viacutenculos
Tampoco se ha pretendido hacer una revisioacuten exhaustiva de todos los mecanismos que
diversos investigadores han propuesto para explicar el fenoacutemeno del colapso sino tomar en
consideracioacuten aquellos maacutes documentados y que mejor se adaptan al caso de suelos
loeacutessicos con estructura macroporosa que seraacuten objeto de un especial anaacutelisis en estas
notas
5 COLAPSO RELATIVO
Con referencia al Colapso Relativo (δcol) existe una aparente anarquiacutea tanto en su
denominacioacuten como en la forma de calcularlo En se sentildealan algunas de las maacutes conocidas
Del anaacutelisis de las diferentes ecuaciones se advierte que la uacutenica diferencia en el caacutelculo
radica en el denominador o valor de referencia que se elija altura inicial de la probeta (h0)
la altura de la probeta a humedad natural cargada a una presioacuten igual al peso propio de las
tierras (h1) o la altura de la probeta antes de la inundacioacuten cargada a una presioacuten a
σ(wHN) Esta variedad de definiciones es aparente dado que para el caso del caacutelculo de la
magnitud del asentamiento debido solamente al peso propio de las tierras dos de las
ecuaciones se hacen iguales puesto que para ese caso particular h1= hHN a incluso suele
suceder que h es aproximadamente igual a h0
En lo sucesivo se utilizaraacute la siguiente ecuacioacuten para definir el Colapso Relativo (δcol)
h HN= Altura de la probeta a humedad natural (antes de la inundacioacuten) cargada a una
presioacuten cualquiera σ
hSAT = Altura de la probeta saturada (despueacutes de producido el colapso) cargada a la
presioacuten σ
h = Altura de la probeta a humedad natural cargada a una presioacuten axial igual al peso propio
de las tierras
SUELOS AUTOCOLAPSABLES Y POTENCIALMENTE COLAPSABLE
En el graacutefico semilogariacutetmico que representa el comportamiento de un suelo un ensayo a
compresioacuten confinada realizado sobre en condicioacuten saturada se puede observar un quiebre
en la curva de compresibilidad La presioacuten axial a la cual se produce este quiebre o este
cambio de comportamiento se la denomina Presioacuten de Fluencia Saturada o Presioacuten Inicial
de Colapso En principio se establece que para presiones menores a esta el suelo tiene un
comportamiento elaacutestico y los asentamientos por colapso son bajos y nulos Por el
contrario para presiones mayores a la de Fluencia el suelo tiene un comportamiento elaacutesto-
plaacutestico y los asentamientos por colapso son importantes
Se dice que un suelo es auto colapsable cuando la presioacuten de tapada o geoestaacutetica (σ0) es
superior a la Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) Esto quiere decir que cuando en ese suelo
se produzca el humedecimiento se produciraacuten asentamientos importancia con solamente la
accioacuten de su peso propio
Se designa con suelos potencialmente colapsable a aquellos suelos en los que la presioacuten de
tapada o geo-estaacutetica (σ0) es menor a la Presioacuten Inicial de Colapso
7 PERFILES DE COLAPSIBILIDAD
Lo realmente interesante de los conceptos antes enunciados radica fundamentalmente en
que han permitido generar una metodologiacutea de anaacutelisis de los perfiles con suelos
susceptibles al colapso
Este anaacutelisis permite confrontar a cada profundidad considerada la magnitud de la Presioacuten
Inicial de Colapso (σicol) con la Presioacuten total (σT) igual a la suma de la presioacuten debida a la
carga aplicada (Δσ) maacutes la presioacuten por peso propio (σ0)
En (26) se presenta un perfil de suelo en el que se ha dibujado la variacioacuten de ambas
presiones (la Presioacuten Inicial o de Fluencia y la Presioacuten Total) en funcioacuten de la profundidad
para dos estados de cargas en el correspondiente a las presiones geostaacuteticas y en el
correspondiente a las presiones totales provocadas por una carga en la superficie del
terreno
A partir del anaacutelisis de estas curvas pueden establecerse por ejemplo los espesores de los
suelos que autocolapsaraacuten por humedecimiento y aquellos que colapsaraacuten si ademaacutes de la
saturacioacuten se aumentan las cargas y consecuentemente clasificar los suelos en sus
diferentes grupos suelos verdaderamente colapsables (autocolapsables) o suelos
condicionalmente colapsables (colapsables bajo cargas externas)
Aun cuando el valor de la Presioacuten Inicial sea aproximado este tipo de anaacutelisis es de
fundamental intereacutes en el disentildeo de los diferentes tipos de cimentaciones ya que se podraacute
conocer cuales seraacuten en forma aproximada los principales problemas que se presentaraacuten
en el disentildeo de las obras permitiendo de esta
forma elegir correctamente el tipo de cimentacioacuten o el meacutetodo de mejoramiento del suelo a
emplear para disminuir o anular la susceptibilidad al colapso
8 MAGNITUD DEL ASENTAMIENTO POR COLAPSO
81 Definiciones
La magnitud del asentamiento por colapso producido por humedecimiento del terreno
depende seguacuten Grigoryan y Ivanov (1968) tanto de
1048713 Factores intriacutensecos del suelo (caracteriacutesticas fisico-mecaacutenicas) y de
1048713 Factores externos al suelo (estado tensional y el aacuterea inundada)
Se define al asentamiento adicional por colapso (Wcolt) de un manto de suelos
colapsables de espesor Ht a la sumatoria
donde
Ht = H1+H2+ = Hj+Hn
Hj = Espesor del estrato j
Wcolj = Asentamiento adicional por colapso del estrajo j
δcolj = Colapso relativo del estrato j a la presioacuten σzj
σzj = Presioacuten total (peso propio + incremento de presioacuten) en el estrato j
82 Caracteriacutesticas fiacutesico-mecaacutenicas
Un aspecto importante del comportamiento de este tipo de suelos y que por lo tanto
influyen en la magnitud de los asentamientos es su marcada heterogeneidad Los suelos
loeacutessicos colapsables en cierto entorno suelen considerarse como suelos homogeacuteneos pero
en realidad poseen una apreciable heterogeneidad extendida dentro de la masa Algunos de
estos aspectos pueden ser puestos en evidencia a traveacutes de ensayos geoteacutecnicos
La determinacioacuten de los paraacutemetros tenso-deformacionales como el colapso relativo (δcol)
puede diferir seguacuten Abelev y Abelev (1979) de 15 a 2 veces incluso si se lo hace a partir
de probetas gemelas talladas de un uacutenico bloque de suelo
Esto soacutelo se explica a traveacutes de la gran heterogeneidad local que presentan estos suelos en
los cuales existen macroporos dejados por raiacuteces o insectos y concreciones aisladas de
carbonatos etc que pueden hacer variar las caracteriacutesticas deformacionales en oacuterdenes de
magnitud de los arriba sentildealados Otro aspecto que sentildealan Bally et al (1969) es la
heterogeneidad en la variacioacuten local de las caracteriacutesticas quiacutemicas y mineraloacutegicas las
cuales son difiacuteciles de ser advertidas por meacutetodos usuales de investigacioacuten Para corroborar
todo este tipo de heterogeneidades en (30) se muestran liacuteneas de igual asentamiento para
un estanque experimental de 30 mestros de lado al cabo de 3 meses de continua inundacioacuten
Pueden observarse asentamientos diferenciales de hasta 60 cm Esto induce a pensar que
aunque las propiedades tenso deformacionales pudieran ser aproximadamente constantes
viacuteas preferenciales de humedecimiento (canaliacuteculos verticales dejados por raiacuteces de
hierbas) pueden saturar mayores espesores o presentar curvas de iso saturacioacuten apartadas
del modelo teoacuterico
En resumen una de las caracteriacutesticas principales que deben tenerse siempre en cuenta en
el caacutelculo de la magnitud de los asentamientos por colapso es que estos frecuentemente no
seraacuten uniformes ya sea por las causas antes expuestas como por otros factores como por
ejemplo la dimensioacuten del aacuterea inundada
83 Aacuterea inundada
Otro de los aspectos que influyen considerablemente en la magnitud de los asentamientos
por colapso son el tipo de humedecimiento que se realice dentro de la masa del suelo y las
dimensiones del aacuterea humedecida Golacutedstein (1969) distingue cuatro tipos de
humedecimientos
1 Humedecimiento localizado del suelo a poca profundidad debido generalmente a la
rotura de conducciones hidraacuteulicas de las construcciones En estos casos es casi imposible
predecir a priori la forma en planta y en corte de estos humedecimientos y por lo tanto
hacer una estimacioacuten de la magnitud de los asentamientos y su distribucioacuten en planta
2 Humedecimiento extenso de todo el perfil del suelo causado por una importante
infiltracioacuten de agua (rotura de canales o efluentes industriales) Los asentamientos en estos
casos pueden ser importantes y dantildeinos para las construcciones especialmente cuando los
asentamientos son desiguales
3 Una elevacioacuten uniforme del nivel freaacutetico debido generalmente a una recarga del freaacutetico
causado por una fuente lejana
4 Un aumento gradual y lento del contenido de agua debido por ejemplo a la
condensacioacuten del vapor y una acumulacioacuten de humedad causada por cambios en las
condiciones ambientales (pavimentacioacuten de la superficie del terreno)
En cuanto a la forma y las dimensiones del aacuterea humedecida se ha demostrado
experimentalmente que los asentamientos por colapso calculados con la ecuacioacuten indicada
arriba son soacutelo aplicables cuando la superficie de saturacioacuten o fuente de humedecimiento
es del orden de 23 a 1 vez el espesor de los sedimentos colapsables (Krutov y Dyakonov
1973) En cambio cuando esta relacioacuten es menor y la zona humedecida se aparta de la
supuesta unidimensional los asentamientos reales son sustancialmente menores a los
calculados
Por tal motivo algunos investigadores coinciden en afirmar que dicha ecuacioacuten debe estar
afectada de un coeficiente (m) que tenga en cuenta el tipo la forma y las dimensiones del
aacuterea humedecida
m = f (B L Z)
donde B y L son el ancho y largo de la fuente de inundacioacuten y Z el espesor de la zona
humedecida Asiacute en la ex URSS es habitual afectar a los asentamientos calculados por un
coeficiente llamado de condiciones de campo o de operacioacuten
Este coeficiente es pues la relacioacuten entre el asentamiento real medido en el terreno y el
calculado De modo que
84 Estado tensional
La magnitud del asentamiento adicional por colapso es funcioacuten de la tensioacuten actuante en el
manto de suelo considerado Si se analiza el caso particular de una zapata apoyada sobre la
superficie del terreno el asentamiento adicional por colapso seraacute funcioacuten de la forma y las
dimensiones de aacuterea cargada del espesor del manto susceptible al colapso y del tipo y la
forma de la zona humedecida Sin embargo se ha comprobado experimentalmente que si el
espesor de los mantos de suelos colapsables que se encuentran por debajo de la zona
comprimida es suficientemente importante como para que pueda colapsar por peso propio
la amplitud del asentamiento no depende praacutecticamente de la forma y de las dimensiones de
las fundaciones (Abelev y Abelev 1979)
En las numerosas experiencias realizadas sobre zapatas a escala real se ha comprobado que
los asentamientos adicionales por colapso medidos pueden llegar a ser entre 15 a 2 veces
mayores que los calculados sobre todo en zapatas con anchos inferiores a los 20 m de
ancho (Abelev y Abelev 1979)
Estas divergencias entre el valor de los asentamientos calculados y los reales pueden
atribuirse a varios factores entre los cuales pueden sentildealarse
c) La eleccioacuten del espesor del manto de suelos colapsables o susceptibles a sufrir un
asentamiento adicional ha sido largamente discutido Asiacute Kodrynova (1969) en base a
ensayos de zapatas a escala real pudo establecer las dimensiones de la zona realmente
deformada Confirmando que la profundidad de la zona deformada era menor que la
profundidad que por ejemplo estableciacutean las Normas Sovieacuteticas vigentes en ese momento
Estas Normas haciacutean soacutelo consideraciones tensionales y fijaban la profundidad del manto
como aqueacutella para la cual la relacioacuten entre el valor de la carga adicional debida a la zapata
(Δσ) y el de la presioacuten natural (σ0) se haciacutean igual a 020 Kodrynova (1969) comproboacute
que el criterio maacutes adecuado para establecer este espesor era usar el concepto de resistencia
estructural o Presioacuten Inicial de Colapso sugerido por Abelev en 1968 Asiacute observoacute que la
zona deformada se correspondiacutea muy bien con aquellos lugares donde los valores de
tensiones totales (σz) eran mayores al valor de la Presioacuten Inicial de Colapso (δicol) Por
tanto concluyoacute que el espesor Zo puede definirse como la profundidad en la cual se
comprueba que
Esto coincide con lo advertido por Grigoryan (1967) en ensayos de zapatas cuadradas y
rectangulares en donde solamente se observaron asentamientos en la masa del suelo
cuando la tensioacuten actuante era mayor al valor de la Presioacuten Inicial de Colapso (δicol)
Por lo tanto se puede concluir que no existen reglas praacutecticas -como las que existen en
otros tipos de suelos- que puedan dar valores indicativos de la relacioacuten entre el ancho de la
cimentacioacuten y el espesor del manto deformable Sin embargo de lo que siacute hay abundante
evidencia es que la zona deformada generalmente aumenta cuando aumenta el contenido de
humedad (Tsytosich et al 1979)
b) La distribucioacuten de tensiones en la masa de un suelo colapsable provocada por una zapata
riacutegida se asemeja a la de un medio seminfinito y elaacutestico (error entre 20 a 30) soacutelo
cuando el suelo estaacute a humedad natural y la tensioacuten no sobrepasa los 30 kgcm2
(Grigoryan 1967) Tsytosich et al (1979) comprobaron experimentalmente esta afirmacioacuten
observando que a posteriori de la inundacioacuten del suelo el cambio tensional sobre la vertical
en el borde y en el centro de la zapata aumentan Se advierte que durante el proceso de
inundacioacuten del suelo ubicado debajo de la zapata se produce una concentracioacuten de
tensiones bajo la zapata disminuyendo el aacuterea en donde se distribuyen las cargas Seguacuten
Abelev y Abelev (1979) esto puede explicarse porque las relaciones tensioacuten-deformaciones
de los suelos macroporosos no son lineales a estos niveles de tensioacuten
9 METODOS DE IDENTIFICACIOacuteN
91 Aspectos generales
A partir de la deacutecada de los antildeos 50 se generoacute una preocupacioacuten manifiesta por parte de
diferentes investigadores en identificar y clasificar la potencialidad al colapso en los
distintos suelos
Estos intentos a escala mundial se han enfrentado fundamentalmente con dos
inconvenientes o limitaciones como son
1 La gran variedad de tipos de suelos que colapsan por humedecimiento Asiacute por
ejemplo meacutetodos probados en ciertos paiacuteses o regiones en determinados tipos de suelos no
han podido hacerse extensivos a suelos de otras zonas cuyo origen geoloacutegico y geneacutetico es
francamente diferente
2 La frecuente heterogeneidad de los suelos colapsables por humedecimiento En este
sentido hay coincidencia entre los investigadores que han estudiado suelos colapsables de
distinto origen geoloacutegico Asiacute pueden encontrarse referencias tanto en investigadores que
analizaron suelos lateriacuteticos o de origen eoacutelico como el loess (Abeley y Abeley 1979
Moretto 1986) que en principio suelen considerarse como suelos homogeacuteneos Es
frecuente encontrar una variacioacuten en el grado de cementacioacuten (por ejemplo debido a
carbonatos) en soacutelo algunos centiacutemetros En otros casos esta heterogeneidad es debida a la
presencia de grandes macroporos dejados por raiacuteces o insectos
Esto ha llevado a una gran variedad de metodologiacuteas para establecer la susceptibilidad al
colapso de los suelos y una anarquiacutea en la terminologiacutea empleada en los diferentes paiacuteses
para su clasificacioacuten Sin embargo en la mayoriacutea de los casos los diferentes investigadores
o coacutedigos han tendido a discretizar el comportamiento del suelo frente al colapso en dos
grupos suelos que colapsan bajo peso propio y suelos que colapsan bajo una carga mayor
Rocca (1985) ha confeccionado una tabla de equivalencias con la denominacioacuten que
reciben en los distintos paiacuteses
82 Clasificacioacuten de los meacutetodos de identificacioacuten de suelos colapsables
En cuanto a los tipos de meacutetodos de identificacioacuten propiamente dichos varios han sido los
enfoques que se han propuesto Estos podriacutean clasificarse en tres grupos
1048713 Meacutetodos basados en paraacutemetros fiacutesicos de identificacioacuten de suelos tales como Peso
Unitario Liacutemites de Consistencia Granulometriacutea etc
1048713 Meacutetodos basados en ensayos mecaacutenicos principalmente en ensayos edomeacutetricos
1048713 Meacutetodos basados en la magnitud del colapso
Existe una abundante bibliografiacutea sobre los diferentes meacutetodos de clasificacioacuten a
identificacioacuten en las cuales se ha realizado un anaacutelisis criacutetico sobre los diferentes meacutetodos
como las ya referidas de Rocca (1985) y Redolfi et al (1986) y otras como las de Sultan
(1969) Reginatto (1970 1974) Loacutepez Corral (1977) Jimeacutenez Salas (1987) y Lutenegger y
Saber (1988) Por lo tanto en este apartado no se insistiraacute en ello sino maacutes bien se haraacute un
enfoque general del problema y se presentaraacuten aquellos conceptos v meacutetodos que
posteriormente seraacuten utilizados en el desarrollo de estas notas
Meacutetodos basados en paraacutemetros fiacutesicos de suelos
En general la mayoriacutea de estos meacutetodos de identificacioacuten tienen maacutes bien un caraacutecter
cualitativo que cuantitativo pretendiendo ubicar el suelo analizado en algunos de los
grupos mencionados en (36) La clasificacioacuten consiste habitualmente en establecer si el
suelo es autocolapsable (colapsable bajo su propio peso) o bien si es condicionalmente
colapsable (colapsable bajo carga externa)
En estas notas solamente se analizaraacuten tres de ellos que tienen en comuacuten que relacionan el
liacutemite liacutequido y el peso unitario seco
a) Denison (1961) establece el Coeficiente de Colapso (k) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando la relacioacuten de vaciacuteos del suelo en estado natural (e) es mayor
que la relacioacuten de vaciacuteos correspondiente al Liacutemite Liacutequido (eL )
b) Gibbs (1961) establece una Relacioacuten de Colapso (R) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando la humedad de saturacioacuten del suelo (wSAT) es mayor que el
Liacutemite Liacutequido (wL )
c) Coacutedigo de edificacioacuten de la URSS (1962) establece un Indice de Colapso (R) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando R es mayor de -010
En se han superpuesto los puntos correspondientes a pares de valores del peso unitario
seco y el Liacutemite Liacutequido de suelos de la ciudad de Coacuterdoba Argentina (Redolfi et al
1986) De ella se desprende que los valores de los paraacutemetros obtenidos son valores tiacutepicos
de la formacioacuten loeacutessica de Coacuterdoba y que para todas las metodologiacuteas aquiacute presentadas la
gran mayoriacutea de los suelos son colapsables puesto que estaacuten incluidos dentro de las zonas
que los clasifican colapsables
Meacutetodos basados en ensayos edomeacutetricos
Estos meacutetodos estaacuten basados en la Presioacuten Inicial de Colapso o Presioacuten de Fluencia La
determinacioacuten del grupo al cual pertenece el suelo estudiado (auto colapsable o colapsable
bajo carga) se realiza comparando la presioacuten de tapada o geostaacutetica con la presioacuten a la cual
se produce el colapso Asumiendo como hipoacutetesis que el colapso por humedecimiento
ocurre soacutelo a partir de una cierta presioacuten por encima de la cual la resistencia estructural del
suelo es superada
La magnitud de esta presioacuten para la cual se produce el desmoronamiento de la estructura
del suelo ha sido designada por algunos autores como
1048713 Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) (Abelev y Abelev 1979) o
1048713 Presioacuten de Fluencia Saturada (σf sat) (Reginatto 1970)
Experimentalmente se ha demostrado que cuando la presioacuten total en el suelo (σt) ya sea
por cargas externas yo peso propio es menor que esta magnitud no se producen
asentamientos de colapso por humedecimiento Krutov y Tarasova (1964) sentildealan
acertadamente que desde un punto de vista teoacuterico la Presioacuten Inicial de Colapso o Presioacuten
de Fluencia deberiacutea ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero concluyen que
desde un punto de vista praacutectico una pequentildea magnitud de colapso puede asumirse como
permisible Siguiendo este concepto por ejemplo las Normas Sovieacuteticas SNIP definen a la
Presioacuten Inicial de Colapso como aquella presioacuten para la cual en una probeta instalada en un
edoacutemetro se produce un colapso relativo unitario igual a 001 o porcentual del 100
δicol = 001 = 10
En se han representado las curvas presioacuten-deformaciones unitarias de dos ensayos
edomeacutetricos del mismo suelo uno a humedad natural y el otro en estado saturado El
colapso relativo (δicol) es igual a
δicol = εHN - εSAT
donde εHN = Deformacioacuten unitaria a humedad natural
εSAT = Deformacioacuten unitaria en estado saturado
En tanto Reginatto (1970) define a la Presioacuten de Fluencia saturada de un suelo colapsable
de la misma forma en que se establece la presioacuten de preconsolidacioacuten de una arcilla
saturada en un ensayo edomeacutetrico
En se presenta la correlacioacuten que realizan Lin y Wang (1988) entre los valores de la
Presioacuten de Fluencia Saturada y la Presioacuten Inicial de Colapso (el Coacutedigo Chino la establece
para un valor de δicol = 150) Se puede observar que aproximadamente se establece una
relacioacuten directa entre ellas Esto no es de extrantildear puesto que conceptualmente ambas
definiciones tratan de fijar la presioacuten a la cual la estructura del suelo saturado comienza a
colapsar
Los numerosos intentos realizados en ensayos in situ para comprobar la validez de esta
hipoacutetesis (Krutov y Tarasova 1964 Abelev y Abelev 1979) parecen indicar a primera
vista que las predicciones tienen buen acuerdo con la realidad en muchos casos pero en
cambio en otros la diferencia entre lo predecido y lo sucedido es importante sobre todo en
aquellos casos referidos al colapso por peso propio
Meacutetodos basados en la magnitud del asentamiento por colapso
Los meacutetodos basados en la magnitud del asentamiento por colapso se fundan en determinar
la magnitud del mismo de un perfil de suelos en un lugar determinado debido solamente a
su peso propio
Asiacute por ejemplo la Clasificacioacuten Rumana de Suelos Loeacutessicos Colapsables (LCS) define
el Potencial Total de Colapso (Img) (Bally et al1973) como
donde Hj es el espesor del estrato j en metros y img es el asentamiento edomeacutetrico
adicional de una muestra de estrato j inundada a una presioacuten igual al peso propio de las
tierras (σ0 ) expresado en cmm
El Coacutedigo de Construccioacuten de Edificios de la Repuacuteblica Popular China en regiones de
suelo colapsables sigue un criterio similar (Lin y Liang 1982 Lin y Wang 1988) La
evaluacioacuten de la susceptibilidad al colapso en un determinado sitio se realiza en dos etapas
En primer lugar se evaluacutea su aptitud al autocolapso y se determina el Tipo de sitio (Tipo
1 o Tipo 2)
La magnitud del colapso por peso propio Δzc se obtiene de forma similar a la utilizada por
Bally et al (1973) en Rumania sumando los asentamientos individuales de los n estratos
colapsables del perfil
donde Hj es el espesor de estrato en cm y δzsj es el coeficiente de colapsabilidad del estrato
j en cmcm o en por ciento obtenido por medio de ensayos edomeacutetricos en los cuales
primero se carga el suelo hasta la presioacuten por peso propio y luego se inunda la muestra
donde Hj es el espesor de estrato en cm y δzsj es el coeficiente de colapsabilidad del estrato
j en cmcm o en por ciento obtenido por medio de ensayos edomeacutetricos en los cuales
primero se carga el suelo hasta la presioacuten por peso propio y luego se inunda la muestra
La sumatoria soacutelo tiene en cuenta aquellos valores de δzs jmayores de 0015
Si Δzs lt 7 cm se considera al suelo no autocolapsable por humedecimiento y se clasifica
al lugar como sitio TIPO 2 Si en cambio Δzs gt 11 cm se considera al suelo
autocolapsable por humedecimiento y se lo clasifica como sitio TIPO 1
Por uacuteltimo si 7 cm lt Δzs lt 11 cm el tipo de sitio debe ser determinado despueacutes de un
exhaustivo estudio de la geomorfologiacutea estratigrafiacutea y caracteriacutesticas estructurales del
suelo
El Coacutedigo tambieacuten establece que la magnitud del colapso por peso propio (Δzs) tambieacuten
puede ser determinada directamente en el terreno a traveacutes de una balsa o laguna de
infiltracioacuten de dimensiones especiacuteficas
La segunda etapa de la evaluacioacuten de la colapsabilidad consiste en establecer el Grado de
Colapsabilidad del suelo de cimentacioacuten Para ello se carga a las muestras representativas
de cada uno de los estratos a una presioacuten de 200 kPa y luego se las inunda La magnitud del
colapso se obtiene
donde δsj es el Coeficiente de colapsabilidad del estrato j en cmcm para una presioacuten de
200 kPa La sumatoria soacutelo tiene en cuenta valores de Δs mayores de 0015
donde δsj es el Coeficiente de colapsabilidad del estrato j en cmcm para una presioacuten de
200 kPa La sumatoria soacutelo tiene en cuenta valores de Δs mayores de 0015
SOLUCIONES INGENIERILES EN SUELOS COLAPSABLES
111 Consideraciones generales
La primera cuestioacuten que debe analizarse cuando se disentildean cimentaciones en suelos
susceptibles al colapso es la probabilidad que el agente desencadenante del fenoacutemeno el
agua pueda o no introducirse en el terreno y por ende sensibilizar al suelo en donde se
apoyaraacuten las estructuras Por definicioacuten sin la presencia del agua el suelo no colapsa Esta
cuestioacuten es significativa puesto que pueden existir numerosos casos en donde la
probabilidad que el agua se infiltre en el suelo sea lo suficientemente baja como para
analizar la posibilidad de fundar la estructura considerando el comportamiento del suelo en
su estado natural Por lo tanto cuando se hable de suelos potencialmente colapsables por
humedecimiento no debe pensarse uniacutevocamente en las soluciones ingenieriles que se
utilizan en suelos colapsables
Hecha esta aclaracioacuten a continuacioacuten se trataraacute de ofrecer un panorama de las distintas
soluciones ingenieriles que se adoptan en suelos colapsables por humedecimiento cuando
las probabilidades de que se produzca el fenoacutemeno son altas
El objetivo central de todas estas soluciones es prevenir las fallas estructurales o de servicio
que pueden sobrevenir sobre las estructuras construidas sobre estratos de suelos
colapsables
Aitchison (1973) divide a estas soluciones en
a) Tratamiento del suelo colapsable con vista a eliminar la tendencia al colapso a lo largo
de todo el estrato de suelos desmoronables
b) Disentildeo de elementos constructivos que eliminen o disminuyan a liacutemites razonables la
posibilidad que se inicie el colapso
c) Disentildeo de estructuras yo cimentaciones insensibles a los asentamientos provocados por
el colapso por ejemplo fundaciones profundas apoyadas sobre un manto profundo no
sujeto a los asentamientos por humedecimiento
El primer grupo de soluciones comprende los meacutetodos de mejoramiento de suelo por
medio de los cuales la susceptibilidad al colapso es eliminada modificando las propiedades
resistentes del suelo mediante la compactacioacuten o la cementacioacuten de los viacutenculos entre
partiacuteculas El segundo grupo incluye la adopcioacuten de medidas constructivas tendientes a
aislar el agua de manera de evitar o disminuir la presencia de condiciones favorables al
colapso admitiendo no obstante ciertos riesgos Finalmente el tercer grupo engloba tanto
las soluciones tradicionales por medio de fundaciones profundas como el disentildeo de
estructuras con fundaciones directas insensibles a los asentamientos diferenciales
provocados por el colapso del suelo En resumen en el primer grupo de soluciones se
interviene directamente en el suelo evitando asiacute el colapso en el segundo grupo se intenta
evitar que se produzca el colapso sin modificar el suelo y en el uacuteltimo grupo se construyen
estructuras yo fundaciones que admitan y resistan los fenoacutemenos provocados por el
colapso del suelo
Evstatiev (1988) sentildeala que los mejores resultados han sido alcanzados con una oacuteptima
combinacioacuten de las ventajas que individualmente tiene cada uno de los tres grupos La
experiencia ha probado que las medidas constructivas y las medidas de aislacioacuten del agua
por siacute solas no pueden resolver todos los problemas de inestabilidad que provoca el colapso
del suelo Asiacute la adopcioacuten de soluciones exclusivamente para la superestructura (por
ejemplo fundaciones profundas) sin un adecuado disentildeo que eviten dantildeos en los otros
elementos de la construccioacuten como pisos desaguumles etc han provocado serios dantildeos en
estas partes de la construccioacuten que podriacutean haber sido evitados aplicando medidas
tendientes a evitar el ingreso del agua en el terreno
La eficacia del disentildeo adoptado en cada caso depende en gran medida de la calidad de las
investigaciones geoteacutecnicas realizadas La informacioacuten baacutesica que eacutestas deben suministrar
son el espesor del manto de suelos colapsables y la magnitud del colapso bajo peso propio
o bajo carga de todos los estratos del perfil
Una incorrecta estimacioacuten de estos paraacutemetros puede llevar a proponer y construir
soluciones ingenieriles totalmente opuestas a las correctas La confeccioacuten de perfiles de
colapsabilidad como los presentados permiten establecer la existencia o no de suelos
autocolapsables sus espesores aproximados y la profundidad a la que se encuentran Esta
metodologiacutea de anaacutelisis es de gran ayuda por ejemplo en la eleccioacuten del procedimiento
idoacuteneo para estabilizar el terreno
A continuacioacuten se presenta una descripcioacuten de las distintas soluciones ingenieriles maacutes
utilizadas en este tipo de suelos En primer lugar se analizan el primer grupo de soluciones
que se ha englobado bajo el nombre de Mejoramiento de suelos continuando luego con los
otros dos grupos Medidas para evitar la iniciacioacuten del colapso y fundaciones yo
estructuras insensibles a los fenoacutemenos del colapso
112 Mejoramiento de suelos colapsables
Consideraciones previas
El objetivo principal de estas soluciones es eliminar o disminuir apreciablemente la
susceptibilidad al colapso del suelo bien disminuyendo la porosidad del suelo
(compactacioacuten) o bien aumentando la resistencia estructural entre las partiacuteculas del suelo
(meacutetodos fiacutesico-quiacutemicos) Una de las formas de clasificar los meacutetodos de mejoramiento o
estabilizacioacuten ha sido precisamente eacutesta o sea teniendo en cuenta la accioacuten resultante
sobre el suelo (Aitchison1973 Rocca1985) Sin embargo para el desarrollo y explicacioacuten
de los diferentes meacutetodos se ha elegido la clasificacioacuten propuesta por Evstatiev(1988) que
tiene en cuenta el medio usado para realizar la estabilizacioacuten y el objeto de la misma
Evstatiev (1988) propone la siguiente clasificacioacuten de los meacutetodos de estabilizacioacuten de
suelos loeacutessicos la cual puede hacerse extensiva a suelos colapsables
a) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacioacuten
b) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
c) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
d) Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
e) Meacutetodos de mejoramiento que incorporan elementos resistentes a la traccioacuten dentro del
suelo
f) Geomembranas
g) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por drenaje
h) Correccioacuten de taludes y terraplenes
A continuacioacuten siguiendo la clasificacioacuten antes expuesta se desarrollaran aquellas
metodologiacuteas de mejoramientos de suelos colapsables maacutes extendidas Desarrollaacutendose
principalmente los grupos abc y d puesto que incluyen una serie de acciones particulares
frente al fenoacutemeno del colapso En cuanto a los restantes grupos (e f g y h) las teacutecnicas de
mejoramiento del terreno utilizadas persiguen los mismos objetivos buscados en otros tipos
de suelos y en general la teacutecnica empleada es praacutecticamente la misma Por tal motivo y
puesto que se apartan un tanto del objeto de estas notas se estima conveniente no abundar
sobre ellas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacioacuten
Este grupo comprende varias de las metodologiacuteas usadas en suelos colapsables para reducir
los vaciacuteos de modo de eliminar la colapsabilidad reducir la permeabilidad y aumentar la
capacidad de carga Esto se realiza utilizando fuerzas estaacuteticas o dinaacutemicas o bien a traveacutes
de la inyeccioacuten de lechadas
Compactacioacuten dinaacutemica Este meacutetodo es adecuado para compactar mantos de suelos
colapsables superficiales con espesores menores a 350 metros El meacutetodo consiste en dejar
caer en caiacuteda libre desde una altura de 4 a 8 metros pilones de 3 a 8 Tn sobre la superficie
del terreno a razoacuten de 10 a 16 impactos en cada lugar (Abelev y Abelev 1979) El impacto
genera una rotura de la estructura del suelo un aumento de la presioacuten de poros y una
compresioacuten del aire presente en los poros produciendo un reacomodamiento de las
partiacuteculas dando como resultado una estructura maacutes compacta Seguacuten Malyshev et al
(1983) el contenido de humedad del suelo juega un papel importante lograacutendose la maacutexima
eficiencia con un contenido de humedad cercano al Liacutemite Plaacutestico Si el contenido de
humedad es menor a eacuteste es necesario humedecer el espesor de suelo de modo de alcanzar
una mejor eficacia Varios son los factores que controlan los resultados del meacutetodo asiacute por
ejemplo el espesor compactado es funcioacuten principalmente del peso y del diaacutemetro del piloacuten
En tanto el grado de compactacioacuten estaacute controlado por el nuacutemero de impactos y la humedad
del suelo El grado de compactacioacuten no es uniforme a lo largo de todo el espesor
compactado lograacutendose la maacutexima densificacioacuten a 12 a 15 veces el diaacutemetro del piloacuten
Sin embargo se pueden obtener Pesos Unitarios secos superiores a 16 tm3 en espesores de
25 a 35 m lo cual en la mayoriacutea de los casos es suficiente para disminuir o anular la
susceptibilidad al colapso del suelo Una variante a este meacutetodo es realizar la compactacioacuten
solamente en los lugares donde actuacutean las cargas y no en toda el aacuterea de la construccioacuten
Por ejemplo en casos de fundaciones de muros de carga o fundacioacuten de columnas el
mejoramiento del suelo se logra densificando la zona de influencia del bulbo de presiones
o sea la zona donde los incrementos de presioacuten pueden hacer colapsar el suelo
Compactacioacuten por medio de pequentildeos pilotes piramidales En cierta forma este meacutetodo es
una variante del meacutetodo anterior Consiste en hincar un pilote piramidal de 3 a 4 metros de
longitud con una seccioacuten transversal superior de 60 x 60 a 70 x 70 cm y una seccioacuten
transversal inferior de 10 x 10 cm Una vez retirado el pilote la cavidad se rellena con
hormigoacuten Este tipo de metodologiacutea da excelentes resultados en aacutereas en donde existe un
espesor de suelos potencialmente colapsables (no autocolapsables) de 30 o 40 m de
profundidad pero que colapsaraacuten si estaacuten sometidos a los incrementos de carga
transmitidos por las construcciones Una de las ventajas del meacutetodo es la completa
mecanizacioacuten de todas las operaciones Una variante a este meacutetodo consiste en realizar la
hinca sobre una capa de piedra partida dando como resultado un bulbo de suelo
compactado alrededor de la capa de piedra mejorando la capacidad de carga por la punta
del pilote asiacute construido
Compactacioacuten por pilotes de suelo Este es uno de los meacutetodos maacutes usuales para
compactar espesores importantes (18 a 20 m) de suelos loeacutessicos susceptibles al colapso
El procedimiento consta de dos partes primero se realiza la perforacioacuten y segundo se llena
la cavidad con suelo compactado La perforacioacuten se realiza usualmente mediante la hinca
de un pilote metaacutelico con base ensanchada (15 veces) En otra metodologiacutea de reciente uso
la excavacioacuten se hace de la siguiente forma se perfora hasta la profundidad deseada un
hoyo de 8 cm de diaacutemetro dentro del cual se coloca una columna de explosivos que luego
de estallar crea una perforacioacuten de aproximadamente 080 m de diaacutemetro Despueacutes de
efectuada esta perforacioacuten dinaacutemica la cavidad se rellena con suelo local introducido en
tongadas de 100 a 200 Kg que luego son compactadas dinaacutemicamente por medio de un uacutetil
especial Concluidas ambas etapas quedan formadas columnas de suelo compactado con un
diaacutemetro aproximado igual a dos veces el de la perforacioacuten El grado de compactacioacuten va
decreciendo a medida que se aleja del centro de la columna por tal motivo es importante
conocer esta ley de decrecimiento para disentildear correctamente la cuadriacutecula de pilotes de
suelo Al igual que en los otros meacutetodos la eficiencia del sistema aumenta en la medida que
la humedad del suelo natural y compactado se encuentre a una humedad cercana al Limite
Plaacutestico Por tal motivo es usual que previo a la perforacioacuten se realice una humectacioacuten del
espesor de suelos a compactar Las densidades alcanzadas son del orden de 170 a 180
tm3 que son suficientes para evitar el colapso por peso propio y permiten el use del
espesor compactado como manto de fundacioacuten
Compactacioacuten por explosiones de gas Esta relativamente nueva metodologiacutea de
compactar espesores de suelos colapsables consiste en introducir a traveacutes de una lanza de
agua a presioacuten una caacutemara de compresioacuten que contiene una mezcla de gas propano y
oxiacutegeno la cual se va elevando a medida que se producen una serie de explosiones de la
mezcla De este modo se va generando una columna 120 140 m de suelo compactado
(Densidad de 150 tcm3) (Martemyanov et al 1979)
Compactacioacuten por humedecimiento (Hidrocompactacioacuten) En este caso se utiliza la propia
susceptibilidad del suelo a colapsar bajo peso propio El meacutetodo maacutes frecuente de realizar
la humectacioacuten o saturacioacuten del terreno es a traveacutes de infiltracioacuten del agua desde la
superficie del terreno para lo cual se efectuacutean excavaciones poco profundas (040 a 080 m)
o bien se construyen grandes estanques En muchos casos a efectos de acelerar el ingreso
del agua al terreno se construyen dentro del estanque drenes de arena convenientemente
espaciados Este sistema ha sido empleado ampliamente en varias partes del mundo por
ejemplo en EEUU por Gibbs y Bara (1967) y Clevenger (1956) en Rumania por Bally et
al (19651969) en la URSS por Lomize (1968) y Mustafaef (1967) en China por Lin y
Liang (1982) y en Argentina por Moll et al (1979) A pesar de su amplia utilizacioacuten y su
bajo costo el meacutetodo presenta una serie de inconvenientes aparicioacuten de grietas de traccioacuten
en el contorno del aacuterea inundada existencia de importantes deformaciones posteriores al
colapso necesidad de recompactar los 4 oacute 5 primeros metros utilizando otro tipo de
metodologiacutea La efectividad de este meacutetodo se mejora sustancialmente si al mismo se lo
combina con otro meacutetodo de compactacioacuten dinaacutemica
Compactacioacuten por humedecimiento previo y por explosiones profundas Este meacutetodo fue
desarrollado en al Unioacuten Sovieacutetica por Livinov (1976) en la deacutecada de los 60 El espesor de
suelos a compactar es previamente humedecido a traveacutes de un sistema de drenes
(cuadriacutecula de 3 x 3 a 5 x 5 m) Las cargas explosivas (5 a 7 Kg) son colocadas en el fondo
de los mismos drenes o bien en tubos metaacutelicos colocados en perforaciones adicionales La
cuadriacutecula con las cargas es aproximadamente de 4 x 4 m En este procedimiento no es
necesario la completa saturacioacuten del suelo que por ejemplo necesita el meacutetodo anterior
Posterior al humedecimiento se hacen estallar las cargas de toda un aacuterea (2000 a 50000
m2) La explosioacuten generan una onda de choque que hace licuar la estructura del suelo lo
cual permite un reacomodamiento de las partiacuteculas y un crecimiento de la densidad del
suelo En ciertos casos es aconsejable la construccioacuten de trincheras alrededor de la zona a
compactar a efectos de evitar la propagacioacuten de grietas fuera de ella La explosioacuten produce
un importante a inmediato asentamiento de la superficie del terreno Los asentamientos en
general se estabilizan al cabo de 3 oacute 4 semanas Este tipo de meacutetodo es aconsejable cuando
se desea compactar grandes voluacutemenes de suelo particularmente en grandes complejos
industriales o bien en obras hidroeleacutectricas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
En este apartado se incluyen aquellos meacutetodos de estabilizacioacuten consistentes en la mezcla y
posterior compactacioacuten de suelo colapsable con otros materiales (arena gravas) a efectos
de conseguir mayor resistencia y mayor rigidez Este tipo de estabilizacioacuten es de amplio use
en la ingenieriacutea vial en la construccioacuten de bases y de sub-bases
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
Este grupo incluye a aquellas metodologiacuteas en las cuales el mejoramiento de las
propiedades resistentes del suelo se consiguen con la creacioacuten de viacutenculos maacutes soacutelidos y
estables en la estructura del suelo En algunas de ellas la inyeccioacuten de agentes cementantes
provoca la rotura de la estructura original del suelo En otras por el contrario la inyeccioacuten
de agentes quiacutemicos actuan directamente sobre los viacutenculos sin modificar la estructura del
suelo Los meacutetodos se pueden dividir en meacutetodos superficiales y meacutetodos profundos
dependiendo en donde se realice la estabilizacioacuten En los meacutetodos de estabilizacioacuten
superficiales el mejoramiento en general se consigue mediante la mezcla y posterior
compactacioacuten del suelo con agentes quiacutemicos o cementantes tales como cemento cal
emulsiones asfaacutelticas sales (NaCl Nat C03 NaPO3) etc Estos meacutetodos de estabilizacioacuten
son tambieacuten usuales en otros tipos de suelos y son de amplia utilizacioacuten en todo tipo de
obras de ingenieriacutea civil por tal motivo no insistiremos en ellos Por el contrario los
meacutetodos de estabilizacioacuten profunda aunque tambieacuten se han utilizado en otros tipos de
suelos muchos de ellos se han desarrollado y usado especiacuteficamente para eliminar o
disminuir la susceptibilidad al colapso en espesores importantes de suelo A continuacioacuten
se presentan algunos de ellos
Inyecciones de agentes quiacutemicos Las investigaciones y las realizaciones en este tipo de
estabilizaciones se ha desarrollado principalmente en la Unioacuten Sovieacutetica Seguacuten Mitchell
(1981) la razoacuten principal por la cual estos meacutetodos no se han extendido universalmente se
debe principalmente a los altos costos frente a otros tipos de estabilizaciones Sin embargo
Esvtatiev (1988) da cuenta de la existencia en la URSS de maacutes de 800 proyectos en donde
se han utilizado satisfactoriamente p ej el meacutetodo de silicatizacioacuten) Esto ha permitido un
continuo mejoramiento de la tecnologiacutea una reduccioacuten de los costos y una abundante
normativa en la regulacioacuten de su uso El agente quiacutemico maacutes utilizado por su bajo costo
frente a otros agentes quiacutemicos es el Silicato de Sodio El meacutetodo consiste en inyectar en
todo el espesor de suelo a tratar una solucioacuten de silicato de sodio (Densidad = 1 10 a 1 04
gcm3) a traveacutes de un tubo inyector de 42 mm de diaacutemetro con perforaciones de 3 mm
protegidas por un manguito de goma La inyeccioacuten se realiza a una presioacuten de 20 a 40
Kgcm2 y una descarga de 48 litros por minuto (Zvyagin et al 1978) La silicatizacioacuten del
suelo es soacutelo posible en un medio fuertemente alcalino Seguacuten Sokolovic (1973) se logra
una mejor eficiencia mediante una pre y post gasificacioacuten con carbonato de calcio Luego
de la inyeccioacuten tres son los cambios que se observan en el suelo un aumento significativo
de la resistencia a la compresioacuten (superior a 20 Kgcm2 ) una eliminacioacuten de la
susceptibilidad al colapso y una disminucioacuten de la permeabilidad Otro de los tratamientos
con agentes quiacutemicos es la inyeccioacuten de amoniacuteaco La mejora en el suelo es inferior al
tratamiento por silicatizacioacuten ademaacutes presenta la desventaja de ser un elemento toacutexico y su
utilizacioacuten requiere medidas especiales de proteccioacuten (Sokolovic 1973)
Estabilizacioacuten teacutermica Esta teacutecnica comenzoacute a desarroIlarse en la URSS en la deacutecada de
los antildeos 50 y ha sido utilizada exitosamente en un importante nuacutemero de emprendimientos
Seguacuten Esvtatiev (1988) la aplicacioacuten de este meacutetodo es teacutecnica y econoacutemicamente
aconsejable en los siguientes casos a) en la estabilizacioacuten de fundaciones existentes de
estructuras altas como chimeneas tanques de agua b) en la paralizacioacuten de los
asentamientos en construcciones existentes provocados por el colapso del suelo Las
propiedades de los minerales arcillosos cambian cuando eacutestos son sometidos a altas
temperaturas lo cual genera un aumento importante de la resistencia y por ende la
eliminacioacuten de la susceptibilidad al colapso del suelo La tecnologiacutea ha ido variando y
mejorando su eficiencia a lo largo de estas deacutecadas No obstante la variedad de meacutetodos
casi todos ellos consisten en la introduccioacuten de un quemador de fuel o gas dentro de un pre
pozo de 020 metros de diaacutemetro con una presioacuten de aire de 20 a 30 Kgcm2 De esta
forma al cabo de 10 a 15 diacuteas se consigue una columna estabilizada de suelo de 20 a 30
metros y una profundidad de 10 a 15 metros (Beles y Stanculescu 1958)
Estabilizacioacuten mediante mezclado mecaacutenico con agentes cementantes El objetivo de este
tipo de estabiacutelizacioacuten es la creacioacuten de columnas o pilotes de suelo con alta resistencia y
rigidez que permitan la transferencia de las cargas a mantos maacutes profundos y estables
Varios son los meacutetodos constructivos que pueden agruparse dentro de este grupo Los
subdividiremos en los siguientes subgrupos dependiendo del lugar en donde se realiza la
mezcla del suelo con el agente cementante
1 La mezcla del suelo y el agente cementante se realiza en superficie En este caso la
excavacioacuten se puede realizar bien utilizando la teacutecnica constructiva empleada en los pilotes
de suelo (hinca) o bien usar teacutecnicas usuales de perforacioacuten La mezcla deiexcl suelo con el
agente cementante (preferentemente Cemento Portland) puede ser fluida (suelo cemento
plaacutestico) a introducirse dentro de la excavacioacuten en forma de pastones o bien mezclar el
suelo y elcemento con porcentaje de humedad oacuteptimo a introducirlos en la perforacioacuten en
tongadas (100 a 200 Kg) las cuales posteriormente son compactadas dentro de la misma
excavacioacuten Por lo tanto existen cuatro variantes seguacuten sea el tipo de excavacioacuten y el tipo
de mezcla
2 La mezcla del suelo y el cemento se realiza en el mismo proceso de perforacioacuten En este
caso la mezcla del agente cementante se realiza con el propio suelo La mezcla puede
realizarse mediante uacutetiles especiales que van mezclando el suelo con una lechada de
cemento o bien usar la teacutecnica del jet grouting mediante un chorro de lechada a alta presioacuten
Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
Este tipo de estabilizacioacuten se realiza principalmente en terrenos con suelos potencialmente
colapsables en los cuales la presencia de cargas adicionales en superficie puede generar
asentamientos adicionales ante un incremento de la humedad del suelo Asiacute una parte del
suelo colapsable superficial ubicado directamente debajo de las fundaciones es excavado
extraiacutedo y reemplazado por otro material maacutes competente Los materiales generalmente
utilizados son los siguientes el mismo suelo extraiacutedo compactado y eventualmente
estabilizado granulomeacutetricamente arena compactada o suelo cemento compactado La
eleccioacuten del tipo de material estaacute condicionado generalmente por variables teacutecnico
econoacutemicas Los espesores de estos mantos son variables (1 a 4 m) dependiendo del tipo de
cargas y de las caracteriacutesticas del proyecto Por ejemplo en algunos proyectos los
condicionantes pueden ser los asentamientos diferenciales (edificios) en cambio en otros
(canales) no soacutelo importa disminuir la probabilidad que se produzca el colapso sino
tambieacuten lograr una capa de suelo maacutes impermeable Este tipo de metodologiacutea ha sido
utilizada con eacutexito en numerosos paiacuteses y en innumerables tipos de obras Tambieacuten es
frecuente el empleo de esta metodologiacutea en forma conjunta con otro tipo de estabilizacioacuten
profunda cuando se presentan mantos de suelos colapsables profundos y con espesores
muy dispares
113 Medidas conducentes a evitar la iniciacioacuten del colapso
Arriba se sentildealaron los tipos de humedecimientos que seguacuten Goldstein (1969) pueden
presentarse en una masa de suelo
a) humedecimiento localizado por rotura de conducciones hidraacuteulicas o infiltraciones de
aguas de lluvia
b) humedecimiento extenso causado por roturas de canales o efluentes industriales
c) ascenso del nivel freaacutetico
d) aumento gradual y lento del contenido de humedad por condensacioacuten del vapor de agua
provocados por condiciones ambientales
Muchos de estos tipos de humedecimientos pueden ser prevenidos principalmente los
primeros pues en general eacutestos son debidos a fallas o roturas de las instalaciones de la
misma construccioacuten En cambio los otros tipos de humedecimientos estaacuten condicionados
por factores externos al proyecto como por ejemplo puede ser el ascenso del nivel freaacutetico
o la rotura de un canal cercano y ajeno al proyecto La accioacuten del proyectista debe estar
encaminada principalmente a impedir dentro de los liacutemites del proyecto la generacioacuten de
estos humedecimientos provocados por elementos de la propia construccioacuten Robinson y
Narkiewicz (1982) sugieren las siguientes medidas de proteccioacuten contra el humedecimiento
de edificios
a) Pendientes adecuadas en la superficie del terreno que rodea a la construccioacuten de modo
que no se produzcan embalsamientos de agua en las cercaniacuteas de las fundaciones y que
cualquier peacuterdida de agua pueda ser eliminada con rapidez
b) Canalizacioacuten de todos los desaguumles de techos y patios hacia el exterior de la
construccioacuten
c) Instalacioacuten de membranas impermeables o pavimentacioacuten de la superase que rodea a la
construccioacuten de modo de limitar la infiltracioacuten de agua en el suelo adyacente a las
construcciones
d) Encerrar las conducciones de agua o efluentes cloacales dentro de conductos de faacutecil
acceso a efectos de detectar posibles peacuterdidas
Algunas de estas medidas requieren una serie de medidas de control y mantenimiento
durante la vida uacutetil de la obra de manera que perioacutedicamente se realicen inspecciones a las
instalaciones y puedan detectarse peacuterdidas o dantildeos en las mismas Tambieacuten es aconsejable
que los propietarios de la obra conozcan perfectamente los riegos a que estaacute expuesta la
misma de modo que su actividad yo descuidos no inicie procesos de humedecimiento del
terreno
Las medidas de proteccioacuten en otros tipos de obras civiles (canales o caminos) tienen la
misma filosofiacutea es decir elementos de proteccioacuten que impidan o dificulten la entrada del
agua en el terreno de fundacioacuten Asiacute por ejemplo en las obras lineales se debe prestar una
especial atencioacuten al disentildeo del sistema de alcantarillado y de desaguumles En algunos casos
estas obras suelen seguir parcialmente las curvas de nivel del terreno convirtieacutendose en
verdaderas presas que impiden el natural escurrimiento de las aguas provocando la
acumulacioacuten de agua en su entorno lo que genera un humedecimiento generalizado del
terreno de fundacioacuten con los consecuentes dantildeos en la obra
Es frecuente que en ciertos tipos de obras como viviendas unifamiliares de una planta o
incluso caminos y canales las uacutenicas medidas a adoptar sean las presentadas en este
apartado ya que la utilizacioacuten de teacutecnicas de mejoramiento o fundaciones profundas
resultan prohibitivas En realidad la mayoriacutea de las obras aludidas se construyen admitiendo
el riesgo de un posible colapso del terreno El buen comportamiento que han tenido la
mayoriacutea de ellas se debe fundamentalmente a que no se ha producido ninguacuten tipo de
humedecimiento En contraste los dantildeos son serios en aquellas obras que los han sufrido
Por todo ello es un deber de los investigadores a ingenieros buscar nuevas soluciones
econoacutemicas que permitan disminuir los riesgos y por ende los dantildeos en este tipo de obras
Uno de los caminos en tal sentido es el estudio de estructuras que absorban o minimicen
los posibles asentamientos diferenciales provocados por el humedecimiento localizado del
suelo sin un aumento excesivo de los costos
114 Estructuras yo fundaciones que admiten y resisten los fenoacutemenos provocados
por el colapso
El anaacutelisis de este apartado se centraraacute principalmente en el estudio de las fundaciones
superficiales en suelos potencialmente colapsables ya que el otro gran grupo de soluciones
fundaciones profundas mediante pilotes seraacute objeto de un examen detallado en los
apartados siguientes
La lista de estructuras que se asientan directamente sobre mantos de suelos potencialmente
colapsables es amplia entre ellas pueden sentildealarse viviendas unifamiliares construcciones
transitorias galpones ductos enterrados canales caminos etc
Las fundaciones directas sobre suelos colapsables pueden ser divididas en dos grupos
a) Fundaciones riacutegidas utilizadas principalmente en estructuras livianas y con cargas
puntuales por ejemplo torres de liacuteneas de alta tensioacuten columnas de naves industriales o
depoacutesitos En general este tipo de estructuras tienen algunos rasgos comunes como son por
ejemplo cargas verticales bajas cargas horizontales importantes y en general suelen
aceptar asentamientos admisibles mayores
b) Fundaciones de baja rigidez longitudinal en este caso se trata de estructuras con cargas
lineales (muros de carga canales etc) con baja rigidez en el sentido de las cargas Este tipo
de estructuras son sensibles a humedecimientos localizados del terreno que generan
asientos diferenciales importantes En general las medidas que suelen tomarse para
disminuir los efectos de los asientos diferenciales son las siguientes disentildeo de elementos
que rigidicen la estructura (Clemence Y Finbarr 1981) y el disentildeo de elementos
constructivos que eviten
RECAPITULACIOacuteN
Definido el concepto de colapso el estudio se ha enfocado al anaacutelisis de los suelos
colapsables por humedecimiento En esta clase particular de suelos metaestables el agente
externo que desencadena el fenoacutemeno de colapso es el agua En estos suelos un incremento
de humedad puede provocar una disminucioacuten o anulacioacuten de las fuerzas que vinculan unas
partiacuteculas con otras y por lo tanto cambiar el estado de equilibrio en la estructura del suelo
El colapso de la estructura del suelo depende fundamentalmente de dos causas a) de la
importancia de los cambios provoca dos por el agua en los viacutenculos existentes entre las
partiacuteculas y b) del estado tensional en los viacutenculos O sea para que se produzca el colapso
es necesario un agente sensibilizante y un estado tensional capaz de provocar la des-
estabilizacioacuten de la estructura del suelo
Por este motivo los meacutetodos que mejor reflejan la susceptibilidad al colapso de un suelo
son aquellos basados en ensayos mecaacutenicos donde ambos factores estaacuten presentes
La gran subdivisioacuten que se hace a los suelos colapsables parte precisamente de verificar
coacutemo es el comportamiento del suelo en su estado tensional original o bajo su propio
peso Si se produce el colapso bajo este estado se indica que el suelo es verdaderamente
colapsable o autocolapsable en cambio si el fenoacutemeno no se produce se sentildeala que el
suelo es candicionalmente colapsable o colapsable bajo carga
En este contexto diversos investigadores introducen el concepto (tambieacuten tensional) de
Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) o Presioacuten de Fluencia Saturada (σf) como aquella
presioacuten a la cual se produce el colapso Desde un punto de vista teoacuterico esta presioacuten deberiacutea
ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero desde un punto de vista praacutectico se
asume que una pequentildea magnitud del colapso es permisible Por ejemplo las normas
Sovieacuteticas Lo toman igual al 100 las Chinas igual al 150 En cambio en Argentina se
utiliza maacutes la Presioacuten de Fluencia Saturada que se obtiene de forma similar a la Presioacuten de
Preconsolidacioacuten No obstante esta diferencia metodoloacutegica en ambos casos el concepto es
el mismo
Con respecto a las metodologiacuteas usadas para establecer la susceptibilidad al colapso de un
suelo o de un perfil de suelo han sido analizadas las que utilizan el concepto de Presioacuten
Inicial de Colapso y la magnitud del colapso Esta seleccioacuten se realizoacute fundamentalmente
por las siguientes causas primero porque se hacen en base a ensayos mecaacutenicos donde
intervienen el agente externo (el agua) y el estado tensional del suelo y segundo porque
permiten establecer ya sea a traveacutes de un perfil de colapsabilidad o la magnitud del
colapso coacutemo seraacute realmente el comportamiento del terreno ante las solicitaciones
producidas por la obra de ingenieriacutea
Los perfiles de colapsabilidad relacionan en profundidad el peso propio de las tierras con
la Presioacuten Inicial de Colapso esto permite determinar el espesor de suelos autocolapsables
o el espesor de los suelos que colapsaraacuten si ademaacutes del humedecimiento se aumenta el
estado tensional Estos perfiles son de gran ayuda al proyectista de fundaciones en suelos
colapsables dado que le permiten conocer en forma global la magnitud del problema al que
estaacute enfrentado No obstante su utilidad no termina alliacute sino que por el contrario estos
perfiles le permiten tomar decisiones sobre cuaacuteles son las soluciones ingenieriles maacutes
convenientes del proyecto Pues con su ayuda se podraacute seleccionar el meacutetodo de
mejoramiento del terreno la cota de fundacioacuten de una fundacioacuten profunda la magnitud de
la carga por rozamiento negativo etc
La determinacioacuten de la magnitud del colapso de un perfil de suelo usada como
metodologiacutea de clasificacioacuten tambieacuten es de utilidad en el disentildeo de construccioacuten de obras
de ingenieriacutea en suelos colapsables Sobre todo en la caracterizacioacuten del terreno de grandes
aacutereas ya sea en obras lineales (canales caminos etc) o puntuales (complejos fabriles obras
hidraacuteulicas etc) dado que cada perfil de suelo estaacute caracterizado por un paraacutemetro lo cual
permite el manejo de un nuacutemero importante de informacioacuten Obviamente esta metodologiacutea
tambieacuten es de gran use en cualquier tipo de obras independientemente de su tamantildeo a
importancia
En un abundante nuacutemero de proyectos no es suficiente haber realizado una caracterizacioacuten
o clasificacioacuten del terreno sino que es necesario determinar la magnitud de los
asentamientos que pueden producirse en las obras Los asentamientos por colapso depende
baacutesicamente de dos tipos de factores intriacutensecos y extriacutensecos
Se sentildealan como intriacutensecos aquellos factores propios del suelo como son sus propiedades
fiacutesicas y mecaacutenicas El comportamiento del suelo dependeraacute del tipo de estructura o la
forma en que estaacuten ordenadas las partiacuteculas del grado de compacidad del tipo de viacutenculos
que unen grano con grano etc Estos factores en general no se encuentran
homogeacuteneamente distribuidos por lo cual los paraacutemetros que definen sus propiedades
tenso-deformacionales pueden sufrir variaciones locales importantes
Los factores externos que influyen en la magnitud de los asentamientos son dos el aacuterea
inundada y el estado tensional Estos dos factores influyen considerablemente en la
magnitud de los asentamientos por colapso y por tal motivo deben ser analizados
especiacuteficamente en los caacutelculos Respecto al primero de los factores a pesar que se han
realizado importantes trabajos teoacutericos la informacioacuten experimental indica que todaviacutea
existe cierta indeterminacioacuten en su estimacioacuten Por tal motivo la influencia del aacuterea
inundada en la magnitud de los asentamientos se limita a realizar correcciones de tipo
empiacuterico En cuanto a la influencia que el estado tensional tiene en los asentamientos las
investigaciones se han centrado especialmente en el estudio de cargas externas (zapatas) en
la superficie del terreno
ENSAYOS ldquoin siturdquo Perforacioacuten y muestreoEnsayos ldquoin siturdquo
o Ensayo de penetracioacuten estandar (SPT)o Ensayo de penetracioacuten de cono (CPT + CPTu)o Dilatoacutemetro de placa plana (DMT)o Presuroacutemetro (PMT)o Corte en veleta (VST)10487131048713 Meacutetodos geofiacutesicoso Ondas siacutesmicas (P- S- R-waves)o Electromagneacuteticas (radar resistividad)
EQUIPOS AUTOPROPULSADOS
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)1048713El ensayo ldquoin siturdquo maacutes comuacuten en el mundo10487131902 - Coronel Gow de Raymond Pile Co1048713 Muestreador ciliacutendrico partido1048713 Norma ASTM D 15861048713 Martillo (140-lbs cae 30 pulgadas) (635-kg cae 076 metros)1048713 Tres incrementos de 6 pulgadas Suma de los dos uacuteltimos incrementos = N (golpespieacute)
Se obtiene suelo y
un nuacutemero
Muestra alterada
(Solo para
caraterizacioacuten)
Nuacutemero muy crudo
para el anaacutelisis
No aplicable en
Ventajas
arcillas blandas y
Limos
Variabilidad e
incertidumbre
se obtiene un nuacutemero
Sencillo y de bajo
Costo
Funciona en muchos
tipos de suelo
Se puede utilizar en
rocas blandas
Disponible
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Estos suelos en condiciones de no saturacioacuten o saturacioacuten parcial presentan continuamente un reacomodo radical de las partiacuteculas y una gran peacuterdida de volumen por remojo osea al entrar al estado de saturacioacuten completa La existencia de estos suelos en el mundo y las dificultades ocasionadas a las edificaciones cimentadas sobre ellos han sido reconocidos ampliamente Los depoacutesitos maacutes extensos de suelos colapsables son eoacutelicos o depoacutesitos transportados de arena y limos (loess)Se puenden encontrar comuacutenmente en las maacutergenes fluviales
Desventajas
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Depoacutesitos eoacutelicos Estos depoacutesitos consisten en materiales transportados por el viento el cual forma dunas depoacutesitos tipo loess playas eoacutelicas y grandes depoacutesitos de ceniza volcaacutenica
Depoacutesitos transportados por agua Consisten principalmente de depoacutesitos de sedimentos sueltos a carreados por el agua los cuales forman abanicos fluviales y flujos deslizantes Estos materiales pueden ser depositados por una avenida repentina o flujo de lodo derivado de pequentildeas cuencas colectoras sujetas a aguaceros poco frecuentes
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Suelos residuales Estos suelos son producto del intemperismo y la
desintegracioacuten y alteracioacuten mecaacutenica de rocas madres Las partiacuteculas de
material residual pueden variar de tamantildeo de grandes fragmentos de
gravas a arenas limos coloides y en algunos casos material orgaacutenico
La estructura del grano colapsable se ha desarrollado como producto de
la accioacuten disolvente sobre el material soluble y coloidal La lixiviacioacuten del
material soluble y del material fino conduce a una alta relacioacuten de vaciacuteos
y a una estructura inestable Otro tipo de suelo que muestra colapso al
remojo son aquellos derivados de tufo volcaacutenico
sulfato de calcio arenas sueltas cementadas por sal soluble arcillas
dispersivas y arcillas montmorilloniacuteticas ricas en sodio
CAUSAS QUE GENERARIacuteAN DICHO COMPORTAMIENTO- Estructura parcialmente saturada potencialmente inestable- Una componente de esfuerzo aplicado o existente lo suficientemente alta para desarrollar una condicioacuten metaestable- Un ligante resistente o un agente cementante para estabilizar contactos intergranulares el cual se reduce por remojo ocasionando el colapso La mayoriacutea de suelos colapsables involucra la accioacuten de partiacuteculas arcillosas en los enlaces entre los granos gruesos de arena-Agentes cementantes tales como oacutexido de hierro carbonato de calcio o la soldadura de granos en contacto proporcionan esfuerzos resistentes para muchos suelos colapsables La accioacuten de este cementante es frecuentemente el agente principal de colapso en loess El grado al cual el agente cementante pierde su efectividad depende del grado de contaminacioacuten del ingreso del agua y del grado de disolucioacuten del agente cementante involucrado
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
CONSOLIDOacuteMETRO PARA ENSAYO DE COLAPSO
Se procede a cortar el suelo de acuerdo con las dimensiones del anillo
del ensayo de consolidacioacuten unidimensional Determinar sus
propiedades fiacutesicas tales como humedad natural peso volumen
gravedad especiacutefica de soacutelidos liacutemites de consistencia distribucioacuten
granulomeacutetrica seguacuten las normas
Se instala la muestra en el anillo del consolidoacutemetro despueacutes de haber
determinado el peso inicial de la masa huacutemeda y altura de la muestra y
fijar el conjunto anillo-muestra en el consolidoacutemetro Aplicar una carga
de contacto 005 kgcm2 (5 Kpa) despueacutes de 5 min tomar lectura del
deformiacutemetro aplicar incrementos de carga a cada hora hasta que se
aplique la presioacuten vertical apropiada Los incrementos de carga seraacuten
012 025 050 100 200 etc Kgcm2 (12 25 50 100 200 etc) o
cargas de acuerdo al meacutetodo de ensayo ASTM D2435 registrar la
deformacioacuten antes de incrementar una nueva carga
Determinacioacuten del potencial de colapso
donde
di = lectura del dial con el esfuerzo adecuado antes de la saturacioacuten (mm)
df = lectura del dial bajo el esfuerzo adecuado despueacutes del humedecimiento (mm)
ho = altura inicial de la muestra (mm)
Tmbieacuten se puede evalua en teacuterminos de relacioacuten de vaciacuteos
dondeΔe = cambio de relacioacuten de vaciacuteos bajo el esfuerzo adecuado antes y despueacutes de la inundacioacuteneo = relacioacuten de vaciacuteo inicialLa evaluacioacuten de un suelo colapsable seraacute de acuerdo a la siguiente tablaCon todo lo epxlicado concluimos que el colapso de los suelos es la disminucioacuten moderada de volumen cuando estaacute con bajo contenido de humedad y una gran peacuterdida cuando estaacute sumergido y la magnitud de asentamiento depende del contenido de humedad del suelo En estado sumergido y bajo la aplicacioacuten de cargas verticales los suelos colapsables presentan un mayor asentamiento Los suelos colapsables existen en todo el mundo principalmente en la regiones aacuteridas y semiaacuteridas nuevamente comentando que los depoacutesitos eoacutelicos coluviales residuales tubos volcaacutenicos etc son suelos que pueden ser colapsables
Definicioacuten de colapso Se definen como colapso a cualquier disminucioacuten raacutepida de volumen del suelo producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factoresbull Contenido de humedad (w) bull Grado de saturacioacuten (Sr) bull Tensioacuten media actuante (τ) bull Tensioacuten de corte (σ) bull Presioacuten de poros (u)
TIPOS DE SUELOS COLAPSABLESLos tipos de suelos colapsables son
- Suelos aluviales y coluviales ndash Depositados en ambientes Semi-deseacuterticos por flujos maacutes o menos torrenciales- Suelos eoacutelicos ndash Depositados por el viento son arenas y limos arenosos con escaso cemento arcilloso en una estructura suelta o inestable
- Cenizas volcaacutenicas ndash Provenientes de cenizas arrojadas al aire por actividad volcaacutenica explosiva- Suelos residuales ndash Derivados de la descomposicioacuten in ndash situ de minerales de ciertas rocas son luego lixiviados por el agua y pierden su cemento
CONSECUENCIAS EN CIMENTACIONES
Patologiacuteas en cimentaciones Posibles causas
Introduccioacuten
De todos los posibles tipos de patologiacutea que puede sufrir la edificacioacuten las estadiacutesticas demuestran que son las patologiacuteas ligadas a las cimentaciones las que mayores costes globales conllevan Ademaacutes tienen gran repercusioacuten social lo que las hace maacutes notorias por la complejidad propia de su reparacioacuten porque suponen una fuerte alteracioacuten y hasta interrupcioacuten del uso del inmueble y porque suelen involucrar a colindantes e incluso poderes puacuteblicos Urge como en ninguacuten otro caso determinar las causas y cuanto antes dar una solucioacuten al problema
Causas intriacutensecas de fallos de cimentacioacuten
Se agrupan aquiacute los fallos de cimentacioacuten consecuencia de la interaccioacuten entre el terreno y la propia cimentacioacuten de la construccioacuten afectada
Defectos de proyecto
Son errores de concepcioacuten de disentildeo o caacutelculo del proyecto Son errores previsibles por lo que si se tienen en cuenta en el disentildeo y caacutelculo de la edificacioacuten el riesgo de que provoquen dantildeos se minimizaEnumeramos aquiacute no todas pero siacute algunas de las posibles causas de problemas derivadas del proyectobull Falta de capacidad de carga cimentacioacuten insuficiente o capacidad
de carga del suelo insuficientebull Esfuerzos no contemplados por ej por olvido de algunas
sobrecargas de explotacioacutenbull Conocimiento insuficiente del suelo Lo que deriva en la ignorancia
de riesgos especiales geoteacutecnicos Las causas pueden ser escasez de reconocimientos previos del terreno mala interpretacioacuten de los mismos no consideracioacuten de los fenoacutemenos de agresividad etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Cobra importancia en terrenos con especiales caracteriacutesticas
Arcillas expansivas
Suelos colapsables
Rellenos antroacutepicos
Suelos blandos naturales
Infravaloracioacuten del riesgo geoteacutecnico conocido eacuteste Casos asiacute pueden ser desprecio de los efectos que produce la falta de homogeneidad de un suelo o las distintas profundidades de aparicioacuten de la roca en planta desprecio de los efectos de la potencial expansividad o de posible subpresioacuten o fenoacutemenos de subsidencias procesos de disolucioacuten etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONESbull Defectos en la evaluacioacuten del terreno asientos calculados no
tolerables por la estructura esfuerzos paraacutesitos en pilotes (olvido del efecto de asiento de terrenos flojos o rellenos recientes) etc
bull Efecto grupo en pilotes defectuosa estimacioacuten del efecto grupo en pilotes flotantes no consideracioacuten de los esfuerzos laterales o del rozamiento negativo etc
bull Ausencia de consideracioacuten del bulbo de tensiones de la cimentacioacuten propia y su alcance Pero tambieacuten de cimentaciones colindantes que podriacutean suponer una carga oblicua sobre nuestra cimentacioacuten habraacute que considerarla en caacutelculo y prever un proceso constructivo adecuado (no vayamos a provocar dantildeos a otras edificaciones)
bull Ignorancia de las condiciones de contorno es decir no consideracioacuten de las condiciones del entorno de la estructura
proyectada posibles socavaciones arrastres descalces agotamientos rebajamientos de nivel freaacutetico etc
bull Heterogeneidades distribucioacuten irregular de las cargas o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentacioacuten
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Defectos de ejecucioacuten
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecucioacuten de eacutestos Los defectos de ejecucioacuten normalmente responden a un deficiente Control de Calidad Por tanto en principio son evitablesAlgunos errores de ejecucioacuten podriacutean serbull Apreciacioacuten erroacutenea de los estratos resistentes confundidos con
capas de poco espesor bolos erraacuteticos etcbull Errores de replanteo bull Mala calidad de los materiales en especial hormigones Deterioro
de zapatas losas o muros por escasa calidad de los materiales grietas de retraccioacuten por mala dosificacioacuten del hormigoacuten materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto etc
bull Degradacioacuten del material suele ir unido al anterior hormigoacuten no resistente a la agresividad del terreno recubrimientos insuficientes madera metal etc
bullCAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Lavado del hormigoacuten en cimentaciones superficiales o profundas colocado en presencia de aguas en movimiento
Errores en la colocacioacuten de armaduras confusioacuten de diaacutemetros de armado ausencia de separadores etc
Problemas de fraguado unidos a errores de vertido de dosificacioacuten de curado
Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio cortadas lavadas) o de baja calidad y excesiva carga portante de caacutelculo
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
Si los cambios provocados por el agente externo en las caracteriacutesticas de los viacutenculos no
son suficientes como para movilizar un cambio de estructura eacutesta permaneceraacute inalterada
Sin embargo la condicioacuten de equilibrio puede haber variado dado que de alguna forma el
agente ha sensibilizado al suelo
En cambio si el estado tensional en los contactos es superior a la resistencia que tienen
eacutestos durante el proceso las partiacuteculas cambiaraacuten de posicioacuten produciendo un cambio de
estructura y pasando a un nuevo estado de equilibrio
Un ejemplo de ello puede observarse en en la cual se han dibujado dos ensayos
edomeacutetricos de un mismo estrato La muestra A fue cargada hasta una presioacuten de 200
kgcm2 a humedad natural (w= 144) siendo posteriormente inundada a esa presioacuten
Durante este proceso se observa un importante cambio volumeacutetrico La muestra B fue
inundada a una presioacuten de 010 Kgcm2 no observaacutendose ninguacuten cambio volumeacutetrico
durante el proceso de saturacioacuten Posteriormente se continuoacute el ensayo edomeacutetrico en
forma habitual hasta una presioacuten de 200 kgcm2
Al no advertirse cambios volumeacutetricos durante el proceso de saturacioacuten puede inferirse que
tampoco se han inducido cambios en la estructura del suelo pero es indudable que
efectivamente se ha generado una notable disminucioacuten en la resistencia de los viacutenculos
dado que al aumentar el estado tensional el comportamiento del suelo varioacute radicalmente
del que se observoacute durante el proceso de carga a humedad natural en la muestra A
Esto tambieacuten queda reflejado en las curvas de La primera de ellas corresponde a la
variacioacuten de las deformaciones verticales en funcioacuten del tiempo cuando la muestra A fue
saturada a una presioacuten axial de 200 kgcm2 en tanto la segunda corresponde al salto de
carga de 100-200 kgcm2 del ensayo B (saturada a 010 kgcm2) En ambas curvas se
advierte en primer teacutermino una brusca disminucioacuten de volumen sentildealada como colapso
primario (Redolfi 1982)
En esta etapa la resistencia y la estabilidad de la estructura macroporosa y mal acomodada
dependen baacutesicamente de la resistencia al corte a la traccioacuten y a la compresioacuten de los
puentes o acumulaciones de arcillas yo sales en los puntos de contacto entre las partiacuteculas
(Reginatto 1977) Los esfuerzos que se producen en dichos viacutenculos y puntos de contactos
han superado la resistencia del material provocando el consecuente desmoronamiento de la
estructura del suelo dando como resultado una totalmente distinta a la anterior Posterior a
esta primera etapa (cambio de pendiente de las curvas) sigue existiendo una importante
disminucioacuten de volumen debida posiblemente a un reacomodamiento de las partiacuteculas del
suelo a esta nueva estructura de suelo mejorado o compactado
El objetivo de todo este apartado no ha sido explicar el mecanismo uacuteltimo del colapso sino
maacutes bien tratar de comprender a traveacutes de ejemplos simples y factibles coacutemo la entrada de
agua en una estructura metaestable origina una desestabilizacioacuten o sensibilizacioacuten en la
resistencia existente entre los viacutenculos
Tampoco se ha pretendido hacer una revisioacuten exhaustiva de todos los mecanismos que
diversos investigadores han propuesto para explicar el fenoacutemeno del colapso sino tomar en
consideracioacuten aquellos maacutes documentados y que mejor se adaptan al caso de suelos
loeacutessicos con estructura macroporosa que seraacuten objeto de un especial anaacutelisis en estas
notas
5 COLAPSO RELATIVO
Con referencia al Colapso Relativo (δcol) existe una aparente anarquiacutea tanto en su
denominacioacuten como en la forma de calcularlo En se sentildealan algunas de las maacutes conocidas
Del anaacutelisis de las diferentes ecuaciones se advierte que la uacutenica diferencia en el caacutelculo
radica en el denominador o valor de referencia que se elija altura inicial de la probeta (h0)
la altura de la probeta a humedad natural cargada a una presioacuten igual al peso propio de las
tierras (h1) o la altura de la probeta antes de la inundacioacuten cargada a una presioacuten a
σ(wHN) Esta variedad de definiciones es aparente dado que para el caso del caacutelculo de la
magnitud del asentamiento debido solamente al peso propio de las tierras dos de las
ecuaciones se hacen iguales puesto que para ese caso particular h1= hHN a incluso suele
suceder que h es aproximadamente igual a h0
En lo sucesivo se utilizaraacute la siguiente ecuacioacuten para definir el Colapso Relativo (δcol)
h HN= Altura de la probeta a humedad natural (antes de la inundacioacuten) cargada a una
presioacuten cualquiera σ
hSAT = Altura de la probeta saturada (despueacutes de producido el colapso) cargada a la
presioacuten σ
h = Altura de la probeta a humedad natural cargada a una presioacuten axial igual al peso propio
de las tierras
SUELOS AUTOCOLAPSABLES Y POTENCIALMENTE COLAPSABLE
En el graacutefico semilogariacutetmico que representa el comportamiento de un suelo un ensayo a
compresioacuten confinada realizado sobre en condicioacuten saturada se puede observar un quiebre
en la curva de compresibilidad La presioacuten axial a la cual se produce este quiebre o este
cambio de comportamiento se la denomina Presioacuten de Fluencia Saturada o Presioacuten Inicial
de Colapso En principio se establece que para presiones menores a esta el suelo tiene un
comportamiento elaacutestico y los asentamientos por colapso son bajos y nulos Por el
contrario para presiones mayores a la de Fluencia el suelo tiene un comportamiento elaacutesto-
plaacutestico y los asentamientos por colapso son importantes
Se dice que un suelo es auto colapsable cuando la presioacuten de tapada o geoestaacutetica (σ0) es
superior a la Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) Esto quiere decir que cuando en ese suelo
se produzca el humedecimiento se produciraacuten asentamientos importancia con solamente la
accioacuten de su peso propio
Se designa con suelos potencialmente colapsable a aquellos suelos en los que la presioacuten de
tapada o geo-estaacutetica (σ0) es menor a la Presioacuten Inicial de Colapso
7 PERFILES DE COLAPSIBILIDAD
Lo realmente interesante de los conceptos antes enunciados radica fundamentalmente en
que han permitido generar una metodologiacutea de anaacutelisis de los perfiles con suelos
susceptibles al colapso
Este anaacutelisis permite confrontar a cada profundidad considerada la magnitud de la Presioacuten
Inicial de Colapso (σicol) con la Presioacuten total (σT) igual a la suma de la presioacuten debida a la
carga aplicada (Δσ) maacutes la presioacuten por peso propio (σ0)
En (26) se presenta un perfil de suelo en el que se ha dibujado la variacioacuten de ambas
presiones (la Presioacuten Inicial o de Fluencia y la Presioacuten Total) en funcioacuten de la profundidad
para dos estados de cargas en el correspondiente a las presiones geostaacuteticas y en el
correspondiente a las presiones totales provocadas por una carga en la superficie del
terreno
A partir del anaacutelisis de estas curvas pueden establecerse por ejemplo los espesores de los
suelos que autocolapsaraacuten por humedecimiento y aquellos que colapsaraacuten si ademaacutes de la
saturacioacuten se aumentan las cargas y consecuentemente clasificar los suelos en sus
diferentes grupos suelos verdaderamente colapsables (autocolapsables) o suelos
condicionalmente colapsables (colapsables bajo cargas externas)
Aun cuando el valor de la Presioacuten Inicial sea aproximado este tipo de anaacutelisis es de
fundamental intereacutes en el disentildeo de los diferentes tipos de cimentaciones ya que se podraacute
conocer cuales seraacuten en forma aproximada los principales problemas que se presentaraacuten
en el disentildeo de las obras permitiendo de esta
forma elegir correctamente el tipo de cimentacioacuten o el meacutetodo de mejoramiento del suelo a
emplear para disminuir o anular la susceptibilidad al colapso
8 MAGNITUD DEL ASENTAMIENTO POR COLAPSO
81 Definiciones
La magnitud del asentamiento por colapso producido por humedecimiento del terreno
depende seguacuten Grigoryan y Ivanov (1968) tanto de
1048713 Factores intriacutensecos del suelo (caracteriacutesticas fisico-mecaacutenicas) y de
1048713 Factores externos al suelo (estado tensional y el aacuterea inundada)
Se define al asentamiento adicional por colapso (Wcolt) de un manto de suelos
colapsables de espesor Ht a la sumatoria
donde
Ht = H1+H2+ = Hj+Hn
Hj = Espesor del estrato j
Wcolj = Asentamiento adicional por colapso del estrajo j
δcolj = Colapso relativo del estrato j a la presioacuten σzj
σzj = Presioacuten total (peso propio + incremento de presioacuten) en el estrato j
82 Caracteriacutesticas fiacutesico-mecaacutenicas
Un aspecto importante del comportamiento de este tipo de suelos y que por lo tanto
influyen en la magnitud de los asentamientos es su marcada heterogeneidad Los suelos
loeacutessicos colapsables en cierto entorno suelen considerarse como suelos homogeacuteneos pero
en realidad poseen una apreciable heterogeneidad extendida dentro de la masa Algunos de
estos aspectos pueden ser puestos en evidencia a traveacutes de ensayos geoteacutecnicos
La determinacioacuten de los paraacutemetros tenso-deformacionales como el colapso relativo (δcol)
puede diferir seguacuten Abelev y Abelev (1979) de 15 a 2 veces incluso si se lo hace a partir
de probetas gemelas talladas de un uacutenico bloque de suelo
Esto soacutelo se explica a traveacutes de la gran heterogeneidad local que presentan estos suelos en
los cuales existen macroporos dejados por raiacuteces o insectos y concreciones aisladas de
carbonatos etc que pueden hacer variar las caracteriacutesticas deformacionales en oacuterdenes de
magnitud de los arriba sentildealados Otro aspecto que sentildealan Bally et al (1969) es la
heterogeneidad en la variacioacuten local de las caracteriacutesticas quiacutemicas y mineraloacutegicas las
cuales son difiacuteciles de ser advertidas por meacutetodos usuales de investigacioacuten Para corroborar
todo este tipo de heterogeneidades en (30) se muestran liacuteneas de igual asentamiento para
un estanque experimental de 30 mestros de lado al cabo de 3 meses de continua inundacioacuten
Pueden observarse asentamientos diferenciales de hasta 60 cm Esto induce a pensar que
aunque las propiedades tenso deformacionales pudieran ser aproximadamente constantes
viacuteas preferenciales de humedecimiento (canaliacuteculos verticales dejados por raiacuteces de
hierbas) pueden saturar mayores espesores o presentar curvas de iso saturacioacuten apartadas
del modelo teoacuterico
En resumen una de las caracteriacutesticas principales que deben tenerse siempre en cuenta en
el caacutelculo de la magnitud de los asentamientos por colapso es que estos frecuentemente no
seraacuten uniformes ya sea por las causas antes expuestas como por otros factores como por
ejemplo la dimensioacuten del aacuterea inundada
83 Aacuterea inundada
Otro de los aspectos que influyen considerablemente en la magnitud de los asentamientos
por colapso son el tipo de humedecimiento que se realice dentro de la masa del suelo y las
dimensiones del aacuterea humedecida Golacutedstein (1969) distingue cuatro tipos de
humedecimientos
1 Humedecimiento localizado del suelo a poca profundidad debido generalmente a la
rotura de conducciones hidraacuteulicas de las construcciones En estos casos es casi imposible
predecir a priori la forma en planta y en corte de estos humedecimientos y por lo tanto
hacer una estimacioacuten de la magnitud de los asentamientos y su distribucioacuten en planta
2 Humedecimiento extenso de todo el perfil del suelo causado por una importante
infiltracioacuten de agua (rotura de canales o efluentes industriales) Los asentamientos en estos
casos pueden ser importantes y dantildeinos para las construcciones especialmente cuando los
asentamientos son desiguales
3 Una elevacioacuten uniforme del nivel freaacutetico debido generalmente a una recarga del freaacutetico
causado por una fuente lejana
4 Un aumento gradual y lento del contenido de agua debido por ejemplo a la
condensacioacuten del vapor y una acumulacioacuten de humedad causada por cambios en las
condiciones ambientales (pavimentacioacuten de la superficie del terreno)
En cuanto a la forma y las dimensiones del aacuterea humedecida se ha demostrado
experimentalmente que los asentamientos por colapso calculados con la ecuacioacuten indicada
arriba son soacutelo aplicables cuando la superficie de saturacioacuten o fuente de humedecimiento
es del orden de 23 a 1 vez el espesor de los sedimentos colapsables (Krutov y Dyakonov
1973) En cambio cuando esta relacioacuten es menor y la zona humedecida se aparta de la
supuesta unidimensional los asentamientos reales son sustancialmente menores a los
calculados
Por tal motivo algunos investigadores coinciden en afirmar que dicha ecuacioacuten debe estar
afectada de un coeficiente (m) que tenga en cuenta el tipo la forma y las dimensiones del
aacuterea humedecida
m = f (B L Z)
donde B y L son el ancho y largo de la fuente de inundacioacuten y Z el espesor de la zona
humedecida Asiacute en la ex URSS es habitual afectar a los asentamientos calculados por un
coeficiente llamado de condiciones de campo o de operacioacuten
Este coeficiente es pues la relacioacuten entre el asentamiento real medido en el terreno y el
calculado De modo que
84 Estado tensional
La magnitud del asentamiento adicional por colapso es funcioacuten de la tensioacuten actuante en el
manto de suelo considerado Si se analiza el caso particular de una zapata apoyada sobre la
superficie del terreno el asentamiento adicional por colapso seraacute funcioacuten de la forma y las
dimensiones de aacuterea cargada del espesor del manto susceptible al colapso y del tipo y la
forma de la zona humedecida Sin embargo se ha comprobado experimentalmente que si el
espesor de los mantos de suelos colapsables que se encuentran por debajo de la zona
comprimida es suficientemente importante como para que pueda colapsar por peso propio
la amplitud del asentamiento no depende praacutecticamente de la forma y de las dimensiones de
las fundaciones (Abelev y Abelev 1979)
En las numerosas experiencias realizadas sobre zapatas a escala real se ha comprobado que
los asentamientos adicionales por colapso medidos pueden llegar a ser entre 15 a 2 veces
mayores que los calculados sobre todo en zapatas con anchos inferiores a los 20 m de
ancho (Abelev y Abelev 1979)
Estas divergencias entre el valor de los asentamientos calculados y los reales pueden
atribuirse a varios factores entre los cuales pueden sentildealarse
c) La eleccioacuten del espesor del manto de suelos colapsables o susceptibles a sufrir un
asentamiento adicional ha sido largamente discutido Asiacute Kodrynova (1969) en base a
ensayos de zapatas a escala real pudo establecer las dimensiones de la zona realmente
deformada Confirmando que la profundidad de la zona deformada era menor que la
profundidad que por ejemplo estableciacutean las Normas Sovieacuteticas vigentes en ese momento
Estas Normas haciacutean soacutelo consideraciones tensionales y fijaban la profundidad del manto
como aqueacutella para la cual la relacioacuten entre el valor de la carga adicional debida a la zapata
(Δσ) y el de la presioacuten natural (σ0) se haciacutean igual a 020 Kodrynova (1969) comproboacute
que el criterio maacutes adecuado para establecer este espesor era usar el concepto de resistencia
estructural o Presioacuten Inicial de Colapso sugerido por Abelev en 1968 Asiacute observoacute que la
zona deformada se correspondiacutea muy bien con aquellos lugares donde los valores de
tensiones totales (σz) eran mayores al valor de la Presioacuten Inicial de Colapso (δicol) Por
tanto concluyoacute que el espesor Zo puede definirse como la profundidad en la cual se
comprueba que
Esto coincide con lo advertido por Grigoryan (1967) en ensayos de zapatas cuadradas y
rectangulares en donde solamente se observaron asentamientos en la masa del suelo
cuando la tensioacuten actuante era mayor al valor de la Presioacuten Inicial de Colapso (δicol)
Por lo tanto se puede concluir que no existen reglas praacutecticas -como las que existen en
otros tipos de suelos- que puedan dar valores indicativos de la relacioacuten entre el ancho de la
cimentacioacuten y el espesor del manto deformable Sin embargo de lo que siacute hay abundante
evidencia es que la zona deformada generalmente aumenta cuando aumenta el contenido de
humedad (Tsytosich et al 1979)
b) La distribucioacuten de tensiones en la masa de un suelo colapsable provocada por una zapata
riacutegida se asemeja a la de un medio seminfinito y elaacutestico (error entre 20 a 30) soacutelo
cuando el suelo estaacute a humedad natural y la tensioacuten no sobrepasa los 30 kgcm2
(Grigoryan 1967) Tsytosich et al (1979) comprobaron experimentalmente esta afirmacioacuten
observando que a posteriori de la inundacioacuten del suelo el cambio tensional sobre la vertical
en el borde y en el centro de la zapata aumentan Se advierte que durante el proceso de
inundacioacuten del suelo ubicado debajo de la zapata se produce una concentracioacuten de
tensiones bajo la zapata disminuyendo el aacuterea en donde se distribuyen las cargas Seguacuten
Abelev y Abelev (1979) esto puede explicarse porque las relaciones tensioacuten-deformaciones
de los suelos macroporosos no son lineales a estos niveles de tensioacuten
9 METODOS DE IDENTIFICACIOacuteN
91 Aspectos generales
A partir de la deacutecada de los antildeos 50 se generoacute una preocupacioacuten manifiesta por parte de
diferentes investigadores en identificar y clasificar la potencialidad al colapso en los
distintos suelos
Estos intentos a escala mundial se han enfrentado fundamentalmente con dos
inconvenientes o limitaciones como son
1 La gran variedad de tipos de suelos que colapsan por humedecimiento Asiacute por
ejemplo meacutetodos probados en ciertos paiacuteses o regiones en determinados tipos de suelos no
han podido hacerse extensivos a suelos de otras zonas cuyo origen geoloacutegico y geneacutetico es
francamente diferente
2 La frecuente heterogeneidad de los suelos colapsables por humedecimiento En este
sentido hay coincidencia entre los investigadores que han estudiado suelos colapsables de
distinto origen geoloacutegico Asiacute pueden encontrarse referencias tanto en investigadores que
analizaron suelos lateriacuteticos o de origen eoacutelico como el loess (Abeley y Abeley 1979
Moretto 1986) que en principio suelen considerarse como suelos homogeacuteneos Es
frecuente encontrar una variacioacuten en el grado de cementacioacuten (por ejemplo debido a
carbonatos) en soacutelo algunos centiacutemetros En otros casos esta heterogeneidad es debida a la
presencia de grandes macroporos dejados por raiacuteces o insectos
Esto ha llevado a una gran variedad de metodologiacuteas para establecer la susceptibilidad al
colapso de los suelos y una anarquiacutea en la terminologiacutea empleada en los diferentes paiacuteses
para su clasificacioacuten Sin embargo en la mayoriacutea de los casos los diferentes investigadores
o coacutedigos han tendido a discretizar el comportamiento del suelo frente al colapso en dos
grupos suelos que colapsan bajo peso propio y suelos que colapsan bajo una carga mayor
Rocca (1985) ha confeccionado una tabla de equivalencias con la denominacioacuten que
reciben en los distintos paiacuteses
82 Clasificacioacuten de los meacutetodos de identificacioacuten de suelos colapsables
En cuanto a los tipos de meacutetodos de identificacioacuten propiamente dichos varios han sido los
enfoques que se han propuesto Estos podriacutean clasificarse en tres grupos
1048713 Meacutetodos basados en paraacutemetros fiacutesicos de identificacioacuten de suelos tales como Peso
Unitario Liacutemites de Consistencia Granulometriacutea etc
1048713 Meacutetodos basados en ensayos mecaacutenicos principalmente en ensayos edomeacutetricos
1048713 Meacutetodos basados en la magnitud del colapso
Existe una abundante bibliografiacutea sobre los diferentes meacutetodos de clasificacioacuten a
identificacioacuten en las cuales se ha realizado un anaacutelisis criacutetico sobre los diferentes meacutetodos
como las ya referidas de Rocca (1985) y Redolfi et al (1986) y otras como las de Sultan
(1969) Reginatto (1970 1974) Loacutepez Corral (1977) Jimeacutenez Salas (1987) y Lutenegger y
Saber (1988) Por lo tanto en este apartado no se insistiraacute en ello sino maacutes bien se haraacute un
enfoque general del problema y se presentaraacuten aquellos conceptos v meacutetodos que
posteriormente seraacuten utilizados en el desarrollo de estas notas
Meacutetodos basados en paraacutemetros fiacutesicos de suelos
En general la mayoriacutea de estos meacutetodos de identificacioacuten tienen maacutes bien un caraacutecter
cualitativo que cuantitativo pretendiendo ubicar el suelo analizado en algunos de los
grupos mencionados en (36) La clasificacioacuten consiste habitualmente en establecer si el
suelo es autocolapsable (colapsable bajo su propio peso) o bien si es condicionalmente
colapsable (colapsable bajo carga externa)
En estas notas solamente se analizaraacuten tres de ellos que tienen en comuacuten que relacionan el
liacutemite liacutequido y el peso unitario seco
a) Denison (1961) establece el Coeficiente de Colapso (k) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando la relacioacuten de vaciacuteos del suelo en estado natural (e) es mayor
que la relacioacuten de vaciacuteos correspondiente al Liacutemite Liacutequido (eL )
b) Gibbs (1961) establece una Relacioacuten de Colapso (R) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando la humedad de saturacioacuten del suelo (wSAT) es mayor que el
Liacutemite Liacutequido (wL )
c) Coacutedigo de edificacioacuten de la URSS (1962) establece un Indice de Colapso (R) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando R es mayor de -010
En se han superpuesto los puntos correspondientes a pares de valores del peso unitario
seco y el Liacutemite Liacutequido de suelos de la ciudad de Coacuterdoba Argentina (Redolfi et al
1986) De ella se desprende que los valores de los paraacutemetros obtenidos son valores tiacutepicos
de la formacioacuten loeacutessica de Coacuterdoba y que para todas las metodologiacuteas aquiacute presentadas la
gran mayoriacutea de los suelos son colapsables puesto que estaacuten incluidos dentro de las zonas
que los clasifican colapsables
Meacutetodos basados en ensayos edomeacutetricos
Estos meacutetodos estaacuten basados en la Presioacuten Inicial de Colapso o Presioacuten de Fluencia La
determinacioacuten del grupo al cual pertenece el suelo estudiado (auto colapsable o colapsable
bajo carga) se realiza comparando la presioacuten de tapada o geostaacutetica con la presioacuten a la cual
se produce el colapso Asumiendo como hipoacutetesis que el colapso por humedecimiento
ocurre soacutelo a partir de una cierta presioacuten por encima de la cual la resistencia estructural del
suelo es superada
La magnitud de esta presioacuten para la cual se produce el desmoronamiento de la estructura
del suelo ha sido designada por algunos autores como
1048713 Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) (Abelev y Abelev 1979) o
1048713 Presioacuten de Fluencia Saturada (σf sat) (Reginatto 1970)
Experimentalmente se ha demostrado que cuando la presioacuten total en el suelo (σt) ya sea
por cargas externas yo peso propio es menor que esta magnitud no se producen
asentamientos de colapso por humedecimiento Krutov y Tarasova (1964) sentildealan
acertadamente que desde un punto de vista teoacuterico la Presioacuten Inicial de Colapso o Presioacuten
de Fluencia deberiacutea ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero concluyen que
desde un punto de vista praacutectico una pequentildea magnitud de colapso puede asumirse como
permisible Siguiendo este concepto por ejemplo las Normas Sovieacuteticas SNIP definen a la
Presioacuten Inicial de Colapso como aquella presioacuten para la cual en una probeta instalada en un
edoacutemetro se produce un colapso relativo unitario igual a 001 o porcentual del 100
δicol = 001 = 10
En se han representado las curvas presioacuten-deformaciones unitarias de dos ensayos
edomeacutetricos del mismo suelo uno a humedad natural y el otro en estado saturado El
colapso relativo (δicol) es igual a
δicol = εHN - εSAT
donde εHN = Deformacioacuten unitaria a humedad natural
εSAT = Deformacioacuten unitaria en estado saturado
En tanto Reginatto (1970) define a la Presioacuten de Fluencia saturada de un suelo colapsable
de la misma forma en que se establece la presioacuten de preconsolidacioacuten de una arcilla
saturada en un ensayo edomeacutetrico
En se presenta la correlacioacuten que realizan Lin y Wang (1988) entre los valores de la
Presioacuten de Fluencia Saturada y la Presioacuten Inicial de Colapso (el Coacutedigo Chino la establece
para un valor de δicol = 150) Se puede observar que aproximadamente se establece una
relacioacuten directa entre ellas Esto no es de extrantildear puesto que conceptualmente ambas
definiciones tratan de fijar la presioacuten a la cual la estructura del suelo saturado comienza a
colapsar
Los numerosos intentos realizados en ensayos in situ para comprobar la validez de esta
hipoacutetesis (Krutov y Tarasova 1964 Abelev y Abelev 1979) parecen indicar a primera
vista que las predicciones tienen buen acuerdo con la realidad en muchos casos pero en
cambio en otros la diferencia entre lo predecido y lo sucedido es importante sobre todo en
aquellos casos referidos al colapso por peso propio
Meacutetodos basados en la magnitud del asentamiento por colapso
Los meacutetodos basados en la magnitud del asentamiento por colapso se fundan en determinar
la magnitud del mismo de un perfil de suelos en un lugar determinado debido solamente a
su peso propio
Asiacute por ejemplo la Clasificacioacuten Rumana de Suelos Loeacutessicos Colapsables (LCS) define
el Potencial Total de Colapso (Img) (Bally et al1973) como
donde Hj es el espesor del estrato j en metros y img es el asentamiento edomeacutetrico
adicional de una muestra de estrato j inundada a una presioacuten igual al peso propio de las
tierras (σ0 ) expresado en cmm
El Coacutedigo de Construccioacuten de Edificios de la Repuacuteblica Popular China en regiones de
suelo colapsables sigue un criterio similar (Lin y Liang 1982 Lin y Wang 1988) La
evaluacioacuten de la susceptibilidad al colapso en un determinado sitio se realiza en dos etapas
En primer lugar se evaluacutea su aptitud al autocolapso y se determina el Tipo de sitio (Tipo
1 o Tipo 2)
La magnitud del colapso por peso propio Δzc se obtiene de forma similar a la utilizada por
Bally et al (1973) en Rumania sumando los asentamientos individuales de los n estratos
colapsables del perfil
donde Hj es el espesor de estrato en cm y δzsj es el coeficiente de colapsabilidad del estrato
j en cmcm o en por ciento obtenido por medio de ensayos edomeacutetricos en los cuales
primero se carga el suelo hasta la presioacuten por peso propio y luego se inunda la muestra
donde Hj es el espesor de estrato en cm y δzsj es el coeficiente de colapsabilidad del estrato
j en cmcm o en por ciento obtenido por medio de ensayos edomeacutetricos en los cuales
primero se carga el suelo hasta la presioacuten por peso propio y luego se inunda la muestra
La sumatoria soacutelo tiene en cuenta aquellos valores de δzs jmayores de 0015
Si Δzs lt 7 cm se considera al suelo no autocolapsable por humedecimiento y se clasifica
al lugar como sitio TIPO 2 Si en cambio Δzs gt 11 cm se considera al suelo
autocolapsable por humedecimiento y se lo clasifica como sitio TIPO 1
Por uacuteltimo si 7 cm lt Δzs lt 11 cm el tipo de sitio debe ser determinado despueacutes de un
exhaustivo estudio de la geomorfologiacutea estratigrafiacutea y caracteriacutesticas estructurales del
suelo
El Coacutedigo tambieacuten establece que la magnitud del colapso por peso propio (Δzs) tambieacuten
puede ser determinada directamente en el terreno a traveacutes de una balsa o laguna de
infiltracioacuten de dimensiones especiacuteficas
La segunda etapa de la evaluacioacuten de la colapsabilidad consiste en establecer el Grado de
Colapsabilidad del suelo de cimentacioacuten Para ello se carga a las muestras representativas
de cada uno de los estratos a una presioacuten de 200 kPa y luego se las inunda La magnitud del
colapso se obtiene
donde δsj es el Coeficiente de colapsabilidad del estrato j en cmcm para una presioacuten de
200 kPa La sumatoria soacutelo tiene en cuenta valores de Δs mayores de 0015
donde δsj es el Coeficiente de colapsabilidad del estrato j en cmcm para una presioacuten de
200 kPa La sumatoria soacutelo tiene en cuenta valores de Δs mayores de 0015
SOLUCIONES INGENIERILES EN SUELOS COLAPSABLES
111 Consideraciones generales
La primera cuestioacuten que debe analizarse cuando se disentildean cimentaciones en suelos
susceptibles al colapso es la probabilidad que el agente desencadenante del fenoacutemeno el
agua pueda o no introducirse en el terreno y por ende sensibilizar al suelo en donde se
apoyaraacuten las estructuras Por definicioacuten sin la presencia del agua el suelo no colapsa Esta
cuestioacuten es significativa puesto que pueden existir numerosos casos en donde la
probabilidad que el agua se infiltre en el suelo sea lo suficientemente baja como para
analizar la posibilidad de fundar la estructura considerando el comportamiento del suelo en
su estado natural Por lo tanto cuando se hable de suelos potencialmente colapsables por
humedecimiento no debe pensarse uniacutevocamente en las soluciones ingenieriles que se
utilizan en suelos colapsables
Hecha esta aclaracioacuten a continuacioacuten se trataraacute de ofrecer un panorama de las distintas
soluciones ingenieriles que se adoptan en suelos colapsables por humedecimiento cuando
las probabilidades de que se produzca el fenoacutemeno son altas
El objetivo central de todas estas soluciones es prevenir las fallas estructurales o de servicio
que pueden sobrevenir sobre las estructuras construidas sobre estratos de suelos
colapsables
Aitchison (1973) divide a estas soluciones en
a) Tratamiento del suelo colapsable con vista a eliminar la tendencia al colapso a lo largo
de todo el estrato de suelos desmoronables
b) Disentildeo de elementos constructivos que eliminen o disminuyan a liacutemites razonables la
posibilidad que se inicie el colapso
c) Disentildeo de estructuras yo cimentaciones insensibles a los asentamientos provocados por
el colapso por ejemplo fundaciones profundas apoyadas sobre un manto profundo no
sujeto a los asentamientos por humedecimiento
El primer grupo de soluciones comprende los meacutetodos de mejoramiento de suelo por
medio de los cuales la susceptibilidad al colapso es eliminada modificando las propiedades
resistentes del suelo mediante la compactacioacuten o la cementacioacuten de los viacutenculos entre
partiacuteculas El segundo grupo incluye la adopcioacuten de medidas constructivas tendientes a
aislar el agua de manera de evitar o disminuir la presencia de condiciones favorables al
colapso admitiendo no obstante ciertos riesgos Finalmente el tercer grupo engloba tanto
las soluciones tradicionales por medio de fundaciones profundas como el disentildeo de
estructuras con fundaciones directas insensibles a los asentamientos diferenciales
provocados por el colapso del suelo En resumen en el primer grupo de soluciones se
interviene directamente en el suelo evitando asiacute el colapso en el segundo grupo se intenta
evitar que se produzca el colapso sin modificar el suelo y en el uacuteltimo grupo se construyen
estructuras yo fundaciones que admitan y resistan los fenoacutemenos provocados por el
colapso del suelo
Evstatiev (1988) sentildeala que los mejores resultados han sido alcanzados con una oacuteptima
combinacioacuten de las ventajas que individualmente tiene cada uno de los tres grupos La
experiencia ha probado que las medidas constructivas y las medidas de aislacioacuten del agua
por siacute solas no pueden resolver todos los problemas de inestabilidad que provoca el colapso
del suelo Asiacute la adopcioacuten de soluciones exclusivamente para la superestructura (por
ejemplo fundaciones profundas) sin un adecuado disentildeo que eviten dantildeos en los otros
elementos de la construccioacuten como pisos desaguumles etc han provocado serios dantildeos en
estas partes de la construccioacuten que podriacutean haber sido evitados aplicando medidas
tendientes a evitar el ingreso del agua en el terreno
La eficacia del disentildeo adoptado en cada caso depende en gran medida de la calidad de las
investigaciones geoteacutecnicas realizadas La informacioacuten baacutesica que eacutestas deben suministrar
son el espesor del manto de suelos colapsables y la magnitud del colapso bajo peso propio
o bajo carga de todos los estratos del perfil
Una incorrecta estimacioacuten de estos paraacutemetros puede llevar a proponer y construir
soluciones ingenieriles totalmente opuestas a las correctas La confeccioacuten de perfiles de
colapsabilidad como los presentados permiten establecer la existencia o no de suelos
autocolapsables sus espesores aproximados y la profundidad a la que se encuentran Esta
metodologiacutea de anaacutelisis es de gran ayuda por ejemplo en la eleccioacuten del procedimiento
idoacuteneo para estabilizar el terreno
A continuacioacuten se presenta una descripcioacuten de las distintas soluciones ingenieriles maacutes
utilizadas en este tipo de suelos En primer lugar se analizan el primer grupo de soluciones
que se ha englobado bajo el nombre de Mejoramiento de suelos continuando luego con los
otros dos grupos Medidas para evitar la iniciacioacuten del colapso y fundaciones yo
estructuras insensibles a los fenoacutemenos del colapso
112 Mejoramiento de suelos colapsables
Consideraciones previas
El objetivo principal de estas soluciones es eliminar o disminuir apreciablemente la
susceptibilidad al colapso del suelo bien disminuyendo la porosidad del suelo
(compactacioacuten) o bien aumentando la resistencia estructural entre las partiacuteculas del suelo
(meacutetodos fiacutesico-quiacutemicos) Una de las formas de clasificar los meacutetodos de mejoramiento o
estabilizacioacuten ha sido precisamente eacutesta o sea teniendo en cuenta la accioacuten resultante
sobre el suelo (Aitchison1973 Rocca1985) Sin embargo para el desarrollo y explicacioacuten
de los diferentes meacutetodos se ha elegido la clasificacioacuten propuesta por Evstatiev(1988) que
tiene en cuenta el medio usado para realizar la estabilizacioacuten y el objeto de la misma
Evstatiev (1988) propone la siguiente clasificacioacuten de los meacutetodos de estabilizacioacuten de
suelos loeacutessicos la cual puede hacerse extensiva a suelos colapsables
a) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacioacuten
b) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
c) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
d) Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
e) Meacutetodos de mejoramiento que incorporan elementos resistentes a la traccioacuten dentro del
suelo
f) Geomembranas
g) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por drenaje
h) Correccioacuten de taludes y terraplenes
A continuacioacuten siguiendo la clasificacioacuten antes expuesta se desarrollaran aquellas
metodologiacuteas de mejoramientos de suelos colapsables maacutes extendidas Desarrollaacutendose
principalmente los grupos abc y d puesto que incluyen una serie de acciones particulares
frente al fenoacutemeno del colapso En cuanto a los restantes grupos (e f g y h) las teacutecnicas de
mejoramiento del terreno utilizadas persiguen los mismos objetivos buscados en otros tipos
de suelos y en general la teacutecnica empleada es praacutecticamente la misma Por tal motivo y
puesto que se apartan un tanto del objeto de estas notas se estima conveniente no abundar
sobre ellas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacioacuten
Este grupo comprende varias de las metodologiacuteas usadas en suelos colapsables para reducir
los vaciacuteos de modo de eliminar la colapsabilidad reducir la permeabilidad y aumentar la
capacidad de carga Esto se realiza utilizando fuerzas estaacuteticas o dinaacutemicas o bien a traveacutes
de la inyeccioacuten de lechadas
Compactacioacuten dinaacutemica Este meacutetodo es adecuado para compactar mantos de suelos
colapsables superficiales con espesores menores a 350 metros El meacutetodo consiste en dejar
caer en caiacuteda libre desde una altura de 4 a 8 metros pilones de 3 a 8 Tn sobre la superficie
del terreno a razoacuten de 10 a 16 impactos en cada lugar (Abelev y Abelev 1979) El impacto
genera una rotura de la estructura del suelo un aumento de la presioacuten de poros y una
compresioacuten del aire presente en los poros produciendo un reacomodamiento de las
partiacuteculas dando como resultado una estructura maacutes compacta Seguacuten Malyshev et al
(1983) el contenido de humedad del suelo juega un papel importante lograacutendose la maacutexima
eficiencia con un contenido de humedad cercano al Liacutemite Plaacutestico Si el contenido de
humedad es menor a eacuteste es necesario humedecer el espesor de suelo de modo de alcanzar
una mejor eficacia Varios son los factores que controlan los resultados del meacutetodo asiacute por
ejemplo el espesor compactado es funcioacuten principalmente del peso y del diaacutemetro del piloacuten
En tanto el grado de compactacioacuten estaacute controlado por el nuacutemero de impactos y la humedad
del suelo El grado de compactacioacuten no es uniforme a lo largo de todo el espesor
compactado lograacutendose la maacutexima densificacioacuten a 12 a 15 veces el diaacutemetro del piloacuten
Sin embargo se pueden obtener Pesos Unitarios secos superiores a 16 tm3 en espesores de
25 a 35 m lo cual en la mayoriacutea de los casos es suficiente para disminuir o anular la
susceptibilidad al colapso del suelo Una variante a este meacutetodo es realizar la compactacioacuten
solamente en los lugares donde actuacutean las cargas y no en toda el aacuterea de la construccioacuten
Por ejemplo en casos de fundaciones de muros de carga o fundacioacuten de columnas el
mejoramiento del suelo se logra densificando la zona de influencia del bulbo de presiones
o sea la zona donde los incrementos de presioacuten pueden hacer colapsar el suelo
Compactacioacuten por medio de pequentildeos pilotes piramidales En cierta forma este meacutetodo es
una variante del meacutetodo anterior Consiste en hincar un pilote piramidal de 3 a 4 metros de
longitud con una seccioacuten transversal superior de 60 x 60 a 70 x 70 cm y una seccioacuten
transversal inferior de 10 x 10 cm Una vez retirado el pilote la cavidad se rellena con
hormigoacuten Este tipo de metodologiacutea da excelentes resultados en aacutereas en donde existe un
espesor de suelos potencialmente colapsables (no autocolapsables) de 30 o 40 m de
profundidad pero que colapsaraacuten si estaacuten sometidos a los incrementos de carga
transmitidos por las construcciones Una de las ventajas del meacutetodo es la completa
mecanizacioacuten de todas las operaciones Una variante a este meacutetodo consiste en realizar la
hinca sobre una capa de piedra partida dando como resultado un bulbo de suelo
compactado alrededor de la capa de piedra mejorando la capacidad de carga por la punta
del pilote asiacute construido
Compactacioacuten por pilotes de suelo Este es uno de los meacutetodos maacutes usuales para
compactar espesores importantes (18 a 20 m) de suelos loeacutessicos susceptibles al colapso
El procedimiento consta de dos partes primero se realiza la perforacioacuten y segundo se llena
la cavidad con suelo compactado La perforacioacuten se realiza usualmente mediante la hinca
de un pilote metaacutelico con base ensanchada (15 veces) En otra metodologiacutea de reciente uso
la excavacioacuten se hace de la siguiente forma se perfora hasta la profundidad deseada un
hoyo de 8 cm de diaacutemetro dentro del cual se coloca una columna de explosivos que luego
de estallar crea una perforacioacuten de aproximadamente 080 m de diaacutemetro Despueacutes de
efectuada esta perforacioacuten dinaacutemica la cavidad se rellena con suelo local introducido en
tongadas de 100 a 200 Kg que luego son compactadas dinaacutemicamente por medio de un uacutetil
especial Concluidas ambas etapas quedan formadas columnas de suelo compactado con un
diaacutemetro aproximado igual a dos veces el de la perforacioacuten El grado de compactacioacuten va
decreciendo a medida que se aleja del centro de la columna por tal motivo es importante
conocer esta ley de decrecimiento para disentildear correctamente la cuadriacutecula de pilotes de
suelo Al igual que en los otros meacutetodos la eficiencia del sistema aumenta en la medida que
la humedad del suelo natural y compactado se encuentre a una humedad cercana al Limite
Plaacutestico Por tal motivo es usual que previo a la perforacioacuten se realice una humectacioacuten del
espesor de suelos a compactar Las densidades alcanzadas son del orden de 170 a 180
tm3 que son suficientes para evitar el colapso por peso propio y permiten el use del
espesor compactado como manto de fundacioacuten
Compactacioacuten por explosiones de gas Esta relativamente nueva metodologiacutea de
compactar espesores de suelos colapsables consiste en introducir a traveacutes de una lanza de
agua a presioacuten una caacutemara de compresioacuten que contiene una mezcla de gas propano y
oxiacutegeno la cual se va elevando a medida que se producen una serie de explosiones de la
mezcla De este modo se va generando una columna 120 140 m de suelo compactado
(Densidad de 150 tcm3) (Martemyanov et al 1979)
Compactacioacuten por humedecimiento (Hidrocompactacioacuten) En este caso se utiliza la propia
susceptibilidad del suelo a colapsar bajo peso propio El meacutetodo maacutes frecuente de realizar
la humectacioacuten o saturacioacuten del terreno es a traveacutes de infiltracioacuten del agua desde la
superficie del terreno para lo cual se efectuacutean excavaciones poco profundas (040 a 080 m)
o bien se construyen grandes estanques En muchos casos a efectos de acelerar el ingreso
del agua al terreno se construyen dentro del estanque drenes de arena convenientemente
espaciados Este sistema ha sido empleado ampliamente en varias partes del mundo por
ejemplo en EEUU por Gibbs y Bara (1967) y Clevenger (1956) en Rumania por Bally et
al (19651969) en la URSS por Lomize (1968) y Mustafaef (1967) en China por Lin y
Liang (1982) y en Argentina por Moll et al (1979) A pesar de su amplia utilizacioacuten y su
bajo costo el meacutetodo presenta una serie de inconvenientes aparicioacuten de grietas de traccioacuten
en el contorno del aacuterea inundada existencia de importantes deformaciones posteriores al
colapso necesidad de recompactar los 4 oacute 5 primeros metros utilizando otro tipo de
metodologiacutea La efectividad de este meacutetodo se mejora sustancialmente si al mismo se lo
combina con otro meacutetodo de compactacioacuten dinaacutemica
Compactacioacuten por humedecimiento previo y por explosiones profundas Este meacutetodo fue
desarrollado en al Unioacuten Sovieacutetica por Livinov (1976) en la deacutecada de los 60 El espesor de
suelos a compactar es previamente humedecido a traveacutes de un sistema de drenes
(cuadriacutecula de 3 x 3 a 5 x 5 m) Las cargas explosivas (5 a 7 Kg) son colocadas en el fondo
de los mismos drenes o bien en tubos metaacutelicos colocados en perforaciones adicionales La
cuadriacutecula con las cargas es aproximadamente de 4 x 4 m En este procedimiento no es
necesario la completa saturacioacuten del suelo que por ejemplo necesita el meacutetodo anterior
Posterior al humedecimiento se hacen estallar las cargas de toda un aacuterea (2000 a 50000
m2) La explosioacuten generan una onda de choque que hace licuar la estructura del suelo lo
cual permite un reacomodamiento de las partiacuteculas y un crecimiento de la densidad del
suelo En ciertos casos es aconsejable la construccioacuten de trincheras alrededor de la zona a
compactar a efectos de evitar la propagacioacuten de grietas fuera de ella La explosioacuten produce
un importante a inmediato asentamiento de la superficie del terreno Los asentamientos en
general se estabilizan al cabo de 3 oacute 4 semanas Este tipo de meacutetodo es aconsejable cuando
se desea compactar grandes voluacutemenes de suelo particularmente en grandes complejos
industriales o bien en obras hidroeleacutectricas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
En este apartado se incluyen aquellos meacutetodos de estabilizacioacuten consistentes en la mezcla y
posterior compactacioacuten de suelo colapsable con otros materiales (arena gravas) a efectos
de conseguir mayor resistencia y mayor rigidez Este tipo de estabilizacioacuten es de amplio use
en la ingenieriacutea vial en la construccioacuten de bases y de sub-bases
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
Este grupo incluye a aquellas metodologiacuteas en las cuales el mejoramiento de las
propiedades resistentes del suelo se consiguen con la creacioacuten de viacutenculos maacutes soacutelidos y
estables en la estructura del suelo En algunas de ellas la inyeccioacuten de agentes cementantes
provoca la rotura de la estructura original del suelo En otras por el contrario la inyeccioacuten
de agentes quiacutemicos actuan directamente sobre los viacutenculos sin modificar la estructura del
suelo Los meacutetodos se pueden dividir en meacutetodos superficiales y meacutetodos profundos
dependiendo en donde se realice la estabilizacioacuten En los meacutetodos de estabilizacioacuten
superficiales el mejoramiento en general se consigue mediante la mezcla y posterior
compactacioacuten del suelo con agentes quiacutemicos o cementantes tales como cemento cal
emulsiones asfaacutelticas sales (NaCl Nat C03 NaPO3) etc Estos meacutetodos de estabilizacioacuten
son tambieacuten usuales en otros tipos de suelos y son de amplia utilizacioacuten en todo tipo de
obras de ingenieriacutea civil por tal motivo no insistiremos en ellos Por el contrario los
meacutetodos de estabilizacioacuten profunda aunque tambieacuten se han utilizado en otros tipos de
suelos muchos de ellos se han desarrollado y usado especiacuteficamente para eliminar o
disminuir la susceptibilidad al colapso en espesores importantes de suelo A continuacioacuten
se presentan algunos de ellos
Inyecciones de agentes quiacutemicos Las investigaciones y las realizaciones en este tipo de
estabilizaciones se ha desarrollado principalmente en la Unioacuten Sovieacutetica Seguacuten Mitchell
(1981) la razoacuten principal por la cual estos meacutetodos no se han extendido universalmente se
debe principalmente a los altos costos frente a otros tipos de estabilizaciones Sin embargo
Esvtatiev (1988) da cuenta de la existencia en la URSS de maacutes de 800 proyectos en donde
se han utilizado satisfactoriamente p ej el meacutetodo de silicatizacioacuten) Esto ha permitido un
continuo mejoramiento de la tecnologiacutea una reduccioacuten de los costos y una abundante
normativa en la regulacioacuten de su uso El agente quiacutemico maacutes utilizado por su bajo costo
frente a otros agentes quiacutemicos es el Silicato de Sodio El meacutetodo consiste en inyectar en
todo el espesor de suelo a tratar una solucioacuten de silicato de sodio (Densidad = 1 10 a 1 04
gcm3) a traveacutes de un tubo inyector de 42 mm de diaacutemetro con perforaciones de 3 mm
protegidas por un manguito de goma La inyeccioacuten se realiza a una presioacuten de 20 a 40
Kgcm2 y una descarga de 48 litros por minuto (Zvyagin et al 1978) La silicatizacioacuten del
suelo es soacutelo posible en un medio fuertemente alcalino Seguacuten Sokolovic (1973) se logra
una mejor eficiencia mediante una pre y post gasificacioacuten con carbonato de calcio Luego
de la inyeccioacuten tres son los cambios que se observan en el suelo un aumento significativo
de la resistencia a la compresioacuten (superior a 20 Kgcm2 ) una eliminacioacuten de la
susceptibilidad al colapso y una disminucioacuten de la permeabilidad Otro de los tratamientos
con agentes quiacutemicos es la inyeccioacuten de amoniacuteaco La mejora en el suelo es inferior al
tratamiento por silicatizacioacuten ademaacutes presenta la desventaja de ser un elemento toacutexico y su
utilizacioacuten requiere medidas especiales de proteccioacuten (Sokolovic 1973)
Estabilizacioacuten teacutermica Esta teacutecnica comenzoacute a desarroIlarse en la URSS en la deacutecada de
los antildeos 50 y ha sido utilizada exitosamente en un importante nuacutemero de emprendimientos
Seguacuten Esvtatiev (1988) la aplicacioacuten de este meacutetodo es teacutecnica y econoacutemicamente
aconsejable en los siguientes casos a) en la estabilizacioacuten de fundaciones existentes de
estructuras altas como chimeneas tanques de agua b) en la paralizacioacuten de los
asentamientos en construcciones existentes provocados por el colapso del suelo Las
propiedades de los minerales arcillosos cambian cuando eacutestos son sometidos a altas
temperaturas lo cual genera un aumento importante de la resistencia y por ende la
eliminacioacuten de la susceptibilidad al colapso del suelo La tecnologiacutea ha ido variando y
mejorando su eficiencia a lo largo de estas deacutecadas No obstante la variedad de meacutetodos
casi todos ellos consisten en la introduccioacuten de un quemador de fuel o gas dentro de un pre
pozo de 020 metros de diaacutemetro con una presioacuten de aire de 20 a 30 Kgcm2 De esta
forma al cabo de 10 a 15 diacuteas se consigue una columna estabilizada de suelo de 20 a 30
metros y una profundidad de 10 a 15 metros (Beles y Stanculescu 1958)
Estabilizacioacuten mediante mezclado mecaacutenico con agentes cementantes El objetivo de este
tipo de estabiacutelizacioacuten es la creacioacuten de columnas o pilotes de suelo con alta resistencia y
rigidez que permitan la transferencia de las cargas a mantos maacutes profundos y estables
Varios son los meacutetodos constructivos que pueden agruparse dentro de este grupo Los
subdividiremos en los siguientes subgrupos dependiendo del lugar en donde se realiza la
mezcla del suelo con el agente cementante
1 La mezcla del suelo y el agente cementante se realiza en superficie En este caso la
excavacioacuten se puede realizar bien utilizando la teacutecnica constructiva empleada en los pilotes
de suelo (hinca) o bien usar teacutecnicas usuales de perforacioacuten La mezcla deiexcl suelo con el
agente cementante (preferentemente Cemento Portland) puede ser fluida (suelo cemento
plaacutestico) a introducirse dentro de la excavacioacuten en forma de pastones o bien mezclar el
suelo y elcemento con porcentaje de humedad oacuteptimo a introducirlos en la perforacioacuten en
tongadas (100 a 200 Kg) las cuales posteriormente son compactadas dentro de la misma
excavacioacuten Por lo tanto existen cuatro variantes seguacuten sea el tipo de excavacioacuten y el tipo
de mezcla
2 La mezcla del suelo y el cemento se realiza en el mismo proceso de perforacioacuten En este
caso la mezcla del agente cementante se realiza con el propio suelo La mezcla puede
realizarse mediante uacutetiles especiales que van mezclando el suelo con una lechada de
cemento o bien usar la teacutecnica del jet grouting mediante un chorro de lechada a alta presioacuten
Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
Este tipo de estabilizacioacuten se realiza principalmente en terrenos con suelos potencialmente
colapsables en los cuales la presencia de cargas adicionales en superficie puede generar
asentamientos adicionales ante un incremento de la humedad del suelo Asiacute una parte del
suelo colapsable superficial ubicado directamente debajo de las fundaciones es excavado
extraiacutedo y reemplazado por otro material maacutes competente Los materiales generalmente
utilizados son los siguientes el mismo suelo extraiacutedo compactado y eventualmente
estabilizado granulomeacutetricamente arena compactada o suelo cemento compactado La
eleccioacuten del tipo de material estaacute condicionado generalmente por variables teacutecnico
econoacutemicas Los espesores de estos mantos son variables (1 a 4 m) dependiendo del tipo de
cargas y de las caracteriacutesticas del proyecto Por ejemplo en algunos proyectos los
condicionantes pueden ser los asentamientos diferenciales (edificios) en cambio en otros
(canales) no soacutelo importa disminuir la probabilidad que se produzca el colapso sino
tambieacuten lograr una capa de suelo maacutes impermeable Este tipo de metodologiacutea ha sido
utilizada con eacutexito en numerosos paiacuteses y en innumerables tipos de obras Tambieacuten es
frecuente el empleo de esta metodologiacutea en forma conjunta con otro tipo de estabilizacioacuten
profunda cuando se presentan mantos de suelos colapsables profundos y con espesores
muy dispares
113 Medidas conducentes a evitar la iniciacioacuten del colapso
Arriba se sentildealaron los tipos de humedecimientos que seguacuten Goldstein (1969) pueden
presentarse en una masa de suelo
a) humedecimiento localizado por rotura de conducciones hidraacuteulicas o infiltraciones de
aguas de lluvia
b) humedecimiento extenso causado por roturas de canales o efluentes industriales
c) ascenso del nivel freaacutetico
d) aumento gradual y lento del contenido de humedad por condensacioacuten del vapor de agua
provocados por condiciones ambientales
Muchos de estos tipos de humedecimientos pueden ser prevenidos principalmente los
primeros pues en general eacutestos son debidos a fallas o roturas de las instalaciones de la
misma construccioacuten En cambio los otros tipos de humedecimientos estaacuten condicionados
por factores externos al proyecto como por ejemplo puede ser el ascenso del nivel freaacutetico
o la rotura de un canal cercano y ajeno al proyecto La accioacuten del proyectista debe estar
encaminada principalmente a impedir dentro de los liacutemites del proyecto la generacioacuten de
estos humedecimientos provocados por elementos de la propia construccioacuten Robinson y
Narkiewicz (1982) sugieren las siguientes medidas de proteccioacuten contra el humedecimiento
de edificios
a) Pendientes adecuadas en la superficie del terreno que rodea a la construccioacuten de modo
que no se produzcan embalsamientos de agua en las cercaniacuteas de las fundaciones y que
cualquier peacuterdida de agua pueda ser eliminada con rapidez
b) Canalizacioacuten de todos los desaguumles de techos y patios hacia el exterior de la
construccioacuten
c) Instalacioacuten de membranas impermeables o pavimentacioacuten de la superase que rodea a la
construccioacuten de modo de limitar la infiltracioacuten de agua en el suelo adyacente a las
construcciones
d) Encerrar las conducciones de agua o efluentes cloacales dentro de conductos de faacutecil
acceso a efectos de detectar posibles peacuterdidas
Algunas de estas medidas requieren una serie de medidas de control y mantenimiento
durante la vida uacutetil de la obra de manera que perioacutedicamente se realicen inspecciones a las
instalaciones y puedan detectarse peacuterdidas o dantildeos en las mismas Tambieacuten es aconsejable
que los propietarios de la obra conozcan perfectamente los riegos a que estaacute expuesta la
misma de modo que su actividad yo descuidos no inicie procesos de humedecimiento del
terreno
Las medidas de proteccioacuten en otros tipos de obras civiles (canales o caminos) tienen la
misma filosofiacutea es decir elementos de proteccioacuten que impidan o dificulten la entrada del
agua en el terreno de fundacioacuten Asiacute por ejemplo en las obras lineales se debe prestar una
especial atencioacuten al disentildeo del sistema de alcantarillado y de desaguumles En algunos casos
estas obras suelen seguir parcialmente las curvas de nivel del terreno convirtieacutendose en
verdaderas presas que impiden el natural escurrimiento de las aguas provocando la
acumulacioacuten de agua en su entorno lo que genera un humedecimiento generalizado del
terreno de fundacioacuten con los consecuentes dantildeos en la obra
Es frecuente que en ciertos tipos de obras como viviendas unifamiliares de una planta o
incluso caminos y canales las uacutenicas medidas a adoptar sean las presentadas en este
apartado ya que la utilizacioacuten de teacutecnicas de mejoramiento o fundaciones profundas
resultan prohibitivas En realidad la mayoriacutea de las obras aludidas se construyen admitiendo
el riesgo de un posible colapso del terreno El buen comportamiento que han tenido la
mayoriacutea de ellas se debe fundamentalmente a que no se ha producido ninguacuten tipo de
humedecimiento En contraste los dantildeos son serios en aquellas obras que los han sufrido
Por todo ello es un deber de los investigadores a ingenieros buscar nuevas soluciones
econoacutemicas que permitan disminuir los riesgos y por ende los dantildeos en este tipo de obras
Uno de los caminos en tal sentido es el estudio de estructuras que absorban o minimicen
los posibles asentamientos diferenciales provocados por el humedecimiento localizado del
suelo sin un aumento excesivo de los costos
114 Estructuras yo fundaciones que admiten y resisten los fenoacutemenos provocados
por el colapso
El anaacutelisis de este apartado se centraraacute principalmente en el estudio de las fundaciones
superficiales en suelos potencialmente colapsables ya que el otro gran grupo de soluciones
fundaciones profundas mediante pilotes seraacute objeto de un examen detallado en los
apartados siguientes
La lista de estructuras que se asientan directamente sobre mantos de suelos potencialmente
colapsables es amplia entre ellas pueden sentildealarse viviendas unifamiliares construcciones
transitorias galpones ductos enterrados canales caminos etc
Las fundaciones directas sobre suelos colapsables pueden ser divididas en dos grupos
a) Fundaciones riacutegidas utilizadas principalmente en estructuras livianas y con cargas
puntuales por ejemplo torres de liacuteneas de alta tensioacuten columnas de naves industriales o
depoacutesitos En general este tipo de estructuras tienen algunos rasgos comunes como son por
ejemplo cargas verticales bajas cargas horizontales importantes y en general suelen
aceptar asentamientos admisibles mayores
b) Fundaciones de baja rigidez longitudinal en este caso se trata de estructuras con cargas
lineales (muros de carga canales etc) con baja rigidez en el sentido de las cargas Este tipo
de estructuras son sensibles a humedecimientos localizados del terreno que generan
asientos diferenciales importantes En general las medidas que suelen tomarse para
disminuir los efectos de los asientos diferenciales son las siguientes disentildeo de elementos
que rigidicen la estructura (Clemence Y Finbarr 1981) y el disentildeo de elementos
constructivos que eviten
RECAPITULACIOacuteN
Definido el concepto de colapso el estudio se ha enfocado al anaacutelisis de los suelos
colapsables por humedecimiento En esta clase particular de suelos metaestables el agente
externo que desencadena el fenoacutemeno de colapso es el agua En estos suelos un incremento
de humedad puede provocar una disminucioacuten o anulacioacuten de las fuerzas que vinculan unas
partiacuteculas con otras y por lo tanto cambiar el estado de equilibrio en la estructura del suelo
El colapso de la estructura del suelo depende fundamentalmente de dos causas a) de la
importancia de los cambios provoca dos por el agua en los viacutenculos existentes entre las
partiacuteculas y b) del estado tensional en los viacutenculos O sea para que se produzca el colapso
es necesario un agente sensibilizante y un estado tensional capaz de provocar la des-
estabilizacioacuten de la estructura del suelo
Por este motivo los meacutetodos que mejor reflejan la susceptibilidad al colapso de un suelo
son aquellos basados en ensayos mecaacutenicos donde ambos factores estaacuten presentes
La gran subdivisioacuten que se hace a los suelos colapsables parte precisamente de verificar
coacutemo es el comportamiento del suelo en su estado tensional original o bajo su propio
peso Si se produce el colapso bajo este estado se indica que el suelo es verdaderamente
colapsable o autocolapsable en cambio si el fenoacutemeno no se produce se sentildeala que el
suelo es candicionalmente colapsable o colapsable bajo carga
En este contexto diversos investigadores introducen el concepto (tambieacuten tensional) de
Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) o Presioacuten de Fluencia Saturada (σf) como aquella
presioacuten a la cual se produce el colapso Desde un punto de vista teoacuterico esta presioacuten deberiacutea
ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero desde un punto de vista praacutectico se
asume que una pequentildea magnitud del colapso es permisible Por ejemplo las normas
Sovieacuteticas Lo toman igual al 100 las Chinas igual al 150 En cambio en Argentina se
utiliza maacutes la Presioacuten de Fluencia Saturada que se obtiene de forma similar a la Presioacuten de
Preconsolidacioacuten No obstante esta diferencia metodoloacutegica en ambos casos el concepto es
el mismo
Con respecto a las metodologiacuteas usadas para establecer la susceptibilidad al colapso de un
suelo o de un perfil de suelo han sido analizadas las que utilizan el concepto de Presioacuten
Inicial de Colapso y la magnitud del colapso Esta seleccioacuten se realizoacute fundamentalmente
por las siguientes causas primero porque se hacen en base a ensayos mecaacutenicos donde
intervienen el agente externo (el agua) y el estado tensional del suelo y segundo porque
permiten establecer ya sea a traveacutes de un perfil de colapsabilidad o la magnitud del
colapso coacutemo seraacute realmente el comportamiento del terreno ante las solicitaciones
producidas por la obra de ingenieriacutea
Los perfiles de colapsabilidad relacionan en profundidad el peso propio de las tierras con
la Presioacuten Inicial de Colapso esto permite determinar el espesor de suelos autocolapsables
o el espesor de los suelos que colapsaraacuten si ademaacutes del humedecimiento se aumenta el
estado tensional Estos perfiles son de gran ayuda al proyectista de fundaciones en suelos
colapsables dado que le permiten conocer en forma global la magnitud del problema al que
estaacute enfrentado No obstante su utilidad no termina alliacute sino que por el contrario estos
perfiles le permiten tomar decisiones sobre cuaacuteles son las soluciones ingenieriles maacutes
convenientes del proyecto Pues con su ayuda se podraacute seleccionar el meacutetodo de
mejoramiento del terreno la cota de fundacioacuten de una fundacioacuten profunda la magnitud de
la carga por rozamiento negativo etc
La determinacioacuten de la magnitud del colapso de un perfil de suelo usada como
metodologiacutea de clasificacioacuten tambieacuten es de utilidad en el disentildeo de construccioacuten de obras
de ingenieriacutea en suelos colapsables Sobre todo en la caracterizacioacuten del terreno de grandes
aacutereas ya sea en obras lineales (canales caminos etc) o puntuales (complejos fabriles obras
hidraacuteulicas etc) dado que cada perfil de suelo estaacute caracterizado por un paraacutemetro lo cual
permite el manejo de un nuacutemero importante de informacioacuten Obviamente esta metodologiacutea
tambieacuten es de gran use en cualquier tipo de obras independientemente de su tamantildeo a
importancia
En un abundante nuacutemero de proyectos no es suficiente haber realizado una caracterizacioacuten
o clasificacioacuten del terreno sino que es necesario determinar la magnitud de los
asentamientos que pueden producirse en las obras Los asentamientos por colapso depende
baacutesicamente de dos tipos de factores intriacutensecos y extriacutensecos
Se sentildealan como intriacutensecos aquellos factores propios del suelo como son sus propiedades
fiacutesicas y mecaacutenicas El comportamiento del suelo dependeraacute del tipo de estructura o la
forma en que estaacuten ordenadas las partiacuteculas del grado de compacidad del tipo de viacutenculos
que unen grano con grano etc Estos factores en general no se encuentran
homogeacuteneamente distribuidos por lo cual los paraacutemetros que definen sus propiedades
tenso-deformacionales pueden sufrir variaciones locales importantes
Los factores externos que influyen en la magnitud de los asentamientos son dos el aacuterea
inundada y el estado tensional Estos dos factores influyen considerablemente en la
magnitud de los asentamientos por colapso y por tal motivo deben ser analizados
especiacuteficamente en los caacutelculos Respecto al primero de los factores a pesar que se han
realizado importantes trabajos teoacutericos la informacioacuten experimental indica que todaviacutea
existe cierta indeterminacioacuten en su estimacioacuten Por tal motivo la influencia del aacuterea
inundada en la magnitud de los asentamientos se limita a realizar correcciones de tipo
empiacuterico En cuanto a la influencia que el estado tensional tiene en los asentamientos las
investigaciones se han centrado especialmente en el estudio de cargas externas (zapatas) en
la superficie del terreno
ENSAYOS ldquoin siturdquo Perforacioacuten y muestreoEnsayos ldquoin siturdquo
o Ensayo de penetracioacuten estandar (SPT)o Ensayo de penetracioacuten de cono (CPT + CPTu)o Dilatoacutemetro de placa plana (DMT)o Presuroacutemetro (PMT)o Corte en veleta (VST)10487131048713 Meacutetodos geofiacutesicoso Ondas siacutesmicas (P- S- R-waves)o Electromagneacuteticas (radar resistividad)
EQUIPOS AUTOPROPULSADOS
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)1048713El ensayo ldquoin siturdquo maacutes comuacuten en el mundo10487131902 - Coronel Gow de Raymond Pile Co1048713 Muestreador ciliacutendrico partido1048713 Norma ASTM D 15861048713 Martillo (140-lbs cae 30 pulgadas) (635-kg cae 076 metros)1048713 Tres incrementos de 6 pulgadas Suma de los dos uacuteltimos incrementos = N (golpespieacute)
Se obtiene suelo y
un nuacutemero
Muestra alterada
(Solo para
caraterizacioacuten)
Nuacutemero muy crudo
para el anaacutelisis
No aplicable en
Ventajas
arcillas blandas y
Limos
Variabilidad e
incertidumbre
se obtiene un nuacutemero
Sencillo y de bajo
Costo
Funciona en muchos
tipos de suelo
Se puede utilizar en
rocas blandas
Disponible
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Estos suelos en condiciones de no saturacioacuten o saturacioacuten parcial presentan continuamente un reacomodo radical de las partiacuteculas y una gran peacuterdida de volumen por remojo osea al entrar al estado de saturacioacuten completa La existencia de estos suelos en el mundo y las dificultades ocasionadas a las edificaciones cimentadas sobre ellos han sido reconocidos ampliamente Los depoacutesitos maacutes extensos de suelos colapsables son eoacutelicos o depoacutesitos transportados de arena y limos (loess)Se puenden encontrar comuacutenmente en las maacutergenes fluviales
Desventajas
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Depoacutesitos eoacutelicos Estos depoacutesitos consisten en materiales transportados por el viento el cual forma dunas depoacutesitos tipo loess playas eoacutelicas y grandes depoacutesitos de ceniza volcaacutenica
Depoacutesitos transportados por agua Consisten principalmente de depoacutesitos de sedimentos sueltos a carreados por el agua los cuales forman abanicos fluviales y flujos deslizantes Estos materiales pueden ser depositados por una avenida repentina o flujo de lodo derivado de pequentildeas cuencas colectoras sujetas a aguaceros poco frecuentes
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Suelos residuales Estos suelos son producto del intemperismo y la
desintegracioacuten y alteracioacuten mecaacutenica de rocas madres Las partiacuteculas de
material residual pueden variar de tamantildeo de grandes fragmentos de
gravas a arenas limos coloides y en algunos casos material orgaacutenico
La estructura del grano colapsable se ha desarrollado como producto de
la accioacuten disolvente sobre el material soluble y coloidal La lixiviacioacuten del
material soluble y del material fino conduce a una alta relacioacuten de vaciacuteos
y a una estructura inestable Otro tipo de suelo que muestra colapso al
remojo son aquellos derivados de tufo volcaacutenico
sulfato de calcio arenas sueltas cementadas por sal soluble arcillas
dispersivas y arcillas montmorilloniacuteticas ricas en sodio
CAUSAS QUE GENERARIacuteAN DICHO COMPORTAMIENTO- Estructura parcialmente saturada potencialmente inestable- Una componente de esfuerzo aplicado o existente lo suficientemente alta para desarrollar una condicioacuten metaestable- Un ligante resistente o un agente cementante para estabilizar contactos intergranulares el cual se reduce por remojo ocasionando el colapso La mayoriacutea de suelos colapsables involucra la accioacuten de partiacuteculas arcillosas en los enlaces entre los granos gruesos de arena-Agentes cementantes tales como oacutexido de hierro carbonato de calcio o la soldadura de granos en contacto proporcionan esfuerzos resistentes para muchos suelos colapsables La accioacuten de este cementante es frecuentemente el agente principal de colapso en loess El grado al cual el agente cementante pierde su efectividad depende del grado de contaminacioacuten del ingreso del agua y del grado de disolucioacuten del agente cementante involucrado
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
CONSOLIDOacuteMETRO PARA ENSAYO DE COLAPSO
Se procede a cortar el suelo de acuerdo con las dimensiones del anillo
del ensayo de consolidacioacuten unidimensional Determinar sus
propiedades fiacutesicas tales como humedad natural peso volumen
gravedad especiacutefica de soacutelidos liacutemites de consistencia distribucioacuten
granulomeacutetrica seguacuten las normas
Se instala la muestra en el anillo del consolidoacutemetro despueacutes de haber
determinado el peso inicial de la masa huacutemeda y altura de la muestra y
fijar el conjunto anillo-muestra en el consolidoacutemetro Aplicar una carga
de contacto 005 kgcm2 (5 Kpa) despueacutes de 5 min tomar lectura del
deformiacutemetro aplicar incrementos de carga a cada hora hasta que se
aplique la presioacuten vertical apropiada Los incrementos de carga seraacuten
012 025 050 100 200 etc Kgcm2 (12 25 50 100 200 etc) o
cargas de acuerdo al meacutetodo de ensayo ASTM D2435 registrar la
deformacioacuten antes de incrementar una nueva carga
Determinacioacuten del potencial de colapso
donde
di = lectura del dial con el esfuerzo adecuado antes de la saturacioacuten (mm)
df = lectura del dial bajo el esfuerzo adecuado despueacutes del humedecimiento (mm)
ho = altura inicial de la muestra (mm)
Tmbieacuten se puede evalua en teacuterminos de relacioacuten de vaciacuteos
dondeΔe = cambio de relacioacuten de vaciacuteos bajo el esfuerzo adecuado antes y despueacutes de la inundacioacuteneo = relacioacuten de vaciacuteo inicialLa evaluacioacuten de un suelo colapsable seraacute de acuerdo a la siguiente tablaCon todo lo epxlicado concluimos que el colapso de los suelos es la disminucioacuten moderada de volumen cuando estaacute con bajo contenido de humedad y una gran peacuterdida cuando estaacute sumergido y la magnitud de asentamiento depende del contenido de humedad del suelo En estado sumergido y bajo la aplicacioacuten de cargas verticales los suelos colapsables presentan un mayor asentamiento Los suelos colapsables existen en todo el mundo principalmente en la regiones aacuteridas y semiaacuteridas nuevamente comentando que los depoacutesitos eoacutelicos coluviales residuales tubos volcaacutenicos etc son suelos que pueden ser colapsables
Definicioacuten de colapso Se definen como colapso a cualquier disminucioacuten raacutepida de volumen del suelo producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factoresbull Contenido de humedad (w) bull Grado de saturacioacuten (Sr) bull Tensioacuten media actuante (τ) bull Tensioacuten de corte (σ) bull Presioacuten de poros (u)
TIPOS DE SUELOS COLAPSABLESLos tipos de suelos colapsables son
- Suelos aluviales y coluviales ndash Depositados en ambientes Semi-deseacuterticos por flujos maacutes o menos torrenciales- Suelos eoacutelicos ndash Depositados por el viento son arenas y limos arenosos con escaso cemento arcilloso en una estructura suelta o inestable
- Cenizas volcaacutenicas ndash Provenientes de cenizas arrojadas al aire por actividad volcaacutenica explosiva- Suelos residuales ndash Derivados de la descomposicioacuten in ndash situ de minerales de ciertas rocas son luego lixiviados por el agua y pierden su cemento
CONSECUENCIAS EN CIMENTACIONES
Patologiacuteas en cimentaciones Posibles causas
Introduccioacuten
De todos los posibles tipos de patologiacutea que puede sufrir la edificacioacuten las estadiacutesticas demuestran que son las patologiacuteas ligadas a las cimentaciones las que mayores costes globales conllevan Ademaacutes tienen gran repercusioacuten social lo que las hace maacutes notorias por la complejidad propia de su reparacioacuten porque suponen una fuerte alteracioacuten y hasta interrupcioacuten del uso del inmueble y porque suelen involucrar a colindantes e incluso poderes puacuteblicos Urge como en ninguacuten otro caso determinar las causas y cuanto antes dar una solucioacuten al problema
Causas intriacutensecas de fallos de cimentacioacuten
Se agrupan aquiacute los fallos de cimentacioacuten consecuencia de la interaccioacuten entre el terreno y la propia cimentacioacuten de la construccioacuten afectada
Defectos de proyecto
Son errores de concepcioacuten de disentildeo o caacutelculo del proyecto Son errores previsibles por lo que si se tienen en cuenta en el disentildeo y caacutelculo de la edificacioacuten el riesgo de que provoquen dantildeos se minimizaEnumeramos aquiacute no todas pero siacute algunas de las posibles causas de problemas derivadas del proyectobull Falta de capacidad de carga cimentacioacuten insuficiente o capacidad
de carga del suelo insuficientebull Esfuerzos no contemplados por ej por olvido de algunas
sobrecargas de explotacioacutenbull Conocimiento insuficiente del suelo Lo que deriva en la ignorancia
de riesgos especiales geoteacutecnicos Las causas pueden ser escasez de reconocimientos previos del terreno mala interpretacioacuten de los mismos no consideracioacuten de los fenoacutemenos de agresividad etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Cobra importancia en terrenos con especiales caracteriacutesticas
Arcillas expansivas
Suelos colapsables
Rellenos antroacutepicos
Suelos blandos naturales
Infravaloracioacuten del riesgo geoteacutecnico conocido eacuteste Casos asiacute pueden ser desprecio de los efectos que produce la falta de homogeneidad de un suelo o las distintas profundidades de aparicioacuten de la roca en planta desprecio de los efectos de la potencial expansividad o de posible subpresioacuten o fenoacutemenos de subsidencias procesos de disolucioacuten etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONESbull Defectos en la evaluacioacuten del terreno asientos calculados no
tolerables por la estructura esfuerzos paraacutesitos en pilotes (olvido del efecto de asiento de terrenos flojos o rellenos recientes) etc
bull Efecto grupo en pilotes defectuosa estimacioacuten del efecto grupo en pilotes flotantes no consideracioacuten de los esfuerzos laterales o del rozamiento negativo etc
bull Ausencia de consideracioacuten del bulbo de tensiones de la cimentacioacuten propia y su alcance Pero tambieacuten de cimentaciones colindantes que podriacutean suponer una carga oblicua sobre nuestra cimentacioacuten habraacute que considerarla en caacutelculo y prever un proceso constructivo adecuado (no vayamos a provocar dantildeos a otras edificaciones)
bull Ignorancia de las condiciones de contorno es decir no consideracioacuten de las condiciones del entorno de la estructura
proyectada posibles socavaciones arrastres descalces agotamientos rebajamientos de nivel freaacutetico etc
bull Heterogeneidades distribucioacuten irregular de las cargas o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentacioacuten
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Defectos de ejecucioacuten
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecucioacuten de eacutestos Los defectos de ejecucioacuten normalmente responden a un deficiente Control de Calidad Por tanto en principio son evitablesAlgunos errores de ejecucioacuten podriacutean serbull Apreciacioacuten erroacutenea de los estratos resistentes confundidos con
capas de poco espesor bolos erraacuteticos etcbull Errores de replanteo bull Mala calidad de los materiales en especial hormigones Deterioro
de zapatas losas o muros por escasa calidad de los materiales grietas de retraccioacuten por mala dosificacioacuten del hormigoacuten materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto etc
bull Degradacioacuten del material suele ir unido al anterior hormigoacuten no resistente a la agresividad del terreno recubrimientos insuficientes madera metal etc
bullCAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Lavado del hormigoacuten en cimentaciones superficiales o profundas colocado en presencia de aguas en movimiento
Errores en la colocacioacuten de armaduras confusioacuten de diaacutemetros de armado ausencia de separadores etc
Problemas de fraguado unidos a errores de vertido de dosificacioacuten de curado
Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio cortadas lavadas) o de baja calidad y excesiva carga portante de caacutelculo
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
han superado la resistencia del material provocando el consecuente desmoronamiento de la
estructura del suelo dando como resultado una totalmente distinta a la anterior Posterior a
esta primera etapa (cambio de pendiente de las curvas) sigue existiendo una importante
disminucioacuten de volumen debida posiblemente a un reacomodamiento de las partiacuteculas del
suelo a esta nueva estructura de suelo mejorado o compactado
El objetivo de todo este apartado no ha sido explicar el mecanismo uacuteltimo del colapso sino
maacutes bien tratar de comprender a traveacutes de ejemplos simples y factibles coacutemo la entrada de
agua en una estructura metaestable origina una desestabilizacioacuten o sensibilizacioacuten en la
resistencia existente entre los viacutenculos
Tampoco se ha pretendido hacer una revisioacuten exhaustiva de todos los mecanismos que
diversos investigadores han propuesto para explicar el fenoacutemeno del colapso sino tomar en
consideracioacuten aquellos maacutes documentados y que mejor se adaptan al caso de suelos
loeacutessicos con estructura macroporosa que seraacuten objeto de un especial anaacutelisis en estas
notas
5 COLAPSO RELATIVO
Con referencia al Colapso Relativo (δcol) existe una aparente anarquiacutea tanto en su
denominacioacuten como en la forma de calcularlo En se sentildealan algunas de las maacutes conocidas
Del anaacutelisis de las diferentes ecuaciones se advierte que la uacutenica diferencia en el caacutelculo
radica en el denominador o valor de referencia que se elija altura inicial de la probeta (h0)
la altura de la probeta a humedad natural cargada a una presioacuten igual al peso propio de las
tierras (h1) o la altura de la probeta antes de la inundacioacuten cargada a una presioacuten a
σ(wHN) Esta variedad de definiciones es aparente dado que para el caso del caacutelculo de la
magnitud del asentamiento debido solamente al peso propio de las tierras dos de las
ecuaciones se hacen iguales puesto que para ese caso particular h1= hHN a incluso suele
suceder que h es aproximadamente igual a h0
En lo sucesivo se utilizaraacute la siguiente ecuacioacuten para definir el Colapso Relativo (δcol)
h HN= Altura de la probeta a humedad natural (antes de la inundacioacuten) cargada a una
presioacuten cualquiera σ
hSAT = Altura de la probeta saturada (despueacutes de producido el colapso) cargada a la
presioacuten σ
h = Altura de la probeta a humedad natural cargada a una presioacuten axial igual al peso propio
de las tierras
SUELOS AUTOCOLAPSABLES Y POTENCIALMENTE COLAPSABLE
En el graacutefico semilogariacutetmico que representa el comportamiento de un suelo un ensayo a
compresioacuten confinada realizado sobre en condicioacuten saturada se puede observar un quiebre
en la curva de compresibilidad La presioacuten axial a la cual se produce este quiebre o este
cambio de comportamiento se la denomina Presioacuten de Fluencia Saturada o Presioacuten Inicial
de Colapso En principio se establece que para presiones menores a esta el suelo tiene un
comportamiento elaacutestico y los asentamientos por colapso son bajos y nulos Por el
contrario para presiones mayores a la de Fluencia el suelo tiene un comportamiento elaacutesto-
plaacutestico y los asentamientos por colapso son importantes
Se dice que un suelo es auto colapsable cuando la presioacuten de tapada o geoestaacutetica (σ0) es
superior a la Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) Esto quiere decir que cuando en ese suelo
se produzca el humedecimiento se produciraacuten asentamientos importancia con solamente la
accioacuten de su peso propio
Se designa con suelos potencialmente colapsable a aquellos suelos en los que la presioacuten de
tapada o geo-estaacutetica (σ0) es menor a la Presioacuten Inicial de Colapso
7 PERFILES DE COLAPSIBILIDAD
Lo realmente interesante de los conceptos antes enunciados radica fundamentalmente en
que han permitido generar una metodologiacutea de anaacutelisis de los perfiles con suelos
susceptibles al colapso
Este anaacutelisis permite confrontar a cada profundidad considerada la magnitud de la Presioacuten
Inicial de Colapso (σicol) con la Presioacuten total (σT) igual a la suma de la presioacuten debida a la
carga aplicada (Δσ) maacutes la presioacuten por peso propio (σ0)
En (26) se presenta un perfil de suelo en el que se ha dibujado la variacioacuten de ambas
presiones (la Presioacuten Inicial o de Fluencia y la Presioacuten Total) en funcioacuten de la profundidad
para dos estados de cargas en el correspondiente a las presiones geostaacuteticas y en el
correspondiente a las presiones totales provocadas por una carga en la superficie del
terreno
A partir del anaacutelisis de estas curvas pueden establecerse por ejemplo los espesores de los
suelos que autocolapsaraacuten por humedecimiento y aquellos que colapsaraacuten si ademaacutes de la
saturacioacuten se aumentan las cargas y consecuentemente clasificar los suelos en sus
diferentes grupos suelos verdaderamente colapsables (autocolapsables) o suelos
condicionalmente colapsables (colapsables bajo cargas externas)
Aun cuando el valor de la Presioacuten Inicial sea aproximado este tipo de anaacutelisis es de
fundamental intereacutes en el disentildeo de los diferentes tipos de cimentaciones ya que se podraacute
conocer cuales seraacuten en forma aproximada los principales problemas que se presentaraacuten
en el disentildeo de las obras permitiendo de esta
forma elegir correctamente el tipo de cimentacioacuten o el meacutetodo de mejoramiento del suelo a
emplear para disminuir o anular la susceptibilidad al colapso
8 MAGNITUD DEL ASENTAMIENTO POR COLAPSO
81 Definiciones
La magnitud del asentamiento por colapso producido por humedecimiento del terreno
depende seguacuten Grigoryan y Ivanov (1968) tanto de
1048713 Factores intriacutensecos del suelo (caracteriacutesticas fisico-mecaacutenicas) y de
1048713 Factores externos al suelo (estado tensional y el aacuterea inundada)
Se define al asentamiento adicional por colapso (Wcolt) de un manto de suelos
colapsables de espesor Ht a la sumatoria
donde
Ht = H1+H2+ = Hj+Hn
Hj = Espesor del estrato j
Wcolj = Asentamiento adicional por colapso del estrajo j
δcolj = Colapso relativo del estrato j a la presioacuten σzj
σzj = Presioacuten total (peso propio + incremento de presioacuten) en el estrato j
82 Caracteriacutesticas fiacutesico-mecaacutenicas
Un aspecto importante del comportamiento de este tipo de suelos y que por lo tanto
influyen en la magnitud de los asentamientos es su marcada heterogeneidad Los suelos
loeacutessicos colapsables en cierto entorno suelen considerarse como suelos homogeacuteneos pero
en realidad poseen una apreciable heterogeneidad extendida dentro de la masa Algunos de
estos aspectos pueden ser puestos en evidencia a traveacutes de ensayos geoteacutecnicos
La determinacioacuten de los paraacutemetros tenso-deformacionales como el colapso relativo (δcol)
puede diferir seguacuten Abelev y Abelev (1979) de 15 a 2 veces incluso si se lo hace a partir
de probetas gemelas talladas de un uacutenico bloque de suelo
Esto soacutelo se explica a traveacutes de la gran heterogeneidad local que presentan estos suelos en
los cuales existen macroporos dejados por raiacuteces o insectos y concreciones aisladas de
carbonatos etc que pueden hacer variar las caracteriacutesticas deformacionales en oacuterdenes de
magnitud de los arriba sentildealados Otro aspecto que sentildealan Bally et al (1969) es la
heterogeneidad en la variacioacuten local de las caracteriacutesticas quiacutemicas y mineraloacutegicas las
cuales son difiacuteciles de ser advertidas por meacutetodos usuales de investigacioacuten Para corroborar
todo este tipo de heterogeneidades en (30) se muestran liacuteneas de igual asentamiento para
un estanque experimental de 30 mestros de lado al cabo de 3 meses de continua inundacioacuten
Pueden observarse asentamientos diferenciales de hasta 60 cm Esto induce a pensar que
aunque las propiedades tenso deformacionales pudieran ser aproximadamente constantes
viacuteas preferenciales de humedecimiento (canaliacuteculos verticales dejados por raiacuteces de
hierbas) pueden saturar mayores espesores o presentar curvas de iso saturacioacuten apartadas
del modelo teoacuterico
En resumen una de las caracteriacutesticas principales que deben tenerse siempre en cuenta en
el caacutelculo de la magnitud de los asentamientos por colapso es que estos frecuentemente no
seraacuten uniformes ya sea por las causas antes expuestas como por otros factores como por
ejemplo la dimensioacuten del aacuterea inundada
83 Aacuterea inundada
Otro de los aspectos que influyen considerablemente en la magnitud de los asentamientos
por colapso son el tipo de humedecimiento que se realice dentro de la masa del suelo y las
dimensiones del aacuterea humedecida Golacutedstein (1969) distingue cuatro tipos de
humedecimientos
1 Humedecimiento localizado del suelo a poca profundidad debido generalmente a la
rotura de conducciones hidraacuteulicas de las construcciones En estos casos es casi imposible
predecir a priori la forma en planta y en corte de estos humedecimientos y por lo tanto
hacer una estimacioacuten de la magnitud de los asentamientos y su distribucioacuten en planta
2 Humedecimiento extenso de todo el perfil del suelo causado por una importante
infiltracioacuten de agua (rotura de canales o efluentes industriales) Los asentamientos en estos
casos pueden ser importantes y dantildeinos para las construcciones especialmente cuando los
asentamientos son desiguales
3 Una elevacioacuten uniforme del nivel freaacutetico debido generalmente a una recarga del freaacutetico
causado por una fuente lejana
4 Un aumento gradual y lento del contenido de agua debido por ejemplo a la
condensacioacuten del vapor y una acumulacioacuten de humedad causada por cambios en las
condiciones ambientales (pavimentacioacuten de la superficie del terreno)
En cuanto a la forma y las dimensiones del aacuterea humedecida se ha demostrado
experimentalmente que los asentamientos por colapso calculados con la ecuacioacuten indicada
arriba son soacutelo aplicables cuando la superficie de saturacioacuten o fuente de humedecimiento
es del orden de 23 a 1 vez el espesor de los sedimentos colapsables (Krutov y Dyakonov
1973) En cambio cuando esta relacioacuten es menor y la zona humedecida se aparta de la
supuesta unidimensional los asentamientos reales son sustancialmente menores a los
calculados
Por tal motivo algunos investigadores coinciden en afirmar que dicha ecuacioacuten debe estar
afectada de un coeficiente (m) que tenga en cuenta el tipo la forma y las dimensiones del
aacuterea humedecida
m = f (B L Z)
donde B y L son el ancho y largo de la fuente de inundacioacuten y Z el espesor de la zona
humedecida Asiacute en la ex URSS es habitual afectar a los asentamientos calculados por un
coeficiente llamado de condiciones de campo o de operacioacuten
Este coeficiente es pues la relacioacuten entre el asentamiento real medido en el terreno y el
calculado De modo que
84 Estado tensional
La magnitud del asentamiento adicional por colapso es funcioacuten de la tensioacuten actuante en el
manto de suelo considerado Si se analiza el caso particular de una zapata apoyada sobre la
superficie del terreno el asentamiento adicional por colapso seraacute funcioacuten de la forma y las
dimensiones de aacuterea cargada del espesor del manto susceptible al colapso y del tipo y la
forma de la zona humedecida Sin embargo se ha comprobado experimentalmente que si el
espesor de los mantos de suelos colapsables que se encuentran por debajo de la zona
comprimida es suficientemente importante como para que pueda colapsar por peso propio
la amplitud del asentamiento no depende praacutecticamente de la forma y de las dimensiones de
las fundaciones (Abelev y Abelev 1979)
En las numerosas experiencias realizadas sobre zapatas a escala real se ha comprobado que
los asentamientos adicionales por colapso medidos pueden llegar a ser entre 15 a 2 veces
mayores que los calculados sobre todo en zapatas con anchos inferiores a los 20 m de
ancho (Abelev y Abelev 1979)
Estas divergencias entre el valor de los asentamientos calculados y los reales pueden
atribuirse a varios factores entre los cuales pueden sentildealarse
c) La eleccioacuten del espesor del manto de suelos colapsables o susceptibles a sufrir un
asentamiento adicional ha sido largamente discutido Asiacute Kodrynova (1969) en base a
ensayos de zapatas a escala real pudo establecer las dimensiones de la zona realmente
deformada Confirmando que la profundidad de la zona deformada era menor que la
profundidad que por ejemplo estableciacutean las Normas Sovieacuteticas vigentes en ese momento
Estas Normas haciacutean soacutelo consideraciones tensionales y fijaban la profundidad del manto
como aqueacutella para la cual la relacioacuten entre el valor de la carga adicional debida a la zapata
(Δσ) y el de la presioacuten natural (σ0) se haciacutean igual a 020 Kodrynova (1969) comproboacute
que el criterio maacutes adecuado para establecer este espesor era usar el concepto de resistencia
estructural o Presioacuten Inicial de Colapso sugerido por Abelev en 1968 Asiacute observoacute que la
zona deformada se correspondiacutea muy bien con aquellos lugares donde los valores de
tensiones totales (σz) eran mayores al valor de la Presioacuten Inicial de Colapso (δicol) Por
tanto concluyoacute que el espesor Zo puede definirse como la profundidad en la cual se
comprueba que
Esto coincide con lo advertido por Grigoryan (1967) en ensayos de zapatas cuadradas y
rectangulares en donde solamente se observaron asentamientos en la masa del suelo
cuando la tensioacuten actuante era mayor al valor de la Presioacuten Inicial de Colapso (δicol)
Por lo tanto se puede concluir que no existen reglas praacutecticas -como las que existen en
otros tipos de suelos- que puedan dar valores indicativos de la relacioacuten entre el ancho de la
cimentacioacuten y el espesor del manto deformable Sin embargo de lo que siacute hay abundante
evidencia es que la zona deformada generalmente aumenta cuando aumenta el contenido de
humedad (Tsytosich et al 1979)
b) La distribucioacuten de tensiones en la masa de un suelo colapsable provocada por una zapata
riacutegida se asemeja a la de un medio seminfinito y elaacutestico (error entre 20 a 30) soacutelo
cuando el suelo estaacute a humedad natural y la tensioacuten no sobrepasa los 30 kgcm2
(Grigoryan 1967) Tsytosich et al (1979) comprobaron experimentalmente esta afirmacioacuten
observando que a posteriori de la inundacioacuten del suelo el cambio tensional sobre la vertical
en el borde y en el centro de la zapata aumentan Se advierte que durante el proceso de
inundacioacuten del suelo ubicado debajo de la zapata se produce una concentracioacuten de
tensiones bajo la zapata disminuyendo el aacuterea en donde se distribuyen las cargas Seguacuten
Abelev y Abelev (1979) esto puede explicarse porque las relaciones tensioacuten-deformaciones
de los suelos macroporosos no son lineales a estos niveles de tensioacuten
9 METODOS DE IDENTIFICACIOacuteN
91 Aspectos generales
A partir de la deacutecada de los antildeos 50 se generoacute una preocupacioacuten manifiesta por parte de
diferentes investigadores en identificar y clasificar la potencialidad al colapso en los
distintos suelos
Estos intentos a escala mundial se han enfrentado fundamentalmente con dos
inconvenientes o limitaciones como son
1 La gran variedad de tipos de suelos que colapsan por humedecimiento Asiacute por
ejemplo meacutetodos probados en ciertos paiacuteses o regiones en determinados tipos de suelos no
han podido hacerse extensivos a suelos de otras zonas cuyo origen geoloacutegico y geneacutetico es
francamente diferente
2 La frecuente heterogeneidad de los suelos colapsables por humedecimiento En este
sentido hay coincidencia entre los investigadores que han estudiado suelos colapsables de
distinto origen geoloacutegico Asiacute pueden encontrarse referencias tanto en investigadores que
analizaron suelos lateriacuteticos o de origen eoacutelico como el loess (Abeley y Abeley 1979
Moretto 1986) que en principio suelen considerarse como suelos homogeacuteneos Es
frecuente encontrar una variacioacuten en el grado de cementacioacuten (por ejemplo debido a
carbonatos) en soacutelo algunos centiacutemetros En otros casos esta heterogeneidad es debida a la
presencia de grandes macroporos dejados por raiacuteces o insectos
Esto ha llevado a una gran variedad de metodologiacuteas para establecer la susceptibilidad al
colapso de los suelos y una anarquiacutea en la terminologiacutea empleada en los diferentes paiacuteses
para su clasificacioacuten Sin embargo en la mayoriacutea de los casos los diferentes investigadores
o coacutedigos han tendido a discretizar el comportamiento del suelo frente al colapso en dos
grupos suelos que colapsan bajo peso propio y suelos que colapsan bajo una carga mayor
Rocca (1985) ha confeccionado una tabla de equivalencias con la denominacioacuten que
reciben en los distintos paiacuteses
82 Clasificacioacuten de los meacutetodos de identificacioacuten de suelos colapsables
En cuanto a los tipos de meacutetodos de identificacioacuten propiamente dichos varios han sido los
enfoques que se han propuesto Estos podriacutean clasificarse en tres grupos
1048713 Meacutetodos basados en paraacutemetros fiacutesicos de identificacioacuten de suelos tales como Peso
Unitario Liacutemites de Consistencia Granulometriacutea etc
1048713 Meacutetodos basados en ensayos mecaacutenicos principalmente en ensayos edomeacutetricos
1048713 Meacutetodos basados en la magnitud del colapso
Existe una abundante bibliografiacutea sobre los diferentes meacutetodos de clasificacioacuten a
identificacioacuten en las cuales se ha realizado un anaacutelisis criacutetico sobre los diferentes meacutetodos
como las ya referidas de Rocca (1985) y Redolfi et al (1986) y otras como las de Sultan
(1969) Reginatto (1970 1974) Loacutepez Corral (1977) Jimeacutenez Salas (1987) y Lutenegger y
Saber (1988) Por lo tanto en este apartado no se insistiraacute en ello sino maacutes bien se haraacute un
enfoque general del problema y se presentaraacuten aquellos conceptos v meacutetodos que
posteriormente seraacuten utilizados en el desarrollo de estas notas
Meacutetodos basados en paraacutemetros fiacutesicos de suelos
En general la mayoriacutea de estos meacutetodos de identificacioacuten tienen maacutes bien un caraacutecter
cualitativo que cuantitativo pretendiendo ubicar el suelo analizado en algunos de los
grupos mencionados en (36) La clasificacioacuten consiste habitualmente en establecer si el
suelo es autocolapsable (colapsable bajo su propio peso) o bien si es condicionalmente
colapsable (colapsable bajo carga externa)
En estas notas solamente se analizaraacuten tres de ellos que tienen en comuacuten que relacionan el
liacutemite liacutequido y el peso unitario seco
a) Denison (1961) establece el Coeficiente de Colapso (k) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando la relacioacuten de vaciacuteos del suelo en estado natural (e) es mayor
que la relacioacuten de vaciacuteos correspondiente al Liacutemite Liacutequido (eL )
b) Gibbs (1961) establece una Relacioacuten de Colapso (R) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando la humedad de saturacioacuten del suelo (wSAT) es mayor que el
Liacutemite Liacutequido (wL )
c) Coacutedigo de edificacioacuten de la URSS (1962) establece un Indice de Colapso (R) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando R es mayor de -010
En se han superpuesto los puntos correspondientes a pares de valores del peso unitario
seco y el Liacutemite Liacutequido de suelos de la ciudad de Coacuterdoba Argentina (Redolfi et al
1986) De ella se desprende que los valores de los paraacutemetros obtenidos son valores tiacutepicos
de la formacioacuten loeacutessica de Coacuterdoba y que para todas las metodologiacuteas aquiacute presentadas la
gran mayoriacutea de los suelos son colapsables puesto que estaacuten incluidos dentro de las zonas
que los clasifican colapsables
Meacutetodos basados en ensayos edomeacutetricos
Estos meacutetodos estaacuten basados en la Presioacuten Inicial de Colapso o Presioacuten de Fluencia La
determinacioacuten del grupo al cual pertenece el suelo estudiado (auto colapsable o colapsable
bajo carga) se realiza comparando la presioacuten de tapada o geostaacutetica con la presioacuten a la cual
se produce el colapso Asumiendo como hipoacutetesis que el colapso por humedecimiento
ocurre soacutelo a partir de una cierta presioacuten por encima de la cual la resistencia estructural del
suelo es superada
La magnitud de esta presioacuten para la cual se produce el desmoronamiento de la estructura
del suelo ha sido designada por algunos autores como
1048713 Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) (Abelev y Abelev 1979) o
1048713 Presioacuten de Fluencia Saturada (σf sat) (Reginatto 1970)
Experimentalmente se ha demostrado que cuando la presioacuten total en el suelo (σt) ya sea
por cargas externas yo peso propio es menor que esta magnitud no se producen
asentamientos de colapso por humedecimiento Krutov y Tarasova (1964) sentildealan
acertadamente que desde un punto de vista teoacuterico la Presioacuten Inicial de Colapso o Presioacuten
de Fluencia deberiacutea ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero concluyen que
desde un punto de vista praacutectico una pequentildea magnitud de colapso puede asumirse como
permisible Siguiendo este concepto por ejemplo las Normas Sovieacuteticas SNIP definen a la
Presioacuten Inicial de Colapso como aquella presioacuten para la cual en una probeta instalada en un
edoacutemetro se produce un colapso relativo unitario igual a 001 o porcentual del 100
δicol = 001 = 10
En se han representado las curvas presioacuten-deformaciones unitarias de dos ensayos
edomeacutetricos del mismo suelo uno a humedad natural y el otro en estado saturado El
colapso relativo (δicol) es igual a
δicol = εHN - εSAT
donde εHN = Deformacioacuten unitaria a humedad natural
εSAT = Deformacioacuten unitaria en estado saturado
En tanto Reginatto (1970) define a la Presioacuten de Fluencia saturada de un suelo colapsable
de la misma forma en que se establece la presioacuten de preconsolidacioacuten de una arcilla
saturada en un ensayo edomeacutetrico
En se presenta la correlacioacuten que realizan Lin y Wang (1988) entre los valores de la
Presioacuten de Fluencia Saturada y la Presioacuten Inicial de Colapso (el Coacutedigo Chino la establece
para un valor de δicol = 150) Se puede observar que aproximadamente se establece una
relacioacuten directa entre ellas Esto no es de extrantildear puesto que conceptualmente ambas
definiciones tratan de fijar la presioacuten a la cual la estructura del suelo saturado comienza a
colapsar
Los numerosos intentos realizados en ensayos in situ para comprobar la validez de esta
hipoacutetesis (Krutov y Tarasova 1964 Abelev y Abelev 1979) parecen indicar a primera
vista que las predicciones tienen buen acuerdo con la realidad en muchos casos pero en
cambio en otros la diferencia entre lo predecido y lo sucedido es importante sobre todo en
aquellos casos referidos al colapso por peso propio
Meacutetodos basados en la magnitud del asentamiento por colapso
Los meacutetodos basados en la magnitud del asentamiento por colapso se fundan en determinar
la magnitud del mismo de un perfil de suelos en un lugar determinado debido solamente a
su peso propio
Asiacute por ejemplo la Clasificacioacuten Rumana de Suelos Loeacutessicos Colapsables (LCS) define
el Potencial Total de Colapso (Img) (Bally et al1973) como
donde Hj es el espesor del estrato j en metros y img es el asentamiento edomeacutetrico
adicional de una muestra de estrato j inundada a una presioacuten igual al peso propio de las
tierras (σ0 ) expresado en cmm
El Coacutedigo de Construccioacuten de Edificios de la Repuacuteblica Popular China en regiones de
suelo colapsables sigue un criterio similar (Lin y Liang 1982 Lin y Wang 1988) La
evaluacioacuten de la susceptibilidad al colapso en un determinado sitio se realiza en dos etapas
En primer lugar se evaluacutea su aptitud al autocolapso y se determina el Tipo de sitio (Tipo
1 o Tipo 2)
La magnitud del colapso por peso propio Δzc se obtiene de forma similar a la utilizada por
Bally et al (1973) en Rumania sumando los asentamientos individuales de los n estratos
colapsables del perfil
donde Hj es el espesor de estrato en cm y δzsj es el coeficiente de colapsabilidad del estrato
j en cmcm o en por ciento obtenido por medio de ensayos edomeacutetricos en los cuales
primero se carga el suelo hasta la presioacuten por peso propio y luego se inunda la muestra
donde Hj es el espesor de estrato en cm y δzsj es el coeficiente de colapsabilidad del estrato
j en cmcm o en por ciento obtenido por medio de ensayos edomeacutetricos en los cuales
primero se carga el suelo hasta la presioacuten por peso propio y luego se inunda la muestra
La sumatoria soacutelo tiene en cuenta aquellos valores de δzs jmayores de 0015
Si Δzs lt 7 cm se considera al suelo no autocolapsable por humedecimiento y se clasifica
al lugar como sitio TIPO 2 Si en cambio Δzs gt 11 cm se considera al suelo
autocolapsable por humedecimiento y se lo clasifica como sitio TIPO 1
Por uacuteltimo si 7 cm lt Δzs lt 11 cm el tipo de sitio debe ser determinado despueacutes de un
exhaustivo estudio de la geomorfologiacutea estratigrafiacutea y caracteriacutesticas estructurales del
suelo
El Coacutedigo tambieacuten establece que la magnitud del colapso por peso propio (Δzs) tambieacuten
puede ser determinada directamente en el terreno a traveacutes de una balsa o laguna de
infiltracioacuten de dimensiones especiacuteficas
La segunda etapa de la evaluacioacuten de la colapsabilidad consiste en establecer el Grado de
Colapsabilidad del suelo de cimentacioacuten Para ello se carga a las muestras representativas
de cada uno de los estratos a una presioacuten de 200 kPa y luego se las inunda La magnitud del
colapso se obtiene
donde δsj es el Coeficiente de colapsabilidad del estrato j en cmcm para una presioacuten de
200 kPa La sumatoria soacutelo tiene en cuenta valores de Δs mayores de 0015
donde δsj es el Coeficiente de colapsabilidad del estrato j en cmcm para una presioacuten de
200 kPa La sumatoria soacutelo tiene en cuenta valores de Δs mayores de 0015
SOLUCIONES INGENIERILES EN SUELOS COLAPSABLES
111 Consideraciones generales
La primera cuestioacuten que debe analizarse cuando se disentildean cimentaciones en suelos
susceptibles al colapso es la probabilidad que el agente desencadenante del fenoacutemeno el
agua pueda o no introducirse en el terreno y por ende sensibilizar al suelo en donde se
apoyaraacuten las estructuras Por definicioacuten sin la presencia del agua el suelo no colapsa Esta
cuestioacuten es significativa puesto que pueden existir numerosos casos en donde la
probabilidad que el agua se infiltre en el suelo sea lo suficientemente baja como para
analizar la posibilidad de fundar la estructura considerando el comportamiento del suelo en
su estado natural Por lo tanto cuando se hable de suelos potencialmente colapsables por
humedecimiento no debe pensarse uniacutevocamente en las soluciones ingenieriles que se
utilizan en suelos colapsables
Hecha esta aclaracioacuten a continuacioacuten se trataraacute de ofrecer un panorama de las distintas
soluciones ingenieriles que se adoptan en suelos colapsables por humedecimiento cuando
las probabilidades de que se produzca el fenoacutemeno son altas
El objetivo central de todas estas soluciones es prevenir las fallas estructurales o de servicio
que pueden sobrevenir sobre las estructuras construidas sobre estratos de suelos
colapsables
Aitchison (1973) divide a estas soluciones en
a) Tratamiento del suelo colapsable con vista a eliminar la tendencia al colapso a lo largo
de todo el estrato de suelos desmoronables
b) Disentildeo de elementos constructivos que eliminen o disminuyan a liacutemites razonables la
posibilidad que se inicie el colapso
c) Disentildeo de estructuras yo cimentaciones insensibles a los asentamientos provocados por
el colapso por ejemplo fundaciones profundas apoyadas sobre un manto profundo no
sujeto a los asentamientos por humedecimiento
El primer grupo de soluciones comprende los meacutetodos de mejoramiento de suelo por
medio de los cuales la susceptibilidad al colapso es eliminada modificando las propiedades
resistentes del suelo mediante la compactacioacuten o la cementacioacuten de los viacutenculos entre
partiacuteculas El segundo grupo incluye la adopcioacuten de medidas constructivas tendientes a
aislar el agua de manera de evitar o disminuir la presencia de condiciones favorables al
colapso admitiendo no obstante ciertos riesgos Finalmente el tercer grupo engloba tanto
las soluciones tradicionales por medio de fundaciones profundas como el disentildeo de
estructuras con fundaciones directas insensibles a los asentamientos diferenciales
provocados por el colapso del suelo En resumen en el primer grupo de soluciones se
interviene directamente en el suelo evitando asiacute el colapso en el segundo grupo se intenta
evitar que se produzca el colapso sin modificar el suelo y en el uacuteltimo grupo se construyen
estructuras yo fundaciones que admitan y resistan los fenoacutemenos provocados por el
colapso del suelo
Evstatiev (1988) sentildeala que los mejores resultados han sido alcanzados con una oacuteptima
combinacioacuten de las ventajas que individualmente tiene cada uno de los tres grupos La
experiencia ha probado que las medidas constructivas y las medidas de aislacioacuten del agua
por siacute solas no pueden resolver todos los problemas de inestabilidad que provoca el colapso
del suelo Asiacute la adopcioacuten de soluciones exclusivamente para la superestructura (por
ejemplo fundaciones profundas) sin un adecuado disentildeo que eviten dantildeos en los otros
elementos de la construccioacuten como pisos desaguumles etc han provocado serios dantildeos en
estas partes de la construccioacuten que podriacutean haber sido evitados aplicando medidas
tendientes a evitar el ingreso del agua en el terreno
La eficacia del disentildeo adoptado en cada caso depende en gran medida de la calidad de las
investigaciones geoteacutecnicas realizadas La informacioacuten baacutesica que eacutestas deben suministrar
son el espesor del manto de suelos colapsables y la magnitud del colapso bajo peso propio
o bajo carga de todos los estratos del perfil
Una incorrecta estimacioacuten de estos paraacutemetros puede llevar a proponer y construir
soluciones ingenieriles totalmente opuestas a las correctas La confeccioacuten de perfiles de
colapsabilidad como los presentados permiten establecer la existencia o no de suelos
autocolapsables sus espesores aproximados y la profundidad a la que se encuentran Esta
metodologiacutea de anaacutelisis es de gran ayuda por ejemplo en la eleccioacuten del procedimiento
idoacuteneo para estabilizar el terreno
A continuacioacuten se presenta una descripcioacuten de las distintas soluciones ingenieriles maacutes
utilizadas en este tipo de suelos En primer lugar se analizan el primer grupo de soluciones
que se ha englobado bajo el nombre de Mejoramiento de suelos continuando luego con los
otros dos grupos Medidas para evitar la iniciacioacuten del colapso y fundaciones yo
estructuras insensibles a los fenoacutemenos del colapso
112 Mejoramiento de suelos colapsables
Consideraciones previas
El objetivo principal de estas soluciones es eliminar o disminuir apreciablemente la
susceptibilidad al colapso del suelo bien disminuyendo la porosidad del suelo
(compactacioacuten) o bien aumentando la resistencia estructural entre las partiacuteculas del suelo
(meacutetodos fiacutesico-quiacutemicos) Una de las formas de clasificar los meacutetodos de mejoramiento o
estabilizacioacuten ha sido precisamente eacutesta o sea teniendo en cuenta la accioacuten resultante
sobre el suelo (Aitchison1973 Rocca1985) Sin embargo para el desarrollo y explicacioacuten
de los diferentes meacutetodos se ha elegido la clasificacioacuten propuesta por Evstatiev(1988) que
tiene en cuenta el medio usado para realizar la estabilizacioacuten y el objeto de la misma
Evstatiev (1988) propone la siguiente clasificacioacuten de los meacutetodos de estabilizacioacuten de
suelos loeacutessicos la cual puede hacerse extensiva a suelos colapsables
a) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacioacuten
b) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
c) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
d) Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
e) Meacutetodos de mejoramiento que incorporan elementos resistentes a la traccioacuten dentro del
suelo
f) Geomembranas
g) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por drenaje
h) Correccioacuten de taludes y terraplenes
A continuacioacuten siguiendo la clasificacioacuten antes expuesta se desarrollaran aquellas
metodologiacuteas de mejoramientos de suelos colapsables maacutes extendidas Desarrollaacutendose
principalmente los grupos abc y d puesto que incluyen una serie de acciones particulares
frente al fenoacutemeno del colapso En cuanto a los restantes grupos (e f g y h) las teacutecnicas de
mejoramiento del terreno utilizadas persiguen los mismos objetivos buscados en otros tipos
de suelos y en general la teacutecnica empleada es praacutecticamente la misma Por tal motivo y
puesto que se apartan un tanto del objeto de estas notas se estima conveniente no abundar
sobre ellas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacioacuten
Este grupo comprende varias de las metodologiacuteas usadas en suelos colapsables para reducir
los vaciacuteos de modo de eliminar la colapsabilidad reducir la permeabilidad y aumentar la
capacidad de carga Esto se realiza utilizando fuerzas estaacuteticas o dinaacutemicas o bien a traveacutes
de la inyeccioacuten de lechadas
Compactacioacuten dinaacutemica Este meacutetodo es adecuado para compactar mantos de suelos
colapsables superficiales con espesores menores a 350 metros El meacutetodo consiste en dejar
caer en caiacuteda libre desde una altura de 4 a 8 metros pilones de 3 a 8 Tn sobre la superficie
del terreno a razoacuten de 10 a 16 impactos en cada lugar (Abelev y Abelev 1979) El impacto
genera una rotura de la estructura del suelo un aumento de la presioacuten de poros y una
compresioacuten del aire presente en los poros produciendo un reacomodamiento de las
partiacuteculas dando como resultado una estructura maacutes compacta Seguacuten Malyshev et al
(1983) el contenido de humedad del suelo juega un papel importante lograacutendose la maacutexima
eficiencia con un contenido de humedad cercano al Liacutemite Plaacutestico Si el contenido de
humedad es menor a eacuteste es necesario humedecer el espesor de suelo de modo de alcanzar
una mejor eficacia Varios son los factores que controlan los resultados del meacutetodo asiacute por
ejemplo el espesor compactado es funcioacuten principalmente del peso y del diaacutemetro del piloacuten
En tanto el grado de compactacioacuten estaacute controlado por el nuacutemero de impactos y la humedad
del suelo El grado de compactacioacuten no es uniforme a lo largo de todo el espesor
compactado lograacutendose la maacutexima densificacioacuten a 12 a 15 veces el diaacutemetro del piloacuten
Sin embargo se pueden obtener Pesos Unitarios secos superiores a 16 tm3 en espesores de
25 a 35 m lo cual en la mayoriacutea de los casos es suficiente para disminuir o anular la
susceptibilidad al colapso del suelo Una variante a este meacutetodo es realizar la compactacioacuten
solamente en los lugares donde actuacutean las cargas y no en toda el aacuterea de la construccioacuten
Por ejemplo en casos de fundaciones de muros de carga o fundacioacuten de columnas el
mejoramiento del suelo se logra densificando la zona de influencia del bulbo de presiones
o sea la zona donde los incrementos de presioacuten pueden hacer colapsar el suelo
Compactacioacuten por medio de pequentildeos pilotes piramidales En cierta forma este meacutetodo es
una variante del meacutetodo anterior Consiste en hincar un pilote piramidal de 3 a 4 metros de
longitud con una seccioacuten transversal superior de 60 x 60 a 70 x 70 cm y una seccioacuten
transversal inferior de 10 x 10 cm Una vez retirado el pilote la cavidad se rellena con
hormigoacuten Este tipo de metodologiacutea da excelentes resultados en aacutereas en donde existe un
espesor de suelos potencialmente colapsables (no autocolapsables) de 30 o 40 m de
profundidad pero que colapsaraacuten si estaacuten sometidos a los incrementos de carga
transmitidos por las construcciones Una de las ventajas del meacutetodo es la completa
mecanizacioacuten de todas las operaciones Una variante a este meacutetodo consiste en realizar la
hinca sobre una capa de piedra partida dando como resultado un bulbo de suelo
compactado alrededor de la capa de piedra mejorando la capacidad de carga por la punta
del pilote asiacute construido
Compactacioacuten por pilotes de suelo Este es uno de los meacutetodos maacutes usuales para
compactar espesores importantes (18 a 20 m) de suelos loeacutessicos susceptibles al colapso
El procedimiento consta de dos partes primero se realiza la perforacioacuten y segundo se llena
la cavidad con suelo compactado La perforacioacuten se realiza usualmente mediante la hinca
de un pilote metaacutelico con base ensanchada (15 veces) En otra metodologiacutea de reciente uso
la excavacioacuten se hace de la siguiente forma se perfora hasta la profundidad deseada un
hoyo de 8 cm de diaacutemetro dentro del cual se coloca una columna de explosivos que luego
de estallar crea una perforacioacuten de aproximadamente 080 m de diaacutemetro Despueacutes de
efectuada esta perforacioacuten dinaacutemica la cavidad se rellena con suelo local introducido en
tongadas de 100 a 200 Kg que luego son compactadas dinaacutemicamente por medio de un uacutetil
especial Concluidas ambas etapas quedan formadas columnas de suelo compactado con un
diaacutemetro aproximado igual a dos veces el de la perforacioacuten El grado de compactacioacuten va
decreciendo a medida que se aleja del centro de la columna por tal motivo es importante
conocer esta ley de decrecimiento para disentildear correctamente la cuadriacutecula de pilotes de
suelo Al igual que en los otros meacutetodos la eficiencia del sistema aumenta en la medida que
la humedad del suelo natural y compactado se encuentre a una humedad cercana al Limite
Plaacutestico Por tal motivo es usual que previo a la perforacioacuten se realice una humectacioacuten del
espesor de suelos a compactar Las densidades alcanzadas son del orden de 170 a 180
tm3 que son suficientes para evitar el colapso por peso propio y permiten el use del
espesor compactado como manto de fundacioacuten
Compactacioacuten por explosiones de gas Esta relativamente nueva metodologiacutea de
compactar espesores de suelos colapsables consiste en introducir a traveacutes de una lanza de
agua a presioacuten una caacutemara de compresioacuten que contiene una mezcla de gas propano y
oxiacutegeno la cual se va elevando a medida que se producen una serie de explosiones de la
mezcla De este modo se va generando una columna 120 140 m de suelo compactado
(Densidad de 150 tcm3) (Martemyanov et al 1979)
Compactacioacuten por humedecimiento (Hidrocompactacioacuten) En este caso se utiliza la propia
susceptibilidad del suelo a colapsar bajo peso propio El meacutetodo maacutes frecuente de realizar
la humectacioacuten o saturacioacuten del terreno es a traveacutes de infiltracioacuten del agua desde la
superficie del terreno para lo cual se efectuacutean excavaciones poco profundas (040 a 080 m)
o bien se construyen grandes estanques En muchos casos a efectos de acelerar el ingreso
del agua al terreno se construyen dentro del estanque drenes de arena convenientemente
espaciados Este sistema ha sido empleado ampliamente en varias partes del mundo por
ejemplo en EEUU por Gibbs y Bara (1967) y Clevenger (1956) en Rumania por Bally et
al (19651969) en la URSS por Lomize (1968) y Mustafaef (1967) en China por Lin y
Liang (1982) y en Argentina por Moll et al (1979) A pesar de su amplia utilizacioacuten y su
bajo costo el meacutetodo presenta una serie de inconvenientes aparicioacuten de grietas de traccioacuten
en el contorno del aacuterea inundada existencia de importantes deformaciones posteriores al
colapso necesidad de recompactar los 4 oacute 5 primeros metros utilizando otro tipo de
metodologiacutea La efectividad de este meacutetodo se mejora sustancialmente si al mismo se lo
combina con otro meacutetodo de compactacioacuten dinaacutemica
Compactacioacuten por humedecimiento previo y por explosiones profundas Este meacutetodo fue
desarrollado en al Unioacuten Sovieacutetica por Livinov (1976) en la deacutecada de los 60 El espesor de
suelos a compactar es previamente humedecido a traveacutes de un sistema de drenes
(cuadriacutecula de 3 x 3 a 5 x 5 m) Las cargas explosivas (5 a 7 Kg) son colocadas en el fondo
de los mismos drenes o bien en tubos metaacutelicos colocados en perforaciones adicionales La
cuadriacutecula con las cargas es aproximadamente de 4 x 4 m En este procedimiento no es
necesario la completa saturacioacuten del suelo que por ejemplo necesita el meacutetodo anterior
Posterior al humedecimiento se hacen estallar las cargas de toda un aacuterea (2000 a 50000
m2) La explosioacuten generan una onda de choque que hace licuar la estructura del suelo lo
cual permite un reacomodamiento de las partiacuteculas y un crecimiento de la densidad del
suelo En ciertos casos es aconsejable la construccioacuten de trincheras alrededor de la zona a
compactar a efectos de evitar la propagacioacuten de grietas fuera de ella La explosioacuten produce
un importante a inmediato asentamiento de la superficie del terreno Los asentamientos en
general se estabilizan al cabo de 3 oacute 4 semanas Este tipo de meacutetodo es aconsejable cuando
se desea compactar grandes voluacutemenes de suelo particularmente en grandes complejos
industriales o bien en obras hidroeleacutectricas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
En este apartado se incluyen aquellos meacutetodos de estabilizacioacuten consistentes en la mezcla y
posterior compactacioacuten de suelo colapsable con otros materiales (arena gravas) a efectos
de conseguir mayor resistencia y mayor rigidez Este tipo de estabilizacioacuten es de amplio use
en la ingenieriacutea vial en la construccioacuten de bases y de sub-bases
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
Este grupo incluye a aquellas metodologiacuteas en las cuales el mejoramiento de las
propiedades resistentes del suelo se consiguen con la creacioacuten de viacutenculos maacutes soacutelidos y
estables en la estructura del suelo En algunas de ellas la inyeccioacuten de agentes cementantes
provoca la rotura de la estructura original del suelo En otras por el contrario la inyeccioacuten
de agentes quiacutemicos actuan directamente sobre los viacutenculos sin modificar la estructura del
suelo Los meacutetodos se pueden dividir en meacutetodos superficiales y meacutetodos profundos
dependiendo en donde se realice la estabilizacioacuten En los meacutetodos de estabilizacioacuten
superficiales el mejoramiento en general se consigue mediante la mezcla y posterior
compactacioacuten del suelo con agentes quiacutemicos o cementantes tales como cemento cal
emulsiones asfaacutelticas sales (NaCl Nat C03 NaPO3) etc Estos meacutetodos de estabilizacioacuten
son tambieacuten usuales en otros tipos de suelos y son de amplia utilizacioacuten en todo tipo de
obras de ingenieriacutea civil por tal motivo no insistiremos en ellos Por el contrario los
meacutetodos de estabilizacioacuten profunda aunque tambieacuten se han utilizado en otros tipos de
suelos muchos de ellos se han desarrollado y usado especiacuteficamente para eliminar o
disminuir la susceptibilidad al colapso en espesores importantes de suelo A continuacioacuten
se presentan algunos de ellos
Inyecciones de agentes quiacutemicos Las investigaciones y las realizaciones en este tipo de
estabilizaciones se ha desarrollado principalmente en la Unioacuten Sovieacutetica Seguacuten Mitchell
(1981) la razoacuten principal por la cual estos meacutetodos no se han extendido universalmente se
debe principalmente a los altos costos frente a otros tipos de estabilizaciones Sin embargo
Esvtatiev (1988) da cuenta de la existencia en la URSS de maacutes de 800 proyectos en donde
se han utilizado satisfactoriamente p ej el meacutetodo de silicatizacioacuten) Esto ha permitido un
continuo mejoramiento de la tecnologiacutea una reduccioacuten de los costos y una abundante
normativa en la regulacioacuten de su uso El agente quiacutemico maacutes utilizado por su bajo costo
frente a otros agentes quiacutemicos es el Silicato de Sodio El meacutetodo consiste en inyectar en
todo el espesor de suelo a tratar una solucioacuten de silicato de sodio (Densidad = 1 10 a 1 04
gcm3) a traveacutes de un tubo inyector de 42 mm de diaacutemetro con perforaciones de 3 mm
protegidas por un manguito de goma La inyeccioacuten se realiza a una presioacuten de 20 a 40
Kgcm2 y una descarga de 48 litros por minuto (Zvyagin et al 1978) La silicatizacioacuten del
suelo es soacutelo posible en un medio fuertemente alcalino Seguacuten Sokolovic (1973) se logra
una mejor eficiencia mediante una pre y post gasificacioacuten con carbonato de calcio Luego
de la inyeccioacuten tres son los cambios que se observan en el suelo un aumento significativo
de la resistencia a la compresioacuten (superior a 20 Kgcm2 ) una eliminacioacuten de la
susceptibilidad al colapso y una disminucioacuten de la permeabilidad Otro de los tratamientos
con agentes quiacutemicos es la inyeccioacuten de amoniacuteaco La mejora en el suelo es inferior al
tratamiento por silicatizacioacuten ademaacutes presenta la desventaja de ser un elemento toacutexico y su
utilizacioacuten requiere medidas especiales de proteccioacuten (Sokolovic 1973)
Estabilizacioacuten teacutermica Esta teacutecnica comenzoacute a desarroIlarse en la URSS en la deacutecada de
los antildeos 50 y ha sido utilizada exitosamente en un importante nuacutemero de emprendimientos
Seguacuten Esvtatiev (1988) la aplicacioacuten de este meacutetodo es teacutecnica y econoacutemicamente
aconsejable en los siguientes casos a) en la estabilizacioacuten de fundaciones existentes de
estructuras altas como chimeneas tanques de agua b) en la paralizacioacuten de los
asentamientos en construcciones existentes provocados por el colapso del suelo Las
propiedades de los minerales arcillosos cambian cuando eacutestos son sometidos a altas
temperaturas lo cual genera un aumento importante de la resistencia y por ende la
eliminacioacuten de la susceptibilidad al colapso del suelo La tecnologiacutea ha ido variando y
mejorando su eficiencia a lo largo de estas deacutecadas No obstante la variedad de meacutetodos
casi todos ellos consisten en la introduccioacuten de un quemador de fuel o gas dentro de un pre
pozo de 020 metros de diaacutemetro con una presioacuten de aire de 20 a 30 Kgcm2 De esta
forma al cabo de 10 a 15 diacuteas se consigue una columna estabilizada de suelo de 20 a 30
metros y una profundidad de 10 a 15 metros (Beles y Stanculescu 1958)
Estabilizacioacuten mediante mezclado mecaacutenico con agentes cementantes El objetivo de este
tipo de estabiacutelizacioacuten es la creacioacuten de columnas o pilotes de suelo con alta resistencia y
rigidez que permitan la transferencia de las cargas a mantos maacutes profundos y estables
Varios son los meacutetodos constructivos que pueden agruparse dentro de este grupo Los
subdividiremos en los siguientes subgrupos dependiendo del lugar en donde se realiza la
mezcla del suelo con el agente cementante
1 La mezcla del suelo y el agente cementante se realiza en superficie En este caso la
excavacioacuten se puede realizar bien utilizando la teacutecnica constructiva empleada en los pilotes
de suelo (hinca) o bien usar teacutecnicas usuales de perforacioacuten La mezcla deiexcl suelo con el
agente cementante (preferentemente Cemento Portland) puede ser fluida (suelo cemento
plaacutestico) a introducirse dentro de la excavacioacuten en forma de pastones o bien mezclar el
suelo y elcemento con porcentaje de humedad oacuteptimo a introducirlos en la perforacioacuten en
tongadas (100 a 200 Kg) las cuales posteriormente son compactadas dentro de la misma
excavacioacuten Por lo tanto existen cuatro variantes seguacuten sea el tipo de excavacioacuten y el tipo
de mezcla
2 La mezcla del suelo y el cemento se realiza en el mismo proceso de perforacioacuten En este
caso la mezcla del agente cementante se realiza con el propio suelo La mezcla puede
realizarse mediante uacutetiles especiales que van mezclando el suelo con una lechada de
cemento o bien usar la teacutecnica del jet grouting mediante un chorro de lechada a alta presioacuten
Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
Este tipo de estabilizacioacuten se realiza principalmente en terrenos con suelos potencialmente
colapsables en los cuales la presencia de cargas adicionales en superficie puede generar
asentamientos adicionales ante un incremento de la humedad del suelo Asiacute una parte del
suelo colapsable superficial ubicado directamente debajo de las fundaciones es excavado
extraiacutedo y reemplazado por otro material maacutes competente Los materiales generalmente
utilizados son los siguientes el mismo suelo extraiacutedo compactado y eventualmente
estabilizado granulomeacutetricamente arena compactada o suelo cemento compactado La
eleccioacuten del tipo de material estaacute condicionado generalmente por variables teacutecnico
econoacutemicas Los espesores de estos mantos son variables (1 a 4 m) dependiendo del tipo de
cargas y de las caracteriacutesticas del proyecto Por ejemplo en algunos proyectos los
condicionantes pueden ser los asentamientos diferenciales (edificios) en cambio en otros
(canales) no soacutelo importa disminuir la probabilidad que se produzca el colapso sino
tambieacuten lograr una capa de suelo maacutes impermeable Este tipo de metodologiacutea ha sido
utilizada con eacutexito en numerosos paiacuteses y en innumerables tipos de obras Tambieacuten es
frecuente el empleo de esta metodologiacutea en forma conjunta con otro tipo de estabilizacioacuten
profunda cuando se presentan mantos de suelos colapsables profundos y con espesores
muy dispares
113 Medidas conducentes a evitar la iniciacioacuten del colapso
Arriba se sentildealaron los tipos de humedecimientos que seguacuten Goldstein (1969) pueden
presentarse en una masa de suelo
a) humedecimiento localizado por rotura de conducciones hidraacuteulicas o infiltraciones de
aguas de lluvia
b) humedecimiento extenso causado por roturas de canales o efluentes industriales
c) ascenso del nivel freaacutetico
d) aumento gradual y lento del contenido de humedad por condensacioacuten del vapor de agua
provocados por condiciones ambientales
Muchos de estos tipos de humedecimientos pueden ser prevenidos principalmente los
primeros pues en general eacutestos son debidos a fallas o roturas de las instalaciones de la
misma construccioacuten En cambio los otros tipos de humedecimientos estaacuten condicionados
por factores externos al proyecto como por ejemplo puede ser el ascenso del nivel freaacutetico
o la rotura de un canal cercano y ajeno al proyecto La accioacuten del proyectista debe estar
encaminada principalmente a impedir dentro de los liacutemites del proyecto la generacioacuten de
estos humedecimientos provocados por elementos de la propia construccioacuten Robinson y
Narkiewicz (1982) sugieren las siguientes medidas de proteccioacuten contra el humedecimiento
de edificios
a) Pendientes adecuadas en la superficie del terreno que rodea a la construccioacuten de modo
que no se produzcan embalsamientos de agua en las cercaniacuteas de las fundaciones y que
cualquier peacuterdida de agua pueda ser eliminada con rapidez
b) Canalizacioacuten de todos los desaguumles de techos y patios hacia el exterior de la
construccioacuten
c) Instalacioacuten de membranas impermeables o pavimentacioacuten de la superase que rodea a la
construccioacuten de modo de limitar la infiltracioacuten de agua en el suelo adyacente a las
construcciones
d) Encerrar las conducciones de agua o efluentes cloacales dentro de conductos de faacutecil
acceso a efectos de detectar posibles peacuterdidas
Algunas de estas medidas requieren una serie de medidas de control y mantenimiento
durante la vida uacutetil de la obra de manera que perioacutedicamente se realicen inspecciones a las
instalaciones y puedan detectarse peacuterdidas o dantildeos en las mismas Tambieacuten es aconsejable
que los propietarios de la obra conozcan perfectamente los riegos a que estaacute expuesta la
misma de modo que su actividad yo descuidos no inicie procesos de humedecimiento del
terreno
Las medidas de proteccioacuten en otros tipos de obras civiles (canales o caminos) tienen la
misma filosofiacutea es decir elementos de proteccioacuten que impidan o dificulten la entrada del
agua en el terreno de fundacioacuten Asiacute por ejemplo en las obras lineales se debe prestar una
especial atencioacuten al disentildeo del sistema de alcantarillado y de desaguumles En algunos casos
estas obras suelen seguir parcialmente las curvas de nivel del terreno convirtieacutendose en
verdaderas presas que impiden el natural escurrimiento de las aguas provocando la
acumulacioacuten de agua en su entorno lo que genera un humedecimiento generalizado del
terreno de fundacioacuten con los consecuentes dantildeos en la obra
Es frecuente que en ciertos tipos de obras como viviendas unifamiliares de una planta o
incluso caminos y canales las uacutenicas medidas a adoptar sean las presentadas en este
apartado ya que la utilizacioacuten de teacutecnicas de mejoramiento o fundaciones profundas
resultan prohibitivas En realidad la mayoriacutea de las obras aludidas se construyen admitiendo
el riesgo de un posible colapso del terreno El buen comportamiento que han tenido la
mayoriacutea de ellas se debe fundamentalmente a que no se ha producido ninguacuten tipo de
humedecimiento En contraste los dantildeos son serios en aquellas obras que los han sufrido
Por todo ello es un deber de los investigadores a ingenieros buscar nuevas soluciones
econoacutemicas que permitan disminuir los riesgos y por ende los dantildeos en este tipo de obras
Uno de los caminos en tal sentido es el estudio de estructuras que absorban o minimicen
los posibles asentamientos diferenciales provocados por el humedecimiento localizado del
suelo sin un aumento excesivo de los costos
114 Estructuras yo fundaciones que admiten y resisten los fenoacutemenos provocados
por el colapso
El anaacutelisis de este apartado se centraraacute principalmente en el estudio de las fundaciones
superficiales en suelos potencialmente colapsables ya que el otro gran grupo de soluciones
fundaciones profundas mediante pilotes seraacute objeto de un examen detallado en los
apartados siguientes
La lista de estructuras que se asientan directamente sobre mantos de suelos potencialmente
colapsables es amplia entre ellas pueden sentildealarse viviendas unifamiliares construcciones
transitorias galpones ductos enterrados canales caminos etc
Las fundaciones directas sobre suelos colapsables pueden ser divididas en dos grupos
a) Fundaciones riacutegidas utilizadas principalmente en estructuras livianas y con cargas
puntuales por ejemplo torres de liacuteneas de alta tensioacuten columnas de naves industriales o
depoacutesitos En general este tipo de estructuras tienen algunos rasgos comunes como son por
ejemplo cargas verticales bajas cargas horizontales importantes y en general suelen
aceptar asentamientos admisibles mayores
b) Fundaciones de baja rigidez longitudinal en este caso se trata de estructuras con cargas
lineales (muros de carga canales etc) con baja rigidez en el sentido de las cargas Este tipo
de estructuras son sensibles a humedecimientos localizados del terreno que generan
asientos diferenciales importantes En general las medidas que suelen tomarse para
disminuir los efectos de los asientos diferenciales son las siguientes disentildeo de elementos
que rigidicen la estructura (Clemence Y Finbarr 1981) y el disentildeo de elementos
constructivos que eviten
RECAPITULACIOacuteN
Definido el concepto de colapso el estudio se ha enfocado al anaacutelisis de los suelos
colapsables por humedecimiento En esta clase particular de suelos metaestables el agente
externo que desencadena el fenoacutemeno de colapso es el agua En estos suelos un incremento
de humedad puede provocar una disminucioacuten o anulacioacuten de las fuerzas que vinculan unas
partiacuteculas con otras y por lo tanto cambiar el estado de equilibrio en la estructura del suelo
El colapso de la estructura del suelo depende fundamentalmente de dos causas a) de la
importancia de los cambios provoca dos por el agua en los viacutenculos existentes entre las
partiacuteculas y b) del estado tensional en los viacutenculos O sea para que se produzca el colapso
es necesario un agente sensibilizante y un estado tensional capaz de provocar la des-
estabilizacioacuten de la estructura del suelo
Por este motivo los meacutetodos que mejor reflejan la susceptibilidad al colapso de un suelo
son aquellos basados en ensayos mecaacutenicos donde ambos factores estaacuten presentes
La gran subdivisioacuten que se hace a los suelos colapsables parte precisamente de verificar
coacutemo es el comportamiento del suelo en su estado tensional original o bajo su propio
peso Si se produce el colapso bajo este estado se indica que el suelo es verdaderamente
colapsable o autocolapsable en cambio si el fenoacutemeno no se produce se sentildeala que el
suelo es candicionalmente colapsable o colapsable bajo carga
En este contexto diversos investigadores introducen el concepto (tambieacuten tensional) de
Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) o Presioacuten de Fluencia Saturada (σf) como aquella
presioacuten a la cual se produce el colapso Desde un punto de vista teoacuterico esta presioacuten deberiacutea
ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero desde un punto de vista praacutectico se
asume que una pequentildea magnitud del colapso es permisible Por ejemplo las normas
Sovieacuteticas Lo toman igual al 100 las Chinas igual al 150 En cambio en Argentina se
utiliza maacutes la Presioacuten de Fluencia Saturada que se obtiene de forma similar a la Presioacuten de
Preconsolidacioacuten No obstante esta diferencia metodoloacutegica en ambos casos el concepto es
el mismo
Con respecto a las metodologiacuteas usadas para establecer la susceptibilidad al colapso de un
suelo o de un perfil de suelo han sido analizadas las que utilizan el concepto de Presioacuten
Inicial de Colapso y la magnitud del colapso Esta seleccioacuten se realizoacute fundamentalmente
por las siguientes causas primero porque se hacen en base a ensayos mecaacutenicos donde
intervienen el agente externo (el agua) y el estado tensional del suelo y segundo porque
permiten establecer ya sea a traveacutes de un perfil de colapsabilidad o la magnitud del
colapso coacutemo seraacute realmente el comportamiento del terreno ante las solicitaciones
producidas por la obra de ingenieriacutea
Los perfiles de colapsabilidad relacionan en profundidad el peso propio de las tierras con
la Presioacuten Inicial de Colapso esto permite determinar el espesor de suelos autocolapsables
o el espesor de los suelos que colapsaraacuten si ademaacutes del humedecimiento se aumenta el
estado tensional Estos perfiles son de gran ayuda al proyectista de fundaciones en suelos
colapsables dado que le permiten conocer en forma global la magnitud del problema al que
estaacute enfrentado No obstante su utilidad no termina alliacute sino que por el contrario estos
perfiles le permiten tomar decisiones sobre cuaacuteles son las soluciones ingenieriles maacutes
convenientes del proyecto Pues con su ayuda se podraacute seleccionar el meacutetodo de
mejoramiento del terreno la cota de fundacioacuten de una fundacioacuten profunda la magnitud de
la carga por rozamiento negativo etc
La determinacioacuten de la magnitud del colapso de un perfil de suelo usada como
metodologiacutea de clasificacioacuten tambieacuten es de utilidad en el disentildeo de construccioacuten de obras
de ingenieriacutea en suelos colapsables Sobre todo en la caracterizacioacuten del terreno de grandes
aacutereas ya sea en obras lineales (canales caminos etc) o puntuales (complejos fabriles obras
hidraacuteulicas etc) dado que cada perfil de suelo estaacute caracterizado por un paraacutemetro lo cual
permite el manejo de un nuacutemero importante de informacioacuten Obviamente esta metodologiacutea
tambieacuten es de gran use en cualquier tipo de obras independientemente de su tamantildeo a
importancia
En un abundante nuacutemero de proyectos no es suficiente haber realizado una caracterizacioacuten
o clasificacioacuten del terreno sino que es necesario determinar la magnitud de los
asentamientos que pueden producirse en las obras Los asentamientos por colapso depende
baacutesicamente de dos tipos de factores intriacutensecos y extriacutensecos
Se sentildealan como intriacutensecos aquellos factores propios del suelo como son sus propiedades
fiacutesicas y mecaacutenicas El comportamiento del suelo dependeraacute del tipo de estructura o la
forma en que estaacuten ordenadas las partiacuteculas del grado de compacidad del tipo de viacutenculos
que unen grano con grano etc Estos factores en general no se encuentran
homogeacuteneamente distribuidos por lo cual los paraacutemetros que definen sus propiedades
tenso-deformacionales pueden sufrir variaciones locales importantes
Los factores externos que influyen en la magnitud de los asentamientos son dos el aacuterea
inundada y el estado tensional Estos dos factores influyen considerablemente en la
magnitud de los asentamientos por colapso y por tal motivo deben ser analizados
especiacuteficamente en los caacutelculos Respecto al primero de los factores a pesar que se han
realizado importantes trabajos teoacutericos la informacioacuten experimental indica que todaviacutea
existe cierta indeterminacioacuten en su estimacioacuten Por tal motivo la influencia del aacuterea
inundada en la magnitud de los asentamientos se limita a realizar correcciones de tipo
empiacuterico En cuanto a la influencia que el estado tensional tiene en los asentamientos las
investigaciones se han centrado especialmente en el estudio de cargas externas (zapatas) en
la superficie del terreno
ENSAYOS ldquoin siturdquo Perforacioacuten y muestreoEnsayos ldquoin siturdquo
o Ensayo de penetracioacuten estandar (SPT)o Ensayo de penetracioacuten de cono (CPT + CPTu)o Dilatoacutemetro de placa plana (DMT)o Presuroacutemetro (PMT)o Corte en veleta (VST)10487131048713 Meacutetodos geofiacutesicoso Ondas siacutesmicas (P- S- R-waves)o Electromagneacuteticas (radar resistividad)
EQUIPOS AUTOPROPULSADOS
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)1048713El ensayo ldquoin siturdquo maacutes comuacuten en el mundo10487131902 - Coronel Gow de Raymond Pile Co1048713 Muestreador ciliacutendrico partido1048713 Norma ASTM D 15861048713 Martillo (140-lbs cae 30 pulgadas) (635-kg cae 076 metros)1048713 Tres incrementos de 6 pulgadas Suma de los dos uacuteltimos incrementos = N (golpespieacute)
Se obtiene suelo y
un nuacutemero
Muestra alterada
(Solo para
caraterizacioacuten)
Nuacutemero muy crudo
para el anaacutelisis
No aplicable en
Ventajas
arcillas blandas y
Limos
Variabilidad e
incertidumbre
se obtiene un nuacutemero
Sencillo y de bajo
Costo
Funciona en muchos
tipos de suelo
Se puede utilizar en
rocas blandas
Disponible
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Estos suelos en condiciones de no saturacioacuten o saturacioacuten parcial presentan continuamente un reacomodo radical de las partiacuteculas y una gran peacuterdida de volumen por remojo osea al entrar al estado de saturacioacuten completa La existencia de estos suelos en el mundo y las dificultades ocasionadas a las edificaciones cimentadas sobre ellos han sido reconocidos ampliamente Los depoacutesitos maacutes extensos de suelos colapsables son eoacutelicos o depoacutesitos transportados de arena y limos (loess)Se puenden encontrar comuacutenmente en las maacutergenes fluviales
Desventajas
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Depoacutesitos eoacutelicos Estos depoacutesitos consisten en materiales transportados por el viento el cual forma dunas depoacutesitos tipo loess playas eoacutelicas y grandes depoacutesitos de ceniza volcaacutenica
Depoacutesitos transportados por agua Consisten principalmente de depoacutesitos de sedimentos sueltos a carreados por el agua los cuales forman abanicos fluviales y flujos deslizantes Estos materiales pueden ser depositados por una avenida repentina o flujo de lodo derivado de pequentildeas cuencas colectoras sujetas a aguaceros poco frecuentes
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Suelos residuales Estos suelos son producto del intemperismo y la
desintegracioacuten y alteracioacuten mecaacutenica de rocas madres Las partiacuteculas de
material residual pueden variar de tamantildeo de grandes fragmentos de
gravas a arenas limos coloides y en algunos casos material orgaacutenico
La estructura del grano colapsable se ha desarrollado como producto de
la accioacuten disolvente sobre el material soluble y coloidal La lixiviacioacuten del
material soluble y del material fino conduce a una alta relacioacuten de vaciacuteos
y a una estructura inestable Otro tipo de suelo que muestra colapso al
remojo son aquellos derivados de tufo volcaacutenico
sulfato de calcio arenas sueltas cementadas por sal soluble arcillas
dispersivas y arcillas montmorilloniacuteticas ricas en sodio
CAUSAS QUE GENERARIacuteAN DICHO COMPORTAMIENTO- Estructura parcialmente saturada potencialmente inestable- Una componente de esfuerzo aplicado o existente lo suficientemente alta para desarrollar una condicioacuten metaestable- Un ligante resistente o un agente cementante para estabilizar contactos intergranulares el cual se reduce por remojo ocasionando el colapso La mayoriacutea de suelos colapsables involucra la accioacuten de partiacuteculas arcillosas en los enlaces entre los granos gruesos de arena-Agentes cementantes tales como oacutexido de hierro carbonato de calcio o la soldadura de granos en contacto proporcionan esfuerzos resistentes para muchos suelos colapsables La accioacuten de este cementante es frecuentemente el agente principal de colapso en loess El grado al cual el agente cementante pierde su efectividad depende del grado de contaminacioacuten del ingreso del agua y del grado de disolucioacuten del agente cementante involucrado
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
CONSOLIDOacuteMETRO PARA ENSAYO DE COLAPSO
Se procede a cortar el suelo de acuerdo con las dimensiones del anillo
del ensayo de consolidacioacuten unidimensional Determinar sus
propiedades fiacutesicas tales como humedad natural peso volumen
gravedad especiacutefica de soacutelidos liacutemites de consistencia distribucioacuten
granulomeacutetrica seguacuten las normas
Se instala la muestra en el anillo del consolidoacutemetro despueacutes de haber
determinado el peso inicial de la masa huacutemeda y altura de la muestra y
fijar el conjunto anillo-muestra en el consolidoacutemetro Aplicar una carga
de contacto 005 kgcm2 (5 Kpa) despueacutes de 5 min tomar lectura del
deformiacutemetro aplicar incrementos de carga a cada hora hasta que se
aplique la presioacuten vertical apropiada Los incrementos de carga seraacuten
012 025 050 100 200 etc Kgcm2 (12 25 50 100 200 etc) o
cargas de acuerdo al meacutetodo de ensayo ASTM D2435 registrar la
deformacioacuten antes de incrementar una nueva carga
Determinacioacuten del potencial de colapso
donde
di = lectura del dial con el esfuerzo adecuado antes de la saturacioacuten (mm)
df = lectura del dial bajo el esfuerzo adecuado despueacutes del humedecimiento (mm)
ho = altura inicial de la muestra (mm)
Tmbieacuten se puede evalua en teacuterminos de relacioacuten de vaciacuteos
dondeΔe = cambio de relacioacuten de vaciacuteos bajo el esfuerzo adecuado antes y despueacutes de la inundacioacuteneo = relacioacuten de vaciacuteo inicialLa evaluacioacuten de un suelo colapsable seraacute de acuerdo a la siguiente tablaCon todo lo epxlicado concluimos que el colapso de los suelos es la disminucioacuten moderada de volumen cuando estaacute con bajo contenido de humedad y una gran peacuterdida cuando estaacute sumergido y la magnitud de asentamiento depende del contenido de humedad del suelo En estado sumergido y bajo la aplicacioacuten de cargas verticales los suelos colapsables presentan un mayor asentamiento Los suelos colapsables existen en todo el mundo principalmente en la regiones aacuteridas y semiaacuteridas nuevamente comentando que los depoacutesitos eoacutelicos coluviales residuales tubos volcaacutenicos etc son suelos que pueden ser colapsables
Definicioacuten de colapso Se definen como colapso a cualquier disminucioacuten raacutepida de volumen del suelo producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factoresbull Contenido de humedad (w) bull Grado de saturacioacuten (Sr) bull Tensioacuten media actuante (τ) bull Tensioacuten de corte (σ) bull Presioacuten de poros (u)
TIPOS DE SUELOS COLAPSABLESLos tipos de suelos colapsables son
- Suelos aluviales y coluviales ndash Depositados en ambientes Semi-deseacuterticos por flujos maacutes o menos torrenciales- Suelos eoacutelicos ndash Depositados por el viento son arenas y limos arenosos con escaso cemento arcilloso en una estructura suelta o inestable
- Cenizas volcaacutenicas ndash Provenientes de cenizas arrojadas al aire por actividad volcaacutenica explosiva- Suelos residuales ndash Derivados de la descomposicioacuten in ndash situ de minerales de ciertas rocas son luego lixiviados por el agua y pierden su cemento
CONSECUENCIAS EN CIMENTACIONES
Patologiacuteas en cimentaciones Posibles causas
Introduccioacuten
De todos los posibles tipos de patologiacutea que puede sufrir la edificacioacuten las estadiacutesticas demuestran que son las patologiacuteas ligadas a las cimentaciones las que mayores costes globales conllevan Ademaacutes tienen gran repercusioacuten social lo que las hace maacutes notorias por la complejidad propia de su reparacioacuten porque suponen una fuerte alteracioacuten y hasta interrupcioacuten del uso del inmueble y porque suelen involucrar a colindantes e incluso poderes puacuteblicos Urge como en ninguacuten otro caso determinar las causas y cuanto antes dar una solucioacuten al problema
Causas intriacutensecas de fallos de cimentacioacuten
Se agrupan aquiacute los fallos de cimentacioacuten consecuencia de la interaccioacuten entre el terreno y la propia cimentacioacuten de la construccioacuten afectada
Defectos de proyecto
Son errores de concepcioacuten de disentildeo o caacutelculo del proyecto Son errores previsibles por lo que si se tienen en cuenta en el disentildeo y caacutelculo de la edificacioacuten el riesgo de que provoquen dantildeos se minimizaEnumeramos aquiacute no todas pero siacute algunas de las posibles causas de problemas derivadas del proyectobull Falta de capacidad de carga cimentacioacuten insuficiente o capacidad
de carga del suelo insuficientebull Esfuerzos no contemplados por ej por olvido de algunas
sobrecargas de explotacioacutenbull Conocimiento insuficiente del suelo Lo que deriva en la ignorancia
de riesgos especiales geoteacutecnicos Las causas pueden ser escasez de reconocimientos previos del terreno mala interpretacioacuten de los mismos no consideracioacuten de los fenoacutemenos de agresividad etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Cobra importancia en terrenos con especiales caracteriacutesticas
Arcillas expansivas
Suelos colapsables
Rellenos antroacutepicos
Suelos blandos naturales
Infravaloracioacuten del riesgo geoteacutecnico conocido eacuteste Casos asiacute pueden ser desprecio de los efectos que produce la falta de homogeneidad de un suelo o las distintas profundidades de aparicioacuten de la roca en planta desprecio de los efectos de la potencial expansividad o de posible subpresioacuten o fenoacutemenos de subsidencias procesos de disolucioacuten etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONESbull Defectos en la evaluacioacuten del terreno asientos calculados no
tolerables por la estructura esfuerzos paraacutesitos en pilotes (olvido del efecto de asiento de terrenos flojos o rellenos recientes) etc
bull Efecto grupo en pilotes defectuosa estimacioacuten del efecto grupo en pilotes flotantes no consideracioacuten de los esfuerzos laterales o del rozamiento negativo etc
bull Ausencia de consideracioacuten del bulbo de tensiones de la cimentacioacuten propia y su alcance Pero tambieacuten de cimentaciones colindantes que podriacutean suponer una carga oblicua sobre nuestra cimentacioacuten habraacute que considerarla en caacutelculo y prever un proceso constructivo adecuado (no vayamos a provocar dantildeos a otras edificaciones)
bull Ignorancia de las condiciones de contorno es decir no consideracioacuten de las condiciones del entorno de la estructura
proyectada posibles socavaciones arrastres descalces agotamientos rebajamientos de nivel freaacutetico etc
bull Heterogeneidades distribucioacuten irregular de las cargas o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentacioacuten
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Defectos de ejecucioacuten
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecucioacuten de eacutestos Los defectos de ejecucioacuten normalmente responden a un deficiente Control de Calidad Por tanto en principio son evitablesAlgunos errores de ejecucioacuten podriacutean serbull Apreciacioacuten erroacutenea de los estratos resistentes confundidos con
capas de poco espesor bolos erraacuteticos etcbull Errores de replanteo bull Mala calidad de los materiales en especial hormigones Deterioro
de zapatas losas o muros por escasa calidad de los materiales grietas de retraccioacuten por mala dosificacioacuten del hormigoacuten materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto etc
bull Degradacioacuten del material suele ir unido al anterior hormigoacuten no resistente a la agresividad del terreno recubrimientos insuficientes madera metal etc
bullCAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Lavado del hormigoacuten en cimentaciones superficiales o profundas colocado en presencia de aguas en movimiento
Errores en la colocacioacuten de armaduras confusioacuten de diaacutemetros de armado ausencia de separadores etc
Problemas de fraguado unidos a errores de vertido de dosificacioacuten de curado
Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio cortadas lavadas) o de baja calidad y excesiva carga portante de caacutelculo
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
El objetivo de todo este apartado no ha sido explicar el mecanismo uacuteltimo del colapso sino
maacutes bien tratar de comprender a traveacutes de ejemplos simples y factibles coacutemo la entrada de
agua en una estructura metaestable origina una desestabilizacioacuten o sensibilizacioacuten en la
resistencia existente entre los viacutenculos
Tampoco se ha pretendido hacer una revisioacuten exhaustiva de todos los mecanismos que
diversos investigadores han propuesto para explicar el fenoacutemeno del colapso sino tomar en
consideracioacuten aquellos maacutes documentados y que mejor se adaptan al caso de suelos
loeacutessicos con estructura macroporosa que seraacuten objeto de un especial anaacutelisis en estas
notas
5 COLAPSO RELATIVO
Con referencia al Colapso Relativo (δcol) existe una aparente anarquiacutea tanto en su
denominacioacuten como en la forma de calcularlo En se sentildealan algunas de las maacutes conocidas
Del anaacutelisis de las diferentes ecuaciones se advierte que la uacutenica diferencia en el caacutelculo
radica en el denominador o valor de referencia que se elija altura inicial de la probeta (h0)
la altura de la probeta a humedad natural cargada a una presioacuten igual al peso propio de las
tierras (h1) o la altura de la probeta antes de la inundacioacuten cargada a una presioacuten a
σ(wHN) Esta variedad de definiciones es aparente dado que para el caso del caacutelculo de la
magnitud del asentamiento debido solamente al peso propio de las tierras dos de las
ecuaciones se hacen iguales puesto que para ese caso particular h1= hHN a incluso suele
suceder que h es aproximadamente igual a h0
En lo sucesivo se utilizaraacute la siguiente ecuacioacuten para definir el Colapso Relativo (δcol)
h HN= Altura de la probeta a humedad natural (antes de la inundacioacuten) cargada a una
presioacuten cualquiera σ
hSAT = Altura de la probeta saturada (despueacutes de producido el colapso) cargada a la
presioacuten σ
h = Altura de la probeta a humedad natural cargada a una presioacuten axial igual al peso propio
de las tierras
SUELOS AUTOCOLAPSABLES Y POTENCIALMENTE COLAPSABLE
En el graacutefico semilogariacutetmico que representa el comportamiento de un suelo un ensayo a
compresioacuten confinada realizado sobre en condicioacuten saturada se puede observar un quiebre
en la curva de compresibilidad La presioacuten axial a la cual se produce este quiebre o este
cambio de comportamiento se la denomina Presioacuten de Fluencia Saturada o Presioacuten Inicial
de Colapso En principio se establece que para presiones menores a esta el suelo tiene un
comportamiento elaacutestico y los asentamientos por colapso son bajos y nulos Por el
contrario para presiones mayores a la de Fluencia el suelo tiene un comportamiento elaacutesto-
plaacutestico y los asentamientos por colapso son importantes
Se dice que un suelo es auto colapsable cuando la presioacuten de tapada o geoestaacutetica (σ0) es
superior a la Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) Esto quiere decir que cuando en ese suelo
se produzca el humedecimiento se produciraacuten asentamientos importancia con solamente la
accioacuten de su peso propio
Se designa con suelos potencialmente colapsable a aquellos suelos en los que la presioacuten de
tapada o geo-estaacutetica (σ0) es menor a la Presioacuten Inicial de Colapso
7 PERFILES DE COLAPSIBILIDAD
Lo realmente interesante de los conceptos antes enunciados radica fundamentalmente en
que han permitido generar una metodologiacutea de anaacutelisis de los perfiles con suelos
susceptibles al colapso
Este anaacutelisis permite confrontar a cada profundidad considerada la magnitud de la Presioacuten
Inicial de Colapso (σicol) con la Presioacuten total (σT) igual a la suma de la presioacuten debida a la
carga aplicada (Δσ) maacutes la presioacuten por peso propio (σ0)
En (26) se presenta un perfil de suelo en el que se ha dibujado la variacioacuten de ambas
presiones (la Presioacuten Inicial o de Fluencia y la Presioacuten Total) en funcioacuten de la profundidad
para dos estados de cargas en el correspondiente a las presiones geostaacuteticas y en el
correspondiente a las presiones totales provocadas por una carga en la superficie del
terreno
A partir del anaacutelisis de estas curvas pueden establecerse por ejemplo los espesores de los
suelos que autocolapsaraacuten por humedecimiento y aquellos que colapsaraacuten si ademaacutes de la
saturacioacuten se aumentan las cargas y consecuentemente clasificar los suelos en sus
diferentes grupos suelos verdaderamente colapsables (autocolapsables) o suelos
condicionalmente colapsables (colapsables bajo cargas externas)
Aun cuando el valor de la Presioacuten Inicial sea aproximado este tipo de anaacutelisis es de
fundamental intereacutes en el disentildeo de los diferentes tipos de cimentaciones ya que se podraacute
conocer cuales seraacuten en forma aproximada los principales problemas que se presentaraacuten
en el disentildeo de las obras permitiendo de esta
forma elegir correctamente el tipo de cimentacioacuten o el meacutetodo de mejoramiento del suelo a
emplear para disminuir o anular la susceptibilidad al colapso
8 MAGNITUD DEL ASENTAMIENTO POR COLAPSO
81 Definiciones
La magnitud del asentamiento por colapso producido por humedecimiento del terreno
depende seguacuten Grigoryan y Ivanov (1968) tanto de
1048713 Factores intriacutensecos del suelo (caracteriacutesticas fisico-mecaacutenicas) y de
1048713 Factores externos al suelo (estado tensional y el aacuterea inundada)
Se define al asentamiento adicional por colapso (Wcolt) de un manto de suelos
colapsables de espesor Ht a la sumatoria
donde
Ht = H1+H2+ = Hj+Hn
Hj = Espesor del estrato j
Wcolj = Asentamiento adicional por colapso del estrajo j
δcolj = Colapso relativo del estrato j a la presioacuten σzj
σzj = Presioacuten total (peso propio + incremento de presioacuten) en el estrato j
82 Caracteriacutesticas fiacutesico-mecaacutenicas
Un aspecto importante del comportamiento de este tipo de suelos y que por lo tanto
influyen en la magnitud de los asentamientos es su marcada heterogeneidad Los suelos
loeacutessicos colapsables en cierto entorno suelen considerarse como suelos homogeacuteneos pero
en realidad poseen una apreciable heterogeneidad extendida dentro de la masa Algunos de
estos aspectos pueden ser puestos en evidencia a traveacutes de ensayos geoteacutecnicos
La determinacioacuten de los paraacutemetros tenso-deformacionales como el colapso relativo (δcol)
puede diferir seguacuten Abelev y Abelev (1979) de 15 a 2 veces incluso si se lo hace a partir
de probetas gemelas talladas de un uacutenico bloque de suelo
Esto soacutelo se explica a traveacutes de la gran heterogeneidad local que presentan estos suelos en
los cuales existen macroporos dejados por raiacuteces o insectos y concreciones aisladas de
carbonatos etc que pueden hacer variar las caracteriacutesticas deformacionales en oacuterdenes de
magnitud de los arriba sentildealados Otro aspecto que sentildealan Bally et al (1969) es la
heterogeneidad en la variacioacuten local de las caracteriacutesticas quiacutemicas y mineraloacutegicas las
cuales son difiacuteciles de ser advertidas por meacutetodos usuales de investigacioacuten Para corroborar
todo este tipo de heterogeneidades en (30) se muestran liacuteneas de igual asentamiento para
un estanque experimental de 30 mestros de lado al cabo de 3 meses de continua inundacioacuten
Pueden observarse asentamientos diferenciales de hasta 60 cm Esto induce a pensar que
aunque las propiedades tenso deformacionales pudieran ser aproximadamente constantes
viacuteas preferenciales de humedecimiento (canaliacuteculos verticales dejados por raiacuteces de
hierbas) pueden saturar mayores espesores o presentar curvas de iso saturacioacuten apartadas
del modelo teoacuterico
En resumen una de las caracteriacutesticas principales que deben tenerse siempre en cuenta en
el caacutelculo de la magnitud de los asentamientos por colapso es que estos frecuentemente no
seraacuten uniformes ya sea por las causas antes expuestas como por otros factores como por
ejemplo la dimensioacuten del aacuterea inundada
83 Aacuterea inundada
Otro de los aspectos que influyen considerablemente en la magnitud de los asentamientos
por colapso son el tipo de humedecimiento que se realice dentro de la masa del suelo y las
dimensiones del aacuterea humedecida Golacutedstein (1969) distingue cuatro tipos de
humedecimientos
1 Humedecimiento localizado del suelo a poca profundidad debido generalmente a la
rotura de conducciones hidraacuteulicas de las construcciones En estos casos es casi imposible
predecir a priori la forma en planta y en corte de estos humedecimientos y por lo tanto
hacer una estimacioacuten de la magnitud de los asentamientos y su distribucioacuten en planta
2 Humedecimiento extenso de todo el perfil del suelo causado por una importante
infiltracioacuten de agua (rotura de canales o efluentes industriales) Los asentamientos en estos
casos pueden ser importantes y dantildeinos para las construcciones especialmente cuando los
asentamientos son desiguales
3 Una elevacioacuten uniforme del nivel freaacutetico debido generalmente a una recarga del freaacutetico
causado por una fuente lejana
4 Un aumento gradual y lento del contenido de agua debido por ejemplo a la
condensacioacuten del vapor y una acumulacioacuten de humedad causada por cambios en las
condiciones ambientales (pavimentacioacuten de la superficie del terreno)
En cuanto a la forma y las dimensiones del aacuterea humedecida se ha demostrado
experimentalmente que los asentamientos por colapso calculados con la ecuacioacuten indicada
arriba son soacutelo aplicables cuando la superficie de saturacioacuten o fuente de humedecimiento
es del orden de 23 a 1 vez el espesor de los sedimentos colapsables (Krutov y Dyakonov
1973) En cambio cuando esta relacioacuten es menor y la zona humedecida se aparta de la
supuesta unidimensional los asentamientos reales son sustancialmente menores a los
calculados
Por tal motivo algunos investigadores coinciden en afirmar que dicha ecuacioacuten debe estar
afectada de un coeficiente (m) que tenga en cuenta el tipo la forma y las dimensiones del
aacuterea humedecida
m = f (B L Z)
donde B y L son el ancho y largo de la fuente de inundacioacuten y Z el espesor de la zona
humedecida Asiacute en la ex URSS es habitual afectar a los asentamientos calculados por un
coeficiente llamado de condiciones de campo o de operacioacuten
Este coeficiente es pues la relacioacuten entre el asentamiento real medido en el terreno y el
calculado De modo que
84 Estado tensional
La magnitud del asentamiento adicional por colapso es funcioacuten de la tensioacuten actuante en el
manto de suelo considerado Si se analiza el caso particular de una zapata apoyada sobre la
superficie del terreno el asentamiento adicional por colapso seraacute funcioacuten de la forma y las
dimensiones de aacuterea cargada del espesor del manto susceptible al colapso y del tipo y la
forma de la zona humedecida Sin embargo se ha comprobado experimentalmente que si el
espesor de los mantos de suelos colapsables que se encuentran por debajo de la zona
comprimida es suficientemente importante como para que pueda colapsar por peso propio
la amplitud del asentamiento no depende praacutecticamente de la forma y de las dimensiones de
las fundaciones (Abelev y Abelev 1979)
En las numerosas experiencias realizadas sobre zapatas a escala real se ha comprobado que
los asentamientos adicionales por colapso medidos pueden llegar a ser entre 15 a 2 veces
mayores que los calculados sobre todo en zapatas con anchos inferiores a los 20 m de
ancho (Abelev y Abelev 1979)
Estas divergencias entre el valor de los asentamientos calculados y los reales pueden
atribuirse a varios factores entre los cuales pueden sentildealarse
c) La eleccioacuten del espesor del manto de suelos colapsables o susceptibles a sufrir un
asentamiento adicional ha sido largamente discutido Asiacute Kodrynova (1969) en base a
ensayos de zapatas a escala real pudo establecer las dimensiones de la zona realmente
deformada Confirmando que la profundidad de la zona deformada era menor que la
profundidad que por ejemplo estableciacutean las Normas Sovieacuteticas vigentes en ese momento
Estas Normas haciacutean soacutelo consideraciones tensionales y fijaban la profundidad del manto
como aqueacutella para la cual la relacioacuten entre el valor de la carga adicional debida a la zapata
(Δσ) y el de la presioacuten natural (σ0) se haciacutean igual a 020 Kodrynova (1969) comproboacute
que el criterio maacutes adecuado para establecer este espesor era usar el concepto de resistencia
estructural o Presioacuten Inicial de Colapso sugerido por Abelev en 1968 Asiacute observoacute que la
zona deformada se correspondiacutea muy bien con aquellos lugares donde los valores de
tensiones totales (σz) eran mayores al valor de la Presioacuten Inicial de Colapso (δicol) Por
tanto concluyoacute que el espesor Zo puede definirse como la profundidad en la cual se
comprueba que
Esto coincide con lo advertido por Grigoryan (1967) en ensayos de zapatas cuadradas y
rectangulares en donde solamente se observaron asentamientos en la masa del suelo
cuando la tensioacuten actuante era mayor al valor de la Presioacuten Inicial de Colapso (δicol)
Por lo tanto se puede concluir que no existen reglas praacutecticas -como las que existen en
otros tipos de suelos- que puedan dar valores indicativos de la relacioacuten entre el ancho de la
cimentacioacuten y el espesor del manto deformable Sin embargo de lo que siacute hay abundante
evidencia es que la zona deformada generalmente aumenta cuando aumenta el contenido de
humedad (Tsytosich et al 1979)
b) La distribucioacuten de tensiones en la masa de un suelo colapsable provocada por una zapata
riacutegida se asemeja a la de un medio seminfinito y elaacutestico (error entre 20 a 30) soacutelo
cuando el suelo estaacute a humedad natural y la tensioacuten no sobrepasa los 30 kgcm2
(Grigoryan 1967) Tsytosich et al (1979) comprobaron experimentalmente esta afirmacioacuten
observando que a posteriori de la inundacioacuten del suelo el cambio tensional sobre la vertical
en el borde y en el centro de la zapata aumentan Se advierte que durante el proceso de
inundacioacuten del suelo ubicado debajo de la zapata se produce una concentracioacuten de
tensiones bajo la zapata disminuyendo el aacuterea en donde se distribuyen las cargas Seguacuten
Abelev y Abelev (1979) esto puede explicarse porque las relaciones tensioacuten-deformaciones
de los suelos macroporosos no son lineales a estos niveles de tensioacuten
9 METODOS DE IDENTIFICACIOacuteN
91 Aspectos generales
A partir de la deacutecada de los antildeos 50 se generoacute una preocupacioacuten manifiesta por parte de
diferentes investigadores en identificar y clasificar la potencialidad al colapso en los
distintos suelos
Estos intentos a escala mundial se han enfrentado fundamentalmente con dos
inconvenientes o limitaciones como son
1 La gran variedad de tipos de suelos que colapsan por humedecimiento Asiacute por
ejemplo meacutetodos probados en ciertos paiacuteses o regiones en determinados tipos de suelos no
han podido hacerse extensivos a suelos de otras zonas cuyo origen geoloacutegico y geneacutetico es
francamente diferente
2 La frecuente heterogeneidad de los suelos colapsables por humedecimiento En este
sentido hay coincidencia entre los investigadores que han estudiado suelos colapsables de
distinto origen geoloacutegico Asiacute pueden encontrarse referencias tanto en investigadores que
analizaron suelos lateriacuteticos o de origen eoacutelico como el loess (Abeley y Abeley 1979
Moretto 1986) que en principio suelen considerarse como suelos homogeacuteneos Es
frecuente encontrar una variacioacuten en el grado de cementacioacuten (por ejemplo debido a
carbonatos) en soacutelo algunos centiacutemetros En otros casos esta heterogeneidad es debida a la
presencia de grandes macroporos dejados por raiacuteces o insectos
Esto ha llevado a una gran variedad de metodologiacuteas para establecer la susceptibilidad al
colapso de los suelos y una anarquiacutea en la terminologiacutea empleada en los diferentes paiacuteses
para su clasificacioacuten Sin embargo en la mayoriacutea de los casos los diferentes investigadores
o coacutedigos han tendido a discretizar el comportamiento del suelo frente al colapso en dos
grupos suelos que colapsan bajo peso propio y suelos que colapsan bajo una carga mayor
Rocca (1985) ha confeccionado una tabla de equivalencias con la denominacioacuten que
reciben en los distintos paiacuteses
82 Clasificacioacuten de los meacutetodos de identificacioacuten de suelos colapsables
En cuanto a los tipos de meacutetodos de identificacioacuten propiamente dichos varios han sido los
enfoques que se han propuesto Estos podriacutean clasificarse en tres grupos
1048713 Meacutetodos basados en paraacutemetros fiacutesicos de identificacioacuten de suelos tales como Peso
Unitario Liacutemites de Consistencia Granulometriacutea etc
1048713 Meacutetodos basados en ensayos mecaacutenicos principalmente en ensayos edomeacutetricos
1048713 Meacutetodos basados en la magnitud del colapso
Existe una abundante bibliografiacutea sobre los diferentes meacutetodos de clasificacioacuten a
identificacioacuten en las cuales se ha realizado un anaacutelisis criacutetico sobre los diferentes meacutetodos
como las ya referidas de Rocca (1985) y Redolfi et al (1986) y otras como las de Sultan
(1969) Reginatto (1970 1974) Loacutepez Corral (1977) Jimeacutenez Salas (1987) y Lutenegger y
Saber (1988) Por lo tanto en este apartado no se insistiraacute en ello sino maacutes bien se haraacute un
enfoque general del problema y se presentaraacuten aquellos conceptos v meacutetodos que
posteriormente seraacuten utilizados en el desarrollo de estas notas
Meacutetodos basados en paraacutemetros fiacutesicos de suelos
En general la mayoriacutea de estos meacutetodos de identificacioacuten tienen maacutes bien un caraacutecter
cualitativo que cuantitativo pretendiendo ubicar el suelo analizado en algunos de los
grupos mencionados en (36) La clasificacioacuten consiste habitualmente en establecer si el
suelo es autocolapsable (colapsable bajo su propio peso) o bien si es condicionalmente
colapsable (colapsable bajo carga externa)
En estas notas solamente se analizaraacuten tres de ellos que tienen en comuacuten que relacionan el
liacutemite liacutequido y el peso unitario seco
a) Denison (1961) establece el Coeficiente de Colapso (k) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando la relacioacuten de vaciacuteos del suelo en estado natural (e) es mayor
que la relacioacuten de vaciacuteos correspondiente al Liacutemite Liacutequido (eL )
b) Gibbs (1961) establece una Relacioacuten de Colapso (R) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando la humedad de saturacioacuten del suelo (wSAT) es mayor que el
Liacutemite Liacutequido (wL )
c) Coacutedigo de edificacioacuten de la URSS (1962) establece un Indice de Colapso (R) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando R es mayor de -010
En se han superpuesto los puntos correspondientes a pares de valores del peso unitario
seco y el Liacutemite Liacutequido de suelos de la ciudad de Coacuterdoba Argentina (Redolfi et al
1986) De ella se desprende que los valores de los paraacutemetros obtenidos son valores tiacutepicos
de la formacioacuten loeacutessica de Coacuterdoba y que para todas las metodologiacuteas aquiacute presentadas la
gran mayoriacutea de los suelos son colapsables puesto que estaacuten incluidos dentro de las zonas
que los clasifican colapsables
Meacutetodos basados en ensayos edomeacutetricos
Estos meacutetodos estaacuten basados en la Presioacuten Inicial de Colapso o Presioacuten de Fluencia La
determinacioacuten del grupo al cual pertenece el suelo estudiado (auto colapsable o colapsable
bajo carga) se realiza comparando la presioacuten de tapada o geostaacutetica con la presioacuten a la cual
se produce el colapso Asumiendo como hipoacutetesis que el colapso por humedecimiento
ocurre soacutelo a partir de una cierta presioacuten por encima de la cual la resistencia estructural del
suelo es superada
La magnitud de esta presioacuten para la cual se produce el desmoronamiento de la estructura
del suelo ha sido designada por algunos autores como
1048713 Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) (Abelev y Abelev 1979) o
1048713 Presioacuten de Fluencia Saturada (σf sat) (Reginatto 1970)
Experimentalmente se ha demostrado que cuando la presioacuten total en el suelo (σt) ya sea
por cargas externas yo peso propio es menor que esta magnitud no se producen
asentamientos de colapso por humedecimiento Krutov y Tarasova (1964) sentildealan
acertadamente que desde un punto de vista teoacuterico la Presioacuten Inicial de Colapso o Presioacuten
de Fluencia deberiacutea ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero concluyen que
desde un punto de vista praacutectico una pequentildea magnitud de colapso puede asumirse como
permisible Siguiendo este concepto por ejemplo las Normas Sovieacuteticas SNIP definen a la
Presioacuten Inicial de Colapso como aquella presioacuten para la cual en una probeta instalada en un
edoacutemetro se produce un colapso relativo unitario igual a 001 o porcentual del 100
δicol = 001 = 10
En se han representado las curvas presioacuten-deformaciones unitarias de dos ensayos
edomeacutetricos del mismo suelo uno a humedad natural y el otro en estado saturado El
colapso relativo (δicol) es igual a
δicol = εHN - εSAT
donde εHN = Deformacioacuten unitaria a humedad natural
εSAT = Deformacioacuten unitaria en estado saturado
En tanto Reginatto (1970) define a la Presioacuten de Fluencia saturada de un suelo colapsable
de la misma forma en que se establece la presioacuten de preconsolidacioacuten de una arcilla
saturada en un ensayo edomeacutetrico
En se presenta la correlacioacuten que realizan Lin y Wang (1988) entre los valores de la
Presioacuten de Fluencia Saturada y la Presioacuten Inicial de Colapso (el Coacutedigo Chino la establece
para un valor de δicol = 150) Se puede observar que aproximadamente se establece una
relacioacuten directa entre ellas Esto no es de extrantildear puesto que conceptualmente ambas
definiciones tratan de fijar la presioacuten a la cual la estructura del suelo saturado comienza a
colapsar
Los numerosos intentos realizados en ensayos in situ para comprobar la validez de esta
hipoacutetesis (Krutov y Tarasova 1964 Abelev y Abelev 1979) parecen indicar a primera
vista que las predicciones tienen buen acuerdo con la realidad en muchos casos pero en
cambio en otros la diferencia entre lo predecido y lo sucedido es importante sobre todo en
aquellos casos referidos al colapso por peso propio
Meacutetodos basados en la magnitud del asentamiento por colapso
Los meacutetodos basados en la magnitud del asentamiento por colapso se fundan en determinar
la magnitud del mismo de un perfil de suelos en un lugar determinado debido solamente a
su peso propio
Asiacute por ejemplo la Clasificacioacuten Rumana de Suelos Loeacutessicos Colapsables (LCS) define
el Potencial Total de Colapso (Img) (Bally et al1973) como
donde Hj es el espesor del estrato j en metros y img es el asentamiento edomeacutetrico
adicional de una muestra de estrato j inundada a una presioacuten igual al peso propio de las
tierras (σ0 ) expresado en cmm
El Coacutedigo de Construccioacuten de Edificios de la Repuacuteblica Popular China en regiones de
suelo colapsables sigue un criterio similar (Lin y Liang 1982 Lin y Wang 1988) La
evaluacioacuten de la susceptibilidad al colapso en un determinado sitio se realiza en dos etapas
En primer lugar se evaluacutea su aptitud al autocolapso y se determina el Tipo de sitio (Tipo
1 o Tipo 2)
La magnitud del colapso por peso propio Δzc se obtiene de forma similar a la utilizada por
Bally et al (1973) en Rumania sumando los asentamientos individuales de los n estratos
colapsables del perfil
donde Hj es el espesor de estrato en cm y δzsj es el coeficiente de colapsabilidad del estrato
j en cmcm o en por ciento obtenido por medio de ensayos edomeacutetricos en los cuales
primero se carga el suelo hasta la presioacuten por peso propio y luego se inunda la muestra
donde Hj es el espesor de estrato en cm y δzsj es el coeficiente de colapsabilidad del estrato
j en cmcm o en por ciento obtenido por medio de ensayos edomeacutetricos en los cuales
primero se carga el suelo hasta la presioacuten por peso propio y luego se inunda la muestra
La sumatoria soacutelo tiene en cuenta aquellos valores de δzs jmayores de 0015
Si Δzs lt 7 cm se considera al suelo no autocolapsable por humedecimiento y se clasifica
al lugar como sitio TIPO 2 Si en cambio Δzs gt 11 cm se considera al suelo
autocolapsable por humedecimiento y se lo clasifica como sitio TIPO 1
Por uacuteltimo si 7 cm lt Δzs lt 11 cm el tipo de sitio debe ser determinado despueacutes de un
exhaustivo estudio de la geomorfologiacutea estratigrafiacutea y caracteriacutesticas estructurales del
suelo
El Coacutedigo tambieacuten establece que la magnitud del colapso por peso propio (Δzs) tambieacuten
puede ser determinada directamente en el terreno a traveacutes de una balsa o laguna de
infiltracioacuten de dimensiones especiacuteficas
La segunda etapa de la evaluacioacuten de la colapsabilidad consiste en establecer el Grado de
Colapsabilidad del suelo de cimentacioacuten Para ello se carga a las muestras representativas
de cada uno de los estratos a una presioacuten de 200 kPa y luego se las inunda La magnitud del
colapso se obtiene
donde δsj es el Coeficiente de colapsabilidad del estrato j en cmcm para una presioacuten de
200 kPa La sumatoria soacutelo tiene en cuenta valores de Δs mayores de 0015
donde δsj es el Coeficiente de colapsabilidad del estrato j en cmcm para una presioacuten de
200 kPa La sumatoria soacutelo tiene en cuenta valores de Δs mayores de 0015
SOLUCIONES INGENIERILES EN SUELOS COLAPSABLES
111 Consideraciones generales
La primera cuestioacuten que debe analizarse cuando se disentildean cimentaciones en suelos
susceptibles al colapso es la probabilidad que el agente desencadenante del fenoacutemeno el
agua pueda o no introducirse en el terreno y por ende sensibilizar al suelo en donde se
apoyaraacuten las estructuras Por definicioacuten sin la presencia del agua el suelo no colapsa Esta
cuestioacuten es significativa puesto que pueden existir numerosos casos en donde la
probabilidad que el agua se infiltre en el suelo sea lo suficientemente baja como para
analizar la posibilidad de fundar la estructura considerando el comportamiento del suelo en
su estado natural Por lo tanto cuando se hable de suelos potencialmente colapsables por
humedecimiento no debe pensarse uniacutevocamente en las soluciones ingenieriles que se
utilizan en suelos colapsables
Hecha esta aclaracioacuten a continuacioacuten se trataraacute de ofrecer un panorama de las distintas
soluciones ingenieriles que se adoptan en suelos colapsables por humedecimiento cuando
las probabilidades de que se produzca el fenoacutemeno son altas
El objetivo central de todas estas soluciones es prevenir las fallas estructurales o de servicio
que pueden sobrevenir sobre las estructuras construidas sobre estratos de suelos
colapsables
Aitchison (1973) divide a estas soluciones en
a) Tratamiento del suelo colapsable con vista a eliminar la tendencia al colapso a lo largo
de todo el estrato de suelos desmoronables
b) Disentildeo de elementos constructivos que eliminen o disminuyan a liacutemites razonables la
posibilidad que se inicie el colapso
c) Disentildeo de estructuras yo cimentaciones insensibles a los asentamientos provocados por
el colapso por ejemplo fundaciones profundas apoyadas sobre un manto profundo no
sujeto a los asentamientos por humedecimiento
El primer grupo de soluciones comprende los meacutetodos de mejoramiento de suelo por
medio de los cuales la susceptibilidad al colapso es eliminada modificando las propiedades
resistentes del suelo mediante la compactacioacuten o la cementacioacuten de los viacutenculos entre
partiacuteculas El segundo grupo incluye la adopcioacuten de medidas constructivas tendientes a
aislar el agua de manera de evitar o disminuir la presencia de condiciones favorables al
colapso admitiendo no obstante ciertos riesgos Finalmente el tercer grupo engloba tanto
las soluciones tradicionales por medio de fundaciones profundas como el disentildeo de
estructuras con fundaciones directas insensibles a los asentamientos diferenciales
provocados por el colapso del suelo En resumen en el primer grupo de soluciones se
interviene directamente en el suelo evitando asiacute el colapso en el segundo grupo se intenta
evitar que se produzca el colapso sin modificar el suelo y en el uacuteltimo grupo se construyen
estructuras yo fundaciones que admitan y resistan los fenoacutemenos provocados por el
colapso del suelo
Evstatiev (1988) sentildeala que los mejores resultados han sido alcanzados con una oacuteptima
combinacioacuten de las ventajas que individualmente tiene cada uno de los tres grupos La
experiencia ha probado que las medidas constructivas y las medidas de aislacioacuten del agua
por siacute solas no pueden resolver todos los problemas de inestabilidad que provoca el colapso
del suelo Asiacute la adopcioacuten de soluciones exclusivamente para la superestructura (por
ejemplo fundaciones profundas) sin un adecuado disentildeo que eviten dantildeos en los otros
elementos de la construccioacuten como pisos desaguumles etc han provocado serios dantildeos en
estas partes de la construccioacuten que podriacutean haber sido evitados aplicando medidas
tendientes a evitar el ingreso del agua en el terreno
La eficacia del disentildeo adoptado en cada caso depende en gran medida de la calidad de las
investigaciones geoteacutecnicas realizadas La informacioacuten baacutesica que eacutestas deben suministrar
son el espesor del manto de suelos colapsables y la magnitud del colapso bajo peso propio
o bajo carga de todos los estratos del perfil
Una incorrecta estimacioacuten de estos paraacutemetros puede llevar a proponer y construir
soluciones ingenieriles totalmente opuestas a las correctas La confeccioacuten de perfiles de
colapsabilidad como los presentados permiten establecer la existencia o no de suelos
autocolapsables sus espesores aproximados y la profundidad a la que se encuentran Esta
metodologiacutea de anaacutelisis es de gran ayuda por ejemplo en la eleccioacuten del procedimiento
idoacuteneo para estabilizar el terreno
A continuacioacuten se presenta una descripcioacuten de las distintas soluciones ingenieriles maacutes
utilizadas en este tipo de suelos En primer lugar se analizan el primer grupo de soluciones
que se ha englobado bajo el nombre de Mejoramiento de suelos continuando luego con los
otros dos grupos Medidas para evitar la iniciacioacuten del colapso y fundaciones yo
estructuras insensibles a los fenoacutemenos del colapso
112 Mejoramiento de suelos colapsables
Consideraciones previas
El objetivo principal de estas soluciones es eliminar o disminuir apreciablemente la
susceptibilidad al colapso del suelo bien disminuyendo la porosidad del suelo
(compactacioacuten) o bien aumentando la resistencia estructural entre las partiacuteculas del suelo
(meacutetodos fiacutesico-quiacutemicos) Una de las formas de clasificar los meacutetodos de mejoramiento o
estabilizacioacuten ha sido precisamente eacutesta o sea teniendo en cuenta la accioacuten resultante
sobre el suelo (Aitchison1973 Rocca1985) Sin embargo para el desarrollo y explicacioacuten
de los diferentes meacutetodos se ha elegido la clasificacioacuten propuesta por Evstatiev(1988) que
tiene en cuenta el medio usado para realizar la estabilizacioacuten y el objeto de la misma
Evstatiev (1988) propone la siguiente clasificacioacuten de los meacutetodos de estabilizacioacuten de
suelos loeacutessicos la cual puede hacerse extensiva a suelos colapsables
a) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacioacuten
b) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
c) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
d) Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
e) Meacutetodos de mejoramiento que incorporan elementos resistentes a la traccioacuten dentro del
suelo
f) Geomembranas
g) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por drenaje
h) Correccioacuten de taludes y terraplenes
A continuacioacuten siguiendo la clasificacioacuten antes expuesta se desarrollaran aquellas
metodologiacuteas de mejoramientos de suelos colapsables maacutes extendidas Desarrollaacutendose
principalmente los grupos abc y d puesto que incluyen una serie de acciones particulares
frente al fenoacutemeno del colapso En cuanto a los restantes grupos (e f g y h) las teacutecnicas de
mejoramiento del terreno utilizadas persiguen los mismos objetivos buscados en otros tipos
de suelos y en general la teacutecnica empleada es praacutecticamente la misma Por tal motivo y
puesto que se apartan un tanto del objeto de estas notas se estima conveniente no abundar
sobre ellas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacioacuten
Este grupo comprende varias de las metodologiacuteas usadas en suelos colapsables para reducir
los vaciacuteos de modo de eliminar la colapsabilidad reducir la permeabilidad y aumentar la
capacidad de carga Esto se realiza utilizando fuerzas estaacuteticas o dinaacutemicas o bien a traveacutes
de la inyeccioacuten de lechadas
Compactacioacuten dinaacutemica Este meacutetodo es adecuado para compactar mantos de suelos
colapsables superficiales con espesores menores a 350 metros El meacutetodo consiste en dejar
caer en caiacuteda libre desde una altura de 4 a 8 metros pilones de 3 a 8 Tn sobre la superficie
del terreno a razoacuten de 10 a 16 impactos en cada lugar (Abelev y Abelev 1979) El impacto
genera una rotura de la estructura del suelo un aumento de la presioacuten de poros y una
compresioacuten del aire presente en los poros produciendo un reacomodamiento de las
partiacuteculas dando como resultado una estructura maacutes compacta Seguacuten Malyshev et al
(1983) el contenido de humedad del suelo juega un papel importante lograacutendose la maacutexima
eficiencia con un contenido de humedad cercano al Liacutemite Plaacutestico Si el contenido de
humedad es menor a eacuteste es necesario humedecer el espesor de suelo de modo de alcanzar
una mejor eficacia Varios son los factores que controlan los resultados del meacutetodo asiacute por
ejemplo el espesor compactado es funcioacuten principalmente del peso y del diaacutemetro del piloacuten
En tanto el grado de compactacioacuten estaacute controlado por el nuacutemero de impactos y la humedad
del suelo El grado de compactacioacuten no es uniforme a lo largo de todo el espesor
compactado lograacutendose la maacutexima densificacioacuten a 12 a 15 veces el diaacutemetro del piloacuten
Sin embargo se pueden obtener Pesos Unitarios secos superiores a 16 tm3 en espesores de
25 a 35 m lo cual en la mayoriacutea de los casos es suficiente para disminuir o anular la
susceptibilidad al colapso del suelo Una variante a este meacutetodo es realizar la compactacioacuten
solamente en los lugares donde actuacutean las cargas y no en toda el aacuterea de la construccioacuten
Por ejemplo en casos de fundaciones de muros de carga o fundacioacuten de columnas el
mejoramiento del suelo se logra densificando la zona de influencia del bulbo de presiones
o sea la zona donde los incrementos de presioacuten pueden hacer colapsar el suelo
Compactacioacuten por medio de pequentildeos pilotes piramidales En cierta forma este meacutetodo es
una variante del meacutetodo anterior Consiste en hincar un pilote piramidal de 3 a 4 metros de
longitud con una seccioacuten transversal superior de 60 x 60 a 70 x 70 cm y una seccioacuten
transversal inferior de 10 x 10 cm Una vez retirado el pilote la cavidad se rellena con
hormigoacuten Este tipo de metodologiacutea da excelentes resultados en aacutereas en donde existe un
espesor de suelos potencialmente colapsables (no autocolapsables) de 30 o 40 m de
profundidad pero que colapsaraacuten si estaacuten sometidos a los incrementos de carga
transmitidos por las construcciones Una de las ventajas del meacutetodo es la completa
mecanizacioacuten de todas las operaciones Una variante a este meacutetodo consiste en realizar la
hinca sobre una capa de piedra partida dando como resultado un bulbo de suelo
compactado alrededor de la capa de piedra mejorando la capacidad de carga por la punta
del pilote asiacute construido
Compactacioacuten por pilotes de suelo Este es uno de los meacutetodos maacutes usuales para
compactar espesores importantes (18 a 20 m) de suelos loeacutessicos susceptibles al colapso
El procedimiento consta de dos partes primero se realiza la perforacioacuten y segundo se llena
la cavidad con suelo compactado La perforacioacuten se realiza usualmente mediante la hinca
de un pilote metaacutelico con base ensanchada (15 veces) En otra metodologiacutea de reciente uso
la excavacioacuten se hace de la siguiente forma se perfora hasta la profundidad deseada un
hoyo de 8 cm de diaacutemetro dentro del cual se coloca una columna de explosivos que luego
de estallar crea una perforacioacuten de aproximadamente 080 m de diaacutemetro Despueacutes de
efectuada esta perforacioacuten dinaacutemica la cavidad se rellena con suelo local introducido en
tongadas de 100 a 200 Kg que luego son compactadas dinaacutemicamente por medio de un uacutetil
especial Concluidas ambas etapas quedan formadas columnas de suelo compactado con un
diaacutemetro aproximado igual a dos veces el de la perforacioacuten El grado de compactacioacuten va
decreciendo a medida que se aleja del centro de la columna por tal motivo es importante
conocer esta ley de decrecimiento para disentildear correctamente la cuadriacutecula de pilotes de
suelo Al igual que en los otros meacutetodos la eficiencia del sistema aumenta en la medida que
la humedad del suelo natural y compactado se encuentre a una humedad cercana al Limite
Plaacutestico Por tal motivo es usual que previo a la perforacioacuten se realice una humectacioacuten del
espesor de suelos a compactar Las densidades alcanzadas son del orden de 170 a 180
tm3 que son suficientes para evitar el colapso por peso propio y permiten el use del
espesor compactado como manto de fundacioacuten
Compactacioacuten por explosiones de gas Esta relativamente nueva metodologiacutea de
compactar espesores de suelos colapsables consiste en introducir a traveacutes de una lanza de
agua a presioacuten una caacutemara de compresioacuten que contiene una mezcla de gas propano y
oxiacutegeno la cual se va elevando a medida que se producen una serie de explosiones de la
mezcla De este modo se va generando una columna 120 140 m de suelo compactado
(Densidad de 150 tcm3) (Martemyanov et al 1979)
Compactacioacuten por humedecimiento (Hidrocompactacioacuten) En este caso se utiliza la propia
susceptibilidad del suelo a colapsar bajo peso propio El meacutetodo maacutes frecuente de realizar
la humectacioacuten o saturacioacuten del terreno es a traveacutes de infiltracioacuten del agua desde la
superficie del terreno para lo cual se efectuacutean excavaciones poco profundas (040 a 080 m)
o bien se construyen grandes estanques En muchos casos a efectos de acelerar el ingreso
del agua al terreno se construyen dentro del estanque drenes de arena convenientemente
espaciados Este sistema ha sido empleado ampliamente en varias partes del mundo por
ejemplo en EEUU por Gibbs y Bara (1967) y Clevenger (1956) en Rumania por Bally et
al (19651969) en la URSS por Lomize (1968) y Mustafaef (1967) en China por Lin y
Liang (1982) y en Argentina por Moll et al (1979) A pesar de su amplia utilizacioacuten y su
bajo costo el meacutetodo presenta una serie de inconvenientes aparicioacuten de grietas de traccioacuten
en el contorno del aacuterea inundada existencia de importantes deformaciones posteriores al
colapso necesidad de recompactar los 4 oacute 5 primeros metros utilizando otro tipo de
metodologiacutea La efectividad de este meacutetodo se mejora sustancialmente si al mismo se lo
combina con otro meacutetodo de compactacioacuten dinaacutemica
Compactacioacuten por humedecimiento previo y por explosiones profundas Este meacutetodo fue
desarrollado en al Unioacuten Sovieacutetica por Livinov (1976) en la deacutecada de los 60 El espesor de
suelos a compactar es previamente humedecido a traveacutes de un sistema de drenes
(cuadriacutecula de 3 x 3 a 5 x 5 m) Las cargas explosivas (5 a 7 Kg) son colocadas en el fondo
de los mismos drenes o bien en tubos metaacutelicos colocados en perforaciones adicionales La
cuadriacutecula con las cargas es aproximadamente de 4 x 4 m En este procedimiento no es
necesario la completa saturacioacuten del suelo que por ejemplo necesita el meacutetodo anterior
Posterior al humedecimiento se hacen estallar las cargas de toda un aacuterea (2000 a 50000
m2) La explosioacuten generan una onda de choque que hace licuar la estructura del suelo lo
cual permite un reacomodamiento de las partiacuteculas y un crecimiento de la densidad del
suelo En ciertos casos es aconsejable la construccioacuten de trincheras alrededor de la zona a
compactar a efectos de evitar la propagacioacuten de grietas fuera de ella La explosioacuten produce
un importante a inmediato asentamiento de la superficie del terreno Los asentamientos en
general se estabilizan al cabo de 3 oacute 4 semanas Este tipo de meacutetodo es aconsejable cuando
se desea compactar grandes voluacutemenes de suelo particularmente en grandes complejos
industriales o bien en obras hidroeleacutectricas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
En este apartado se incluyen aquellos meacutetodos de estabilizacioacuten consistentes en la mezcla y
posterior compactacioacuten de suelo colapsable con otros materiales (arena gravas) a efectos
de conseguir mayor resistencia y mayor rigidez Este tipo de estabilizacioacuten es de amplio use
en la ingenieriacutea vial en la construccioacuten de bases y de sub-bases
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
Este grupo incluye a aquellas metodologiacuteas en las cuales el mejoramiento de las
propiedades resistentes del suelo se consiguen con la creacioacuten de viacutenculos maacutes soacutelidos y
estables en la estructura del suelo En algunas de ellas la inyeccioacuten de agentes cementantes
provoca la rotura de la estructura original del suelo En otras por el contrario la inyeccioacuten
de agentes quiacutemicos actuan directamente sobre los viacutenculos sin modificar la estructura del
suelo Los meacutetodos se pueden dividir en meacutetodos superficiales y meacutetodos profundos
dependiendo en donde se realice la estabilizacioacuten En los meacutetodos de estabilizacioacuten
superficiales el mejoramiento en general se consigue mediante la mezcla y posterior
compactacioacuten del suelo con agentes quiacutemicos o cementantes tales como cemento cal
emulsiones asfaacutelticas sales (NaCl Nat C03 NaPO3) etc Estos meacutetodos de estabilizacioacuten
son tambieacuten usuales en otros tipos de suelos y son de amplia utilizacioacuten en todo tipo de
obras de ingenieriacutea civil por tal motivo no insistiremos en ellos Por el contrario los
meacutetodos de estabilizacioacuten profunda aunque tambieacuten se han utilizado en otros tipos de
suelos muchos de ellos se han desarrollado y usado especiacuteficamente para eliminar o
disminuir la susceptibilidad al colapso en espesores importantes de suelo A continuacioacuten
se presentan algunos de ellos
Inyecciones de agentes quiacutemicos Las investigaciones y las realizaciones en este tipo de
estabilizaciones se ha desarrollado principalmente en la Unioacuten Sovieacutetica Seguacuten Mitchell
(1981) la razoacuten principal por la cual estos meacutetodos no se han extendido universalmente se
debe principalmente a los altos costos frente a otros tipos de estabilizaciones Sin embargo
Esvtatiev (1988) da cuenta de la existencia en la URSS de maacutes de 800 proyectos en donde
se han utilizado satisfactoriamente p ej el meacutetodo de silicatizacioacuten) Esto ha permitido un
continuo mejoramiento de la tecnologiacutea una reduccioacuten de los costos y una abundante
normativa en la regulacioacuten de su uso El agente quiacutemico maacutes utilizado por su bajo costo
frente a otros agentes quiacutemicos es el Silicato de Sodio El meacutetodo consiste en inyectar en
todo el espesor de suelo a tratar una solucioacuten de silicato de sodio (Densidad = 1 10 a 1 04
gcm3) a traveacutes de un tubo inyector de 42 mm de diaacutemetro con perforaciones de 3 mm
protegidas por un manguito de goma La inyeccioacuten se realiza a una presioacuten de 20 a 40
Kgcm2 y una descarga de 48 litros por minuto (Zvyagin et al 1978) La silicatizacioacuten del
suelo es soacutelo posible en un medio fuertemente alcalino Seguacuten Sokolovic (1973) se logra
una mejor eficiencia mediante una pre y post gasificacioacuten con carbonato de calcio Luego
de la inyeccioacuten tres son los cambios que se observan en el suelo un aumento significativo
de la resistencia a la compresioacuten (superior a 20 Kgcm2 ) una eliminacioacuten de la
susceptibilidad al colapso y una disminucioacuten de la permeabilidad Otro de los tratamientos
con agentes quiacutemicos es la inyeccioacuten de amoniacuteaco La mejora en el suelo es inferior al
tratamiento por silicatizacioacuten ademaacutes presenta la desventaja de ser un elemento toacutexico y su
utilizacioacuten requiere medidas especiales de proteccioacuten (Sokolovic 1973)
Estabilizacioacuten teacutermica Esta teacutecnica comenzoacute a desarroIlarse en la URSS en la deacutecada de
los antildeos 50 y ha sido utilizada exitosamente en un importante nuacutemero de emprendimientos
Seguacuten Esvtatiev (1988) la aplicacioacuten de este meacutetodo es teacutecnica y econoacutemicamente
aconsejable en los siguientes casos a) en la estabilizacioacuten de fundaciones existentes de
estructuras altas como chimeneas tanques de agua b) en la paralizacioacuten de los
asentamientos en construcciones existentes provocados por el colapso del suelo Las
propiedades de los minerales arcillosos cambian cuando eacutestos son sometidos a altas
temperaturas lo cual genera un aumento importante de la resistencia y por ende la
eliminacioacuten de la susceptibilidad al colapso del suelo La tecnologiacutea ha ido variando y
mejorando su eficiencia a lo largo de estas deacutecadas No obstante la variedad de meacutetodos
casi todos ellos consisten en la introduccioacuten de un quemador de fuel o gas dentro de un pre
pozo de 020 metros de diaacutemetro con una presioacuten de aire de 20 a 30 Kgcm2 De esta
forma al cabo de 10 a 15 diacuteas se consigue una columna estabilizada de suelo de 20 a 30
metros y una profundidad de 10 a 15 metros (Beles y Stanculescu 1958)
Estabilizacioacuten mediante mezclado mecaacutenico con agentes cementantes El objetivo de este
tipo de estabiacutelizacioacuten es la creacioacuten de columnas o pilotes de suelo con alta resistencia y
rigidez que permitan la transferencia de las cargas a mantos maacutes profundos y estables
Varios son los meacutetodos constructivos que pueden agruparse dentro de este grupo Los
subdividiremos en los siguientes subgrupos dependiendo del lugar en donde se realiza la
mezcla del suelo con el agente cementante
1 La mezcla del suelo y el agente cementante se realiza en superficie En este caso la
excavacioacuten se puede realizar bien utilizando la teacutecnica constructiva empleada en los pilotes
de suelo (hinca) o bien usar teacutecnicas usuales de perforacioacuten La mezcla deiexcl suelo con el
agente cementante (preferentemente Cemento Portland) puede ser fluida (suelo cemento
plaacutestico) a introducirse dentro de la excavacioacuten en forma de pastones o bien mezclar el
suelo y elcemento con porcentaje de humedad oacuteptimo a introducirlos en la perforacioacuten en
tongadas (100 a 200 Kg) las cuales posteriormente son compactadas dentro de la misma
excavacioacuten Por lo tanto existen cuatro variantes seguacuten sea el tipo de excavacioacuten y el tipo
de mezcla
2 La mezcla del suelo y el cemento se realiza en el mismo proceso de perforacioacuten En este
caso la mezcla del agente cementante se realiza con el propio suelo La mezcla puede
realizarse mediante uacutetiles especiales que van mezclando el suelo con una lechada de
cemento o bien usar la teacutecnica del jet grouting mediante un chorro de lechada a alta presioacuten
Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
Este tipo de estabilizacioacuten se realiza principalmente en terrenos con suelos potencialmente
colapsables en los cuales la presencia de cargas adicionales en superficie puede generar
asentamientos adicionales ante un incremento de la humedad del suelo Asiacute una parte del
suelo colapsable superficial ubicado directamente debajo de las fundaciones es excavado
extraiacutedo y reemplazado por otro material maacutes competente Los materiales generalmente
utilizados son los siguientes el mismo suelo extraiacutedo compactado y eventualmente
estabilizado granulomeacutetricamente arena compactada o suelo cemento compactado La
eleccioacuten del tipo de material estaacute condicionado generalmente por variables teacutecnico
econoacutemicas Los espesores de estos mantos son variables (1 a 4 m) dependiendo del tipo de
cargas y de las caracteriacutesticas del proyecto Por ejemplo en algunos proyectos los
condicionantes pueden ser los asentamientos diferenciales (edificios) en cambio en otros
(canales) no soacutelo importa disminuir la probabilidad que se produzca el colapso sino
tambieacuten lograr una capa de suelo maacutes impermeable Este tipo de metodologiacutea ha sido
utilizada con eacutexito en numerosos paiacuteses y en innumerables tipos de obras Tambieacuten es
frecuente el empleo de esta metodologiacutea en forma conjunta con otro tipo de estabilizacioacuten
profunda cuando se presentan mantos de suelos colapsables profundos y con espesores
muy dispares
113 Medidas conducentes a evitar la iniciacioacuten del colapso
Arriba se sentildealaron los tipos de humedecimientos que seguacuten Goldstein (1969) pueden
presentarse en una masa de suelo
a) humedecimiento localizado por rotura de conducciones hidraacuteulicas o infiltraciones de
aguas de lluvia
b) humedecimiento extenso causado por roturas de canales o efluentes industriales
c) ascenso del nivel freaacutetico
d) aumento gradual y lento del contenido de humedad por condensacioacuten del vapor de agua
provocados por condiciones ambientales
Muchos de estos tipos de humedecimientos pueden ser prevenidos principalmente los
primeros pues en general eacutestos son debidos a fallas o roturas de las instalaciones de la
misma construccioacuten En cambio los otros tipos de humedecimientos estaacuten condicionados
por factores externos al proyecto como por ejemplo puede ser el ascenso del nivel freaacutetico
o la rotura de un canal cercano y ajeno al proyecto La accioacuten del proyectista debe estar
encaminada principalmente a impedir dentro de los liacutemites del proyecto la generacioacuten de
estos humedecimientos provocados por elementos de la propia construccioacuten Robinson y
Narkiewicz (1982) sugieren las siguientes medidas de proteccioacuten contra el humedecimiento
de edificios
a) Pendientes adecuadas en la superficie del terreno que rodea a la construccioacuten de modo
que no se produzcan embalsamientos de agua en las cercaniacuteas de las fundaciones y que
cualquier peacuterdida de agua pueda ser eliminada con rapidez
b) Canalizacioacuten de todos los desaguumles de techos y patios hacia el exterior de la
construccioacuten
c) Instalacioacuten de membranas impermeables o pavimentacioacuten de la superase que rodea a la
construccioacuten de modo de limitar la infiltracioacuten de agua en el suelo adyacente a las
construcciones
d) Encerrar las conducciones de agua o efluentes cloacales dentro de conductos de faacutecil
acceso a efectos de detectar posibles peacuterdidas
Algunas de estas medidas requieren una serie de medidas de control y mantenimiento
durante la vida uacutetil de la obra de manera que perioacutedicamente se realicen inspecciones a las
instalaciones y puedan detectarse peacuterdidas o dantildeos en las mismas Tambieacuten es aconsejable
que los propietarios de la obra conozcan perfectamente los riegos a que estaacute expuesta la
misma de modo que su actividad yo descuidos no inicie procesos de humedecimiento del
terreno
Las medidas de proteccioacuten en otros tipos de obras civiles (canales o caminos) tienen la
misma filosofiacutea es decir elementos de proteccioacuten que impidan o dificulten la entrada del
agua en el terreno de fundacioacuten Asiacute por ejemplo en las obras lineales se debe prestar una
especial atencioacuten al disentildeo del sistema de alcantarillado y de desaguumles En algunos casos
estas obras suelen seguir parcialmente las curvas de nivel del terreno convirtieacutendose en
verdaderas presas que impiden el natural escurrimiento de las aguas provocando la
acumulacioacuten de agua en su entorno lo que genera un humedecimiento generalizado del
terreno de fundacioacuten con los consecuentes dantildeos en la obra
Es frecuente que en ciertos tipos de obras como viviendas unifamiliares de una planta o
incluso caminos y canales las uacutenicas medidas a adoptar sean las presentadas en este
apartado ya que la utilizacioacuten de teacutecnicas de mejoramiento o fundaciones profundas
resultan prohibitivas En realidad la mayoriacutea de las obras aludidas se construyen admitiendo
el riesgo de un posible colapso del terreno El buen comportamiento que han tenido la
mayoriacutea de ellas se debe fundamentalmente a que no se ha producido ninguacuten tipo de
humedecimiento En contraste los dantildeos son serios en aquellas obras que los han sufrido
Por todo ello es un deber de los investigadores a ingenieros buscar nuevas soluciones
econoacutemicas que permitan disminuir los riesgos y por ende los dantildeos en este tipo de obras
Uno de los caminos en tal sentido es el estudio de estructuras que absorban o minimicen
los posibles asentamientos diferenciales provocados por el humedecimiento localizado del
suelo sin un aumento excesivo de los costos
114 Estructuras yo fundaciones que admiten y resisten los fenoacutemenos provocados
por el colapso
El anaacutelisis de este apartado se centraraacute principalmente en el estudio de las fundaciones
superficiales en suelos potencialmente colapsables ya que el otro gran grupo de soluciones
fundaciones profundas mediante pilotes seraacute objeto de un examen detallado en los
apartados siguientes
La lista de estructuras que se asientan directamente sobre mantos de suelos potencialmente
colapsables es amplia entre ellas pueden sentildealarse viviendas unifamiliares construcciones
transitorias galpones ductos enterrados canales caminos etc
Las fundaciones directas sobre suelos colapsables pueden ser divididas en dos grupos
a) Fundaciones riacutegidas utilizadas principalmente en estructuras livianas y con cargas
puntuales por ejemplo torres de liacuteneas de alta tensioacuten columnas de naves industriales o
depoacutesitos En general este tipo de estructuras tienen algunos rasgos comunes como son por
ejemplo cargas verticales bajas cargas horizontales importantes y en general suelen
aceptar asentamientos admisibles mayores
b) Fundaciones de baja rigidez longitudinal en este caso se trata de estructuras con cargas
lineales (muros de carga canales etc) con baja rigidez en el sentido de las cargas Este tipo
de estructuras son sensibles a humedecimientos localizados del terreno que generan
asientos diferenciales importantes En general las medidas que suelen tomarse para
disminuir los efectos de los asientos diferenciales son las siguientes disentildeo de elementos
que rigidicen la estructura (Clemence Y Finbarr 1981) y el disentildeo de elementos
constructivos que eviten
RECAPITULACIOacuteN
Definido el concepto de colapso el estudio se ha enfocado al anaacutelisis de los suelos
colapsables por humedecimiento En esta clase particular de suelos metaestables el agente
externo que desencadena el fenoacutemeno de colapso es el agua En estos suelos un incremento
de humedad puede provocar una disminucioacuten o anulacioacuten de las fuerzas que vinculan unas
partiacuteculas con otras y por lo tanto cambiar el estado de equilibrio en la estructura del suelo
El colapso de la estructura del suelo depende fundamentalmente de dos causas a) de la
importancia de los cambios provoca dos por el agua en los viacutenculos existentes entre las
partiacuteculas y b) del estado tensional en los viacutenculos O sea para que se produzca el colapso
es necesario un agente sensibilizante y un estado tensional capaz de provocar la des-
estabilizacioacuten de la estructura del suelo
Por este motivo los meacutetodos que mejor reflejan la susceptibilidad al colapso de un suelo
son aquellos basados en ensayos mecaacutenicos donde ambos factores estaacuten presentes
La gran subdivisioacuten que se hace a los suelos colapsables parte precisamente de verificar
coacutemo es el comportamiento del suelo en su estado tensional original o bajo su propio
peso Si se produce el colapso bajo este estado se indica que el suelo es verdaderamente
colapsable o autocolapsable en cambio si el fenoacutemeno no se produce se sentildeala que el
suelo es candicionalmente colapsable o colapsable bajo carga
En este contexto diversos investigadores introducen el concepto (tambieacuten tensional) de
Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) o Presioacuten de Fluencia Saturada (σf) como aquella
presioacuten a la cual se produce el colapso Desde un punto de vista teoacuterico esta presioacuten deberiacutea
ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero desde un punto de vista praacutectico se
asume que una pequentildea magnitud del colapso es permisible Por ejemplo las normas
Sovieacuteticas Lo toman igual al 100 las Chinas igual al 150 En cambio en Argentina se
utiliza maacutes la Presioacuten de Fluencia Saturada que se obtiene de forma similar a la Presioacuten de
Preconsolidacioacuten No obstante esta diferencia metodoloacutegica en ambos casos el concepto es
el mismo
Con respecto a las metodologiacuteas usadas para establecer la susceptibilidad al colapso de un
suelo o de un perfil de suelo han sido analizadas las que utilizan el concepto de Presioacuten
Inicial de Colapso y la magnitud del colapso Esta seleccioacuten se realizoacute fundamentalmente
por las siguientes causas primero porque se hacen en base a ensayos mecaacutenicos donde
intervienen el agente externo (el agua) y el estado tensional del suelo y segundo porque
permiten establecer ya sea a traveacutes de un perfil de colapsabilidad o la magnitud del
colapso coacutemo seraacute realmente el comportamiento del terreno ante las solicitaciones
producidas por la obra de ingenieriacutea
Los perfiles de colapsabilidad relacionan en profundidad el peso propio de las tierras con
la Presioacuten Inicial de Colapso esto permite determinar el espesor de suelos autocolapsables
o el espesor de los suelos que colapsaraacuten si ademaacutes del humedecimiento se aumenta el
estado tensional Estos perfiles son de gran ayuda al proyectista de fundaciones en suelos
colapsables dado que le permiten conocer en forma global la magnitud del problema al que
estaacute enfrentado No obstante su utilidad no termina alliacute sino que por el contrario estos
perfiles le permiten tomar decisiones sobre cuaacuteles son las soluciones ingenieriles maacutes
convenientes del proyecto Pues con su ayuda se podraacute seleccionar el meacutetodo de
mejoramiento del terreno la cota de fundacioacuten de una fundacioacuten profunda la magnitud de
la carga por rozamiento negativo etc
La determinacioacuten de la magnitud del colapso de un perfil de suelo usada como
metodologiacutea de clasificacioacuten tambieacuten es de utilidad en el disentildeo de construccioacuten de obras
de ingenieriacutea en suelos colapsables Sobre todo en la caracterizacioacuten del terreno de grandes
aacutereas ya sea en obras lineales (canales caminos etc) o puntuales (complejos fabriles obras
hidraacuteulicas etc) dado que cada perfil de suelo estaacute caracterizado por un paraacutemetro lo cual
permite el manejo de un nuacutemero importante de informacioacuten Obviamente esta metodologiacutea
tambieacuten es de gran use en cualquier tipo de obras independientemente de su tamantildeo a
importancia
En un abundante nuacutemero de proyectos no es suficiente haber realizado una caracterizacioacuten
o clasificacioacuten del terreno sino que es necesario determinar la magnitud de los
asentamientos que pueden producirse en las obras Los asentamientos por colapso depende
baacutesicamente de dos tipos de factores intriacutensecos y extriacutensecos
Se sentildealan como intriacutensecos aquellos factores propios del suelo como son sus propiedades
fiacutesicas y mecaacutenicas El comportamiento del suelo dependeraacute del tipo de estructura o la
forma en que estaacuten ordenadas las partiacuteculas del grado de compacidad del tipo de viacutenculos
que unen grano con grano etc Estos factores en general no se encuentran
homogeacuteneamente distribuidos por lo cual los paraacutemetros que definen sus propiedades
tenso-deformacionales pueden sufrir variaciones locales importantes
Los factores externos que influyen en la magnitud de los asentamientos son dos el aacuterea
inundada y el estado tensional Estos dos factores influyen considerablemente en la
magnitud de los asentamientos por colapso y por tal motivo deben ser analizados
especiacuteficamente en los caacutelculos Respecto al primero de los factores a pesar que se han
realizado importantes trabajos teoacutericos la informacioacuten experimental indica que todaviacutea
existe cierta indeterminacioacuten en su estimacioacuten Por tal motivo la influencia del aacuterea
inundada en la magnitud de los asentamientos se limita a realizar correcciones de tipo
empiacuterico En cuanto a la influencia que el estado tensional tiene en los asentamientos las
investigaciones se han centrado especialmente en el estudio de cargas externas (zapatas) en
la superficie del terreno
ENSAYOS ldquoin siturdquo Perforacioacuten y muestreoEnsayos ldquoin siturdquo
o Ensayo de penetracioacuten estandar (SPT)o Ensayo de penetracioacuten de cono (CPT + CPTu)o Dilatoacutemetro de placa plana (DMT)o Presuroacutemetro (PMT)o Corte en veleta (VST)10487131048713 Meacutetodos geofiacutesicoso Ondas siacutesmicas (P- S- R-waves)o Electromagneacuteticas (radar resistividad)
EQUIPOS AUTOPROPULSADOS
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)1048713El ensayo ldquoin siturdquo maacutes comuacuten en el mundo10487131902 - Coronel Gow de Raymond Pile Co1048713 Muestreador ciliacutendrico partido1048713 Norma ASTM D 15861048713 Martillo (140-lbs cae 30 pulgadas) (635-kg cae 076 metros)1048713 Tres incrementos de 6 pulgadas Suma de los dos uacuteltimos incrementos = N (golpespieacute)
Se obtiene suelo y
un nuacutemero
Muestra alterada
(Solo para
caraterizacioacuten)
Nuacutemero muy crudo
para el anaacutelisis
No aplicable en
Ventajas
arcillas blandas y
Limos
Variabilidad e
incertidumbre
se obtiene un nuacutemero
Sencillo y de bajo
Costo
Funciona en muchos
tipos de suelo
Se puede utilizar en
rocas blandas
Disponible
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Estos suelos en condiciones de no saturacioacuten o saturacioacuten parcial presentan continuamente un reacomodo radical de las partiacuteculas y una gran peacuterdida de volumen por remojo osea al entrar al estado de saturacioacuten completa La existencia de estos suelos en el mundo y las dificultades ocasionadas a las edificaciones cimentadas sobre ellos han sido reconocidos ampliamente Los depoacutesitos maacutes extensos de suelos colapsables son eoacutelicos o depoacutesitos transportados de arena y limos (loess)Se puenden encontrar comuacutenmente en las maacutergenes fluviales
Desventajas
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Depoacutesitos eoacutelicos Estos depoacutesitos consisten en materiales transportados por el viento el cual forma dunas depoacutesitos tipo loess playas eoacutelicas y grandes depoacutesitos de ceniza volcaacutenica
Depoacutesitos transportados por agua Consisten principalmente de depoacutesitos de sedimentos sueltos a carreados por el agua los cuales forman abanicos fluviales y flujos deslizantes Estos materiales pueden ser depositados por una avenida repentina o flujo de lodo derivado de pequentildeas cuencas colectoras sujetas a aguaceros poco frecuentes
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Suelos residuales Estos suelos son producto del intemperismo y la
desintegracioacuten y alteracioacuten mecaacutenica de rocas madres Las partiacuteculas de
material residual pueden variar de tamantildeo de grandes fragmentos de
gravas a arenas limos coloides y en algunos casos material orgaacutenico
La estructura del grano colapsable se ha desarrollado como producto de
la accioacuten disolvente sobre el material soluble y coloidal La lixiviacioacuten del
material soluble y del material fino conduce a una alta relacioacuten de vaciacuteos
y a una estructura inestable Otro tipo de suelo que muestra colapso al
remojo son aquellos derivados de tufo volcaacutenico
sulfato de calcio arenas sueltas cementadas por sal soluble arcillas
dispersivas y arcillas montmorilloniacuteticas ricas en sodio
CAUSAS QUE GENERARIacuteAN DICHO COMPORTAMIENTO- Estructura parcialmente saturada potencialmente inestable- Una componente de esfuerzo aplicado o existente lo suficientemente alta para desarrollar una condicioacuten metaestable- Un ligante resistente o un agente cementante para estabilizar contactos intergranulares el cual se reduce por remojo ocasionando el colapso La mayoriacutea de suelos colapsables involucra la accioacuten de partiacuteculas arcillosas en los enlaces entre los granos gruesos de arena-Agentes cementantes tales como oacutexido de hierro carbonato de calcio o la soldadura de granos en contacto proporcionan esfuerzos resistentes para muchos suelos colapsables La accioacuten de este cementante es frecuentemente el agente principal de colapso en loess El grado al cual el agente cementante pierde su efectividad depende del grado de contaminacioacuten del ingreso del agua y del grado de disolucioacuten del agente cementante involucrado
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
CONSOLIDOacuteMETRO PARA ENSAYO DE COLAPSO
Se procede a cortar el suelo de acuerdo con las dimensiones del anillo
del ensayo de consolidacioacuten unidimensional Determinar sus
propiedades fiacutesicas tales como humedad natural peso volumen
gravedad especiacutefica de soacutelidos liacutemites de consistencia distribucioacuten
granulomeacutetrica seguacuten las normas
Se instala la muestra en el anillo del consolidoacutemetro despueacutes de haber
determinado el peso inicial de la masa huacutemeda y altura de la muestra y
fijar el conjunto anillo-muestra en el consolidoacutemetro Aplicar una carga
de contacto 005 kgcm2 (5 Kpa) despueacutes de 5 min tomar lectura del
deformiacutemetro aplicar incrementos de carga a cada hora hasta que se
aplique la presioacuten vertical apropiada Los incrementos de carga seraacuten
012 025 050 100 200 etc Kgcm2 (12 25 50 100 200 etc) o
cargas de acuerdo al meacutetodo de ensayo ASTM D2435 registrar la
deformacioacuten antes de incrementar una nueva carga
Determinacioacuten del potencial de colapso
donde
di = lectura del dial con el esfuerzo adecuado antes de la saturacioacuten (mm)
df = lectura del dial bajo el esfuerzo adecuado despueacutes del humedecimiento (mm)
ho = altura inicial de la muestra (mm)
Tmbieacuten se puede evalua en teacuterminos de relacioacuten de vaciacuteos
dondeΔe = cambio de relacioacuten de vaciacuteos bajo el esfuerzo adecuado antes y despueacutes de la inundacioacuteneo = relacioacuten de vaciacuteo inicialLa evaluacioacuten de un suelo colapsable seraacute de acuerdo a la siguiente tablaCon todo lo epxlicado concluimos que el colapso de los suelos es la disminucioacuten moderada de volumen cuando estaacute con bajo contenido de humedad y una gran peacuterdida cuando estaacute sumergido y la magnitud de asentamiento depende del contenido de humedad del suelo En estado sumergido y bajo la aplicacioacuten de cargas verticales los suelos colapsables presentan un mayor asentamiento Los suelos colapsables existen en todo el mundo principalmente en la regiones aacuteridas y semiaacuteridas nuevamente comentando que los depoacutesitos eoacutelicos coluviales residuales tubos volcaacutenicos etc son suelos que pueden ser colapsables
Definicioacuten de colapso Se definen como colapso a cualquier disminucioacuten raacutepida de volumen del suelo producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factoresbull Contenido de humedad (w) bull Grado de saturacioacuten (Sr) bull Tensioacuten media actuante (τ) bull Tensioacuten de corte (σ) bull Presioacuten de poros (u)
TIPOS DE SUELOS COLAPSABLESLos tipos de suelos colapsables son
- Suelos aluviales y coluviales ndash Depositados en ambientes Semi-deseacuterticos por flujos maacutes o menos torrenciales- Suelos eoacutelicos ndash Depositados por el viento son arenas y limos arenosos con escaso cemento arcilloso en una estructura suelta o inestable
- Cenizas volcaacutenicas ndash Provenientes de cenizas arrojadas al aire por actividad volcaacutenica explosiva- Suelos residuales ndash Derivados de la descomposicioacuten in ndash situ de minerales de ciertas rocas son luego lixiviados por el agua y pierden su cemento
CONSECUENCIAS EN CIMENTACIONES
Patologiacuteas en cimentaciones Posibles causas
Introduccioacuten
De todos los posibles tipos de patologiacutea que puede sufrir la edificacioacuten las estadiacutesticas demuestran que son las patologiacuteas ligadas a las cimentaciones las que mayores costes globales conllevan Ademaacutes tienen gran repercusioacuten social lo que las hace maacutes notorias por la complejidad propia de su reparacioacuten porque suponen una fuerte alteracioacuten y hasta interrupcioacuten del uso del inmueble y porque suelen involucrar a colindantes e incluso poderes puacuteblicos Urge como en ninguacuten otro caso determinar las causas y cuanto antes dar una solucioacuten al problema
Causas intriacutensecas de fallos de cimentacioacuten
Se agrupan aquiacute los fallos de cimentacioacuten consecuencia de la interaccioacuten entre el terreno y la propia cimentacioacuten de la construccioacuten afectada
Defectos de proyecto
Son errores de concepcioacuten de disentildeo o caacutelculo del proyecto Son errores previsibles por lo que si se tienen en cuenta en el disentildeo y caacutelculo de la edificacioacuten el riesgo de que provoquen dantildeos se minimizaEnumeramos aquiacute no todas pero siacute algunas de las posibles causas de problemas derivadas del proyectobull Falta de capacidad de carga cimentacioacuten insuficiente o capacidad
de carga del suelo insuficientebull Esfuerzos no contemplados por ej por olvido de algunas
sobrecargas de explotacioacutenbull Conocimiento insuficiente del suelo Lo que deriva en la ignorancia
de riesgos especiales geoteacutecnicos Las causas pueden ser escasez de reconocimientos previos del terreno mala interpretacioacuten de los mismos no consideracioacuten de los fenoacutemenos de agresividad etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Cobra importancia en terrenos con especiales caracteriacutesticas
Arcillas expansivas
Suelos colapsables
Rellenos antroacutepicos
Suelos blandos naturales
Infravaloracioacuten del riesgo geoteacutecnico conocido eacuteste Casos asiacute pueden ser desprecio de los efectos que produce la falta de homogeneidad de un suelo o las distintas profundidades de aparicioacuten de la roca en planta desprecio de los efectos de la potencial expansividad o de posible subpresioacuten o fenoacutemenos de subsidencias procesos de disolucioacuten etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONESbull Defectos en la evaluacioacuten del terreno asientos calculados no
tolerables por la estructura esfuerzos paraacutesitos en pilotes (olvido del efecto de asiento de terrenos flojos o rellenos recientes) etc
bull Efecto grupo en pilotes defectuosa estimacioacuten del efecto grupo en pilotes flotantes no consideracioacuten de los esfuerzos laterales o del rozamiento negativo etc
bull Ausencia de consideracioacuten del bulbo de tensiones de la cimentacioacuten propia y su alcance Pero tambieacuten de cimentaciones colindantes que podriacutean suponer una carga oblicua sobre nuestra cimentacioacuten habraacute que considerarla en caacutelculo y prever un proceso constructivo adecuado (no vayamos a provocar dantildeos a otras edificaciones)
bull Ignorancia de las condiciones de contorno es decir no consideracioacuten de las condiciones del entorno de la estructura
proyectada posibles socavaciones arrastres descalces agotamientos rebajamientos de nivel freaacutetico etc
bull Heterogeneidades distribucioacuten irregular de las cargas o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentacioacuten
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Defectos de ejecucioacuten
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecucioacuten de eacutestos Los defectos de ejecucioacuten normalmente responden a un deficiente Control de Calidad Por tanto en principio son evitablesAlgunos errores de ejecucioacuten podriacutean serbull Apreciacioacuten erroacutenea de los estratos resistentes confundidos con
capas de poco espesor bolos erraacuteticos etcbull Errores de replanteo bull Mala calidad de los materiales en especial hormigones Deterioro
de zapatas losas o muros por escasa calidad de los materiales grietas de retraccioacuten por mala dosificacioacuten del hormigoacuten materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto etc
bull Degradacioacuten del material suele ir unido al anterior hormigoacuten no resistente a la agresividad del terreno recubrimientos insuficientes madera metal etc
bullCAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Lavado del hormigoacuten en cimentaciones superficiales o profundas colocado en presencia de aguas en movimiento
Errores en la colocacioacuten de armaduras confusioacuten de diaacutemetros de armado ausencia de separadores etc
Problemas de fraguado unidos a errores de vertido de dosificacioacuten de curado
Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio cortadas lavadas) o de baja calidad y excesiva carga portante de caacutelculo
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
h HN= Altura de la probeta a humedad natural (antes de la inundacioacuten) cargada a una
presioacuten cualquiera σ
hSAT = Altura de la probeta saturada (despueacutes de producido el colapso) cargada a la
presioacuten σ
h = Altura de la probeta a humedad natural cargada a una presioacuten axial igual al peso propio
de las tierras
SUELOS AUTOCOLAPSABLES Y POTENCIALMENTE COLAPSABLE
En el graacutefico semilogariacutetmico que representa el comportamiento de un suelo un ensayo a
compresioacuten confinada realizado sobre en condicioacuten saturada se puede observar un quiebre
en la curva de compresibilidad La presioacuten axial a la cual se produce este quiebre o este
cambio de comportamiento se la denomina Presioacuten de Fluencia Saturada o Presioacuten Inicial
de Colapso En principio se establece que para presiones menores a esta el suelo tiene un
comportamiento elaacutestico y los asentamientos por colapso son bajos y nulos Por el
contrario para presiones mayores a la de Fluencia el suelo tiene un comportamiento elaacutesto-
plaacutestico y los asentamientos por colapso son importantes
Se dice que un suelo es auto colapsable cuando la presioacuten de tapada o geoestaacutetica (σ0) es
superior a la Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) Esto quiere decir que cuando en ese suelo
se produzca el humedecimiento se produciraacuten asentamientos importancia con solamente la
accioacuten de su peso propio
Se designa con suelos potencialmente colapsable a aquellos suelos en los que la presioacuten de
tapada o geo-estaacutetica (σ0) es menor a la Presioacuten Inicial de Colapso
7 PERFILES DE COLAPSIBILIDAD
Lo realmente interesante de los conceptos antes enunciados radica fundamentalmente en
que han permitido generar una metodologiacutea de anaacutelisis de los perfiles con suelos
susceptibles al colapso
Este anaacutelisis permite confrontar a cada profundidad considerada la magnitud de la Presioacuten
Inicial de Colapso (σicol) con la Presioacuten total (σT) igual a la suma de la presioacuten debida a la
carga aplicada (Δσ) maacutes la presioacuten por peso propio (σ0)
En (26) se presenta un perfil de suelo en el que se ha dibujado la variacioacuten de ambas
presiones (la Presioacuten Inicial o de Fluencia y la Presioacuten Total) en funcioacuten de la profundidad
para dos estados de cargas en el correspondiente a las presiones geostaacuteticas y en el
correspondiente a las presiones totales provocadas por una carga en la superficie del
terreno
A partir del anaacutelisis de estas curvas pueden establecerse por ejemplo los espesores de los
suelos que autocolapsaraacuten por humedecimiento y aquellos que colapsaraacuten si ademaacutes de la
saturacioacuten se aumentan las cargas y consecuentemente clasificar los suelos en sus
diferentes grupos suelos verdaderamente colapsables (autocolapsables) o suelos
condicionalmente colapsables (colapsables bajo cargas externas)
Aun cuando el valor de la Presioacuten Inicial sea aproximado este tipo de anaacutelisis es de
fundamental intereacutes en el disentildeo de los diferentes tipos de cimentaciones ya que se podraacute
conocer cuales seraacuten en forma aproximada los principales problemas que se presentaraacuten
en el disentildeo de las obras permitiendo de esta
forma elegir correctamente el tipo de cimentacioacuten o el meacutetodo de mejoramiento del suelo a
emplear para disminuir o anular la susceptibilidad al colapso
8 MAGNITUD DEL ASENTAMIENTO POR COLAPSO
81 Definiciones
La magnitud del asentamiento por colapso producido por humedecimiento del terreno
depende seguacuten Grigoryan y Ivanov (1968) tanto de
1048713 Factores intriacutensecos del suelo (caracteriacutesticas fisico-mecaacutenicas) y de
1048713 Factores externos al suelo (estado tensional y el aacuterea inundada)
Se define al asentamiento adicional por colapso (Wcolt) de un manto de suelos
colapsables de espesor Ht a la sumatoria
donde
Ht = H1+H2+ = Hj+Hn
Hj = Espesor del estrato j
Wcolj = Asentamiento adicional por colapso del estrajo j
δcolj = Colapso relativo del estrato j a la presioacuten σzj
σzj = Presioacuten total (peso propio + incremento de presioacuten) en el estrato j
82 Caracteriacutesticas fiacutesico-mecaacutenicas
Un aspecto importante del comportamiento de este tipo de suelos y que por lo tanto
influyen en la magnitud de los asentamientos es su marcada heterogeneidad Los suelos
loeacutessicos colapsables en cierto entorno suelen considerarse como suelos homogeacuteneos pero
en realidad poseen una apreciable heterogeneidad extendida dentro de la masa Algunos de
estos aspectos pueden ser puestos en evidencia a traveacutes de ensayos geoteacutecnicos
La determinacioacuten de los paraacutemetros tenso-deformacionales como el colapso relativo (δcol)
puede diferir seguacuten Abelev y Abelev (1979) de 15 a 2 veces incluso si se lo hace a partir
de probetas gemelas talladas de un uacutenico bloque de suelo
Esto soacutelo se explica a traveacutes de la gran heterogeneidad local que presentan estos suelos en
los cuales existen macroporos dejados por raiacuteces o insectos y concreciones aisladas de
carbonatos etc que pueden hacer variar las caracteriacutesticas deformacionales en oacuterdenes de
magnitud de los arriba sentildealados Otro aspecto que sentildealan Bally et al (1969) es la
heterogeneidad en la variacioacuten local de las caracteriacutesticas quiacutemicas y mineraloacutegicas las
cuales son difiacuteciles de ser advertidas por meacutetodos usuales de investigacioacuten Para corroborar
todo este tipo de heterogeneidades en (30) se muestran liacuteneas de igual asentamiento para
un estanque experimental de 30 mestros de lado al cabo de 3 meses de continua inundacioacuten
Pueden observarse asentamientos diferenciales de hasta 60 cm Esto induce a pensar que
aunque las propiedades tenso deformacionales pudieran ser aproximadamente constantes
viacuteas preferenciales de humedecimiento (canaliacuteculos verticales dejados por raiacuteces de
hierbas) pueden saturar mayores espesores o presentar curvas de iso saturacioacuten apartadas
del modelo teoacuterico
En resumen una de las caracteriacutesticas principales que deben tenerse siempre en cuenta en
el caacutelculo de la magnitud de los asentamientos por colapso es que estos frecuentemente no
seraacuten uniformes ya sea por las causas antes expuestas como por otros factores como por
ejemplo la dimensioacuten del aacuterea inundada
83 Aacuterea inundada
Otro de los aspectos que influyen considerablemente en la magnitud de los asentamientos
por colapso son el tipo de humedecimiento que se realice dentro de la masa del suelo y las
dimensiones del aacuterea humedecida Golacutedstein (1969) distingue cuatro tipos de
humedecimientos
1 Humedecimiento localizado del suelo a poca profundidad debido generalmente a la
rotura de conducciones hidraacuteulicas de las construcciones En estos casos es casi imposible
predecir a priori la forma en planta y en corte de estos humedecimientos y por lo tanto
hacer una estimacioacuten de la magnitud de los asentamientos y su distribucioacuten en planta
2 Humedecimiento extenso de todo el perfil del suelo causado por una importante
infiltracioacuten de agua (rotura de canales o efluentes industriales) Los asentamientos en estos
casos pueden ser importantes y dantildeinos para las construcciones especialmente cuando los
asentamientos son desiguales
3 Una elevacioacuten uniforme del nivel freaacutetico debido generalmente a una recarga del freaacutetico
causado por una fuente lejana
4 Un aumento gradual y lento del contenido de agua debido por ejemplo a la
condensacioacuten del vapor y una acumulacioacuten de humedad causada por cambios en las
condiciones ambientales (pavimentacioacuten de la superficie del terreno)
En cuanto a la forma y las dimensiones del aacuterea humedecida se ha demostrado
experimentalmente que los asentamientos por colapso calculados con la ecuacioacuten indicada
arriba son soacutelo aplicables cuando la superficie de saturacioacuten o fuente de humedecimiento
es del orden de 23 a 1 vez el espesor de los sedimentos colapsables (Krutov y Dyakonov
1973) En cambio cuando esta relacioacuten es menor y la zona humedecida se aparta de la
supuesta unidimensional los asentamientos reales son sustancialmente menores a los
calculados
Por tal motivo algunos investigadores coinciden en afirmar que dicha ecuacioacuten debe estar
afectada de un coeficiente (m) que tenga en cuenta el tipo la forma y las dimensiones del
aacuterea humedecida
m = f (B L Z)
donde B y L son el ancho y largo de la fuente de inundacioacuten y Z el espesor de la zona
humedecida Asiacute en la ex URSS es habitual afectar a los asentamientos calculados por un
coeficiente llamado de condiciones de campo o de operacioacuten
Este coeficiente es pues la relacioacuten entre el asentamiento real medido en el terreno y el
calculado De modo que
84 Estado tensional
La magnitud del asentamiento adicional por colapso es funcioacuten de la tensioacuten actuante en el
manto de suelo considerado Si se analiza el caso particular de una zapata apoyada sobre la
superficie del terreno el asentamiento adicional por colapso seraacute funcioacuten de la forma y las
dimensiones de aacuterea cargada del espesor del manto susceptible al colapso y del tipo y la
forma de la zona humedecida Sin embargo se ha comprobado experimentalmente que si el
espesor de los mantos de suelos colapsables que se encuentran por debajo de la zona
comprimida es suficientemente importante como para que pueda colapsar por peso propio
la amplitud del asentamiento no depende praacutecticamente de la forma y de las dimensiones de
las fundaciones (Abelev y Abelev 1979)
En las numerosas experiencias realizadas sobre zapatas a escala real se ha comprobado que
los asentamientos adicionales por colapso medidos pueden llegar a ser entre 15 a 2 veces
mayores que los calculados sobre todo en zapatas con anchos inferiores a los 20 m de
ancho (Abelev y Abelev 1979)
Estas divergencias entre el valor de los asentamientos calculados y los reales pueden
atribuirse a varios factores entre los cuales pueden sentildealarse
c) La eleccioacuten del espesor del manto de suelos colapsables o susceptibles a sufrir un
asentamiento adicional ha sido largamente discutido Asiacute Kodrynova (1969) en base a
ensayos de zapatas a escala real pudo establecer las dimensiones de la zona realmente
deformada Confirmando que la profundidad de la zona deformada era menor que la
profundidad que por ejemplo estableciacutean las Normas Sovieacuteticas vigentes en ese momento
Estas Normas haciacutean soacutelo consideraciones tensionales y fijaban la profundidad del manto
como aqueacutella para la cual la relacioacuten entre el valor de la carga adicional debida a la zapata
(Δσ) y el de la presioacuten natural (σ0) se haciacutean igual a 020 Kodrynova (1969) comproboacute
que el criterio maacutes adecuado para establecer este espesor era usar el concepto de resistencia
estructural o Presioacuten Inicial de Colapso sugerido por Abelev en 1968 Asiacute observoacute que la
zona deformada se correspondiacutea muy bien con aquellos lugares donde los valores de
tensiones totales (σz) eran mayores al valor de la Presioacuten Inicial de Colapso (δicol) Por
tanto concluyoacute que el espesor Zo puede definirse como la profundidad en la cual se
comprueba que
Esto coincide con lo advertido por Grigoryan (1967) en ensayos de zapatas cuadradas y
rectangulares en donde solamente se observaron asentamientos en la masa del suelo
cuando la tensioacuten actuante era mayor al valor de la Presioacuten Inicial de Colapso (δicol)
Por lo tanto se puede concluir que no existen reglas praacutecticas -como las que existen en
otros tipos de suelos- que puedan dar valores indicativos de la relacioacuten entre el ancho de la
cimentacioacuten y el espesor del manto deformable Sin embargo de lo que siacute hay abundante
evidencia es que la zona deformada generalmente aumenta cuando aumenta el contenido de
humedad (Tsytosich et al 1979)
b) La distribucioacuten de tensiones en la masa de un suelo colapsable provocada por una zapata
riacutegida se asemeja a la de un medio seminfinito y elaacutestico (error entre 20 a 30) soacutelo
cuando el suelo estaacute a humedad natural y la tensioacuten no sobrepasa los 30 kgcm2
(Grigoryan 1967) Tsytosich et al (1979) comprobaron experimentalmente esta afirmacioacuten
observando que a posteriori de la inundacioacuten del suelo el cambio tensional sobre la vertical
en el borde y en el centro de la zapata aumentan Se advierte que durante el proceso de
inundacioacuten del suelo ubicado debajo de la zapata se produce una concentracioacuten de
tensiones bajo la zapata disminuyendo el aacuterea en donde se distribuyen las cargas Seguacuten
Abelev y Abelev (1979) esto puede explicarse porque las relaciones tensioacuten-deformaciones
de los suelos macroporosos no son lineales a estos niveles de tensioacuten
9 METODOS DE IDENTIFICACIOacuteN
91 Aspectos generales
A partir de la deacutecada de los antildeos 50 se generoacute una preocupacioacuten manifiesta por parte de
diferentes investigadores en identificar y clasificar la potencialidad al colapso en los
distintos suelos
Estos intentos a escala mundial se han enfrentado fundamentalmente con dos
inconvenientes o limitaciones como son
1 La gran variedad de tipos de suelos que colapsan por humedecimiento Asiacute por
ejemplo meacutetodos probados en ciertos paiacuteses o regiones en determinados tipos de suelos no
han podido hacerse extensivos a suelos de otras zonas cuyo origen geoloacutegico y geneacutetico es
francamente diferente
2 La frecuente heterogeneidad de los suelos colapsables por humedecimiento En este
sentido hay coincidencia entre los investigadores que han estudiado suelos colapsables de
distinto origen geoloacutegico Asiacute pueden encontrarse referencias tanto en investigadores que
analizaron suelos lateriacuteticos o de origen eoacutelico como el loess (Abeley y Abeley 1979
Moretto 1986) que en principio suelen considerarse como suelos homogeacuteneos Es
frecuente encontrar una variacioacuten en el grado de cementacioacuten (por ejemplo debido a
carbonatos) en soacutelo algunos centiacutemetros En otros casos esta heterogeneidad es debida a la
presencia de grandes macroporos dejados por raiacuteces o insectos
Esto ha llevado a una gran variedad de metodologiacuteas para establecer la susceptibilidad al
colapso de los suelos y una anarquiacutea en la terminologiacutea empleada en los diferentes paiacuteses
para su clasificacioacuten Sin embargo en la mayoriacutea de los casos los diferentes investigadores
o coacutedigos han tendido a discretizar el comportamiento del suelo frente al colapso en dos
grupos suelos que colapsan bajo peso propio y suelos que colapsan bajo una carga mayor
Rocca (1985) ha confeccionado una tabla de equivalencias con la denominacioacuten que
reciben en los distintos paiacuteses
82 Clasificacioacuten de los meacutetodos de identificacioacuten de suelos colapsables
En cuanto a los tipos de meacutetodos de identificacioacuten propiamente dichos varios han sido los
enfoques que se han propuesto Estos podriacutean clasificarse en tres grupos
1048713 Meacutetodos basados en paraacutemetros fiacutesicos de identificacioacuten de suelos tales como Peso
Unitario Liacutemites de Consistencia Granulometriacutea etc
1048713 Meacutetodos basados en ensayos mecaacutenicos principalmente en ensayos edomeacutetricos
1048713 Meacutetodos basados en la magnitud del colapso
Existe una abundante bibliografiacutea sobre los diferentes meacutetodos de clasificacioacuten a
identificacioacuten en las cuales se ha realizado un anaacutelisis criacutetico sobre los diferentes meacutetodos
como las ya referidas de Rocca (1985) y Redolfi et al (1986) y otras como las de Sultan
(1969) Reginatto (1970 1974) Loacutepez Corral (1977) Jimeacutenez Salas (1987) y Lutenegger y
Saber (1988) Por lo tanto en este apartado no se insistiraacute en ello sino maacutes bien se haraacute un
enfoque general del problema y se presentaraacuten aquellos conceptos v meacutetodos que
posteriormente seraacuten utilizados en el desarrollo de estas notas
Meacutetodos basados en paraacutemetros fiacutesicos de suelos
En general la mayoriacutea de estos meacutetodos de identificacioacuten tienen maacutes bien un caraacutecter
cualitativo que cuantitativo pretendiendo ubicar el suelo analizado en algunos de los
grupos mencionados en (36) La clasificacioacuten consiste habitualmente en establecer si el
suelo es autocolapsable (colapsable bajo su propio peso) o bien si es condicionalmente
colapsable (colapsable bajo carga externa)
En estas notas solamente se analizaraacuten tres de ellos que tienen en comuacuten que relacionan el
liacutemite liacutequido y el peso unitario seco
a) Denison (1961) establece el Coeficiente de Colapso (k) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando la relacioacuten de vaciacuteos del suelo en estado natural (e) es mayor
que la relacioacuten de vaciacuteos correspondiente al Liacutemite Liacutequido (eL )
b) Gibbs (1961) establece una Relacioacuten de Colapso (R) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando la humedad de saturacioacuten del suelo (wSAT) es mayor que el
Liacutemite Liacutequido (wL )
c) Coacutedigo de edificacioacuten de la URSS (1962) establece un Indice de Colapso (R) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando R es mayor de -010
En se han superpuesto los puntos correspondientes a pares de valores del peso unitario
seco y el Liacutemite Liacutequido de suelos de la ciudad de Coacuterdoba Argentina (Redolfi et al
1986) De ella se desprende que los valores de los paraacutemetros obtenidos son valores tiacutepicos
de la formacioacuten loeacutessica de Coacuterdoba y que para todas las metodologiacuteas aquiacute presentadas la
gran mayoriacutea de los suelos son colapsables puesto que estaacuten incluidos dentro de las zonas
que los clasifican colapsables
Meacutetodos basados en ensayos edomeacutetricos
Estos meacutetodos estaacuten basados en la Presioacuten Inicial de Colapso o Presioacuten de Fluencia La
determinacioacuten del grupo al cual pertenece el suelo estudiado (auto colapsable o colapsable
bajo carga) se realiza comparando la presioacuten de tapada o geostaacutetica con la presioacuten a la cual
se produce el colapso Asumiendo como hipoacutetesis que el colapso por humedecimiento
ocurre soacutelo a partir de una cierta presioacuten por encima de la cual la resistencia estructural del
suelo es superada
La magnitud de esta presioacuten para la cual se produce el desmoronamiento de la estructura
del suelo ha sido designada por algunos autores como
1048713 Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) (Abelev y Abelev 1979) o
1048713 Presioacuten de Fluencia Saturada (σf sat) (Reginatto 1970)
Experimentalmente se ha demostrado que cuando la presioacuten total en el suelo (σt) ya sea
por cargas externas yo peso propio es menor que esta magnitud no se producen
asentamientos de colapso por humedecimiento Krutov y Tarasova (1964) sentildealan
acertadamente que desde un punto de vista teoacuterico la Presioacuten Inicial de Colapso o Presioacuten
de Fluencia deberiacutea ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero concluyen que
desde un punto de vista praacutectico una pequentildea magnitud de colapso puede asumirse como
permisible Siguiendo este concepto por ejemplo las Normas Sovieacuteticas SNIP definen a la
Presioacuten Inicial de Colapso como aquella presioacuten para la cual en una probeta instalada en un
edoacutemetro se produce un colapso relativo unitario igual a 001 o porcentual del 100
δicol = 001 = 10
En se han representado las curvas presioacuten-deformaciones unitarias de dos ensayos
edomeacutetricos del mismo suelo uno a humedad natural y el otro en estado saturado El
colapso relativo (δicol) es igual a
δicol = εHN - εSAT
donde εHN = Deformacioacuten unitaria a humedad natural
εSAT = Deformacioacuten unitaria en estado saturado
En tanto Reginatto (1970) define a la Presioacuten de Fluencia saturada de un suelo colapsable
de la misma forma en que se establece la presioacuten de preconsolidacioacuten de una arcilla
saturada en un ensayo edomeacutetrico
En se presenta la correlacioacuten que realizan Lin y Wang (1988) entre los valores de la
Presioacuten de Fluencia Saturada y la Presioacuten Inicial de Colapso (el Coacutedigo Chino la establece
para un valor de δicol = 150) Se puede observar que aproximadamente se establece una
relacioacuten directa entre ellas Esto no es de extrantildear puesto que conceptualmente ambas
definiciones tratan de fijar la presioacuten a la cual la estructura del suelo saturado comienza a
colapsar
Los numerosos intentos realizados en ensayos in situ para comprobar la validez de esta
hipoacutetesis (Krutov y Tarasova 1964 Abelev y Abelev 1979) parecen indicar a primera
vista que las predicciones tienen buen acuerdo con la realidad en muchos casos pero en
cambio en otros la diferencia entre lo predecido y lo sucedido es importante sobre todo en
aquellos casos referidos al colapso por peso propio
Meacutetodos basados en la magnitud del asentamiento por colapso
Los meacutetodos basados en la magnitud del asentamiento por colapso se fundan en determinar
la magnitud del mismo de un perfil de suelos en un lugar determinado debido solamente a
su peso propio
Asiacute por ejemplo la Clasificacioacuten Rumana de Suelos Loeacutessicos Colapsables (LCS) define
el Potencial Total de Colapso (Img) (Bally et al1973) como
donde Hj es el espesor del estrato j en metros y img es el asentamiento edomeacutetrico
adicional de una muestra de estrato j inundada a una presioacuten igual al peso propio de las
tierras (σ0 ) expresado en cmm
El Coacutedigo de Construccioacuten de Edificios de la Repuacuteblica Popular China en regiones de
suelo colapsables sigue un criterio similar (Lin y Liang 1982 Lin y Wang 1988) La
evaluacioacuten de la susceptibilidad al colapso en un determinado sitio se realiza en dos etapas
En primer lugar se evaluacutea su aptitud al autocolapso y se determina el Tipo de sitio (Tipo
1 o Tipo 2)
La magnitud del colapso por peso propio Δzc se obtiene de forma similar a la utilizada por
Bally et al (1973) en Rumania sumando los asentamientos individuales de los n estratos
colapsables del perfil
donde Hj es el espesor de estrato en cm y δzsj es el coeficiente de colapsabilidad del estrato
j en cmcm o en por ciento obtenido por medio de ensayos edomeacutetricos en los cuales
primero se carga el suelo hasta la presioacuten por peso propio y luego se inunda la muestra
donde Hj es el espesor de estrato en cm y δzsj es el coeficiente de colapsabilidad del estrato
j en cmcm o en por ciento obtenido por medio de ensayos edomeacutetricos en los cuales
primero se carga el suelo hasta la presioacuten por peso propio y luego se inunda la muestra
La sumatoria soacutelo tiene en cuenta aquellos valores de δzs jmayores de 0015
Si Δzs lt 7 cm se considera al suelo no autocolapsable por humedecimiento y se clasifica
al lugar como sitio TIPO 2 Si en cambio Δzs gt 11 cm se considera al suelo
autocolapsable por humedecimiento y se lo clasifica como sitio TIPO 1
Por uacuteltimo si 7 cm lt Δzs lt 11 cm el tipo de sitio debe ser determinado despueacutes de un
exhaustivo estudio de la geomorfologiacutea estratigrafiacutea y caracteriacutesticas estructurales del
suelo
El Coacutedigo tambieacuten establece que la magnitud del colapso por peso propio (Δzs) tambieacuten
puede ser determinada directamente en el terreno a traveacutes de una balsa o laguna de
infiltracioacuten de dimensiones especiacuteficas
La segunda etapa de la evaluacioacuten de la colapsabilidad consiste en establecer el Grado de
Colapsabilidad del suelo de cimentacioacuten Para ello se carga a las muestras representativas
de cada uno de los estratos a una presioacuten de 200 kPa y luego se las inunda La magnitud del
colapso se obtiene
donde δsj es el Coeficiente de colapsabilidad del estrato j en cmcm para una presioacuten de
200 kPa La sumatoria soacutelo tiene en cuenta valores de Δs mayores de 0015
donde δsj es el Coeficiente de colapsabilidad del estrato j en cmcm para una presioacuten de
200 kPa La sumatoria soacutelo tiene en cuenta valores de Δs mayores de 0015
SOLUCIONES INGENIERILES EN SUELOS COLAPSABLES
111 Consideraciones generales
La primera cuestioacuten que debe analizarse cuando se disentildean cimentaciones en suelos
susceptibles al colapso es la probabilidad que el agente desencadenante del fenoacutemeno el
agua pueda o no introducirse en el terreno y por ende sensibilizar al suelo en donde se
apoyaraacuten las estructuras Por definicioacuten sin la presencia del agua el suelo no colapsa Esta
cuestioacuten es significativa puesto que pueden existir numerosos casos en donde la
probabilidad que el agua se infiltre en el suelo sea lo suficientemente baja como para
analizar la posibilidad de fundar la estructura considerando el comportamiento del suelo en
su estado natural Por lo tanto cuando se hable de suelos potencialmente colapsables por
humedecimiento no debe pensarse uniacutevocamente en las soluciones ingenieriles que se
utilizan en suelos colapsables
Hecha esta aclaracioacuten a continuacioacuten se trataraacute de ofrecer un panorama de las distintas
soluciones ingenieriles que se adoptan en suelos colapsables por humedecimiento cuando
las probabilidades de que se produzca el fenoacutemeno son altas
El objetivo central de todas estas soluciones es prevenir las fallas estructurales o de servicio
que pueden sobrevenir sobre las estructuras construidas sobre estratos de suelos
colapsables
Aitchison (1973) divide a estas soluciones en
a) Tratamiento del suelo colapsable con vista a eliminar la tendencia al colapso a lo largo
de todo el estrato de suelos desmoronables
b) Disentildeo de elementos constructivos que eliminen o disminuyan a liacutemites razonables la
posibilidad que se inicie el colapso
c) Disentildeo de estructuras yo cimentaciones insensibles a los asentamientos provocados por
el colapso por ejemplo fundaciones profundas apoyadas sobre un manto profundo no
sujeto a los asentamientos por humedecimiento
El primer grupo de soluciones comprende los meacutetodos de mejoramiento de suelo por
medio de los cuales la susceptibilidad al colapso es eliminada modificando las propiedades
resistentes del suelo mediante la compactacioacuten o la cementacioacuten de los viacutenculos entre
partiacuteculas El segundo grupo incluye la adopcioacuten de medidas constructivas tendientes a
aislar el agua de manera de evitar o disminuir la presencia de condiciones favorables al
colapso admitiendo no obstante ciertos riesgos Finalmente el tercer grupo engloba tanto
las soluciones tradicionales por medio de fundaciones profundas como el disentildeo de
estructuras con fundaciones directas insensibles a los asentamientos diferenciales
provocados por el colapso del suelo En resumen en el primer grupo de soluciones se
interviene directamente en el suelo evitando asiacute el colapso en el segundo grupo se intenta
evitar que se produzca el colapso sin modificar el suelo y en el uacuteltimo grupo se construyen
estructuras yo fundaciones que admitan y resistan los fenoacutemenos provocados por el
colapso del suelo
Evstatiev (1988) sentildeala que los mejores resultados han sido alcanzados con una oacuteptima
combinacioacuten de las ventajas que individualmente tiene cada uno de los tres grupos La
experiencia ha probado que las medidas constructivas y las medidas de aislacioacuten del agua
por siacute solas no pueden resolver todos los problemas de inestabilidad que provoca el colapso
del suelo Asiacute la adopcioacuten de soluciones exclusivamente para la superestructura (por
ejemplo fundaciones profundas) sin un adecuado disentildeo que eviten dantildeos en los otros
elementos de la construccioacuten como pisos desaguumles etc han provocado serios dantildeos en
estas partes de la construccioacuten que podriacutean haber sido evitados aplicando medidas
tendientes a evitar el ingreso del agua en el terreno
La eficacia del disentildeo adoptado en cada caso depende en gran medida de la calidad de las
investigaciones geoteacutecnicas realizadas La informacioacuten baacutesica que eacutestas deben suministrar
son el espesor del manto de suelos colapsables y la magnitud del colapso bajo peso propio
o bajo carga de todos los estratos del perfil
Una incorrecta estimacioacuten de estos paraacutemetros puede llevar a proponer y construir
soluciones ingenieriles totalmente opuestas a las correctas La confeccioacuten de perfiles de
colapsabilidad como los presentados permiten establecer la existencia o no de suelos
autocolapsables sus espesores aproximados y la profundidad a la que se encuentran Esta
metodologiacutea de anaacutelisis es de gran ayuda por ejemplo en la eleccioacuten del procedimiento
idoacuteneo para estabilizar el terreno
A continuacioacuten se presenta una descripcioacuten de las distintas soluciones ingenieriles maacutes
utilizadas en este tipo de suelos En primer lugar se analizan el primer grupo de soluciones
que se ha englobado bajo el nombre de Mejoramiento de suelos continuando luego con los
otros dos grupos Medidas para evitar la iniciacioacuten del colapso y fundaciones yo
estructuras insensibles a los fenoacutemenos del colapso
112 Mejoramiento de suelos colapsables
Consideraciones previas
El objetivo principal de estas soluciones es eliminar o disminuir apreciablemente la
susceptibilidad al colapso del suelo bien disminuyendo la porosidad del suelo
(compactacioacuten) o bien aumentando la resistencia estructural entre las partiacuteculas del suelo
(meacutetodos fiacutesico-quiacutemicos) Una de las formas de clasificar los meacutetodos de mejoramiento o
estabilizacioacuten ha sido precisamente eacutesta o sea teniendo en cuenta la accioacuten resultante
sobre el suelo (Aitchison1973 Rocca1985) Sin embargo para el desarrollo y explicacioacuten
de los diferentes meacutetodos se ha elegido la clasificacioacuten propuesta por Evstatiev(1988) que
tiene en cuenta el medio usado para realizar la estabilizacioacuten y el objeto de la misma
Evstatiev (1988) propone la siguiente clasificacioacuten de los meacutetodos de estabilizacioacuten de
suelos loeacutessicos la cual puede hacerse extensiva a suelos colapsables
a) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacioacuten
b) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
c) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
d) Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
e) Meacutetodos de mejoramiento que incorporan elementos resistentes a la traccioacuten dentro del
suelo
f) Geomembranas
g) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por drenaje
h) Correccioacuten de taludes y terraplenes
A continuacioacuten siguiendo la clasificacioacuten antes expuesta se desarrollaran aquellas
metodologiacuteas de mejoramientos de suelos colapsables maacutes extendidas Desarrollaacutendose
principalmente los grupos abc y d puesto que incluyen una serie de acciones particulares
frente al fenoacutemeno del colapso En cuanto a los restantes grupos (e f g y h) las teacutecnicas de
mejoramiento del terreno utilizadas persiguen los mismos objetivos buscados en otros tipos
de suelos y en general la teacutecnica empleada es praacutecticamente la misma Por tal motivo y
puesto que se apartan un tanto del objeto de estas notas se estima conveniente no abundar
sobre ellas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacioacuten
Este grupo comprende varias de las metodologiacuteas usadas en suelos colapsables para reducir
los vaciacuteos de modo de eliminar la colapsabilidad reducir la permeabilidad y aumentar la
capacidad de carga Esto se realiza utilizando fuerzas estaacuteticas o dinaacutemicas o bien a traveacutes
de la inyeccioacuten de lechadas
Compactacioacuten dinaacutemica Este meacutetodo es adecuado para compactar mantos de suelos
colapsables superficiales con espesores menores a 350 metros El meacutetodo consiste en dejar
caer en caiacuteda libre desde una altura de 4 a 8 metros pilones de 3 a 8 Tn sobre la superficie
del terreno a razoacuten de 10 a 16 impactos en cada lugar (Abelev y Abelev 1979) El impacto
genera una rotura de la estructura del suelo un aumento de la presioacuten de poros y una
compresioacuten del aire presente en los poros produciendo un reacomodamiento de las
partiacuteculas dando como resultado una estructura maacutes compacta Seguacuten Malyshev et al
(1983) el contenido de humedad del suelo juega un papel importante lograacutendose la maacutexima
eficiencia con un contenido de humedad cercano al Liacutemite Plaacutestico Si el contenido de
humedad es menor a eacuteste es necesario humedecer el espesor de suelo de modo de alcanzar
una mejor eficacia Varios son los factores que controlan los resultados del meacutetodo asiacute por
ejemplo el espesor compactado es funcioacuten principalmente del peso y del diaacutemetro del piloacuten
En tanto el grado de compactacioacuten estaacute controlado por el nuacutemero de impactos y la humedad
del suelo El grado de compactacioacuten no es uniforme a lo largo de todo el espesor
compactado lograacutendose la maacutexima densificacioacuten a 12 a 15 veces el diaacutemetro del piloacuten
Sin embargo se pueden obtener Pesos Unitarios secos superiores a 16 tm3 en espesores de
25 a 35 m lo cual en la mayoriacutea de los casos es suficiente para disminuir o anular la
susceptibilidad al colapso del suelo Una variante a este meacutetodo es realizar la compactacioacuten
solamente en los lugares donde actuacutean las cargas y no en toda el aacuterea de la construccioacuten
Por ejemplo en casos de fundaciones de muros de carga o fundacioacuten de columnas el
mejoramiento del suelo se logra densificando la zona de influencia del bulbo de presiones
o sea la zona donde los incrementos de presioacuten pueden hacer colapsar el suelo
Compactacioacuten por medio de pequentildeos pilotes piramidales En cierta forma este meacutetodo es
una variante del meacutetodo anterior Consiste en hincar un pilote piramidal de 3 a 4 metros de
longitud con una seccioacuten transversal superior de 60 x 60 a 70 x 70 cm y una seccioacuten
transversal inferior de 10 x 10 cm Una vez retirado el pilote la cavidad se rellena con
hormigoacuten Este tipo de metodologiacutea da excelentes resultados en aacutereas en donde existe un
espesor de suelos potencialmente colapsables (no autocolapsables) de 30 o 40 m de
profundidad pero que colapsaraacuten si estaacuten sometidos a los incrementos de carga
transmitidos por las construcciones Una de las ventajas del meacutetodo es la completa
mecanizacioacuten de todas las operaciones Una variante a este meacutetodo consiste en realizar la
hinca sobre una capa de piedra partida dando como resultado un bulbo de suelo
compactado alrededor de la capa de piedra mejorando la capacidad de carga por la punta
del pilote asiacute construido
Compactacioacuten por pilotes de suelo Este es uno de los meacutetodos maacutes usuales para
compactar espesores importantes (18 a 20 m) de suelos loeacutessicos susceptibles al colapso
El procedimiento consta de dos partes primero se realiza la perforacioacuten y segundo se llena
la cavidad con suelo compactado La perforacioacuten se realiza usualmente mediante la hinca
de un pilote metaacutelico con base ensanchada (15 veces) En otra metodologiacutea de reciente uso
la excavacioacuten se hace de la siguiente forma se perfora hasta la profundidad deseada un
hoyo de 8 cm de diaacutemetro dentro del cual se coloca una columna de explosivos que luego
de estallar crea una perforacioacuten de aproximadamente 080 m de diaacutemetro Despueacutes de
efectuada esta perforacioacuten dinaacutemica la cavidad se rellena con suelo local introducido en
tongadas de 100 a 200 Kg que luego son compactadas dinaacutemicamente por medio de un uacutetil
especial Concluidas ambas etapas quedan formadas columnas de suelo compactado con un
diaacutemetro aproximado igual a dos veces el de la perforacioacuten El grado de compactacioacuten va
decreciendo a medida que se aleja del centro de la columna por tal motivo es importante
conocer esta ley de decrecimiento para disentildear correctamente la cuadriacutecula de pilotes de
suelo Al igual que en los otros meacutetodos la eficiencia del sistema aumenta en la medida que
la humedad del suelo natural y compactado se encuentre a una humedad cercana al Limite
Plaacutestico Por tal motivo es usual que previo a la perforacioacuten se realice una humectacioacuten del
espesor de suelos a compactar Las densidades alcanzadas son del orden de 170 a 180
tm3 que son suficientes para evitar el colapso por peso propio y permiten el use del
espesor compactado como manto de fundacioacuten
Compactacioacuten por explosiones de gas Esta relativamente nueva metodologiacutea de
compactar espesores de suelos colapsables consiste en introducir a traveacutes de una lanza de
agua a presioacuten una caacutemara de compresioacuten que contiene una mezcla de gas propano y
oxiacutegeno la cual se va elevando a medida que se producen una serie de explosiones de la
mezcla De este modo se va generando una columna 120 140 m de suelo compactado
(Densidad de 150 tcm3) (Martemyanov et al 1979)
Compactacioacuten por humedecimiento (Hidrocompactacioacuten) En este caso se utiliza la propia
susceptibilidad del suelo a colapsar bajo peso propio El meacutetodo maacutes frecuente de realizar
la humectacioacuten o saturacioacuten del terreno es a traveacutes de infiltracioacuten del agua desde la
superficie del terreno para lo cual se efectuacutean excavaciones poco profundas (040 a 080 m)
o bien se construyen grandes estanques En muchos casos a efectos de acelerar el ingreso
del agua al terreno se construyen dentro del estanque drenes de arena convenientemente
espaciados Este sistema ha sido empleado ampliamente en varias partes del mundo por
ejemplo en EEUU por Gibbs y Bara (1967) y Clevenger (1956) en Rumania por Bally et
al (19651969) en la URSS por Lomize (1968) y Mustafaef (1967) en China por Lin y
Liang (1982) y en Argentina por Moll et al (1979) A pesar de su amplia utilizacioacuten y su
bajo costo el meacutetodo presenta una serie de inconvenientes aparicioacuten de grietas de traccioacuten
en el contorno del aacuterea inundada existencia de importantes deformaciones posteriores al
colapso necesidad de recompactar los 4 oacute 5 primeros metros utilizando otro tipo de
metodologiacutea La efectividad de este meacutetodo se mejora sustancialmente si al mismo se lo
combina con otro meacutetodo de compactacioacuten dinaacutemica
Compactacioacuten por humedecimiento previo y por explosiones profundas Este meacutetodo fue
desarrollado en al Unioacuten Sovieacutetica por Livinov (1976) en la deacutecada de los 60 El espesor de
suelos a compactar es previamente humedecido a traveacutes de un sistema de drenes
(cuadriacutecula de 3 x 3 a 5 x 5 m) Las cargas explosivas (5 a 7 Kg) son colocadas en el fondo
de los mismos drenes o bien en tubos metaacutelicos colocados en perforaciones adicionales La
cuadriacutecula con las cargas es aproximadamente de 4 x 4 m En este procedimiento no es
necesario la completa saturacioacuten del suelo que por ejemplo necesita el meacutetodo anterior
Posterior al humedecimiento se hacen estallar las cargas de toda un aacuterea (2000 a 50000
m2) La explosioacuten generan una onda de choque que hace licuar la estructura del suelo lo
cual permite un reacomodamiento de las partiacuteculas y un crecimiento de la densidad del
suelo En ciertos casos es aconsejable la construccioacuten de trincheras alrededor de la zona a
compactar a efectos de evitar la propagacioacuten de grietas fuera de ella La explosioacuten produce
un importante a inmediato asentamiento de la superficie del terreno Los asentamientos en
general se estabilizan al cabo de 3 oacute 4 semanas Este tipo de meacutetodo es aconsejable cuando
se desea compactar grandes voluacutemenes de suelo particularmente en grandes complejos
industriales o bien en obras hidroeleacutectricas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
En este apartado se incluyen aquellos meacutetodos de estabilizacioacuten consistentes en la mezcla y
posterior compactacioacuten de suelo colapsable con otros materiales (arena gravas) a efectos
de conseguir mayor resistencia y mayor rigidez Este tipo de estabilizacioacuten es de amplio use
en la ingenieriacutea vial en la construccioacuten de bases y de sub-bases
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
Este grupo incluye a aquellas metodologiacuteas en las cuales el mejoramiento de las
propiedades resistentes del suelo se consiguen con la creacioacuten de viacutenculos maacutes soacutelidos y
estables en la estructura del suelo En algunas de ellas la inyeccioacuten de agentes cementantes
provoca la rotura de la estructura original del suelo En otras por el contrario la inyeccioacuten
de agentes quiacutemicos actuan directamente sobre los viacutenculos sin modificar la estructura del
suelo Los meacutetodos se pueden dividir en meacutetodos superficiales y meacutetodos profundos
dependiendo en donde se realice la estabilizacioacuten En los meacutetodos de estabilizacioacuten
superficiales el mejoramiento en general se consigue mediante la mezcla y posterior
compactacioacuten del suelo con agentes quiacutemicos o cementantes tales como cemento cal
emulsiones asfaacutelticas sales (NaCl Nat C03 NaPO3) etc Estos meacutetodos de estabilizacioacuten
son tambieacuten usuales en otros tipos de suelos y son de amplia utilizacioacuten en todo tipo de
obras de ingenieriacutea civil por tal motivo no insistiremos en ellos Por el contrario los
meacutetodos de estabilizacioacuten profunda aunque tambieacuten se han utilizado en otros tipos de
suelos muchos de ellos se han desarrollado y usado especiacuteficamente para eliminar o
disminuir la susceptibilidad al colapso en espesores importantes de suelo A continuacioacuten
se presentan algunos de ellos
Inyecciones de agentes quiacutemicos Las investigaciones y las realizaciones en este tipo de
estabilizaciones se ha desarrollado principalmente en la Unioacuten Sovieacutetica Seguacuten Mitchell
(1981) la razoacuten principal por la cual estos meacutetodos no se han extendido universalmente se
debe principalmente a los altos costos frente a otros tipos de estabilizaciones Sin embargo
Esvtatiev (1988) da cuenta de la existencia en la URSS de maacutes de 800 proyectos en donde
se han utilizado satisfactoriamente p ej el meacutetodo de silicatizacioacuten) Esto ha permitido un
continuo mejoramiento de la tecnologiacutea una reduccioacuten de los costos y una abundante
normativa en la regulacioacuten de su uso El agente quiacutemico maacutes utilizado por su bajo costo
frente a otros agentes quiacutemicos es el Silicato de Sodio El meacutetodo consiste en inyectar en
todo el espesor de suelo a tratar una solucioacuten de silicato de sodio (Densidad = 1 10 a 1 04
gcm3) a traveacutes de un tubo inyector de 42 mm de diaacutemetro con perforaciones de 3 mm
protegidas por un manguito de goma La inyeccioacuten se realiza a una presioacuten de 20 a 40
Kgcm2 y una descarga de 48 litros por minuto (Zvyagin et al 1978) La silicatizacioacuten del
suelo es soacutelo posible en un medio fuertemente alcalino Seguacuten Sokolovic (1973) se logra
una mejor eficiencia mediante una pre y post gasificacioacuten con carbonato de calcio Luego
de la inyeccioacuten tres son los cambios que se observan en el suelo un aumento significativo
de la resistencia a la compresioacuten (superior a 20 Kgcm2 ) una eliminacioacuten de la
susceptibilidad al colapso y una disminucioacuten de la permeabilidad Otro de los tratamientos
con agentes quiacutemicos es la inyeccioacuten de amoniacuteaco La mejora en el suelo es inferior al
tratamiento por silicatizacioacuten ademaacutes presenta la desventaja de ser un elemento toacutexico y su
utilizacioacuten requiere medidas especiales de proteccioacuten (Sokolovic 1973)
Estabilizacioacuten teacutermica Esta teacutecnica comenzoacute a desarroIlarse en la URSS en la deacutecada de
los antildeos 50 y ha sido utilizada exitosamente en un importante nuacutemero de emprendimientos
Seguacuten Esvtatiev (1988) la aplicacioacuten de este meacutetodo es teacutecnica y econoacutemicamente
aconsejable en los siguientes casos a) en la estabilizacioacuten de fundaciones existentes de
estructuras altas como chimeneas tanques de agua b) en la paralizacioacuten de los
asentamientos en construcciones existentes provocados por el colapso del suelo Las
propiedades de los minerales arcillosos cambian cuando eacutestos son sometidos a altas
temperaturas lo cual genera un aumento importante de la resistencia y por ende la
eliminacioacuten de la susceptibilidad al colapso del suelo La tecnologiacutea ha ido variando y
mejorando su eficiencia a lo largo de estas deacutecadas No obstante la variedad de meacutetodos
casi todos ellos consisten en la introduccioacuten de un quemador de fuel o gas dentro de un pre
pozo de 020 metros de diaacutemetro con una presioacuten de aire de 20 a 30 Kgcm2 De esta
forma al cabo de 10 a 15 diacuteas se consigue una columna estabilizada de suelo de 20 a 30
metros y una profundidad de 10 a 15 metros (Beles y Stanculescu 1958)
Estabilizacioacuten mediante mezclado mecaacutenico con agentes cementantes El objetivo de este
tipo de estabiacutelizacioacuten es la creacioacuten de columnas o pilotes de suelo con alta resistencia y
rigidez que permitan la transferencia de las cargas a mantos maacutes profundos y estables
Varios son los meacutetodos constructivos que pueden agruparse dentro de este grupo Los
subdividiremos en los siguientes subgrupos dependiendo del lugar en donde se realiza la
mezcla del suelo con el agente cementante
1 La mezcla del suelo y el agente cementante se realiza en superficie En este caso la
excavacioacuten se puede realizar bien utilizando la teacutecnica constructiva empleada en los pilotes
de suelo (hinca) o bien usar teacutecnicas usuales de perforacioacuten La mezcla deiexcl suelo con el
agente cementante (preferentemente Cemento Portland) puede ser fluida (suelo cemento
plaacutestico) a introducirse dentro de la excavacioacuten en forma de pastones o bien mezclar el
suelo y elcemento con porcentaje de humedad oacuteptimo a introducirlos en la perforacioacuten en
tongadas (100 a 200 Kg) las cuales posteriormente son compactadas dentro de la misma
excavacioacuten Por lo tanto existen cuatro variantes seguacuten sea el tipo de excavacioacuten y el tipo
de mezcla
2 La mezcla del suelo y el cemento se realiza en el mismo proceso de perforacioacuten En este
caso la mezcla del agente cementante se realiza con el propio suelo La mezcla puede
realizarse mediante uacutetiles especiales que van mezclando el suelo con una lechada de
cemento o bien usar la teacutecnica del jet grouting mediante un chorro de lechada a alta presioacuten
Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
Este tipo de estabilizacioacuten se realiza principalmente en terrenos con suelos potencialmente
colapsables en los cuales la presencia de cargas adicionales en superficie puede generar
asentamientos adicionales ante un incremento de la humedad del suelo Asiacute una parte del
suelo colapsable superficial ubicado directamente debajo de las fundaciones es excavado
extraiacutedo y reemplazado por otro material maacutes competente Los materiales generalmente
utilizados son los siguientes el mismo suelo extraiacutedo compactado y eventualmente
estabilizado granulomeacutetricamente arena compactada o suelo cemento compactado La
eleccioacuten del tipo de material estaacute condicionado generalmente por variables teacutecnico
econoacutemicas Los espesores de estos mantos son variables (1 a 4 m) dependiendo del tipo de
cargas y de las caracteriacutesticas del proyecto Por ejemplo en algunos proyectos los
condicionantes pueden ser los asentamientos diferenciales (edificios) en cambio en otros
(canales) no soacutelo importa disminuir la probabilidad que se produzca el colapso sino
tambieacuten lograr una capa de suelo maacutes impermeable Este tipo de metodologiacutea ha sido
utilizada con eacutexito en numerosos paiacuteses y en innumerables tipos de obras Tambieacuten es
frecuente el empleo de esta metodologiacutea en forma conjunta con otro tipo de estabilizacioacuten
profunda cuando se presentan mantos de suelos colapsables profundos y con espesores
muy dispares
113 Medidas conducentes a evitar la iniciacioacuten del colapso
Arriba se sentildealaron los tipos de humedecimientos que seguacuten Goldstein (1969) pueden
presentarse en una masa de suelo
a) humedecimiento localizado por rotura de conducciones hidraacuteulicas o infiltraciones de
aguas de lluvia
b) humedecimiento extenso causado por roturas de canales o efluentes industriales
c) ascenso del nivel freaacutetico
d) aumento gradual y lento del contenido de humedad por condensacioacuten del vapor de agua
provocados por condiciones ambientales
Muchos de estos tipos de humedecimientos pueden ser prevenidos principalmente los
primeros pues en general eacutestos son debidos a fallas o roturas de las instalaciones de la
misma construccioacuten En cambio los otros tipos de humedecimientos estaacuten condicionados
por factores externos al proyecto como por ejemplo puede ser el ascenso del nivel freaacutetico
o la rotura de un canal cercano y ajeno al proyecto La accioacuten del proyectista debe estar
encaminada principalmente a impedir dentro de los liacutemites del proyecto la generacioacuten de
estos humedecimientos provocados por elementos de la propia construccioacuten Robinson y
Narkiewicz (1982) sugieren las siguientes medidas de proteccioacuten contra el humedecimiento
de edificios
a) Pendientes adecuadas en la superficie del terreno que rodea a la construccioacuten de modo
que no se produzcan embalsamientos de agua en las cercaniacuteas de las fundaciones y que
cualquier peacuterdida de agua pueda ser eliminada con rapidez
b) Canalizacioacuten de todos los desaguumles de techos y patios hacia el exterior de la
construccioacuten
c) Instalacioacuten de membranas impermeables o pavimentacioacuten de la superase que rodea a la
construccioacuten de modo de limitar la infiltracioacuten de agua en el suelo adyacente a las
construcciones
d) Encerrar las conducciones de agua o efluentes cloacales dentro de conductos de faacutecil
acceso a efectos de detectar posibles peacuterdidas
Algunas de estas medidas requieren una serie de medidas de control y mantenimiento
durante la vida uacutetil de la obra de manera que perioacutedicamente se realicen inspecciones a las
instalaciones y puedan detectarse peacuterdidas o dantildeos en las mismas Tambieacuten es aconsejable
que los propietarios de la obra conozcan perfectamente los riegos a que estaacute expuesta la
misma de modo que su actividad yo descuidos no inicie procesos de humedecimiento del
terreno
Las medidas de proteccioacuten en otros tipos de obras civiles (canales o caminos) tienen la
misma filosofiacutea es decir elementos de proteccioacuten que impidan o dificulten la entrada del
agua en el terreno de fundacioacuten Asiacute por ejemplo en las obras lineales se debe prestar una
especial atencioacuten al disentildeo del sistema de alcantarillado y de desaguumles En algunos casos
estas obras suelen seguir parcialmente las curvas de nivel del terreno convirtieacutendose en
verdaderas presas que impiden el natural escurrimiento de las aguas provocando la
acumulacioacuten de agua en su entorno lo que genera un humedecimiento generalizado del
terreno de fundacioacuten con los consecuentes dantildeos en la obra
Es frecuente que en ciertos tipos de obras como viviendas unifamiliares de una planta o
incluso caminos y canales las uacutenicas medidas a adoptar sean las presentadas en este
apartado ya que la utilizacioacuten de teacutecnicas de mejoramiento o fundaciones profundas
resultan prohibitivas En realidad la mayoriacutea de las obras aludidas se construyen admitiendo
el riesgo de un posible colapso del terreno El buen comportamiento que han tenido la
mayoriacutea de ellas se debe fundamentalmente a que no se ha producido ninguacuten tipo de
humedecimiento En contraste los dantildeos son serios en aquellas obras que los han sufrido
Por todo ello es un deber de los investigadores a ingenieros buscar nuevas soluciones
econoacutemicas que permitan disminuir los riesgos y por ende los dantildeos en este tipo de obras
Uno de los caminos en tal sentido es el estudio de estructuras que absorban o minimicen
los posibles asentamientos diferenciales provocados por el humedecimiento localizado del
suelo sin un aumento excesivo de los costos
114 Estructuras yo fundaciones que admiten y resisten los fenoacutemenos provocados
por el colapso
El anaacutelisis de este apartado se centraraacute principalmente en el estudio de las fundaciones
superficiales en suelos potencialmente colapsables ya que el otro gran grupo de soluciones
fundaciones profundas mediante pilotes seraacute objeto de un examen detallado en los
apartados siguientes
La lista de estructuras que se asientan directamente sobre mantos de suelos potencialmente
colapsables es amplia entre ellas pueden sentildealarse viviendas unifamiliares construcciones
transitorias galpones ductos enterrados canales caminos etc
Las fundaciones directas sobre suelos colapsables pueden ser divididas en dos grupos
a) Fundaciones riacutegidas utilizadas principalmente en estructuras livianas y con cargas
puntuales por ejemplo torres de liacuteneas de alta tensioacuten columnas de naves industriales o
depoacutesitos En general este tipo de estructuras tienen algunos rasgos comunes como son por
ejemplo cargas verticales bajas cargas horizontales importantes y en general suelen
aceptar asentamientos admisibles mayores
b) Fundaciones de baja rigidez longitudinal en este caso se trata de estructuras con cargas
lineales (muros de carga canales etc) con baja rigidez en el sentido de las cargas Este tipo
de estructuras son sensibles a humedecimientos localizados del terreno que generan
asientos diferenciales importantes En general las medidas que suelen tomarse para
disminuir los efectos de los asientos diferenciales son las siguientes disentildeo de elementos
que rigidicen la estructura (Clemence Y Finbarr 1981) y el disentildeo de elementos
constructivos que eviten
RECAPITULACIOacuteN
Definido el concepto de colapso el estudio se ha enfocado al anaacutelisis de los suelos
colapsables por humedecimiento En esta clase particular de suelos metaestables el agente
externo que desencadena el fenoacutemeno de colapso es el agua En estos suelos un incremento
de humedad puede provocar una disminucioacuten o anulacioacuten de las fuerzas que vinculan unas
partiacuteculas con otras y por lo tanto cambiar el estado de equilibrio en la estructura del suelo
El colapso de la estructura del suelo depende fundamentalmente de dos causas a) de la
importancia de los cambios provoca dos por el agua en los viacutenculos existentes entre las
partiacuteculas y b) del estado tensional en los viacutenculos O sea para que se produzca el colapso
es necesario un agente sensibilizante y un estado tensional capaz de provocar la des-
estabilizacioacuten de la estructura del suelo
Por este motivo los meacutetodos que mejor reflejan la susceptibilidad al colapso de un suelo
son aquellos basados en ensayos mecaacutenicos donde ambos factores estaacuten presentes
La gran subdivisioacuten que se hace a los suelos colapsables parte precisamente de verificar
coacutemo es el comportamiento del suelo en su estado tensional original o bajo su propio
peso Si se produce el colapso bajo este estado se indica que el suelo es verdaderamente
colapsable o autocolapsable en cambio si el fenoacutemeno no se produce se sentildeala que el
suelo es candicionalmente colapsable o colapsable bajo carga
En este contexto diversos investigadores introducen el concepto (tambieacuten tensional) de
Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) o Presioacuten de Fluencia Saturada (σf) como aquella
presioacuten a la cual se produce el colapso Desde un punto de vista teoacuterico esta presioacuten deberiacutea
ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero desde un punto de vista praacutectico se
asume que una pequentildea magnitud del colapso es permisible Por ejemplo las normas
Sovieacuteticas Lo toman igual al 100 las Chinas igual al 150 En cambio en Argentina se
utiliza maacutes la Presioacuten de Fluencia Saturada que se obtiene de forma similar a la Presioacuten de
Preconsolidacioacuten No obstante esta diferencia metodoloacutegica en ambos casos el concepto es
el mismo
Con respecto a las metodologiacuteas usadas para establecer la susceptibilidad al colapso de un
suelo o de un perfil de suelo han sido analizadas las que utilizan el concepto de Presioacuten
Inicial de Colapso y la magnitud del colapso Esta seleccioacuten se realizoacute fundamentalmente
por las siguientes causas primero porque se hacen en base a ensayos mecaacutenicos donde
intervienen el agente externo (el agua) y el estado tensional del suelo y segundo porque
permiten establecer ya sea a traveacutes de un perfil de colapsabilidad o la magnitud del
colapso coacutemo seraacute realmente el comportamiento del terreno ante las solicitaciones
producidas por la obra de ingenieriacutea
Los perfiles de colapsabilidad relacionan en profundidad el peso propio de las tierras con
la Presioacuten Inicial de Colapso esto permite determinar el espesor de suelos autocolapsables
o el espesor de los suelos que colapsaraacuten si ademaacutes del humedecimiento se aumenta el
estado tensional Estos perfiles son de gran ayuda al proyectista de fundaciones en suelos
colapsables dado que le permiten conocer en forma global la magnitud del problema al que
estaacute enfrentado No obstante su utilidad no termina alliacute sino que por el contrario estos
perfiles le permiten tomar decisiones sobre cuaacuteles son las soluciones ingenieriles maacutes
convenientes del proyecto Pues con su ayuda se podraacute seleccionar el meacutetodo de
mejoramiento del terreno la cota de fundacioacuten de una fundacioacuten profunda la magnitud de
la carga por rozamiento negativo etc
La determinacioacuten de la magnitud del colapso de un perfil de suelo usada como
metodologiacutea de clasificacioacuten tambieacuten es de utilidad en el disentildeo de construccioacuten de obras
de ingenieriacutea en suelos colapsables Sobre todo en la caracterizacioacuten del terreno de grandes
aacutereas ya sea en obras lineales (canales caminos etc) o puntuales (complejos fabriles obras
hidraacuteulicas etc) dado que cada perfil de suelo estaacute caracterizado por un paraacutemetro lo cual
permite el manejo de un nuacutemero importante de informacioacuten Obviamente esta metodologiacutea
tambieacuten es de gran use en cualquier tipo de obras independientemente de su tamantildeo a
importancia
En un abundante nuacutemero de proyectos no es suficiente haber realizado una caracterizacioacuten
o clasificacioacuten del terreno sino que es necesario determinar la magnitud de los
asentamientos que pueden producirse en las obras Los asentamientos por colapso depende
baacutesicamente de dos tipos de factores intriacutensecos y extriacutensecos
Se sentildealan como intriacutensecos aquellos factores propios del suelo como son sus propiedades
fiacutesicas y mecaacutenicas El comportamiento del suelo dependeraacute del tipo de estructura o la
forma en que estaacuten ordenadas las partiacuteculas del grado de compacidad del tipo de viacutenculos
que unen grano con grano etc Estos factores en general no se encuentran
homogeacuteneamente distribuidos por lo cual los paraacutemetros que definen sus propiedades
tenso-deformacionales pueden sufrir variaciones locales importantes
Los factores externos que influyen en la magnitud de los asentamientos son dos el aacuterea
inundada y el estado tensional Estos dos factores influyen considerablemente en la
magnitud de los asentamientos por colapso y por tal motivo deben ser analizados
especiacuteficamente en los caacutelculos Respecto al primero de los factores a pesar que se han
realizado importantes trabajos teoacutericos la informacioacuten experimental indica que todaviacutea
existe cierta indeterminacioacuten en su estimacioacuten Por tal motivo la influencia del aacuterea
inundada en la magnitud de los asentamientos se limita a realizar correcciones de tipo
empiacuterico En cuanto a la influencia que el estado tensional tiene en los asentamientos las
investigaciones se han centrado especialmente en el estudio de cargas externas (zapatas) en
la superficie del terreno
ENSAYOS ldquoin siturdquo Perforacioacuten y muestreoEnsayos ldquoin siturdquo
o Ensayo de penetracioacuten estandar (SPT)o Ensayo de penetracioacuten de cono (CPT + CPTu)o Dilatoacutemetro de placa plana (DMT)o Presuroacutemetro (PMT)o Corte en veleta (VST)10487131048713 Meacutetodos geofiacutesicoso Ondas siacutesmicas (P- S- R-waves)o Electromagneacuteticas (radar resistividad)
EQUIPOS AUTOPROPULSADOS
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)1048713El ensayo ldquoin siturdquo maacutes comuacuten en el mundo10487131902 - Coronel Gow de Raymond Pile Co1048713 Muestreador ciliacutendrico partido1048713 Norma ASTM D 15861048713 Martillo (140-lbs cae 30 pulgadas) (635-kg cae 076 metros)1048713 Tres incrementos de 6 pulgadas Suma de los dos uacuteltimos incrementos = N (golpespieacute)
Se obtiene suelo y
un nuacutemero
Muestra alterada
(Solo para
caraterizacioacuten)
Nuacutemero muy crudo
para el anaacutelisis
No aplicable en
Ventajas
arcillas blandas y
Limos
Variabilidad e
incertidumbre
se obtiene un nuacutemero
Sencillo y de bajo
Costo
Funciona en muchos
tipos de suelo
Se puede utilizar en
rocas blandas
Disponible
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Estos suelos en condiciones de no saturacioacuten o saturacioacuten parcial presentan continuamente un reacomodo radical de las partiacuteculas y una gran peacuterdida de volumen por remojo osea al entrar al estado de saturacioacuten completa La existencia de estos suelos en el mundo y las dificultades ocasionadas a las edificaciones cimentadas sobre ellos han sido reconocidos ampliamente Los depoacutesitos maacutes extensos de suelos colapsables son eoacutelicos o depoacutesitos transportados de arena y limos (loess)Se puenden encontrar comuacutenmente en las maacutergenes fluviales
Desventajas
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Depoacutesitos eoacutelicos Estos depoacutesitos consisten en materiales transportados por el viento el cual forma dunas depoacutesitos tipo loess playas eoacutelicas y grandes depoacutesitos de ceniza volcaacutenica
Depoacutesitos transportados por agua Consisten principalmente de depoacutesitos de sedimentos sueltos a carreados por el agua los cuales forman abanicos fluviales y flujos deslizantes Estos materiales pueden ser depositados por una avenida repentina o flujo de lodo derivado de pequentildeas cuencas colectoras sujetas a aguaceros poco frecuentes
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Suelos residuales Estos suelos son producto del intemperismo y la
desintegracioacuten y alteracioacuten mecaacutenica de rocas madres Las partiacuteculas de
material residual pueden variar de tamantildeo de grandes fragmentos de
gravas a arenas limos coloides y en algunos casos material orgaacutenico
La estructura del grano colapsable se ha desarrollado como producto de
la accioacuten disolvente sobre el material soluble y coloidal La lixiviacioacuten del
material soluble y del material fino conduce a una alta relacioacuten de vaciacuteos
y a una estructura inestable Otro tipo de suelo que muestra colapso al
remojo son aquellos derivados de tufo volcaacutenico
sulfato de calcio arenas sueltas cementadas por sal soluble arcillas
dispersivas y arcillas montmorilloniacuteticas ricas en sodio
CAUSAS QUE GENERARIacuteAN DICHO COMPORTAMIENTO- Estructura parcialmente saturada potencialmente inestable- Una componente de esfuerzo aplicado o existente lo suficientemente alta para desarrollar una condicioacuten metaestable- Un ligante resistente o un agente cementante para estabilizar contactos intergranulares el cual se reduce por remojo ocasionando el colapso La mayoriacutea de suelos colapsables involucra la accioacuten de partiacuteculas arcillosas en los enlaces entre los granos gruesos de arena-Agentes cementantes tales como oacutexido de hierro carbonato de calcio o la soldadura de granos en contacto proporcionan esfuerzos resistentes para muchos suelos colapsables La accioacuten de este cementante es frecuentemente el agente principal de colapso en loess El grado al cual el agente cementante pierde su efectividad depende del grado de contaminacioacuten del ingreso del agua y del grado de disolucioacuten del agente cementante involucrado
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
CONSOLIDOacuteMETRO PARA ENSAYO DE COLAPSO
Se procede a cortar el suelo de acuerdo con las dimensiones del anillo
del ensayo de consolidacioacuten unidimensional Determinar sus
propiedades fiacutesicas tales como humedad natural peso volumen
gravedad especiacutefica de soacutelidos liacutemites de consistencia distribucioacuten
granulomeacutetrica seguacuten las normas
Se instala la muestra en el anillo del consolidoacutemetro despueacutes de haber
determinado el peso inicial de la masa huacutemeda y altura de la muestra y
fijar el conjunto anillo-muestra en el consolidoacutemetro Aplicar una carga
de contacto 005 kgcm2 (5 Kpa) despueacutes de 5 min tomar lectura del
deformiacutemetro aplicar incrementos de carga a cada hora hasta que se
aplique la presioacuten vertical apropiada Los incrementos de carga seraacuten
012 025 050 100 200 etc Kgcm2 (12 25 50 100 200 etc) o
cargas de acuerdo al meacutetodo de ensayo ASTM D2435 registrar la
deformacioacuten antes de incrementar una nueva carga
Determinacioacuten del potencial de colapso
donde
di = lectura del dial con el esfuerzo adecuado antes de la saturacioacuten (mm)
df = lectura del dial bajo el esfuerzo adecuado despueacutes del humedecimiento (mm)
ho = altura inicial de la muestra (mm)
Tmbieacuten se puede evalua en teacuterminos de relacioacuten de vaciacuteos
dondeΔe = cambio de relacioacuten de vaciacuteos bajo el esfuerzo adecuado antes y despueacutes de la inundacioacuteneo = relacioacuten de vaciacuteo inicialLa evaluacioacuten de un suelo colapsable seraacute de acuerdo a la siguiente tablaCon todo lo epxlicado concluimos que el colapso de los suelos es la disminucioacuten moderada de volumen cuando estaacute con bajo contenido de humedad y una gran peacuterdida cuando estaacute sumergido y la magnitud de asentamiento depende del contenido de humedad del suelo En estado sumergido y bajo la aplicacioacuten de cargas verticales los suelos colapsables presentan un mayor asentamiento Los suelos colapsables existen en todo el mundo principalmente en la regiones aacuteridas y semiaacuteridas nuevamente comentando que los depoacutesitos eoacutelicos coluviales residuales tubos volcaacutenicos etc son suelos que pueden ser colapsables
Definicioacuten de colapso Se definen como colapso a cualquier disminucioacuten raacutepida de volumen del suelo producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factoresbull Contenido de humedad (w) bull Grado de saturacioacuten (Sr) bull Tensioacuten media actuante (τ) bull Tensioacuten de corte (σ) bull Presioacuten de poros (u)
TIPOS DE SUELOS COLAPSABLESLos tipos de suelos colapsables son
- Suelos aluviales y coluviales ndash Depositados en ambientes Semi-deseacuterticos por flujos maacutes o menos torrenciales- Suelos eoacutelicos ndash Depositados por el viento son arenas y limos arenosos con escaso cemento arcilloso en una estructura suelta o inestable
- Cenizas volcaacutenicas ndash Provenientes de cenizas arrojadas al aire por actividad volcaacutenica explosiva- Suelos residuales ndash Derivados de la descomposicioacuten in ndash situ de minerales de ciertas rocas son luego lixiviados por el agua y pierden su cemento
CONSECUENCIAS EN CIMENTACIONES
Patologiacuteas en cimentaciones Posibles causas
Introduccioacuten
De todos los posibles tipos de patologiacutea que puede sufrir la edificacioacuten las estadiacutesticas demuestran que son las patologiacuteas ligadas a las cimentaciones las que mayores costes globales conllevan Ademaacutes tienen gran repercusioacuten social lo que las hace maacutes notorias por la complejidad propia de su reparacioacuten porque suponen una fuerte alteracioacuten y hasta interrupcioacuten del uso del inmueble y porque suelen involucrar a colindantes e incluso poderes puacuteblicos Urge como en ninguacuten otro caso determinar las causas y cuanto antes dar una solucioacuten al problema
Causas intriacutensecas de fallos de cimentacioacuten
Se agrupan aquiacute los fallos de cimentacioacuten consecuencia de la interaccioacuten entre el terreno y la propia cimentacioacuten de la construccioacuten afectada
Defectos de proyecto
Son errores de concepcioacuten de disentildeo o caacutelculo del proyecto Son errores previsibles por lo que si se tienen en cuenta en el disentildeo y caacutelculo de la edificacioacuten el riesgo de que provoquen dantildeos se minimizaEnumeramos aquiacute no todas pero siacute algunas de las posibles causas de problemas derivadas del proyectobull Falta de capacidad de carga cimentacioacuten insuficiente o capacidad
de carga del suelo insuficientebull Esfuerzos no contemplados por ej por olvido de algunas
sobrecargas de explotacioacutenbull Conocimiento insuficiente del suelo Lo que deriva en la ignorancia
de riesgos especiales geoteacutecnicos Las causas pueden ser escasez de reconocimientos previos del terreno mala interpretacioacuten de los mismos no consideracioacuten de los fenoacutemenos de agresividad etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Cobra importancia en terrenos con especiales caracteriacutesticas
Arcillas expansivas
Suelos colapsables
Rellenos antroacutepicos
Suelos blandos naturales
Infravaloracioacuten del riesgo geoteacutecnico conocido eacuteste Casos asiacute pueden ser desprecio de los efectos que produce la falta de homogeneidad de un suelo o las distintas profundidades de aparicioacuten de la roca en planta desprecio de los efectos de la potencial expansividad o de posible subpresioacuten o fenoacutemenos de subsidencias procesos de disolucioacuten etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONESbull Defectos en la evaluacioacuten del terreno asientos calculados no
tolerables por la estructura esfuerzos paraacutesitos en pilotes (olvido del efecto de asiento de terrenos flojos o rellenos recientes) etc
bull Efecto grupo en pilotes defectuosa estimacioacuten del efecto grupo en pilotes flotantes no consideracioacuten de los esfuerzos laterales o del rozamiento negativo etc
bull Ausencia de consideracioacuten del bulbo de tensiones de la cimentacioacuten propia y su alcance Pero tambieacuten de cimentaciones colindantes que podriacutean suponer una carga oblicua sobre nuestra cimentacioacuten habraacute que considerarla en caacutelculo y prever un proceso constructivo adecuado (no vayamos a provocar dantildeos a otras edificaciones)
bull Ignorancia de las condiciones de contorno es decir no consideracioacuten de las condiciones del entorno de la estructura
proyectada posibles socavaciones arrastres descalces agotamientos rebajamientos de nivel freaacutetico etc
bull Heterogeneidades distribucioacuten irregular de las cargas o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentacioacuten
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Defectos de ejecucioacuten
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecucioacuten de eacutestos Los defectos de ejecucioacuten normalmente responden a un deficiente Control de Calidad Por tanto en principio son evitablesAlgunos errores de ejecucioacuten podriacutean serbull Apreciacioacuten erroacutenea de los estratos resistentes confundidos con
capas de poco espesor bolos erraacuteticos etcbull Errores de replanteo bull Mala calidad de los materiales en especial hormigones Deterioro
de zapatas losas o muros por escasa calidad de los materiales grietas de retraccioacuten por mala dosificacioacuten del hormigoacuten materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto etc
bull Degradacioacuten del material suele ir unido al anterior hormigoacuten no resistente a la agresividad del terreno recubrimientos insuficientes madera metal etc
bullCAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Lavado del hormigoacuten en cimentaciones superficiales o profundas colocado en presencia de aguas en movimiento
Errores en la colocacioacuten de armaduras confusioacuten de diaacutemetros de armado ausencia de separadores etc
Problemas de fraguado unidos a errores de vertido de dosificacioacuten de curado
Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio cortadas lavadas) o de baja calidad y excesiva carga portante de caacutelculo
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
En (26) se presenta un perfil de suelo en el que se ha dibujado la variacioacuten de ambas
presiones (la Presioacuten Inicial o de Fluencia y la Presioacuten Total) en funcioacuten de la profundidad
para dos estados de cargas en el correspondiente a las presiones geostaacuteticas y en el
correspondiente a las presiones totales provocadas por una carga en la superficie del
terreno
A partir del anaacutelisis de estas curvas pueden establecerse por ejemplo los espesores de los
suelos que autocolapsaraacuten por humedecimiento y aquellos que colapsaraacuten si ademaacutes de la
saturacioacuten se aumentan las cargas y consecuentemente clasificar los suelos en sus
diferentes grupos suelos verdaderamente colapsables (autocolapsables) o suelos
condicionalmente colapsables (colapsables bajo cargas externas)
Aun cuando el valor de la Presioacuten Inicial sea aproximado este tipo de anaacutelisis es de
fundamental intereacutes en el disentildeo de los diferentes tipos de cimentaciones ya que se podraacute
conocer cuales seraacuten en forma aproximada los principales problemas que se presentaraacuten
en el disentildeo de las obras permitiendo de esta
forma elegir correctamente el tipo de cimentacioacuten o el meacutetodo de mejoramiento del suelo a
emplear para disminuir o anular la susceptibilidad al colapso
8 MAGNITUD DEL ASENTAMIENTO POR COLAPSO
81 Definiciones
La magnitud del asentamiento por colapso producido por humedecimiento del terreno
depende seguacuten Grigoryan y Ivanov (1968) tanto de
1048713 Factores intriacutensecos del suelo (caracteriacutesticas fisico-mecaacutenicas) y de
1048713 Factores externos al suelo (estado tensional y el aacuterea inundada)
Se define al asentamiento adicional por colapso (Wcolt) de un manto de suelos
colapsables de espesor Ht a la sumatoria
donde
Ht = H1+H2+ = Hj+Hn
Hj = Espesor del estrato j
Wcolj = Asentamiento adicional por colapso del estrajo j
δcolj = Colapso relativo del estrato j a la presioacuten σzj
σzj = Presioacuten total (peso propio + incremento de presioacuten) en el estrato j
82 Caracteriacutesticas fiacutesico-mecaacutenicas
Un aspecto importante del comportamiento de este tipo de suelos y que por lo tanto
influyen en la magnitud de los asentamientos es su marcada heterogeneidad Los suelos
loeacutessicos colapsables en cierto entorno suelen considerarse como suelos homogeacuteneos pero
en realidad poseen una apreciable heterogeneidad extendida dentro de la masa Algunos de
estos aspectos pueden ser puestos en evidencia a traveacutes de ensayos geoteacutecnicos
La determinacioacuten de los paraacutemetros tenso-deformacionales como el colapso relativo (δcol)
puede diferir seguacuten Abelev y Abelev (1979) de 15 a 2 veces incluso si se lo hace a partir
de probetas gemelas talladas de un uacutenico bloque de suelo
Esto soacutelo se explica a traveacutes de la gran heterogeneidad local que presentan estos suelos en
los cuales existen macroporos dejados por raiacuteces o insectos y concreciones aisladas de
carbonatos etc que pueden hacer variar las caracteriacutesticas deformacionales en oacuterdenes de
magnitud de los arriba sentildealados Otro aspecto que sentildealan Bally et al (1969) es la
heterogeneidad en la variacioacuten local de las caracteriacutesticas quiacutemicas y mineraloacutegicas las
cuales son difiacuteciles de ser advertidas por meacutetodos usuales de investigacioacuten Para corroborar
todo este tipo de heterogeneidades en (30) se muestran liacuteneas de igual asentamiento para
un estanque experimental de 30 mestros de lado al cabo de 3 meses de continua inundacioacuten
Pueden observarse asentamientos diferenciales de hasta 60 cm Esto induce a pensar que
aunque las propiedades tenso deformacionales pudieran ser aproximadamente constantes
viacuteas preferenciales de humedecimiento (canaliacuteculos verticales dejados por raiacuteces de
hierbas) pueden saturar mayores espesores o presentar curvas de iso saturacioacuten apartadas
del modelo teoacuterico
En resumen una de las caracteriacutesticas principales que deben tenerse siempre en cuenta en
el caacutelculo de la magnitud de los asentamientos por colapso es que estos frecuentemente no
seraacuten uniformes ya sea por las causas antes expuestas como por otros factores como por
ejemplo la dimensioacuten del aacuterea inundada
83 Aacuterea inundada
Otro de los aspectos que influyen considerablemente en la magnitud de los asentamientos
por colapso son el tipo de humedecimiento que se realice dentro de la masa del suelo y las
dimensiones del aacuterea humedecida Golacutedstein (1969) distingue cuatro tipos de
humedecimientos
1 Humedecimiento localizado del suelo a poca profundidad debido generalmente a la
rotura de conducciones hidraacuteulicas de las construcciones En estos casos es casi imposible
predecir a priori la forma en planta y en corte de estos humedecimientos y por lo tanto
hacer una estimacioacuten de la magnitud de los asentamientos y su distribucioacuten en planta
2 Humedecimiento extenso de todo el perfil del suelo causado por una importante
infiltracioacuten de agua (rotura de canales o efluentes industriales) Los asentamientos en estos
casos pueden ser importantes y dantildeinos para las construcciones especialmente cuando los
asentamientos son desiguales
3 Una elevacioacuten uniforme del nivel freaacutetico debido generalmente a una recarga del freaacutetico
causado por una fuente lejana
4 Un aumento gradual y lento del contenido de agua debido por ejemplo a la
condensacioacuten del vapor y una acumulacioacuten de humedad causada por cambios en las
condiciones ambientales (pavimentacioacuten de la superficie del terreno)
En cuanto a la forma y las dimensiones del aacuterea humedecida se ha demostrado
experimentalmente que los asentamientos por colapso calculados con la ecuacioacuten indicada
arriba son soacutelo aplicables cuando la superficie de saturacioacuten o fuente de humedecimiento
es del orden de 23 a 1 vez el espesor de los sedimentos colapsables (Krutov y Dyakonov
1973) En cambio cuando esta relacioacuten es menor y la zona humedecida se aparta de la
supuesta unidimensional los asentamientos reales son sustancialmente menores a los
calculados
Por tal motivo algunos investigadores coinciden en afirmar que dicha ecuacioacuten debe estar
afectada de un coeficiente (m) que tenga en cuenta el tipo la forma y las dimensiones del
aacuterea humedecida
m = f (B L Z)
donde B y L son el ancho y largo de la fuente de inundacioacuten y Z el espesor de la zona
humedecida Asiacute en la ex URSS es habitual afectar a los asentamientos calculados por un
coeficiente llamado de condiciones de campo o de operacioacuten
Este coeficiente es pues la relacioacuten entre el asentamiento real medido en el terreno y el
calculado De modo que
84 Estado tensional
La magnitud del asentamiento adicional por colapso es funcioacuten de la tensioacuten actuante en el
manto de suelo considerado Si se analiza el caso particular de una zapata apoyada sobre la
superficie del terreno el asentamiento adicional por colapso seraacute funcioacuten de la forma y las
dimensiones de aacuterea cargada del espesor del manto susceptible al colapso y del tipo y la
forma de la zona humedecida Sin embargo se ha comprobado experimentalmente que si el
espesor de los mantos de suelos colapsables que se encuentran por debajo de la zona
comprimida es suficientemente importante como para que pueda colapsar por peso propio
la amplitud del asentamiento no depende praacutecticamente de la forma y de las dimensiones de
las fundaciones (Abelev y Abelev 1979)
En las numerosas experiencias realizadas sobre zapatas a escala real se ha comprobado que
los asentamientos adicionales por colapso medidos pueden llegar a ser entre 15 a 2 veces
mayores que los calculados sobre todo en zapatas con anchos inferiores a los 20 m de
ancho (Abelev y Abelev 1979)
Estas divergencias entre el valor de los asentamientos calculados y los reales pueden
atribuirse a varios factores entre los cuales pueden sentildealarse
c) La eleccioacuten del espesor del manto de suelos colapsables o susceptibles a sufrir un
asentamiento adicional ha sido largamente discutido Asiacute Kodrynova (1969) en base a
ensayos de zapatas a escala real pudo establecer las dimensiones de la zona realmente
deformada Confirmando que la profundidad de la zona deformada era menor que la
profundidad que por ejemplo estableciacutean las Normas Sovieacuteticas vigentes en ese momento
Estas Normas haciacutean soacutelo consideraciones tensionales y fijaban la profundidad del manto
como aqueacutella para la cual la relacioacuten entre el valor de la carga adicional debida a la zapata
(Δσ) y el de la presioacuten natural (σ0) se haciacutean igual a 020 Kodrynova (1969) comproboacute
que el criterio maacutes adecuado para establecer este espesor era usar el concepto de resistencia
estructural o Presioacuten Inicial de Colapso sugerido por Abelev en 1968 Asiacute observoacute que la
zona deformada se correspondiacutea muy bien con aquellos lugares donde los valores de
tensiones totales (σz) eran mayores al valor de la Presioacuten Inicial de Colapso (δicol) Por
tanto concluyoacute que el espesor Zo puede definirse como la profundidad en la cual se
comprueba que
Esto coincide con lo advertido por Grigoryan (1967) en ensayos de zapatas cuadradas y
rectangulares en donde solamente se observaron asentamientos en la masa del suelo
cuando la tensioacuten actuante era mayor al valor de la Presioacuten Inicial de Colapso (δicol)
Por lo tanto se puede concluir que no existen reglas praacutecticas -como las que existen en
otros tipos de suelos- que puedan dar valores indicativos de la relacioacuten entre el ancho de la
cimentacioacuten y el espesor del manto deformable Sin embargo de lo que siacute hay abundante
evidencia es que la zona deformada generalmente aumenta cuando aumenta el contenido de
humedad (Tsytosich et al 1979)
b) La distribucioacuten de tensiones en la masa de un suelo colapsable provocada por una zapata
riacutegida se asemeja a la de un medio seminfinito y elaacutestico (error entre 20 a 30) soacutelo
cuando el suelo estaacute a humedad natural y la tensioacuten no sobrepasa los 30 kgcm2
(Grigoryan 1967) Tsytosich et al (1979) comprobaron experimentalmente esta afirmacioacuten
observando que a posteriori de la inundacioacuten del suelo el cambio tensional sobre la vertical
en el borde y en el centro de la zapata aumentan Se advierte que durante el proceso de
inundacioacuten del suelo ubicado debajo de la zapata se produce una concentracioacuten de
tensiones bajo la zapata disminuyendo el aacuterea en donde se distribuyen las cargas Seguacuten
Abelev y Abelev (1979) esto puede explicarse porque las relaciones tensioacuten-deformaciones
de los suelos macroporosos no son lineales a estos niveles de tensioacuten
9 METODOS DE IDENTIFICACIOacuteN
91 Aspectos generales
A partir de la deacutecada de los antildeos 50 se generoacute una preocupacioacuten manifiesta por parte de
diferentes investigadores en identificar y clasificar la potencialidad al colapso en los
distintos suelos
Estos intentos a escala mundial se han enfrentado fundamentalmente con dos
inconvenientes o limitaciones como son
1 La gran variedad de tipos de suelos que colapsan por humedecimiento Asiacute por
ejemplo meacutetodos probados en ciertos paiacuteses o regiones en determinados tipos de suelos no
han podido hacerse extensivos a suelos de otras zonas cuyo origen geoloacutegico y geneacutetico es
francamente diferente
2 La frecuente heterogeneidad de los suelos colapsables por humedecimiento En este
sentido hay coincidencia entre los investigadores que han estudiado suelos colapsables de
distinto origen geoloacutegico Asiacute pueden encontrarse referencias tanto en investigadores que
analizaron suelos lateriacuteticos o de origen eoacutelico como el loess (Abeley y Abeley 1979
Moretto 1986) que en principio suelen considerarse como suelos homogeacuteneos Es
frecuente encontrar una variacioacuten en el grado de cementacioacuten (por ejemplo debido a
carbonatos) en soacutelo algunos centiacutemetros En otros casos esta heterogeneidad es debida a la
presencia de grandes macroporos dejados por raiacuteces o insectos
Esto ha llevado a una gran variedad de metodologiacuteas para establecer la susceptibilidad al
colapso de los suelos y una anarquiacutea en la terminologiacutea empleada en los diferentes paiacuteses
para su clasificacioacuten Sin embargo en la mayoriacutea de los casos los diferentes investigadores
o coacutedigos han tendido a discretizar el comportamiento del suelo frente al colapso en dos
grupos suelos que colapsan bajo peso propio y suelos que colapsan bajo una carga mayor
Rocca (1985) ha confeccionado una tabla de equivalencias con la denominacioacuten que
reciben en los distintos paiacuteses
82 Clasificacioacuten de los meacutetodos de identificacioacuten de suelos colapsables
En cuanto a los tipos de meacutetodos de identificacioacuten propiamente dichos varios han sido los
enfoques que se han propuesto Estos podriacutean clasificarse en tres grupos
1048713 Meacutetodos basados en paraacutemetros fiacutesicos de identificacioacuten de suelos tales como Peso
Unitario Liacutemites de Consistencia Granulometriacutea etc
1048713 Meacutetodos basados en ensayos mecaacutenicos principalmente en ensayos edomeacutetricos
1048713 Meacutetodos basados en la magnitud del colapso
Existe una abundante bibliografiacutea sobre los diferentes meacutetodos de clasificacioacuten a
identificacioacuten en las cuales se ha realizado un anaacutelisis criacutetico sobre los diferentes meacutetodos
como las ya referidas de Rocca (1985) y Redolfi et al (1986) y otras como las de Sultan
(1969) Reginatto (1970 1974) Loacutepez Corral (1977) Jimeacutenez Salas (1987) y Lutenegger y
Saber (1988) Por lo tanto en este apartado no se insistiraacute en ello sino maacutes bien se haraacute un
enfoque general del problema y se presentaraacuten aquellos conceptos v meacutetodos que
posteriormente seraacuten utilizados en el desarrollo de estas notas
Meacutetodos basados en paraacutemetros fiacutesicos de suelos
En general la mayoriacutea de estos meacutetodos de identificacioacuten tienen maacutes bien un caraacutecter
cualitativo que cuantitativo pretendiendo ubicar el suelo analizado en algunos de los
grupos mencionados en (36) La clasificacioacuten consiste habitualmente en establecer si el
suelo es autocolapsable (colapsable bajo su propio peso) o bien si es condicionalmente
colapsable (colapsable bajo carga externa)
En estas notas solamente se analizaraacuten tres de ellos que tienen en comuacuten que relacionan el
liacutemite liacutequido y el peso unitario seco
a) Denison (1961) establece el Coeficiente de Colapso (k) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando la relacioacuten de vaciacuteos del suelo en estado natural (e) es mayor
que la relacioacuten de vaciacuteos correspondiente al Liacutemite Liacutequido (eL )
b) Gibbs (1961) establece una Relacioacuten de Colapso (R) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando la humedad de saturacioacuten del suelo (wSAT) es mayor que el
Liacutemite Liacutequido (wL )
c) Coacutedigo de edificacioacuten de la URSS (1962) establece un Indice de Colapso (R) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando R es mayor de -010
En se han superpuesto los puntos correspondientes a pares de valores del peso unitario
seco y el Liacutemite Liacutequido de suelos de la ciudad de Coacuterdoba Argentina (Redolfi et al
1986) De ella se desprende que los valores de los paraacutemetros obtenidos son valores tiacutepicos
de la formacioacuten loeacutessica de Coacuterdoba y que para todas las metodologiacuteas aquiacute presentadas la
gran mayoriacutea de los suelos son colapsables puesto que estaacuten incluidos dentro de las zonas
que los clasifican colapsables
Meacutetodos basados en ensayos edomeacutetricos
Estos meacutetodos estaacuten basados en la Presioacuten Inicial de Colapso o Presioacuten de Fluencia La
determinacioacuten del grupo al cual pertenece el suelo estudiado (auto colapsable o colapsable
bajo carga) se realiza comparando la presioacuten de tapada o geostaacutetica con la presioacuten a la cual
se produce el colapso Asumiendo como hipoacutetesis que el colapso por humedecimiento
ocurre soacutelo a partir de una cierta presioacuten por encima de la cual la resistencia estructural del
suelo es superada
La magnitud de esta presioacuten para la cual se produce el desmoronamiento de la estructura
del suelo ha sido designada por algunos autores como
1048713 Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) (Abelev y Abelev 1979) o
1048713 Presioacuten de Fluencia Saturada (σf sat) (Reginatto 1970)
Experimentalmente se ha demostrado que cuando la presioacuten total en el suelo (σt) ya sea
por cargas externas yo peso propio es menor que esta magnitud no se producen
asentamientos de colapso por humedecimiento Krutov y Tarasova (1964) sentildealan
acertadamente que desde un punto de vista teoacuterico la Presioacuten Inicial de Colapso o Presioacuten
de Fluencia deberiacutea ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero concluyen que
desde un punto de vista praacutectico una pequentildea magnitud de colapso puede asumirse como
permisible Siguiendo este concepto por ejemplo las Normas Sovieacuteticas SNIP definen a la
Presioacuten Inicial de Colapso como aquella presioacuten para la cual en una probeta instalada en un
edoacutemetro se produce un colapso relativo unitario igual a 001 o porcentual del 100
δicol = 001 = 10
En se han representado las curvas presioacuten-deformaciones unitarias de dos ensayos
edomeacutetricos del mismo suelo uno a humedad natural y el otro en estado saturado El
colapso relativo (δicol) es igual a
δicol = εHN - εSAT
donde εHN = Deformacioacuten unitaria a humedad natural
εSAT = Deformacioacuten unitaria en estado saturado
En tanto Reginatto (1970) define a la Presioacuten de Fluencia saturada de un suelo colapsable
de la misma forma en que se establece la presioacuten de preconsolidacioacuten de una arcilla
saturada en un ensayo edomeacutetrico
En se presenta la correlacioacuten que realizan Lin y Wang (1988) entre los valores de la
Presioacuten de Fluencia Saturada y la Presioacuten Inicial de Colapso (el Coacutedigo Chino la establece
para un valor de δicol = 150) Se puede observar que aproximadamente se establece una
relacioacuten directa entre ellas Esto no es de extrantildear puesto que conceptualmente ambas
definiciones tratan de fijar la presioacuten a la cual la estructura del suelo saturado comienza a
colapsar
Los numerosos intentos realizados en ensayos in situ para comprobar la validez de esta
hipoacutetesis (Krutov y Tarasova 1964 Abelev y Abelev 1979) parecen indicar a primera
vista que las predicciones tienen buen acuerdo con la realidad en muchos casos pero en
cambio en otros la diferencia entre lo predecido y lo sucedido es importante sobre todo en
aquellos casos referidos al colapso por peso propio
Meacutetodos basados en la magnitud del asentamiento por colapso
Los meacutetodos basados en la magnitud del asentamiento por colapso se fundan en determinar
la magnitud del mismo de un perfil de suelos en un lugar determinado debido solamente a
su peso propio
Asiacute por ejemplo la Clasificacioacuten Rumana de Suelos Loeacutessicos Colapsables (LCS) define
el Potencial Total de Colapso (Img) (Bally et al1973) como
donde Hj es el espesor del estrato j en metros y img es el asentamiento edomeacutetrico
adicional de una muestra de estrato j inundada a una presioacuten igual al peso propio de las
tierras (σ0 ) expresado en cmm
El Coacutedigo de Construccioacuten de Edificios de la Repuacuteblica Popular China en regiones de
suelo colapsables sigue un criterio similar (Lin y Liang 1982 Lin y Wang 1988) La
evaluacioacuten de la susceptibilidad al colapso en un determinado sitio se realiza en dos etapas
En primer lugar se evaluacutea su aptitud al autocolapso y se determina el Tipo de sitio (Tipo
1 o Tipo 2)
La magnitud del colapso por peso propio Δzc se obtiene de forma similar a la utilizada por
Bally et al (1973) en Rumania sumando los asentamientos individuales de los n estratos
colapsables del perfil
donde Hj es el espesor de estrato en cm y δzsj es el coeficiente de colapsabilidad del estrato
j en cmcm o en por ciento obtenido por medio de ensayos edomeacutetricos en los cuales
primero se carga el suelo hasta la presioacuten por peso propio y luego se inunda la muestra
donde Hj es el espesor de estrato en cm y δzsj es el coeficiente de colapsabilidad del estrato
j en cmcm o en por ciento obtenido por medio de ensayos edomeacutetricos en los cuales
primero se carga el suelo hasta la presioacuten por peso propio y luego se inunda la muestra
La sumatoria soacutelo tiene en cuenta aquellos valores de δzs jmayores de 0015
Si Δzs lt 7 cm se considera al suelo no autocolapsable por humedecimiento y se clasifica
al lugar como sitio TIPO 2 Si en cambio Δzs gt 11 cm se considera al suelo
autocolapsable por humedecimiento y se lo clasifica como sitio TIPO 1
Por uacuteltimo si 7 cm lt Δzs lt 11 cm el tipo de sitio debe ser determinado despueacutes de un
exhaustivo estudio de la geomorfologiacutea estratigrafiacutea y caracteriacutesticas estructurales del
suelo
El Coacutedigo tambieacuten establece que la magnitud del colapso por peso propio (Δzs) tambieacuten
puede ser determinada directamente en el terreno a traveacutes de una balsa o laguna de
infiltracioacuten de dimensiones especiacuteficas
La segunda etapa de la evaluacioacuten de la colapsabilidad consiste en establecer el Grado de
Colapsabilidad del suelo de cimentacioacuten Para ello se carga a las muestras representativas
de cada uno de los estratos a una presioacuten de 200 kPa y luego se las inunda La magnitud del
colapso se obtiene
donde δsj es el Coeficiente de colapsabilidad del estrato j en cmcm para una presioacuten de
200 kPa La sumatoria soacutelo tiene en cuenta valores de Δs mayores de 0015
donde δsj es el Coeficiente de colapsabilidad del estrato j en cmcm para una presioacuten de
200 kPa La sumatoria soacutelo tiene en cuenta valores de Δs mayores de 0015
SOLUCIONES INGENIERILES EN SUELOS COLAPSABLES
111 Consideraciones generales
La primera cuestioacuten que debe analizarse cuando se disentildean cimentaciones en suelos
susceptibles al colapso es la probabilidad que el agente desencadenante del fenoacutemeno el
agua pueda o no introducirse en el terreno y por ende sensibilizar al suelo en donde se
apoyaraacuten las estructuras Por definicioacuten sin la presencia del agua el suelo no colapsa Esta
cuestioacuten es significativa puesto que pueden existir numerosos casos en donde la
probabilidad que el agua se infiltre en el suelo sea lo suficientemente baja como para
analizar la posibilidad de fundar la estructura considerando el comportamiento del suelo en
su estado natural Por lo tanto cuando se hable de suelos potencialmente colapsables por
humedecimiento no debe pensarse uniacutevocamente en las soluciones ingenieriles que se
utilizan en suelos colapsables
Hecha esta aclaracioacuten a continuacioacuten se trataraacute de ofrecer un panorama de las distintas
soluciones ingenieriles que se adoptan en suelos colapsables por humedecimiento cuando
las probabilidades de que se produzca el fenoacutemeno son altas
El objetivo central de todas estas soluciones es prevenir las fallas estructurales o de servicio
que pueden sobrevenir sobre las estructuras construidas sobre estratos de suelos
colapsables
Aitchison (1973) divide a estas soluciones en
a) Tratamiento del suelo colapsable con vista a eliminar la tendencia al colapso a lo largo
de todo el estrato de suelos desmoronables
b) Disentildeo de elementos constructivos que eliminen o disminuyan a liacutemites razonables la
posibilidad que se inicie el colapso
c) Disentildeo de estructuras yo cimentaciones insensibles a los asentamientos provocados por
el colapso por ejemplo fundaciones profundas apoyadas sobre un manto profundo no
sujeto a los asentamientos por humedecimiento
El primer grupo de soluciones comprende los meacutetodos de mejoramiento de suelo por
medio de los cuales la susceptibilidad al colapso es eliminada modificando las propiedades
resistentes del suelo mediante la compactacioacuten o la cementacioacuten de los viacutenculos entre
partiacuteculas El segundo grupo incluye la adopcioacuten de medidas constructivas tendientes a
aislar el agua de manera de evitar o disminuir la presencia de condiciones favorables al
colapso admitiendo no obstante ciertos riesgos Finalmente el tercer grupo engloba tanto
las soluciones tradicionales por medio de fundaciones profundas como el disentildeo de
estructuras con fundaciones directas insensibles a los asentamientos diferenciales
provocados por el colapso del suelo En resumen en el primer grupo de soluciones se
interviene directamente en el suelo evitando asiacute el colapso en el segundo grupo se intenta
evitar que se produzca el colapso sin modificar el suelo y en el uacuteltimo grupo se construyen
estructuras yo fundaciones que admitan y resistan los fenoacutemenos provocados por el
colapso del suelo
Evstatiev (1988) sentildeala que los mejores resultados han sido alcanzados con una oacuteptima
combinacioacuten de las ventajas que individualmente tiene cada uno de los tres grupos La
experiencia ha probado que las medidas constructivas y las medidas de aislacioacuten del agua
por siacute solas no pueden resolver todos los problemas de inestabilidad que provoca el colapso
del suelo Asiacute la adopcioacuten de soluciones exclusivamente para la superestructura (por
ejemplo fundaciones profundas) sin un adecuado disentildeo que eviten dantildeos en los otros
elementos de la construccioacuten como pisos desaguumles etc han provocado serios dantildeos en
estas partes de la construccioacuten que podriacutean haber sido evitados aplicando medidas
tendientes a evitar el ingreso del agua en el terreno
La eficacia del disentildeo adoptado en cada caso depende en gran medida de la calidad de las
investigaciones geoteacutecnicas realizadas La informacioacuten baacutesica que eacutestas deben suministrar
son el espesor del manto de suelos colapsables y la magnitud del colapso bajo peso propio
o bajo carga de todos los estratos del perfil
Una incorrecta estimacioacuten de estos paraacutemetros puede llevar a proponer y construir
soluciones ingenieriles totalmente opuestas a las correctas La confeccioacuten de perfiles de
colapsabilidad como los presentados permiten establecer la existencia o no de suelos
autocolapsables sus espesores aproximados y la profundidad a la que se encuentran Esta
metodologiacutea de anaacutelisis es de gran ayuda por ejemplo en la eleccioacuten del procedimiento
idoacuteneo para estabilizar el terreno
A continuacioacuten se presenta una descripcioacuten de las distintas soluciones ingenieriles maacutes
utilizadas en este tipo de suelos En primer lugar se analizan el primer grupo de soluciones
que se ha englobado bajo el nombre de Mejoramiento de suelos continuando luego con los
otros dos grupos Medidas para evitar la iniciacioacuten del colapso y fundaciones yo
estructuras insensibles a los fenoacutemenos del colapso
112 Mejoramiento de suelos colapsables
Consideraciones previas
El objetivo principal de estas soluciones es eliminar o disminuir apreciablemente la
susceptibilidad al colapso del suelo bien disminuyendo la porosidad del suelo
(compactacioacuten) o bien aumentando la resistencia estructural entre las partiacuteculas del suelo
(meacutetodos fiacutesico-quiacutemicos) Una de las formas de clasificar los meacutetodos de mejoramiento o
estabilizacioacuten ha sido precisamente eacutesta o sea teniendo en cuenta la accioacuten resultante
sobre el suelo (Aitchison1973 Rocca1985) Sin embargo para el desarrollo y explicacioacuten
de los diferentes meacutetodos se ha elegido la clasificacioacuten propuesta por Evstatiev(1988) que
tiene en cuenta el medio usado para realizar la estabilizacioacuten y el objeto de la misma
Evstatiev (1988) propone la siguiente clasificacioacuten de los meacutetodos de estabilizacioacuten de
suelos loeacutessicos la cual puede hacerse extensiva a suelos colapsables
a) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacioacuten
b) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
c) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
d) Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
e) Meacutetodos de mejoramiento que incorporan elementos resistentes a la traccioacuten dentro del
suelo
f) Geomembranas
g) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por drenaje
h) Correccioacuten de taludes y terraplenes
A continuacioacuten siguiendo la clasificacioacuten antes expuesta se desarrollaran aquellas
metodologiacuteas de mejoramientos de suelos colapsables maacutes extendidas Desarrollaacutendose
principalmente los grupos abc y d puesto que incluyen una serie de acciones particulares
frente al fenoacutemeno del colapso En cuanto a los restantes grupos (e f g y h) las teacutecnicas de
mejoramiento del terreno utilizadas persiguen los mismos objetivos buscados en otros tipos
de suelos y en general la teacutecnica empleada es praacutecticamente la misma Por tal motivo y
puesto que se apartan un tanto del objeto de estas notas se estima conveniente no abundar
sobre ellas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacioacuten
Este grupo comprende varias de las metodologiacuteas usadas en suelos colapsables para reducir
los vaciacuteos de modo de eliminar la colapsabilidad reducir la permeabilidad y aumentar la
capacidad de carga Esto se realiza utilizando fuerzas estaacuteticas o dinaacutemicas o bien a traveacutes
de la inyeccioacuten de lechadas
Compactacioacuten dinaacutemica Este meacutetodo es adecuado para compactar mantos de suelos
colapsables superficiales con espesores menores a 350 metros El meacutetodo consiste en dejar
caer en caiacuteda libre desde una altura de 4 a 8 metros pilones de 3 a 8 Tn sobre la superficie
del terreno a razoacuten de 10 a 16 impactos en cada lugar (Abelev y Abelev 1979) El impacto
genera una rotura de la estructura del suelo un aumento de la presioacuten de poros y una
compresioacuten del aire presente en los poros produciendo un reacomodamiento de las
partiacuteculas dando como resultado una estructura maacutes compacta Seguacuten Malyshev et al
(1983) el contenido de humedad del suelo juega un papel importante lograacutendose la maacutexima
eficiencia con un contenido de humedad cercano al Liacutemite Plaacutestico Si el contenido de
humedad es menor a eacuteste es necesario humedecer el espesor de suelo de modo de alcanzar
una mejor eficacia Varios son los factores que controlan los resultados del meacutetodo asiacute por
ejemplo el espesor compactado es funcioacuten principalmente del peso y del diaacutemetro del piloacuten
En tanto el grado de compactacioacuten estaacute controlado por el nuacutemero de impactos y la humedad
del suelo El grado de compactacioacuten no es uniforme a lo largo de todo el espesor
compactado lograacutendose la maacutexima densificacioacuten a 12 a 15 veces el diaacutemetro del piloacuten
Sin embargo se pueden obtener Pesos Unitarios secos superiores a 16 tm3 en espesores de
25 a 35 m lo cual en la mayoriacutea de los casos es suficiente para disminuir o anular la
susceptibilidad al colapso del suelo Una variante a este meacutetodo es realizar la compactacioacuten
solamente en los lugares donde actuacutean las cargas y no en toda el aacuterea de la construccioacuten
Por ejemplo en casos de fundaciones de muros de carga o fundacioacuten de columnas el
mejoramiento del suelo se logra densificando la zona de influencia del bulbo de presiones
o sea la zona donde los incrementos de presioacuten pueden hacer colapsar el suelo
Compactacioacuten por medio de pequentildeos pilotes piramidales En cierta forma este meacutetodo es
una variante del meacutetodo anterior Consiste en hincar un pilote piramidal de 3 a 4 metros de
longitud con una seccioacuten transversal superior de 60 x 60 a 70 x 70 cm y una seccioacuten
transversal inferior de 10 x 10 cm Una vez retirado el pilote la cavidad se rellena con
hormigoacuten Este tipo de metodologiacutea da excelentes resultados en aacutereas en donde existe un
espesor de suelos potencialmente colapsables (no autocolapsables) de 30 o 40 m de
profundidad pero que colapsaraacuten si estaacuten sometidos a los incrementos de carga
transmitidos por las construcciones Una de las ventajas del meacutetodo es la completa
mecanizacioacuten de todas las operaciones Una variante a este meacutetodo consiste en realizar la
hinca sobre una capa de piedra partida dando como resultado un bulbo de suelo
compactado alrededor de la capa de piedra mejorando la capacidad de carga por la punta
del pilote asiacute construido
Compactacioacuten por pilotes de suelo Este es uno de los meacutetodos maacutes usuales para
compactar espesores importantes (18 a 20 m) de suelos loeacutessicos susceptibles al colapso
El procedimiento consta de dos partes primero se realiza la perforacioacuten y segundo se llena
la cavidad con suelo compactado La perforacioacuten se realiza usualmente mediante la hinca
de un pilote metaacutelico con base ensanchada (15 veces) En otra metodologiacutea de reciente uso
la excavacioacuten se hace de la siguiente forma se perfora hasta la profundidad deseada un
hoyo de 8 cm de diaacutemetro dentro del cual se coloca una columna de explosivos que luego
de estallar crea una perforacioacuten de aproximadamente 080 m de diaacutemetro Despueacutes de
efectuada esta perforacioacuten dinaacutemica la cavidad se rellena con suelo local introducido en
tongadas de 100 a 200 Kg que luego son compactadas dinaacutemicamente por medio de un uacutetil
especial Concluidas ambas etapas quedan formadas columnas de suelo compactado con un
diaacutemetro aproximado igual a dos veces el de la perforacioacuten El grado de compactacioacuten va
decreciendo a medida que se aleja del centro de la columna por tal motivo es importante
conocer esta ley de decrecimiento para disentildear correctamente la cuadriacutecula de pilotes de
suelo Al igual que en los otros meacutetodos la eficiencia del sistema aumenta en la medida que
la humedad del suelo natural y compactado se encuentre a una humedad cercana al Limite
Plaacutestico Por tal motivo es usual que previo a la perforacioacuten se realice una humectacioacuten del
espesor de suelos a compactar Las densidades alcanzadas son del orden de 170 a 180
tm3 que son suficientes para evitar el colapso por peso propio y permiten el use del
espesor compactado como manto de fundacioacuten
Compactacioacuten por explosiones de gas Esta relativamente nueva metodologiacutea de
compactar espesores de suelos colapsables consiste en introducir a traveacutes de una lanza de
agua a presioacuten una caacutemara de compresioacuten que contiene una mezcla de gas propano y
oxiacutegeno la cual se va elevando a medida que se producen una serie de explosiones de la
mezcla De este modo se va generando una columna 120 140 m de suelo compactado
(Densidad de 150 tcm3) (Martemyanov et al 1979)
Compactacioacuten por humedecimiento (Hidrocompactacioacuten) En este caso se utiliza la propia
susceptibilidad del suelo a colapsar bajo peso propio El meacutetodo maacutes frecuente de realizar
la humectacioacuten o saturacioacuten del terreno es a traveacutes de infiltracioacuten del agua desde la
superficie del terreno para lo cual se efectuacutean excavaciones poco profundas (040 a 080 m)
o bien se construyen grandes estanques En muchos casos a efectos de acelerar el ingreso
del agua al terreno se construyen dentro del estanque drenes de arena convenientemente
espaciados Este sistema ha sido empleado ampliamente en varias partes del mundo por
ejemplo en EEUU por Gibbs y Bara (1967) y Clevenger (1956) en Rumania por Bally et
al (19651969) en la URSS por Lomize (1968) y Mustafaef (1967) en China por Lin y
Liang (1982) y en Argentina por Moll et al (1979) A pesar de su amplia utilizacioacuten y su
bajo costo el meacutetodo presenta una serie de inconvenientes aparicioacuten de grietas de traccioacuten
en el contorno del aacuterea inundada existencia de importantes deformaciones posteriores al
colapso necesidad de recompactar los 4 oacute 5 primeros metros utilizando otro tipo de
metodologiacutea La efectividad de este meacutetodo se mejora sustancialmente si al mismo se lo
combina con otro meacutetodo de compactacioacuten dinaacutemica
Compactacioacuten por humedecimiento previo y por explosiones profundas Este meacutetodo fue
desarrollado en al Unioacuten Sovieacutetica por Livinov (1976) en la deacutecada de los 60 El espesor de
suelos a compactar es previamente humedecido a traveacutes de un sistema de drenes
(cuadriacutecula de 3 x 3 a 5 x 5 m) Las cargas explosivas (5 a 7 Kg) son colocadas en el fondo
de los mismos drenes o bien en tubos metaacutelicos colocados en perforaciones adicionales La
cuadriacutecula con las cargas es aproximadamente de 4 x 4 m En este procedimiento no es
necesario la completa saturacioacuten del suelo que por ejemplo necesita el meacutetodo anterior
Posterior al humedecimiento se hacen estallar las cargas de toda un aacuterea (2000 a 50000
m2) La explosioacuten generan una onda de choque que hace licuar la estructura del suelo lo
cual permite un reacomodamiento de las partiacuteculas y un crecimiento de la densidad del
suelo En ciertos casos es aconsejable la construccioacuten de trincheras alrededor de la zona a
compactar a efectos de evitar la propagacioacuten de grietas fuera de ella La explosioacuten produce
un importante a inmediato asentamiento de la superficie del terreno Los asentamientos en
general se estabilizan al cabo de 3 oacute 4 semanas Este tipo de meacutetodo es aconsejable cuando
se desea compactar grandes voluacutemenes de suelo particularmente en grandes complejos
industriales o bien en obras hidroeleacutectricas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
En este apartado se incluyen aquellos meacutetodos de estabilizacioacuten consistentes en la mezcla y
posterior compactacioacuten de suelo colapsable con otros materiales (arena gravas) a efectos
de conseguir mayor resistencia y mayor rigidez Este tipo de estabilizacioacuten es de amplio use
en la ingenieriacutea vial en la construccioacuten de bases y de sub-bases
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
Este grupo incluye a aquellas metodologiacuteas en las cuales el mejoramiento de las
propiedades resistentes del suelo se consiguen con la creacioacuten de viacutenculos maacutes soacutelidos y
estables en la estructura del suelo En algunas de ellas la inyeccioacuten de agentes cementantes
provoca la rotura de la estructura original del suelo En otras por el contrario la inyeccioacuten
de agentes quiacutemicos actuan directamente sobre los viacutenculos sin modificar la estructura del
suelo Los meacutetodos se pueden dividir en meacutetodos superficiales y meacutetodos profundos
dependiendo en donde se realice la estabilizacioacuten En los meacutetodos de estabilizacioacuten
superficiales el mejoramiento en general se consigue mediante la mezcla y posterior
compactacioacuten del suelo con agentes quiacutemicos o cementantes tales como cemento cal
emulsiones asfaacutelticas sales (NaCl Nat C03 NaPO3) etc Estos meacutetodos de estabilizacioacuten
son tambieacuten usuales en otros tipos de suelos y son de amplia utilizacioacuten en todo tipo de
obras de ingenieriacutea civil por tal motivo no insistiremos en ellos Por el contrario los
meacutetodos de estabilizacioacuten profunda aunque tambieacuten se han utilizado en otros tipos de
suelos muchos de ellos se han desarrollado y usado especiacuteficamente para eliminar o
disminuir la susceptibilidad al colapso en espesores importantes de suelo A continuacioacuten
se presentan algunos de ellos
Inyecciones de agentes quiacutemicos Las investigaciones y las realizaciones en este tipo de
estabilizaciones se ha desarrollado principalmente en la Unioacuten Sovieacutetica Seguacuten Mitchell
(1981) la razoacuten principal por la cual estos meacutetodos no se han extendido universalmente se
debe principalmente a los altos costos frente a otros tipos de estabilizaciones Sin embargo
Esvtatiev (1988) da cuenta de la existencia en la URSS de maacutes de 800 proyectos en donde
se han utilizado satisfactoriamente p ej el meacutetodo de silicatizacioacuten) Esto ha permitido un
continuo mejoramiento de la tecnologiacutea una reduccioacuten de los costos y una abundante
normativa en la regulacioacuten de su uso El agente quiacutemico maacutes utilizado por su bajo costo
frente a otros agentes quiacutemicos es el Silicato de Sodio El meacutetodo consiste en inyectar en
todo el espesor de suelo a tratar una solucioacuten de silicato de sodio (Densidad = 1 10 a 1 04
gcm3) a traveacutes de un tubo inyector de 42 mm de diaacutemetro con perforaciones de 3 mm
protegidas por un manguito de goma La inyeccioacuten se realiza a una presioacuten de 20 a 40
Kgcm2 y una descarga de 48 litros por minuto (Zvyagin et al 1978) La silicatizacioacuten del
suelo es soacutelo posible en un medio fuertemente alcalino Seguacuten Sokolovic (1973) se logra
una mejor eficiencia mediante una pre y post gasificacioacuten con carbonato de calcio Luego
de la inyeccioacuten tres son los cambios que se observan en el suelo un aumento significativo
de la resistencia a la compresioacuten (superior a 20 Kgcm2 ) una eliminacioacuten de la
susceptibilidad al colapso y una disminucioacuten de la permeabilidad Otro de los tratamientos
con agentes quiacutemicos es la inyeccioacuten de amoniacuteaco La mejora en el suelo es inferior al
tratamiento por silicatizacioacuten ademaacutes presenta la desventaja de ser un elemento toacutexico y su
utilizacioacuten requiere medidas especiales de proteccioacuten (Sokolovic 1973)
Estabilizacioacuten teacutermica Esta teacutecnica comenzoacute a desarroIlarse en la URSS en la deacutecada de
los antildeos 50 y ha sido utilizada exitosamente en un importante nuacutemero de emprendimientos
Seguacuten Esvtatiev (1988) la aplicacioacuten de este meacutetodo es teacutecnica y econoacutemicamente
aconsejable en los siguientes casos a) en la estabilizacioacuten de fundaciones existentes de
estructuras altas como chimeneas tanques de agua b) en la paralizacioacuten de los
asentamientos en construcciones existentes provocados por el colapso del suelo Las
propiedades de los minerales arcillosos cambian cuando eacutestos son sometidos a altas
temperaturas lo cual genera un aumento importante de la resistencia y por ende la
eliminacioacuten de la susceptibilidad al colapso del suelo La tecnologiacutea ha ido variando y
mejorando su eficiencia a lo largo de estas deacutecadas No obstante la variedad de meacutetodos
casi todos ellos consisten en la introduccioacuten de un quemador de fuel o gas dentro de un pre
pozo de 020 metros de diaacutemetro con una presioacuten de aire de 20 a 30 Kgcm2 De esta
forma al cabo de 10 a 15 diacuteas se consigue una columna estabilizada de suelo de 20 a 30
metros y una profundidad de 10 a 15 metros (Beles y Stanculescu 1958)
Estabilizacioacuten mediante mezclado mecaacutenico con agentes cementantes El objetivo de este
tipo de estabiacutelizacioacuten es la creacioacuten de columnas o pilotes de suelo con alta resistencia y
rigidez que permitan la transferencia de las cargas a mantos maacutes profundos y estables
Varios son los meacutetodos constructivos que pueden agruparse dentro de este grupo Los
subdividiremos en los siguientes subgrupos dependiendo del lugar en donde se realiza la
mezcla del suelo con el agente cementante
1 La mezcla del suelo y el agente cementante se realiza en superficie En este caso la
excavacioacuten se puede realizar bien utilizando la teacutecnica constructiva empleada en los pilotes
de suelo (hinca) o bien usar teacutecnicas usuales de perforacioacuten La mezcla deiexcl suelo con el
agente cementante (preferentemente Cemento Portland) puede ser fluida (suelo cemento
plaacutestico) a introducirse dentro de la excavacioacuten en forma de pastones o bien mezclar el
suelo y elcemento con porcentaje de humedad oacuteptimo a introducirlos en la perforacioacuten en
tongadas (100 a 200 Kg) las cuales posteriormente son compactadas dentro de la misma
excavacioacuten Por lo tanto existen cuatro variantes seguacuten sea el tipo de excavacioacuten y el tipo
de mezcla
2 La mezcla del suelo y el cemento se realiza en el mismo proceso de perforacioacuten En este
caso la mezcla del agente cementante se realiza con el propio suelo La mezcla puede
realizarse mediante uacutetiles especiales que van mezclando el suelo con una lechada de
cemento o bien usar la teacutecnica del jet grouting mediante un chorro de lechada a alta presioacuten
Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
Este tipo de estabilizacioacuten se realiza principalmente en terrenos con suelos potencialmente
colapsables en los cuales la presencia de cargas adicionales en superficie puede generar
asentamientos adicionales ante un incremento de la humedad del suelo Asiacute una parte del
suelo colapsable superficial ubicado directamente debajo de las fundaciones es excavado
extraiacutedo y reemplazado por otro material maacutes competente Los materiales generalmente
utilizados son los siguientes el mismo suelo extraiacutedo compactado y eventualmente
estabilizado granulomeacutetricamente arena compactada o suelo cemento compactado La
eleccioacuten del tipo de material estaacute condicionado generalmente por variables teacutecnico
econoacutemicas Los espesores de estos mantos son variables (1 a 4 m) dependiendo del tipo de
cargas y de las caracteriacutesticas del proyecto Por ejemplo en algunos proyectos los
condicionantes pueden ser los asentamientos diferenciales (edificios) en cambio en otros
(canales) no soacutelo importa disminuir la probabilidad que se produzca el colapso sino
tambieacuten lograr una capa de suelo maacutes impermeable Este tipo de metodologiacutea ha sido
utilizada con eacutexito en numerosos paiacuteses y en innumerables tipos de obras Tambieacuten es
frecuente el empleo de esta metodologiacutea en forma conjunta con otro tipo de estabilizacioacuten
profunda cuando se presentan mantos de suelos colapsables profundos y con espesores
muy dispares
113 Medidas conducentes a evitar la iniciacioacuten del colapso
Arriba se sentildealaron los tipos de humedecimientos que seguacuten Goldstein (1969) pueden
presentarse en una masa de suelo
a) humedecimiento localizado por rotura de conducciones hidraacuteulicas o infiltraciones de
aguas de lluvia
b) humedecimiento extenso causado por roturas de canales o efluentes industriales
c) ascenso del nivel freaacutetico
d) aumento gradual y lento del contenido de humedad por condensacioacuten del vapor de agua
provocados por condiciones ambientales
Muchos de estos tipos de humedecimientos pueden ser prevenidos principalmente los
primeros pues en general eacutestos son debidos a fallas o roturas de las instalaciones de la
misma construccioacuten En cambio los otros tipos de humedecimientos estaacuten condicionados
por factores externos al proyecto como por ejemplo puede ser el ascenso del nivel freaacutetico
o la rotura de un canal cercano y ajeno al proyecto La accioacuten del proyectista debe estar
encaminada principalmente a impedir dentro de los liacutemites del proyecto la generacioacuten de
estos humedecimientos provocados por elementos de la propia construccioacuten Robinson y
Narkiewicz (1982) sugieren las siguientes medidas de proteccioacuten contra el humedecimiento
de edificios
a) Pendientes adecuadas en la superficie del terreno que rodea a la construccioacuten de modo
que no se produzcan embalsamientos de agua en las cercaniacuteas de las fundaciones y que
cualquier peacuterdida de agua pueda ser eliminada con rapidez
b) Canalizacioacuten de todos los desaguumles de techos y patios hacia el exterior de la
construccioacuten
c) Instalacioacuten de membranas impermeables o pavimentacioacuten de la superase que rodea a la
construccioacuten de modo de limitar la infiltracioacuten de agua en el suelo adyacente a las
construcciones
d) Encerrar las conducciones de agua o efluentes cloacales dentro de conductos de faacutecil
acceso a efectos de detectar posibles peacuterdidas
Algunas de estas medidas requieren una serie de medidas de control y mantenimiento
durante la vida uacutetil de la obra de manera que perioacutedicamente se realicen inspecciones a las
instalaciones y puedan detectarse peacuterdidas o dantildeos en las mismas Tambieacuten es aconsejable
que los propietarios de la obra conozcan perfectamente los riegos a que estaacute expuesta la
misma de modo que su actividad yo descuidos no inicie procesos de humedecimiento del
terreno
Las medidas de proteccioacuten en otros tipos de obras civiles (canales o caminos) tienen la
misma filosofiacutea es decir elementos de proteccioacuten que impidan o dificulten la entrada del
agua en el terreno de fundacioacuten Asiacute por ejemplo en las obras lineales se debe prestar una
especial atencioacuten al disentildeo del sistema de alcantarillado y de desaguumles En algunos casos
estas obras suelen seguir parcialmente las curvas de nivel del terreno convirtieacutendose en
verdaderas presas que impiden el natural escurrimiento de las aguas provocando la
acumulacioacuten de agua en su entorno lo que genera un humedecimiento generalizado del
terreno de fundacioacuten con los consecuentes dantildeos en la obra
Es frecuente que en ciertos tipos de obras como viviendas unifamiliares de una planta o
incluso caminos y canales las uacutenicas medidas a adoptar sean las presentadas en este
apartado ya que la utilizacioacuten de teacutecnicas de mejoramiento o fundaciones profundas
resultan prohibitivas En realidad la mayoriacutea de las obras aludidas se construyen admitiendo
el riesgo de un posible colapso del terreno El buen comportamiento que han tenido la
mayoriacutea de ellas se debe fundamentalmente a que no se ha producido ninguacuten tipo de
humedecimiento En contraste los dantildeos son serios en aquellas obras que los han sufrido
Por todo ello es un deber de los investigadores a ingenieros buscar nuevas soluciones
econoacutemicas que permitan disminuir los riesgos y por ende los dantildeos en este tipo de obras
Uno de los caminos en tal sentido es el estudio de estructuras que absorban o minimicen
los posibles asentamientos diferenciales provocados por el humedecimiento localizado del
suelo sin un aumento excesivo de los costos
114 Estructuras yo fundaciones que admiten y resisten los fenoacutemenos provocados
por el colapso
El anaacutelisis de este apartado se centraraacute principalmente en el estudio de las fundaciones
superficiales en suelos potencialmente colapsables ya que el otro gran grupo de soluciones
fundaciones profundas mediante pilotes seraacute objeto de un examen detallado en los
apartados siguientes
La lista de estructuras que se asientan directamente sobre mantos de suelos potencialmente
colapsables es amplia entre ellas pueden sentildealarse viviendas unifamiliares construcciones
transitorias galpones ductos enterrados canales caminos etc
Las fundaciones directas sobre suelos colapsables pueden ser divididas en dos grupos
a) Fundaciones riacutegidas utilizadas principalmente en estructuras livianas y con cargas
puntuales por ejemplo torres de liacuteneas de alta tensioacuten columnas de naves industriales o
depoacutesitos En general este tipo de estructuras tienen algunos rasgos comunes como son por
ejemplo cargas verticales bajas cargas horizontales importantes y en general suelen
aceptar asentamientos admisibles mayores
b) Fundaciones de baja rigidez longitudinal en este caso se trata de estructuras con cargas
lineales (muros de carga canales etc) con baja rigidez en el sentido de las cargas Este tipo
de estructuras son sensibles a humedecimientos localizados del terreno que generan
asientos diferenciales importantes En general las medidas que suelen tomarse para
disminuir los efectos de los asientos diferenciales son las siguientes disentildeo de elementos
que rigidicen la estructura (Clemence Y Finbarr 1981) y el disentildeo de elementos
constructivos que eviten
RECAPITULACIOacuteN
Definido el concepto de colapso el estudio se ha enfocado al anaacutelisis de los suelos
colapsables por humedecimiento En esta clase particular de suelos metaestables el agente
externo que desencadena el fenoacutemeno de colapso es el agua En estos suelos un incremento
de humedad puede provocar una disminucioacuten o anulacioacuten de las fuerzas que vinculan unas
partiacuteculas con otras y por lo tanto cambiar el estado de equilibrio en la estructura del suelo
El colapso de la estructura del suelo depende fundamentalmente de dos causas a) de la
importancia de los cambios provoca dos por el agua en los viacutenculos existentes entre las
partiacuteculas y b) del estado tensional en los viacutenculos O sea para que se produzca el colapso
es necesario un agente sensibilizante y un estado tensional capaz de provocar la des-
estabilizacioacuten de la estructura del suelo
Por este motivo los meacutetodos que mejor reflejan la susceptibilidad al colapso de un suelo
son aquellos basados en ensayos mecaacutenicos donde ambos factores estaacuten presentes
La gran subdivisioacuten que se hace a los suelos colapsables parte precisamente de verificar
coacutemo es el comportamiento del suelo en su estado tensional original o bajo su propio
peso Si se produce el colapso bajo este estado se indica que el suelo es verdaderamente
colapsable o autocolapsable en cambio si el fenoacutemeno no se produce se sentildeala que el
suelo es candicionalmente colapsable o colapsable bajo carga
En este contexto diversos investigadores introducen el concepto (tambieacuten tensional) de
Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) o Presioacuten de Fluencia Saturada (σf) como aquella
presioacuten a la cual se produce el colapso Desde un punto de vista teoacuterico esta presioacuten deberiacutea
ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero desde un punto de vista praacutectico se
asume que una pequentildea magnitud del colapso es permisible Por ejemplo las normas
Sovieacuteticas Lo toman igual al 100 las Chinas igual al 150 En cambio en Argentina se
utiliza maacutes la Presioacuten de Fluencia Saturada que se obtiene de forma similar a la Presioacuten de
Preconsolidacioacuten No obstante esta diferencia metodoloacutegica en ambos casos el concepto es
el mismo
Con respecto a las metodologiacuteas usadas para establecer la susceptibilidad al colapso de un
suelo o de un perfil de suelo han sido analizadas las que utilizan el concepto de Presioacuten
Inicial de Colapso y la magnitud del colapso Esta seleccioacuten se realizoacute fundamentalmente
por las siguientes causas primero porque se hacen en base a ensayos mecaacutenicos donde
intervienen el agente externo (el agua) y el estado tensional del suelo y segundo porque
permiten establecer ya sea a traveacutes de un perfil de colapsabilidad o la magnitud del
colapso coacutemo seraacute realmente el comportamiento del terreno ante las solicitaciones
producidas por la obra de ingenieriacutea
Los perfiles de colapsabilidad relacionan en profundidad el peso propio de las tierras con
la Presioacuten Inicial de Colapso esto permite determinar el espesor de suelos autocolapsables
o el espesor de los suelos que colapsaraacuten si ademaacutes del humedecimiento se aumenta el
estado tensional Estos perfiles son de gran ayuda al proyectista de fundaciones en suelos
colapsables dado que le permiten conocer en forma global la magnitud del problema al que
estaacute enfrentado No obstante su utilidad no termina alliacute sino que por el contrario estos
perfiles le permiten tomar decisiones sobre cuaacuteles son las soluciones ingenieriles maacutes
convenientes del proyecto Pues con su ayuda se podraacute seleccionar el meacutetodo de
mejoramiento del terreno la cota de fundacioacuten de una fundacioacuten profunda la magnitud de
la carga por rozamiento negativo etc
La determinacioacuten de la magnitud del colapso de un perfil de suelo usada como
metodologiacutea de clasificacioacuten tambieacuten es de utilidad en el disentildeo de construccioacuten de obras
de ingenieriacutea en suelos colapsables Sobre todo en la caracterizacioacuten del terreno de grandes
aacutereas ya sea en obras lineales (canales caminos etc) o puntuales (complejos fabriles obras
hidraacuteulicas etc) dado que cada perfil de suelo estaacute caracterizado por un paraacutemetro lo cual
permite el manejo de un nuacutemero importante de informacioacuten Obviamente esta metodologiacutea
tambieacuten es de gran use en cualquier tipo de obras independientemente de su tamantildeo a
importancia
En un abundante nuacutemero de proyectos no es suficiente haber realizado una caracterizacioacuten
o clasificacioacuten del terreno sino que es necesario determinar la magnitud de los
asentamientos que pueden producirse en las obras Los asentamientos por colapso depende
baacutesicamente de dos tipos de factores intriacutensecos y extriacutensecos
Se sentildealan como intriacutensecos aquellos factores propios del suelo como son sus propiedades
fiacutesicas y mecaacutenicas El comportamiento del suelo dependeraacute del tipo de estructura o la
forma en que estaacuten ordenadas las partiacuteculas del grado de compacidad del tipo de viacutenculos
que unen grano con grano etc Estos factores en general no se encuentran
homogeacuteneamente distribuidos por lo cual los paraacutemetros que definen sus propiedades
tenso-deformacionales pueden sufrir variaciones locales importantes
Los factores externos que influyen en la magnitud de los asentamientos son dos el aacuterea
inundada y el estado tensional Estos dos factores influyen considerablemente en la
magnitud de los asentamientos por colapso y por tal motivo deben ser analizados
especiacuteficamente en los caacutelculos Respecto al primero de los factores a pesar que se han
realizado importantes trabajos teoacutericos la informacioacuten experimental indica que todaviacutea
existe cierta indeterminacioacuten en su estimacioacuten Por tal motivo la influencia del aacuterea
inundada en la magnitud de los asentamientos se limita a realizar correcciones de tipo
empiacuterico En cuanto a la influencia que el estado tensional tiene en los asentamientos las
investigaciones se han centrado especialmente en el estudio de cargas externas (zapatas) en
la superficie del terreno
ENSAYOS ldquoin siturdquo Perforacioacuten y muestreoEnsayos ldquoin siturdquo
o Ensayo de penetracioacuten estandar (SPT)o Ensayo de penetracioacuten de cono (CPT + CPTu)o Dilatoacutemetro de placa plana (DMT)o Presuroacutemetro (PMT)o Corte en veleta (VST)10487131048713 Meacutetodos geofiacutesicoso Ondas siacutesmicas (P- S- R-waves)o Electromagneacuteticas (radar resistividad)
EQUIPOS AUTOPROPULSADOS
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)1048713El ensayo ldquoin siturdquo maacutes comuacuten en el mundo10487131902 - Coronel Gow de Raymond Pile Co1048713 Muestreador ciliacutendrico partido1048713 Norma ASTM D 15861048713 Martillo (140-lbs cae 30 pulgadas) (635-kg cae 076 metros)1048713 Tres incrementos de 6 pulgadas Suma de los dos uacuteltimos incrementos = N (golpespieacute)
Se obtiene suelo y
un nuacutemero
Muestra alterada
(Solo para
caraterizacioacuten)
Nuacutemero muy crudo
para el anaacutelisis
No aplicable en
Ventajas
arcillas blandas y
Limos
Variabilidad e
incertidumbre
se obtiene un nuacutemero
Sencillo y de bajo
Costo
Funciona en muchos
tipos de suelo
Se puede utilizar en
rocas blandas
Disponible
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Estos suelos en condiciones de no saturacioacuten o saturacioacuten parcial presentan continuamente un reacomodo radical de las partiacuteculas y una gran peacuterdida de volumen por remojo osea al entrar al estado de saturacioacuten completa La existencia de estos suelos en el mundo y las dificultades ocasionadas a las edificaciones cimentadas sobre ellos han sido reconocidos ampliamente Los depoacutesitos maacutes extensos de suelos colapsables son eoacutelicos o depoacutesitos transportados de arena y limos (loess)Se puenden encontrar comuacutenmente en las maacutergenes fluviales
Desventajas
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Depoacutesitos eoacutelicos Estos depoacutesitos consisten en materiales transportados por el viento el cual forma dunas depoacutesitos tipo loess playas eoacutelicas y grandes depoacutesitos de ceniza volcaacutenica
Depoacutesitos transportados por agua Consisten principalmente de depoacutesitos de sedimentos sueltos a carreados por el agua los cuales forman abanicos fluviales y flujos deslizantes Estos materiales pueden ser depositados por una avenida repentina o flujo de lodo derivado de pequentildeas cuencas colectoras sujetas a aguaceros poco frecuentes
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Suelos residuales Estos suelos son producto del intemperismo y la
desintegracioacuten y alteracioacuten mecaacutenica de rocas madres Las partiacuteculas de
material residual pueden variar de tamantildeo de grandes fragmentos de
gravas a arenas limos coloides y en algunos casos material orgaacutenico
La estructura del grano colapsable se ha desarrollado como producto de
la accioacuten disolvente sobre el material soluble y coloidal La lixiviacioacuten del
material soluble y del material fino conduce a una alta relacioacuten de vaciacuteos
y a una estructura inestable Otro tipo de suelo que muestra colapso al
remojo son aquellos derivados de tufo volcaacutenico
sulfato de calcio arenas sueltas cementadas por sal soluble arcillas
dispersivas y arcillas montmorilloniacuteticas ricas en sodio
CAUSAS QUE GENERARIacuteAN DICHO COMPORTAMIENTO- Estructura parcialmente saturada potencialmente inestable- Una componente de esfuerzo aplicado o existente lo suficientemente alta para desarrollar una condicioacuten metaestable- Un ligante resistente o un agente cementante para estabilizar contactos intergranulares el cual se reduce por remojo ocasionando el colapso La mayoriacutea de suelos colapsables involucra la accioacuten de partiacuteculas arcillosas en los enlaces entre los granos gruesos de arena-Agentes cementantes tales como oacutexido de hierro carbonato de calcio o la soldadura de granos en contacto proporcionan esfuerzos resistentes para muchos suelos colapsables La accioacuten de este cementante es frecuentemente el agente principal de colapso en loess El grado al cual el agente cementante pierde su efectividad depende del grado de contaminacioacuten del ingreso del agua y del grado de disolucioacuten del agente cementante involucrado
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
CONSOLIDOacuteMETRO PARA ENSAYO DE COLAPSO
Se procede a cortar el suelo de acuerdo con las dimensiones del anillo
del ensayo de consolidacioacuten unidimensional Determinar sus
propiedades fiacutesicas tales como humedad natural peso volumen
gravedad especiacutefica de soacutelidos liacutemites de consistencia distribucioacuten
granulomeacutetrica seguacuten las normas
Se instala la muestra en el anillo del consolidoacutemetro despueacutes de haber
determinado el peso inicial de la masa huacutemeda y altura de la muestra y
fijar el conjunto anillo-muestra en el consolidoacutemetro Aplicar una carga
de contacto 005 kgcm2 (5 Kpa) despueacutes de 5 min tomar lectura del
deformiacutemetro aplicar incrementos de carga a cada hora hasta que se
aplique la presioacuten vertical apropiada Los incrementos de carga seraacuten
012 025 050 100 200 etc Kgcm2 (12 25 50 100 200 etc) o
cargas de acuerdo al meacutetodo de ensayo ASTM D2435 registrar la
deformacioacuten antes de incrementar una nueva carga
Determinacioacuten del potencial de colapso
donde
di = lectura del dial con el esfuerzo adecuado antes de la saturacioacuten (mm)
df = lectura del dial bajo el esfuerzo adecuado despueacutes del humedecimiento (mm)
ho = altura inicial de la muestra (mm)
Tmbieacuten se puede evalua en teacuterminos de relacioacuten de vaciacuteos
dondeΔe = cambio de relacioacuten de vaciacuteos bajo el esfuerzo adecuado antes y despueacutes de la inundacioacuteneo = relacioacuten de vaciacuteo inicialLa evaluacioacuten de un suelo colapsable seraacute de acuerdo a la siguiente tablaCon todo lo epxlicado concluimos que el colapso de los suelos es la disminucioacuten moderada de volumen cuando estaacute con bajo contenido de humedad y una gran peacuterdida cuando estaacute sumergido y la magnitud de asentamiento depende del contenido de humedad del suelo En estado sumergido y bajo la aplicacioacuten de cargas verticales los suelos colapsables presentan un mayor asentamiento Los suelos colapsables existen en todo el mundo principalmente en la regiones aacuteridas y semiaacuteridas nuevamente comentando que los depoacutesitos eoacutelicos coluviales residuales tubos volcaacutenicos etc son suelos que pueden ser colapsables
Definicioacuten de colapso Se definen como colapso a cualquier disminucioacuten raacutepida de volumen del suelo producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factoresbull Contenido de humedad (w) bull Grado de saturacioacuten (Sr) bull Tensioacuten media actuante (τ) bull Tensioacuten de corte (σ) bull Presioacuten de poros (u)
TIPOS DE SUELOS COLAPSABLESLos tipos de suelos colapsables son
- Suelos aluviales y coluviales ndash Depositados en ambientes Semi-deseacuterticos por flujos maacutes o menos torrenciales- Suelos eoacutelicos ndash Depositados por el viento son arenas y limos arenosos con escaso cemento arcilloso en una estructura suelta o inestable
- Cenizas volcaacutenicas ndash Provenientes de cenizas arrojadas al aire por actividad volcaacutenica explosiva- Suelos residuales ndash Derivados de la descomposicioacuten in ndash situ de minerales de ciertas rocas son luego lixiviados por el agua y pierden su cemento
CONSECUENCIAS EN CIMENTACIONES
Patologiacuteas en cimentaciones Posibles causas
Introduccioacuten
De todos los posibles tipos de patologiacutea que puede sufrir la edificacioacuten las estadiacutesticas demuestran que son las patologiacuteas ligadas a las cimentaciones las que mayores costes globales conllevan Ademaacutes tienen gran repercusioacuten social lo que las hace maacutes notorias por la complejidad propia de su reparacioacuten porque suponen una fuerte alteracioacuten y hasta interrupcioacuten del uso del inmueble y porque suelen involucrar a colindantes e incluso poderes puacuteblicos Urge como en ninguacuten otro caso determinar las causas y cuanto antes dar una solucioacuten al problema
Causas intriacutensecas de fallos de cimentacioacuten
Se agrupan aquiacute los fallos de cimentacioacuten consecuencia de la interaccioacuten entre el terreno y la propia cimentacioacuten de la construccioacuten afectada
Defectos de proyecto
Son errores de concepcioacuten de disentildeo o caacutelculo del proyecto Son errores previsibles por lo que si se tienen en cuenta en el disentildeo y caacutelculo de la edificacioacuten el riesgo de que provoquen dantildeos se minimizaEnumeramos aquiacute no todas pero siacute algunas de las posibles causas de problemas derivadas del proyectobull Falta de capacidad de carga cimentacioacuten insuficiente o capacidad
de carga del suelo insuficientebull Esfuerzos no contemplados por ej por olvido de algunas
sobrecargas de explotacioacutenbull Conocimiento insuficiente del suelo Lo que deriva en la ignorancia
de riesgos especiales geoteacutecnicos Las causas pueden ser escasez de reconocimientos previos del terreno mala interpretacioacuten de los mismos no consideracioacuten de los fenoacutemenos de agresividad etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Cobra importancia en terrenos con especiales caracteriacutesticas
Arcillas expansivas
Suelos colapsables
Rellenos antroacutepicos
Suelos blandos naturales
Infravaloracioacuten del riesgo geoteacutecnico conocido eacuteste Casos asiacute pueden ser desprecio de los efectos que produce la falta de homogeneidad de un suelo o las distintas profundidades de aparicioacuten de la roca en planta desprecio de los efectos de la potencial expansividad o de posible subpresioacuten o fenoacutemenos de subsidencias procesos de disolucioacuten etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONESbull Defectos en la evaluacioacuten del terreno asientos calculados no
tolerables por la estructura esfuerzos paraacutesitos en pilotes (olvido del efecto de asiento de terrenos flojos o rellenos recientes) etc
bull Efecto grupo en pilotes defectuosa estimacioacuten del efecto grupo en pilotes flotantes no consideracioacuten de los esfuerzos laterales o del rozamiento negativo etc
bull Ausencia de consideracioacuten del bulbo de tensiones de la cimentacioacuten propia y su alcance Pero tambieacuten de cimentaciones colindantes que podriacutean suponer una carga oblicua sobre nuestra cimentacioacuten habraacute que considerarla en caacutelculo y prever un proceso constructivo adecuado (no vayamos a provocar dantildeos a otras edificaciones)
bull Ignorancia de las condiciones de contorno es decir no consideracioacuten de las condiciones del entorno de la estructura
proyectada posibles socavaciones arrastres descalces agotamientos rebajamientos de nivel freaacutetico etc
bull Heterogeneidades distribucioacuten irregular de las cargas o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentacioacuten
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Defectos de ejecucioacuten
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecucioacuten de eacutestos Los defectos de ejecucioacuten normalmente responden a un deficiente Control de Calidad Por tanto en principio son evitablesAlgunos errores de ejecucioacuten podriacutean serbull Apreciacioacuten erroacutenea de los estratos resistentes confundidos con
capas de poco espesor bolos erraacuteticos etcbull Errores de replanteo bull Mala calidad de los materiales en especial hormigones Deterioro
de zapatas losas o muros por escasa calidad de los materiales grietas de retraccioacuten por mala dosificacioacuten del hormigoacuten materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto etc
bull Degradacioacuten del material suele ir unido al anterior hormigoacuten no resistente a la agresividad del terreno recubrimientos insuficientes madera metal etc
bullCAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Lavado del hormigoacuten en cimentaciones superficiales o profundas colocado en presencia de aguas en movimiento
Errores en la colocacioacuten de armaduras confusioacuten de diaacutemetros de armado ausencia de separadores etc
Problemas de fraguado unidos a errores de vertido de dosificacioacuten de curado
Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio cortadas lavadas) o de baja calidad y excesiva carga portante de caacutelculo
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
forma elegir correctamente el tipo de cimentacioacuten o el meacutetodo de mejoramiento del suelo a
emplear para disminuir o anular la susceptibilidad al colapso
8 MAGNITUD DEL ASENTAMIENTO POR COLAPSO
81 Definiciones
La magnitud del asentamiento por colapso producido por humedecimiento del terreno
depende seguacuten Grigoryan y Ivanov (1968) tanto de
1048713 Factores intriacutensecos del suelo (caracteriacutesticas fisico-mecaacutenicas) y de
1048713 Factores externos al suelo (estado tensional y el aacuterea inundada)
Se define al asentamiento adicional por colapso (Wcolt) de un manto de suelos
colapsables de espesor Ht a la sumatoria
donde
Ht = H1+H2+ = Hj+Hn
Hj = Espesor del estrato j
Wcolj = Asentamiento adicional por colapso del estrajo j
δcolj = Colapso relativo del estrato j a la presioacuten σzj
σzj = Presioacuten total (peso propio + incremento de presioacuten) en el estrato j
82 Caracteriacutesticas fiacutesico-mecaacutenicas
Un aspecto importante del comportamiento de este tipo de suelos y que por lo tanto
influyen en la magnitud de los asentamientos es su marcada heterogeneidad Los suelos
loeacutessicos colapsables en cierto entorno suelen considerarse como suelos homogeacuteneos pero
en realidad poseen una apreciable heterogeneidad extendida dentro de la masa Algunos de
estos aspectos pueden ser puestos en evidencia a traveacutes de ensayos geoteacutecnicos
La determinacioacuten de los paraacutemetros tenso-deformacionales como el colapso relativo (δcol)
puede diferir seguacuten Abelev y Abelev (1979) de 15 a 2 veces incluso si se lo hace a partir
de probetas gemelas talladas de un uacutenico bloque de suelo
Esto soacutelo se explica a traveacutes de la gran heterogeneidad local que presentan estos suelos en
los cuales existen macroporos dejados por raiacuteces o insectos y concreciones aisladas de
carbonatos etc que pueden hacer variar las caracteriacutesticas deformacionales en oacuterdenes de
magnitud de los arriba sentildealados Otro aspecto que sentildealan Bally et al (1969) es la
heterogeneidad en la variacioacuten local de las caracteriacutesticas quiacutemicas y mineraloacutegicas las
cuales son difiacuteciles de ser advertidas por meacutetodos usuales de investigacioacuten Para corroborar
todo este tipo de heterogeneidades en (30) se muestran liacuteneas de igual asentamiento para
un estanque experimental de 30 mestros de lado al cabo de 3 meses de continua inundacioacuten
Pueden observarse asentamientos diferenciales de hasta 60 cm Esto induce a pensar que
aunque las propiedades tenso deformacionales pudieran ser aproximadamente constantes
viacuteas preferenciales de humedecimiento (canaliacuteculos verticales dejados por raiacuteces de
hierbas) pueden saturar mayores espesores o presentar curvas de iso saturacioacuten apartadas
del modelo teoacuterico
En resumen una de las caracteriacutesticas principales que deben tenerse siempre en cuenta en
el caacutelculo de la magnitud de los asentamientos por colapso es que estos frecuentemente no
seraacuten uniformes ya sea por las causas antes expuestas como por otros factores como por
ejemplo la dimensioacuten del aacuterea inundada
83 Aacuterea inundada
Otro de los aspectos que influyen considerablemente en la magnitud de los asentamientos
por colapso son el tipo de humedecimiento que se realice dentro de la masa del suelo y las
dimensiones del aacuterea humedecida Golacutedstein (1969) distingue cuatro tipos de
humedecimientos
1 Humedecimiento localizado del suelo a poca profundidad debido generalmente a la
rotura de conducciones hidraacuteulicas de las construcciones En estos casos es casi imposible
predecir a priori la forma en planta y en corte de estos humedecimientos y por lo tanto
hacer una estimacioacuten de la magnitud de los asentamientos y su distribucioacuten en planta
2 Humedecimiento extenso de todo el perfil del suelo causado por una importante
infiltracioacuten de agua (rotura de canales o efluentes industriales) Los asentamientos en estos
casos pueden ser importantes y dantildeinos para las construcciones especialmente cuando los
asentamientos son desiguales
3 Una elevacioacuten uniforme del nivel freaacutetico debido generalmente a una recarga del freaacutetico
causado por una fuente lejana
4 Un aumento gradual y lento del contenido de agua debido por ejemplo a la
condensacioacuten del vapor y una acumulacioacuten de humedad causada por cambios en las
condiciones ambientales (pavimentacioacuten de la superficie del terreno)
En cuanto a la forma y las dimensiones del aacuterea humedecida se ha demostrado
experimentalmente que los asentamientos por colapso calculados con la ecuacioacuten indicada
arriba son soacutelo aplicables cuando la superficie de saturacioacuten o fuente de humedecimiento
es del orden de 23 a 1 vez el espesor de los sedimentos colapsables (Krutov y Dyakonov
1973) En cambio cuando esta relacioacuten es menor y la zona humedecida se aparta de la
supuesta unidimensional los asentamientos reales son sustancialmente menores a los
calculados
Por tal motivo algunos investigadores coinciden en afirmar que dicha ecuacioacuten debe estar
afectada de un coeficiente (m) que tenga en cuenta el tipo la forma y las dimensiones del
aacuterea humedecida
m = f (B L Z)
donde B y L son el ancho y largo de la fuente de inundacioacuten y Z el espesor de la zona
humedecida Asiacute en la ex URSS es habitual afectar a los asentamientos calculados por un
coeficiente llamado de condiciones de campo o de operacioacuten
Este coeficiente es pues la relacioacuten entre el asentamiento real medido en el terreno y el
calculado De modo que
84 Estado tensional
La magnitud del asentamiento adicional por colapso es funcioacuten de la tensioacuten actuante en el
manto de suelo considerado Si se analiza el caso particular de una zapata apoyada sobre la
superficie del terreno el asentamiento adicional por colapso seraacute funcioacuten de la forma y las
dimensiones de aacuterea cargada del espesor del manto susceptible al colapso y del tipo y la
forma de la zona humedecida Sin embargo se ha comprobado experimentalmente que si el
espesor de los mantos de suelos colapsables que se encuentran por debajo de la zona
comprimida es suficientemente importante como para que pueda colapsar por peso propio
la amplitud del asentamiento no depende praacutecticamente de la forma y de las dimensiones de
las fundaciones (Abelev y Abelev 1979)
En las numerosas experiencias realizadas sobre zapatas a escala real se ha comprobado que
los asentamientos adicionales por colapso medidos pueden llegar a ser entre 15 a 2 veces
mayores que los calculados sobre todo en zapatas con anchos inferiores a los 20 m de
ancho (Abelev y Abelev 1979)
Estas divergencias entre el valor de los asentamientos calculados y los reales pueden
atribuirse a varios factores entre los cuales pueden sentildealarse
c) La eleccioacuten del espesor del manto de suelos colapsables o susceptibles a sufrir un
asentamiento adicional ha sido largamente discutido Asiacute Kodrynova (1969) en base a
ensayos de zapatas a escala real pudo establecer las dimensiones de la zona realmente
deformada Confirmando que la profundidad de la zona deformada era menor que la
profundidad que por ejemplo estableciacutean las Normas Sovieacuteticas vigentes en ese momento
Estas Normas haciacutean soacutelo consideraciones tensionales y fijaban la profundidad del manto
como aqueacutella para la cual la relacioacuten entre el valor de la carga adicional debida a la zapata
(Δσ) y el de la presioacuten natural (σ0) se haciacutean igual a 020 Kodrynova (1969) comproboacute
que el criterio maacutes adecuado para establecer este espesor era usar el concepto de resistencia
estructural o Presioacuten Inicial de Colapso sugerido por Abelev en 1968 Asiacute observoacute que la
zona deformada se correspondiacutea muy bien con aquellos lugares donde los valores de
tensiones totales (σz) eran mayores al valor de la Presioacuten Inicial de Colapso (δicol) Por
tanto concluyoacute que el espesor Zo puede definirse como la profundidad en la cual se
comprueba que
Esto coincide con lo advertido por Grigoryan (1967) en ensayos de zapatas cuadradas y
rectangulares en donde solamente se observaron asentamientos en la masa del suelo
cuando la tensioacuten actuante era mayor al valor de la Presioacuten Inicial de Colapso (δicol)
Por lo tanto se puede concluir que no existen reglas praacutecticas -como las que existen en
otros tipos de suelos- que puedan dar valores indicativos de la relacioacuten entre el ancho de la
cimentacioacuten y el espesor del manto deformable Sin embargo de lo que siacute hay abundante
evidencia es que la zona deformada generalmente aumenta cuando aumenta el contenido de
humedad (Tsytosich et al 1979)
b) La distribucioacuten de tensiones en la masa de un suelo colapsable provocada por una zapata
riacutegida se asemeja a la de un medio seminfinito y elaacutestico (error entre 20 a 30) soacutelo
cuando el suelo estaacute a humedad natural y la tensioacuten no sobrepasa los 30 kgcm2
(Grigoryan 1967) Tsytosich et al (1979) comprobaron experimentalmente esta afirmacioacuten
observando que a posteriori de la inundacioacuten del suelo el cambio tensional sobre la vertical
en el borde y en el centro de la zapata aumentan Se advierte que durante el proceso de
inundacioacuten del suelo ubicado debajo de la zapata se produce una concentracioacuten de
tensiones bajo la zapata disminuyendo el aacuterea en donde se distribuyen las cargas Seguacuten
Abelev y Abelev (1979) esto puede explicarse porque las relaciones tensioacuten-deformaciones
de los suelos macroporosos no son lineales a estos niveles de tensioacuten
9 METODOS DE IDENTIFICACIOacuteN
91 Aspectos generales
A partir de la deacutecada de los antildeos 50 se generoacute una preocupacioacuten manifiesta por parte de
diferentes investigadores en identificar y clasificar la potencialidad al colapso en los
distintos suelos
Estos intentos a escala mundial se han enfrentado fundamentalmente con dos
inconvenientes o limitaciones como son
1 La gran variedad de tipos de suelos que colapsan por humedecimiento Asiacute por
ejemplo meacutetodos probados en ciertos paiacuteses o regiones en determinados tipos de suelos no
han podido hacerse extensivos a suelos de otras zonas cuyo origen geoloacutegico y geneacutetico es
francamente diferente
2 La frecuente heterogeneidad de los suelos colapsables por humedecimiento En este
sentido hay coincidencia entre los investigadores que han estudiado suelos colapsables de
distinto origen geoloacutegico Asiacute pueden encontrarse referencias tanto en investigadores que
analizaron suelos lateriacuteticos o de origen eoacutelico como el loess (Abeley y Abeley 1979
Moretto 1986) que en principio suelen considerarse como suelos homogeacuteneos Es
frecuente encontrar una variacioacuten en el grado de cementacioacuten (por ejemplo debido a
carbonatos) en soacutelo algunos centiacutemetros En otros casos esta heterogeneidad es debida a la
presencia de grandes macroporos dejados por raiacuteces o insectos
Esto ha llevado a una gran variedad de metodologiacuteas para establecer la susceptibilidad al
colapso de los suelos y una anarquiacutea en la terminologiacutea empleada en los diferentes paiacuteses
para su clasificacioacuten Sin embargo en la mayoriacutea de los casos los diferentes investigadores
o coacutedigos han tendido a discretizar el comportamiento del suelo frente al colapso en dos
grupos suelos que colapsan bajo peso propio y suelos que colapsan bajo una carga mayor
Rocca (1985) ha confeccionado una tabla de equivalencias con la denominacioacuten que
reciben en los distintos paiacuteses
82 Clasificacioacuten de los meacutetodos de identificacioacuten de suelos colapsables
En cuanto a los tipos de meacutetodos de identificacioacuten propiamente dichos varios han sido los
enfoques que se han propuesto Estos podriacutean clasificarse en tres grupos
1048713 Meacutetodos basados en paraacutemetros fiacutesicos de identificacioacuten de suelos tales como Peso
Unitario Liacutemites de Consistencia Granulometriacutea etc
1048713 Meacutetodos basados en ensayos mecaacutenicos principalmente en ensayos edomeacutetricos
1048713 Meacutetodos basados en la magnitud del colapso
Existe una abundante bibliografiacutea sobre los diferentes meacutetodos de clasificacioacuten a
identificacioacuten en las cuales se ha realizado un anaacutelisis criacutetico sobre los diferentes meacutetodos
como las ya referidas de Rocca (1985) y Redolfi et al (1986) y otras como las de Sultan
(1969) Reginatto (1970 1974) Loacutepez Corral (1977) Jimeacutenez Salas (1987) y Lutenegger y
Saber (1988) Por lo tanto en este apartado no se insistiraacute en ello sino maacutes bien se haraacute un
enfoque general del problema y se presentaraacuten aquellos conceptos v meacutetodos que
posteriormente seraacuten utilizados en el desarrollo de estas notas
Meacutetodos basados en paraacutemetros fiacutesicos de suelos
En general la mayoriacutea de estos meacutetodos de identificacioacuten tienen maacutes bien un caraacutecter
cualitativo que cuantitativo pretendiendo ubicar el suelo analizado en algunos de los
grupos mencionados en (36) La clasificacioacuten consiste habitualmente en establecer si el
suelo es autocolapsable (colapsable bajo su propio peso) o bien si es condicionalmente
colapsable (colapsable bajo carga externa)
En estas notas solamente se analizaraacuten tres de ellos que tienen en comuacuten que relacionan el
liacutemite liacutequido y el peso unitario seco
a) Denison (1961) establece el Coeficiente de Colapso (k) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando la relacioacuten de vaciacuteos del suelo en estado natural (e) es mayor
que la relacioacuten de vaciacuteos correspondiente al Liacutemite Liacutequido (eL )
b) Gibbs (1961) establece una Relacioacuten de Colapso (R) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando la humedad de saturacioacuten del suelo (wSAT) es mayor que el
Liacutemite Liacutequido (wL )
c) Coacutedigo de edificacioacuten de la URSS (1962) establece un Indice de Colapso (R) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando R es mayor de -010
En se han superpuesto los puntos correspondientes a pares de valores del peso unitario
seco y el Liacutemite Liacutequido de suelos de la ciudad de Coacuterdoba Argentina (Redolfi et al
1986) De ella se desprende que los valores de los paraacutemetros obtenidos son valores tiacutepicos
de la formacioacuten loeacutessica de Coacuterdoba y que para todas las metodologiacuteas aquiacute presentadas la
gran mayoriacutea de los suelos son colapsables puesto que estaacuten incluidos dentro de las zonas
que los clasifican colapsables
Meacutetodos basados en ensayos edomeacutetricos
Estos meacutetodos estaacuten basados en la Presioacuten Inicial de Colapso o Presioacuten de Fluencia La
determinacioacuten del grupo al cual pertenece el suelo estudiado (auto colapsable o colapsable
bajo carga) se realiza comparando la presioacuten de tapada o geostaacutetica con la presioacuten a la cual
se produce el colapso Asumiendo como hipoacutetesis que el colapso por humedecimiento
ocurre soacutelo a partir de una cierta presioacuten por encima de la cual la resistencia estructural del
suelo es superada
La magnitud de esta presioacuten para la cual se produce el desmoronamiento de la estructura
del suelo ha sido designada por algunos autores como
1048713 Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) (Abelev y Abelev 1979) o
1048713 Presioacuten de Fluencia Saturada (σf sat) (Reginatto 1970)
Experimentalmente se ha demostrado que cuando la presioacuten total en el suelo (σt) ya sea
por cargas externas yo peso propio es menor que esta magnitud no se producen
asentamientos de colapso por humedecimiento Krutov y Tarasova (1964) sentildealan
acertadamente que desde un punto de vista teoacuterico la Presioacuten Inicial de Colapso o Presioacuten
de Fluencia deberiacutea ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero concluyen que
desde un punto de vista praacutectico una pequentildea magnitud de colapso puede asumirse como
permisible Siguiendo este concepto por ejemplo las Normas Sovieacuteticas SNIP definen a la
Presioacuten Inicial de Colapso como aquella presioacuten para la cual en una probeta instalada en un
edoacutemetro se produce un colapso relativo unitario igual a 001 o porcentual del 100
δicol = 001 = 10
En se han representado las curvas presioacuten-deformaciones unitarias de dos ensayos
edomeacutetricos del mismo suelo uno a humedad natural y el otro en estado saturado El
colapso relativo (δicol) es igual a
δicol = εHN - εSAT
donde εHN = Deformacioacuten unitaria a humedad natural
εSAT = Deformacioacuten unitaria en estado saturado
En tanto Reginatto (1970) define a la Presioacuten de Fluencia saturada de un suelo colapsable
de la misma forma en que se establece la presioacuten de preconsolidacioacuten de una arcilla
saturada en un ensayo edomeacutetrico
En se presenta la correlacioacuten que realizan Lin y Wang (1988) entre los valores de la
Presioacuten de Fluencia Saturada y la Presioacuten Inicial de Colapso (el Coacutedigo Chino la establece
para un valor de δicol = 150) Se puede observar que aproximadamente se establece una
relacioacuten directa entre ellas Esto no es de extrantildear puesto que conceptualmente ambas
definiciones tratan de fijar la presioacuten a la cual la estructura del suelo saturado comienza a
colapsar
Los numerosos intentos realizados en ensayos in situ para comprobar la validez de esta
hipoacutetesis (Krutov y Tarasova 1964 Abelev y Abelev 1979) parecen indicar a primera
vista que las predicciones tienen buen acuerdo con la realidad en muchos casos pero en
cambio en otros la diferencia entre lo predecido y lo sucedido es importante sobre todo en
aquellos casos referidos al colapso por peso propio
Meacutetodos basados en la magnitud del asentamiento por colapso
Los meacutetodos basados en la magnitud del asentamiento por colapso se fundan en determinar
la magnitud del mismo de un perfil de suelos en un lugar determinado debido solamente a
su peso propio
Asiacute por ejemplo la Clasificacioacuten Rumana de Suelos Loeacutessicos Colapsables (LCS) define
el Potencial Total de Colapso (Img) (Bally et al1973) como
donde Hj es el espesor del estrato j en metros y img es el asentamiento edomeacutetrico
adicional de una muestra de estrato j inundada a una presioacuten igual al peso propio de las
tierras (σ0 ) expresado en cmm
El Coacutedigo de Construccioacuten de Edificios de la Repuacuteblica Popular China en regiones de
suelo colapsables sigue un criterio similar (Lin y Liang 1982 Lin y Wang 1988) La
evaluacioacuten de la susceptibilidad al colapso en un determinado sitio se realiza en dos etapas
En primer lugar se evaluacutea su aptitud al autocolapso y se determina el Tipo de sitio (Tipo
1 o Tipo 2)
La magnitud del colapso por peso propio Δzc se obtiene de forma similar a la utilizada por
Bally et al (1973) en Rumania sumando los asentamientos individuales de los n estratos
colapsables del perfil
donde Hj es el espesor de estrato en cm y δzsj es el coeficiente de colapsabilidad del estrato
j en cmcm o en por ciento obtenido por medio de ensayos edomeacutetricos en los cuales
primero se carga el suelo hasta la presioacuten por peso propio y luego se inunda la muestra
donde Hj es el espesor de estrato en cm y δzsj es el coeficiente de colapsabilidad del estrato
j en cmcm o en por ciento obtenido por medio de ensayos edomeacutetricos en los cuales
primero se carga el suelo hasta la presioacuten por peso propio y luego se inunda la muestra
La sumatoria soacutelo tiene en cuenta aquellos valores de δzs jmayores de 0015
Si Δzs lt 7 cm se considera al suelo no autocolapsable por humedecimiento y se clasifica
al lugar como sitio TIPO 2 Si en cambio Δzs gt 11 cm se considera al suelo
autocolapsable por humedecimiento y se lo clasifica como sitio TIPO 1
Por uacuteltimo si 7 cm lt Δzs lt 11 cm el tipo de sitio debe ser determinado despueacutes de un
exhaustivo estudio de la geomorfologiacutea estratigrafiacutea y caracteriacutesticas estructurales del
suelo
El Coacutedigo tambieacuten establece que la magnitud del colapso por peso propio (Δzs) tambieacuten
puede ser determinada directamente en el terreno a traveacutes de una balsa o laguna de
infiltracioacuten de dimensiones especiacuteficas
La segunda etapa de la evaluacioacuten de la colapsabilidad consiste en establecer el Grado de
Colapsabilidad del suelo de cimentacioacuten Para ello se carga a las muestras representativas
de cada uno de los estratos a una presioacuten de 200 kPa y luego se las inunda La magnitud del
colapso se obtiene
donde δsj es el Coeficiente de colapsabilidad del estrato j en cmcm para una presioacuten de
200 kPa La sumatoria soacutelo tiene en cuenta valores de Δs mayores de 0015
donde δsj es el Coeficiente de colapsabilidad del estrato j en cmcm para una presioacuten de
200 kPa La sumatoria soacutelo tiene en cuenta valores de Δs mayores de 0015
SOLUCIONES INGENIERILES EN SUELOS COLAPSABLES
111 Consideraciones generales
La primera cuestioacuten que debe analizarse cuando se disentildean cimentaciones en suelos
susceptibles al colapso es la probabilidad que el agente desencadenante del fenoacutemeno el
agua pueda o no introducirse en el terreno y por ende sensibilizar al suelo en donde se
apoyaraacuten las estructuras Por definicioacuten sin la presencia del agua el suelo no colapsa Esta
cuestioacuten es significativa puesto que pueden existir numerosos casos en donde la
probabilidad que el agua se infiltre en el suelo sea lo suficientemente baja como para
analizar la posibilidad de fundar la estructura considerando el comportamiento del suelo en
su estado natural Por lo tanto cuando se hable de suelos potencialmente colapsables por
humedecimiento no debe pensarse uniacutevocamente en las soluciones ingenieriles que se
utilizan en suelos colapsables
Hecha esta aclaracioacuten a continuacioacuten se trataraacute de ofrecer un panorama de las distintas
soluciones ingenieriles que se adoptan en suelos colapsables por humedecimiento cuando
las probabilidades de que se produzca el fenoacutemeno son altas
El objetivo central de todas estas soluciones es prevenir las fallas estructurales o de servicio
que pueden sobrevenir sobre las estructuras construidas sobre estratos de suelos
colapsables
Aitchison (1973) divide a estas soluciones en
a) Tratamiento del suelo colapsable con vista a eliminar la tendencia al colapso a lo largo
de todo el estrato de suelos desmoronables
b) Disentildeo de elementos constructivos que eliminen o disminuyan a liacutemites razonables la
posibilidad que se inicie el colapso
c) Disentildeo de estructuras yo cimentaciones insensibles a los asentamientos provocados por
el colapso por ejemplo fundaciones profundas apoyadas sobre un manto profundo no
sujeto a los asentamientos por humedecimiento
El primer grupo de soluciones comprende los meacutetodos de mejoramiento de suelo por
medio de los cuales la susceptibilidad al colapso es eliminada modificando las propiedades
resistentes del suelo mediante la compactacioacuten o la cementacioacuten de los viacutenculos entre
partiacuteculas El segundo grupo incluye la adopcioacuten de medidas constructivas tendientes a
aislar el agua de manera de evitar o disminuir la presencia de condiciones favorables al
colapso admitiendo no obstante ciertos riesgos Finalmente el tercer grupo engloba tanto
las soluciones tradicionales por medio de fundaciones profundas como el disentildeo de
estructuras con fundaciones directas insensibles a los asentamientos diferenciales
provocados por el colapso del suelo En resumen en el primer grupo de soluciones se
interviene directamente en el suelo evitando asiacute el colapso en el segundo grupo se intenta
evitar que se produzca el colapso sin modificar el suelo y en el uacuteltimo grupo se construyen
estructuras yo fundaciones que admitan y resistan los fenoacutemenos provocados por el
colapso del suelo
Evstatiev (1988) sentildeala que los mejores resultados han sido alcanzados con una oacuteptima
combinacioacuten de las ventajas que individualmente tiene cada uno de los tres grupos La
experiencia ha probado que las medidas constructivas y las medidas de aislacioacuten del agua
por siacute solas no pueden resolver todos los problemas de inestabilidad que provoca el colapso
del suelo Asiacute la adopcioacuten de soluciones exclusivamente para la superestructura (por
ejemplo fundaciones profundas) sin un adecuado disentildeo que eviten dantildeos en los otros
elementos de la construccioacuten como pisos desaguumles etc han provocado serios dantildeos en
estas partes de la construccioacuten que podriacutean haber sido evitados aplicando medidas
tendientes a evitar el ingreso del agua en el terreno
La eficacia del disentildeo adoptado en cada caso depende en gran medida de la calidad de las
investigaciones geoteacutecnicas realizadas La informacioacuten baacutesica que eacutestas deben suministrar
son el espesor del manto de suelos colapsables y la magnitud del colapso bajo peso propio
o bajo carga de todos los estratos del perfil
Una incorrecta estimacioacuten de estos paraacutemetros puede llevar a proponer y construir
soluciones ingenieriles totalmente opuestas a las correctas La confeccioacuten de perfiles de
colapsabilidad como los presentados permiten establecer la existencia o no de suelos
autocolapsables sus espesores aproximados y la profundidad a la que se encuentran Esta
metodologiacutea de anaacutelisis es de gran ayuda por ejemplo en la eleccioacuten del procedimiento
idoacuteneo para estabilizar el terreno
A continuacioacuten se presenta una descripcioacuten de las distintas soluciones ingenieriles maacutes
utilizadas en este tipo de suelos En primer lugar se analizan el primer grupo de soluciones
que se ha englobado bajo el nombre de Mejoramiento de suelos continuando luego con los
otros dos grupos Medidas para evitar la iniciacioacuten del colapso y fundaciones yo
estructuras insensibles a los fenoacutemenos del colapso
112 Mejoramiento de suelos colapsables
Consideraciones previas
El objetivo principal de estas soluciones es eliminar o disminuir apreciablemente la
susceptibilidad al colapso del suelo bien disminuyendo la porosidad del suelo
(compactacioacuten) o bien aumentando la resistencia estructural entre las partiacuteculas del suelo
(meacutetodos fiacutesico-quiacutemicos) Una de las formas de clasificar los meacutetodos de mejoramiento o
estabilizacioacuten ha sido precisamente eacutesta o sea teniendo en cuenta la accioacuten resultante
sobre el suelo (Aitchison1973 Rocca1985) Sin embargo para el desarrollo y explicacioacuten
de los diferentes meacutetodos se ha elegido la clasificacioacuten propuesta por Evstatiev(1988) que
tiene en cuenta el medio usado para realizar la estabilizacioacuten y el objeto de la misma
Evstatiev (1988) propone la siguiente clasificacioacuten de los meacutetodos de estabilizacioacuten de
suelos loeacutessicos la cual puede hacerse extensiva a suelos colapsables
a) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacioacuten
b) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
c) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
d) Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
e) Meacutetodos de mejoramiento que incorporan elementos resistentes a la traccioacuten dentro del
suelo
f) Geomembranas
g) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por drenaje
h) Correccioacuten de taludes y terraplenes
A continuacioacuten siguiendo la clasificacioacuten antes expuesta se desarrollaran aquellas
metodologiacuteas de mejoramientos de suelos colapsables maacutes extendidas Desarrollaacutendose
principalmente los grupos abc y d puesto que incluyen una serie de acciones particulares
frente al fenoacutemeno del colapso En cuanto a los restantes grupos (e f g y h) las teacutecnicas de
mejoramiento del terreno utilizadas persiguen los mismos objetivos buscados en otros tipos
de suelos y en general la teacutecnica empleada es praacutecticamente la misma Por tal motivo y
puesto que se apartan un tanto del objeto de estas notas se estima conveniente no abundar
sobre ellas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacioacuten
Este grupo comprende varias de las metodologiacuteas usadas en suelos colapsables para reducir
los vaciacuteos de modo de eliminar la colapsabilidad reducir la permeabilidad y aumentar la
capacidad de carga Esto se realiza utilizando fuerzas estaacuteticas o dinaacutemicas o bien a traveacutes
de la inyeccioacuten de lechadas
Compactacioacuten dinaacutemica Este meacutetodo es adecuado para compactar mantos de suelos
colapsables superficiales con espesores menores a 350 metros El meacutetodo consiste en dejar
caer en caiacuteda libre desde una altura de 4 a 8 metros pilones de 3 a 8 Tn sobre la superficie
del terreno a razoacuten de 10 a 16 impactos en cada lugar (Abelev y Abelev 1979) El impacto
genera una rotura de la estructura del suelo un aumento de la presioacuten de poros y una
compresioacuten del aire presente en los poros produciendo un reacomodamiento de las
partiacuteculas dando como resultado una estructura maacutes compacta Seguacuten Malyshev et al
(1983) el contenido de humedad del suelo juega un papel importante lograacutendose la maacutexima
eficiencia con un contenido de humedad cercano al Liacutemite Plaacutestico Si el contenido de
humedad es menor a eacuteste es necesario humedecer el espesor de suelo de modo de alcanzar
una mejor eficacia Varios son los factores que controlan los resultados del meacutetodo asiacute por
ejemplo el espesor compactado es funcioacuten principalmente del peso y del diaacutemetro del piloacuten
En tanto el grado de compactacioacuten estaacute controlado por el nuacutemero de impactos y la humedad
del suelo El grado de compactacioacuten no es uniforme a lo largo de todo el espesor
compactado lograacutendose la maacutexima densificacioacuten a 12 a 15 veces el diaacutemetro del piloacuten
Sin embargo se pueden obtener Pesos Unitarios secos superiores a 16 tm3 en espesores de
25 a 35 m lo cual en la mayoriacutea de los casos es suficiente para disminuir o anular la
susceptibilidad al colapso del suelo Una variante a este meacutetodo es realizar la compactacioacuten
solamente en los lugares donde actuacutean las cargas y no en toda el aacuterea de la construccioacuten
Por ejemplo en casos de fundaciones de muros de carga o fundacioacuten de columnas el
mejoramiento del suelo se logra densificando la zona de influencia del bulbo de presiones
o sea la zona donde los incrementos de presioacuten pueden hacer colapsar el suelo
Compactacioacuten por medio de pequentildeos pilotes piramidales En cierta forma este meacutetodo es
una variante del meacutetodo anterior Consiste en hincar un pilote piramidal de 3 a 4 metros de
longitud con una seccioacuten transversal superior de 60 x 60 a 70 x 70 cm y una seccioacuten
transversal inferior de 10 x 10 cm Una vez retirado el pilote la cavidad se rellena con
hormigoacuten Este tipo de metodologiacutea da excelentes resultados en aacutereas en donde existe un
espesor de suelos potencialmente colapsables (no autocolapsables) de 30 o 40 m de
profundidad pero que colapsaraacuten si estaacuten sometidos a los incrementos de carga
transmitidos por las construcciones Una de las ventajas del meacutetodo es la completa
mecanizacioacuten de todas las operaciones Una variante a este meacutetodo consiste en realizar la
hinca sobre una capa de piedra partida dando como resultado un bulbo de suelo
compactado alrededor de la capa de piedra mejorando la capacidad de carga por la punta
del pilote asiacute construido
Compactacioacuten por pilotes de suelo Este es uno de los meacutetodos maacutes usuales para
compactar espesores importantes (18 a 20 m) de suelos loeacutessicos susceptibles al colapso
El procedimiento consta de dos partes primero se realiza la perforacioacuten y segundo se llena
la cavidad con suelo compactado La perforacioacuten se realiza usualmente mediante la hinca
de un pilote metaacutelico con base ensanchada (15 veces) En otra metodologiacutea de reciente uso
la excavacioacuten se hace de la siguiente forma se perfora hasta la profundidad deseada un
hoyo de 8 cm de diaacutemetro dentro del cual se coloca una columna de explosivos que luego
de estallar crea una perforacioacuten de aproximadamente 080 m de diaacutemetro Despueacutes de
efectuada esta perforacioacuten dinaacutemica la cavidad se rellena con suelo local introducido en
tongadas de 100 a 200 Kg que luego son compactadas dinaacutemicamente por medio de un uacutetil
especial Concluidas ambas etapas quedan formadas columnas de suelo compactado con un
diaacutemetro aproximado igual a dos veces el de la perforacioacuten El grado de compactacioacuten va
decreciendo a medida que se aleja del centro de la columna por tal motivo es importante
conocer esta ley de decrecimiento para disentildear correctamente la cuadriacutecula de pilotes de
suelo Al igual que en los otros meacutetodos la eficiencia del sistema aumenta en la medida que
la humedad del suelo natural y compactado se encuentre a una humedad cercana al Limite
Plaacutestico Por tal motivo es usual que previo a la perforacioacuten se realice una humectacioacuten del
espesor de suelos a compactar Las densidades alcanzadas son del orden de 170 a 180
tm3 que son suficientes para evitar el colapso por peso propio y permiten el use del
espesor compactado como manto de fundacioacuten
Compactacioacuten por explosiones de gas Esta relativamente nueva metodologiacutea de
compactar espesores de suelos colapsables consiste en introducir a traveacutes de una lanza de
agua a presioacuten una caacutemara de compresioacuten que contiene una mezcla de gas propano y
oxiacutegeno la cual se va elevando a medida que se producen una serie de explosiones de la
mezcla De este modo se va generando una columna 120 140 m de suelo compactado
(Densidad de 150 tcm3) (Martemyanov et al 1979)
Compactacioacuten por humedecimiento (Hidrocompactacioacuten) En este caso se utiliza la propia
susceptibilidad del suelo a colapsar bajo peso propio El meacutetodo maacutes frecuente de realizar
la humectacioacuten o saturacioacuten del terreno es a traveacutes de infiltracioacuten del agua desde la
superficie del terreno para lo cual se efectuacutean excavaciones poco profundas (040 a 080 m)
o bien se construyen grandes estanques En muchos casos a efectos de acelerar el ingreso
del agua al terreno se construyen dentro del estanque drenes de arena convenientemente
espaciados Este sistema ha sido empleado ampliamente en varias partes del mundo por
ejemplo en EEUU por Gibbs y Bara (1967) y Clevenger (1956) en Rumania por Bally et
al (19651969) en la URSS por Lomize (1968) y Mustafaef (1967) en China por Lin y
Liang (1982) y en Argentina por Moll et al (1979) A pesar de su amplia utilizacioacuten y su
bajo costo el meacutetodo presenta una serie de inconvenientes aparicioacuten de grietas de traccioacuten
en el contorno del aacuterea inundada existencia de importantes deformaciones posteriores al
colapso necesidad de recompactar los 4 oacute 5 primeros metros utilizando otro tipo de
metodologiacutea La efectividad de este meacutetodo se mejora sustancialmente si al mismo se lo
combina con otro meacutetodo de compactacioacuten dinaacutemica
Compactacioacuten por humedecimiento previo y por explosiones profundas Este meacutetodo fue
desarrollado en al Unioacuten Sovieacutetica por Livinov (1976) en la deacutecada de los 60 El espesor de
suelos a compactar es previamente humedecido a traveacutes de un sistema de drenes
(cuadriacutecula de 3 x 3 a 5 x 5 m) Las cargas explosivas (5 a 7 Kg) son colocadas en el fondo
de los mismos drenes o bien en tubos metaacutelicos colocados en perforaciones adicionales La
cuadriacutecula con las cargas es aproximadamente de 4 x 4 m En este procedimiento no es
necesario la completa saturacioacuten del suelo que por ejemplo necesita el meacutetodo anterior
Posterior al humedecimiento se hacen estallar las cargas de toda un aacuterea (2000 a 50000
m2) La explosioacuten generan una onda de choque que hace licuar la estructura del suelo lo
cual permite un reacomodamiento de las partiacuteculas y un crecimiento de la densidad del
suelo En ciertos casos es aconsejable la construccioacuten de trincheras alrededor de la zona a
compactar a efectos de evitar la propagacioacuten de grietas fuera de ella La explosioacuten produce
un importante a inmediato asentamiento de la superficie del terreno Los asentamientos en
general se estabilizan al cabo de 3 oacute 4 semanas Este tipo de meacutetodo es aconsejable cuando
se desea compactar grandes voluacutemenes de suelo particularmente en grandes complejos
industriales o bien en obras hidroeleacutectricas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
En este apartado se incluyen aquellos meacutetodos de estabilizacioacuten consistentes en la mezcla y
posterior compactacioacuten de suelo colapsable con otros materiales (arena gravas) a efectos
de conseguir mayor resistencia y mayor rigidez Este tipo de estabilizacioacuten es de amplio use
en la ingenieriacutea vial en la construccioacuten de bases y de sub-bases
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
Este grupo incluye a aquellas metodologiacuteas en las cuales el mejoramiento de las
propiedades resistentes del suelo se consiguen con la creacioacuten de viacutenculos maacutes soacutelidos y
estables en la estructura del suelo En algunas de ellas la inyeccioacuten de agentes cementantes
provoca la rotura de la estructura original del suelo En otras por el contrario la inyeccioacuten
de agentes quiacutemicos actuan directamente sobre los viacutenculos sin modificar la estructura del
suelo Los meacutetodos se pueden dividir en meacutetodos superficiales y meacutetodos profundos
dependiendo en donde se realice la estabilizacioacuten En los meacutetodos de estabilizacioacuten
superficiales el mejoramiento en general se consigue mediante la mezcla y posterior
compactacioacuten del suelo con agentes quiacutemicos o cementantes tales como cemento cal
emulsiones asfaacutelticas sales (NaCl Nat C03 NaPO3) etc Estos meacutetodos de estabilizacioacuten
son tambieacuten usuales en otros tipos de suelos y son de amplia utilizacioacuten en todo tipo de
obras de ingenieriacutea civil por tal motivo no insistiremos en ellos Por el contrario los
meacutetodos de estabilizacioacuten profunda aunque tambieacuten se han utilizado en otros tipos de
suelos muchos de ellos se han desarrollado y usado especiacuteficamente para eliminar o
disminuir la susceptibilidad al colapso en espesores importantes de suelo A continuacioacuten
se presentan algunos de ellos
Inyecciones de agentes quiacutemicos Las investigaciones y las realizaciones en este tipo de
estabilizaciones se ha desarrollado principalmente en la Unioacuten Sovieacutetica Seguacuten Mitchell
(1981) la razoacuten principal por la cual estos meacutetodos no se han extendido universalmente se
debe principalmente a los altos costos frente a otros tipos de estabilizaciones Sin embargo
Esvtatiev (1988) da cuenta de la existencia en la URSS de maacutes de 800 proyectos en donde
se han utilizado satisfactoriamente p ej el meacutetodo de silicatizacioacuten) Esto ha permitido un
continuo mejoramiento de la tecnologiacutea una reduccioacuten de los costos y una abundante
normativa en la regulacioacuten de su uso El agente quiacutemico maacutes utilizado por su bajo costo
frente a otros agentes quiacutemicos es el Silicato de Sodio El meacutetodo consiste en inyectar en
todo el espesor de suelo a tratar una solucioacuten de silicato de sodio (Densidad = 1 10 a 1 04
gcm3) a traveacutes de un tubo inyector de 42 mm de diaacutemetro con perforaciones de 3 mm
protegidas por un manguito de goma La inyeccioacuten se realiza a una presioacuten de 20 a 40
Kgcm2 y una descarga de 48 litros por minuto (Zvyagin et al 1978) La silicatizacioacuten del
suelo es soacutelo posible en un medio fuertemente alcalino Seguacuten Sokolovic (1973) se logra
una mejor eficiencia mediante una pre y post gasificacioacuten con carbonato de calcio Luego
de la inyeccioacuten tres son los cambios que se observan en el suelo un aumento significativo
de la resistencia a la compresioacuten (superior a 20 Kgcm2 ) una eliminacioacuten de la
susceptibilidad al colapso y una disminucioacuten de la permeabilidad Otro de los tratamientos
con agentes quiacutemicos es la inyeccioacuten de amoniacuteaco La mejora en el suelo es inferior al
tratamiento por silicatizacioacuten ademaacutes presenta la desventaja de ser un elemento toacutexico y su
utilizacioacuten requiere medidas especiales de proteccioacuten (Sokolovic 1973)
Estabilizacioacuten teacutermica Esta teacutecnica comenzoacute a desarroIlarse en la URSS en la deacutecada de
los antildeos 50 y ha sido utilizada exitosamente en un importante nuacutemero de emprendimientos
Seguacuten Esvtatiev (1988) la aplicacioacuten de este meacutetodo es teacutecnica y econoacutemicamente
aconsejable en los siguientes casos a) en la estabilizacioacuten de fundaciones existentes de
estructuras altas como chimeneas tanques de agua b) en la paralizacioacuten de los
asentamientos en construcciones existentes provocados por el colapso del suelo Las
propiedades de los minerales arcillosos cambian cuando eacutestos son sometidos a altas
temperaturas lo cual genera un aumento importante de la resistencia y por ende la
eliminacioacuten de la susceptibilidad al colapso del suelo La tecnologiacutea ha ido variando y
mejorando su eficiencia a lo largo de estas deacutecadas No obstante la variedad de meacutetodos
casi todos ellos consisten en la introduccioacuten de un quemador de fuel o gas dentro de un pre
pozo de 020 metros de diaacutemetro con una presioacuten de aire de 20 a 30 Kgcm2 De esta
forma al cabo de 10 a 15 diacuteas se consigue una columna estabilizada de suelo de 20 a 30
metros y una profundidad de 10 a 15 metros (Beles y Stanculescu 1958)
Estabilizacioacuten mediante mezclado mecaacutenico con agentes cementantes El objetivo de este
tipo de estabiacutelizacioacuten es la creacioacuten de columnas o pilotes de suelo con alta resistencia y
rigidez que permitan la transferencia de las cargas a mantos maacutes profundos y estables
Varios son los meacutetodos constructivos que pueden agruparse dentro de este grupo Los
subdividiremos en los siguientes subgrupos dependiendo del lugar en donde se realiza la
mezcla del suelo con el agente cementante
1 La mezcla del suelo y el agente cementante se realiza en superficie En este caso la
excavacioacuten se puede realizar bien utilizando la teacutecnica constructiva empleada en los pilotes
de suelo (hinca) o bien usar teacutecnicas usuales de perforacioacuten La mezcla deiexcl suelo con el
agente cementante (preferentemente Cemento Portland) puede ser fluida (suelo cemento
plaacutestico) a introducirse dentro de la excavacioacuten en forma de pastones o bien mezclar el
suelo y elcemento con porcentaje de humedad oacuteptimo a introducirlos en la perforacioacuten en
tongadas (100 a 200 Kg) las cuales posteriormente son compactadas dentro de la misma
excavacioacuten Por lo tanto existen cuatro variantes seguacuten sea el tipo de excavacioacuten y el tipo
de mezcla
2 La mezcla del suelo y el cemento se realiza en el mismo proceso de perforacioacuten En este
caso la mezcla del agente cementante se realiza con el propio suelo La mezcla puede
realizarse mediante uacutetiles especiales que van mezclando el suelo con una lechada de
cemento o bien usar la teacutecnica del jet grouting mediante un chorro de lechada a alta presioacuten
Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
Este tipo de estabilizacioacuten se realiza principalmente en terrenos con suelos potencialmente
colapsables en los cuales la presencia de cargas adicionales en superficie puede generar
asentamientos adicionales ante un incremento de la humedad del suelo Asiacute una parte del
suelo colapsable superficial ubicado directamente debajo de las fundaciones es excavado
extraiacutedo y reemplazado por otro material maacutes competente Los materiales generalmente
utilizados son los siguientes el mismo suelo extraiacutedo compactado y eventualmente
estabilizado granulomeacutetricamente arena compactada o suelo cemento compactado La
eleccioacuten del tipo de material estaacute condicionado generalmente por variables teacutecnico
econoacutemicas Los espesores de estos mantos son variables (1 a 4 m) dependiendo del tipo de
cargas y de las caracteriacutesticas del proyecto Por ejemplo en algunos proyectos los
condicionantes pueden ser los asentamientos diferenciales (edificios) en cambio en otros
(canales) no soacutelo importa disminuir la probabilidad que se produzca el colapso sino
tambieacuten lograr una capa de suelo maacutes impermeable Este tipo de metodologiacutea ha sido
utilizada con eacutexito en numerosos paiacuteses y en innumerables tipos de obras Tambieacuten es
frecuente el empleo de esta metodologiacutea en forma conjunta con otro tipo de estabilizacioacuten
profunda cuando se presentan mantos de suelos colapsables profundos y con espesores
muy dispares
113 Medidas conducentes a evitar la iniciacioacuten del colapso
Arriba se sentildealaron los tipos de humedecimientos que seguacuten Goldstein (1969) pueden
presentarse en una masa de suelo
a) humedecimiento localizado por rotura de conducciones hidraacuteulicas o infiltraciones de
aguas de lluvia
b) humedecimiento extenso causado por roturas de canales o efluentes industriales
c) ascenso del nivel freaacutetico
d) aumento gradual y lento del contenido de humedad por condensacioacuten del vapor de agua
provocados por condiciones ambientales
Muchos de estos tipos de humedecimientos pueden ser prevenidos principalmente los
primeros pues en general eacutestos son debidos a fallas o roturas de las instalaciones de la
misma construccioacuten En cambio los otros tipos de humedecimientos estaacuten condicionados
por factores externos al proyecto como por ejemplo puede ser el ascenso del nivel freaacutetico
o la rotura de un canal cercano y ajeno al proyecto La accioacuten del proyectista debe estar
encaminada principalmente a impedir dentro de los liacutemites del proyecto la generacioacuten de
estos humedecimientos provocados por elementos de la propia construccioacuten Robinson y
Narkiewicz (1982) sugieren las siguientes medidas de proteccioacuten contra el humedecimiento
de edificios
a) Pendientes adecuadas en la superficie del terreno que rodea a la construccioacuten de modo
que no se produzcan embalsamientos de agua en las cercaniacuteas de las fundaciones y que
cualquier peacuterdida de agua pueda ser eliminada con rapidez
b) Canalizacioacuten de todos los desaguumles de techos y patios hacia el exterior de la
construccioacuten
c) Instalacioacuten de membranas impermeables o pavimentacioacuten de la superase que rodea a la
construccioacuten de modo de limitar la infiltracioacuten de agua en el suelo adyacente a las
construcciones
d) Encerrar las conducciones de agua o efluentes cloacales dentro de conductos de faacutecil
acceso a efectos de detectar posibles peacuterdidas
Algunas de estas medidas requieren una serie de medidas de control y mantenimiento
durante la vida uacutetil de la obra de manera que perioacutedicamente se realicen inspecciones a las
instalaciones y puedan detectarse peacuterdidas o dantildeos en las mismas Tambieacuten es aconsejable
que los propietarios de la obra conozcan perfectamente los riegos a que estaacute expuesta la
misma de modo que su actividad yo descuidos no inicie procesos de humedecimiento del
terreno
Las medidas de proteccioacuten en otros tipos de obras civiles (canales o caminos) tienen la
misma filosofiacutea es decir elementos de proteccioacuten que impidan o dificulten la entrada del
agua en el terreno de fundacioacuten Asiacute por ejemplo en las obras lineales se debe prestar una
especial atencioacuten al disentildeo del sistema de alcantarillado y de desaguumles En algunos casos
estas obras suelen seguir parcialmente las curvas de nivel del terreno convirtieacutendose en
verdaderas presas que impiden el natural escurrimiento de las aguas provocando la
acumulacioacuten de agua en su entorno lo que genera un humedecimiento generalizado del
terreno de fundacioacuten con los consecuentes dantildeos en la obra
Es frecuente que en ciertos tipos de obras como viviendas unifamiliares de una planta o
incluso caminos y canales las uacutenicas medidas a adoptar sean las presentadas en este
apartado ya que la utilizacioacuten de teacutecnicas de mejoramiento o fundaciones profundas
resultan prohibitivas En realidad la mayoriacutea de las obras aludidas se construyen admitiendo
el riesgo de un posible colapso del terreno El buen comportamiento que han tenido la
mayoriacutea de ellas se debe fundamentalmente a que no se ha producido ninguacuten tipo de
humedecimiento En contraste los dantildeos son serios en aquellas obras que los han sufrido
Por todo ello es un deber de los investigadores a ingenieros buscar nuevas soluciones
econoacutemicas que permitan disminuir los riesgos y por ende los dantildeos en este tipo de obras
Uno de los caminos en tal sentido es el estudio de estructuras que absorban o minimicen
los posibles asentamientos diferenciales provocados por el humedecimiento localizado del
suelo sin un aumento excesivo de los costos
114 Estructuras yo fundaciones que admiten y resisten los fenoacutemenos provocados
por el colapso
El anaacutelisis de este apartado se centraraacute principalmente en el estudio de las fundaciones
superficiales en suelos potencialmente colapsables ya que el otro gran grupo de soluciones
fundaciones profundas mediante pilotes seraacute objeto de un examen detallado en los
apartados siguientes
La lista de estructuras que se asientan directamente sobre mantos de suelos potencialmente
colapsables es amplia entre ellas pueden sentildealarse viviendas unifamiliares construcciones
transitorias galpones ductos enterrados canales caminos etc
Las fundaciones directas sobre suelos colapsables pueden ser divididas en dos grupos
a) Fundaciones riacutegidas utilizadas principalmente en estructuras livianas y con cargas
puntuales por ejemplo torres de liacuteneas de alta tensioacuten columnas de naves industriales o
depoacutesitos En general este tipo de estructuras tienen algunos rasgos comunes como son por
ejemplo cargas verticales bajas cargas horizontales importantes y en general suelen
aceptar asentamientos admisibles mayores
b) Fundaciones de baja rigidez longitudinal en este caso se trata de estructuras con cargas
lineales (muros de carga canales etc) con baja rigidez en el sentido de las cargas Este tipo
de estructuras son sensibles a humedecimientos localizados del terreno que generan
asientos diferenciales importantes En general las medidas que suelen tomarse para
disminuir los efectos de los asientos diferenciales son las siguientes disentildeo de elementos
que rigidicen la estructura (Clemence Y Finbarr 1981) y el disentildeo de elementos
constructivos que eviten
RECAPITULACIOacuteN
Definido el concepto de colapso el estudio se ha enfocado al anaacutelisis de los suelos
colapsables por humedecimiento En esta clase particular de suelos metaestables el agente
externo que desencadena el fenoacutemeno de colapso es el agua En estos suelos un incremento
de humedad puede provocar una disminucioacuten o anulacioacuten de las fuerzas que vinculan unas
partiacuteculas con otras y por lo tanto cambiar el estado de equilibrio en la estructura del suelo
El colapso de la estructura del suelo depende fundamentalmente de dos causas a) de la
importancia de los cambios provoca dos por el agua en los viacutenculos existentes entre las
partiacuteculas y b) del estado tensional en los viacutenculos O sea para que se produzca el colapso
es necesario un agente sensibilizante y un estado tensional capaz de provocar la des-
estabilizacioacuten de la estructura del suelo
Por este motivo los meacutetodos que mejor reflejan la susceptibilidad al colapso de un suelo
son aquellos basados en ensayos mecaacutenicos donde ambos factores estaacuten presentes
La gran subdivisioacuten que se hace a los suelos colapsables parte precisamente de verificar
coacutemo es el comportamiento del suelo en su estado tensional original o bajo su propio
peso Si se produce el colapso bajo este estado se indica que el suelo es verdaderamente
colapsable o autocolapsable en cambio si el fenoacutemeno no se produce se sentildeala que el
suelo es candicionalmente colapsable o colapsable bajo carga
En este contexto diversos investigadores introducen el concepto (tambieacuten tensional) de
Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) o Presioacuten de Fluencia Saturada (σf) como aquella
presioacuten a la cual se produce el colapso Desde un punto de vista teoacuterico esta presioacuten deberiacutea
ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero desde un punto de vista praacutectico se
asume que una pequentildea magnitud del colapso es permisible Por ejemplo las normas
Sovieacuteticas Lo toman igual al 100 las Chinas igual al 150 En cambio en Argentina se
utiliza maacutes la Presioacuten de Fluencia Saturada que se obtiene de forma similar a la Presioacuten de
Preconsolidacioacuten No obstante esta diferencia metodoloacutegica en ambos casos el concepto es
el mismo
Con respecto a las metodologiacuteas usadas para establecer la susceptibilidad al colapso de un
suelo o de un perfil de suelo han sido analizadas las que utilizan el concepto de Presioacuten
Inicial de Colapso y la magnitud del colapso Esta seleccioacuten se realizoacute fundamentalmente
por las siguientes causas primero porque se hacen en base a ensayos mecaacutenicos donde
intervienen el agente externo (el agua) y el estado tensional del suelo y segundo porque
permiten establecer ya sea a traveacutes de un perfil de colapsabilidad o la magnitud del
colapso coacutemo seraacute realmente el comportamiento del terreno ante las solicitaciones
producidas por la obra de ingenieriacutea
Los perfiles de colapsabilidad relacionan en profundidad el peso propio de las tierras con
la Presioacuten Inicial de Colapso esto permite determinar el espesor de suelos autocolapsables
o el espesor de los suelos que colapsaraacuten si ademaacutes del humedecimiento se aumenta el
estado tensional Estos perfiles son de gran ayuda al proyectista de fundaciones en suelos
colapsables dado que le permiten conocer en forma global la magnitud del problema al que
estaacute enfrentado No obstante su utilidad no termina alliacute sino que por el contrario estos
perfiles le permiten tomar decisiones sobre cuaacuteles son las soluciones ingenieriles maacutes
convenientes del proyecto Pues con su ayuda se podraacute seleccionar el meacutetodo de
mejoramiento del terreno la cota de fundacioacuten de una fundacioacuten profunda la magnitud de
la carga por rozamiento negativo etc
La determinacioacuten de la magnitud del colapso de un perfil de suelo usada como
metodologiacutea de clasificacioacuten tambieacuten es de utilidad en el disentildeo de construccioacuten de obras
de ingenieriacutea en suelos colapsables Sobre todo en la caracterizacioacuten del terreno de grandes
aacutereas ya sea en obras lineales (canales caminos etc) o puntuales (complejos fabriles obras
hidraacuteulicas etc) dado que cada perfil de suelo estaacute caracterizado por un paraacutemetro lo cual
permite el manejo de un nuacutemero importante de informacioacuten Obviamente esta metodologiacutea
tambieacuten es de gran use en cualquier tipo de obras independientemente de su tamantildeo a
importancia
En un abundante nuacutemero de proyectos no es suficiente haber realizado una caracterizacioacuten
o clasificacioacuten del terreno sino que es necesario determinar la magnitud de los
asentamientos que pueden producirse en las obras Los asentamientos por colapso depende
baacutesicamente de dos tipos de factores intriacutensecos y extriacutensecos
Se sentildealan como intriacutensecos aquellos factores propios del suelo como son sus propiedades
fiacutesicas y mecaacutenicas El comportamiento del suelo dependeraacute del tipo de estructura o la
forma en que estaacuten ordenadas las partiacuteculas del grado de compacidad del tipo de viacutenculos
que unen grano con grano etc Estos factores en general no se encuentran
homogeacuteneamente distribuidos por lo cual los paraacutemetros que definen sus propiedades
tenso-deformacionales pueden sufrir variaciones locales importantes
Los factores externos que influyen en la magnitud de los asentamientos son dos el aacuterea
inundada y el estado tensional Estos dos factores influyen considerablemente en la
magnitud de los asentamientos por colapso y por tal motivo deben ser analizados
especiacuteficamente en los caacutelculos Respecto al primero de los factores a pesar que se han
realizado importantes trabajos teoacutericos la informacioacuten experimental indica que todaviacutea
existe cierta indeterminacioacuten en su estimacioacuten Por tal motivo la influencia del aacuterea
inundada en la magnitud de los asentamientos se limita a realizar correcciones de tipo
empiacuterico En cuanto a la influencia que el estado tensional tiene en los asentamientos las
investigaciones se han centrado especialmente en el estudio de cargas externas (zapatas) en
la superficie del terreno
ENSAYOS ldquoin siturdquo Perforacioacuten y muestreoEnsayos ldquoin siturdquo
o Ensayo de penetracioacuten estandar (SPT)o Ensayo de penetracioacuten de cono (CPT + CPTu)o Dilatoacutemetro de placa plana (DMT)o Presuroacutemetro (PMT)o Corte en veleta (VST)10487131048713 Meacutetodos geofiacutesicoso Ondas siacutesmicas (P- S- R-waves)o Electromagneacuteticas (radar resistividad)
EQUIPOS AUTOPROPULSADOS
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)1048713El ensayo ldquoin siturdquo maacutes comuacuten en el mundo10487131902 - Coronel Gow de Raymond Pile Co1048713 Muestreador ciliacutendrico partido1048713 Norma ASTM D 15861048713 Martillo (140-lbs cae 30 pulgadas) (635-kg cae 076 metros)1048713 Tres incrementos de 6 pulgadas Suma de los dos uacuteltimos incrementos = N (golpespieacute)
Se obtiene suelo y
un nuacutemero
Muestra alterada
(Solo para
caraterizacioacuten)
Nuacutemero muy crudo
para el anaacutelisis
No aplicable en
Ventajas
arcillas blandas y
Limos
Variabilidad e
incertidumbre
se obtiene un nuacutemero
Sencillo y de bajo
Costo
Funciona en muchos
tipos de suelo
Se puede utilizar en
rocas blandas
Disponible
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Estos suelos en condiciones de no saturacioacuten o saturacioacuten parcial presentan continuamente un reacomodo radical de las partiacuteculas y una gran peacuterdida de volumen por remojo osea al entrar al estado de saturacioacuten completa La existencia de estos suelos en el mundo y las dificultades ocasionadas a las edificaciones cimentadas sobre ellos han sido reconocidos ampliamente Los depoacutesitos maacutes extensos de suelos colapsables son eoacutelicos o depoacutesitos transportados de arena y limos (loess)Se puenden encontrar comuacutenmente en las maacutergenes fluviales
Desventajas
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Depoacutesitos eoacutelicos Estos depoacutesitos consisten en materiales transportados por el viento el cual forma dunas depoacutesitos tipo loess playas eoacutelicas y grandes depoacutesitos de ceniza volcaacutenica
Depoacutesitos transportados por agua Consisten principalmente de depoacutesitos de sedimentos sueltos a carreados por el agua los cuales forman abanicos fluviales y flujos deslizantes Estos materiales pueden ser depositados por una avenida repentina o flujo de lodo derivado de pequentildeas cuencas colectoras sujetas a aguaceros poco frecuentes
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Suelos residuales Estos suelos son producto del intemperismo y la
desintegracioacuten y alteracioacuten mecaacutenica de rocas madres Las partiacuteculas de
material residual pueden variar de tamantildeo de grandes fragmentos de
gravas a arenas limos coloides y en algunos casos material orgaacutenico
La estructura del grano colapsable se ha desarrollado como producto de
la accioacuten disolvente sobre el material soluble y coloidal La lixiviacioacuten del
material soluble y del material fino conduce a una alta relacioacuten de vaciacuteos
y a una estructura inestable Otro tipo de suelo que muestra colapso al
remojo son aquellos derivados de tufo volcaacutenico
sulfato de calcio arenas sueltas cementadas por sal soluble arcillas
dispersivas y arcillas montmorilloniacuteticas ricas en sodio
CAUSAS QUE GENERARIacuteAN DICHO COMPORTAMIENTO- Estructura parcialmente saturada potencialmente inestable- Una componente de esfuerzo aplicado o existente lo suficientemente alta para desarrollar una condicioacuten metaestable- Un ligante resistente o un agente cementante para estabilizar contactos intergranulares el cual se reduce por remojo ocasionando el colapso La mayoriacutea de suelos colapsables involucra la accioacuten de partiacuteculas arcillosas en los enlaces entre los granos gruesos de arena-Agentes cementantes tales como oacutexido de hierro carbonato de calcio o la soldadura de granos en contacto proporcionan esfuerzos resistentes para muchos suelos colapsables La accioacuten de este cementante es frecuentemente el agente principal de colapso en loess El grado al cual el agente cementante pierde su efectividad depende del grado de contaminacioacuten del ingreso del agua y del grado de disolucioacuten del agente cementante involucrado
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
CONSOLIDOacuteMETRO PARA ENSAYO DE COLAPSO
Se procede a cortar el suelo de acuerdo con las dimensiones del anillo
del ensayo de consolidacioacuten unidimensional Determinar sus
propiedades fiacutesicas tales como humedad natural peso volumen
gravedad especiacutefica de soacutelidos liacutemites de consistencia distribucioacuten
granulomeacutetrica seguacuten las normas
Se instala la muestra en el anillo del consolidoacutemetro despueacutes de haber
determinado el peso inicial de la masa huacutemeda y altura de la muestra y
fijar el conjunto anillo-muestra en el consolidoacutemetro Aplicar una carga
de contacto 005 kgcm2 (5 Kpa) despueacutes de 5 min tomar lectura del
deformiacutemetro aplicar incrementos de carga a cada hora hasta que se
aplique la presioacuten vertical apropiada Los incrementos de carga seraacuten
012 025 050 100 200 etc Kgcm2 (12 25 50 100 200 etc) o
cargas de acuerdo al meacutetodo de ensayo ASTM D2435 registrar la
deformacioacuten antes de incrementar una nueva carga
Determinacioacuten del potencial de colapso
donde
di = lectura del dial con el esfuerzo adecuado antes de la saturacioacuten (mm)
df = lectura del dial bajo el esfuerzo adecuado despueacutes del humedecimiento (mm)
ho = altura inicial de la muestra (mm)
Tmbieacuten se puede evalua en teacuterminos de relacioacuten de vaciacuteos
dondeΔe = cambio de relacioacuten de vaciacuteos bajo el esfuerzo adecuado antes y despueacutes de la inundacioacuteneo = relacioacuten de vaciacuteo inicialLa evaluacioacuten de un suelo colapsable seraacute de acuerdo a la siguiente tablaCon todo lo epxlicado concluimos que el colapso de los suelos es la disminucioacuten moderada de volumen cuando estaacute con bajo contenido de humedad y una gran peacuterdida cuando estaacute sumergido y la magnitud de asentamiento depende del contenido de humedad del suelo En estado sumergido y bajo la aplicacioacuten de cargas verticales los suelos colapsables presentan un mayor asentamiento Los suelos colapsables existen en todo el mundo principalmente en la regiones aacuteridas y semiaacuteridas nuevamente comentando que los depoacutesitos eoacutelicos coluviales residuales tubos volcaacutenicos etc son suelos que pueden ser colapsables
Definicioacuten de colapso Se definen como colapso a cualquier disminucioacuten raacutepida de volumen del suelo producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factoresbull Contenido de humedad (w) bull Grado de saturacioacuten (Sr) bull Tensioacuten media actuante (τ) bull Tensioacuten de corte (σ) bull Presioacuten de poros (u)
TIPOS DE SUELOS COLAPSABLESLos tipos de suelos colapsables son
- Suelos aluviales y coluviales ndash Depositados en ambientes Semi-deseacuterticos por flujos maacutes o menos torrenciales- Suelos eoacutelicos ndash Depositados por el viento son arenas y limos arenosos con escaso cemento arcilloso en una estructura suelta o inestable
- Cenizas volcaacutenicas ndash Provenientes de cenizas arrojadas al aire por actividad volcaacutenica explosiva- Suelos residuales ndash Derivados de la descomposicioacuten in ndash situ de minerales de ciertas rocas son luego lixiviados por el agua y pierden su cemento
CONSECUENCIAS EN CIMENTACIONES
Patologiacuteas en cimentaciones Posibles causas
Introduccioacuten
De todos los posibles tipos de patologiacutea que puede sufrir la edificacioacuten las estadiacutesticas demuestran que son las patologiacuteas ligadas a las cimentaciones las que mayores costes globales conllevan Ademaacutes tienen gran repercusioacuten social lo que las hace maacutes notorias por la complejidad propia de su reparacioacuten porque suponen una fuerte alteracioacuten y hasta interrupcioacuten del uso del inmueble y porque suelen involucrar a colindantes e incluso poderes puacuteblicos Urge como en ninguacuten otro caso determinar las causas y cuanto antes dar una solucioacuten al problema
Causas intriacutensecas de fallos de cimentacioacuten
Se agrupan aquiacute los fallos de cimentacioacuten consecuencia de la interaccioacuten entre el terreno y la propia cimentacioacuten de la construccioacuten afectada
Defectos de proyecto
Son errores de concepcioacuten de disentildeo o caacutelculo del proyecto Son errores previsibles por lo que si se tienen en cuenta en el disentildeo y caacutelculo de la edificacioacuten el riesgo de que provoquen dantildeos se minimizaEnumeramos aquiacute no todas pero siacute algunas de las posibles causas de problemas derivadas del proyectobull Falta de capacidad de carga cimentacioacuten insuficiente o capacidad
de carga del suelo insuficientebull Esfuerzos no contemplados por ej por olvido de algunas
sobrecargas de explotacioacutenbull Conocimiento insuficiente del suelo Lo que deriva en la ignorancia
de riesgos especiales geoteacutecnicos Las causas pueden ser escasez de reconocimientos previos del terreno mala interpretacioacuten de los mismos no consideracioacuten de los fenoacutemenos de agresividad etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Cobra importancia en terrenos con especiales caracteriacutesticas
Arcillas expansivas
Suelos colapsables
Rellenos antroacutepicos
Suelos blandos naturales
Infravaloracioacuten del riesgo geoteacutecnico conocido eacuteste Casos asiacute pueden ser desprecio de los efectos que produce la falta de homogeneidad de un suelo o las distintas profundidades de aparicioacuten de la roca en planta desprecio de los efectos de la potencial expansividad o de posible subpresioacuten o fenoacutemenos de subsidencias procesos de disolucioacuten etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONESbull Defectos en la evaluacioacuten del terreno asientos calculados no
tolerables por la estructura esfuerzos paraacutesitos en pilotes (olvido del efecto de asiento de terrenos flojos o rellenos recientes) etc
bull Efecto grupo en pilotes defectuosa estimacioacuten del efecto grupo en pilotes flotantes no consideracioacuten de los esfuerzos laterales o del rozamiento negativo etc
bull Ausencia de consideracioacuten del bulbo de tensiones de la cimentacioacuten propia y su alcance Pero tambieacuten de cimentaciones colindantes que podriacutean suponer una carga oblicua sobre nuestra cimentacioacuten habraacute que considerarla en caacutelculo y prever un proceso constructivo adecuado (no vayamos a provocar dantildeos a otras edificaciones)
bull Ignorancia de las condiciones de contorno es decir no consideracioacuten de las condiciones del entorno de la estructura
proyectada posibles socavaciones arrastres descalces agotamientos rebajamientos de nivel freaacutetico etc
bull Heterogeneidades distribucioacuten irregular de las cargas o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentacioacuten
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Defectos de ejecucioacuten
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecucioacuten de eacutestos Los defectos de ejecucioacuten normalmente responden a un deficiente Control de Calidad Por tanto en principio son evitablesAlgunos errores de ejecucioacuten podriacutean serbull Apreciacioacuten erroacutenea de los estratos resistentes confundidos con
capas de poco espesor bolos erraacuteticos etcbull Errores de replanteo bull Mala calidad de los materiales en especial hormigones Deterioro
de zapatas losas o muros por escasa calidad de los materiales grietas de retraccioacuten por mala dosificacioacuten del hormigoacuten materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto etc
bull Degradacioacuten del material suele ir unido al anterior hormigoacuten no resistente a la agresividad del terreno recubrimientos insuficientes madera metal etc
bullCAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Lavado del hormigoacuten en cimentaciones superficiales o profundas colocado en presencia de aguas en movimiento
Errores en la colocacioacuten de armaduras confusioacuten de diaacutemetros de armado ausencia de separadores etc
Problemas de fraguado unidos a errores de vertido de dosificacioacuten de curado
Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio cortadas lavadas) o de baja calidad y excesiva carga portante de caacutelculo
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
carbonatos etc que pueden hacer variar las caracteriacutesticas deformacionales en oacuterdenes de
magnitud de los arriba sentildealados Otro aspecto que sentildealan Bally et al (1969) es la
heterogeneidad en la variacioacuten local de las caracteriacutesticas quiacutemicas y mineraloacutegicas las
cuales son difiacuteciles de ser advertidas por meacutetodos usuales de investigacioacuten Para corroborar
todo este tipo de heterogeneidades en (30) se muestran liacuteneas de igual asentamiento para
un estanque experimental de 30 mestros de lado al cabo de 3 meses de continua inundacioacuten
Pueden observarse asentamientos diferenciales de hasta 60 cm Esto induce a pensar que
aunque las propiedades tenso deformacionales pudieran ser aproximadamente constantes
viacuteas preferenciales de humedecimiento (canaliacuteculos verticales dejados por raiacuteces de
hierbas) pueden saturar mayores espesores o presentar curvas de iso saturacioacuten apartadas
del modelo teoacuterico
En resumen una de las caracteriacutesticas principales que deben tenerse siempre en cuenta en
el caacutelculo de la magnitud de los asentamientos por colapso es que estos frecuentemente no
seraacuten uniformes ya sea por las causas antes expuestas como por otros factores como por
ejemplo la dimensioacuten del aacuterea inundada
83 Aacuterea inundada
Otro de los aspectos que influyen considerablemente en la magnitud de los asentamientos
por colapso son el tipo de humedecimiento que se realice dentro de la masa del suelo y las
dimensiones del aacuterea humedecida Golacutedstein (1969) distingue cuatro tipos de
humedecimientos
1 Humedecimiento localizado del suelo a poca profundidad debido generalmente a la
rotura de conducciones hidraacuteulicas de las construcciones En estos casos es casi imposible
predecir a priori la forma en planta y en corte de estos humedecimientos y por lo tanto
hacer una estimacioacuten de la magnitud de los asentamientos y su distribucioacuten en planta
2 Humedecimiento extenso de todo el perfil del suelo causado por una importante
infiltracioacuten de agua (rotura de canales o efluentes industriales) Los asentamientos en estos
casos pueden ser importantes y dantildeinos para las construcciones especialmente cuando los
asentamientos son desiguales
3 Una elevacioacuten uniforme del nivel freaacutetico debido generalmente a una recarga del freaacutetico
causado por una fuente lejana
4 Un aumento gradual y lento del contenido de agua debido por ejemplo a la
condensacioacuten del vapor y una acumulacioacuten de humedad causada por cambios en las
condiciones ambientales (pavimentacioacuten de la superficie del terreno)
En cuanto a la forma y las dimensiones del aacuterea humedecida se ha demostrado
experimentalmente que los asentamientos por colapso calculados con la ecuacioacuten indicada
arriba son soacutelo aplicables cuando la superficie de saturacioacuten o fuente de humedecimiento
es del orden de 23 a 1 vez el espesor de los sedimentos colapsables (Krutov y Dyakonov
1973) En cambio cuando esta relacioacuten es menor y la zona humedecida se aparta de la
supuesta unidimensional los asentamientos reales son sustancialmente menores a los
calculados
Por tal motivo algunos investigadores coinciden en afirmar que dicha ecuacioacuten debe estar
afectada de un coeficiente (m) que tenga en cuenta el tipo la forma y las dimensiones del
aacuterea humedecida
m = f (B L Z)
donde B y L son el ancho y largo de la fuente de inundacioacuten y Z el espesor de la zona
humedecida Asiacute en la ex URSS es habitual afectar a los asentamientos calculados por un
coeficiente llamado de condiciones de campo o de operacioacuten
Este coeficiente es pues la relacioacuten entre el asentamiento real medido en el terreno y el
calculado De modo que
84 Estado tensional
La magnitud del asentamiento adicional por colapso es funcioacuten de la tensioacuten actuante en el
manto de suelo considerado Si se analiza el caso particular de una zapata apoyada sobre la
superficie del terreno el asentamiento adicional por colapso seraacute funcioacuten de la forma y las
dimensiones de aacuterea cargada del espesor del manto susceptible al colapso y del tipo y la
forma de la zona humedecida Sin embargo se ha comprobado experimentalmente que si el
espesor de los mantos de suelos colapsables que se encuentran por debajo de la zona
comprimida es suficientemente importante como para que pueda colapsar por peso propio
la amplitud del asentamiento no depende praacutecticamente de la forma y de las dimensiones de
las fundaciones (Abelev y Abelev 1979)
En las numerosas experiencias realizadas sobre zapatas a escala real se ha comprobado que
los asentamientos adicionales por colapso medidos pueden llegar a ser entre 15 a 2 veces
mayores que los calculados sobre todo en zapatas con anchos inferiores a los 20 m de
ancho (Abelev y Abelev 1979)
Estas divergencias entre el valor de los asentamientos calculados y los reales pueden
atribuirse a varios factores entre los cuales pueden sentildealarse
c) La eleccioacuten del espesor del manto de suelos colapsables o susceptibles a sufrir un
asentamiento adicional ha sido largamente discutido Asiacute Kodrynova (1969) en base a
ensayos de zapatas a escala real pudo establecer las dimensiones de la zona realmente
deformada Confirmando que la profundidad de la zona deformada era menor que la
profundidad que por ejemplo estableciacutean las Normas Sovieacuteticas vigentes en ese momento
Estas Normas haciacutean soacutelo consideraciones tensionales y fijaban la profundidad del manto
como aqueacutella para la cual la relacioacuten entre el valor de la carga adicional debida a la zapata
(Δσ) y el de la presioacuten natural (σ0) se haciacutean igual a 020 Kodrynova (1969) comproboacute
que el criterio maacutes adecuado para establecer este espesor era usar el concepto de resistencia
estructural o Presioacuten Inicial de Colapso sugerido por Abelev en 1968 Asiacute observoacute que la
zona deformada se correspondiacutea muy bien con aquellos lugares donde los valores de
tensiones totales (σz) eran mayores al valor de la Presioacuten Inicial de Colapso (δicol) Por
tanto concluyoacute que el espesor Zo puede definirse como la profundidad en la cual se
comprueba que
Esto coincide con lo advertido por Grigoryan (1967) en ensayos de zapatas cuadradas y
rectangulares en donde solamente se observaron asentamientos en la masa del suelo
cuando la tensioacuten actuante era mayor al valor de la Presioacuten Inicial de Colapso (δicol)
Por lo tanto se puede concluir que no existen reglas praacutecticas -como las que existen en
otros tipos de suelos- que puedan dar valores indicativos de la relacioacuten entre el ancho de la
cimentacioacuten y el espesor del manto deformable Sin embargo de lo que siacute hay abundante
evidencia es que la zona deformada generalmente aumenta cuando aumenta el contenido de
humedad (Tsytosich et al 1979)
b) La distribucioacuten de tensiones en la masa de un suelo colapsable provocada por una zapata
riacutegida se asemeja a la de un medio seminfinito y elaacutestico (error entre 20 a 30) soacutelo
cuando el suelo estaacute a humedad natural y la tensioacuten no sobrepasa los 30 kgcm2
(Grigoryan 1967) Tsytosich et al (1979) comprobaron experimentalmente esta afirmacioacuten
observando que a posteriori de la inundacioacuten del suelo el cambio tensional sobre la vertical
en el borde y en el centro de la zapata aumentan Se advierte que durante el proceso de
inundacioacuten del suelo ubicado debajo de la zapata se produce una concentracioacuten de
tensiones bajo la zapata disminuyendo el aacuterea en donde se distribuyen las cargas Seguacuten
Abelev y Abelev (1979) esto puede explicarse porque las relaciones tensioacuten-deformaciones
de los suelos macroporosos no son lineales a estos niveles de tensioacuten
9 METODOS DE IDENTIFICACIOacuteN
91 Aspectos generales
A partir de la deacutecada de los antildeos 50 se generoacute una preocupacioacuten manifiesta por parte de
diferentes investigadores en identificar y clasificar la potencialidad al colapso en los
distintos suelos
Estos intentos a escala mundial se han enfrentado fundamentalmente con dos
inconvenientes o limitaciones como son
1 La gran variedad de tipos de suelos que colapsan por humedecimiento Asiacute por
ejemplo meacutetodos probados en ciertos paiacuteses o regiones en determinados tipos de suelos no
han podido hacerse extensivos a suelos de otras zonas cuyo origen geoloacutegico y geneacutetico es
francamente diferente
2 La frecuente heterogeneidad de los suelos colapsables por humedecimiento En este
sentido hay coincidencia entre los investigadores que han estudiado suelos colapsables de
distinto origen geoloacutegico Asiacute pueden encontrarse referencias tanto en investigadores que
analizaron suelos lateriacuteticos o de origen eoacutelico como el loess (Abeley y Abeley 1979
Moretto 1986) que en principio suelen considerarse como suelos homogeacuteneos Es
frecuente encontrar una variacioacuten en el grado de cementacioacuten (por ejemplo debido a
carbonatos) en soacutelo algunos centiacutemetros En otros casos esta heterogeneidad es debida a la
presencia de grandes macroporos dejados por raiacuteces o insectos
Esto ha llevado a una gran variedad de metodologiacuteas para establecer la susceptibilidad al
colapso de los suelos y una anarquiacutea en la terminologiacutea empleada en los diferentes paiacuteses
para su clasificacioacuten Sin embargo en la mayoriacutea de los casos los diferentes investigadores
o coacutedigos han tendido a discretizar el comportamiento del suelo frente al colapso en dos
grupos suelos que colapsan bajo peso propio y suelos que colapsan bajo una carga mayor
Rocca (1985) ha confeccionado una tabla de equivalencias con la denominacioacuten que
reciben en los distintos paiacuteses
82 Clasificacioacuten de los meacutetodos de identificacioacuten de suelos colapsables
En cuanto a los tipos de meacutetodos de identificacioacuten propiamente dichos varios han sido los
enfoques que se han propuesto Estos podriacutean clasificarse en tres grupos
1048713 Meacutetodos basados en paraacutemetros fiacutesicos de identificacioacuten de suelos tales como Peso
Unitario Liacutemites de Consistencia Granulometriacutea etc
1048713 Meacutetodos basados en ensayos mecaacutenicos principalmente en ensayos edomeacutetricos
1048713 Meacutetodos basados en la magnitud del colapso
Existe una abundante bibliografiacutea sobre los diferentes meacutetodos de clasificacioacuten a
identificacioacuten en las cuales se ha realizado un anaacutelisis criacutetico sobre los diferentes meacutetodos
como las ya referidas de Rocca (1985) y Redolfi et al (1986) y otras como las de Sultan
(1969) Reginatto (1970 1974) Loacutepez Corral (1977) Jimeacutenez Salas (1987) y Lutenegger y
Saber (1988) Por lo tanto en este apartado no se insistiraacute en ello sino maacutes bien se haraacute un
enfoque general del problema y se presentaraacuten aquellos conceptos v meacutetodos que
posteriormente seraacuten utilizados en el desarrollo de estas notas
Meacutetodos basados en paraacutemetros fiacutesicos de suelos
En general la mayoriacutea de estos meacutetodos de identificacioacuten tienen maacutes bien un caraacutecter
cualitativo que cuantitativo pretendiendo ubicar el suelo analizado en algunos de los
grupos mencionados en (36) La clasificacioacuten consiste habitualmente en establecer si el
suelo es autocolapsable (colapsable bajo su propio peso) o bien si es condicionalmente
colapsable (colapsable bajo carga externa)
En estas notas solamente se analizaraacuten tres de ellos que tienen en comuacuten que relacionan el
liacutemite liacutequido y el peso unitario seco
a) Denison (1961) establece el Coeficiente de Colapso (k) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando la relacioacuten de vaciacuteos del suelo en estado natural (e) es mayor
que la relacioacuten de vaciacuteos correspondiente al Liacutemite Liacutequido (eL )
b) Gibbs (1961) establece una Relacioacuten de Colapso (R) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando la humedad de saturacioacuten del suelo (wSAT) es mayor que el
Liacutemite Liacutequido (wL )
c) Coacutedigo de edificacioacuten de la URSS (1962) establece un Indice de Colapso (R) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando R es mayor de -010
En se han superpuesto los puntos correspondientes a pares de valores del peso unitario
seco y el Liacutemite Liacutequido de suelos de la ciudad de Coacuterdoba Argentina (Redolfi et al
1986) De ella se desprende que los valores de los paraacutemetros obtenidos son valores tiacutepicos
de la formacioacuten loeacutessica de Coacuterdoba y que para todas las metodologiacuteas aquiacute presentadas la
gran mayoriacutea de los suelos son colapsables puesto que estaacuten incluidos dentro de las zonas
que los clasifican colapsables
Meacutetodos basados en ensayos edomeacutetricos
Estos meacutetodos estaacuten basados en la Presioacuten Inicial de Colapso o Presioacuten de Fluencia La
determinacioacuten del grupo al cual pertenece el suelo estudiado (auto colapsable o colapsable
bajo carga) se realiza comparando la presioacuten de tapada o geostaacutetica con la presioacuten a la cual
se produce el colapso Asumiendo como hipoacutetesis que el colapso por humedecimiento
ocurre soacutelo a partir de una cierta presioacuten por encima de la cual la resistencia estructural del
suelo es superada
La magnitud de esta presioacuten para la cual se produce el desmoronamiento de la estructura
del suelo ha sido designada por algunos autores como
1048713 Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) (Abelev y Abelev 1979) o
1048713 Presioacuten de Fluencia Saturada (σf sat) (Reginatto 1970)
Experimentalmente se ha demostrado que cuando la presioacuten total en el suelo (σt) ya sea
por cargas externas yo peso propio es menor que esta magnitud no se producen
asentamientos de colapso por humedecimiento Krutov y Tarasova (1964) sentildealan
acertadamente que desde un punto de vista teoacuterico la Presioacuten Inicial de Colapso o Presioacuten
de Fluencia deberiacutea ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero concluyen que
desde un punto de vista praacutectico una pequentildea magnitud de colapso puede asumirse como
permisible Siguiendo este concepto por ejemplo las Normas Sovieacuteticas SNIP definen a la
Presioacuten Inicial de Colapso como aquella presioacuten para la cual en una probeta instalada en un
edoacutemetro se produce un colapso relativo unitario igual a 001 o porcentual del 100
δicol = 001 = 10
En se han representado las curvas presioacuten-deformaciones unitarias de dos ensayos
edomeacutetricos del mismo suelo uno a humedad natural y el otro en estado saturado El
colapso relativo (δicol) es igual a
δicol = εHN - εSAT
donde εHN = Deformacioacuten unitaria a humedad natural
εSAT = Deformacioacuten unitaria en estado saturado
En tanto Reginatto (1970) define a la Presioacuten de Fluencia saturada de un suelo colapsable
de la misma forma en que se establece la presioacuten de preconsolidacioacuten de una arcilla
saturada en un ensayo edomeacutetrico
En se presenta la correlacioacuten que realizan Lin y Wang (1988) entre los valores de la
Presioacuten de Fluencia Saturada y la Presioacuten Inicial de Colapso (el Coacutedigo Chino la establece
para un valor de δicol = 150) Se puede observar que aproximadamente se establece una
relacioacuten directa entre ellas Esto no es de extrantildear puesto que conceptualmente ambas
definiciones tratan de fijar la presioacuten a la cual la estructura del suelo saturado comienza a
colapsar
Los numerosos intentos realizados en ensayos in situ para comprobar la validez de esta
hipoacutetesis (Krutov y Tarasova 1964 Abelev y Abelev 1979) parecen indicar a primera
vista que las predicciones tienen buen acuerdo con la realidad en muchos casos pero en
cambio en otros la diferencia entre lo predecido y lo sucedido es importante sobre todo en
aquellos casos referidos al colapso por peso propio
Meacutetodos basados en la magnitud del asentamiento por colapso
Los meacutetodos basados en la magnitud del asentamiento por colapso se fundan en determinar
la magnitud del mismo de un perfil de suelos en un lugar determinado debido solamente a
su peso propio
Asiacute por ejemplo la Clasificacioacuten Rumana de Suelos Loeacutessicos Colapsables (LCS) define
el Potencial Total de Colapso (Img) (Bally et al1973) como
donde Hj es el espesor del estrato j en metros y img es el asentamiento edomeacutetrico
adicional de una muestra de estrato j inundada a una presioacuten igual al peso propio de las
tierras (σ0 ) expresado en cmm
El Coacutedigo de Construccioacuten de Edificios de la Repuacuteblica Popular China en regiones de
suelo colapsables sigue un criterio similar (Lin y Liang 1982 Lin y Wang 1988) La
evaluacioacuten de la susceptibilidad al colapso en un determinado sitio se realiza en dos etapas
En primer lugar se evaluacutea su aptitud al autocolapso y se determina el Tipo de sitio (Tipo
1 o Tipo 2)
La magnitud del colapso por peso propio Δzc se obtiene de forma similar a la utilizada por
Bally et al (1973) en Rumania sumando los asentamientos individuales de los n estratos
colapsables del perfil
donde Hj es el espesor de estrato en cm y δzsj es el coeficiente de colapsabilidad del estrato
j en cmcm o en por ciento obtenido por medio de ensayos edomeacutetricos en los cuales
primero se carga el suelo hasta la presioacuten por peso propio y luego se inunda la muestra
donde Hj es el espesor de estrato en cm y δzsj es el coeficiente de colapsabilidad del estrato
j en cmcm o en por ciento obtenido por medio de ensayos edomeacutetricos en los cuales
primero se carga el suelo hasta la presioacuten por peso propio y luego se inunda la muestra
La sumatoria soacutelo tiene en cuenta aquellos valores de δzs jmayores de 0015
Si Δzs lt 7 cm se considera al suelo no autocolapsable por humedecimiento y se clasifica
al lugar como sitio TIPO 2 Si en cambio Δzs gt 11 cm se considera al suelo
autocolapsable por humedecimiento y se lo clasifica como sitio TIPO 1
Por uacuteltimo si 7 cm lt Δzs lt 11 cm el tipo de sitio debe ser determinado despueacutes de un
exhaustivo estudio de la geomorfologiacutea estratigrafiacutea y caracteriacutesticas estructurales del
suelo
El Coacutedigo tambieacuten establece que la magnitud del colapso por peso propio (Δzs) tambieacuten
puede ser determinada directamente en el terreno a traveacutes de una balsa o laguna de
infiltracioacuten de dimensiones especiacuteficas
La segunda etapa de la evaluacioacuten de la colapsabilidad consiste en establecer el Grado de
Colapsabilidad del suelo de cimentacioacuten Para ello se carga a las muestras representativas
de cada uno de los estratos a una presioacuten de 200 kPa y luego se las inunda La magnitud del
colapso se obtiene
donde δsj es el Coeficiente de colapsabilidad del estrato j en cmcm para una presioacuten de
200 kPa La sumatoria soacutelo tiene en cuenta valores de Δs mayores de 0015
donde δsj es el Coeficiente de colapsabilidad del estrato j en cmcm para una presioacuten de
200 kPa La sumatoria soacutelo tiene en cuenta valores de Δs mayores de 0015
SOLUCIONES INGENIERILES EN SUELOS COLAPSABLES
111 Consideraciones generales
La primera cuestioacuten que debe analizarse cuando se disentildean cimentaciones en suelos
susceptibles al colapso es la probabilidad que el agente desencadenante del fenoacutemeno el
agua pueda o no introducirse en el terreno y por ende sensibilizar al suelo en donde se
apoyaraacuten las estructuras Por definicioacuten sin la presencia del agua el suelo no colapsa Esta
cuestioacuten es significativa puesto que pueden existir numerosos casos en donde la
probabilidad que el agua se infiltre en el suelo sea lo suficientemente baja como para
analizar la posibilidad de fundar la estructura considerando el comportamiento del suelo en
su estado natural Por lo tanto cuando se hable de suelos potencialmente colapsables por
humedecimiento no debe pensarse uniacutevocamente en las soluciones ingenieriles que se
utilizan en suelos colapsables
Hecha esta aclaracioacuten a continuacioacuten se trataraacute de ofrecer un panorama de las distintas
soluciones ingenieriles que se adoptan en suelos colapsables por humedecimiento cuando
las probabilidades de que se produzca el fenoacutemeno son altas
El objetivo central de todas estas soluciones es prevenir las fallas estructurales o de servicio
que pueden sobrevenir sobre las estructuras construidas sobre estratos de suelos
colapsables
Aitchison (1973) divide a estas soluciones en
a) Tratamiento del suelo colapsable con vista a eliminar la tendencia al colapso a lo largo
de todo el estrato de suelos desmoronables
b) Disentildeo de elementos constructivos que eliminen o disminuyan a liacutemites razonables la
posibilidad que se inicie el colapso
c) Disentildeo de estructuras yo cimentaciones insensibles a los asentamientos provocados por
el colapso por ejemplo fundaciones profundas apoyadas sobre un manto profundo no
sujeto a los asentamientos por humedecimiento
El primer grupo de soluciones comprende los meacutetodos de mejoramiento de suelo por
medio de los cuales la susceptibilidad al colapso es eliminada modificando las propiedades
resistentes del suelo mediante la compactacioacuten o la cementacioacuten de los viacutenculos entre
partiacuteculas El segundo grupo incluye la adopcioacuten de medidas constructivas tendientes a
aislar el agua de manera de evitar o disminuir la presencia de condiciones favorables al
colapso admitiendo no obstante ciertos riesgos Finalmente el tercer grupo engloba tanto
las soluciones tradicionales por medio de fundaciones profundas como el disentildeo de
estructuras con fundaciones directas insensibles a los asentamientos diferenciales
provocados por el colapso del suelo En resumen en el primer grupo de soluciones se
interviene directamente en el suelo evitando asiacute el colapso en el segundo grupo se intenta
evitar que se produzca el colapso sin modificar el suelo y en el uacuteltimo grupo se construyen
estructuras yo fundaciones que admitan y resistan los fenoacutemenos provocados por el
colapso del suelo
Evstatiev (1988) sentildeala que los mejores resultados han sido alcanzados con una oacuteptima
combinacioacuten de las ventajas que individualmente tiene cada uno de los tres grupos La
experiencia ha probado que las medidas constructivas y las medidas de aislacioacuten del agua
por siacute solas no pueden resolver todos los problemas de inestabilidad que provoca el colapso
del suelo Asiacute la adopcioacuten de soluciones exclusivamente para la superestructura (por
ejemplo fundaciones profundas) sin un adecuado disentildeo que eviten dantildeos en los otros
elementos de la construccioacuten como pisos desaguumles etc han provocado serios dantildeos en
estas partes de la construccioacuten que podriacutean haber sido evitados aplicando medidas
tendientes a evitar el ingreso del agua en el terreno
La eficacia del disentildeo adoptado en cada caso depende en gran medida de la calidad de las
investigaciones geoteacutecnicas realizadas La informacioacuten baacutesica que eacutestas deben suministrar
son el espesor del manto de suelos colapsables y la magnitud del colapso bajo peso propio
o bajo carga de todos los estratos del perfil
Una incorrecta estimacioacuten de estos paraacutemetros puede llevar a proponer y construir
soluciones ingenieriles totalmente opuestas a las correctas La confeccioacuten de perfiles de
colapsabilidad como los presentados permiten establecer la existencia o no de suelos
autocolapsables sus espesores aproximados y la profundidad a la que se encuentran Esta
metodologiacutea de anaacutelisis es de gran ayuda por ejemplo en la eleccioacuten del procedimiento
idoacuteneo para estabilizar el terreno
A continuacioacuten se presenta una descripcioacuten de las distintas soluciones ingenieriles maacutes
utilizadas en este tipo de suelos En primer lugar se analizan el primer grupo de soluciones
que se ha englobado bajo el nombre de Mejoramiento de suelos continuando luego con los
otros dos grupos Medidas para evitar la iniciacioacuten del colapso y fundaciones yo
estructuras insensibles a los fenoacutemenos del colapso
112 Mejoramiento de suelos colapsables
Consideraciones previas
El objetivo principal de estas soluciones es eliminar o disminuir apreciablemente la
susceptibilidad al colapso del suelo bien disminuyendo la porosidad del suelo
(compactacioacuten) o bien aumentando la resistencia estructural entre las partiacuteculas del suelo
(meacutetodos fiacutesico-quiacutemicos) Una de las formas de clasificar los meacutetodos de mejoramiento o
estabilizacioacuten ha sido precisamente eacutesta o sea teniendo en cuenta la accioacuten resultante
sobre el suelo (Aitchison1973 Rocca1985) Sin embargo para el desarrollo y explicacioacuten
de los diferentes meacutetodos se ha elegido la clasificacioacuten propuesta por Evstatiev(1988) que
tiene en cuenta el medio usado para realizar la estabilizacioacuten y el objeto de la misma
Evstatiev (1988) propone la siguiente clasificacioacuten de los meacutetodos de estabilizacioacuten de
suelos loeacutessicos la cual puede hacerse extensiva a suelos colapsables
a) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacioacuten
b) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
c) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
d) Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
e) Meacutetodos de mejoramiento que incorporan elementos resistentes a la traccioacuten dentro del
suelo
f) Geomembranas
g) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por drenaje
h) Correccioacuten de taludes y terraplenes
A continuacioacuten siguiendo la clasificacioacuten antes expuesta se desarrollaran aquellas
metodologiacuteas de mejoramientos de suelos colapsables maacutes extendidas Desarrollaacutendose
principalmente los grupos abc y d puesto que incluyen una serie de acciones particulares
frente al fenoacutemeno del colapso En cuanto a los restantes grupos (e f g y h) las teacutecnicas de
mejoramiento del terreno utilizadas persiguen los mismos objetivos buscados en otros tipos
de suelos y en general la teacutecnica empleada es praacutecticamente la misma Por tal motivo y
puesto que se apartan un tanto del objeto de estas notas se estima conveniente no abundar
sobre ellas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacioacuten
Este grupo comprende varias de las metodologiacuteas usadas en suelos colapsables para reducir
los vaciacuteos de modo de eliminar la colapsabilidad reducir la permeabilidad y aumentar la
capacidad de carga Esto se realiza utilizando fuerzas estaacuteticas o dinaacutemicas o bien a traveacutes
de la inyeccioacuten de lechadas
Compactacioacuten dinaacutemica Este meacutetodo es adecuado para compactar mantos de suelos
colapsables superficiales con espesores menores a 350 metros El meacutetodo consiste en dejar
caer en caiacuteda libre desde una altura de 4 a 8 metros pilones de 3 a 8 Tn sobre la superficie
del terreno a razoacuten de 10 a 16 impactos en cada lugar (Abelev y Abelev 1979) El impacto
genera una rotura de la estructura del suelo un aumento de la presioacuten de poros y una
compresioacuten del aire presente en los poros produciendo un reacomodamiento de las
partiacuteculas dando como resultado una estructura maacutes compacta Seguacuten Malyshev et al
(1983) el contenido de humedad del suelo juega un papel importante lograacutendose la maacutexima
eficiencia con un contenido de humedad cercano al Liacutemite Plaacutestico Si el contenido de
humedad es menor a eacuteste es necesario humedecer el espesor de suelo de modo de alcanzar
una mejor eficacia Varios son los factores que controlan los resultados del meacutetodo asiacute por
ejemplo el espesor compactado es funcioacuten principalmente del peso y del diaacutemetro del piloacuten
En tanto el grado de compactacioacuten estaacute controlado por el nuacutemero de impactos y la humedad
del suelo El grado de compactacioacuten no es uniforme a lo largo de todo el espesor
compactado lograacutendose la maacutexima densificacioacuten a 12 a 15 veces el diaacutemetro del piloacuten
Sin embargo se pueden obtener Pesos Unitarios secos superiores a 16 tm3 en espesores de
25 a 35 m lo cual en la mayoriacutea de los casos es suficiente para disminuir o anular la
susceptibilidad al colapso del suelo Una variante a este meacutetodo es realizar la compactacioacuten
solamente en los lugares donde actuacutean las cargas y no en toda el aacuterea de la construccioacuten
Por ejemplo en casos de fundaciones de muros de carga o fundacioacuten de columnas el
mejoramiento del suelo se logra densificando la zona de influencia del bulbo de presiones
o sea la zona donde los incrementos de presioacuten pueden hacer colapsar el suelo
Compactacioacuten por medio de pequentildeos pilotes piramidales En cierta forma este meacutetodo es
una variante del meacutetodo anterior Consiste en hincar un pilote piramidal de 3 a 4 metros de
longitud con una seccioacuten transversal superior de 60 x 60 a 70 x 70 cm y una seccioacuten
transversal inferior de 10 x 10 cm Una vez retirado el pilote la cavidad se rellena con
hormigoacuten Este tipo de metodologiacutea da excelentes resultados en aacutereas en donde existe un
espesor de suelos potencialmente colapsables (no autocolapsables) de 30 o 40 m de
profundidad pero que colapsaraacuten si estaacuten sometidos a los incrementos de carga
transmitidos por las construcciones Una de las ventajas del meacutetodo es la completa
mecanizacioacuten de todas las operaciones Una variante a este meacutetodo consiste en realizar la
hinca sobre una capa de piedra partida dando como resultado un bulbo de suelo
compactado alrededor de la capa de piedra mejorando la capacidad de carga por la punta
del pilote asiacute construido
Compactacioacuten por pilotes de suelo Este es uno de los meacutetodos maacutes usuales para
compactar espesores importantes (18 a 20 m) de suelos loeacutessicos susceptibles al colapso
El procedimiento consta de dos partes primero se realiza la perforacioacuten y segundo se llena
la cavidad con suelo compactado La perforacioacuten se realiza usualmente mediante la hinca
de un pilote metaacutelico con base ensanchada (15 veces) En otra metodologiacutea de reciente uso
la excavacioacuten se hace de la siguiente forma se perfora hasta la profundidad deseada un
hoyo de 8 cm de diaacutemetro dentro del cual se coloca una columna de explosivos que luego
de estallar crea una perforacioacuten de aproximadamente 080 m de diaacutemetro Despueacutes de
efectuada esta perforacioacuten dinaacutemica la cavidad se rellena con suelo local introducido en
tongadas de 100 a 200 Kg que luego son compactadas dinaacutemicamente por medio de un uacutetil
especial Concluidas ambas etapas quedan formadas columnas de suelo compactado con un
diaacutemetro aproximado igual a dos veces el de la perforacioacuten El grado de compactacioacuten va
decreciendo a medida que se aleja del centro de la columna por tal motivo es importante
conocer esta ley de decrecimiento para disentildear correctamente la cuadriacutecula de pilotes de
suelo Al igual que en los otros meacutetodos la eficiencia del sistema aumenta en la medida que
la humedad del suelo natural y compactado se encuentre a una humedad cercana al Limite
Plaacutestico Por tal motivo es usual que previo a la perforacioacuten se realice una humectacioacuten del
espesor de suelos a compactar Las densidades alcanzadas son del orden de 170 a 180
tm3 que son suficientes para evitar el colapso por peso propio y permiten el use del
espesor compactado como manto de fundacioacuten
Compactacioacuten por explosiones de gas Esta relativamente nueva metodologiacutea de
compactar espesores de suelos colapsables consiste en introducir a traveacutes de una lanza de
agua a presioacuten una caacutemara de compresioacuten que contiene una mezcla de gas propano y
oxiacutegeno la cual se va elevando a medida que se producen una serie de explosiones de la
mezcla De este modo se va generando una columna 120 140 m de suelo compactado
(Densidad de 150 tcm3) (Martemyanov et al 1979)
Compactacioacuten por humedecimiento (Hidrocompactacioacuten) En este caso se utiliza la propia
susceptibilidad del suelo a colapsar bajo peso propio El meacutetodo maacutes frecuente de realizar
la humectacioacuten o saturacioacuten del terreno es a traveacutes de infiltracioacuten del agua desde la
superficie del terreno para lo cual se efectuacutean excavaciones poco profundas (040 a 080 m)
o bien se construyen grandes estanques En muchos casos a efectos de acelerar el ingreso
del agua al terreno se construyen dentro del estanque drenes de arena convenientemente
espaciados Este sistema ha sido empleado ampliamente en varias partes del mundo por
ejemplo en EEUU por Gibbs y Bara (1967) y Clevenger (1956) en Rumania por Bally et
al (19651969) en la URSS por Lomize (1968) y Mustafaef (1967) en China por Lin y
Liang (1982) y en Argentina por Moll et al (1979) A pesar de su amplia utilizacioacuten y su
bajo costo el meacutetodo presenta una serie de inconvenientes aparicioacuten de grietas de traccioacuten
en el contorno del aacuterea inundada existencia de importantes deformaciones posteriores al
colapso necesidad de recompactar los 4 oacute 5 primeros metros utilizando otro tipo de
metodologiacutea La efectividad de este meacutetodo se mejora sustancialmente si al mismo se lo
combina con otro meacutetodo de compactacioacuten dinaacutemica
Compactacioacuten por humedecimiento previo y por explosiones profundas Este meacutetodo fue
desarrollado en al Unioacuten Sovieacutetica por Livinov (1976) en la deacutecada de los 60 El espesor de
suelos a compactar es previamente humedecido a traveacutes de un sistema de drenes
(cuadriacutecula de 3 x 3 a 5 x 5 m) Las cargas explosivas (5 a 7 Kg) son colocadas en el fondo
de los mismos drenes o bien en tubos metaacutelicos colocados en perforaciones adicionales La
cuadriacutecula con las cargas es aproximadamente de 4 x 4 m En este procedimiento no es
necesario la completa saturacioacuten del suelo que por ejemplo necesita el meacutetodo anterior
Posterior al humedecimiento se hacen estallar las cargas de toda un aacuterea (2000 a 50000
m2) La explosioacuten generan una onda de choque que hace licuar la estructura del suelo lo
cual permite un reacomodamiento de las partiacuteculas y un crecimiento de la densidad del
suelo En ciertos casos es aconsejable la construccioacuten de trincheras alrededor de la zona a
compactar a efectos de evitar la propagacioacuten de grietas fuera de ella La explosioacuten produce
un importante a inmediato asentamiento de la superficie del terreno Los asentamientos en
general se estabilizan al cabo de 3 oacute 4 semanas Este tipo de meacutetodo es aconsejable cuando
se desea compactar grandes voluacutemenes de suelo particularmente en grandes complejos
industriales o bien en obras hidroeleacutectricas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
En este apartado se incluyen aquellos meacutetodos de estabilizacioacuten consistentes en la mezcla y
posterior compactacioacuten de suelo colapsable con otros materiales (arena gravas) a efectos
de conseguir mayor resistencia y mayor rigidez Este tipo de estabilizacioacuten es de amplio use
en la ingenieriacutea vial en la construccioacuten de bases y de sub-bases
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
Este grupo incluye a aquellas metodologiacuteas en las cuales el mejoramiento de las
propiedades resistentes del suelo se consiguen con la creacioacuten de viacutenculos maacutes soacutelidos y
estables en la estructura del suelo En algunas de ellas la inyeccioacuten de agentes cementantes
provoca la rotura de la estructura original del suelo En otras por el contrario la inyeccioacuten
de agentes quiacutemicos actuan directamente sobre los viacutenculos sin modificar la estructura del
suelo Los meacutetodos se pueden dividir en meacutetodos superficiales y meacutetodos profundos
dependiendo en donde se realice la estabilizacioacuten En los meacutetodos de estabilizacioacuten
superficiales el mejoramiento en general se consigue mediante la mezcla y posterior
compactacioacuten del suelo con agentes quiacutemicos o cementantes tales como cemento cal
emulsiones asfaacutelticas sales (NaCl Nat C03 NaPO3) etc Estos meacutetodos de estabilizacioacuten
son tambieacuten usuales en otros tipos de suelos y son de amplia utilizacioacuten en todo tipo de
obras de ingenieriacutea civil por tal motivo no insistiremos en ellos Por el contrario los
meacutetodos de estabilizacioacuten profunda aunque tambieacuten se han utilizado en otros tipos de
suelos muchos de ellos se han desarrollado y usado especiacuteficamente para eliminar o
disminuir la susceptibilidad al colapso en espesores importantes de suelo A continuacioacuten
se presentan algunos de ellos
Inyecciones de agentes quiacutemicos Las investigaciones y las realizaciones en este tipo de
estabilizaciones se ha desarrollado principalmente en la Unioacuten Sovieacutetica Seguacuten Mitchell
(1981) la razoacuten principal por la cual estos meacutetodos no se han extendido universalmente se
debe principalmente a los altos costos frente a otros tipos de estabilizaciones Sin embargo
Esvtatiev (1988) da cuenta de la existencia en la URSS de maacutes de 800 proyectos en donde
se han utilizado satisfactoriamente p ej el meacutetodo de silicatizacioacuten) Esto ha permitido un
continuo mejoramiento de la tecnologiacutea una reduccioacuten de los costos y una abundante
normativa en la regulacioacuten de su uso El agente quiacutemico maacutes utilizado por su bajo costo
frente a otros agentes quiacutemicos es el Silicato de Sodio El meacutetodo consiste en inyectar en
todo el espesor de suelo a tratar una solucioacuten de silicato de sodio (Densidad = 1 10 a 1 04
gcm3) a traveacutes de un tubo inyector de 42 mm de diaacutemetro con perforaciones de 3 mm
protegidas por un manguito de goma La inyeccioacuten se realiza a una presioacuten de 20 a 40
Kgcm2 y una descarga de 48 litros por minuto (Zvyagin et al 1978) La silicatizacioacuten del
suelo es soacutelo posible en un medio fuertemente alcalino Seguacuten Sokolovic (1973) se logra
una mejor eficiencia mediante una pre y post gasificacioacuten con carbonato de calcio Luego
de la inyeccioacuten tres son los cambios que se observan en el suelo un aumento significativo
de la resistencia a la compresioacuten (superior a 20 Kgcm2 ) una eliminacioacuten de la
susceptibilidad al colapso y una disminucioacuten de la permeabilidad Otro de los tratamientos
con agentes quiacutemicos es la inyeccioacuten de amoniacuteaco La mejora en el suelo es inferior al
tratamiento por silicatizacioacuten ademaacutes presenta la desventaja de ser un elemento toacutexico y su
utilizacioacuten requiere medidas especiales de proteccioacuten (Sokolovic 1973)
Estabilizacioacuten teacutermica Esta teacutecnica comenzoacute a desarroIlarse en la URSS en la deacutecada de
los antildeos 50 y ha sido utilizada exitosamente en un importante nuacutemero de emprendimientos
Seguacuten Esvtatiev (1988) la aplicacioacuten de este meacutetodo es teacutecnica y econoacutemicamente
aconsejable en los siguientes casos a) en la estabilizacioacuten de fundaciones existentes de
estructuras altas como chimeneas tanques de agua b) en la paralizacioacuten de los
asentamientos en construcciones existentes provocados por el colapso del suelo Las
propiedades de los minerales arcillosos cambian cuando eacutestos son sometidos a altas
temperaturas lo cual genera un aumento importante de la resistencia y por ende la
eliminacioacuten de la susceptibilidad al colapso del suelo La tecnologiacutea ha ido variando y
mejorando su eficiencia a lo largo de estas deacutecadas No obstante la variedad de meacutetodos
casi todos ellos consisten en la introduccioacuten de un quemador de fuel o gas dentro de un pre
pozo de 020 metros de diaacutemetro con una presioacuten de aire de 20 a 30 Kgcm2 De esta
forma al cabo de 10 a 15 diacuteas se consigue una columna estabilizada de suelo de 20 a 30
metros y una profundidad de 10 a 15 metros (Beles y Stanculescu 1958)
Estabilizacioacuten mediante mezclado mecaacutenico con agentes cementantes El objetivo de este
tipo de estabiacutelizacioacuten es la creacioacuten de columnas o pilotes de suelo con alta resistencia y
rigidez que permitan la transferencia de las cargas a mantos maacutes profundos y estables
Varios son los meacutetodos constructivos que pueden agruparse dentro de este grupo Los
subdividiremos en los siguientes subgrupos dependiendo del lugar en donde se realiza la
mezcla del suelo con el agente cementante
1 La mezcla del suelo y el agente cementante se realiza en superficie En este caso la
excavacioacuten se puede realizar bien utilizando la teacutecnica constructiva empleada en los pilotes
de suelo (hinca) o bien usar teacutecnicas usuales de perforacioacuten La mezcla deiexcl suelo con el
agente cementante (preferentemente Cemento Portland) puede ser fluida (suelo cemento
plaacutestico) a introducirse dentro de la excavacioacuten en forma de pastones o bien mezclar el
suelo y elcemento con porcentaje de humedad oacuteptimo a introducirlos en la perforacioacuten en
tongadas (100 a 200 Kg) las cuales posteriormente son compactadas dentro de la misma
excavacioacuten Por lo tanto existen cuatro variantes seguacuten sea el tipo de excavacioacuten y el tipo
de mezcla
2 La mezcla del suelo y el cemento se realiza en el mismo proceso de perforacioacuten En este
caso la mezcla del agente cementante se realiza con el propio suelo La mezcla puede
realizarse mediante uacutetiles especiales que van mezclando el suelo con una lechada de
cemento o bien usar la teacutecnica del jet grouting mediante un chorro de lechada a alta presioacuten
Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
Este tipo de estabilizacioacuten se realiza principalmente en terrenos con suelos potencialmente
colapsables en los cuales la presencia de cargas adicionales en superficie puede generar
asentamientos adicionales ante un incremento de la humedad del suelo Asiacute una parte del
suelo colapsable superficial ubicado directamente debajo de las fundaciones es excavado
extraiacutedo y reemplazado por otro material maacutes competente Los materiales generalmente
utilizados son los siguientes el mismo suelo extraiacutedo compactado y eventualmente
estabilizado granulomeacutetricamente arena compactada o suelo cemento compactado La
eleccioacuten del tipo de material estaacute condicionado generalmente por variables teacutecnico
econoacutemicas Los espesores de estos mantos son variables (1 a 4 m) dependiendo del tipo de
cargas y de las caracteriacutesticas del proyecto Por ejemplo en algunos proyectos los
condicionantes pueden ser los asentamientos diferenciales (edificios) en cambio en otros
(canales) no soacutelo importa disminuir la probabilidad que se produzca el colapso sino
tambieacuten lograr una capa de suelo maacutes impermeable Este tipo de metodologiacutea ha sido
utilizada con eacutexito en numerosos paiacuteses y en innumerables tipos de obras Tambieacuten es
frecuente el empleo de esta metodologiacutea en forma conjunta con otro tipo de estabilizacioacuten
profunda cuando se presentan mantos de suelos colapsables profundos y con espesores
muy dispares
113 Medidas conducentes a evitar la iniciacioacuten del colapso
Arriba se sentildealaron los tipos de humedecimientos que seguacuten Goldstein (1969) pueden
presentarse en una masa de suelo
a) humedecimiento localizado por rotura de conducciones hidraacuteulicas o infiltraciones de
aguas de lluvia
b) humedecimiento extenso causado por roturas de canales o efluentes industriales
c) ascenso del nivel freaacutetico
d) aumento gradual y lento del contenido de humedad por condensacioacuten del vapor de agua
provocados por condiciones ambientales
Muchos de estos tipos de humedecimientos pueden ser prevenidos principalmente los
primeros pues en general eacutestos son debidos a fallas o roturas de las instalaciones de la
misma construccioacuten En cambio los otros tipos de humedecimientos estaacuten condicionados
por factores externos al proyecto como por ejemplo puede ser el ascenso del nivel freaacutetico
o la rotura de un canal cercano y ajeno al proyecto La accioacuten del proyectista debe estar
encaminada principalmente a impedir dentro de los liacutemites del proyecto la generacioacuten de
estos humedecimientos provocados por elementos de la propia construccioacuten Robinson y
Narkiewicz (1982) sugieren las siguientes medidas de proteccioacuten contra el humedecimiento
de edificios
a) Pendientes adecuadas en la superficie del terreno que rodea a la construccioacuten de modo
que no se produzcan embalsamientos de agua en las cercaniacuteas de las fundaciones y que
cualquier peacuterdida de agua pueda ser eliminada con rapidez
b) Canalizacioacuten de todos los desaguumles de techos y patios hacia el exterior de la
construccioacuten
c) Instalacioacuten de membranas impermeables o pavimentacioacuten de la superase que rodea a la
construccioacuten de modo de limitar la infiltracioacuten de agua en el suelo adyacente a las
construcciones
d) Encerrar las conducciones de agua o efluentes cloacales dentro de conductos de faacutecil
acceso a efectos de detectar posibles peacuterdidas
Algunas de estas medidas requieren una serie de medidas de control y mantenimiento
durante la vida uacutetil de la obra de manera que perioacutedicamente se realicen inspecciones a las
instalaciones y puedan detectarse peacuterdidas o dantildeos en las mismas Tambieacuten es aconsejable
que los propietarios de la obra conozcan perfectamente los riegos a que estaacute expuesta la
misma de modo que su actividad yo descuidos no inicie procesos de humedecimiento del
terreno
Las medidas de proteccioacuten en otros tipos de obras civiles (canales o caminos) tienen la
misma filosofiacutea es decir elementos de proteccioacuten que impidan o dificulten la entrada del
agua en el terreno de fundacioacuten Asiacute por ejemplo en las obras lineales se debe prestar una
especial atencioacuten al disentildeo del sistema de alcantarillado y de desaguumles En algunos casos
estas obras suelen seguir parcialmente las curvas de nivel del terreno convirtieacutendose en
verdaderas presas que impiden el natural escurrimiento de las aguas provocando la
acumulacioacuten de agua en su entorno lo que genera un humedecimiento generalizado del
terreno de fundacioacuten con los consecuentes dantildeos en la obra
Es frecuente que en ciertos tipos de obras como viviendas unifamiliares de una planta o
incluso caminos y canales las uacutenicas medidas a adoptar sean las presentadas en este
apartado ya que la utilizacioacuten de teacutecnicas de mejoramiento o fundaciones profundas
resultan prohibitivas En realidad la mayoriacutea de las obras aludidas se construyen admitiendo
el riesgo de un posible colapso del terreno El buen comportamiento que han tenido la
mayoriacutea de ellas se debe fundamentalmente a que no se ha producido ninguacuten tipo de
humedecimiento En contraste los dantildeos son serios en aquellas obras que los han sufrido
Por todo ello es un deber de los investigadores a ingenieros buscar nuevas soluciones
econoacutemicas que permitan disminuir los riesgos y por ende los dantildeos en este tipo de obras
Uno de los caminos en tal sentido es el estudio de estructuras que absorban o minimicen
los posibles asentamientos diferenciales provocados por el humedecimiento localizado del
suelo sin un aumento excesivo de los costos
114 Estructuras yo fundaciones que admiten y resisten los fenoacutemenos provocados
por el colapso
El anaacutelisis de este apartado se centraraacute principalmente en el estudio de las fundaciones
superficiales en suelos potencialmente colapsables ya que el otro gran grupo de soluciones
fundaciones profundas mediante pilotes seraacute objeto de un examen detallado en los
apartados siguientes
La lista de estructuras que se asientan directamente sobre mantos de suelos potencialmente
colapsables es amplia entre ellas pueden sentildealarse viviendas unifamiliares construcciones
transitorias galpones ductos enterrados canales caminos etc
Las fundaciones directas sobre suelos colapsables pueden ser divididas en dos grupos
a) Fundaciones riacutegidas utilizadas principalmente en estructuras livianas y con cargas
puntuales por ejemplo torres de liacuteneas de alta tensioacuten columnas de naves industriales o
depoacutesitos En general este tipo de estructuras tienen algunos rasgos comunes como son por
ejemplo cargas verticales bajas cargas horizontales importantes y en general suelen
aceptar asentamientos admisibles mayores
b) Fundaciones de baja rigidez longitudinal en este caso se trata de estructuras con cargas
lineales (muros de carga canales etc) con baja rigidez en el sentido de las cargas Este tipo
de estructuras son sensibles a humedecimientos localizados del terreno que generan
asientos diferenciales importantes En general las medidas que suelen tomarse para
disminuir los efectos de los asientos diferenciales son las siguientes disentildeo de elementos
que rigidicen la estructura (Clemence Y Finbarr 1981) y el disentildeo de elementos
constructivos que eviten
RECAPITULACIOacuteN
Definido el concepto de colapso el estudio se ha enfocado al anaacutelisis de los suelos
colapsables por humedecimiento En esta clase particular de suelos metaestables el agente
externo que desencadena el fenoacutemeno de colapso es el agua En estos suelos un incremento
de humedad puede provocar una disminucioacuten o anulacioacuten de las fuerzas que vinculan unas
partiacuteculas con otras y por lo tanto cambiar el estado de equilibrio en la estructura del suelo
El colapso de la estructura del suelo depende fundamentalmente de dos causas a) de la
importancia de los cambios provoca dos por el agua en los viacutenculos existentes entre las
partiacuteculas y b) del estado tensional en los viacutenculos O sea para que se produzca el colapso
es necesario un agente sensibilizante y un estado tensional capaz de provocar la des-
estabilizacioacuten de la estructura del suelo
Por este motivo los meacutetodos que mejor reflejan la susceptibilidad al colapso de un suelo
son aquellos basados en ensayos mecaacutenicos donde ambos factores estaacuten presentes
La gran subdivisioacuten que se hace a los suelos colapsables parte precisamente de verificar
coacutemo es el comportamiento del suelo en su estado tensional original o bajo su propio
peso Si se produce el colapso bajo este estado se indica que el suelo es verdaderamente
colapsable o autocolapsable en cambio si el fenoacutemeno no se produce se sentildeala que el
suelo es candicionalmente colapsable o colapsable bajo carga
En este contexto diversos investigadores introducen el concepto (tambieacuten tensional) de
Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) o Presioacuten de Fluencia Saturada (σf) como aquella
presioacuten a la cual se produce el colapso Desde un punto de vista teoacuterico esta presioacuten deberiacutea
ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero desde un punto de vista praacutectico se
asume que una pequentildea magnitud del colapso es permisible Por ejemplo las normas
Sovieacuteticas Lo toman igual al 100 las Chinas igual al 150 En cambio en Argentina se
utiliza maacutes la Presioacuten de Fluencia Saturada que se obtiene de forma similar a la Presioacuten de
Preconsolidacioacuten No obstante esta diferencia metodoloacutegica en ambos casos el concepto es
el mismo
Con respecto a las metodologiacuteas usadas para establecer la susceptibilidad al colapso de un
suelo o de un perfil de suelo han sido analizadas las que utilizan el concepto de Presioacuten
Inicial de Colapso y la magnitud del colapso Esta seleccioacuten se realizoacute fundamentalmente
por las siguientes causas primero porque se hacen en base a ensayos mecaacutenicos donde
intervienen el agente externo (el agua) y el estado tensional del suelo y segundo porque
permiten establecer ya sea a traveacutes de un perfil de colapsabilidad o la magnitud del
colapso coacutemo seraacute realmente el comportamiento del terreno ante las solicitaciones
producidas por la obra de ingenieriacutea
Los perfiles de colapsabilidad relacionan en profundidad el peso propio de las tierras con
la Presioacuten Inicial de Colapso esto permite determinar el espesor de suelos autocolapsables
o el espesor de los suelos que colapsaraacuten si ademaacutes del humedecimiento se aumenta el
estado tensional Estos perfiles son de gran ayuda al proyectista de fundaciones en suelos
colapsables dado que le permiten conocer en forma global la magnitud del problema al que
estaacute enfrentado No obstante su utilidad no termina alliacute sino que por el contrario estos
perfiles le permiten tomar decisiones sobre cuaacuteles son las soluciones ingenieriles maacutes
convenientes del proyecto Pues con su ayuda se podraacute seleccionar el meacutetodo de
mejoramiento del terreno la cota de fundacioacuten de una fundacioacuten profunda la magnitud de
la carga por rozamiento negativo etc
La determinacioacuten de la magnitud del colapso de un perfil de suelo usada como
metodologiacutea de clasificacioacuten tambieacuten es de utilidad en el disentildeo de construccioacuten de obras
de ingenieriacutea en suelos colapsables Sobre todo en la caracterizacioacuten del terreno de grandes
aacutereas ya sea en obras lineales (canales caminos etc) o puntuales (complejos fabriles obras
hidraacuteulicas etc) dado que cada perfil de suelo estaacute caracterizado por un paraacutemetro lo cual
permite el manejo de un nuacutemero importante de informacioacuten Obviamente esta metodologiacutea
tambieacuten es de gran use en cualquier tipo de obras independientemente de su tamantildeo a
importancia
En un abundante nuacutemero de proyectos no es suficiente haber realizado una caracterizacioacuten
o clasificacioacuten del terreno sino que es necesario determinar la magnitud de los
asentamientos que pueden producirse en las obras Los asentamientos por colapso depende
baacutesicamente de dos tipos de factores intriacutensecos y extriacutensecos
Se sentildealan como intriacutensecos aquellos factores propios del suelo como son sus propiedades
fiacutesicas y mecaacutenicas El comportamiento del suelo dependeraacute del tipo de estructura o la
forma en que estaacuten ordenadas las partiacuteculas del grado de compacidad del tipo de viacutenculos
que unen grano con grano etc Estos factores en general no se encuentran
homogeacuteneamente distribuidos por lo cual los paraacutemetros que definen sus propiedades
tenso-deformacionales pueden sufrir variaciones locales importantes
Los factores externos que influyen en la magnitud de los asentamientos son dos el aacuterea
inundada y el estado tensional Estos dos factores influyen considerablemente en la
magnitud de los asentamientos por colapso y por tal motivo deben ser analizados
especiacuteficamente en los caacutelculos Respecto al primero de los factores a pesar que se han
realizado importantes trabajos teoacutericos la informacioacuten experimental indica que todaviacutea
existe cierta indeterminacioacuten en su estimacioacuten Por tal motivo la influencia del aacuterea
inundada en la magnitud de los asentamientos se limita a realizar correcciones de tipo
empiacuterico En cuanto a la influencia que el estado tensional tiene en los asentamientos las
investigaciones se han centrado especialmente en el estudio de cargas externas (zapatas) en
la superficie del terreno
ENSAYOS ldquoin siturdquo Perforacioacuten y muestreoEnsayos ldquoin siturdquo
o Ensayo de penetracioacuten estandar (SPT)o Ensayo de penetracioacuten de cono (CPT + CPTu)o Dilatoacutemetro de placa plana (DMT)o Presuroacutemetro (PMT)o Corte en veleta (VST)10487131048713 Meacutetodos geofiacutesicoso Ondas siacutesmicas (P- S- R-waves)o Electromagneacuteticas (radar resistividad)
EQUIPOS AUTOPROPULSADOS
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)1048713El ensayo ldquoin siturdquo maacutes comuacuten en el mundo10487131902 - Coronel Gow de Raymond Pile Co1048713 Muestreador ciliacutendrico partido1048713 Norma ASTM D 15861048713 Martillo (140-lbs cae 30 pulgadas) (635-kg cae 076 metros)1048713 Tres incrementos de 6 pulgadas Suma de los dos uacuteltimos incrementos = N (golpespieacute)
Se obtiene suelo y
un nuacutemero
Muestra alterada
(Solo para
caraterizacioacuten)
Nuacutemero muy crudo
para el anaacutelisis
No aplicable en
Ventajas
arcillas blandas y
Limos
Variabilidad e
incertidumbre
se obtiene un nuacutemero
Sencillo y de bajo
Costo
Funciona en muchos
tipos de suelo
Se puede utilizar en
rocas blandas
Disponible
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Estos suelos en condiciones de no saturacioacuten o saturacioacuten parcial presentan continuamente un reacomodo radical de las partiacuteculas y una gran peacuterdida de volumen por remojo osea al entrar al estado de saturacioacuten completa La existencia de estos suelos en el mundo y las dificultades ocasionadas a las edificaciones cimentadas sobre ellos han sido reconocidos ampliamente Los depoacutesitos maacutes extensos de suelos colapsables son eoacutelicos o depoacutesitos transportados de arena y limos (loess)Se puenden encontrar comuacutenmente en las maacutergenes fluviales
Desventajas
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Depoacutesitos eoacutelicos Estos depoacutesitos consisten en materiales transportados por el viento el cual forma dunas depoacutesitos tipo loess playas eoacutelicas y grandes depoacutesitos de ceniza volcaacutenica
Depoacutesitos transportados por agua Consisten principalmente de depoacutesitos de sedimentos sueltos a carreados por el agua los cuales forman abanicos fluviales y flujos deslizantes Estos materiales pueden ser depositados por una avenida repentina o flujo de lodo derivado de pequentildeas cuencas colectoras sujetas a aguaceros poco frecuentes
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Suelos residuales Estos suelos son producto del intemperismo y la
desintegracioacuten y alteracioacuten mecaacutenica de rocas madres Las partiacuteculas de
material residual pueden variar de tamantildeo de grandes fragmentos de
gravas a arenas limos coloides y en algunos casos material orgaacutenico
La estructura del grano colapsable se ha desarrollado como producto de
la accioacuten disolvente sobre el material soluble y coloidal La lixiviacioacuten del
material soluble y del material fino conduce a una alta relacioacuten de vaciacuteos
y a una estructura inestable Otro tipo de suelo que muestra colapso al
remojo son aquellos derivados de tufo volcaacutenico
sulfato de calcio arenas sueltas cementadas por sal soluble arcillas
dispersivas y arcillas montmorilloniacuteticas ricas en sodio
CAUSAS QUE GENERARIacuteAN DICHO COMPORTAMIENTO- Estructura parcialmente saturada potencialmente inestable- Una componente de esfuerzo aplicado o existente lo suficientemente alta para desarrollar una condicioacuten metaestable- Un ligante resistente o un agente cementante para estabilizar contactos intergranulares el cual se reduce por remojo ocasionando el colapso La mayoriacutea de suelos colapsables involucra la accioacuten de partiacuteculas arcillosas en los enlaces entre los granos gruesos de arena-Agentes cementantes tales como oacutexido de hierro carbonato de calcio o la soldadura de granos en contacto proporcionan esfuerzos resistentes para muchos suelos colapsables La accioacuten de este cementante es frecuentemente el agente principal de colapso en loess El grado al cual el agente cementante pierde su efectividad depende del grado de contaminacioacuten del ingreso del agua y del grado de disolucioacuten del agente cementante involucrado
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
CONSOLIDOacuteMETRO PARA ENSAYO DE COLAPSO
Se procede a cortar el suelo de acuerdo con las dimensiones del anillo
del ensayo de consolidacioacuten unidimensional Determinar sus
propiedades fiacutesicas tales como humedad natural peso volumen
gravedad especiacutefica de soacutelidos liacutemites de consistencia distribucioacuten
granulomeacutetrica seguacuten las normas
Se instala la muestra en el anillo del consolidoacutemetro despueacutes de haber
determinado el peso inicial de la masa huacutemeda y altura de la muestra y
fijar el conjunto anillo-muestra en el consolidoacutemetro Aplicar una carga
de contacto 005 kgcm2 (5 Kpa) despueacutes de 5 min tomar lectura del
deformiacutemetro aplicar incrementos de carga a cada hora hasta que se
aplique la presioacuten vertical apropiada Los incrementos de carga seraacuten
012 025 050 100 200 etc Kgcm2 (12 25 50 100 200 etc) o
cargas de acuerdo al meacutetodo de ensayo ASTM D2435 registrar la
deformacioacuten antes de incrementar una nueva carga
Determinacioacuten del potencial de colapso
donde
di = lectura del dial con el esfuerzo adecuado antes de la saturacioacuten (mm)
df = lectura del dial bajo el esfuerzo adecuado despueacutes del humedecimiento (mm)
ho = altura inicial de la muestra (mm)
Tmbieacuten se puede evalua en teacuterminos de relacioacuten de vaciacuteos
dondeΔe = cambio de relacioacuten de vaciacuteos bajo el esfuerzo adecuado antes y despueacutes de la inundacioacuteneo = relacioacuten de vaciacuteo inicialLa evaluacioacuten de un suelo colapsable seraacute de acuerdo a la siguiente tablaCon todo lo epxlicado concluimos que el colapso de los suelos es la disminucioacuten moderada de volumen cuando estaacute con bajo contenido de humedad y una gran peacuterdida cuando estaacute sumergido y la magnitud de asentamiento depende del contenido de humedad del suelo En estado sumergido y bajo la aplicacioacuten de cargas verticales los suelos colapsables presentan un mayor asentamiento Los suelos colapsables existen en todo el mundo principalmente en la regiones aacuteridas y semiaacuteridas nuevamente comentando que los depoacutesitos eoacutelicos coluviales residuales tubos volcaacutenicos etc son suelos que pueden ser colapsables
Definicioacuten de colapso Se definen como colapso a cualquier disminucioacuten raacutepida de volumen del suelo producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factoresbull Contenido de humedad (w) bull Grado de saturacioacuten (Sr) bull Tensioacuten media actuante (τ) bull Tensioacuten de corte (σ) bull Presioacuten de poros (u)
TIPOS DE SUELOS COLAPSABLESLos tipos de suelos colapsables son
- Suelos aluviales y coluviales ndash Depositados en ambientes Semi-deseacuterticos por flujos maacutes o menos torrenciales- Suelos eoacutelicos ndash Depositados por el viento son arenas y limos arenosos con escaso cemento arcilloso en una estructura suelta o inestable
- Cenizas volcaacutenicas ndash Provenientes de cenizas arrojadas al aire por actividad volcaacutenica explosiva- Suelos residuales ndash Derivados de la descomposicioacuten in ndash situ de minerales de ciertas rocas son luego lixiviados por el agua y pierden su cemento
CONSECUENCIAS EN CIMENTACIONES
Patologiacuteas en cimentaciones Posibles causas
Introduccioacuten
De todos los posibles tipos de patologiacutea que puede sufrir la edificacioacuten las estadiacutesticas demuestran que son las patologiacuteas ligadas a las cimentaciones las que mayores costes globales conllevan Ademaacutes tienen gran repercusioacuten social lo que las hace maacutes notorias por la complejidad propia de su reparacioacuten porque suponen una fuerte alteracioacuten y hasta interrupcioacuten del uso del inmueble y porque suelen involucrar a colindantes e incluso poderes puacuteblicos Urge como en ninguacuten otro caso determinar las causas y cuanto antes dar una solucioacuten al problema
Causas intriacutensecas de fallos de cimentacioacuten
Se agrupan aquiacute los fallos de cimentacioacuten consecuencia de la interaccioacuten entre el terreno y la propia cimentacioacuten de la construccioacuten afectada
Defectos de proyecto
Son errores de concepcioacuten de disentildeo o caacutelculo del proyecto Son errores previsibles por lo que si se tienen en cuenta en el disentildeo y caacutelculo de la edificacioacuten el riesgo de que provoquen dantildeos se minimizaEnumeramos aquiacute no todas pero siacute algunas de las posibles causas de problemas derivadas del proyectobull Falta de capacidad de carga cimentacioacuten insuficiente o capacidad
de carga del suelo insuficientebull Esfuerzos no contemplados por ej por olvido de algunas
sobrecargas de explotacioacutenbull Conocimiento insuficiente del suelo Lo que deriva en la ignorancia
de riesgos especiales geoteacutecnicos Las causas pueden ser escasez de reconocimientos previos del terreno mala interpretacioacuten de los mismos no consideracioacuten de los fenoacutemenos de agresividad etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Cobra importancia en terrenos con especiales caracteriacutesticas
Arcillas expansivas
Suelos colapsables
Rellenos antroacutepicos
Suelos blandos naturales
Infravaloracioacuten del riesgo geoteacutecnico conocido eacuteste Casos asiacute pueden ser desprecio de los efectos que produce la falta de homogeneidad de un suelo o las distintas profundidades de aparicioacuten de la roca en planta desprecio de los efectos de la potencial expansividad o de posible subpresioacuten o fenoacutemenos de subsidencias procesos de disolucioacuten etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONESbull Defectos en la evaluacioacuten del terreno asientos calculados no
tolerables por la estructura esfuerzos paraacutesitos en pilotes (olvido del efecto de asiento de terrenos flojos o rellenos recientes) etc
bull Efecto grupo en pilotes defectuosa estimacioacuten del efecto grupo en pilotes flotantes no consideracioacuten de los esfuerzos laterales o del rozamiento negativo etc
bull Ausencia de consideracioacuten del bulbo de tensiones de la cimentacioacuten propia y su alcance Pero tambieacuten de cimentaciones colindantes que podriacutean suponer una carga oblicua sobre nuestra cimentacioacuten habraacute que considerarla en caacutelculo y prever un proceso constructivo adecuado (no vayamos a provocar dantildeos a otras edificaciones)
bull Ignorancia de las condiciones de contorno es decir no consideracioacuten de las condiciones del entorno de la estructura
proyectada posibles socavaciones arrastres descalces agotamientos rebajamientos de nivel freaacutetico etc
bull Heterogeneidades distribucioacuten irregular de las cargas o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentacioacuten
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Defectos de ejecucioacuten
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecucioacuten de eacutestos Los defectos de ejecucioacuten normalmente responden a un deficiente Control de Calidad Por tanto en principio son evitablesAlgunos errores de ejecucioacuten podriacutean serbull Apreciacioacuten erroacutenea de los estratos resistentes confundidos con
capas de poco espesor bolos erraacuteticos etcbull Errores de replanteo bull Mala calidad de los materiales en especial hormigones Deterioro
de zapatas losas o muros por escasa calidad de los materiales grietas de retraccioacuten por mala dosificacioacuten del hormigoacuten materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto etc
bull Degradacioacuten del material suele ir unido al anterior hormigoacuten no resistente a la agresividad del terreno recubrimientos insuficientes madera metal etc
bullCAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Lavado del hormigoacuten en cimentaciones superficiales o profundas colocado en presencia de aguas en movimiento
Errores en la colocacioacuten de armaduras confusioacuten de diaacutemetros de armado ausencia de separadores etc
Problemas de fraguado unidos a errores de vertido de dosificacioacuten de curado
Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio cortadas lavadas) o de baja calidad y excesiva carga portante de caacutelculo
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
4 Un aumento gradual y lento del contenido de agua debido por ejemplo a la
condensacioacuten del vapor y una acumulacioacuten de humedad causada por cambios en las
condiciones ambientales (pavimentacioacuten de la superficie del terreno)
En cuanto a la forma y las dimensiones del aacuterea humedecida se ha demostrado
experimentalmente que los asentamientos por colapso calculados con la ecuacioacuten indicada
arriba son soacutelo aplicables cuando la superficie de saturacioacuten o fuente de humedecimiento
es del orden de 23 a 1 vez el espesor de los sedimentos colapsables (Krutov y Dyakonov
1973) En cambio cuando esta relacioacuten es menor y la zona humedecida se aparta de la
supuesta unidimensional los asentamientos reales son sustancialmente menores a los
calculados
Por tal motivo algunos investigadores coinciden en afirmar que dicha ecuacioacuten debe estar
afectada de un coeficiente (m) que tenga en cuenta el tipo la forma y las dimensiones del
aacuterea humedecida
m = f (B L Z)
donde B y L son el ancho y largo de la fuente de inundacioacuten y Z el espesor de la zona
humedecida Asiacute en la ex URSS es habitual afectar a los asentamientos calculados por un
coeficiente llamado de condiciones de campo o de operacioacuten
Este coeficiente es pues la relacioacuten entre el asentamiento real medido en el terreno y el
calculado De modo que
84 Estado tensional
La magnitud del asentamiento adicional por colapso es funcioacuten de la tensioacuten actuante en el
manto de suelo considerado Si se analiza el caso particular de una zapata apoyada sobre la
superficie del terreno el asentamiento adicional por colapso seraacute funcioacuten de la forma y las
dimensiones de aacuterea cargada del espesor del manto susceptible al colapso y del tipo y la
forma de la zona humedecida Sin embargo se ha comprobado experimentalmente que si el
espesor de los mantos de suelos colapsables que se encuentran por debajo de la zona
comprimida es suficientemente importante como para que pueda colapsar por peso propio
la amplitud del asentamiento no depende praacutecticamente de la forma y de las dimensiones de
las fundaciones (Abelev y Abelev 1979)
En las numerosas experiencias realizadas sobre zapatas a escala real se ha comprobado que
los asentamientos adicionales por colapso medidos pueden llegar a ser entre 15 a 2 veces
mayores que los calculados sobre todo en zapatas con anchos inferiores a los 20 m de
ancho (Abelev y Abelev 1979)
Estas divergencias entre el valor de los asentamientos calculados y los reales pueden
atribuirse a varios factores entre los cuales pueden sentildealarse
c) La eleccioacuten del espesor del manto de suelos colapsables o susceptibles a sufrir un
asentamiento adicional ha sido largamente discutido Asiacute Kodrynova (1969) en base a
ensayos de zapatas a escala real pudo establecer las dimensiones de la zona realmente
deformada Confirmando que la profundidad de la zona deformada era menor que la
profundidad que por ejemplo estableciacutean las Normas Sovieacuteticas vigentes en ese momento
Estas Normas haciacutean soacutelo consideraciones tensionales y fijaban la profundidad del manto
como aqueacutella para la cual la relacioacuten entre el valor de la carga adicional debida a la zapata
(Δσ) y el de la presioacuten natural (σ0) se haciacutean igual a 020 Kodrynova (1969) comproboacute
que el criterio maacutes adecuado para establecer este espesor era usar el concepto de resistencia
estructural o Presioacuten Inicial de Colapso sugerido por Abelev en 1968 Asiacute observoacute que la
zona deformada se correspondiacutea muy bien con aquellos lugares donde los valores de
tensiones totales (σz) eran mayores al valor de la Presioacuten Inicial de Colapso (δicol) Por
tanto concluyoacute que el espesor Zo puede definirse como la profundidad en la cual se
comprueba que
Esto coincide con lo advertido por Grigoryan (1967) en ensayos de zapatas cuadradas y
rectangulares en donde solamente se observaron asentamientos en la masa del suelo
cuando la tensioacuten actuante era mayor al valor de la Presioacuten Inicial de Colapso (δicol)
Por lo tanto se puede concluir que no existen reglas praacutecticas -como las que existen en
otros tipos de suelos- que puedan dar valores indicativos de la relacioacuten entre el ancho de la
cimentacioacuten y el espesor del manto deformable Sin embargo de lo que siacute hay abundante
evidencia es que la zona deformada generalmente aumenta cuando aumenta el contenido de
humedad (Tsytosich et al 1979)
b) La distribucioacuten de tensiones en la masa de un suelo colapsable provocada por una zapata
riacutegida se asemeja a la de un medio seminfinito y elaacutestico (error entre 20 a 30) soacutelo
cuando el suelo estaacute a humedad natural y la tensioacuten no sobrepasa los 30 kgcm2
(Grigoryan 1967) Tsytosich et al (1979) comprobaron experimentalmente esta afirmacioacuten
observando que a posteriori de la inundacioacuten del suelo el cambio tensional sobre la vertical
en el borde y en el centro de la zapata aumentan Se advierte que durante el proceso de
inundacioacuten del suelo ubicado debajo de la zapata se produce una concentracioacuten de
tensiones bajo la zapata disminuyendo el aacuterea en donde se distribuyen las cargas Seguacuten
Abelev y Abelev (1979) esto puede explicarse porque las relaciones tensioacuten-deformaciones
de los suelos macroporosos no son lineales a estos niveles de tensioacuten
9 METODOS DE IDENTIFICACIOacuteN
91 Aspectos generales
A partir de la deacutecada de los antildeos 50 se generoacute una preocupacioacuten manifiesta por parte de
diferentes investigadores en identificar y clasificar la potencialidad al colapso en los
distintos suelos
Estos intentos a escala mundial se han enfrentado fundamentalmente con dos
inconvenientes o limitaciones como son
1 La gran variedad de tipos de suelos que colapsan por humedecimiento Asiacute por
ejemplo meacutetodos probados en ciertos paiacuteses o regiones en determinados tipos de suelos no
han podido hacerse extensivos a suelos de otras zonas cuyo origen geoloacutegico y geneacutetico es
francamente diferente
2 La frecuente heterogeneidad de los suelos colapsables por humedecimiento En este
sentido hay coincidencia entre los investigadores que han estudiado suelos colapsables de
distinto origen geoloacutegico Asiacute pueden encontrarse referencias tanto en investigadores que
analizaron suelos lateriacuteticos o de origen eoacutelico como el loess (Abeley y Abeley 1979
Moretto 1986) que en principio suelen considerarse como suelos homogeacuteneos Es
frecuente encontrar una variacioacuten en el grado de cementacioacuten (por ejemplo debido a
carbonatos) en soacutelo algunos centiacutemetros En otros casos esta heterogeneidad es debida a la
presencia de grandes macroporos dejados por raiacuteces o insectos
Esto ha llevado a una gran variedad de metodologiacuteas para establecer la susceptibilidad al
colapso de los suelos y una anarquiacutea en la terminologiacutea empleada en los diferentes paiacuteses
para su clasificacioacuten Sin embargo en la mayoriacutea de los casos los diferentes investigadores
o coacutedigos han tendido a discretizar el comportamiento del suelo frente al colapso en dos
grupos suelos que colapsan bajo peso propio y suelos que colapsan bajo una carga mayor
Rocca (1985) ha confeccionado una tabla de equivalencias con la denominacioacuten que
reciben en los distintos paiacuteses
82 Clasificacioacuten de los meacutetodos de identificacioacuten de suelos colapsables
En cuanto a los tipos de meacutetodos de identificacioacuten propiamente dichos varios han sido los
enfoques que se han propuesto Estos podriacutean clasificarse en tres grupos
1048713 Meacutetodos basados en paraacutemetros fiacutesicos de identificacioacuten de suelos tales como Peso
Unitario Liacutemites de Consistencia Granulometriacutea etc
1048713 Meacutetodos basados en ensayos mecaacutenicos principalmente en ensayos edomeacutetricos
1048713 Meacutetodos basados en la magnitud del colapso
Existe una abundante bibliografiacutea sobre los diferentes meacutetodos de clasificacioacuten a
identificacioacuten en las cuales se ha realizado un anaacutelisis criacutetico sobre los diferentes meacutetodos
como las ya referidas de Rocca (1985) y Redolfi et al (1986) y otras como las de Sultan
(1969) Reginatto (1970 1974) Loacutepez Corral (1977) Jimeacutenez Salas (1987) y Lutenegger y
Saber (1988) Por lo tanto en este apartado no se insistiraacute en ello sino maacutes bien se haraacute un
enfoque general del problema y se presentaraacuten aquellos conceptos v meacutetodos que
posteriormente seraacuten utilizados en el desarrollo de estas notas
Meacutetodos basados en paraacutemetros fiacutesicos de suelos
En general la mayoriacutea de estos meacutetodos de identificacioacuten tienen maacutes bien un caraacutecter
cualitativo que cuantitativo pretendiendo ubicar el suelo analizado en algunos de los
grupos mencionados en (36) La clasificacioacuten consiste habitualmente en establecer si el
suelo es autocolapsable (colapsable bajo su propio peso) o bien si es condicionalmente
colapsable (colapsable bajo carga externa)
En estas notas solamente se analizaraacuten tres de ellos que tienen en comuacuten que relacionan el
liacutemite liacutequido y el peso unitario seco
a) Denison (1961) establece el Coeficiente de Colapso (k) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando la relacioacuten de vaciacuteos del suelo en estado natural (e) es mayor
que la relacioacuten de vaciacuteos correspondiente al Liacutemite Liacutequido (eL )
b) Gibbs (1961) establece una Relacioacuten de Colapso (R) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando la humedad de saturacioacuten del suelo (wSAT) es mayor que el
Liacutemite Liacutequido (wL )
c) Coacutedigo de edificacioacuten de la URSS (1962) establece un Indice de Colapso (R) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando R es mayor de -010
En se han superpuesto los puntos correspondientes a pares de valores del peso unitario
seco y el Liacutemite Liacutequido de suelos de la ciudad de Coacuterdoba Argentina (Redolfi et al
1986) De ella se desprende que los valores de los paraacutemetros obtenidos son valores tiacutepicos
de la formacioacuten loeacutessica de Coacuterdoba y que para todas las metodologiacuteas aquiacute presentadas la
gran mayoriacutea de los suelos son colapsables puesto que estaacuten incluidos dentro de las zonas
que los clasifican colapsables
Meacutetodos basados en ensayos edomeacutetricos
Estos meacutetodos estaacuten basados en la Presioacuten Inicial de Colapso o Presioacuten de Fluencia La
determinacioacuten del grupo al cual pertenece el suelo estudiado (auto colapsable o colapsable
bajo carga) se realiza comparando la presioacuten de tapada o geostaacutetica con la presioacuten a la cual
se produce el colapso Asumiendo como hipoacutetesis que el colapso por humedecimiento
ocurre soacutelo a partir de una cierta presioacuten por encima de la cual la resistencia estructural del
suelo es superada
La magnitud de esta presioacuten para la cual se produce el desmoronamiento de la estructura
del suelo ha sido designada por algunos autores como
1048713 Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) (Abelev y Abelev 1979) o
1048713 Presioacuten de Fluencia Saturada (σf sat) (Reginatto 1970)
Experimentalmente se ha demostrado que cuando la presioacuten total en el suelo (σt) ya sea
por cargas externas yo peso propio es menor que esta magnitud no se producen
asentamientos de colapso por humedecimiento Krutov y Tarasova (1964) sentildealan
acertadamente que desde un punto de vista teoacuterico la Presioacuten Inicial de Colapso o Presioacuten
de Fluencia deberiacutea ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero concluyen que
desde un punto de vista praacutectico una pequentildea magnitud de colapso puede asumirse como
permisible Siguiendo este concepto por ejemplo las Normas Sovieacuteticas SNIP definen a la
Presioacuten Inicial de Colapso como aquella presioacuten para la cual en una probeta instalada en un
edoacutemetro se produce un colapso relativo unitario igual a 001 o porcentual del 100
δicol = 001 = 10
En se han representado las curvas presioacuten-deformaciones unitarias de dos ensayos
edomeacutetricos del mismo suelo uno a humedad natural y el otro en estado saturado El
colapso relativo (δicol) es igual a
δicol = εHN - εSAT
donde εHN = Deformacioacuten unitaria a humedad natural
εSAT = Deformacioacuten unitaria en estado saturado
En tanto Reginatto (1970) define a la Presioacuten de Fluencia saturada de un suelo colapsable
de la misma forma en que se establece la presioacuten de preconsolidacioacuten de una arcilla
saturada en un ensayo edomeacutetrico
En se presenta la correlacioacuten que realizan Lin y Wang (1988) entre los valores de la
Presioacuten de Fluencia Saturada y la Presioacuten Inicial de Colapso (el Coacutedigo Chino la establece
para un valor de δicol = 150) Se puede observar que aproximadamente se establece una
relacioacuten directa entre ellas Esto no es de extrantildear puesto que conceptualmente ambas
definiciones tratan de fijar la presioacuten a la cual la estructura del suelo saturado comienza a
colapsar
Los numerosos intentos realizados en ensayos in situ para comprobar la validez de esta
hipoacutetesis (Krutov y Tarasova 1964 Abelev y Abelev 1979) parecen indicar a primera
vista que las predicciones tienen buen acuerdo con la realidad en muchos casos pero en
cambio en otros la diferencia entre lo predecido y lo sucedido es importante sobre todo en
aquellos casos referidos al colapso por peso propio
Meacutetodos basados en la magnitud del asentamiento por colapso
Los meacutetodos basados en la magnitud del asentamiento por colapso se fundan en determinar
la magnitud del mismo de un perfil de suelos en un lugar determinado debido solamente a
su peso propio
Asiacute por ejemplo la Clasificacioacuten Rumana de Suelos Loeacutessicos Colapsables (LCS) define
el Potencial Total de Colapso (Img) (Bally et al1973) como
donde Hj es el espesor del estrato j en metros y img es el asentamiento edomeacutetrico
adicional de una muestra de estrato j inundada a una presioacuten igual al peso propio de las
tierras (σ0 ) expresado en cmm
El Coacutedigo de Construccioacuten de Edificios de la Repuacuteblica Popular China en regiones de
suelo colapsables sigue un criterio similar (Lin y Liang 1982 Lin y Wang 1988) La
evaluacioacuten de la susceptibilidad al colapso en un determinado sitio se realiza en dos etapas
En primer lugar se evaluacutea su aptitud al autocolapso y se determina el Tipo de sitio (Tipo
1 o Tipo 2)
La magnitud del colapso por peso propio Δzc se obtiene de forma similar a la utilizada por
Bally et al (1973) en Rumania sumando los asentamientos individuales de los n estratos
colapsables del perfil
donde Hj es el espesor de estrato en cm y δzsj es el coeficiente de colapsabilidad del estrato
j en cmcm o en por ciento obtenido por medio de ensayos edomeacutetricos en los cuales
primero se carga el suelo hasta la presioacuten por peso propio y luego se inunda la muestra
donde Hj es el espesor de estrato en cm y δzsj es el coeficiente de colapsabilidad del estrato
j en cmcm o en por ciento obtenido por medio de ensayos edomeacutetricos en los cuales
primero se carga el suelo hasta la presioacuten por peso propio y luego se inunda la muestra
La sumatoria soacutelo tiene en cuenta aquellos valores de δzs jmayores de 0015
Si Δzs lt 7 cm se considera al suelo no autocolapsable por humedecimiento y se clasifica
al lugar como sitio TIPO 2 Si en cambio Δzs gt 11 cm se considera al suelo
autocolapsable por humedecimiento y se lo clasifica como sitio TIPO 1
Por uacuteltimo si 7 cm lt Δzs lt 11 cm el tipo de sitio debe ser determinado despueacutes de un
exhaustivo estudio de la geomorfologiacutea estratigrafiacutea y caracteriacutesticas estructurales del
suelo
El Coacutedigo tambieacuten establece que la magnitud del colapso por peso propio (Δzs) tambieacuten
puede ser determinada directamente en el terreno a traveacutes de una balsa o laguna de
infiltracioacuten de dimensiones especiacuteficas
La segunda etapa de la evaluacioacuten de la colapsabilidad consiste en establecer el Grado de
Colapsabilidad del suelo de cimentacioacuten Para ello se carga a las muestras representativas
de cada uno de los estratos a una presioacuten de 200 kPa y luego se las inunda La magnitud del
colapso se obtiene
donde δsj es el Coeficiente de colapsabilidad del estrato j en cmcm para una presioacuten de
200 kPa La sumatoria soacutelo tiene en cuenta valores de Δs mayores de 0015
donde δsj es el Coeficiente de colapsabilidad del estrato j en cmcm para una presioacuten de
200 kPa La sumatoria soacutelo tiene en cuenta valores de Δs mayores de 0015
SOLUCIONES INGENIERILES EN SUELOS COLAPSABLES
111 Consideraciones generales
La primera cuestioacuten que debe analizarse cuando se disentildean cimentaciones en suelos
susceptibles al colapso es la probabilidad que el agente desencadenante del fenoacutemeno el
agua pueda o no introducirse en el terreno y por ende sensibilizar al suelo en donde se
apoyaraacuten las estructuras Por definicioacuten sin la presencia del agua el suelo no colapsa Esta
cuestioacuten es significativa puesto que pueden existir numerosos casos en donde la
probabilidad que el agua se infiltre en el suelo sea lo suficientemente baja como para
analizar la posibilidad de fundar la estructura considerando el comportamiento del suelo en
su estado natural Por lo tanto cuando se hable de suelos potencialmente colapsables por
humedecimiento no debe pensarse uniacutevocamente en las soluciones ingenieriles que se
utilizan en suelos colapsables
Hecha esta aclaracioacuten a continuacioacuten se trataraacute de ofrecer un panorama de las distintas
soluciones ingenieriles que se adoptan en suelos colapsables por humedecimiento cuando
las probabilidades de que se produzca el fenoacutemeno son altas
El objetivo central de todas estas soluciones es prevenir las fallas estructurales o de servicio
que pueden sobrevenir sobre las estructuras construidas sobre estratos de suelos
colapsables
Aitchison (1973) divide a estas soluciones en
a) Tratamiento del suelo colapsable con vista a eliminar la tendencia al colapso a lo largo
de todo el estrato de suelos desmoronables
b) Disentildeo de elementos constructivos que eliminen o disminuyan a liacutemites razonables la
posibilidad que se inicie el colapso
c) Disentildeo de estructuras yo cimentaciones insensibles a los asentamientos provocados por
el colapso por ejemplo fundaciones profundas apoyadas sobre un manto profundo no
sujeto a los asentamientos por humedecimiento
El primer grupo de soluciones comprende los meacutetodos de mejoramiento de suelo por
medio de los cuales la susceptibilidad al colapso es eliminada modificando las propiedades
resistentes del suelo mediante la compactacioacuten o la cementacioacuten de los viacutenculos entre
partiacuteculas El segundo grupo incluye la adopcioacuten de medidas constructivas tendientes a
aislar el agua de manera de evitar o disminuir la presencia de condiciones favorables al
colapso admitiendo no obstante ciertos riesgos Finalmente el tercer grupo engloba tanto
las soluciones tradicionales por medio de fundaciones profundas como el disentildeo de
estructuras con fundaciones directas insensibles a los asentamientos diferenciales
provocados por el colapso del suelo En resumen en el primer grupo de soluciones se
interviene directamente en el suelo evitando asiacute el colapso en el segundo grupo se intenta
evitar que se produzca el colapso sin modificar el suelo y en el uacuteltimo grupo se construyen
estructuras yo fundaciones que admitan y resistan los fenoacutemenos provocados por el
colapso del suelo
Evstatiev (1988) sentildeala que los mejores resultados han sido alcanzados con una oacuteptima
combinacioacuten de las ventajas que individualmente tiene cada uno de los tres grupos La
experiencia ha probado que las medidas constructivas y las medidas de aislacioacuten del agua
por siacute solas no pueden resolver todos los problemas de inestabilidad que provoca el colapso
del suelo Asiacute la adopcioacuten de soluciones exclusivamente para la superestructura (por
ejemplo fundaciones profundas) sin un adecuado disentildeo que eviten dantildeos en los otros
elementos de la construccioacuten como pisos desaguumles etc han provocado serios dantildeos en
estas partes de la construccioacuten que podriacutean haber sido evitados aplicando medidas
tendientes a evitar el ingreso del agua en el terreno
La eficacia del disentildeo adoptado en cada caso depende en gran medida de la calidad de las
investigaciones geoteacutecnicas realizadas La informacioacuten baacutesica que eacutestas deben suministrar
son el espesor del manto de suelos colapsables y la magnitud del colapso bajo peso propio
o bajo carga de todos los estratos del perfil
Una incorrecta estimacioacuten de estos paraacutemetros puede llevar a proponer y construir
soluciones ingenieriles totalmente opuestas a las correctas La confeccioacuten de perfiles de
colapsabilidad como los presentados permiten establecer la existencia o no de suelos
autocolapsables sus espesores aproximados y la profundidad a la que se encuentran Esta
metodologiacutea de anaacutelisis es de gran ayuda por ejemplo en la eleccioacuten del procedimiento
idoacuteneo para estabilizar el terreno
A continuacioacuten se presenta una descripcioacuten de las distintas soluciones ingenieriles maacutes
utilizadas en este tipo de suelos En primer lugar se analizan el primer grupo de soluciones
que se ha englobado bajo el nombre de Mejoramiento de suelos continuando luego con los
otros dos grupos Medidas para evitar la iniciacioacuten del colapso y fundaciones yo
estructuras insensibles a los fenoacutemenos del colapso
112 Mejoramiento de suelos colapsables
Consideraciones previas
El objetivo principal de estas soluciones es eliminar o disminuir apreciablemente la
susceptibilidad al colapso del suelo bien disminuyendo la porosidad del suelo
(compactacioacuten) o bien aumentando la resistencia estructural entre las partiacuteculas del suelo
(meacutetodos fiacutesico-quiacutemicos) Una de las formas de clasificar los meacutetodos de mejoramiento o
estabilizacioacuten ha sido precisamente eacutesta o sea teniendo en cuenta la accioacuten resultante
sobre el suelo (Aitchison1973 Rocca1985) Sin embargo para el desarrollo y explicacioacuten
de los diferentes meacutetodos se ha elegido la clasificacioacuten propuesta por Evstatiev(1988) que
tiene en cuenta el medio usado para realizar la estabilizacioacuten y el objeto de la misma
Evstatiev (1988) propone la siguiente clasificacioacuten de los meacutetodos de estabilizacioacuten de
suelos loeacutessicos la cual puede hacerse extensiva a suelos colapsables
a) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacioacuten
b) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
c) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
d) Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
e) Meacutetodos de mejoramiento que incorporan elementos resistentes a la traccioacuten dentro del
suelo
f) Geomembranas
g) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por drenaje
h) Correccioacuten de taludes y terraplenes
A continuacioacuten siguiendo la clasificacioacuten antes expuesta se desarrollaran aquellas
metodologiacuteas de mejoramientos de suelos colapsables maacutes extendidas Desarrollaacutendose
principalmente los grupos abc y d puesto que incluyen una serie de acciones particulares
frente al fenoacutemeno del colapso En cuanto a los restantes grupos (e f g y h) las teacutecnicas de
mejoramiento del terreno utilizadas persiguen los mismos objetivos buscados en otros tipos
de suelos y en general la teacutecnica empleada es praacutecticamente la misma Por tal motivo y
puesto que se apartan un tanto del objeto de estas notas se estima conveniente no abundar
sobre ellas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacioacuten
Este grupo comprende varias de las metodologiacuteas usadas en suelos colapsables para reducir
los vaciacuteos de modo de eliminar la colapsabilidad reducir la permeabilidad y aumentar la
capacidad de carga Esto se realiza utilizando fuerzas estaacuteticas o dinaacutemicas o bien a traveacutes
de la inyeccioacuten de lechadas
Compactacioacuten dinaacutemica Este meacutetodo es adecuado para compactar mantos de suelos
colapsables superficiales con espesores menores a 350 metros El meacutetodo consiste en dejar
caer en caiacuteda libre desde una altura de 4 a 8 metros pilones de 3 a 8 Tn sobre la superficie
del terreno a razoacuten de 10 a 16 impactos en cada lugar (Abelev y Abelev 1979) El impacto
genera una rotura de la estructura del suelo un aumento de la presioacuten de poros y una
compresioacuten del aire presente en los poros produciendo un reacomodamiento de las
partiacuteculas dando como resultado una estructura maacutes compacta Seguacuten Malyshev et al
(1983) el contenido de humedad del suelo juega un papel importante lograacutendose la maacutexima
eficiencia con un contenido de humedad cercano al Liacutemite Plaacutestico Si el contenido de
humedad es menor a eacuteste es necesario humedecer el espesor de suelo de modo de alcanzar
una mejor eficacia Varios son los factores que controlan los resultados del meacutetodo asiacute por
ejemplo el espesor compactado es funcioacuten principalmente del peso y del diaacutemetro del piloacuten
En tanto el grado de compactacioacuten estaacute controlado por el nuacutemero de impactos y la humedad
del suelo El grado de compactacioacuten no es uniforme a lo largo de todo el espesor
compactado lograacutendose la maacutexima densificacioacuten a 12 a 15 veces el diaacutemetro del piloacuten
Sin embargo se pueden obtener Pesos Unitarios secos superiores a 16 tm3 en espesores de
25 a 35 m lo cual en la mayoriacutea de los casos es suficiente para disminuir o anular la
susceptibilidad al colapso del suelo Una variante a este meacutetodo es realizar la compactacioacuten
solamente en los lugares donde actuacutean las cargas y no en toda el aacuterea de la construccioacuten
Por ejemplo en casos de fundaciones de muros de carga o fundacioacuten de columnas el
mejoramiento del suelo se logra densificando la zona de influencia del bulbo de presiones
o sea la zona donde los incrementos de presioacuten pueden hacer colapsar el suelo
Compactacioacuten por medio de pequentildeos pilotes piramidales En cierta forma este meacutetodo es
una variante del meacutetodo anterior Consiste en hincar un pilote piramidal de 3 a 4 metros de
longitud con una seccioacuten transversal superior de 60 x 60 a 70 x 70 cm y una seccioacuten
transversal inferior de 10 x 10 cm Una vez retirado el pilote la cavidad se rellena con
hormigoacuten Este tipo de metodologiacutea da excelentes resultados en aacutereas en donde existe un
espesor de suelos potencialmente colapsables (no autocolapsables) de 30 o 40 m de
profundidad pero que colapsaraacuten si estaacuten sometidos a los incrementos de carga
transmitidos por las construcciones Una de las ventajas del meacutetodo es la completa
mecanizacioacuten de todas las operaciones Una variante a este meacutetodo consiste en realizar la
hinca sobre una capa de piedra partida dando como resultado un bulbo de suelo
compactado alrededor de la capa de piedra mejorando la capacidad de carga por la punta
del pilote asiacute construido
Compactacioacuten por pilotes de suelo Este es uno de los meacutetodos maacutes usuales para
compactar espesores importantes (18 a 20 m) de suelos loeacutessicos susceptibles al colapso
El procedimiento consta de dos partes primero se realiza la perforacioacuten y segundo se llena
la cavidad con suelo compactado La perforacioacuten se realiza usualmente mediante la hinca
de un pilote metaacutelico con base ensanchada (15 veces) En otra metodologiacutea de reciente uso
la excavacioacuten se hace de la siguiente forma se perfora hasta la profundidad deseada un
hoyo de 8 cm de diaacutemetro dentro del cual se coloca una columna de explosivos que luego
de estallar crea una perforacioacuten de aproximadamente 080 m de diaacutemetro Despueacutes de
efectuada esta perforacioacuten dinaacutemica la cavidad se rellena con suelo local introducido en
tongadas de 100 a 200 Kg que luego son compactadas dinaacutemicamente por medio de un uacutetil
especial Concluidas ambas etapas quedan formadas columnas de suelo compactado con un
diaacutemetro aproximado igual a dos veces el de la perforacioacuten El grado de compactacioacuten va
decreciendo a medida que se aleja del centro de la columna por tal motivo es importante
conocer esta ley de decrecimiento para disentildear correctamente la cuadriacutecula de pilotes de
suelo Al igual que en los otros meacutetodos la eficiencia del sistema aumenta en la medida que
la humedad del suelo natural y compactado se encuentre a una humedad cercana al Limite
Plaacutestico Por tal motivo es usual que previo a la perforacioacuten se realice una humectacioacuten del
espesor de suelos a compactar Las densidades alcanzadas son del orden de 170 a 180
tm3 que son suficientes para evitar el colapso por peso propio y permiten el use del
espesor compactado como manto de fundacioacuten
Compactacioacuten por explosiones de gas Esta relativamente nueva metodologiacutea de
compactar espesores de suelos colapsables consiste en introducir a traveacutes de una lanza de
agua a presioacuten una caacutemara de compresioacuten que contiene una mezcla de gas propano y
oxiacutegeno la cual se va elevando a medida que se producen una serie de explosiones de la
mezcla De este modo se va generando una columna 120 140 m de suelo compactado
(Densidad de 150 tcm3) (Martemyanov et al 1979)
Compactacioacuten por humedecimiento (Hidrocompactacioacuten) En este caso se utiliza la propia
susceptibilidad del suelo a colapsar bajo peso propio El meacutetodo maacutes frecuente de realizar
la humectacioacuten o saturacioacuten del terreno es a traveacutes de infiltracioacuten del agua desde la
superficie del terreno para lo cual se efectuacutean excavaciones poco profundas (040 a 080 m)
o bien se construyen grandes estanques En muchos casos a efectos de acelerar el ingreso
del agua al terreno se construyen dentro del estanque drenes de arena convenientemente
espaciados Este sistema ha sido empleado ampliamente en varias partes del mundo por
ejemplo en EEUU por Gibbs y Bara (1967) y Clevenger (1956) en Rumania por Bally et
al (19651969) en la URSS por Lomize (1968) y Mustafaef (1967) en China por Lin y
Liang (1982) y en Argentina por Moll et al (1979) A pesar de su amplia utilizacioacuten y su
bajo costo el meacutetodo presenta una serie de inconvenientes aparicioacuten de grietas de traccioacuten
en el contorno del aacuterea inundada existencia de importantes deformaciones posteriores al
colapso necesidad de recompactar los 4 oacute 5 primeros metros utilizando otro tipo de
metodologiacutea La efectividad de este meacutetodo se mejora sustancialmente si al mismo se lo
combina con otro meacutetodo de compactacioacuten dinaacutemica
Compactacioacuten por humedecimiento previo y por explosiones profundas Este meacutetodo fue
desarrollado en al Unioacuten Sovieacutetica por Livinov (1976) en la deacutecada de los 60 El espesor de
suelos a compactar es previamente humedecido a traveacutes de un sistema de drenes
(cuadriacutecula de 3 x 3 a 5 x 5 m) Las cargas explosivas (5 a 7 Kg) son colocadas en el fondo
de los mismos drenes o bien en tubos metaacutelicos colocados en perforaciones adicionales La
cuadriacutecula con las cargas es aproximadamente de 4 x 4 m En este procedimiento no es
necesario la completa saturacioacuten del suelo que por ejemplo necesita el meacutetodo anterior
Posterior al humedecimiento se hacen estallar las cargas de toda un aacuterea (2000 a 50000
m2) La explosioacuten generan una onda de choque que hace licuar la estructura del suelo lo
cual permite un reacomodamiento de las partiacuteculas y un crecimiento de la densidad del
suelo En ciertos casos es aconsejable la construccioacuten de trincheras alrededor de la zona a
compactar a efectos de evitar la propagacioacuten de grietas fuera de ella La explosioacuten produce
un importante a inmediato asentamiento de la superficie del terreno Los asentamientos en
general se estabilizan al cabo de 3 oacute 4 semanas Este tipo de meacutetodo es aconsejable cuando
se desea compactar grandes voluacutemenes de suelo particularmente en grandes complejos
industriales o bien en obras hidroeleacutectricas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
En este apartado se incluyen aquellos meacutetodos de estabilizacioacuten consistentes en la mezcla y
posterior compactacioacuten de suelo colapsable con otros materiales (arena gravas) a efectos
de conseguir mayor resistencia y mayor rigidez Este tipo de estabilizacioacuten es de amplio use
en la ingenieriacutea vial en la construccioacuten de bases y de sub-bases
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
Este grupo incluye a aquellas metodologiacuteas en las cuales el mejoramiento de las
propiedades resistentes del suelo se consiguen con la creacioacuten de viacutenculos maacutes soacutelidos y
estables en la estructura del suelo En algunas de ellas la inyeccioacuten de agentes cementantes
provoca la rotura de la estructura original del suelo En otras por el contrario la inyeccioacuten
de agentes quiacutemicos actuan directamente sobre los viacutenculos sin modificar la estructura del
suelo Los meacutetodos se pueden dividir en meacutetodos superficiales y meacutetodos profundos
dependiendo en donde se realice la estabilizacioacuten En los meacutetodos de estabilizacioacuten
superficiales el mejoramiento en general se consigue mediante la mezcla y posterior
compactacioacuten del suelo con agentes quiacutemicos o cementantes tales como cemento cal
emulsiones asfaacutelticas sales (NaCl Nat C03 NaPO3) etc Estos meacutetodos de estabilizacioacuten
son tambieacuten usuales en otros tipos de suelos y son de amplia utilizacioacuten en todo tipo de
obras de ingenieriacutea civil por tal motivo no insistiremos en ellos Por el contrario los
meacutetodos de estabilizacioacuten profunda aunque tambieacuten se han utilizado en otros tipos de
suelos muchos de ellos se han desarrollado y usado especiacuteficamente para eliminar o
disminuir la susceptibilidad al colapso en espesores importantes de suelo A continuacioacuten
se presentan algunos de ellos
Inyecciones de agentes quiacutemicos Las investigaciones y las realizaciones en este tipo de
estabilizaciones se ha desarrollado principalmente en la Unioacuten Sovieacutetica Seguacuten Mitchell
(1981) la razoacuten principal por la cual estos meacutetodos no se han extendido universalmente se
debe principalmente a los altos costos frente a otros tipos de estabilizaciones Sin embargo
Esvtatiev (1988) da cuenta de la existencia en la URSS de maacutes de 800 proyectos en donde
se han utilizado satisfactoriamente p ej el meacutetodo de silicatizacioacuten) Esto ha permitido un
continuo mejoramiento de la tecnologiacutea una reduccioacuten de los costos y una abundante
normativa en la regulacioacuten de su uso El agente quiacutemico maacutes utilizado por su bajo costo
frente a otros agentes quiacutemicos es el Silicato de Sodio El meacutetodo consiste en inyectar en
todo el espesor de suelo a tratar una solucioacuten de silicato de sodio (Densidad = 1 10 a 1 04
gcm3) a traveacutes de un tubo inyector de 42 mm de diaacutemetro con perforaciones de 3 mm
protegidas por un manguito de goma La inyeccioacuten se realiza a una presioacuten de 20 a 40
Kgcm2 y una descarga de 48 litros por minuto (Zvyagin et al 1978) La silicatizacioacuten del
suelo es soacutelo posible en un medio fuertemente alcalino Seguacuten Sokolovic (1973) se logra
una mejor eficiencia mediante una pre y post gasificacioacuten con carbonato de calcio Luego
de la inyeccioacuten tres son los cambios que se observan en el suelo un aumento significativo
de la resistencia a la compresioacuten (superior a 20 Kgcm2 ) una eliminacioacuten de la
susceptibilidad al colapso y una disminucioacuten de la permeabilidad Otro de los tratamientos
con agentes quiacutemicos es la inyeccioacuten de amoniacuteaco La mejora en el suelo es inferior al
tratamiento por silicatizacioacuten ademaacutes presenta la desventaja de ser un elemento toacutexico y su
utilizacioacuten requiere medidas especiales de proteccioacuten (Sokolovic 1973)
Estabilizacioacuten teacutermica Esta teacutecnica comenzoacute a desarroIlarse en la URSS en la deacutecada de
los antildeos 50 y ha sido utilizada exitosamente en un importante nuacutemero de emprendimientos
Seguacuten Esvtatiev (1988) la aplicacioacuten de este meacutetodo es teacutecnica y econoacutemicamente
aconsejable en los siguientes casos a) en la estabilizacioacuten de fundaciones existentes de
estructuras altas como chimeneas tanques de agua b) en la paralizacioacuten de los
asentamientos en construcciones existentes provocados por el colapso del suelo Las
propiedades de los minerales arcillosos cambian cuando eacutestos son sometidos a altas
temperaturas lo cual genera un aumento importante de la resistencia y por ende la
eliminacioacuten de la susceptibilidad al colapso del suelo La tecnologiacutea ha ido variando y
mejorando su eficiencia a lo largo de estas deacutecadas No obstante la variedad de meacutetodos
casi todos ellos consisten en la introduccioacuten de un quemador de fuel o gas dentro de un pre
pozo de 020 metros de diaacutemetro con una presioacuten de aire de 20 a 30 Kgcm2 De esta
forma al cabo de 10 a 15 diacuteas se consigue una columna estabilizada de suelo de 20 a 30
metros y una profundidad de 10 a 15 metros (Beles y Stanculescu 1958)
Estabilizacioacuten mediante mezclado mecaacutenico con agentes cementantes El objetivo de este
tipo de estabiacutelizacioacuten es la creacioacuten de columnas o pilotes de suelo con alta resistencia y
rigidez que permitan la transferencia de las cargas a mantos maacutes profundos y estables
Varios son los meacutetodos constructivos que pueden agruparse dentro de este grupo Los
subdividiremos en los siguientes subgrupos dependiendo del lugar en donde se realiza la
mezcla del suelo con el agente cementante
1 La mezcla del suelo y el agente cementante se realiza en superficie En este caso la
excavacioacuten se puede realizar bien utilizando la teacutecnica constructiva empleada en los pilotes
de suelo (hinca) o bien usar teacutecnicas usuales de perforacioacuten La mezcla deiexcl suelo con el
agente cementante (preferentemente Cemento Portland) puede ser fluida (suelo cemento
plaacutestico) a introducirse dentro de la excavacioacuten en forma de pastones o bien mezclar el
suelo y elcemento con porcentaje de humedad oacuteptimo a introducirlos en la perforacioacuten en
tongadas (100 a 200 Kg) las cuales posteriormente son compactadas dentro de la misma
excavacioacuten Por lo tanto existen cuatro variantes seguacuten sea el tipo de excavacioacuten y el tipo
de mezcla
2 La mezcla del suelo y el cemento se realiza en el mismo proceso de perforacioacuten En este
caso la mezcla del agente cementante se realiza con el propio suelo La mezcla puede
realizarse mediante uacutetiles especiales que van mezclando el suelo con una lechada de
cemento o bien usar la teacutecnica del jet grouting mediante un chorro de lechada a alta presioacuten
Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
Este tipo de estabilizacioacuten se realiza principalmente en terrenos con suelos potencialmente
colapsables en los cuales la presencia de cargas adicionales en superficie puede generar
asentamientos adicionales ante un incremento de la humedad del suelo Asiacute una parte del
suelo colapsable superficial ubicado directamente debajo de las fundaciones es excavado
extraiacutedo y reemplazado por otro material maacutes competente Los materiales generalmente
utilizados son los siguientes el mismo suelo extraiacutedo compactado y eventualmente
estabilizado granulomeacutetricamente arena compactada o suelo cemento compactado La
eleccioacuten del tipo de material estaacute condicionado generalmente por variables teacutecnico
econoacutemicas Los espesores de estos mantos son variables (1 a 4 m) dependiendo del tipo de
cargas y de las caracteriacutesticas del proyecto Por ejemplo en algunos proyectos los
condicionantes pueden ser los asentamientos diferenciales (edificios) en cambio en otros
(canales) no soacutelo importa disminuir la probabilidad que se produzca el colapso sino
tambieacuten lograr una capa de suelo maacutes impermeable Este tipo de metodologiacutea ha sido
utilizada con eacutexito en numerosos paiacuteses y en innumerables tipos de obras Tambieacuten es
frecuente el empleo de esta metodologiacutea en forma conjunta con otro tipo de estabilizacioacuten
profunda cuando se presentan mantos de suelos colapsables profundos y con espesores
muy dispares
113 Medidas conducentes a evitar la iniciacioacuten del colapso
Arriba se sentildealaron los tipos de humedecimientos que seguacuten Goldstein (1969) pueden
presentarse en una masa de suelo
a) humedecimiento localizado por rotura de conducciones hidraacuteulicas o infiltraciones de
aguas de lluvia
b) humedecimiento extenso causado por roturas de canales o efluentes industriales
c) ascenso del nivel freaacutetico
d) aumento gradual y lento del contenido de humedad por condensacioacuten del vapor de agua
provocados por condiciones ambientales
Muchos de estos tipos de humedecimientos pueden ser prevenidos principalmente los
primeros pues en general eacutestos son debidos a fallas o roturas de las instalaciones de la
misma construccioacuten En cambio los otros tipos de humedecimientos estaacuten condicionados
por factores externos al proyecto como por ejemplo puede ser el ascenso del nivel freaacutetico
o la rotura de un canal cercano y ajeno al proyecto La accioacuten del proyectista debe estar
encaminada principalmente a impedir dentro de los liacutemites del proyecto la generacioacuten de
estos humedecimientos provocados por elementos de la propia construccioacuten Robinson y
Narkiewicz (1982) sugieren las siguientes medidas de proteccioacuten contra el humedecimiento
de edificios
a) Pendientes adecuadas en la superficie del terreno que rodea a la construccioacuten de modo
que no se produzcan embalsamientos de agua en las cercaniacuteas de las fundaciones y que
cualquier peacuterdida de agua pueda ser eliminada con rapidez
b) Canalizacioacuten de todos los desaguumles de techos y patios hacia el exterior de la
construccioacuten
c) Instalacioacuten de membranas impermeables o pavimentacioacuten de la superase que rodea a la
construccioacuten de modo de limitar la infiltracioacuten de agua en el suelo adyacente a las
construcciones
d) Encerrar las conducciones de agua o efluentes cloacales dentro de conductos de faacutecil
acceso a efectos de detectar posibles peacuterdidas
Algunas de estas medidas requieren una serie de medidas de control y mantenimiento
durante la vida uacutetil de la obra de manera que perioacutedicamente se realicen inspecciones a las
instalaciones y puedan detectarse peacuterdidas o dantildeos en las mismas Tambieacuten es aconsejable
que los propietarios de la obra conozcan perfectamente los riegos a que estaacute expuesta la
misma de modo que su actividad yo descuidos no inicie procesos de humedecimiento del
terreno
Las medidas de proteccioacuten en otros tipos de obras civiles (canales o caminos) tienen la
misma filosofiacutea es decir elementos de proteccioacuten que impidan o dificulten la entrada del
agua en el terreno de fundacioacuten Asiacute por ejemplo en las obras lineales se debe prestar una
especial atencioacuten al disentildeo del sistema de alcantarillado y de desaguumles En algunos casos
estas obras suelen seguir parcialmente las curvas de nivel del terreno convirtieacutendose en
verdaderas presas que impiden el natural escurrimiento de las aguas provocando la
acumulacioacuten de agua en su entorno lo que genera un humedecimiento generalizado del
terreno de fundacioacuten con los consecuentes dantildeos en la obra
Es frecuente que en ciertos tipos de obras como viviendas unifamiliares de una planta o
incluso caminos y canales las uacutenicas medidas a adoptar sean las presentadas en este
apartado ya que la utilizacioacuten de teacutecnicas de mejoramiento o fundaciones profundas
resultan prohibitivas En realidad la mayoriacutea de las obras aludidas se construyen admitiendo
el riesgo de un posible colapso del terreno El buen comportamiento que han tenido la
mayoriacutea de ellas se debe fundamentalmente a que no se ha producido ninguacuten tipo de
humedecimiento En contraste los dantildeos son serios en aquellas obras que los han sufrido
Por todo ello es un deber de los investigadores a ingenieros buscar nuevas soluciones
econoacutemicas que permitan disminuir los riesgos y por ende los dantildeos en este tipo de obras
Uno de los caminos en tal sentido es el estudio de estructuras que absorban o minimicen
los posibles asentamientos diferenciales provocados por el humedecimiento localizado del
suelo sin un aumento excesivo de los costos
114 Estructuras yo fundaciones que admiten y resisten los fenoacutemenos provocados
por el colapso
El anaacutelisis de este apartado se centraraacute principalmente en el estudio de las fundaciones
superficiales en suelos potencialmente colapsables ya que el otro gran grupo de soluciones
fundaciones profundas mediante pilotes seraacute objeto de un examen detallado en los
apartados siguientes
La lista de estructuras que se asientan directamente sobre mantos de suelos potencialmente
colapsables es amplia entre ellas pueden sentildealarse viviendas unifamiliares construcciones
transitorias galpones ductos enterrados canales caminos etc
Las fundaciones directas sobre suelos colapsables pueden ser divididas en dos grupos
a) Fundaciones riacutegidas utilizadas principalmente en estructuras livianas y con cargas
puntuales por ejemplo torres de liacuteneas de alta tensioacuten columnas de naves industriales o
depoacutesitos En general este tipo de estructuras tienen algunos rasgos comunes como son por
ejemplo cargas verticales bajas cargas horizontales importantes y en general suelen
aceptar asentamientos admisibles mayores
b) Fundaciones de baja rigidez longitudinal en este caso se trata de estructuras con cargas
lineales (muros de carga canales etc) con baja rigidez en el sentido de las cargas Este tipo
de estructuras son sensibles a humedecimientos localizados del terreno que generan
asientos diferenciales importantes En general las medidas que suelen tomarse para
disminuir los efectos de los asientos diferenciales son las siguientes disentildeo de elementos
que rigidicen la estructura (Clemence Y Finbarr 1981) y el disentildeo de elementos
constructivos que eviten
RECAPITULACIOacuteN
Definido el concepto de colapso el estudio se ha enfocado al anaacutelisis de los suelos
colapsables por humedecimiento En esta clase particular de suelos metaestables el agente
externo que desencadena el fenoacutemeno de colapso es el agua En estos suelos un incremento
de humedad puede provocar una disminucioacuten o anulacioacuten de las fuerzas que vinculan unas
partiacuteculas con otras y por lo tanto cambiar el estado de equilibrio en la estructura del suelo
El colapso de la estructura del suelo depende fundamentalmente de dos causas a) de la
importancia de los cambios provoca dos por el agua en los viacutenculos existentes entre las
partiacuteculas y b) del estado tensional en los viacutenculos O sea para que se produzca el colapso
es necesario un agente sensibilizante y un estado tensional capaz de provocar la des-
estabilizacioacuten de la estructura del suelo
Por este motivo los meacutetodos que mejor reflejan la susceptibilidad al colapso de un suelo
son aquellos basados en ensayos mecaacutenicos donde ambos factores estaacuten presentes
La gran subdivisioacuten que se hace a los suelos colapsables parte precisamente de verificar
coacutemo es el comportamiento del suelo en su estado tensional original o bajo su propio
peso Si se produce el colapso bajo este estado se indica que el suelo es verdaderamente
colapsable o autocolapsable en cambio si el fenoacutemeno no se produce se sentildeala que el
suelo es candicionalmente colapsable o colapsable bajo carga
En este contexto diversos investigadores introducen el concepto (tambieacuten tensional) de
Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) o Presioacuten de Fluencia Saturada (σf) como aquella
presioacuten a la cual se produce el colapso Desde un punto de vista teoacuterico esta presioacuten deberiacutea
ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero desde un punto de vista praacutectico se
asume que una pequentildea magnitud del colapso es permisible Por ejemplo las normas
Sovieacuteticas Lo toman igual al 100 las Chinas igual al 150 En cambio en Argentina se
utiliza maacutes la Presioacuten de Fluencia Saturada que se obtiene de forma similar a la Presioacuten de
Preconsolidacioacuten No obstante esta diferencia metodoloacutegica en ambos casos el concepto es
el mismo
Con respecto a las metodologiacuteas usadas para establecer la susceptibilidad al colapso de un
suelo o de un perfil de suelo han sido analizadas las que utilizan el concepto de Presioacuten
Inicial de Colapso y la magnitud del colapso Esta seleccioacuten se realizoacute fundamentalmente
por las siguientes causas primero porque se hacen en base a ensayos mecaacutenicos donde
intervienen el agente externo (el agua) y el estado tensional del suelo y segundo porque
permiten establecer ya sea a traveacutes de un perfil de colapsabilidad o la magnitud del
colapso coacutemo seraacute realmente el comportamiento del terreno ante las solicitaciones
producidas por la obra de ingenieriacutea
Los perfiles de colapsabilidad relacionan en profundidad el peso propio de las tierras con
la Presioacuten Inicial de Colapso esto permite determinar el espesor de suelos autocolapsables
o el espesor de los suelos que colapsaraacuten si ademaacutes del humedecimiento se aumenta el
estado tensional Estos perfiles son de gran ayuda al proyectista de fundaciones en suelos
colapsables dado que le permiten conocer en forma global la magnitud del problema al que
estaacute enfrentado No obstante su utilidad no termina alliacute sino que por el contrario estos
perfiles le permiten tomar decisiones sobre cuaacuteles son las soluciones ingenieriles maacutes
convenientes del proyecto Pues con su ayuda se podraacute seleccionar el meacutetodo de
mejoramiento del terreno la cota de fundacioacuten de una fundacioacuten profunda la magnitud de
la carga por rozamiento negativo etc
La determinacioacuten de la magnitud del colapso de un perfil de suelo usada como
metodologiacutea de clasificacioacuten tambieacuten es de utilidad en el disentildeo de construccioacuten de obras
de ingenieriacutea en suelos colapsables Sobre todo en la caracterizacioacuten del terreno de grandes
aacutereas ya sea en obras lineales (canales caminos etc) o puntuales (complejos fabriles obras
hidraacuteulicas etc) dado que cada perfil de suelo estaacute caracterizado por un paraacutemetro lo cual
permite el manejo de un nuacutemero importante de informacioacuten Obviamente esta metodologiacutea
tambieacuten es de gran use en cualquier tipo de obras independientemente de su tamantildeo a
importancia
En un abundante nuacutemero de proyectos no es suficiente haber realizado una caracterizacioacuten
o clasificacioacuten del terreno sino que es necesario determinar la magnitud de los
asentamientos que pueden producirse en las obras Los asentamientos por colapso depende
baacutesicamente de dos tipos de factores intriacutensecos y extriacutensecos
Se sentildealan como intriacutensecos aquellos factores propios del suelo como son sus propiedades
fiacutesicas y mecaacutenicas El comportamiento del suelo dependeraacute del tipo de estructura o la
forma en que estaacuten ordenadas las partiacuteculas del grado de compacidad del tipo de viacutenculos
que unen grano con grano etc Estos factores en general no se encuentran
homogeacuteneamente distribuidos por lo cual los paraacutemetros que definen sus propiedades
tenso-deformacionales pueden sufrir variaciones locales importantes
Los factores externos que influyen en la magnitud de los asentamientos son dos el aacuterea
inundada y el estado tensional Estos dos factores influyen considerablemente en la
magnitud de los asentamientos por colapso y por tal motivo deben ser analizados
especiacuteficamente en los caacutelculos Respecto al primero de los factores a pesar que se han
realizado importantes trabajos teoacutericos la informacioacuten experimental indica que todaviacutea
existe cierta indeterminacioacuten en su estimacioacuten Por tal motivo la influencia del aacuterea
inundada en la magnitud de los asentamientos se limita a realizar correcciones de tipo
empiacuterico En cuanto a la influencia que el estado tensional tiene en los asentamientos las
investigaciones se han centrado especialmente en el estudio de cargas externas (zapatas) en
la superficie del terreno
ENSAYOS ldquoin siturdquo Perforacioacuten y muestreoEnsayos ldquoin siturdquo
o Ensayo de penetracioacuten estandar (SPT)o Ensayo de penetracioacuten de cono (CPT + CPTu)o Dilatoacutemetro de placa plana (DMT)o Presuroacutemetro (PMT)o Corte en veleta (VST)10487131048713 Meacutetodos geofiacutesicoso Ondas siacutesmicas (P- S- R-waves)o Electromagneacuteticas (radar resistividad)
EQUIPOS AUTOPROPULSADOS
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)1048713El ensayo ldquoin siturdquo maacutes comuacuten en el mundo10487131902 - Coronel Gow de Raymond Pile Co1048713 Muestreador ciliacutendrico partido1048713 Norma ASTM D 15861048713 Martillo (140-lbs cae 30 pulgadas) (635-kg cae 076 metros)1048713 Tres incrementos de 6 pulgadas Suma de los dos uacuteltimos incrementos = N (golpespieacute)
Se obtiene suelo y
un nuacutemero
Muestra alterada
(Solo para
caraterizacioacuten)
Nuacutemero muy crudo
para el anaacutelisis
No aplicable en
Ventajas
arcillas blandas y
Limos
Variabilidad e
incertidumbre
se obtiene un nuacutemero
Sencillo y de bajo
Costo
Funciona en muchos
tipos de suelo
Se puede utilizar en
rocas blandas
Disponible
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Estos suelos en condiciones de no saturacioacuten o saturacioacuten parcial presentan continuamente un reacomodo radical de las partiacuteculas y una gran peacuterdida de volumen por remojo osea al entrar al estado de saturacioacuten completa La existencia de estos suelos en el mundo y las dificultades ocasionadas a las edificaciones cimentadas sobre ellos han sido reconocidos ampliamente Los depoacutesitos maacutes extensos de suelos colapsables son eoacutelicos o depoacutesitos transportados de arena y limos (loess)Se puenden encontrar comuacutenmente en las maacutergenes fluviales
Desventajas
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Depoacutesitos eoacutelicos Estos depoacutesitos consisten en materiales transportados por el viento el cual forma dunas depoacutesitos tipo loess playas eoacutelicas y grandes depoacutesitos de ceniza volcaacutenica
Depoacutesitos transportados por agua Consisten principalmente de depoacutesitos de sedimentos sueltos a carreados por el agua los cuales forman abanicos fluviales y flujos deslizantes Estos materiales pueden ser depositados por una avenida repentina o flujo de lodo derivado de pequentildeas cuencas colectoras sujetas a aguaceros poco frecuentes
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Suelos residuales Estos suelos son producto del intemperismo y la
desintegracioacuten y alteracioacuten mecaacutenica de rocas madres Las partiacuteculas de
material residual pueden variar de tamantildeo de grandes fragmentos de
gravas a arenas limos coloides y en algunos casos material orgaacutenico
La estructura del grano colapsable se ha desarrollado como producto de
la accioacuten disolvente sobre el material soluble y coloidal La lixiviacioacuten del
material soluble y del material fino conduce a una alta relacioacuten de vaciacuteos
y a una estructura inestable Otro tipo de suelo que muestra colapso al
remojo son aquellos derivados de tufo volcaacutenico
sulfato de calcio arenas sueltas cementadas por sal soluble arcillas
dispersivas y arcillas montmorilloniacuteticas ricas en sodio
CAUSAS QUE GENERARIacuteAN DICHO COMPORTAMIENTO- Estructura parcialmente saturada potencialmente inestable- Una componente de esfuerzo aplicado o existente lo suficientemente alta para desarrollar una condicioacuten metaestable- Un ligante resistente o un agente cementante para estabilizar contactos intergranulares el cual se reduce por remojo ocasionando el colapso La mayoriacutea de suelos colapsables involucra la accioacuten de partiacuteculas arcillosas en los enlaces entre los granos gruesos de arena-Agentes cementantes tales como oacutexido de hierro carbonato de calcio o la soldadura de granos en contacto proporcionan esfuerzos resistentes para muchos suelos colapsables La accioacuten de este cementante es frecuentemente el agente principal de colapso en loess El grado al cual el agente cementante pierde su efectividad depende del grado de contaminacioacuten del ingreso del agua y del grado de disolucioacuten del agente cementante involucrado
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
CONSOLIDOacuteMETRO PARA ENSAYO DE COLAPSO
Se procede a cortar el suelo de acuerdo con las dimensiones del anillo
del ensayo de consolidacioacuten unidimensional Determinar sus
propiedades fiacutesicas tales como humedad natural peso volumen
gravedad especiacutefica de soacutelidos liacutemites de consistencia distribucioacuten
granulomeacutetrica seguacuten las normas
Se instala la muestra en el anillo del consolidoacutemetro despueacutes de haber
determinado el peso inicial de la masa huacutemeda y altura de la muestra y
fijar el conjunto anillo-muestra en el consolidoacutemetro Aplicar una carga
de contacto 005 kgcm2 (5 Kpa) despueacutes de 5 min tomar lectura del
deformiacutemetro aplicar incrementos de carga a cada hora hasta que se
aplique la presioacuten vertical apropiada Los incrementos de carga seraacuten
012 025 050 100 200 etc Kgcm2 (12 25 50 100 200 etc) o
cargas de acuerdo al meacutetodo de ensayo ASTM D2435 registrar la
deformacioacuten antes de incrementar una nueva carga
Determinacioacuten del potencial de colapso
donde
di = lectura del dial con el esfuerzo adecuado antes de la saturacioacuten (mm)
df = lectura del dial bajo el esfuerzo adecuado despueacutes del humedecimiento (mm)
ho = altura inicial de la muestra (mm)
Tmbieacuten se puede evalua en teacuterminos de relacioacuten de vaciacuteos
dondeΔe = cambio de relacioacuten de vaciacuteos bajo el esfuerzo adecuado antes y despueacutes de la inundacioacuteneo = relacioacuten de vaciacuteo inicialLa evaluacioacuten de un suelo colapsable seraacute de acuerdo a la siguiente tablaCon todo lo epxlicado concluimos que el colapso de los suelos es la disminucioacuten moderada de volumen cuando estaacute con bajo contenido de humedad y una gran peacuterdida cuando estaacute sumergido y la magnitud de asentamiento depende del contenido de humedad del suelo En estado sumergido y bajo la aplicacioacuten de cargas verticales los suelos colapsables presentan un mayor asentamiento Los suelos colapsables existen en todo el mundo principalmente en la regiones aacuteridas y semiaacuteridas nuevamente comentando que los depoacutesitos eoacutelicos coluviales residuales tubos volcaacutenicos etc son suelos que pueden ser colapsables
Definicioacuten de colapso Se definen como colapso a cualquier disminucioacuten raacutepida de volumen del suelo producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factoresbull Contenido de humedad (w) bull Grado de saturacioacuten (Sr) bull Tensioacuten media actuante (τ) bull Tensioacuten de corte (σ) bull Presioacuten de poros (u)
TIPOS DE SUELOS COLAPSABLESLos tipos de suelos colapsables son
- Suelos aluviales y coluviales ndash Depositados en ambientes Semi-deseacuterticos por flujos maacutes o menos torrenciales- Suelos eoacutelicos ndash Depositados por el viento son arenas y limos arenosos con escaso cemento arcilloso en una estructura suelta o inestable
- Cenizas volcaacutenicas ndash Provenientes de cenizas arrojadas al aire por actividad volcaacutenica explosiva- Suelos residuales ndash Derivados de la descomposicioacuten in ndash situ de minerales de ciertas rocas son luego lixiviados por el agua y pierden su cemento
CONSECUENCIAS EN CIMENTACIONES
Patologiacuteas en cimentaciones Posibles causas
Introduccioacuten
De todos los posibles tipos de patologiacutea que puede sufrir la edificacioacuten las estadiacutesticas demuestran que son las patologiacuteas ligadas a las cimentaciones las que mayores costes globales conllevan Ademaacutes tienen gran repercusioacuten social lo que las hace maacutes notorias por la complejidad propia de su reparacioacuten porque suponen una fuerte alteracioacuten y hasta interrupcioacuten del uso del inmueble y porque suelen involucrar a colindantes e incluso poderes puacuteblicos Urge como en ninguacuten otro caso determinar las causas y cuanto antes dar una solucioacuten al problema
Causas intriacutensecas de fallos de cimentacioacuten
Se agrupan aquiacute los fallos de cimentacioacuten consecuencia de la interaccioacuten entre el terreno y la propia cimentacioacuten de la construccioacuten afectada
Defectos de proyecto
Son errores de concepcioacuten de disentildeo o caacutelculo del proyecto Son errores previsibles por lo que si se tienen en cuenta en el disentildeo y caacutelculo de la edificacioacuten el riesgo de que provoquen dantildeos se minimizaEnumeramos aquiacute no todas pero siacute algunas de las posibles causas de problemas derivadas del proyectobull Falta de capacidad de carga cimentacioacuten insuficiente o capacidad
de carga del suelo insuficientebull Esfuerzos no contemplados por ej por olvido de algunas
sobrecargas de explotacioacutenbull Conocimiento insuficiente del suelo Lo que deriva en la ignorancia
de riesgos especiales geoteacutecnicos Las causas pueden ser escasez de reconocimientos previos del terreno mala interpretacioacuten de los mismos no consideracioacuten de los fenoacutemenos de agresividad etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Cobra importancia en terrenos con especiales caracteriacutesticas
Arcillas expansivas
Suelos colapsables
Rellenos antroacutepicos
Suelos blandos naturales
Infravaloracioacuten del riesgo geoteacutecnico conocido eacuteste Casos asiacute pueden ser desprecio de los efectos que produce la falta de homogeneidad de un suelo o las distintas profundidades de aparicioacuten de la roca en planta desprecio de los efectos de la potencial expansividad o de posible subpresioacuten o fenoacutemenos de subsidencias procesos de disolucioacuten etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONESbull Defectos en la evaluacioacuten del terreno asientos calculados no
tolerables por la estructura esfuerzos paraacutesitos en pilotes (olvido del efecto de asiento de terrenos flojos o rellenos recientes) etc
bull Efecto grupo en pilotes defectuosa estimacioacuten del efecto grupo en pilotes flotantes no consideracioacuten de los esfuerzos laterales o del rozamiento negativo etc
bull Ausencia de consideracioacuten del bulbo de tensiones de la cimentacioacuten propia y su alcance Pero tambieacuten de cimentaciones colindantes que podriacutean suponer una carga oblicua sobre nuestra cimentacioacuten habraacute que considerarla en caacutelculo y prever un proceso constructivo adecuado (no vayamos a provocar dantildeos a otras edificaciones)
bull Ignorancia de las condiciones de contorno es decir no consideracioacuten de las condiciones del entorno de la estructura
proyectada posibles socavaciones arrastres descalces agotamientos rebajamientos de nivel freaacutetico etc
bull Heterogeneidades distribucioacuten irregular de las cargas o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentacioacuten
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Defectos de ejecucioacuten
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecucioacuten de eacutestos Los defectos de ejecucioacuten normalmente responden a un deficiente Control de Calidad Por tanto en principio son evitablesAlgunos errores de ejecucioacuten podriacutean serbull Apreciacioacuten erroacutenea de los estratos resistentes confundidos con
capas de poco espesor bolos erraacuteticos etcbull Errores de replanteo bull Mala calidad de los materiales en especial hormigones Deterioro
de zapatas losas o muros por escasa calidad de los materiales grietas de retraccioacuten por mala dosificacioacuten del hormigoacuten materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto etc
bull Degradacioacuten del material suele ir unido al anterior hormigoacuten no resistente a la agresividad del terreno recubrimientos insuficientes madera metal etc
bullCAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Lavado del hormigoacuten en cimentaciones superficiales o profundas colocado en presencia de aguas en movimiento
Errores en la colocacioacuten de armaduras confusioacuten de diaacutemetros de armado ausencia de separadores etc
Problemas de fraguado unidos a errores de vertido de dosificacioacuten de curado
Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio cortadas lavadas) o de baja calidad y excesiva carga portante de caacutelculo
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
84 Estado tensional
La magnitud del asentamiento adicional por colapso es funcioacuten de la tensioacuten actuante en el
manto de suelo considerado Si se analiza el caso particular de una zapata apoyada sobre la
superficie del terreno el asentamiento adicional por colapso seraacute funcioacuten de la forma y las
dimensiones de aacuterea cargada del espesor del manto susceptible al colapso y del tipo y la
forma de la zona humedecida Sin embargo se ha comprobado experimentalmente que si el
espesor de los mantos de suelos colapsables que se encuentran por debajo de la zona
comprimida es suficientemente importante como para que pueda colapsar por peso propio
la amplitud del asentamiento no depende praacutecticamente de la forma y de las dimensiones de
las fundaciones (Abelev y Abelev 1979)
En las numerosas experiencias realizadas sobre zapatas a escala real se ha comprobado que
los asentamientos adicionales por colapso medidos pueden llegar a ser entre 15 a 2 veces
mayores que los calculados sobre todo en zapatas con anchos inferiores a los 20 m de
ancho (Abelev y Abelev 1979)
Estas divergencias entre el valor de los asentamientos calculados y los reales pueden
atribuirse a varios factores entre los cuales pueden sentildealarse
c) La eleccioacuten del espesor del manto de suelos colapsables o susceptibles a sufrir un
asentamiento adicional ha sido largamente discutido Asiacute Kodrynova (1969) en base a
ensayos de zapatas a escala real pudo establecer las dimensiones de la zona realmente
deformada Confirmando que la profundidad de la zona deformada era menor que la
profundidad que por ejemplo estableciacutean las Normas Sovieacuteticas vigentes en ese momento
Estas Normas haciacutean soacutelo consideraciones tensionales y fijaban la profundidad del manto
como aqueacutella para la cual la relacioacuten entre el valor de la carga adicional debida a la zapata
(Δσ) y el de la presioacuten natural (σ0) se haciacutean igual a 020 Kodrynova (1969) comproboacute
que el criterio maacutes adecuado para establecer este espesor era usar el concepto de resistencia
estructural o Presioacuten Inicial de Colapso sugerido por Abelev en 1968 Asiacute observoacute que la
zona deformada se correspondiacutea muy bien con aquellos lugares donde los valores de
tensiones totales (σz) eran mayores al valor de la Presioacuten Inicial de Colapso (δicol) Por
tanto concluyoacute que el espesor Zo puede definirse como la profundidad en la cual se
comprueba que
Esto coincide con lo advertido por Grigoryan (1967) en ensayos de zapatas cuadradas y
rectangulares en donde solamente se observaron asentamientos en la masa del suelo
cuando la tensioacuten actuante era mayor al valor de la Presioacuten Inicial de Colapso (δicol)
Por lo tanto se puede concluir que no existen reglas praacutecticas -como las que existen en
otros tipos de suelos- que puedan dar valores indicativos de la relacioacuten entre el ancho de la
cimentacioacuten y el espesor del manto deformable Sin embargo de lo que siacute hay abundante
evidencia es que la zona deformada generalmente aumenta cuando aumenta el contenido de
humedad (Tsytosich et al 1979)
b) La distribucioacuten de tensiones en la masa de un suelo colapsable provocada por una zapata
riacutegida se asemeja a la de un medio seminfinito y elaacutestico (error entre 20 a 30) soacutelo
cuando el suelo estaacute a humedad natural y la tensioacuten no sobrepasa los 30 kgcm2
(Grigoryan 1967) Tsytosich et al (1979) comprobaron experimentalmente esta afirmacioacuten
observando que a posteriori de la inundacioacuten del suelo el cambio tensional sobre la vertical
en el borde y en el centro de la zapata aumentan Se advierte que durante el proceso de
inundacioacuten del suelo ubicado debajo de la zapata se produce una concentracioacuten de
tensiones bajo la zapata disminuyendo el aacuterea en donde se distribuyen las cargas Seguacuten
Abelev y Abelev (1979) esto puede explicarse porque las relaciones tensioacuten-deformaciones
de los suelos macroporosos no son lineales a estos niveles de tensioacuten
9 METODOS DE IDENTIFICACIOacuteN
91 Aspectos generales
A partir de la deacutecada de los antildeos 50 se generoacute una preocupacioacuten manifiesta por parte de
diferentes investigadores en identificar y clasificar la potencialidad al colapso en los
distintos suelos
Estos intentos a escala mundial se han enfrentado fundamentalmente con dos
inconvenientes o limitaciones como son
1 La gran variedad de tipos de suelos que colapsan por humedecimiento Asiacute por
ejemplo meacutetodos probados en ciertos paiacuteses o regiones en determinados tipos de suelos no
han podido hacerse extensivos a suelos de otras zonas cuyo origen geoloacutegico y geneacutetico es
francamente diferente
2 La frecuente heterogeneidad de los suelos colapsables por humedecimiento En este
sentido hay coincidencia entre los investigadores que han estudiado suelos colapsables de
distinto origen geoloacutegico Asiacute pueden encontrarse referencias tanto en investigadores que
analizaron suelos lateriacuteticos o de origen eoacutelico como el loess (Abeley y Abeley 1979
Moretto 1986) que en principio suelen considerarse como suelos homogeacuteneos Es
frecuente encontrar una variacioacuten en el grado de cementacioacuten (por ejemplo debido a
carbonatos) en soacutelo algunos centiacutemetros En otros casos esta heterogeneidad es debida a la
presencia de grandes macroporos dejados por raiacuteces o insectos
Esto ha llevado a una gran variedad de metodologiacuteas para establecer la susceptibilidad al
colapso de los suelos y una anarquiacutea en la terminologiacutea empleada en los diferentes paiacuteses
para su clasificacioacuten Sin embargo en la mayoriacutea de los casos los diferentes investigadores
o coacutedigos han tendido a discretizar el comportamiento del suelo frente al colapso en dos
grupos suelos que colapsan bajo peso propio y suelos que colapsan bajo una carga mayor
Rocca (1985) ha confeccionado una tabla de equivalencias con la denominacioacuten que
reciben en los distintos paiacuteses
82 Clasificacioacuten de los meacutetodos de identificacioacuten de suelos colapsables
En cuanto a los tipos de meacutetodos de identificacioacuten propiamente dichos varios han sido los
enfoques que se han propuesto Estos podriacutean clasificarse en tres grupos
1048713 Meacutetodos basados en paraacutemetros fiacutesicos de identificacioacuten de suelos tales como Peso
Unitario Liacutemites de Consistencia Granulometriacutea etc
1048713 Meacutetodos basados en ensayos mecaacutenicos principalmente en ensayos edomeacutetricos
1048713 Meacutetodos basados en la magnitud del colapso
Existe una abundante bibliografiacutea sobre los diferentes meacutetodos de clasificacioacuten a
identificacioacuten en las cuales se ha realizado un anaacutelisis criacutetico sobre los diferentes meacutetodos
como las ya referidas de Rocca (1985) y Redolfi et al (1986) y otras como las de Sultan
(1969) Reginatto (1970 1974) Loacutepez Corral (1977) Jimeacutenez Salas (1987) y Lutenegger y
Saber (1988) Por lo tanto en este apartado no se insistiraacute en ello sino maacutes bien se haraacute un
enfoque general del problema y se presentaraacuten aquellos conceptos v meacutetodos que
posteriormente seraacuten utilizados en el desarrollo de estas notas
Meacutetodos basados en paraacutemetros fiacutesicos de suelos
En general la mayoriacutea de estos meacutetodos de identificacioacuten tienen maacutes bien un caraacutecter
cualitativo que cuantitativo pretendiendo ubicar el suelo analizado en algunos de los
grupos mencionados en (36) La clasificacioacuten consiste habitualmente en establecer si el
suelo es autocolapsable (colapsable bajo su propio peso) o bien si es condicionalmente
colapsable (colapsable bajo carga externa)
En estas notas solamente se analizaraacuten tres de ellos que tienen en comuacuten que relacionan el
liacutemite liacutequido y el peso unitario seco
a) Denison (1961) establece el Coeficiente de Colapso (k) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando la relacioacuten de vaciacuteos del suelo en estado natural (e) es mayor
que la relacioacuten de vaciacuteos correspondiente al Liacutemite Liacutequido (eL )
b) Gibbs (1961) establece una Relacioacuten de Colapso (R) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando la humedad de saturacioacuten del suelo (wSAT) es mayor que el
Liacutemite Liacutequido (wL )
c) Coacutedigo de edificacioacuten de la URSS (1962) establece un Indice de Colapso (R) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando R es mayor de -010
En se han superpuesto los puntos correspondientes a pares de valores del peso unitario
seco y el Liacutemite Liacutequido de suelos de la ciudad de Coacuterdoba Argentina (Redolfi et al
1986) De ella se desprende que los valores de los paraacutemetros obtenidos son valores tiacutepicos
de la formacioacuten loeacutessica de Coacuterdoba y que para todas las metodologiacuteas aquiacute presentadas la
gran mayoriacutea de los suelos son colapsables puesto que estaacuten incluidos dentro de las zonas
que los clasifican colapsables
Meacutetodos basados en ensayos edomeacutetricos
Estos meacutetodos estaacuten basados en la Presioacuten Inicial de Colapso o Presioacuten de Fluencia La
determinacioacuten del grupo al cual pertenece el suelo estudiado (auto colapsable o colapsable
bajo carga) se realiza comparando la presioacuten de tapada o geostaacutetica con la presioacuten a la cual
se produce el colapso Asumiendo como hipoacutetesis que el colapso por humedecimiento
ocurre soacutelo a partir de una cierta presioacuten por encima de la cual la resistencia estructural del
suelo es superada
La magnitud de esta presioacuten para la cual se produce el desmoronamiento de la estructura
del suelo ha sido designada por algunos autores como
1048713 Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) (Abelev y Abelev 1979) o
1048713 Presioacuten de Fluencia Saturada (σf sat) (Reginatto 1970)
Experimentalmente se ha demostrado que cuando la presioacuten total en el suelo (σt) ya sea
por cargas externas yo peso propio es menor que esta magnitud no se producen
asentamientos de colapso por humedecimiento Krutov y Tarasova (1964) sentildealan
acertadamente que desde un punto de vista teoacuterico la Presioacuten Inicial de Colapso o Presioacuten
de Fluencia deberiacutea ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero concluyen que
desde un punto de vista praacutectico una pequentildea magnitud de colapso puede asumirse como
permisible Siguiendo este concepto por ejemplo las Normas Sovieacuteticas SNIP definen a la
Presioacuten Inicial de Colapso como aquella presioacuten para la cual en una probeta instalada en un
edoacutemetro se produce un colapso relativo unitario igual a 001 o porcentual del 100
δicol = 001 = 10
En se han representado las curvas presioacuten-deformaciones unitarias de dos ensayos
edomeacutetricos del mismo suelo uno a humedad natural y el otro en estado saturado El
colapso relativo (δicol) es igual a
δicol = εHN - εSAT
donde εHN = Deformacioacuten unitaria a humedad natural
εSAT = Deformacioacuten unitaria en estado saturado
En tanto Reginatto (1970) define a la Presioacuten de Fluencia saturada de un suelo colapsable
de la misma forma en que se establece la presioacuten de preconsolidacioacuten de una arcilla
saturada en un ensayo edomeacutetrico
En se presenta la correlacioacuten que realizan Lin y Wang (1988) entre los valores de la
Presioacuten de Fluencia Saturada y la Presioacuten Inicial de Colapso (el Coacutedigo Chino la establece
para un valor de δicol = 150) Se puede observar que aproximadamente se establece una
relacioacuten directa entre ellas Esto no es de extrantildear puesto que conceptualmente ambas
definiciones tratan de fijar la presioacuten a la cual la estructura del suelo saturado comienza a
colapsar
Los numerosos intentos realizados en ensayos in situ para comprobar la validez de esta
hipoacutetesis (Krutov y Tarasova 1964 Abelev y Abelev 1979) parecen indicar a primera
vista que las predicciones tienen buen acuerdo con la realidad en muchos casos pero en
cambio en otros la diferencia entre lo predecido y lo sucedido es importante sobre todo en
aquellos casos referidos al colapso por peso propio
Meacutetodos basados en la magnitud del asentamiento por colapso
Los meacutetodos basados en la magnitud del asentamiento por colapso se fundan en determinar
la magnitud del mismo de un perfil de suelos en un lugar determinado debido solamente a
su peso propio
Asiacute por ejemplo la Clasificacioacuten Rumana de Suelos Loeacutessicos Colapsables (LCS) define
el Potencial Total de Colapso (Img) (Bally et al1973) como
donde Hj es el espesor del estrato j en metros y img es el asentamiento edomeacutetrico
adicional de una muestra de estrato j inundada a una presioacuten igual al peso propio de las
tierras (σ0 ) expresado en cmm
El Coacutedigo de Construccioacuten de Edificios de la Repuacuteblica Popular China en regiones de
suelo colapsables sigue un criterio similar (Lin y Liang 1982 Lin y Wang 1988) La
evaluacioacuten de la susceptibilidad al colapso en un determinado sitio se realiza en dos etapas
En primer lugar se evaluacutea su aptitud al autocolapso y se determina el Tipo de sitio (Tipo
1 o Tipo 2)
La magnitud del colapso por peso propio Δzc se obtiene de forma similar a la utilizada por
Bally et al (1973) en Rumania sumando los asentamientos individuales de los n estratos
colapsables del perfil
donde Hj es el espesor de estrato en cm y δzsj es el coeficiente de colapsabilidad del estrato
j en cmcm o en por ciento obtenido por medio de ensayos edomeacutetricos en los cuales
primero se carga el suelo hasta la presioacuten por peso propio y luego se inunda la muestra
donde Hj es el espesor de estrato en cm y δzsj es el coeficiente de colapsabilidad del estrato
j en cmcm o en por ciento obtenido por medio de ensayos edomeacutetricos en los cuales
primero se carga el suelo hasta la presioacuten por peso propio y luego se inunda la muestra
La sumatoria soacutelo tiene en cuenta aquellos valores de δzs jmayores de 0015
Si Δzs lt 7 cm se considera al suelo no autocolapsable por humedecimiento y se clasifica
al lugar como sitio TIPO 2 Si en cambio Δzs gt 11 cm se considera al suelo
autocolapsable por humedecimiento y se lo clasifica como sitio TIPO 1
Por uacuteltimo si 7 cm lt Δzs lt 11 cm el tipo de sitio debe ser determinado despueacutes de un
exhaustivo estudio de la geomorfologiacutea estratigrafiacutea y caracteriacutesticas estructurales del
suelo
El Coacutedigo tambieacuten establece que la magnitud del colapso por peso propio (Δzs) tambieacuten
puede ser determinada directamente en el terreno a traveacutes de una balsa o laguna de
infiltracioacuten de dimensiones especiacuteficas
La segunda etapa de la evaluacioacuten de la colapsabilidad consiste en establecer el Grado de
Colapsabilidad del suelo de cimentacioacuten Para ello se carga a las muestras representativas
de cada uno de los estratos a una presioacuten de 200 kPa y luego se las inunda La magnitud del
colapso se obtiene
donde δsj es el Coeficiente de colapsabilidad del estrato j en cmcm para una presioacuten de
200 kPa La sumatoria soacutelo tiene en cuenta valores de Δs mayores de 0015
donde δsj es el Coeficiente de colapsabilidad del estrato j en cmcm para una presioacuten de
200 kPa La sumatoria soacutelo tiene en cuenta valores de Δs mayores de 0015
SOLUCIONES INGENIERILES EN SUELOS COLAPSABLES
111 Consideraciones generales
La primera cuestioacuten que debe analizarse cuando se disentildean cimentaciones en suelos
susceptibles al colapso es la probabilidad que el agente desencadenante del fenoacutemeno el
agua pueda o no introducirse en el terreno y por ende sensibilizar al suelo en donde se
apoyaraacuten las estructuras Por definicioacuten sin la presencia del agua el suelo no colapsa Esta
cuestioacuten es significativa puesto que pueden existir numerosos casos en donde la
probabilidad que el agua se infiltre en el suelo sea lo suficientemente baja como para
analizar la posibilidad de fundar la estructura considerando el comportamiento del suelo en
su estado natural Por lo tanto cuando se hable de suelos potencialmente colapsables por
humedecimiento no debe pensarse uniacutevocamente en las soluciones ingenieriles que se
utilizan en suelos colapsables
Hecha esta aclaracioacuten a continuacioacuten se trataraacute de ofrecer un panorama de las distintas
soluciones ingenieriles que se adoptan en suelos colapsables por humedecimiento cuando
las probabilidades de que se produzca el fenoacutemeno son altas
El objetivo central de todas estas soluciones es prevenir las fallas estructurales o de servicio
que pueden sobrevenir sobre las estructuras construidas sobre estratos de suelos
colapsables
Aitchison (1973) divide a estas soluciones en
a) Tratamiento del suelo colapsable con vista a eliminar la tendencia al colapso a lo largo
de todo el estrato de suelos desmoronables
b) Disentildeo de elementos constructivos que eliminen o disminuyan a liacutemites razonables la
posibilidad que se inicie el colapso
c) Disentildeo de estructuras yo cimentaciones insensibles a los asentamientos provocados por
el colapso por ejemplo fundaciones profundas apoyadas sobre un manto profundo no
sujeto a los asentamientos por humedecimiento
El primer grupo de soluciones comprende los meacutetodos de mejoramiento de suelo por
medio de los cuales la susceptibilidad al colapso es eliminada modificando las propiedades
resistentes del suelo mediante la compactacioacuten o la cementacioacuten de los viacutenculos entre
partiacuteculas El segundo grupo incluye la adopcioacuten de medidas constructivas tendientes a
aislar el agua de manera de evitar o disminuir la presencia de condiciones favorables al
colapso admitiendo no obstante ciertos riesgos Finalmente el tercer grupo engloba tanto
las soluciones tradicionales por medio de fundaciones profundas como el disentildeo de
estructuras con fundaciones directas insensibles a los asentamientos diferenciales
provocados por el colapso del suelo En resumen en el primer grupo de soluciones se
interviene directamente en el suelo evitando asiacute el colapso en el segundo grupo se intenta
evitar que se produzca el colapso sin modificar el suelo y en el uacuteltimo grupo se construyen
estructuras yo fundaciones que admitan y resistan los fenoacutemenos provocados por el
colapso del suelo
Evstatiev (1988) sentildeala que los mejores resultados han sido alcanzados con una oacuteptima
combinacioacuten de las ventajas que individualmente tiene cada uno de los tres grupos La
experiencia ha probado que las medidas constructivas y las medidas de aislacioacuten del agua
por siacute solas no pueden resolver todos los problemas de inestabilidad que provoca el colapso
del suelo Asiacute la adopcioacuten de soluciones exclusivamente para la superestructura (por
ejemplo fundaciones profundas) sin un adecuado disentildeo que eviten dantildeos en los otros
elementos de la construccioacuten como pisos desaguumles etc han provocado serios dantildeos en
estas partes de la construccioacuten que podriacutean haber sido evitados aplicando medidas
tendientes a evitar el ingreso del agua en el terreno
La eficacia del disentildeo adoptado en cada caso depende en gran medida de la calidad de las
investigaciones geoteacutecnicas realizadas La informacioacuten baacutesica que eacutestas deben suministrar
son el espesor del manto de suelos colapsables y la magnitud del colapso bajo peso propio
o bajo carga de todos los estratos del perfil
Una incorrecta estimacioacuten de estos paraacutemetros puede llevar a proponer y construir
soluciones ingenieriles totalmente opuestas a las correctas La confeccioacuten de perfiles de
colapsabilidad como los presentados permiten establecer la existencia o no de suelos
autocolapsables sus espesores aproximados y la profundidad a la que se encuentran Esta
metodologiacutea de anaacutelisis es de gran ayuda por ejemplo en la eleccioacuten del procedimiento
idoacuteneo para estabilizar el terreno
A continuacioacuten se presenta una descripcioacuten de las distintas soluciones ingenieriles maacutes
utilizadas en este tipo de suelos En primer lugar se analizan el primer grupo de soluciones
que se ha englobado bajo el nombre de Mejoramiento de suelos continuando luego con los
otros dos grupos Medidas para evitar la iniciacioacuten del colapso y fundaciones yo
estructuras insensibles a los fenoacutemenos del colapso
112 Mejoramiento de suelos colapsables
Consideraciones previas
El objetivo principal de estas soluciones es eliminar o disminuir apreciablemente la
susceptibilidad al colapso del suelo bien disminuyendo la porosidad del suelo
(compactacioacuten) o bien aumentando la resistencia estructural entre las partiacuteculas del suelo
(meacutetodos fiacutesico-quiacutemicos) Una de las formas de clasificar los meacutetodos de mejoramiento o
estabilizacioacuten ha sido precisamente eacutesta o sea teniendo en cuenta la accioacuten resultante
sobre el suelo (Aitchison1973 Rocca1985) Sin embargo para el desarrollo y explicacioacuten
de los diferentes meacutetodos se ha elegido la clasificacioacuten propuesta por Evstatiev(1988) que
tiene en cuenta el medio usado para realizar la estabilizacioacuten y el objeto de la misma
Evstatiev (1988) propone la siguiente clasificacioacuten de los meacutetodos de estabilizacioacuten de
suelos loeacutessicos la cual puede hacerse extensiva a suelos colapsables
a) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacioacuten
b) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
c) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
d) Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
e) Meacutetodos de mejoramiento que incorporan elementos resistentes a la traccioacuten dentro del
suelo
f) Geomembranas
g) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por drenaje
h) Correccioacuten de taludes y terraplenes
A continuacioacuten siguiendo la clasificacioacuten antes expuesta se desarrollaran aquellas
metodologiacuteas de mejoramientos de suelos colapsables maacutes extendidas Desarrollaacutendose
principalmente los grupos abc y d puesto que incluyen una serie de acciones particulares
frente al fenoacutemeno del colapso En cuanto a los restantes grupos (e f g y h) las teacutecnicas de
mejoramiento del terreno utilizadas persiguen los mismos objetivos buscados en otros tipos
de suelos y en general la teacutecnica empleada es praacutecticamente la misma Por tal motivo y
puesto que se apartan un tanto del objeto de estas notas se estima conveniente no abundar
sobre ellas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacioacuten
Este grupo comprende varias de las metodologiacuteas usadas en suelos colapsables para reducir
los vaciacuteos de modo de eliminar la colapsabilidad reducir la permeabilidad y aumentar la
capacidad de carga Esto se realiza utilizando fuerzas estaacuteticas o dinaacutemicas o bien a traveacutes
de la inyeccioacuten de lechadas
Compactacioacuten dinaacutemica Este meacutetodo es adecuado para compactar mantos de suelos
colapsables superficiales con espesores menores a 350 metros El meacutetodo consiste en dejar
caer en caiacuteda libre desde una altura de 4 a 8 metros pilones de 3 a 8 Tn sobre la superficie
del terreno a razoacuten de 10 a 16 impactos en cada lugar (Abelev y Abelev 1979) El impacto
genera una rotura de la estructura del suelo un aumento de la presioacuten de poros y una
compresioacuten del aire presente en los poros produciendo un reacomodamiento de las
partiacuteculas dando como resultado una estructura maacutes compacta Seguacuten Malyshev et al
(1983) el contenido de humedad del suelo juega un papel importante lograacutendose la maacutexima
eficiencia con un contenido de humedad cercano al Liacutemite Plaacutestico Si el contenido de
humedad es menor a eacuteste es necesario humedecer el espesor de suelo de modo de alcanzar
una mejor eficacia Varios son los factores que controlan los resultados del meacutetodo asiacute por
ejemplo el espesor compactado es funcioacuten principalmente del peso y del diaacutemetro del piloacuten
En tanto el grado de compactacioacuten estaacute controlado por el nuacutemero de impactos y la humedad
del suelo El grado de compactacioacuten no es uniforme a lo largo de todo el espesor
compactado lograacutendose la maacutexima densificacioacuten a 12 a 15 veces el diaacutemetro del piloacuten
Sin embargo se pueden obtener Pesos Unitarios secos superiores a 16 tm3 en espesores de
25 a 35 m lo cual en la mayoriacutea de los casos es suficiente para disminuir o anular la
susceptibilidad al colapso del suelo Una variante a este meacutetodo es realizar la compactacioacuten
solamente en los lugares donde actuacutean las cargas y no en toda el aacuterea de la construccioacuten
Por ejemplo en casos de fundaciones de muros de carga o fundacioacuten de columnas el
mejoramiento del suelo se logra densificando la zona de influencia del bulbo de presiones
o sea la zona donde los incrementos de presioacuten pueden hacer colapsar el suelo
Compactacioacuten por medio de pequentildeos pilotes piramidales En cierta forma este meacutetodo es
una variante del meacutetodo anterior Consiste en hincar un pilote piramidal de 3 a 4 metros de
longitud con una seccioacuten transversal superior de 60 x 60 a 70 x 70 cm y una seccioacuten
transversal inferior de 10 x 10 cm Una vez retirado el pilote la cavidad se rellena con
hormigoacuten Este tipo de metodologiacutea da excelentes resultados en aacutereas en donde existe un
espesor de suelos potencialmente colapsables (no autocolapsables) de 30 o 40 m de
profundidad pero que colapsaraacuten si estaacuten sometidos a los incrementos de carga
transmitidos por las construcciones Una de las ventajas del meacutetodo es la completa
mecanizacioacuten de todas las operaciones Una variante a este meacutetodo consiste en realizar la
hinca sobre una capa de piedra partida dando como resultado un bulbo de suelo
compactado alrededor de la capa de piedra mejorando la capacidad de carga por la punta
del pilote asiacute construido
Compactacioacuten por pilotes de suelo Este es uno de los meacutetodos maacutes usuales para
compactar espesores importantes (18 a 20 m) de suelos loeacutessicos susceptibles al colapso
El procedimiento consta de dos partes primero se realiza la perforacioacuten y segundo se llena
la cavidad con suelo compactado La perforacioacuten se realiza usualmente mediante la hinca
de un pilote metaacutelico con base ensanchada (15 veces) En otra metodologiacutea de reciente uso
la excavacioacuten se hace de la siguiente forma se perfora hasta la profundidad deseada un
hoyo de 8 cm de diaacutemetro dentro del cual se coloca una columna de explosivos que luego
de estallar crea una perforacioacuten de aproximadamente 080 m de diaacutemetro Despueacutes de
efectuada esta perforacioacuten dinaacutemica la cavidad se rellena con suelo local introducido en
tongadas de 100 a 200 Kg que luego son compactadas dinaacutemicamente por medio de un uacutetil
especial Concluidas ambas etapas quedan formadas columnas de suelo compactado con un
diaacutemetro aproximado igual a dos veces el de la perforacioacuten El grado de compactacioacuten va
decreciendo a medida que se aleja del centro de la columna por tal motivo es importante
conocer esta ley de decrecimiento para disentildear correctamente la cuadriacutecula de pilotes de
suelo Al igual que en los otros meacutetodos la eficiencia del sistema aumenta en la medida que
la humedad del suelo natural y compactado se encuentre a una humedad cercana al Limite
Plaacutestico Por tal motivo es usual que previo a la perforacioacuten se realice una humectacioacuten del
espesor de suelos a compactar Las densidades alcanzadas son del orden de 170 a 180
tm3 que son suficientes para evitar el colapso por peso propio y permiten el use del
espesor compactado como manto de fundacioacuten
Compactacioacuten por explosiones de gas Esta relativamente nueva metodologiacutea de
compactar espesores de suelos colapsables consiste en introducir a traveacutes de una lanza de
agua a presioacuten una caacutemara de compresioacuten que contiene una mezcla de gas propano y
oxiacutegeno la cual se va elevando a medida que se producen una serie de explosiones de la
mezcla De este modo se va generando una columna 120 140 m de suelo compactado
(Densidad de 150 tcm3) (Martemyanov et al 1979)
Compactacioacuten por humedecimiento (Hidrocompactacioacuten) En este caso se utiliza la propia
susceptibilidad del suelo a colapsar bajo peso propio El meacutetodo maacutes frecuente de realizar
la humectacioacuten o saturacioacuten del terreno es a traveacutes de infiltracioacuten del agua desde la
superficie del terreno para lo cual se efectuacutean excavaciones poco profundas (040 a 080 m)
o bien se construyen grandes estanques En muchos casos a efectos de acelerar el ingreso
del agua al terreno se construyen dentro del estanque drenes de arena convenientemente
espaciados Este sistema ha sido empleado ampliamente en varias partes del mundo por
ejemplo en EEUU por Gibbs y Bara (1967) y Clevenger (1956) en Rumania por Bally et
al (19651969) en la URSS por Lomize (1968) y Mustafaef (1967) en China por Lin y
Liang (1982) y en Argentina por Moll et al (1979) A pesar de su amplia utilizacioacuten y su
bajo costo el meacutetodo presenta una serie de inconvenientes aparicioacuten de grietas de traccioacuten
en el contorno del aacuterea inundada existencia de importantes deformaciones posteriores al
colapso necesidad de recompactar los 4 oacute 5 primeros metros utilizando otro tipo de
metodologiacutea La efectividad de este meacutetodo se mejora sustancialmente si al mismo se lo
combina con otro meacutetodo de compactacioacuten dinaacutemica
Compactacioacuten por humedecimiento previo y por explosiones profundas Este meacutetodo fue
desarrollado en al Unioacuten Sovieacutetica por Livinov (1976) en la deacutecada de los 60 El espesor de
suelos a compactar es previamente humedecido a traveacutes de un sistema de drenes
(cuadriacutecula de 3 x 3 a 5 x 5 m) Las cargas explosivas (5 a 7 Kg) son colocadas en el fondo
de los mismos drenes o bien en tubos metaacutelicos colocados en perforaciones adicionales La
cuadriacutecula con las cargas es aproximadamente de 4 x 4 m En este procedimiento no es
necesario la completa saturacioacuten del suelo que por ejemplo necesita el meacutetodo anterior
Posterior al humedecimiento se hacen estallar las cargas de toda un aacuterea (2000 a 50000
m2) La explosioacuten generan una onda de choque que hace licuar la estructura del suelo lo
cual permite un reacomodamiento de las partiacuteculas y un crecimiento de la densidad del
suelo En ciertos casos es aconsejable la construccioacuten de trincheras alrededor de la zona a
compactar a efectos de evitar la propagacioacuten de grietas fuera de ella La explosioacuten produce
un importante a inmediato asentamiento de la superficie del terreno Los asentamientos en
general se estabilizan al cabo de 3 oacute 4 semanas Este tipo de meacutetodo es aconsejable cuando
se desea compactar grandes voluacutemenes de suelo particularmente en grandes complejos
industriales o bien en obras hidroeleacutectricas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
En este apartado se incluyen aquellos meacutetodos de estabilizacioacuten consistentes en la mezcla y
posterior compactacioacuten de suelo colapsable con otros materiales (arena gravas) a efectos
de conseguir mayor resistencia y mayor rigidez Este tipo de estabilizacioacuten es de amplio use
en la ingenieriacutea vial en la construccioacuten de bases y de sub-bases
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
Este grupo incluye a aquellas metodologiacuteas en las cuales el mejoramiento de las
propiedades resistentes del suelo se consiguen con la creacioacuten de viacutenculos maacutes soacutelidos y
estables en la estructura del suelo En algunas de ellas la inyeccioacuten de agentes cementantes
provoca la rotura de la estructura original del suelo En otras por el contrario la inyeccioacuten
de agentes quiacutemicos actuan directamente sobre los viacutenculos sin modificar la estructura del
suelo Los meacutetodos se pueden dividir en meacutetodos superficiales y meacutetodos profundos
dependiendo en donde se realice la estabilizacioacuten En los meacutetodos de estabilizacioacuten
superficiales el mejoramiento en general se consigue mediante la mezcla y posterior
compactacioacuten del suelo con agentes quiacutemicos o cementantes tales como cemento cal
emulsiones asfaacutelticas sales (NaCl Nat C03 NaPO3) etc Estos meacutetodos de estabilizacioacuten
son tambieacuten usuales en otros tipos de suelos y son de amplia utilizacioacuten en todo tipo de
obras de ingenieriacutea civil por tal motivo no insistiremos en ellos Por el contrario los
meacutetodos de estabilizacioacuten profunda aunque tambieacuten se han utilizado en otros tipos de
suelos muchos de ellos se han desarrollado y usado especiacuteficamente para eliminar o
disminuir la susceptibilidad al colapso en espesores importantes de suelo A continuacioacuten
se presentan algunos de ellos
Inyecciones de agentes quiacutemicos Las investigaciones y las realizaciones en este tipo de
estabilizaciones se ha desarrollado principalmente en la Unioacuten Sovieacutetica Seguacuten Mitchell
(1981) la razoacuten principal por la cual estos meacutetodos no se han extendido universalmente se
debe principalmente a los altos costos frente a otros tipos de estabilizaciones Sin embargo
Esvtatiev (1988) da cuenta de la existencia en la URSS de maacutes de 800 proyectos en donde
se han utilizado satisfactoriamente p ej el meacutetodo de silicatizacioacuten) Esto ha permitido un
continuo mejoramiento de la tecnologiacutea una reduccioacuten de los costos y una abundante
normativa en la regulacioacuten de su uso El agente quiacutemico maacutes utilizado por su bajo costo
frente a otros agentes quiacutemicos es el Silicato de Sodio El meacutetodo consiste en inyectar en
todo el espesor de suelo a tratar una solucioacuten de silicato de sodio (Densidad = 1 10 a 1 04
gcm3) a traveacutes de un tubo inyector de 42 mm de diaacutemetro con perforaciones de 3 mm
protegidas por un manguito de goma La inyeccioacuten se realiza a una presioacuten de 20 a 40
Kgcm2 y una descarga de 48 litros por minuto (Zvyagin et al 1978) La silicatizacioacuten del
suelo es soacutelo posible en un medio fuertemente alcalino Seguacuten Sokolovic (1973) se logra
una mejor eficiencia mediante una pre y post gasificacioacuten con carbonato de calcio Luego
de la inyeccioacuten tres son los cambios que se observan en el suelo un aumento significativo
de la resistencia a la compresioacuten (superior a 20 Kgcm2 ) una eliminacioacuten de la
susceptibilidad al colapso y una disminucioacuten de la permeabilidad Otro de los tratamientos
con agentes quiacutemicos es la inyeccioacuten de amoniacuteaco La mejora en el suelo es inferior al
tratamiento por silicatizacioacuten ademaacutes presenta la desventaja de ser un elemento toacutexico y su
utilizacioacuten requiere medidas especiales de proteccioacuten (Sokolovic 1973)
Estabilizacioacuten teacutermica Esta teacutecnica comenzoacute a desarroIlarse en la URSS en la deacutecada de
los antildeos 50 y ha sido utilizada exitosamente en un importante nuacutemero de emprendimientos
Seguacuten Esvtatiev (1988) la aplicacioacuten de este meacutetodo es teacutecnica y econoacutemicamente
aconsejable en los siguientes casos a) en la estabilizacioacuten de fundaciones existentes de
estructuras altas como chimeneas tanques de agua b) en la paralizacioacuten de los
asentamientos en construcciones existentes provocados por el colapso del suelo Las
propiedades de los minerales arcillosos cambian cuando eacutestos son sometidos a altas
temperaturas lo cual genera un aumento importante de la resistencia y por ende la
eliminacioacuten de la susceptibilidad al colapso del suelo La tecnologiacutea ha ido variando y
mejorando su eficiencia a lo largo de estas deacutecadas No obstante la variedad de meacutetodos
casi todos ellos consisten en la introduccioacuten de un quemador de fuel o gas dentro de un pre
pozo de 020 metros de diaacutemetro con una presioacuten de aire de 20 a 30 Kgcm2 De esta
forma al cabo de 10 a 15 diacuteas se consigue una columna estabilizada de suelo de 20 a 30
metros y una profundidad de 10 a 15 metros (Beles y Stanculescu 1958)
Estabilizacioacuten mediante mezclado mecaacutenico con agentes cementantes El objetivo de este
tipo de estabiacutelizacioacuten es la creacioacuten de columnas o pilotes de suelo con alta resistencia y
rigidez que permitan la transferencia de las cargas a mantos maacutes profundos y estables
Varios son los meacutetodos constructivos que pueden agruparse dentro de este grupo Los
subdividiremos en los siguientes subgrupos dependiendo del lugar en donde se realiza la
mezcla del suelo con el agente cementante
1 La mezcla del suelo y el agente cementante se realiza en superficie En este caso la
excavacioacuten se puede realizar bien utilizando la teacutecnica constructiva empleada en los pilotes
de suelo (hinca) o bien usar teacutecnicas usuales de perforacioacuten La mezcla deiexcl suelo con el
agente cementante (preferentemente Cemento Portland) puede ser fluida (suelo cemento
plaacutestico) a introducirse dentro de la excavacioacuten en forma de pastones o bien mezclar el
suelo y elcemento con porcentaje de humedad oacuteptimo a introducirlos en la perforacioacuten en
tongadas (100 a 200 Kg) las cuales posteriormente son compactadas dentro de la misma
excavacioacuten Por lo tanto existen cuatro variantes seguacuten sea el tipo de excavacioacuten y el tipo
de mezcla
2 La mezcla del suelo y el cemento se realiza en el mismo proceso de perforacioacuten En este
caso la mezcla del agente cementante se realiza con el propio suelo La mezcla puede
realizarse mediante uacutetiles especiales que van mezclando el suelo con una lechada de
cemento o bien usar la teacutecnica del jet grouting mediante un chorro de lechada a alta presioacuten
Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
Este tipo de estabilizacioacuten se realiza principalmente en terrenos con suelos potencialmente
colapsables en los cuales la presencia de cargas adicionales en superficie puede generar
asentamientos adicionales ante un incremento de la humedad del suelo Asiacute una parte del
suelo colapsable superficial ubicado directamente debajo de las fundaciones es excavado
extraiacutedo y reemplazado por otro material maacutes competente Los materiales generalmente
utilizados son los siguientes el mismo suelo extraiacutedo compactado y eventualmente
estabilizado granulomeacutetricamente arena compactada o suelo cemento compactado La
eleccioacuten del tipo de material estaacute condicionado generalmente por variables teacutecnico
econoacutemicas Los espesores de estos mantos son variables (1 a 4 m) dependiendo del tipo de
cargas y de las caracteriacutesticas del proyecto Por ejemplo en algunos proyectos los
condicionantes pueden ser los asentamientos diferenciales (edificios) en cambio en otros
(canales) no soacutelo importa disminuir la probabilidad que se produzca el colapso sino
tambieacuten lograr una capa de suelo maacutes impermeable Este tipo de metodologiacutea ha sido
utilizada con eacutexito en numerosos paiacuteses y en innumerables tipos de obras Tambieacuten es
frecuente el empleo de esta metodologiacutea en forma conjunta con otro tipo de estabilizacioacuten
profunda cuando se presentan mantos de suelos colapsables profundos y con espesores
muy dispares
113 Medidas conducentes a evitar la iniciacioacuten del colapso
Arriba se sentildealaron los tipos de humedecimientos que seguacuten Goldstein (1969) pueden
presentarse en una masa de suelo
a) humedecimiento localizado por rotura de conducciones hidraacuteulicas o infiltraciones de
aguas de lluvia
b) humedecimiento extenso causado por roturas de canales o efluentes industriales
c) ascenso del nivel freaacutetico
d) aumento gradual y lento del contenido de humedad por condensacioacuten del vapor de agua
provocados por condiciones ambientales
Muchos de estos tipos de humedecimientos pueden ser prevenidos principalmente los
primeros pues en general eacutestos son debidos a fallas o roturas de las instalaciones de la
misma construccioacuten En cambio los otros tipos de humedecimientos estaacuten condicionados
por factores externos al proyecto como por ejemplo puede ser el ascenso del nivel freaacutetico
o la rotura de un canal cercano y ajeno al proyecto La accioacuten del proyectista debe estar
encaminada principalmente a impedir dentro de los liacutemites del proyecto la generacioacuten de
estos humedecimientos provocados por elementos de la propia construccioacuten Robinson y
Narkiewicz (1982) sugieren las siguientes medidas de proteccioacuten contra el humedecimiento
de edificios
a) Pendientes adecuadas en la superficie del terreno que rodea a la construccioacuten de modo
que no se produzcan embalsamientos de agua en las cercaniacuteas de las fundaciones y que
cualquier peacuterdida de agua pueda ser eliminada con rapidez
b) Canalizacioacuten de todos los desaguumles de techos y patios hacia el exterior de la
construccioacuten
c) Instalacioacuten de membranas impermeables o pavimentacioacuten de la superase que rodea a la
construccioacuten de modo de limitar la infiltracioacuten de agua en el suelo adyacente a las
construcciones
d) Encerrar las conducciones de agua o efluentes cloacales dentro de conductos de faacutecil
acceso a efectos de detectar posibles peacuterdidas
Algunas de estas medidas requieren una serie de medidas de control y mantenimiento
durante la vida uacutetil de la obra de manera que perioacutedicamente se realicen inspecciones a las
instalaciones y puedan detectarse peacuterdidas o dantildeos en las mismas Tambieacuten es aconsejable
que los propietarios de la obra conozcan perfectamente los riegos a que estaacute expuesta la
misma de modo que su actividad yo descuidos no inicie procesos de humedecimiento del
terreno
Las medidas de proteccioacuten en otros tipos de obras civiles (canales o caminos) tienen la
misma filosofiacutea es decir elementos de proteccioacuten que impidan o dificulten la entrada del
agua en el terreno de fundacioacuten Asiacute por ejemplo en las obras lineales se debe prestar una
especial atencioacuten al disentildeo del sistema de alcantarillado y de desaguumles En algunos casos
estas obras suelen seguir parcialmente las curvas de nivel del terreno convirtieacutendose en
verdaderas presas que impiden el natural escurrimiento de las aguas provocando la
acumulacioacuten de agua en su entorno lo que genera un humedecimiento generalizado del
terreno de fundacioacuten con los consecuentes dantildeos en la obra
Es frecuente que en ciertos tipos de obras como viviendas unifamiliares de una planta o
incluso caminos y canales las uacutenicas medidas a adoptar sean las presentadas en este
apartado ya que la utilizacioacuten de teacutecnicas de mejoramiento o fundaciones profundas
resultan prohibitivas En realidad la mayoriacutea de las obras aludidas se construyen admitiendo
el riesgo de un posible colapso del terreno El buen comportamiento que han tenido la
mayoriacutea de ellas se debe fundamentalmente a que no se ha producido ninguacuten tipo de
humedecimiento En contraste los dantildeos son serios en aquellas obras que los han sufrido
Por todo ello es un deber de los investigadores a ingenieros buscar nuevas soluciones
econoacutemicas que permitan disminuir los riesgos y por ende los dantildeos en este tipo de obras
Uno de los caminos en tal sentido es el estudio de estructuras que absorban o minimicen
los posibles asentamientos diferenciales provocados por el humedecimiento localizado del
suelo sin un aumento excesivo de los costos
114 Estructuras yo fundaciones que admiten y resisten los fenoacutemenos provocados
por el colapso
El anaacutelisis de este apartado se centraraacute principalmente en el estudio de las fundaciones
superficiales en suelos potencialmente colapsables ya que el otro gran grupo de soluciones
fundaciones profundas mediante pilotes seraacute objeto de un examen detallado en los
apartados siguientes
La lista de estructuras que se asientan directamente sobre mantos de suelos potencialmente
colapsables es amplia entre ellas pueden sentildealarse viviendas unifamiliares construcciones
transitorias galpones ductos enterrados canales caminos etc
Las fundaciones directas sobre suelos colapsables pueden ser divididas en dos grupos
a) Fundaciones riacutegidas utilizadas principalmente en estructuras livianas y con cargas
puntuales por ejemplo torres de liacuteneas de alta tensioacuten columnas de naves industriales o
depoacutesitos En general este tipo de estructuras tienen algunos rasgos comunes como son por
ejemplo cargas verticales bajas cargas horizontales importantes y en general suelen
aceptar asentamientos admisibles mayores
b) Fundaciones de baja rigidez longitudinal en este caso se trata de estructuras con cargas
lineales (muros de carga canales etc) con baja rigidez en el sentido de las cargas Este tipo
de estructuras son sensibles a humedecimientos localizados del terreno que generan
asientos diferenciales importantes En general las medidas que suelen tomarse para
disminuir los efectos de los asientos diferenciales son las siguientes disentildeo de elementos
que rigidicen la estructura (Clemence Y Finbarr 1981) y el disentildeo de elementos
constructivos que eviten
RECAPITULACIOacuteN
Definido el concepto de colapso el estudio se ha enfocado al anaacutelisis de los suelos
colapsables por humedecimiento En esta clase particular de suelos metaestables el agente
externo que desencadena el fenoacutemeno de colapso es el agua En estos suelos un incremento
de humedad puede provocar una disminucioacuten o anulacioacuten de las fuerzas que vinculan unas
partiacuteculas con otras y por lo tanto cambiar el estado de equilibrio en la estructura del suelo
El colapso de la estructura del suelo depende fundamentalmente de dos causas a) de la
importancia de los cambios provoca dos por el agua en los viacutenculos existentes entre las
partiacuteculas y b) del estado tensional en los viacutenculos O sea para que se produzca el colapso
es necesario un agente sensibilizante y un estado tensional capaz de provocar la des-
estabilizacioacuten de la estructura del suelo
Por este motivo los meacutetodos que mejor reflejan la susceptibilidad al colapso de un suelo
son aquellos basados en ensayos mecaacutenicos donde ambos factores estaacuten presentes
La gran subdivisioacuten que se hace a los suelos colapsables parte precisamente de verificar
coacutemo es el comportamiento del suelo en su estado tensional original o bajo su propio
peso Si se produce el colapso bajo este estado se indica que el suelo es verdaderamente
colapsable o autocolapsable en cambio si el fenoacutemeno no se produce se sentildeala que el
suelo es candicionalmente colapsable o colapsable bajo carga
En este contexto diversos investigadores introducen el concepto (tambieacuten tensional) de
Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) o Presioacuten de Fluencia Saturada (σf) como aquella
presioacuten a la cual se produce el colapso Desde un punto de vista teoacuterico esta presioacuten deberiacutea
ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero desde un punto de vista praacutectico se
asume que una pequentildea magnitud del colapso es permisible Por ejemplo las normas
Sovieacuteticas Lo toman igual al 100 las Chinas igual al 150 En cambio en Argentina se
utiliza maacutes la Presioacuten de Fluencia Saturada que se obtiene de forma similar a la Presioacuten de
Preconsolidacioacuten No obstante esta diferencia metodoloacutegica en ambos casos el concepto es
el mismo
Con respecto a las metodologiacuteas usadas para establecer la susceptibilidad al colapso de un
suelo o de un perfil de suelo han sido analizadas las que utilizan el concepto de Presioacuten
Inicial de Colapso y la magnitud del colapso Esta seleccioacuten se realizoacute fundamentalmente
por las siguientes causas primero porque se hacen en base a ensayos mecaacutenicos donde
intervienen el agente externo (el agua) y el estado tensional del suelo y segundo porque
permiten establecer ya sea a traveacutes de un perfil de colapsabilidad o la magnitud del
colapso coacutemo seraacute realmente el comportamiento del terreno ante las solicitaciones
producidas por la obra de ingenieriacutea
Los perfiles de colapsabilidad relacionan en profundidad el peso propio de las tierras con
la Presioacuten Inicial de Colapso esto permite determinar el espesor de suelos autocolapsables
o el espesor de los suelos que colapsaraacuten si ademaacutes del humedecimiento se aumenta el
estado tensional Estos perfiles son de gran ayuda al proyectista de fundaciones en suelos
colapsables dado que le permiten conocer en forma global la magnitud del problema al que
estaacute enfrentado No obstante su utilidad no termina alliacute sino que por el contrario estos
perfiles le permiten tomar decisiones sobre cuaacuteles son las soluciones ingenieriles maacutes
convenientes del proyecto Pues con su ayuda se podraacute seleccionar el meacutetodo de
mejoramiento del terreno la cota de fundacioacuten de una fundacioacuten profunda la magnitud de
la carga por rozamiento negativo etc
La determinacioacuten de la magnitud del colapso de un perfil de suelo usada como
metodologiacutea de clasificacioacuten tambieacuten es de utilidad en el disentildeo de construccioacuten de obras
de ingenieriacutea en suelos colapsables Sobre todo en la caracterizacioacuten del terreno de grandes
aacutereas ya sea en obras lineales (canales caminos etc) o puntuales (complejos fabriles obras
hidraacuteulicas etc) dado que cada perfil de suelo estaacute caracterizado por un paraacutemetro lo cual
permite el manejo de un nuacutemero importante de informacioacuten Obviamente esta metodologiacutea
tambieacuten es de gran use en cualquier tipo de obras independientemente de su tamantildeo a
importancia
En un abundante nuacutemero de proyectos no es suficiente haber realizado una caracterizacioacuten
o clasificacioacuten del terreno sino que es necesario determinar la magnitud de los
asentamientos que pueden producirse en las obras Los asentamientos por colapso depende
baacutesicamente de dos tipos de factores intriacutensecos y extriacutensecos
Se sentildealan como intriacutensecos aquellos factores propios del suelo como son sus propiedades
fiacutesicas y mecaacutenicas El comportamiento del suelo dependeraacute del tipo de estructura o la
forma en que estaacuten ordenadas las partiacuteculas del grado de compacidad del tipo de viacutenculos
que unen grano con grano etc Estos factores en general no se encuentran
homogeacuteneamente distribuidos por lo cual los paraacutemetros que definen sus propiedades
tenso-deformacionales pueden sufrir variaciones locales importantes
Los factores externos que influyen en la magnitud de los asentamientos son dos el aacuterea
inundada y el estado tensional Estos dos factores influyen considerablemente en la
magnitud de los asentamientos por colapso y por tal motivo deben ser analizados
especiacuteficamente en los caacutelculos Respecto al primero de los factores a pesar que se han
realizado importantes trabajos teoacutericos la informacioacuten experimental indica que todaviacutea
existe cierta indeterminacioacuten en su estimacioacuten Por tal motivo la influencia del aacuterea
inundada en la magnitud de los asentamientos se limita a realizar correcciones de tipo
empiacuterico En cuanto a la influencia que el estado tensional tiene en los asentamientos las
investigaciones se han centrado especialmente en el estudio de cargas externas (zapatas) en
la superficie del terreno
ENSAYOS ldquoin siturdquo Perforacioacuten y muestreoEnsayos ldquoin siturdquo
o Ensayo de penetracioacuten estandar (SPT)o Ensayo de penetracioacuten de cono (CPT + CPTu)o Dilatoacutemetro de placa plana (DMT)o Presuroacutemetro (PMT)o Corte en veleta (VST)10487131048713 Meacutetodos geofiacutesicoso Ondas siacutesmicas (P- S- R-waves)o Electromagneacuteticas (radar resistividad)
EQUIPOS AUTOPROPULSADOS
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)1048713El ensayo ldquoin siturdquo maacutes comuacuten en el mundo10487131902 - Coronel Gow de Raymond Pile Co1048713 Muestreador ciliacutendrico partido1048713 Norma ASTM D 15861048713 Martillo (140-lbs cae 30 pulgadas) (635-kg cae 076 metros)1048713 Tres incrementos de 6 pulgadas Suma de los dos uacuteltimos incrementos = N (golpespieacute)
Se obtiene suelo y
un nuacutemero
Muestra alterada
(Solo para
caraterizacioacuten)
Nuacutemero muy crudo
para el anaacutelisis
No aplicable en
Ventajas
arcillas blandas y
Limos
Variabilidad e
incertidumbre
se obtiene un nuacutemero
Sencillo y de bajo
Costo
Funciona en muchos
tipos de suelo
Se puede utilizar en
rocas blandas
Disponible
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Estos suelos en condiciones de no saturacioacuten o saturacioacuten parcial presentan continuamente un reacomodo radical de las partiacuteculas y una gran peacuterdida de volumen por remojo osea al entrar al estado de saturacioacuten completa La existencia de estos suelos en el mundo y las dificultades ocasionadas a las edificaciones cimentadas sobre ellos han sido reconocidos ampliamente Los depoacutesitos maacutes extensos de suelos colapsables son eoacutelicos o depoacutesitos transportados de arena y limos (loess)Se puenden encontrar comuacutenmente en las maacutergenes fluviales
Desventajas
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Depoacutesitos eoacutelicos Estos depoacutesitos consisten en materiales transportados por el viento el cual forma dunas depoacutesitos tipo loess playas eoacutelicas y grandes depoacutesitos de ceniza volcaacutenica
Depoacutesitos transportados por agua Consisten principalmente de depoacutesitos de sedimentos sueltos a carreados por el agua los cuales forman abanicos fluviales y flujos deslizantes Estos materiales pueden ser depositados por una avenida repentina o flujo de lodo derivado de pequentildeas cuencas colectoras sujetas a aguaceros poco frecuentes
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Suelos residuales Estos suelos son producto del intemperismo y la
desintegracioacuten y alteracioacuten mecaacutenica de rocas madres Las partiacuteculas de
material residual pueden variar de tamantildeo de grandes fragmentos de
gravas a arenas limos coloides y en algunos casos material orgaacutenico
La estructura del grano colapsable se ha desarrollado como producto de
la accioacuten disolvente sobre el material soluble y coloidal La lixiviacioacuten del
material soluble y del material fino conduce a una alta relacioacuten de vaciacuteos
y a una estructura inestable Otro tipo de suelo que muestra colapso al
remojo son aquellos derivados de tufo volcaacutenico
sulfato de calcio arenas sueltas cementadas por sal soluble arcillas
dispersivas y arcillas montmorilloniacuteticas ricas en sodio
CAUSAS QUE GENERARIacuteAN DICHO COMPORTAMIENTO- Estructura parcialmente saturada potencialmente inestable- Una componente de esfuerzo aplicado o existente lo suficientemente alta para desarrollar una condicioacuten metaestable- Un ligante resistente o un agente cementante para estabilizar contactos intergranulares el cual se reduce por remojo ocasionando el colapso La mayoriacutea de suelos colapsables involucra la accioacuten de partiacuteculas arcillosas en los enlaces entre los granos gruesos de arena-Agentes cementantes tales como oacutexido de hierro carbonato de calcio o la soldadura de granos en contacto proporcionan esfuerzos resistentes para muchos suelos colapsables La accioacuten de este cementante es frecuentemente el agente principal de colapso en loess El grado al cual el agente cementante pierde su efectividad depende del grado de contaminacioacuten del ingreso del agua y del grado de disolucioacuten del agente cementante involucrado
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
CONSOLIDOacuteMETRO PARA ENSAYO DE COLAPSO
Se procede a cortar el suelo de acuerdo con las dimensiones del anillo
del ensayo de consolidacioacuten unidimensional Determinar sus
propiedades fiacutesicas tales como humedad natural peso volumen
gravedad especiacutefica de soacutelidos liacutemites de consistencia distribucioacuten
granulomeacutetrica seguacuten las normas
Se instala la muestra en el anillo del consolidoacutemetro despueacutes de haber
determinado el peso inicial de la masa huacutemeda y altura de la muestra y
fijar el conjunto anillo-muestra en el consolidoacutemetro Aplicar una carga
de contacto 005 kgcm2 (5 Kpa) despueacutes de 5 min tomar lectura del
deformiacutemetro aplicar incrementos de carga a cada hora hasta que se
aplique la presioacuten vertical apropiada Los incrementos de carga seraacuten
012 025 050 100 200 etc Kgcm2 (12 25 50 100 200 etc) o
cargas de acuerdo al meacutetodo de ensayo ASTM D2435 registrar la
deformacioacuten antes de incrementar una nueva carga
Determinacioacuten del potencial de colapso
donde
di = lectura del dial con el esfuerzo adecuado antes de la saturacioacuten (mm)
df = lectura del dial bajo el esfuerzo adecuado despueacutes del humedecimiento (mm)
ho = altura inicial de la muestra (mm)
Tmbieacuten se puede evalua en teacuterminos de relacioacuten de vaciacuteos
dondeΔe = cambio de relacioacuten de vaciacuteos bajo el esfuerzo adecuado antes y despueacutes de la inundacioacuteneo = relacioacuten de vaciacuteo inicialLa evaluacioacuten de un suelo colapsable seraacute de acuerdo a la siguiente tablaCon todo lo epxlicado concluimos que el colapso de los suelos es la disminucioacuten moderada de volumen cuando estaacute con bajo contenido de humedad y una gran peacuterdida cuando estaacute sumergido y la magnitud de asentamiento depende del contenido de humedad del suelo En estado sumergido y bajo la aplicacioacuten de cargas verticales los suelos colapsables presentan un mayor asentamiento Los suelos colapsables existen en todo el mundo principalmente en la regiones aacuteridas y semiaacuteridas nuevamente comentando que los depoacutesitos eoacutelicos coluviales residuales tubos volcaacutenicos etc son suelos que pueden ser colapsables
Definicioacuten de colapso Se definen como colapso a cualquier disminucioacuten raacutepida de volumen del suelo producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factoresbull Contenido de humedad (w) bull Grado de saturacioacuten (Sr) bull Tensioacuten media actuante (τ) bull Tensioacuten de corte (σ) bull Presioacuten de poros (u)
TIPOS DE SUELOS COLAPSABLESLos tipos de suelos colapsables son
- Suelos aluviales y coluviales ndash Depositados en ambientes Semi-deseacuterticos por flujos maacutes o menos torrenciales- Suelos eoacutelicos ndash Depositados por el viento son arenas y limos arenosos con escaso cemento arcilloso en una estructura suelta o inestable
- Cenizas volcaacutenicas ndash Provenientes de cenizas arrojadas al aire por actividad volcaacutenica explosiva- Suelos residuales ndash Derivados de la descomposicioacuten in ndash situ de minerales de ciertas rocas son luego lixiviados por el agua y pierden su cemento
CONSECUENCIAS EN CIMENTACIONES
Patologiacuteas en cimentaciones Posibles causas
Introduccioacuten
De todos los posibles tipos de patologiacutea que puede sufrir la edificacioacuten las estadiacutesticas demuestran que son las patologiacuteas ligadas a las cimentaciones las que mayores costes globales conllevan Ademaacutes tienen gran repercusioacuten social lo que las hace maacutes notorias por la complejidad propia de su reparacioacuten porque suponen una fuerte alteracioacuten y hasta interrupcioacuten del uso del inmueble y porque suelen involucrar a colindantes e incluso poderes puacuteblicos Urge como en ninguacuten otro caso determinar las causas y cuanto antes dar una solucioacuten al problema
Causas intriacutensecas de fallos de cimentacioacuten
Se agrupan aquiacute los fallos de cimentacioacuten consecuencia de la interaccioacuten entre el terreno y la propia cimentacioacuten de la construccioacuten afectada
Defectos de proyecto
Son errores de concepcioacuten de disentildeo o caacutelculo del proyecto Son errores previsibles por lo que si se tienen en cuenta en el disentildeo y caacutelculo de la edificacioacuten el riesgo de que provoquen dantildeos se minimizaEnumeramos aquiacute no todas pero siacute algunas de las posibles causas de problemas derivadas del proyectobull Falta de capacidad de carga cimentacioacuten insuficiente o capacidad
de carga del suelo insuficientebull Esfuerzos no contemplados por ej por olvido de algunas
sobrecargas de explotacioacutenbull Conocimiento insuficiente del suelo Lo que deriva en la ignorancia
de riesgos especiales geoteacutecnicos Las causas pueden ser escasez de reconocimientos previos del terreno mala interpretacioacuten de los mismos no consideracioacuten de los fenoacutemenos de agresividad etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Cobra importancia en terrenos con especiales caracteriacutesticas
Arcillas expansivas
Suelos colapsables
Rellenos antroacutepicos
Suelos blandos naturales
Infravaloracioacuten del riesgo geoteacutecnico conocido eacuteste Casos asiacute pueden ser desprecio de los efectos que produce la falta de homogeneidad de un suelo o las distintas profundidades de aparicioacuten de la roca en planta desprecio de los efectos de la potencial expansividad o de posible subpresioacuten o fenoacutemenos de subsidencias procesos de disolucioacuten etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONESbull Defectos en la evaluacioacuten del terreno asientos calculados no
tolerables por la estructura esfuerzos paraacutesitos en pilotes (olvido del efecto de asiento de terrenos flojos o rellenos recientes) etc
bull Efecto grupo en pilotes defectuosa estimacioacuten del efecto grupo en pilotes flotantes no consideracioacuten de los esfuerzos laterales o del rozamiento negativo etc
bull Ausencia de consideracioacuten del bulbo de tensiones de la cimentacioacuten propia y su alcance Pero tambieacuten de cimentaciones colindantes que podriacutean suponer una carga oblicua sobre nuestra cimentacioacuten habraacute que considerarla en caacutelculo y prever un proceso constructivo adecuado (no vayamos a provocar dantildeos a otras edificaciones)
bull Ignorancia de las condiciones de contorno es decir no consideracioacuten de las condiciones del entorno de la estructura
proyectada posibles socavaciones arrastres descalces agotamientos rebajamientos de nivel freaacutetico etc
bull Heterogeneidades distribucioacuten irregular de las cargas o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentacioacuten
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Defectos de ejecucioacuten
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecucioacuten de eacutestos Los defectos de ejecucioacuten normalmente responden a un deficiente Control de Calidad Por tanto en principio son evitablesAlgunos errores de ejecucioacuten podriacutean serbull Apreciacioacuten erroacutenea de los estratos resistentes confundidos con
capas de poco espesor bolos erraacuteticos etcbull Errores de replanteo bull Mala calidad de los materiales en especial hormigones Deterioro
de zapatas losas o muros por escasa calidad de los materiales grietas de retraccioacuten por mala dosificacioacuten del hormigoacuten materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto etc
bull Degradacioacuten del material suele ir unido al anterior hormigoacuten no resistente a la agresividad del terreno recubrimientos insuficientes madera metal etc
bullCAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Lavado del hormigoacuten en cimentaciones superficiales o profundas colocado en presencia de aguas en movimiento
Errores en la colocacioacuten de armaduras confusioacuten de diaacutemetros de armado ausencia de separadores etc
Problemas de fraguado unidos a errores de vertido de dosificacioacuten de curado
Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio cortadas lavadas) o de baja calidad y excesiva carga portante de caacutelculo
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
Esto coincide con lo advertido por Grigoryan (1967) en ensayos de zapatas cuadradas y
rectangulares en donde solamente se observaron asentamientos en la masa del suelo
cuando la tensioacuten actuante era mayor al valor de la Presioacuten Inicial de Colapso (δicol)
Por lo tanto se puede concluir que no existen reglas praacutecticas -como las que existen en
otros tipos de suelos- que puedan dar valores indicativos de la relacioacuten entre el ancho de la
cimentacioacuten y el espesor del manto deformable Sin embargo de lo que siacute hay abundante
evidencia es que la zona deformada generalmente aumenta cuando aumenta el contenido de
humedad (Tsytosich et al 1979)
b) La distribucioacuten de tensiones en la masa de un suelo colapsable provocada por una zapata
riacutegida se asemeja a la de un medio seminfinito y elaacutestico (error entre 20 a 30) soacutelo
cuando el suelo estaacute a humedad natural y la tensioacuten no sobrepasa los 30 kgcm2
(Grigoryan 1967) Tsytosich et al (1979) comprobaron experimentalmente esta afirmacioacuten
observando que a posteriori de la inundacioacuten del suelo el cambio tensional sobre la vertical
en el borde y en el centro de la zapata aumentan Se advierte que durante el proceso de
inundacioacuten del suelo ubicado debajo de la zapata se produce una concentracioacuten de
tensiones bajo la zapata disminuyendo el aacuterea en donde se distribuyen las cargas Seguacuten
Abelev y Abelev (1979) esto puede explicarse porque las relaciones tensioacuten-deformaciones
de los suelos macroporosos no son lineales a estos niveles de tensioacuten
9 METODOS DE IDENTIFICACIOacuteN
91 Aspectos generales
A partir de la deacutecada de los antildeos 50 se generoacute una preocupacioacuten manifiesta por parte de
diferentes investigadores en identificar y clasificar la potencialidad al colapso en los
distintos suelos
Estos intentos a escala mundial se han enfrentado fundamentalmente con dos
inconvenientes o limitaciones como son
1 La gran variedad de tipos de suelos que colapsan por humedecimiento Asiacute por
ejemplo meacutetodos probados en ciertos paiacuteses o regiones en determinados tipos de suelos no
han podido hacerse extensivos a suelos de otras zonas cuyo origen geoloacutegico y geneacutetico es
francamente diferente
2 La frecuente heterogeneidad de los suelos colapsables por humedecimiento En este
sentido hay coincidencia entre los investigadores que han estudiado suelos colapsables de
distinto origen geoloacutegico Asiacute pueden encontrarse referencias tanto en investigadores que
analizaron suelos lateriacuteticos o de origen eoacutelico como el loess (Abeley y Abeley 1979
Moretto 1986) que en principio suelen considerarse como suelos homogeacuteneos Es
frecuente encontrar una variacioacuten en el grado de cementacioacuten (por ejemplo debido a
carbonatos) en soacutelo algunos centiacutemetros En otros casos esta heterogeneidad es debida a la
presencia de grandes macroporos dejados por raiacuteces o insectos
Esto ha llevado a una gran variedad de metodologiacuteas para establecer la susceptibilidad al
colapso de los suelos y una anarquiacutea en la terminologiacutea empleada en los diferentes paiacuteses
para su clasificacioacuten Sin embargo en la mayoriacutea de los casos los diferentes investigadores
o coacutedigos han tendido a discretizar el comportamiento del suelo frente al colapso en dos
grupos suelos que colapsan bajo peso propio y suelos que colapsan bajo una carga mayor
Rocca (1985) ha confeccionado una tabla de equivalencias con la denominacioacuten que
reciben en los distintos paiacuteses
82 Clasificacioacuten de los meacutetodos de identificacioacuten de suelos colapsables
En cuanto a los tipos de meacutetodos de identificacioacuten propiamente dichos varios han sido los
enfoques que se han propuesto Estos podriacutean clasificarse en tres grupos
1048713 Meacutetodos basados en paraacutemetros fiacutesicos de identificacioacuten de suelos tales como Peso
Unitario Liacutemites de Consistencia Granulometriacutea etc
1048713 Meacutetodos basados en ensayos mecaacutenicos principalmente en ensayos edomeacutetricos
1048713 Meacutetodos basados en la magnitud del colapso
Existe una abundante bibliografiacutea sobre los diferentes meacutetodos de clasificacioacuten a
identificacioacuten en las cuales se ha realizado un anaacutelisis criacutetico sobre los diferentes meacutetodos
como las ya referidas de Rocca (1985) y Redolfi et al (1986) y otras como las de Sultan
(1969) Reginatto (1970 1974) Loacutepez Corral (1977) Jimeacutenez Salas (1987) y Lutenegger y
Saber (1988) Por lo tanto en este apartado no se insistiraacute en ello sino maacutes bien se haraacute un
enfoque general del problema y se presentaraacuten aquellos conceptos v meacutetodos que
posteriormente seraacuten utilizados en el desarrollo de estas notas
Meacutetodos basados en paraacutemetros fiacutesicos de suelos
En general la mayoriacutea de estos meacutetodos de identificacioacuten tienen maacutes bien un caraacutecter
cualitativo que cuantitativo pretendiendo ubicar el suelo analizado en algunos de los
grupos mencionados en (36) La clasificacioacuten consiste habitualmente en establecer si el
suelo es autocolapsable (colapsable bajo su propio peso) o bien si es condicionalmente
colapsable (colapsable bajo carga externa)
En estas notas solamente se analizaraacuten tres de ellos que tienen en comuacuten que relacionan el
liacutemite liacutequido y el peso unitario seco
a) Denison (1961) establece el Coeficiente de Colapso (k) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando la relacioacuten de vaciacuteos del suelo en estado natural (e) es mayor
que la relacioacuten de vaciacuteos correspondiente al Liacutemite Liacutequido (eL )
b) Gibbs (1961) establece una Relacioacuten de Colapso (R) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando la humedad de saturacioacuten del suelo (wSAT) es mayor que el
Liacutemite Liacutequido (wL )
c) Coacutedigo de edificacioacuten de la URSS (1962) establece un Indice de Colapso (R) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando R es mayor de -010
En se han superpuesto los puntos correspondientes a pares de valores del peso unitario
seco y el Liacutemite Liacutequido de suelos de la ciudad de Coacuterdoba Argentina (Redolfi et al
1986) De ella se desprende que los valores de los paraacutemetros obtenidos son valores tiacutepicos
de la formacioacuten loeacutessica de Coacuterdoba y que para todas las metodologiacuteas aquiacute presentadas la
gran mayoriacutea de los suelos son colapsables puesto que estaacuten incluidos dentro de las zonas
que los clasifican colapsables
Meacutetodos basados en ensayos edomeacutetricos
Estos meacutetodos estaacuten basados en la Presioacuten Inicial de Colapso o Presioacuten de Fluencia La
determinacioacuten del grupo al cual pertenece el suelo estudiado (auto colapsable o colapsable
bajo carga) se realiza comparando la presioacuten de tapada o geostaacutetica con la presioacuten a la cual
se produce el colapso Asumiendo como hipoacutetesis que el colapso por humedecimiento
ocurre soacutelo a partir de una cierta presioacuten por encima de la cual la resistencia estructural del
suelo es superada
La magnitud de esta presioacuten para la cual se produce el desmoronamiento de la estructura
del suelo ha sido designada por algunos autores como
1048713 Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) (Abelev y Abelev 1979) o
1048713 Presioacuten de Fluencia Saturada (σf sat) (Reginatto 1970)
Experimentalmente se ha demostrado que cuando la presioacuten total en el suelo (σt) ya sea
por cargas externas yo peso propio es menor que esta magnitud no se producen
asentamientos de colapso por humedecimiento Krutov y Tarasova (1964) sentildealan
acertadamente que desde un punto de vista teoacuterico la Presioacuten Inicial de Colapso o Presioacuten
de Fluencia deberiacutea ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero concluyen que
desde un punto de vista praacutectico una pequentildea magnitud de colapso puede asumirse como
permisible Siguiendo este concepto por ejemplo las Normas Sovieacuteticas SNIP definen a la
Presioacuten Inicial de Colapso como aquella presioacuten para la cual en una probeta instalada en un
edoacutemetro se produce un colapso relativo unitario igual a 001 o porcentual del 100
δicol = 001 = 10
En se han representado las curvas presioacuten-deformaciones unitarias de dos ensayos
edomeacutetricos del mismo suelo uno a humedad natural y el otro en estado saturado El
colapso relativo (δicol) es igual a
δicol = εHN - εSAT
donde εHN = Deformacioacuten unitaria a humedad natural
εSAT = Deformacioacuten unitaria en estado saturado
En tanto Reginatto (1970) define a la Presioacuten de Fluencia saturada de un suelo colapsable
de la misma forma en que se establece la presioacuten de preconsolidacioacuten de una arcilla
saturada en un ensayo edomeacutetrico
En se presenta la correlacioacuten que realizan Lin y Wang (1988) entre los valores de la
Presioacuten de Fluencia Saturada y la Presioacuten Inicial de Colapso (el Coacutedigo Chino la establece
para un valor de δicol = 150) Se puede observar que aproximadamente se establece una
relacioacuten directa entre ellas Esto no es de extrantildear puesto que conceptualmente ambas
definiciones tratan de fijar la presioacuten a la cual la estructura del suelo saturado comienza a
colapsar
Los numerosos intentos realizados en ensayos in situ para comprobar la validez de esta
hipoacutetesis (Krutov y Tarasova 1964 Abelev y Abelev 1979) parecen indicar a primera
vista que las predicciones tienen buen acuerdo con la realidad en muchos casos pero en
cambio en otros la diferencia entre lo predecido y lo sucedido es importante sobre todo en
aquellos casos referidos al colapso por peso propio
Meacutetodos basados en la magnitud del asentamiento por colapso
Los meacutetodos basados en la magnitud del asentamiento por colapso se fundan en determinar
la magnitud del mismo de un perfil de suelos en un lugar determinado debido solamente a
su peso propio
Asiacute por ejemplo la Clasificacioacuten Rumana de Suelos Loeacutessicos Colapsables (LCS) define
el Potencial Total de Colapso (Img) (Bally et al1973) como
donde Hj es el espesor del estrato j en metros y img es el asentamiento edomeacutetrico
adicional de una muestra de estrato j inundada a una presioacuten igual al peso propio de las
tierras (σ0 ) expresado en cmm
El Coacutedigo de Construccioacuten de Edificios de la Repuacuteblica Popular China en regiones de
suelo colapsables sigue un criterio similar (Lin y Liang 1982 Lin y Wang 1988) La
evaluacioacuten de la susceptibilidad al colapso en un determinado sitio se realiza en dos etapas
En primer lugar se evaluacutea su aptitud al autocolapso y se determina el Tipo de sitio (Tipo
1 o Tipo 2)
La magnitud del colapso por peso propio Δzc se obtiene de forma similar a la utilizada por
Bally et al (1973) en Rumania sumando los asentamientos individuales de los n estratos
colapsables del perfil
donde Hj es el espesor de estrato en cm y δzsj es el coeficiente de colapsabilidad del estrato
j en cmcm o en por ciento obtenido por medio de ensayos edomeacutetricos en los cuales
primero se carga el suelo hasta la presioacuten por peso propio y luego se inunda la muestra
donde Hj es el espesor de estrato en cm y δzsj es el coeficiente de colapsabilidad del estrato
j en cmcm o en por ciento obtenido por medio de ensayos edomeacutetricos en los cuales
primero se carga el suelo hasta la presioacuten por peso propio y luego se inunda la muestra
La sumatoria soacutelo tiene en cuenta aquellos valores de δzs jmayores de 0015
Si Δzs lt 7 cm se considera al suelo no autocolapsable por humedecimiento y se clasifica
al lugar como sitio TIPO 2 Si en cambio Δzs gt 11 cm se considera al suelo
autocolapsable por humedecimiento y se lo clasifica como sitio TIPO 1
Por uacuteltimo si 7 cm lt Δzs lt 11 cm el tipo de sitio debe ser determinado despueacutes de un
exhaustivo estudio de la geomorfologiacutea estratigrafiacutea y caracteriacutesticas estructurales del
suelo
El Coacutedigo tambieacuten establece que la magnitud del colapso por peso propio (Δzs) tambieacuten
puede ser determinada directamente en el terreno a traveacutes de una balsa o laguna de
infiltracioacuten de dimensiones especiacuteficas
La segunda etapa de la evaluacioacuten de la colapsabilidad consiste en establecer el Grado de
Colapsabilidad del suelo de cimentacioacuten Para ello se carga a las muestras representativas
de cada uno de los estratos a una presioacuten de 200 kPa y luego se las inunda La magnitud del
colapso se obtiene
donde δsj es el Coeficiente de colapsabilidad del estrato j en cmcm para una presioacuten de
200 kPa La sumatoria soacutelo tiene en cuenta valores de Δs mayores de 0015
donde δsj es el Coeficiente de colapsabilidad del estrato j en cmcm para una presioacuten de
200 kPa La sumatoria soacutelo tiene en cuenta valores de Δs mayores de 0015
SOLUCIONES INGENIERILES EN SUELOS COLAPSABLES
111 Consideraciones generales
La primera cuestioacuten que debe analizarse cuando se disentildean cimentaciones en suelos
susceptibles al colapso es la probabilidad que el agente desencadenante del fenoacutemeno el
agua pueda o no introducirse en el terreno y por ende sensibilizar al suelo en donde se
apoyaraacuten las estructuras Por definicioacuten sin la presencia del agua el suelo no colapsa Esta
cuestioacuten es significativa puesto que pueden existir numerosos casos en donde la
probabilidad que el agua se infiltre en el suelo sea lo suficientemente baja como para
analizar la posibilidad de fundar la estructura considerando el comportamiento del suelo en
su estado natural Por lo tanto cuando se hable de suelos potencialmente colapsables por
humedecimiento no debe pensarse uniacutevocamente en las soluciones ingenieriles que se
utilizan en suelos colapsables
Hecha esta aclaracioacuten a continuacioacuten se trataraacute de ofrecer un panorama de las distintas
soluciones ingenieriles que se adoptan en suelos colapsables por humedecimiento cuando
las probabilidades de que se produzca el fenoacutemeno son altas
El objetivo central de todas estas soluciones es prevenir las fallas estructurales o de servicio
que pueden sobrevenir sobre las estructuras construidas sobre estratos de suelos
colapsables
Aitchison (1973) divide a estas soluciones en
a) Tratamiento del suelo colapsable con vista a eliminar la tendencia al colapso a lo largo
de todo el estrato de suelos desmoronables
b) Disentildeo de elementos constructivos que eliminen o disminuyan a liacutemites razonables la
posibilidad que se inicie el colapso
c) Disentildeo de estructuras yo cimentaciones insensibles a los asentamientos provocados por
el colapso por ejemplo fundaciones profundas apoyadas sobre un manto profundo no
sujeto a los asentamientos por humedecimiento
El primer grupo de soluciones comprende los meacutetodos de mejoramiento de suelo por
medio de los cuales la susceptibilidad al colapso es eliminada modificando las propiedades
resistentes del suelo mediante la compactacioacuten o la cementacioacuten de los viacutenculos entre
partiacuteculas El segundo grupo incluye la adopcioacuten de medidas constructivas tendientes a
aislar el agua de manera de evitar o disminuir la presencia de condiciones favorables al
colapso admitiendo no obstante ciertos riesgos Finalmente el tercer grupo engloba tanto
las soluciones tradicionales por medio de fundaciones profundas como el disentildeo de
estructuras con fundaciones directas insensibles a los asentamientos diferenciales
provocados por el colapso del suelo En resumen en el primer grupo de soluciones se
interviene directamente en el suelo evitando asiacute el colapso en el segundo grupo se intenta
evitar que se produzca el colapso sin modificar el suelo y en el uacuteltimo grupo se construyen
estructuras yo fundaciones que admitan y resistan los fenoacutemenos provocados por el
colapso del suelo
Evstatiev (1988) sentildeala que los mejores resultados han sido alcanzados con una oacuteptima
combinacioacuten de las ventajas que individualmente tiene cada uno de los tres grupos La
experiencia ha probado que las medidas constructivas y las medidas de aislacioacuten del agua
por siacute solas no pueden resolver todos los problemas de inestabilidad que provoca el colapso
del suelo Asiacute la adopcioacuten de soluciones exclusivamente para la superestructura (por
ejemplo fundaciones profundas) sin un adecuado disentildeo que eviten dantildeos en los otros
elementos de la construccioacuten como pisos desaguumles etc han provocado serios dantildeos en
estas partes de la construccioacuten que podriacutean haber sido evitados aplicando medidas
tendientes a evitar el ingreso del agua en el terreno
La eficacia del disentildeo adoptado en cada caso depende en gran medida de la calidad de las
investigaciones geoteacutecnicas realizadas La informacioacuten baacutesica que eacutestas deben suministrar
son el espesor del manto de suelos colapsables y la magnitud del colapso bajo peso propio
o bajo carga de todos los estratos del perfil
Una incorrecta estimacioacuten de estos paraacutemetros puede llevar a proponer y construir
soluciones ingenieriles totalmente opuestas a las correctas La confeccioacuten de perfiles de
colapsabilidad como los presentados permiten establecer la existencia o no de suelos
autocolapsables sus espesores aproximados y la profundidad a la que se encuentran Esta
metodologiacutea de anaacutelisis es de gran ayuda por ejemplo en la eleccioacuten del procedimiento
idoacuteneo para estabilizar el terreno
A continuacioacuten se presenta una descripcioacuten de las distintas soluciones ingenieriles maacutes
utilizadas en este tipo de suelos En primer lugar se analizan el primer grupo de soluciones
que se ha englobado bajo el nombre de Mejoramiento de suelos continuando luego con los
otros dos grupos Medidas para evitar la iniciacioacuten del colapso y fundaciones yo
estructuras insensibles a los fenoacutemenos del colapso
112 Mejoramiento de suelos colapsables
Consideraciones previas
El objetivo principal de estas soluciones es eliminar o disminuir apreciablemente la
susceptibilidad al colapso del suelo bien disminuyendo la porosidad del suelo
(compactacioacuten) o bien aumentando la resistencia estructural entre las partiacuteculas del suelo
(meacutetodos fiacutesico-quiacutemicos) Una de las formas de clasificar los meacutetodos de mejoramiento o
estabilizacioacuten ha sido precisamente eacutesta o sea teniendo en cuenta la accioacuten resultante
sobre el suelo (Aitchison1973 Rocca1985) Sin embargo para el desarrollo y explicacioacuten
de los diferentes meacutetodos se ha elegido la clasificacioacuten propuesta por Evstatiev(1988) que
tiene en cuenta el medio usado para realizar la estabilizacioacuten y el objeto de la misma
Evstatiev (1988) propone la siguiente clasificacioacuten de los meacutetodos de estabilizacioacuten de
suelos loeacutessicos la cual puede hacerse extensiva a suelos colapsables
a) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacioacuten
b) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
c) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
d) Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
e) Meacutetodos de mejoramiento que incorporan elementos resistentes a la traccioacuten dentro del
suelo
f) Geomembranas
g) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por drenaje
h) Correccioacuten de taludes y terraplenes
A continuacioacuten siguiendo la clasificacioacuten antes expuesta se desarrollaran aquellas
metodologiacuteas de mejoramientos de suelos colapsables maacutes extendidas Desarrollaacutendose
principalmente los grupos abc y d puesto que incluyen una serie de acciones particulares
frente al fenoacutemeno del colapso En cuanto a los restantes grupos (e f g y h) las teacutecnicas de
mejoramiento del terreno utilizadas persiguen los mismos objetivos buscados en otros tipos
de suelos y en general la teacutecnica empleada es praacutecticamente la misma Por tal motivo y
puesto que se apartan un tanto del objeto de estas notas se estima conveniente no abundar
sobre ellas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacioacuten
Este grupo comprende varias de las metodologiacuteas usadas en suelos colapsables para reducir
los vaciacuteos de modo de eliminar la colapsabilidad reducir la permeabilidad y aumentar la
capacidad de carga Esto se realiza utilizando fuerzas estaacuteticas o dinaacutemicas o bien a traveacutes
de la inyeccioacuten de lechadas
Compactacioacuten dinaacutemica Este meacutetodo es adecuado para compactar mantos de suelos
colapsables superficiales con espesores menores a 350 metros El meacutetodo consiste en dejar
caer en caiacuteda libre desde una altura de 4 a 8 metros pilones de 3 a 8 Tn sobre la superficie
del terreno a razoacuten de 10 a 16 impactos en cada lugar (Abelev y Abelev 1979) El impacto
genera una rotura de la estructura del suelo un aumento de la presioacuten de poros y una
compresioacuten del aire presente en los poros produciendo un reacomodamiento de las
partiacuteculas dando como resultado una estructura maacutes compacta Seguacuten Malyshev et al
(1983) el contenido de humedad del suelo juega un papel importante lograacutendose la maacutexima
eficiencia con un contenido de humedad cercano al Liacutemite Plaacutestico Si el contenido de
humedad es menor a eacuteste es necesario humedecer el espesor de suelo de modo de alcanzar
una mejor eficacia Varios son los factores que controlan los resultados del meacutetodo asiacute por
ejemplo el espesor compactado es funcioacuten principalmente del peso y del diaacutemetro del piloacuten
En tanto el grado de compactacioacuten estaacute controlado por el nuacutemero de impactos y la humedad
del suelo El grado de compactacioacuten no es uniforme a lo largo de todo el espesor
compactado lograacutendose la maacutexima densificacioacuten a 12 a 15 veces el diaacutemetro del piloacuten
Sin embargo se pueden obtener Pesos Unitarios secos superiores a 16 tm3 en espesores de
25 a 35 m lo cual en la mayoriacutea de los casos es suficiente para disminuir o anular la
susceptibilidad al colapso del suelo Una variante a este meacutetodo es realizar la compactacioacuten
solamente en los lugares donde actuacutean las cargas y no en toda el aacuterea de la construccioacuten
Por ejemplo en casos de fundaciones de muros de carga o fundacioacuten de columnas el
mejoramiento del suelo se logra densificando la zona de influencia del bulbo de presiones
o sea la zona donde los incrementos de presioacuten pueden hacer colapsar el suelo
Compactacioacuten por medio de pequentildeos pilotes piramidales En cierta forma este meacutetodo es
una variante del meacutetodo anterior Consiste en hincar un pilote piramidal de 3 a 4 metros de
longitud con una seccioacuten transversal superior de 60 x 60 a 70 x 70 cm y una seccioacuten
transversal inferior de 10 x 10 cm Una vez retirado el pilote la cavidad se rellena con
hormigoacuten Este tipo de metodologiacutea da excelentes resultados en aacutereas en donde existe un
espesor de suelos potencialmente colapsables (no autocolapsables) de 30 o 40 m de
profundidad pero que colapsaraacuten si estaacuten sometidos a los incrementos de carga
transmitidos por las construcciones Una de las ventajas del meacutetodo es la completa
mecanizacioacuten de todas las operaciones Una variante a este meacutetodo consiste en realizar la
hinca sobre una capa de piedra partida dando como resultado un bulbo de suelo
compactado alrededor de la capa de piedra mejorando la capacidad de carga por la punta
del pilote asiacute construido
Compactacioacuten por pilotes de suelo Este es uno de los meacutetodos maacutes usuales para
compactar espesores importantes (18 a 20 m) de suelos loeacutessicos susceptibles al colapso
El procedimiento consta de dos partes primero se realiza la perforacioacuten y segundo se llena
la cavidad con suelo compactado La perforacioacuten se realiza usualmente mediante la hinca
de un pilote metaacutelico con base ensanchada (15 veces) En otra metodologiacutea de reciente uso
la excavacioacuten se hace de la siguiente forma se perfora hasta la profundidad deseada un
hoyo de 8 cm de diaacutemetro dentro del cual se coloca una columna de explosivos que luego
de estallar crea una perforacioacuten de aproximadamente 080 m de diaacutemetro Despueacutes de
efectuada esta perforacioacuten dinaacutemica la cavidad se rellena con suelo local introducido en
tongadas de 100 a 200 Kg que luego son compactadas dinaacutemicamente por medio de un uacutetil
especial Concluidas ambas etapas quedan formadas columnas de suelo compactado con un
diaacutemetro aproximado igual a dos veces el de la perforacioacuten El grado de compactacioacuten va
decreciendo a medida que se aleja del centro de la columna por tal motivo es importante
conocer esta ley de decrecimiento para disentildear correctamente la cuadriacutecula de pilotes de
suelo Al igual que en los otros meacutetodos la eficiencia del sistema aumenta en la medida que
la humedad del suelo natural y compactado se encuentre a una humedad cercana al Limite
Plaacutestico Por tal motivo es usual que previo a la perforacioacuten se realice una humectacioacuten del
espesor de suelos a compactar Las densidades alcanzadas son del orden de 170 a 180
tm3 que son suficientes para evitar el colapso por peso propio y permiten el use del
espesor compactado como manto de fundacioacuten
Compactacioacuten por explosiones de gas Esta relativamente nueva metodologiacutea de
compactar espesores de suelos colapsables consiste en introducir a traveacutes de una lanza de
agua a presioacuten una caacutemara de compresioacuten que contiene una mezcla de gas propano y
oxiacutegeno la cual se va elevando a medida que se producen una serie de explosiones de la
mezcla De este modo se va generando una columna 120 140 m de suelo compactado
(Densidad de 150 tcm3) (Martemyanov et al 1979)
Compactacioacuten por humedecimiento (Hidrocompactacioacuten) En este caso se utiliza la propia
susceptibilidad del suelo a colapsar bajo peso propio El meacutetodo maacutes frecuente de realizar
la humectacioacuten o saturacioacuten del terreno es a traveacutes de infiltracioacuten del agua desde la
superficie del terreno para lo cual se efectuacutean excavaciones poco profundas (040 a 080 m)
o bien se construyen grandes estanques En muchos casos a efectos de acelerar el ingreso
del agua al terreno se construyen dentro del estanque drenes de arena convenientemente
espaciados Este sistema ha sido empleado ampliamente en varias partes del mundo por
ejemplo en EEUU por Gibbs y Bara (1967) y Clevenger (1956) en Rumania por Bally et
al (19651969) en la URSS por Lomize (1968) y Mustafaef (1967) en China por Lin y
Liang (1982) y en Argentina por Moll et al (1979) A pesar de su amplia utilizacioacuten y su
bajo costo el meacutetodo presenta una serie de inconvenientes aparicioacuten de grietas de traccioacuten
en el contorno del aacuterea inundada existencia de importantes deformaciones posteriores al
colapso necesidad de recompactar los 4 oacute 5 primeros metros utilizando otro tipo de
metodologiacutea La efectividad de este meacutetodo se mejora sustancialmente si al mismo se lo
combina con otro meacutetodo de compactacioacuten dinaacutemica
Compactacioacuten por humedecimiento previo y por explosiones profundas Este meacutetodo fue
desarrollado en al Unioacuten Sovieacutetica por Livinov (1976) en la deacutecada de los 60 El espesor de
suelos a compactar es previamente humedecido a traveacutes de un sistema de drenes
(cuadriacutecula de 3 x 3 a 5 x 5 m) Las cargas explosivas (5 a 7 Kg) son colocadas en el fondo
de los mismos drenes o bien en tubos metaacutelicos colocados en perforaciones adicionales La
cuadriacutecula con las cargas es aproximadamente de 4 x 4 m En este procedimiento no es
necesario la completa saturacioacuten del suelo que por ejemplo necesita el meacutetodo anterior
Posterior al humedecimiento se hacen estallar las cargas de toda un aacuterea (2000 a 50000
m2) La explosioacuten generan una onda de choque que hace licuar la estructura del suelo lo
cual permite un reacomodamiento de las partiacuteculas y un crecimiento de la densidad del
suelo En ciertos casos es aconsejable la construccioacuten de trincheras alrededor de la zona a
compactar a efectos de evitar la propagacioacuten de grietas fuera de ella La explosioacuten produce
un importante a inmediato asentamiento de la superficie del terreno Los asentamientos en
general se estabilizan al cabo de 3 oacute 4 semanas Este tipo de meacutetodo es aconsejable cuando
se desea compactar grandes voluacutemenes de suelo particularmente en grandes complejos
industriales o bien en obras hidroeleacutectricas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
En este apartado se incluyen aquellos meacutetodos de estabilizacioacuten consistentes en la mezcla y
posterior compactacioacuten de suelo colapsable con otros materiales (arena gravas) a efectos
de conseguir mayor resistencia y mayor rigidez Este tipo de estabilizacioacuten es de amplio use
en la ingenieriacutea vial en la construccioacuten de bases y de sub-bases
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
Este grupo incluye a aquellas metodologiacuteas en las cuales el mejoramiento de las
propiedades resistentes del suelo se consiguen con la creacioacuten de viacutenculos maacutes soacutelidos y
estables en la estructura del suelo En algunas de ellas la inyeccioacuten de agentes cementantes
provoca la rotura de la estructura original del suelo En otras por el contrario la inyeccioacuten
de agentes quiacutemicos actuan directamente sobre los viacutenculos sin modificar la estructura del
suelo Los meacutetodos se pueden dividir en meacutetodos superficiales y meacutetodos profundos
dependiendo en donde se realice la estabilizacioacuten En los meacutetodos de estabilizacioacuten
superficiales el mejoramiento en general se consigue mediante la mezcla y posterior
compactacioacuten del suelo con agentes quiacutemicos o cementantes tales como cemento cal
emulsiones asfaacutelticas sales (NaCl Nat C03 NaPO3) etc Estos meacutetodos de estabilizacioacuten
son tambieacuten usuales en otros tipos de suelos y son de amplia utilizacioacuten en todo tipo de
obras de ingenieriacutea civil por tal motivo no insistiremos en ellos Por el contrario los
meacutetodos de estabilizacioacuten profunda aunque tambieacuten se han utilizado en otros tipos de
suelos muchos de ellos se han desarrollado y usado especiacuteficamente para eliminar o
disminuir la susceptibilidad al colapso en espesores importantes de suelo A continuacioacuten
se presentan algunos de ellos
Inyecciones de agentes quiacutemicos Las investigaciones y las realizaciones en este tipo de
estabilizaciones se ha desarrollado principalmente en la Unioacuten Sovieacutetica Seguacuten Mitchell
(1981) la razoacuten principal por la cual estos meacutetodos no se han extendido universalmente se
debe principalmente a los altos costos frente a otros tipos de estabilizaciones Sin embargo
Esvtatiev (1988) da cuenta de la existencia en la URSS de maacutes de 800 proyectos en donde
se han utilizado satisfactoriamente p ej el meacutetodo de silicatizacioacuten) Esto ha permitido un
continuo mejoramiento de la tecnologiacutea una reduccioacuten de los costos y una abundante
normativa en la regulacioacuten de su uso El agente quiacutemico maacutes utilizado por su bajo costo
frente a otros agentes quiacutemicos es el Silicato de Sodio El meacutetodo consiste en inyectar en
todo el espesor de suelo a tratar una solucioacuten de silicato de sodio (Densidad = 1 10 a 1 04
gcm3) a traveacutes de un tubo inyector de 42 mm de diaacutemetro con perforaciones de 3 mm
protegidas por un manguito de goma La inyeccioacuten se realiza a una presioacuten de 20 a 40
Kgcm2 y una descarga de 48 litros por minuto (Zvyagin et al 1978) La silicatizacioacuten del
suelo es soacutelo posible en un medio fuertemente alcalino Seguacuten Sokolovic (1973) se logra
una mejor eficiencia mediante una pre y post gasificacioacuten con carbonato de calcio Luego
de la inyeccioacuten tres son los cambios que se observan en el suelo un aumento significativo
de la resistencia a la compresioacuten (superior a 20 Kgcm2 ) una eliminacioacuten de la
susceptibilidad al colapso y una disminucioacuten de la permeabilidad Otro de los tratamientos
con agentes quiacutemicos es la inyeccioacuten de amoniacuteaco La mejora en el suelo es inferior al
tratamiento por silicatizacioacuten ademaacutes presenta la desventaja de ser un elemento toacutexico y su
utilizacioacuten requiere medidas especiales de proteccioacuten (Sokolovic 1973)
Estabilizacioacuten teacutermica Esta teacutecnica comenzoacute a desarroIlarse en la URSS en la deacutecada de
los antildeos 50 y ha sido utilizada exitosamente en un importante nuacutemero de emprendimientos
Seguacuten Esvtatiev (1988) la aplicacioacuten de este meacutetodo es teacutecnica y econoacutemicamente
aconsejable en los siguientes casos a) en la estabilizacioacuten de fundaciones existentes de
estructuras altas como chimeneas tanques de agua b) en la paralizacioacuten de los
asentamientos en construcciones existentes provocados por el colapso del suelo Las
propiedades de los minerales arcillosos cambian cuando eacutestos son sometidos a altas
temperaturas lo cual genera un aumento importante de la resistencia y por ende la
eliminacioacuten de la susceptibilidad al colapso del suelo La tecnologiacutea ha ido variando y
mejorando su eficiencia a lo largo de estas deacutecadas No obstante la variedad de meacutetodos
casi todos ellos consisten en la introduccioacuten de un quemador de fuel o gas dentro de un pre
pozo de 020 metros de diaacutemetro con una presioacuten de aire de 20 a 30 Kgcm2 De esta
forma al cabo de 10 a 15 diacuteas se consigue una columna estabilizada de suelo de 20 a 30
metros y una profundidad de 10 a 15 metros (Beles y Stanculescu 1958)
Estabilizacioacuten mediante mezclado mecaacutenico con agentes cementantes El objetivo de este
tipo de estabiacutelizacioacuten es la creacioacuten de columnas o pilotes de suelo con alta resistencia y
rigidez que permitan la transferencia de las cargas a mantos maacutes profundos y estables
Varios son los meacutetodos constructivos que pueden agruparse dentro de este grupo Los
subdividiremos en los siguientes subgrupos dependiendo del lugar en donde se realiza la
mezcla del suelo con el agente cementante
1 La mezcla del suelo y el agente cementante se realiza en superficie En este caso la
excavacioacuten se puede realizar bien utilizando la teacutecnica constructiva empleada en los pilotes
de suelo (hinca) o bien usar teacutecnicas usuales de perforacioacuten La mezcla deiexcl suelo con el
agente cementante (preferentemente Cemento Portland) puede ser fluida (suelo cemento
plaacutestico) a introducirse dentro de la excavacioacuten en forma de pastones o bien mezclar el
suelo y elcemento con porcentaje de humedad oacuteptimo a introducirlos en la perforacioacuten en
tongadas (100 a 200 Kg) las cuales posteriormente son compactadas dentro de la misma
excavacioacuten Por lo tanto existen cuatro variantes seguacuten sea el tipo de excavacioacuten y el tipo
de mezcla
2 La mezcla del suelo y el cemento se realiza en el mismo proceso de perforacioacuten En este
caso la mezcla del agente cementante se realiza con el propio suelo La mezcla puede
realizarse mediante uacutetiles especiales que van mezclando el suelo con una lechada de
cemento o bien usar la teacutecnica del jet grouting mediante un chorro de lechada a alta presioacuten
Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
Este tipo de estabilizacioacuten se realiza principalmente en terrenos con suelos potencialmente
colapsables en los cuales la presencia de cargas adicionales en superficie puede generar
asentamientos adicionales ante un incremento de la humedad del suelo Asiacute una parte del
suelo colapsable superficial ubicado directamente debajo de las fundaciones es excavado
extraiacutedo y reemplazado por otro material maacutes competente Los materiales generalmente
utilizados son los siguientes el mismo suelo extraiacutedo compactado y eventualmente
estabilizado granulomeacutetricamente arena compactada o suelo cemento compactado La
eleccioacuten del tipo de material estaacute condicionado generalmente por variables teacutecnico
econoacutemicas Los espesores de estos mantos son variables (1 a 4 m) dependiendo del tipo de
cargas y de las caracteriacutesticas del proyecto Por ejemplo en algunos proyectos los
condicionantes pueden ser los asentamientos diferenciales (edificios) en cambio en otros
(canales) no soacutelo importa disminuir la probabilidad que se produzca el colapso sino
tambieacuten lograr una capa de suelo maacutes impermeable Este tipo de metodologiacutea ha sido
utilizada con eacutexito en numerosos paiacuteses y en innumerables tipos de obras Tambieacuten es
frecuente el empleo de esta metodologiacutea en forma conjunta con otro tipo de estabilizacioacuten
profunda cuando se presentan mantos de suelos colapsables profundos y con espesores
muy dispares
113 Medidas conducentes a evitar la iniciacioacuten del colapso
Arriba se sentildealaron los tipos de humedecimientos que seguacuten Goldstein (1969) pueden
presentarse en una masa de suelo
a) humedecimiento localizado por rotura de conducciones hidraacuteulicas o infiltraciones de
aguas de lluvia
b) humedecimiento extenso causado por roturas de canales o efluentes industriales
c) ascenso del nivel freaacutetico
d) aumento gradual y lento del contenido de humedad por condensacioacuten del vapor de agua
provocados por condiciones ambientales
Muchos de estos tipos de humedecimientos pueden ser prevenidos principalmente los
primeros pues en general eacutestos son debidos a fallas o roturas de las instalaciones de la
misma construccioacuten En cambio los otros tipos de humedecimientos estaacuten condicionados
por factores externos al proyecto como por ejemplo puede ser el ascenso del nivel freaacutetico
o la rotura de un canal cercano y ajeno al proyecto La accioacuten del proyectista debe estar
encaminada principalmente a impedir dentro de los liacutemites del proyecto la generacioacuten de
estos humedecimientos provocados por elementos de la propia construccioacuten Robinson y
Narkiewicz (1982) sugieren las siguientes medidas de proteccioacuten contra el humedecimiento
de edificios
a) Pendientes adecuadas en la superficie del terreno que rodea a la construccioacuten de modo
que no se produzcan embalsamientos de agua en las cercaniacuteas de las fundaciones y que
cualquier peacuterdida de agua pueda ser eliminada con rapidez
b) Canalizacioacuten de todos los desaguumles de techos y patios hacia el exterior de la
construccioacuten
c) Instalacioacuten de membranas impermeables o pavimentacioacuten de la superase que rodea a la
construccioacuten de modo de limitar la infiltracioacuten de agua en el suelo adyacente a las
construcciones
d) Encerrar las conducciones de agua o efluentes cloacales dentro de conductos de faacutecil
acceso a efectos de detectar posibles peacuterdidas
Algunas de estas medidas requieren una serie de medidas de control y mantenimiento
durante la vida uacutetil de la obra de manera que perioacutedicamente se realicen inspecciones a las
instalaciones y puedan detectarse peacuterdidas o dantildeos en las mismas Tambieacuten es aconsejable
que los propietarios de la obra conozcan perfectamente los riegos a que estaacute expuesta la
misma de modo que su actividad yo descuidos no inicie procesos de humedecimiento del
terreno
Las medidas de proteccioacuten en otros tipos de obras civiles (canales o caminos) tienen la
misma filosofiacutea es decir elementos de proteccioacuten que impidan o dificulten la entrada del
agua en el terreno de fundacioacuten Asiacute por ejemplo en las obras lineales se debe prestar una
especial atencioacuten al disentildeo del sistema de alcantarillado y de desaguumles En algunos casos
estas obras suelen seguir parcialmente las curvas de nivel del terreno convirtieacutendose en
verdaderas presas que impiden el natural escurrimiento de las aguas provocando la
acumulacioacuten de agua en su entorno lo que genera un humedecimiento generalizado del
terreno de fundacioacuten con los consecuentes dantildeos en la obra
Es frecuente que en ciertos tipos de obras como viviendas unifamiliares de una planta o
incluso caminos y canales las uacutenicas medidas a adoptar sean las presentadas en este
apartado ya que la utilizacioacuten de teacutecnicas de mejoramiento o fundaciones profundas
resultan prohibitivas En realidad la mayoriacutea de las obras aludidas se construyen admitiendo
el riesgo de un posible colapso del terreno El buen comportamiento que han tenido la
mayoriacutea de ellas se debe fundamentalmente a que no se ha producido ninguacuten tipo de
humedecimiento En contraste los dantildeos son serios en aquellas obras que los han sufrido
Por todo ello es un deber de los investigadores a ingenieros buscar nuevas soluciones
econoacutemicas que permitan disminuir los riesgos y por ende los dantildeos en este tipo de obras
Uno de los caminos en tal sentido es el estudio de estructuras que absorban o minimicen
los posibles asentamientos diferenciales provocados por el humedecimiento localizado del
suelo sin un aumento excesivo de los costos
114 Estructuras yo fundaciones que admiten y resisten los fenoacutemenos provocados
por el colapso
El anaacutelisis de este apartado se centraraacute principalmente en el estudio de las fundaciones
superficiales en suelos potencialmente colapsables ya que el otro gran grupo de soluciones
fundaciones profundas mediante pilotes seraacute objeto de un examen detallado en los
apartados siguientes
La lista de estructuras que se asientan directamente sobre mantos de suelos potencialmente
colapsables es amplia entre ellas pueden sentildealarse viviendas unifamiliares construcciones
transitorias galpones ductos enterrados canales caminos etc
Las fundaciones directas sobre suelos colapsables pueden ser divididas en dos grupos
a) Fundaciones riacutegidas utilizadas principalmente en estructuras livianas y con cargas
puntuales por ejemplo torres de liacuteneas de alta tensioacuten columnas de naves industriales o
depoacutesitos En general este tipo de estructuras tienen algunos rasgos comunes como son por
ejemplo cargas verticales bajas cargas horizontales importantes y en general suelen
aceptar asentamientos admisibles mayores
b) Fundaciones de baja rigidez longitudinal en este caso se trata de estructuras con cargas
lineales (muros de carga canales etc) con baja rigidez en el sentido de las cargas Este tipo
de estructuras son sensibles a humedecimientos localizados del terreno que generan
asientos diferenciales importantes En general las medidas que suelen tomarse para
disminuir los efectos de los asientos diferenciales son las siguientes disentildeo de elementos
que rigidicen la estructura (Clemence Y Finbarr 1981) y el disentildeo de elementos
constructivos que eviten
RECAPITULACIOacuteN
Definido el concepto de colapso el estudio se ha enfocado al anaacutelisis de los suelos
colapsables por humedecimiento En esta clase particular de suelos metaestables el agente
externo que desencadena el fenoacutemeno de colapso es el agua En estos suelos un incremento
de humedad puede provocar una disminucioacuten o anulacioacuten de las fuerzas que vinculan unas
partiacuteculas con otras y por lo tanto cambiar el estado de equilibrio en la estructura del suelo
El colapso de la estructura del suelo depende fundamentalmente de dos causas a) de la
importancia de los cambios provoca dos por el agua en los viacutenculos existentes entre las
partiacuteculas y b) del estado tensional en los viacutenculos O sea para que se produzca el colapso
es necesario un agente sensibilizante y un estado tensional capaz de provocar la des-
estabilizacioacuten de la estructura del suelo
Por este motivo los meacutetodos que mejor reflejan la susceptibilidad al colapso de un suelo
son aquellos basados en ensayos mecaacutenicos donde ambos factores estaacuten presentes
La gran subdivisioacuten que se hace a los suelos colapsables parte precisamente de verificar
coacutemo es el comportamiento del suelo en su estado tensional original o bajo su propio
peso Si se produce el colapso bajo este estado se indica que el suelo es verdaderamente
colapsable o autocolapsable en cambio si el fenoacutemeno no se produce se sentildeala que el
suelo es candicionalmente colapsable o colapsable bajo carga
En este contexto diversos investigadores introducen el concepto (tambieacuten tensional) de
Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) o Presioacuten de Fluencia Saturada (σf) como aquella
presioacuten a la cual se produce el colapso Desde un punto de vista teoacuterico esta presioacuten deberiacutea
ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero desde un punto de vista praacutectico se
asume que una pequentildea magnitud del colapso es permisible Por ejemplo las normas
Sovieacuteticas Lo toman igual al 100 las Chinas igual al 150 En cambio en Argentina se
utiliza maacutes la Presioacuten de Fluencia Saturada que se obtiene de forma similar a la Presioacuten de
Preconsolidacioacuten No obstante esta diferencia metodoloacutegica en ambos casos el concepto es
el mismo
Con respecto a las metodologiacuteas usadas para establecer la susceptibilidad al colapso de un
suelo o de un perfil de suelo han sido analizadas las que utilizan el concepto de Presioacuten
Inicial de Colapso y la magnitud del colapso Esta seleccioacuten se realizoacute fundamentalmente
por las siguientes causas primero porque se hacen en base a ensayos mecaacutenicos donde
intervienen el agente externo (el agua) y el estado tensional del suelo y segundo porque
permiten establecer ya sea a traveacutes de un perfil de colapsabilidad o la magnitud del
colapso coacutemo seraacute realmente el comportamiento del terreno ante las solicitaciones
producidas por la obra de ingenieriacutea
Los perfiles de colapsabilidad relacionan en profundidad el peso propio de las tierras con
la Presioacuten Inicial de Colapso esto permite determinar el espesor de suelos autocolapsables
o el espesor de los suelos que colapsaraacuten si ademaacutes del humedecimiento se aumenta el
estado tensional Estos perfiles son de gran ayuda al proyectista de fundaciones en suelos
colapsables dado que le permiten conocer en forma global la magnitud del problema al que
estaacute enfrentado No obstante su utilidad no termina alliacute sino que por el contrario estos
perfiles le permiten tomar decisiones sobre cuaacuteles son las soluciones ingenieriles maacutes
convenientes del proyecto Pues con su ayuda se podraacute seleccionar el meacutetodo de
mejoramiento del terreno la cota de fundacioacuten de una fundacioacuten profunda la magnitud de
la carga por rozamiento negativo etc
La determinacioacuten de la magnitud del colapso de un perfil de suelo usada como
metodologiacutea de clasificacioacuten tambieacuten es de utilidad en el disentildeo de construccioacuten de obras
de ingenieriacutea en suelos colapsables Sobre todo en la caracterizacioacuten del terreno de grandes
aacutereas ya sea en obras lineales (canales caminos etc) o puntuales (complejos fabriles obras
hidraacuteulicas etc) dado que cada perfil de suelo estaacute caracterizado por un paraacutemetro lo cual
permite el manejo de un nuacutemero importante de informacioacuten Obviamente esta metodologiacutea
tambieacuten es de gran use en cualquier tipo de obras independientemente de su tamantildeo a
importancia
En un abundante nuacutemero de proyectos no es suficiente haber realizado una caracterizacioacuten
o clasificacioacuten del terreno sino que es necesario determinar la magnitud de los
asentamientos que pueden producirse en las obras Los asentamientos por colapso depende
baacutesicamente de dos tipos de factores intriacutensecos y extriacutensecos
Se sentildealan como intriacutensecos aquellos factores propios del suelo como son sus propiedades
fiacutesicas y mecaacutenicas El comportamiento del suelo dependeraacute del tipo de estructura o la
forma en que estaacuten ordenadas las partiacuteculas del grado de compacidad del tipo de viacutenculos
que unen grano con grano etc Estos factores en general no se encuentran
homogeacuteneamente distribuidos por lo cual los paraacutemetros que definen sus propiedades
tenso-deformacionales pueden sufrir variaciones locales importantes
Los factores externos que influyen en la magnitud de los asentamientos son dos el aacuterea
inundada y el estado tensional Estos dos factores influyen considerablemente en la
magnitud de los asentamientos por colapso y por tal motivo deben ser analizados
especiacuteficamente en los caacutelculos Respecto al primero de los factores a pesar que se han
realizado importantes trabajos teoacutericos la informacioacuten experimental indica que todaviacutea
existe cierta indeterminacioacuten en su estimacioacuten Por tal motivo la influencia del aacuterea
inundada en la magnitud de los asentamientos se limita a realizar correcciones de tipo
empiacuterico En cuanto a la influencia que el estado tensional tiene en los asentamientos las
investigaciones se han centrado especialmente en el estudio de cargas externas (zapatas) en
la superficie del terreno
ENSAYOS ldquoin siturdquo Perforacioacuten y muestreoEnsayos ldquoin siturdquo
o Ensayo de penetracioacuten estandar (SPT)o Ensayo de penetracioacuten de cono (CPT + CPTu)o Dilatoacutemetro de placa plana (DMT)o Presuroacutemetro (PMT)o Corte en veleta (VST)10487131048713 Meacutetodos geofiacutesicoso Ondas siacutesmicas (P- S- R-waves)o Electromagneacuteticas (radar resistividad)
EQUIPOS AUTOPROPULSADOS
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)1048713El ensayo ldquoin siturdquo maacutes comuacuten en el mundo10487131902 - Coronel Gow de Raymond Pile Co1048713 Muestreador ciliacutendrico partido1048713 Norma ASTM D 15861048713 Martillo (140-lbs cae 30 pulgadas) (635-kg cae 076 metros)1048713 Tres incrementos de 6 pulgadas Suma de los dos uacuteltimos incrementos = N (golpespieacute)
Se obtiene suelo y
un nuacutemero
Muestra alterada
(Solo para
caraterizacioacuten)
Nuacutemero muy crudo
para el anaacutelisis
No aplicable en
Ventajas
arcillas blandas y
Limos
Variabilidad e
incertidumbre
se obtiene un nuacutemero
Sencillo y de bajo
Costo
Funciona en muchos
tipos de suelo
Se puede utilizar en
rocas blandas
Disponible
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Estos suelos en condiciones de no saturacioacuten o saturacioacuten parcial presentan continuamente un reacomodo radical de las partiacuteculas y una gran peacuterdida de volumen por remojo osea al entrar al estado de saturacioacuten completa La existencia de estos suelos en el mundo y las dificultades ocasionadas a las edificaciones cimentadas sobre ellos han sido reconocidos ampliamente Los depoacutesitos maacutes extensos de suelos colapsables son eoacutelicos o depoacutesitos transportados de arena y limos (loess)Se puenden encontrar comuacutenmente en las maacutergenes fluviales
Desventajas
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Depoacutesitos eoacutelicos Estos depoacutesitos consisten en materiales transportados por el viento el cual forma dunas depoacutesitos tipo loess playas eoacutelicas y grandes depoacutesitos de ceniza volcaacutenica
Depoacutesitos transportados por agua Consisten principalmente de depoacutesitos de sedimentos sueltos a carreados por el agua los cuales forman abanicos fluviales y flujos deslizantes Estos materiales pueden ser depositados por una avenida repentina o flujo de lodo derivado de pequentildeas cuencas colectoras sujetas a aguaceros poco frecuentes
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Suelos residuales Estos suelos son producto del intemperismo y la
desintegracioacuten y alteracioacuten mecaacutenica de rocas madres Las partiacuteculas de
material residual pueden variar de tamantildeo de grandes fragmentos de
gravas a arenas limos coloides y en algunos casos material orgaacutenico
La estructura del grano colapsable se ha desarrollado como producto de
la accioacuten disolvente sobre el material soluble y coloidal La lixiviacioacuten del
material soluble y del material fino conduce a una alta relacioacuten de vaciacuteos
y a una estructura inestable Otro tipo de suelo que muestra colapso al
remojo son aquellos derivados de tufo volcaacutenico
sulfato de calcio arenas sueltas cementadas por sal soluble arcillas
dispersivas y arcillas montmorilloniacuteticas ricas en sodio
CAUSAS QUE GENERARIacuteAN DICHO COMPORTAMIENTO- Estructura parcialmente saturada potencialmente inestable- Una componente de esfuerzo aplicado o existente lo suficientemente alta para desarrollar una condicioacuten metaestable- Un ligante resistente o un agente cementante para estabilizar contactos intergranulares el cual se reduce por remojo ocasionando el colapso La mayoriacutea de suelos colapsables involucra la accioacuten de partiacuteculas arcillosas en los enlaces entre los granos gruesos de arena-Agentes cementantes tales como oacutexido de hierro carbonato de calcio o la soldadura de granos en contacto proporcionan esfuerzos resistentes para muchos suelos colapsables La accioacuten de este cementante es frecuentemente el agente principal de colapso en loess El grado al cual el agente cementante pierde su efectividad depende del grado de contaminacioacuten del ingreso del agua y del grado de disolucioacuten del agente cementante involucrado
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
CONSOLIDOacuteMETRO PARA ENSAYO DE COLAPSO
Se procede a cortar el suelo de acuerdo con las dimensiones del anillo
del ensayo de consolidacioacuten unidimensional Determinar sus
propiedades fiacutesicas tales como humedad natural peso volumen
gravedad especiacutefica de soacutelidos liacutemites de consistencia distribucioacuten
granulomeacutetrica seguacuten las normas
Se instala la muestra en el anillo del consolidoacutemetro despueacutes de haber
determinado el peso inicial de la masa huacutemeda y altura de la muestra y
fijar el conjunto anillo-muestra en el consolidoacutemetro Aplicar una carga
de contacto 005 kgcm2 (5 Kpa) despueacutes de 5 min tomar lectura del
deformiacutemetro aplicar incrementos de carga a cada hora hasta que se
aplique la presioacuten vertical apropiada Los incrementos de carga seraacuten
012 025 050 100 200 etc Kgcm2 (12 25 50 100 200 etc) o
cargas de acuerdo al meacutetodo de ensayo ASTM D2435 registrar la
deformacioacuten antes de incrementar una nueva carga
Determinacioacuten del potencial de colapso
donde
di = lectura del dial con el esfuerzo adecuado antes de la saturacioacuten (mm)
df = lectura del dial bajo el esfuerzo adecuado despueacutes del humedecimiento (mm)
ho = altura inicial de la muestra (mm)
Tmbieacuten se puede evalua en teacuterminos de relacioacuten de vaciacuteos
dondeΔe = cambio de relacioacuten de vaciacuteos bajo el esfuerzo adecuado antes y despueacutes de la inundacioacuteneo = relacioacuten de vaciacuteo inicialLa evaluacioacuten de un suelo colapsable seraacute de acuerdo a la siguiente tablaCon todo lo epxlicado concluimos que el colapso de los suelos es la disminucioacuten moderada de volumen cuando estaacute con bajo contenido de humedad y una gran peacuterdida cuando estaacute sumergido y la magnitud de asentamiento depende del contenido de humedad del suelo En estado sumergido y bajo la aplicacioacuten de cargas verticales los suelos colapsables presentan un mayor asentamiento Los suelos colapsables existen en todo el mundo principalmente en la regiones aacuteridas y semiaacuteridas nuevamente comentando que los depoacutesitos eoacutelicos coluviales residuales tubos volcaacutenicos etc son suelos que pueden ser colapsables
Definicioacuten de colapso Se definen como colapso a cualquier disminucioacuten raacutepida de volumen del suelo producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factoresbull Contenido de humedad (w) bull Grado de saturacioacuten (Sr) bull Tensioacuten media actuante (τ) bull Tensioacuten de corte (σ) bull Presioacuten de poros (u)
TIPOS DE SUELOS COLAPSABLESLos tipos de suelos colapsables son
- Suelos aluviales y coluviales ndash Depositados en ambientes Semi-deseacuterticos por flujos maacutes o menos torrenciales- Suelos eoacutelicos ndash Depositados por el viento son arenas y limos arenosos con escaso cemento arcilloso en una estructura suelta o inestable
- Cenizas volcaacutenicas ndash Provenientes de cenizas arrojadas al aire por actividad volcaacutenica explosiva- Suelos residuales ndash Derivados de la descomposicioacuten in ndash situ de minerales de ciertas rocas son luego lixiviados por el agua y pierden su cemento
CONSECUENCIAS EN CIMENTACIONES
Patologiacuteas en cimentaciones Posibles causas
Introduccioacuten
De todos los posibles tipos de patologiacutea que puede sufrir la edificacioacuten las estadiacutesticas demuestran que son las patologiacuteas ligadas a las cimentaciones las que mayores costes globales conllevan Ademaacutes tienen gran repercusioacuten social lo que las hace maacutes notorias por la complejidad propia de su reparacioacuten porque suponen una fuerte alteracioacuten y hasta interrupcioacuten del uso del inmueble y porque suelen involucrar a colindantes e incluso poderes puacuteblicos Urge como en ninguacuten otro caso determinar las causas y cuanto antes dar una solucioacuten al problema
Causas intriacutensecas de fallos de cimentacioacuten
Se agrupan aquiacute los fallos de cimentacioacuten consecuencia de la interaccioacuten entre el terreno y la propia cimentacioacuten de la construccioacuten afectada
Defectos de proyecto
Son errores de concepcioacuten de disentildeo o caacutelculo del proyecto Son errores previsibles por lo que si se tienen en cuenta en el disentildeo y caacutelculo de la edificacioacuten el riesgo de que provoquen dantildeos se minimizaEnumeramos aquiacute no todas pero siacute algunas de las posibles causas de problemas derivadas del proyectobull Falta de capacidad de carga cimentacioacuten insuficiente o capacidad
de carga del suelo insuficientebull Esfuerzos no contemplados por ej por olvido de algunas
sobrecargas de explotacioacutenbull Conocimiento insuficiente del suelo Lo que deriva en la ignorancia
de riesgos especiales geoteacutecnicos Las causas pueden ser escasez de reconocimientos previos del terreno mala interpretacioacuten de los mismos no consideracioacuten de los fenoacutemenos de agresividad etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Cobra importancia en terrenos con especiales caracteriacutesticas
Arcillas expansivas
Suelos colapsables
Rellenos antroacutepicos
Suelos blandos naturales
Infravaloracioacuten del riesgo geoteacutecnico conocido eacuteste Casos asiacute pueden ser desprecio de los efectos que produce la falta de homogeneidad de un suelo o las distintas profundidades de aparicioacuten de la roca en planta desprecio de los efectos de la potencial expansividad o de posible subpresioacuten o fenoacutemenos de subsidencias procesos de disolucioacuten etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONESbull Defectos en la evaluacioacuten del terreno asientos calculados no
tolerables por la estructura esfuerzos paraacutesitos en pilotes (olvido del efecto de asiento de terrenos flojos o rellenos recientes) etc
bull Efecto grupo en pilotes defectuosa estimacioacuten del efecto grupo en pilotes flotantes no consideracioacuten de los esfuerzos laterales o del rozamiento negativo etc
bull Ausencia de consideracioacuten del bulbo de tensiones de la cimentacioacuten propia y su alcance Pero tambieacuten de cimentaciones colindantes que podriacutean suponer una carga oblicua sobre nuestra cimentacioacuten habraacute que considerarla en caacutelculo y prever un proceso constructivo adecuado (no vayamos a provocar dantildeos a otras edificaciones)
bull Ignorancia de las condiciones de contorno es decir no consideracioacuten de las condiciones del entorno de la estructura
proyectada posibles socavaciones arrastres descalces agotamientos rebajamientos de nivel freaacutetico etc
bull Heterogeneidades distribucioacuten irregular de las cargas o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentacioacuten
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Defectos de ejecucioacuten
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecucioacuten de eacutestos Los defectos de ejecucioacuten normalmente responden a un deficiente Control de Calidad Por tanto en principio son evitablesAlgunos errores de ejecucioacuten podriacutean serbull Apreciacioacuten erroacutenea de los estratos resistentes confundidos con
capas de poco espesor bolos erraacuteticos etcbull Errores de replanteo bull Mala calidad de los materiales en especial hormigones Deterioro
de zapatas losas o muros por escasa calidad de los materiales grietas de retraccioacuten por mala dosificacioacuten del hormigoacuten materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto etc
bull Degradacioacuten del material suele ir unido al anterior hormigoacuten no resistente a la agresividad del terreno recubrimientos insuficientes madera metal etc
bullCAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Lavado del hormigoacuten en cimentaciones superficiales o profundas colocado en presencia de aguas en movimiento
Errores en la colocacioacuten de armaduras confusioacuten de diaacutemetros de armado ausencia de separadores etc
Problemas de fraguado unidos a errores de vertido de dosificacioacuten de curado
Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio cortadas lavadas) o de baja calidad y excesiva carga portante de caacutelculo
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
1 La gran variedad de tipos de suelos que colapsan por humedecimiento Asiacute por
ejemplo meacutetodos probados en ciertos paiacuteses o regiones en determinados tipos de suelos no
han podido hacerse extensivos a suelos de otras zonas cuyo origen geoloacutegico y geneacutetico es
francamente diferente
2 La frecuente heterogeneidad de los suelos colapsables por humedecimiento En este
sentido hay coincidencia entre los investigadores que han estudiado suelos colapsables de
distinto origen geoloacutegico Asiacute pueden encontrarse referencias tanto en investigadores que
analizaron suelos lateriacuteticos o de origen eoacutelico como el loess (Abeley y Abeley 1979
Moretto 1986) que en principio suelen considerarse como suelos homogeacuteneos Es
frecuente encontrar una variacioacuten en el grado de cementacioacuten (por ejemplo debido a
carbonatos) en soacutelo algunos centiacutemetros En otros casos esta heterogeneidad es debida a la
presencia de grandes macroporos dejados por raiacuteces o insectos
Esto ha llevado a una gran variedad de metodologiacuteas para establecer la susceptibilidad al
colapso de los suelos y una anarquiacutea en la terminologiacutea empleada en los diferentes paiacuteses
para su clasificacioacuten Sin embargo en la mayoriacutea de los casos los diferentes investigadores
o coacutedigos han tendido a discretizar el comportamiento del suelo frente al colapso en dos
grupos suelos que colapsan bajo peso propio y suelos que colapsan bajo una carga mayor
Rocca (1985) ha confeccionado una tabla de equivalencias con la denominacioacuten que
reciben en los distintos paiacuteses
82 Clasificacioacuten de los meacutetodos de identificacioacuten de suelos colapsables
En cuanto a los tipos de meacutetodos de identificacioacuten propiamente dichos varios han sido los
enfoques que se han propuesto Estos podriacutean clasificarse en tres grupos
1048713 Meacutetodos basados en paraacutemetros fiacutesicos de identificacioacuten de suelos tales como Peso
Unitario Liacutemites de Consistencia Granulometriacutea etc
1048713 Meacutetodos basados en ensayos mecaacutenicos principalmente en ensayos edomeacutetricos
1048713 Meacutetodos basados en la magnitud del colapso
Existe una abundante bibliografiacutea sobre los diferentes meacutetodos de clasificacioacuten a
identificacioacuten en las cuales se ha realizado un anaacutelisis criacutetico sobre los diferentes meacutetodos
como las ya referidas de Rocca (1985) y Redolfi et al (1986) y otras como las de Sultan
(1969) Reginatto (1970 1974) Loacutepez Corral (1977) Jimeacutenez Salas (1987) y Lutenegger y
Saber (1988) Por lo tanto en este apartado no se insistiraacute en ello sino maacutes bien se haraacute un
enfoque general del problema y se presentaraacuten aquellos conceptos v meacutetodos que
posteriormente seraacuten utilizados en el desarrollo de estas notas
Meacutetodos basados en paraacutemetros fiacutesicos de suelos
En general la mayoriacutea de estos meacutetodos de identificacioacuten tienen maacutes bien un caraacutecter
cualitativo que cuantitativo pretendiendo ubicar el suelo analizado en algunos de los
grupos mencionados en (36) La clasificacioacuten consiste habitualmente en establecer si el
suelo es autocolapsable (colapsable bajo su propio peso) o bien si es condicionalmente
colapsable (colapsable bajo carga externa)
En estas notas solamente se analizaraacuten tres de ellos que tienen en comuacuten que relacionan el
liacutemite liacutequido y el peso unitario seco
a) Denison (1961) establece el Coeficiente de Colapso (k) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando la relacioacuten de vaciacuteos del suelo en estado natural (e) es mayor
que la relacioacuten de vaciacuteos correspondiente al Liacutemite Liacutequido (eL )
b) Gibbs (1961) establece una Relacioacuten de Colapso (R) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando la humedad de saturacioacuten del suelo (wSAT) es mayor que el
Liacutemite Liacutequido (wL )
c) Coacutedigo de edificacioacuten de la URSS (1962) establece un Indice de Colapso (R) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando R es mayor de -010
En se han superpuesto los puntos correspondientes a pares de valores del peso unitario
seco y el Liacutemite Liacutequido de suelos de la ciudad de Coacuterdoba Argentina (Redolfi et al
1986) De ella se desprende que los valores de los paraacutemetros obtenidos son valores tiacutepicos
de la formacioacuten loeacutessica de Coacuterdoba y que para todas las metodologiacuteas aquiacute presentadas la
gran mayoriacutea de los suelos son colapsables puesto que estaacuten incluidos dentro de las zonas
que los clasifican colapsables
Meacutetodos basados en ensayos edomeacutetricos
Estos meacutetodos estaacuten basados en la Presioacuten Inicial de Colapso o Presioacuten de Fluencia La
determinacioacuten del grupo al cual pertenece el suelo estudiado (auto colapsable o colapsable
bajo carga) se realiza comparando la presioacuten de tapada o geostaacutetica con la presioacuten a la cual
se produce el colapso Asumiendo como hipoacutetesis que el colapso por humedecimiento
ocurre soacutelo a partir de una cierta presioacuten por encima de la cual la resistencia estructural del
suelo es superada
La magnitud de esta presioacuten para la cual se produce el desmoronamiento de la estructura
del suelo ha sido designada por algunos autores como
1048713 Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) (Abelev y Abelev 1979) o
1048713 Presioacuten de Fluencia Saturada (σf sat) (Reginatto 1970)
Experimentalmente se ha demostrado que cuando la presioacuten total en el suelo (σt) ya sea
por cargas externas yo peso propio es menor que esta magnitud no se producen
asentamientos de colapso por humedecimiento Krutov y Tarasova (1964) sentildealan
acertadamente que desde un punto de vista teoacuterico la Presioacuten Inicial de Colapso o Presioacuten
de Fluencia deberiacutea ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero concluyen que
desde un punto de vista praacutectico una pequentildea magnitud de colapso puede asumirse como
permisible Siguiendo este concepto por ejemplo las Normas Sovieacuteticas SNIP definen a la
Presioacuten Inicial de Colapso como aquella presioacuten para la cual en una probeta instalada en un
edoacutemetro se produce un colapso relativo unitario igual a 001 o porcentual del 100
δicol = 001 = 10
En se han representado las curvas presioacuten-deformaciones unitarias de dos ensayos
edomeacutetricos del mismo suelo uno a humedad natural y el otro en estado saturado El
colapso relativo (δicol) es igual a
δicol = εHN - εSAT
donde εHN = Deformacioacuten unitaria a humedad natural
εSAT = Deformacioacuten unitaria en estado saturado
En tanto Reginatto (1970) define a la Presioacuten de Fluencia saturada de un suelo colapsable
de la misma forma en que se establece la presioacuten de preconsolidacioacuten de una arcilla
saturada en un ensayo edomeacutetrico
En se presenta la correlacioacuten que realizan Lin y Wang (1988) entre los valores de la
Presioacuten de Fluencia Saturada y la Presioacuten Inicial de Colapso (el Coacutedigo Chino la establece
para un valor de δicol = 150) Se puede observar que aproximadamente se establece una
relacioacuten directa entre ellas Esto no es de extrantildear puesto que conceptualmente ambas
definiciones tratan de fijar la presioacuten a la cual la estructura del suelo saturado comienza a
colapsar
Los numerosos intentos realizados en ensayos in situ para comprobar la validez de esta
hipoacutetesis (Krutov y Tarasova 1964 Abelev y Abelev 1979) parecen indicar a primera
vista que las predicciones tienen buen acuerdo con la realidad en muchos casos pero en
cambio en otros la diferencia entre lo predecido y lo sucedido es importante sobre todo en
aquellos casos referidos al colapso por peso propio
Meacutetodos basados en la magnitud del asentamiento por colapso
Los meacutetodos basados en la magnitud del asentamiento por colapso se fundan en determinar
la magnitud del mismo de un perfil de suelos en un lugar determinado debido solamente a
su peso propio
Asiacute por ejemplo la Clasificacioacuten Rumana de Suelos Loeacutessicos Colapsables (LCS) define
el Potencial Total de Colapso (Img) (Bally et al1973) como
donde Hj es el espesor del estrato j en metros y img es el asentamiento edomeacutetrico
adicional de una muestra de estrato j inundada a una presioacuten igual al peso propio de las
tierras (σ0 ) expresado en cmm
El Coacutedigo de Construccioacuten de Edificios de la Repuacuteblica Popular China en regiones de
suelo colapsables sigue un criterio similar (Lin y Liang 1982 Lin y Wang 1988) La
evaluacioacuten de la susceptibilidad al colapso en un determinado sitio se realiza en dos etapas
En primer lugar se evaluacutea su aptitud al autocolapso y se determina el Tipo de sitio (Tipo
1 o Tipo 2)
La magnitud del colapso por peso propio Δzc se obtiene de forma similar a la utilizada por
Bally et al (1973) en Rumania sumando los asentamientos individuales de los n estratos
colapsables del perfil
donde Hj es el espesor de estrato en cm y δzsj es el coeficiente de colapsabilidad del estrato
j en cmcm o en por ciento obtenido por medio de ensayos edomeacutetricos en los cuales
primero se carga el suelo hasta la presioacuten por peso propio y luego se inunda la muestra
donde Hj es el espesor de estrato en cm y δzsj es el coeficiente de colapsabilidad del estrato
j en cmcm o en por ciento obtenido por medio de ensayos edomeacutetricos en los cuales
primero se carga el suelo hasta la presioacuten por peso propio y luego se inunda la muestra
La sumatoria soacutelo tiene en cuenta aquellos valores de δzs jmayores de 0015
Si Δzs lt 7 cm se considera al suelo no autocolapsable por humedecimiento y se clasifica
al lugar como sitio TIPO 2 Si en cambio Δzs gt 11 cm se considera al suelo
autocolapsable por humedecimiento y se lo clasifica como sitio TIPO 1
Por uacuteltimo si 7 cm lt Δzs lt 11 cm el tipo de sitio debe ser determinado despueacutes de un
exhaustivo estudio de la geomorfologiacutea estratigrafiacutea y caracteriacutesticas estructurales del
suelo
El Coacutedigo tambieacuten establece que la magnitud del colapso por peso propio (Δzs) tambieacuten
puede ser determinada directamente en el terreno a traveacutes de una balsa o laguna de
infiltracioacuten de dimensiones especiacuteficas
La segunda etapa de la evaluacioacuten de la colapsabilidad consiste en establecer el Grado de
Colapsabilidad del suelo de cimentacioacuten Para ello se carga a las muestras representativas
de cada uno de los estratos a una presioacuten de 200 kPa y luego se las inunda La magnitud del
colapso se obtiene
donde δsj es el Coeficiente de colapsabilidad del estrato j en cmcm para una presioacuten de
200 kPa La sumatoria soacutelo tiene en cuenta valores de Δs mayores de 0015
donde δsj es el Coeficiente de colapsabilidad del estrato j en cmcm para una presioacuten de
200 kPa La sumatoria soacutelo tiene en cuenta valores de Δs mayores de 0015
SOLUCIONES INGENIERILES EN SUELOS COLAPSABLES
111 Consideraciones generales
La primera cuestioacuten que debe analizarse cuando se disentildean cimentaciones en suelos
susceptibles al colapso es la probabilidad que el agente desencadenante del fenoacutemeno el
agua pueda o no introducirse en el terreno y por ende sensibilizar al suelo en donde se
apoyaraacuten las estructuras Por definicioacuten sin la presencia del agua el suelo no colapsa Esta
cuestioacuten es significativa puesto que pueden existir numerosos casos en donde la
probabilidad que el agua se infiltre en el suelo sea lo suficientemente baja como para
analizar la posibilidad de fundar la estructura considerando el comportamiento del suelo en
su estado natural Por lo tanto cuando se hable de suelos potencialmente colapsables por
humedecimiento no debe pensarse uniacutevocamente en las soluciones ingenieriles que se
utilizan en suelos colapsables
Hecha esta aclaracioacuten a continuacioacuten se trataraacute de ofrecer un panorama de las distintas
soluciones ingenieriles que se adoptan en suelos colapsables por humedecimiento cuando
las probabilidades de que se produzca el fenoacutemeno son altas
El objetivo central de todas estas soluciones es prevenir las fallas estructurales o de servicio
que pueden sobrevenir sobre las estructuras construidas sobre estratos de suelos
colapsables
Aitchison (1973) divide a estas soluciones en
a) Tratamiento del suelo colapsable con vista a eliminar la tendencia al colapso a lo largo
de todo el estrato de suelos desmoronables
b) Disentildeo de elementos constructivos que eliminen o disminuyan a liacutemites razonables la
posibilidad que se inicie el colapso
c) Disentildeo de estructuras yo cimentaciones insensibles a los asentamientos provocados por
el colapso por ejemplo fundaciones profundas apoyadas sobre un manto profundo no
sujeto a los asentamientos por humedecimiento
El primer grupo de soluciones comprende los meacutetodos de mejoramiento de suelo por
medio de los cuales la susceptibilidad al colapso es eliminada modificando las propiedades
resistentes del suelo mediante la compactacioacuten o la cementacioacuten de los viacutenculos entre
partiacuteculas El segundo grupo incluye la adopcioacuten de medidas constructivas tendientes a
aislar el agua de manera de evitar o disminuir la presencia de condiciones favorables al
colapso admitiendo no obstante ciertos riesgos Finalmente el tercer grupo engloba tanto
las soluciones tradicionales por medio de fundaciones profundas como el disentildeo de
estructuras con fundaciones directas insensibles a los asentamientos diferenciales
provocados por el colapso del suelo En resumen en el primer grupo de soluciones se
interviene directamente en el suelo evitando asiacute el colapso en el segundo grupo se intenta
evitar que se produzca el colapso sin modificar el suelo y en el uacuteltimo grupo se construyen
estructuras yo fundaciones que admitan y resistan los fenoacutemenos provocados por el
colapso del suelo
Evstatiev (1988) sentildeala que los mejores resultados han sido alcanzados con una oacuteptima
combinacioacuten de las ventajas que individualmente tiene cada uno de los tres grupos La
experiencia ha probado que las medidas constructivas y las medidas de aislacioacuten del agua
por siacute solas no pueden resolver todos los problemas de inestabilidad que provoca el colapso
del suelo Asiacute la adopcioacuten de soluciones exclusivamente para la superestructura (por
ejemplo fundaciones profundas) sin un adecuado disentildeo que eviten dantildeos en los otros
elementos de la construccioacuten como pisos desaguumles etc han provocado serios dantildeos en
estas partes de la construccioacuten que podriacutean haber sido evitados aplicando medidas
tendientes a evitar el ingreso del agua en el terreno
La eficacia del disentildeo adoptado en cada caso depende en gran medida de la calidad de las
investigaciones geoteacutecnicas realizadas La informacioacuten baacutesica que eacutestas deben suministrar
son el espesor del manto de suelos colapsables y la magnitud del colapso bajo peso propio
o bajo carga de todos los estratos del perfil
Una incorrecta estimacioacuten de estos paraacutemetros puede llevar a proponer y construir
soluciones ingenieriles totalmente opuestas a las correctas La confeccioacuten de perfiles de
colapsabilidad como los presentados permiten establecer la existencia o no de suelos
autocolapsables sus espesores aproximados y la profundidad a la que se encuentran Esta
metodologiacutea de anaacutelisis es de gran ayuda por ejemplo en la eleccioacuten del procedimiento
idoacuteneo para estabilizar el terreno
A continuacioacuten se presenta una descripcioacuten de las distintas soluciones ingenieriles maacutes
utilizadas en este tipo de suelos En primer lugar se analizan el primer grupo de soluciones
que se ha englobado bajo el nombre de Mejoramiento de suelos continuando luego con los
otros dos grupos Medidas para evitar la iniciacioacuten del colapso y fundaciones yo
estructuras insensibles a los fenoacutemenos del colapso
112 Mejoramiento de suelos colapsables
Consideraciones previas
El objetivo principal de estas soluciones es eliminar o disminuir apreciablemente la
susceptibilidad al colapso del suelo bien disminuyendo la porosidad del suelo
(compactacioacuten) o bien aumentando la resistencia estructural entre las partiacuteculas del suelo
(meacutetodos fiacutesico-quiacutemicos) Una de las formas de clasificar los meacutetodos de mejoramiento o
estabilizacioacuten ha sido precisamente eacutesta o sea teniendo en cuenta la accioacuten resultante
sobre el suelo (Aitchison1973 Rocca1985) Sin embargo para el desarrollo y explicacioacuten
de los diferentes meacutetodos se ha elegido la clasificacioacuten propuesta por Evstatiev(1988) que
tiene en cuenta el medio usado para realizar la estabilizacioacuten y el objeto de la misma
Evstatiev (1988) propone la siguiente clasificacioacuten de los meacutetodos de estabilizacioacuten de
suelos loeacutessicos la cual puede hacerse extensiva a suelos colapsables
a) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacioacuten
b) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
c) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
d) Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
e) Meacutetodos de mejoramiento que incorporan elementos resistentes a la traccioacuten dentro del
suelo
f) Geomembranas
g) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por drenaje
h) Correccioacuten de taludes y terraplenes
A continuacioacuten siguiendo la clasificacioacuten antes expuesta se desarrollaran aquellas
metodologiacuteas de mejoramientos de suelos colapsables maacutes extendidas Desarrollaacutendose
principalmente los grupos abc y d puesto que incluyen una serie de acciones particulares
frente al fenoacutemeno del colapso En cuanto a los restantes grupos (e f g y h) las teacutecnicas de
mejoramiento del terreno utilizadas persiguen los mismos objetivos buscados en otros tipos
de suelos y en general la teacutecnica empleada es praacutecticamente la misma Por tal motivo y
puesto que se apartan un tanto del objeto de estas notas se estima conveniente no abundar
sobre ellas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacioacuten
Este grupo comprende varias de las metodologiacuteas usadas en suelos colapsables para reducir
los vaciacuteos de modo de eliminar la colapsabilidad reducir la permeabilidad y aumentar la
capacidad de carga Esto se realiza utilizando fuerzas estaacuteticas o dinaacutemicas o bien a traveacutes
de la inyeccioacuten de lechadas
Compactacioacuten dinaacutemica Este meacutetodo es adecuado para compactar mantos de suelos
colapsables superficiales con espesores menores a 350 metros El meacutetodo consiste en dejar
caer en caiacuteda libre desde una altura de 4 a 8 metros pilones de 3 a 8 Tn sobre la superficie
del terreno a razoacuten de 10 a 16 impactos en cada lugar (Abelev y Abelev 1979) El impacto
genera una rotura de la estructura del suelo un aumento de la presioacuten de poros y una
compresioacuten del aire presente en los poros produciendo un reacomodamiento de las
partiacuteculas dando como resultado una estructura maacutes compacta Seguacuten Malyshev et al
(1983) el contenido de humedad del suelo juega un papel importante lograacutendose la maacutexima
eficiencia con un contenido de humedad cercano al Liacutemite Plaacutestico Si el contenido de
humedad es menor a eacuteste es necesario humedecer el espesor de suelo de modo de alcanzar
una mejor eficacia Varios son los factores que controlan los resultados del meacutetodo asiacute por
ejemplo el espesor compactado es funcioacuten principalmente del peso y del diaacutemetro del piloacuten
En tanto el grado de compactacioacuten estaacute controlado por el nuacutemero de impactos y la humedad
del suelo El grado de compactacioacuten no es uniforme a lo largo de todo el espesor
compactado lograacutendose la maacutexima densificacioacuten a 12 a 15 veces el diaacutemetro del piloacuten
Sin embargo se pueden obtener Pesos Unitarios secos superiores a 16 tm3 en espesores de
25 a 35 m lo cual en la mayoriacutea de los casos es suficiente para disminuir o anular la
susceptibilidad al colapso del suelo Una variante a este meacutetodo es realizar la compactacioacuten
solamente en los lugares donde actuacutean las cargas y no en toda el aacuterea de la construccioacuten
Por ejemplo en casos de fundaciones de muros de carga o fundacioacuten de columnas el
mejoramiento del suelo se logra densificando la zona de influencia del bulbo de presiones
o sea la zona donde los incrementos de presioacuten pueden hacer colapsar el suelo
Compactacioacuten por medio de pequentildeos pilotes piramidales En cierta forma este meacutetodo es
una variante del meacutetodo anterior Consiste en hincar un pilote piramidal de 3 a 4 metros de
longitud con una seccioacuten transversal superior de 60 x 60 a 70 x 70 cm y una seccioacuten
transversal inferior de 10 x 10 cm Una vez retirado el pilote la cavidad se rellena con
hormigoacuten Este tipo de metodologiacutea da excelentes resultados en aacutereas en donde existe un
espesor de suelos potencialmente colapsables (no autocolapsables) de 30 o 40 m de
profundidad pero que colapsaraacuten si estaacuten sometidos a los incrementos de carga
transmitidos por las construcciones Una de las ventajas del meacutetodo es la completa
mecanizacioacuten de todas las operaciones Una variante a este meacutetodo consiste en realizar la
hinca sobre una capa de piedra partida dando como resultado un bulbo de suelo
compactado alrededor de la capa de piedra mejorando la capacidad de carga por la punta
del pilote asiacute construido
Compactacioacuten por pilotes de suelo Este es uno de los meacutetodos maacutes usuales para
compactar espesores importantes (18 a 20 m) de suelos loeacutessicos susceptibles al colapso
El procedimiento consta de dos partes primero se realiza la perforacioacuten y segundo se llena
la cavidad con suelo compactado La perforacioacuten se realiza usualmente mediante la hinca
de un pilote metaacutelico con base ensanchada (15 veces) En otra metodologiacutea de reciente uso
la excavacioacuten se hace de la siguiente forma se perfora hasta la profundidad deseada un
hoyo de 8 cm de diaacutemetro dentro del cual se coloca una columna de explosivos que luego
de estallar crea una perforacioacuten de aproximadamente 080 m de diaacutemetro Despueacutes de
efectuada esta perforacioacuten dinaacutemica la cavidad se rellena con suelo local introducido en
tongadas de 100 a 200 Kg que luego son compactadas dinaacutemicamente por medio de un uacutetil
especial Concluidas ambas etapas quedan formadas columnas de suelo compactado con un
diaacutemetro aproximado igual a dos veces el de la perforacioacuten El grado de compactacioacuten va
decreciendo a medida que se aleja del centro de la columna por tal motivo es importante
conocer esta ley de decrecimiento para disentildear correctamente la cuadriacutecula de pilotes de
suelo Al igual que en los otros meacutetodos la eficiencia del sistema aumenta en la medida que
la humedad del suelo natural y compactado se encuentre a una humedad cercana al Limite
Plaacutestico Por tal motivo es usual que previo a la perforacioacuten se realice una humectacioacuten del
espesor de suelos a compactar Las densidades alcanzadas son del orden de 170 a 180
tm3 que son suficientes para evitar el colapso por peso propio y permiten el use del
espesor compactado como manto de fundacioacuten
Compactacioacuten por explosiones de gas Esta relativamente nueva metodologiacutea de
compactar espesores de suelos colapsables consiste en introducir a traveacutes de una lanza de
agua a presioacuten una caacutemara de compresioacuten que contiene una mezcla de gas propano y
oxiacutegeno la cual se va elevando a medida que se producen una serie de explosiones de la
mezcla De este modo se va generando una columna 120 140 m de suelo compactado
(Densidad de 150 tcm3) (Martemyanov et al 1979)
Compactacioacuten por humedecimiento (Hidrocompactacioacuten) En este caso se utiliza la propia
susceptibilidad del suelo a colapsar bajo peso propio El meacutetodo maacutes frecuente de realizar
la humectacioacuten o saturacioacuten del terreno es a traveacutes de infiltracioacuten del agua desde la
superficie del terreno para lo cual se efectuacutean excavaciones poco profundas (040 a 080 m)
o bien se construyen grandes estanques En muchos casos a efectos de acelerar el ingreso
del agua al terreno se construyen dentro del estanque drenes de arena convenientemente
espaciados Este sistema ha sido empleado ampliamente en varias partes del mundo por
ejemplo en EEUU por Gibbs y Bara (1967) y Clevenger (1956) en Rumania por Bally et
al (19651969) en la URSS por Lomize (1968) y Mustafaef (1967) en China por Lin y
Liang (1982) y en Argentina por Moll et al (1979) A pesar de su amplia utilizacioacuten y su
bajo costo el meacutetodo presenta una serie de inconvenientes aparicioacuten de grietas de traccioacuten
en el contorno del aacuterea inundada existencia de importantes deformaciones posteriores al
colapso necesidad de recompactar los 4 oacute 5 primeros metros utilizando otro tipo de
metodologiacutea La efectividad de este meacutetodo se mejora sustancialmente si al mismo se lo
combina con otro meacutetodo de compactacioacuten dinaacutemica
Compactacioacuten por humedecimiento previo y por explosiones profundas Este meacutetodo fue
desarrollado en al Unioacuten Sovieacutetica por Livinov (1976) en la deacutecada de los 60 El espesor de
suelos a compactar es previamente humedecido a traveacutes de un sistema de drenes
(cuadriacutecula de 3 x 3 a 5 x 5 m) Las cargas explosivas (5 a 7 Kg) son colocadas en el fondo
de los mismos drenes o bien en tubos metaacutelicos colocados en perforaciones adicionales La
cuadriacutecula con las cargas es aproximadamente de 4 x 4 m En este procedimiento no es
necesario la completa saturacioacuten del suelo que por ejemplo necesita el meacutetodo anterior
Posterior al humedecimiento se hacen estallar las cargas de toda un aacuterea (2000 a 50000
m2) La explosioacuten generan una onda de choque que hace licuar la estructura del suelo lo
cual permite un reacomodamiento de las partiacuteculas y un crecimiento de la densidad del
suelo En ciertos casos es aconsejable la construccioacuten de trincheras alrededor de la zona a
compactar a efectos de evitar la propagacioacuten de grietas fuera de ella La explosioacuten produce
un importante a inmediato asentamiento de la superficie del terreno Los asentamientos en
general se estabilizan al cabo de 3 oacute 4 semanas Este tipo de meacutetodo es aconsejable cuando
se desea compactar grandes voluacutemenes de suelo particularmente en grandes complejos
industriales o bien en obras hidroeleacutectricas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
En este apartado se incluyen aquellos meacutetodos de estabilizacioacuten consistentes en la mezcla y
posterior compactacioacuten de suelo colapsable con otros materiales (arena gravas) a efectos
de conseguir mayor resistencia y mayor rigidez Este tipo de estabilizacioacuten es de amplio use
en la ingenieriacutea vial en la construccioacuten de bases y de sub-bases
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
Este grupo incluye a aquellas metodologiacuteas en las cuales el mejoramiento de las
propiedades resistentes del suelo se consiguen con la creacioacuten de viacutenculos maacutes soacutelidos y
estables en la estructura del suelo En algunas de ellas la inyeccioacuten de agentes cementantes
provoca la rotura de la estructura original del suelo En otras por el contrario la inyeccioacuten
de agentes quiacutemicos actuan directamente sobre los viacutenculos sin modificar la estructura del
suelo Los meacutetodos se pueden dividir en meacutetodos superficiales y meacutetodos profundos
dependiendo en donde se realice la estabilizacioacuten En los meacutetodos de estabilizacioacuten
superficiales el mejoramiento en general se consigue mediante la mezcla y posterior
compactacioacuten del suelo con agentes quiacutemicos o cementantes tales como cemento cal
emulsiones asfaacutelticas sales (NaCl Nat C03 NaPO3) etc Estos meacutetodos de estabilizacioacuten
son tambieacuten usuales en otros tipos de suelos y son de amplia utilizacioacuten en todo tipo de
obras de ingenieriacutea civil por tal motivo no insistiremos en ellos Por el contrario los
meacutetodos de estabilizacioacuten profunda aunque tambieacuten se han utilizado en otros tipos de
suelos muchos de ellos se han desarrollado y usado especiacuteficamente para eliminar o
disminuir la susceptibilidad al colapso en espesores importantes de suelo A continuacioacuten
se presentan algunos de ellos
Inyecciones de agentes quiacutemicos Las investigaciones y las realizaciones en este tipo de
estabilizaciones se ha desarrollado principalmente en la Unioacuten Sovieacutetica Seguacuten Mitchell
(1981) la razoacuten principal por la cual estos meacutetodos no se han extendido universalmente se
debe principalmente a los altos costos frente a otros tipos de estabilizaciones Sin embargo
Esvtatiev (1988) da cuenta de la existencia en la URSS de maacutes de 800 proyectos en donde
se han utilizado satisfactoriamente p ej el meacutetodo de silicatizacioacuten) Esto ha permitido un
continuo mejoramiento de la tecnologiacutea una reduccioacuten de los costos y una abundante
normativa en la regulacioacuten de su uso El agente quiacutemico maacutes utilizado por su bajo costo
frente a otros agentes quiacutemicos es el Silicato de Sodio El meacutetodo consiste en inyectar en
todo el espesor de suelo a tratar una solucioacuten de silicato de sodio (Densidad = 1 10 a 1 04
gcm3) a traveacutes de un tubo inyector de 42 mm de diaacutemetro con perforaciones de 3 mm
protegidas por un manguito de goma La inyeccioacuten se realiza a una presioacuten de 20 a 40
Kgcm2 y una descarga de 48 litros por minuto (Zvyagin et al 1978) La silicatizacioacuten del
suelo es soacutelo posible en un medio fuertemente alcalino Seguacuten Sokolovic (1973) se logra
una mejor eficiencia mediante una pre y post gasificacioacuten con carbonato de calcio Luego
de la inyeccioacuten tres son los cambios que se observan en el suelo un aumento significativo
de la resistencia a la compresioacuten (superior a 20 Kgcm2 ) una eliminacioacuten de la
susceptibilidad al colapso y una disminucioacuten de la permeabilidad Otro de los tratamientos
con agentes quiacutemicos es la inyeccioacuten de amoniacuteaco La mejora en el suelo es inferior al
tratamiento por silicatizacioacuten ademaacutes presenta la desventaja de ser un elemento toacutexico y su
utilizacioacuten requiere medidas especiales de proteccioacuten (Sokolovic 1973)
Estabilizacioacuten teacutermica Esta teacutecnica comenzoacute a desarroIlarse en la URSS en la deacutecada de
los antildeos 50 y ha sido utilizada exitosamente en un importante nuacutemero de emprendimientos
Seguacuten Esvtatiev (1988) la aplicacioacuten de este meacutetodo es teacutecnica y econoacutemicamente
aconsejable en los siguientes casos a) en la estabilizacioacuten de fundaciones existentes de
estructuras altas como chimeneas tanques de agua b) en la paralizacioacuten de los
asentamientos en construcciones existentes provocados por el colapso del suelo Las
propiedades de los minerales arcillosos cambian cuando eacutestos son sometidos a altas
temperaturas lo cual genera un aumento importante de la resistencia y por ende la
eliminacioacuten de la susceptibilidad al colapso del suelo La tecnologiacutea ha ido variando y
mejorando su eficiencia a lo largo de estas deacutecadas No obstante la variedad de meacutetodos
casi todos ellos consisten en la introduccioacuten de un quemador de fuel o gas dentro de un pre
pozo de 020 metros de diaacutemetro con una presioacuten de aire de 20 a 30 Kgcm2 De esta
forma al cabo de 10 a 15 diacuteas se consigue una columna estabilizada de suelo de 20 a 30
metros y una profundidad de 10 a 15 metros (Beles y Stanculescu 1958)
Estabilizacioacuten mediante mezclado mecaacutenico con agentes cementantes El objetivo de este
tipo de estabiacutelizacioacuten es la creacioacuten de columnas o pilotes de suelo con alta resistencia y
rigidez que permitan la transferencia de las cargas a mantos maacutes profundos y estables
Varios son los meacutetodos constructivos que pueden agruparse dentro de este grupo Los
subdividiremos en los siguientes subgrupos dependiendo del lugar en donde se realiza la
mezcla del suelo con el agente cementante
1 La mezcla del suelo y el agente cementante se realiza en superficie En este caso la
excavacioacuten se puede realizar bien utilizando la teacutecnica constructiva empleada en los pilotes
de suelo (hinca) o bien usar teacutecnicas usuales de perforacioacuten La mezcla deiexcl suelo con el
agente cementante (preferentemente Cemento Portland) puede ser fluida (suelo cemento
plaacutestico) a introducirse dentro de la excavacioacuten en forma de pastones o bien mezclar el
suelo y elcemento con porcentaje de humedad oacuteptimo a introducirlos en la perforacioacuten en
tongadas (100 a 200 Kg) las cuales posteriormente son compactadas dentro de la misma
excavacioacuten Por lo tanto existen cuatro variantes seguacuten sea el tipo de excavacioacuten y el tipo
de mezcla
2 La mezcla del suelo y el cemento se realiza en el mismo proceso de perforacioacuten En este
caso la mezcla del agente cementante se realiza con el propio suelo La mezcla puede
realizarse mediante uacutetiles especiales que van mezclando el suelo con una lechada de
cemento o bien usar la teacutecnica del jet grouting mediante un chorro de lechada a alta presioacuten
Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
Este tipo de estabilizacioacuten se realiza principalmente en terrenos con suelos potencialmente
colapsables en los cuales la presencia de cargas adicionales en superficie puede generar
asentamientos adicionales ante un incremento de la humedad del suelo Asiacute una parte del
suelo colapsable superficial ubicado directamente debajo de las fundaciones es excavado
extraiacutedo y reemplazado por otro material maacutes competente Los materiales generalmente
utilizados son los siguientes el mismo suelo extraiacutedo compactado y eventualmente
estabilizado granulomeacutetricamente arena compactada o suelo cemento compactado La
eleccioacuten del tipo de material estaacute condicionado generalmente por variables teacutecnico
econoacutemicas Los espesores de estos mantos son variables (1 a 4 m) dependiendo del tipo de
cargas y de las caracteriacutesticas del proyecto Por ejemplo en algunos proyectos los
condicionantes pueden ser los asentamientos diferenciales (edificios) en cambio en otros
(canales) no soacutelo importa disminuir la probabilidad que se produzca el colapso sino
tambieacuten lograr una capa de suelo maacutes impermeable Este tipo de metodologiacutea ha sido
utilizada con eacutexito en numerosos paiacuteses y en innumerables tipos de obras Tambieacuten es
frecuente el empleo de esta metodologiacutea en forma conjunta con otro tipo de estabilizacioacuten
profunda cuando se presentan mantos de suelos colapsables profundos y con espesores
muy dispares
113 Medidas conducentes a evitar la iniciacioacuten del colapso
Arriba se sentildealaron los tipos de humedecimientos que seguacuten Goldstein (1969) pueden
presentarse en una masa de suelo
a) humedecimiento localizado por rotura de conducciones hidraacuteulicas o infiltraciones de
aguas de lluvia
b) humedecimiento extenso causado por roturas de canales o efluentes industriales
c) ascenso del nivel freaacutetico
d) aumento gradual y lento del contenido de humedad por condensacioacuten del vapor de agua
provocados por condiciones ambientales
Muchos de estos tipos de humedecimientos pueden ser prevenidos principalmente los
primeros pues en general eacutestos son debidos a fallas o roturas de las instalaciones de la
misma construccioacuten En cambio los otros tipos de humedecimientos estaacuten condicionados
por factores externos al proyecto como por ejemplo puede ser el ascenso del nivel freaacutetico
o la rotura de un canal cercano y ajeno al proyecto La accioacuten del proyectista debe estar
encaminada principalmente a impedir dentro de los liacutemites del proyecto la generacioacuten de
estos humedecimientos provocados por elementos de la propia construccioacuten Robinson y
Narkiewicz (1982) sugieren las siguientes medidas de proteccioacuten contra el humedecimiento
de edificios
a) Pendientes adecuadas en la superficie del terreno que rodea a la construccioacuten de modo
que no se produzcan embalsamientos de agua en las cercaniacuteas de las fundaciones y que
cualquier peacuterdida de agua pueda ser eliminada con rapidez
b) Canalizacioacuten de todos los desaguumles de techos y patios hacia el exterior de la
construccioacuten
c) Instalacioacuten de membranas impermeables o pavimentacioacuten de la superase que rodea a la
construccioacuten de modo de limitar la infiltracioacuten de agua en el suelo adyacente a las
construcciones
d) Encerrar las conducciones de agua o efluentes cloacales dentro de conductos de faacutecil
acceso a efectos de detectar posibles peacuterdidas
Algunas de estas medidas requieren una serie de medidas de control y mantenimiento
durante la vida uacutetil de la obra de manera que perioacutedicamente se realicen inspecciones a las
instalaciones y puedan detectarse peacuterdidas o dantildeos en las mismas Tambieacuten es aconsejable
que los propietarios de la obra conozcan perfectamente los riegos a que estaacute expuesta la
misma de modo que su actividad yo descuidos no inicie procesos de humedecimiento del
terreno
Las medidas de proteccioacuten en otros tipos de obras civiles (canales o caminos) tienen la
misma filosofiacutea es decir elementos de proteccioacuten que impidan o dificulten la entrada del
agua en el terreno de fundacioacuten Asiacute por ejemplo en las obras lineales se debe prestar una
especial atencioacuten al disentildeo del sistema de alcantarillado y de desaguumles En algunos casos
estas obras suelen seguir parcialmente las curvas de nivel del terreno convirtieacutendose en
verdaderas presas que impiden el natural escurrimiento de las aguas provocando la
acumulacioacuten de agua en su entorno lo que genera un humedecimiento generalizado del
terreno de fundacioacuten con los consecuentes dantildeos en la obra
Es frecuente que en ciertos tipos de obras como viviendas unifamiliares de una planta o
incluso caminos y canales las uacutenicas medidas a adoptar sean las presentadas en este
apartado ya que la utilizacioacuten de teacutecnicas de mejoramiento o fundaciones profundas
resultan prohibitivas En realidad la mayoriacutea de las obras aludidas se construyen admitiendo
el riesgo de un posible colapso del terreno El buen comportamiento que han tenido la
mayoriacutea de ellas se debe fundamentalmente a que no se ha producido ninguacuten tipo de
humedecimiento En contraste los dantildeos son serios en aquellas obras que los han sufrido
Por todo ello es un deber de los investigadores a ingenieros buscar nuevas soluciones
econoacutemicas que permitan disminuir los riesgos y por ende los dantildeos en este tipo de obras
Uno de los caminos en tal sentido es el estudio de estructuras que absorban o minimicen
los posibles asentamientos diferenciales provocados por el humedecimiento localizado del
suelo sin un aumento excesivo de los costos
114 Estructuras yo fundaciones que admiten y resisten los fenoacutemenos provocados
por el colapso
El anaacutelisis de este apartado se centraraacute principalmente en el estudio de las fundaciones
superficiales en suelos potencialmente colapsables ya que el otro gran grupo de soluciones
fundaciones profundas mediante pilotes seraacute objeto de un examen detallado en los
apartados siguientes
La lista de estructuras que se asientan directamente sobre mantos de suelos potencialmente
colapsables es amplia entre ellas pueden sentildealarse viviendas unifamiliares construcciones
transitorias galpones ductos enterrados canales caminos etc
Las fundaciones directas sobre suelos colapsables pueden ser divididas en dos grupos
a) Fundaciones riacutegidas utilizadas principalmente en estructuras livianas y con cargas
puntuales por ejemplo torres de liacuteneas de alta tensioacuten columnas de naves industriales o
depoacutesitos En general este tipo de estructuras tienen algunos rasgos comunes como son por
ejemplo cargas verticales bajas cargas horizontales importantes y en general suelen
aceptar asentamientos admisibles mayores
b) Fundaciones de baja rigidez longitudinal en este caso se trata de estructuras con cargas
lineales (muros de carga canales etc) con baja rigidez en el sentido de las cargas Este tipo
de estructuras son sensibles a humedecimientos localizados del terreno que generan
asientos diferenciales importantes En general las medidas que suelen tomarse para
disminuir los efectos de los asientos diferenciales son las siguientes disentildeo de elementos
que rigidicen la estructura (Clemence Y Finbarr 1981) y el disentildeo de elementos
constructivos que eviten
RECAPITULACIOacuteN
Definido el concepto de colapso el estudio se ha enfocado al anaacutelisis de los suelos
colapsables por humedecimiento En esta clase particular de suelos metaestables el agente
externo que desencadena el fenoacutemeno de colapso es el agua En estos suelos un incremento
de humedad puede provocar una disminucioacuten o anulacioacuten de las fuerzas que vinculan unas
partiacuteculas con otras y por lo tanto cambiar el estado de equilibrio en la estructura del suelo
El colapso de la estructura del suelo depende fundamentalmente de dos causas a) de la
importancia de los cambios provoca dos por el agua en los viacutenculos existentes entre las
partiacuteculas y b) del estado tensional en los viacutenculos O sea para que se produzca el colapso
es necesario un agente sensibilizante y un estado tensional capaz de provocar la des-
estabilizacioacuten de la estructura del suelo
Por este motivo los meacutetodos que mejor reflejan la susceptibilidad al colapso de un suelo
son aquellos basados en ensayos mecaacutenicos donde ambos factores estaacuten presentes
La gran subdivisioacuten que se hace a los suelos colapsables parte precisamente de verificar
coacutemo es el comportamiento del suelo en su estado tensional original o bajo su propio
peso Si se produce el colapso bajo este estado se indica que el suelo es verdaderamente
colapsable o autocolapsable en cambio si el fenoacutemeno no se produce se sentildeala que el
suelo es candicionalmente colapsable o colapsable bajo carga
En este contexto diversos investigadores introducen el concepto (tambieacuten tensional) de
Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) o Presioacuten de Fluencia Saturada (σf) como aquella
presioacuten a la cual se produce el colapso Desde un punto de vista teoacuterico esta presioacuten deberiacutea
ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero desde un punto de vista praacutectico se
asume que una pequentildea magnitud del colapso es permisible Por ejemplo las normas
Sovieacuteticas Lo toman igual al 100 las Chinas igual al 150 En cambio en Argentina se
utiliza maacutes la Presioacuten de Fluencia Saturada que se obtiene de forma similar a la Presioacuten de
Preconsolidacioacuten No obstante esta diferencia metodoloacutegica en ambos casos el concepto es
el mismo
Con respecto a las metodologiacuteas usadas para establecer la susceptibilidad al colapso de un
suelo o de un perfil de suelo han sido analizadas las que utilizan el concepto de Presioacuten
Inicial de Colapso y la magnitud del colapso Esta seleccioacuten se realizoacute fundamentalmente
por las siguientes causas primero porque se hacen en base a ensayos mecaacutenicos donde
intervienen el agente externo (el agua) y el estado tensional del suelo y segundo porque
permiten establecer ya sea a traveacutes de un perfil de colapsabilidad o la magnitud del
colapso coacutemo seraacute realmente el comportamiento del terreno ante las solicitaciones
producidas por la obra de ingenieriacutea
Los perfiles de colapsabilidad relacionan en profundidad el peso propio de las tierras con
la Presioacuten Inicial de Colapso esto permite determinar el espesor de suelos autocolapsables
o el espesor de los suelos que colapsaraacuten si ademaacutes del humedecimiento se aumenta el
estado tensional Estos perfiles son de gran ayuda al proyectista de fundaciones en suelos
colapsables dado que le permiten conocer en forma global la magnitud del problema al que
estaacute enfrentado No obstante su utilidad no termina alliacute sino que por el contrario estos
perfiles le permiten tomar decisiones sobre cuaacuteles son las soluciones ingenieriles maacutes
convenientes del proyecto Pues con su ayuda se podraacute seleccionar el meacutetodo de
mejoramiento del terreno la cota de fundacioacuten de una fundacioacuten profunda la magnitud de
la carga por rozamiento negativo etc
La determinacioacuten de la magnitud del colapso de un perfil de suelo usada como
metodologiacutea de clasificacioacuten tambieacuten es de utilidad en el disentildeo de construccioacuten de obras
de ingenieriacutea en suelos colapsables Sobre todo en la caracterizacioacuten del terreno de grandes
aacutereas ya sea en obras lineales (canales caminos etc) o puntuales (complejos fabriles obras
hidraacuteulicas etc) dado que cada perfil de suelo estaacute caracterizado por un paraacutemetro lo cual
permite el manejo de un nuacutemero importante de informacioacuten Obviamente esta metodologiacutea
tambieacuten es de gran use en cualquier tipo de obras independientemente de su tamantildeo a
importancia
En un abundante nuacutemero de proyectos no es suficiente haber realizado una caracterizacioacuten
o clasificacioacuten del terreno sino que es necesario determinar la magnitud de los
asentamientos que pueden producirse en las obras Los asentamientos por colapso depende
baacutesicamente de dos tipos de factores intriacutensecos y extriacutensecos
Se sentildealan como intriacutensecos aquellos factores propios del suelo como son sus propiedades
fiacutesicas y mecaacutenicas El comportamiento del suelo dependeraacute del tipo de estructura o la
forma en que estaacuten ordenadas las partiacuteculas del grado de compacidad del tipo de viacutenculos
que unen grano con grano etc Estos factores en general no se encuentran
homogeacuteneamente distribuidos por lo cual los paraacutemetros que definen sus propiedades
tenso-deformacionales pueden sufrir variaciones locales importantes
Los factores externos que influyen en la magnitud de los asentamientos son dos el aacuterea
inundada y el estado tensional Estos dos factores influyen considerablemente en la
magnitud de los asentamientos por colapso y por tal motivo deben ser analizados
especiacuteficamente en los caacutelculos Respecto al primero de los factores a pesar que se han
realizado importantes trabajos teoacutericos la informacioacuten experimental indica que todaviacutea
existe cierta indeterminacioacuten en su estimacioacuten Por tal motivo la influencia del aacuterea
inundada en la magnitud de los asentamientos se limita a realizar correcciones de tipo
empiacuterico En cuanto a la influencia que el estado tensional tiene en los asentamientos las
investigaciones se han centrado especialmente en el estudio de cargas externas (zapatas) en
la superficie del terreno
ENSAYOS ldquoin siturdquo Perforacioacuten y muestreoEnsayos ldquoin siturdquo
o Ensayo de penetracioacuten estandar (SPT)o Ensayo de penetracioacuten de cono (CPT + CPTu)o Dilatoacutemetro de placa plana (DMT)o Presuroacutemetro (PMT)o Corte en veleta (VST)10487131048713 Meacutetodos geofiacutesicoso Ondas siacutesmicas (P- S- R-waves)o Electromagneacuteticas (radar resistividad)
EQUIPOS AUTOPROPULSADOS
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)1048713El ensayo ldquoin siturdquo maacutes comuacuten en el mundo10487131902 - Coronel Gow de Raymond Pile Co1048713 Muestreador ciliacutendrico partido1048713 Norma ASTM D 15861048713 Martillo (140-lbs cae 30 pulgadas) (635-kg cae 076 metros)1048713 Tres incrementos de 6 pulgadas Suma de los dos uacuteltimos incrementos = N (golpespieacute)
Se obtiene suelo y
un nuacutemero
Muestra alterada
(Solo para
caraterizacioacuten)
Nuacutemero muy crudo
para el anaacutelisis
No aplicable en
Ventajas
arcillas blandas y
Limos
Variabilidad e
incertidumbre
se obtiene un nuacutemero
Sencillo y de bajo
Costo
Funciona en muchos
tipos de suelo
Se puede utilizar en
rocas blandas
Disponible
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Estos suelos en condiciones de no saturacioacuten o saturacioacuten parcial presentan continuamente un reacomodo radical de las partiacuteculas y una gran peacuterdida de volumen por remojo osea al entrar al estado de saturacioacuten completa La existencia de estos suelos en el mundo y las dificultades ocasionadas a las edificaciones cimentadas sobre ellos han sido reconocidos ampliamente Los depoacutesitos maacutes extensos de suelos colapsables son eoacutelicos o depoacutesitos transportados de arena y limos (loess)Se puenden encontrar comuacutenmente en las maacutergenes fluviales
Desventajas
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Depoacutesitos eoacutelicos Estos depoacutesitos consisten en materiales transportados por el viento el cual forma dunas depoacutesitos tipo loess playas eoacutelicas y grandes depoacutesitos de ceniza volcaacutenica
Depoacutesitos transportados por agua Consisten principalmente de depoacutesitos de sedimentos sueltos a carreados por el agua los cuales forman abanicos fluviales y flujos deslizantes Estos materiales pueden ser depositados por una avenida repentina o flujo de lodo derivado de pequentildeas cuencas colectoras sujetas a aguaceros poco frecuentes
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Suelos residuales Estos suelos son producto del intemperismo y la
desintegracioacuten y alteracioacuten mecaacutenica de rocas madres Las partiacuteculas de
material residual pueden variar de tamantildeo de grandes fragmentos de
gravas a arenas limos coloides y en algunos casos material orgaacutenico
La estructura del grano colapsable se ha desarrollado como producto de
la accioacuten disolvente sobre el material soluble y coloidal La lixiviacioacuten del
material soluble y del material fino conduce a una alta relacioacuten de vaciacuteos
y a una estructura inestable Otro tipo de suelo que muestra colapso al
remojo son aquellos derivados de tufo volcaacutenico
sulfato de calcio arenas sueltas cementadas por sal soluble arcillas
dispersivas y arcillas montmorilloniacuteticas ricas en sodio
CAUSAS QUE GENERARIacuteAN DICHO COMPORTAMIENTO- Estructura parcialmente saturada potencialmente inestable- Una componente de esfuerzo aplicado o existente lo suficientemente alta para desarrollar una condicioacuten metaestable- Un ligante resistente o un agente cementante para estabilizar contactos intergranulares el cual se reduce por remojo ocasionando el colapso La mayoriacutea de suelos colapsables involucra la accioacuten de partiacuteculas arcillosas en los enlaces entre los granos gruesos de arena-Agentes cementantes tales como oacutexido de hierro carbonato de calcio o la soldadura de granos en contacto proporcionan esfuerzos resistentes para muchos suelos colapsables La accioacuten de este cementante es frecuentemente el agente principal de colapso en loess El grado al cual el agente cementante pierde su efectividad depende del grado de contaminacioacuten del ingreso del agua y del grado de disolucioacuten del agente cementante involucrado
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
CONSOLIDOacuteMETRO PARA ENSAYO DE COLAPSO
Se procede a cortar el suelo de acuerdo con las dimensiones del anillo
del ensayo de consolidacioacuten unidimensional Determinar sus
propiedades fiacutesicas tales como humedad natural peso volumen
gravedad especiacutefica de soacutelidos liacutemites de consistencia distribucioacuten
granulomeacutetrica seguacuten las normas
Se instala la muestra en el anillo del consolidoacutemetro despueacutes de haber
determinado el peso inicial de la masa huacutemeda y altura de la muestra y
fijar el conjunto anillo-muestra en el consolidoacutemetro Aplicar una carga
de contacto 005 kgcm2 (5 Kpa) despueacutes de 5 min tomar lectura del
deformiacutemetro aplicar incrementos de carga a cada hora hasta que se
aplique la presioacuten vertical apropiada Los incrementos de carga seraacuten
012 025 050 100 200 etc Kgcm2 (12 25 50 100 200 etc) o
cargas de acuerdo al meacutetodo de ensayo ASTM D2435 registrar la
deformacioacuten antes de incrementar una nueva carga
Determinacioacuten del potencial de colapso
donde
di = lectura del dial con el esfuerzo adecuado antes de la saturacioacuten (mm)
df = lectura del dial bajo el esfuerzo adecuado despueacutes del humedecimiento (mm)
ho = altura inicial de la muestra (mm)
Tmbieacuten se puede evalua en teacuterminos de relacioacuten de vaciacuteos
dondeΔe = cambio de relacioacuten de vaciacuteos bajo el esfuerzo adecuado antes y despueacutes de la inundacioacuteneo = relacioacuten de vaciacuteo inicialLa evaluacioacuten de un suelo colapsable seraacute de acuerdo a la siguiente tablaCon todo lo epxlicado concluimos que el colapso de los suelos es la disminucioacuten moderada de volumen cuando estaacute con bajo contenido de humedad y una gran peacuterdida cuando estaacute sumergido y la magnitud de asentamiento depende del contenido de humedad del suelo En estado sumergido y bajo la aplicacioacuten de cargas verticales los suelos colapsables presentan un mayor asentamiento Los suelos colapsables existen en todo el mundo principalmente en la regiones aacuteridas y semiaacuteridas nuevamente comentando que los depoacutesitos eoacutelicos coluviales residuales tubos volcaacutenicos etc son suelos que pueden ser colapsables
Definicioacuten de colapso Se definen como colapso a cualquier disminucioacuten raacutepida de volumen del suelo producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factoresbull Contenido de humedad (w) bull Grado de saturacioacuten (Sr) bull Tensioacuten media actuante (τ) bull Tensioacuten de corte (σ) bull Presioacuten de poros (u)
TIPOS DE SUELOS COLAPSABLESLos tipos de suelos colapsables son
- Suelos aluviales y coluviales ndash Depositados en ambientes Semi-deseacuterticos por flujos maacutes o menos torrenciales- Suelos eoacutelicos ndash Depositados por el viento son arenas y limos arenosos con escaso cemento arcilloso en una estructura suelta o inestable
- Cenizas volcaacutenicas ndash Provenientes de cenizas arrojadas al aire por actividad volcaacutenica explosiva- Suelos residuales ndash Derivados de la descomposicioacuten in ndash situ de minerales de ciertas rocas son luego lixiviados por el agua y pierden su cemento
CONSECUENCIAS EN CIMENTACIONES
Patologiacuteas en cimentaciones Posibles causas
Introduccioacuten
De todos los posibles tipos de patologiacutea que puede sufrir la edificacioacuten las estadiacutesticas demuestran que son las patologiacuteas ligadas a las cimentaciones las que mayores costes globales conllevan Ademaacutes tienen gran repercusioacuten social lo que las hace maacutes notorias por la complejidad propia de su reparacioacuten porque suponen una fuerte alteracioacuten y hasta interrupcioacuten del uso del inmueble y porque suelen involucrar a colindantes e incluso poderes puacuteblicos Urge como en ninguacuten otro caso determinar las causas y cuanto antes dar una solucioacuten al problema
Causas intriacutensecas de fallos de cimentacioacuten
Se agrupan aquiacute los fallos de cimentacioacuten consecuencia de la interaccioacuten entre el terreno y la propia cimentacioacuten de la construccioacuten afectada
Defectos de proyecto
Son errores de concepcioacuten de disentildeo o caacutelculo del proyecto Son errores previsibles por lo que si se tienen en cuenta en el disentildeo y caacutelculo de la edificacioacuten el riesgo de que provoquen dantildeos se minimizaEnumeramos aquiacute no todas pero siacute algunas de las posibles causas de problemas derivadas del proyectobull Falta de capacidad de carga cimentacioacuten insuficiente o capacidad
de carga del suelo insuficientebull Esfuerzos no contemplados por ej por olvido de algunas
sobrecargas de explotacioacutenbull Conocimiento insuficiente del suelo Lo que deriva en la ignorancia
de riesgos especiales geoteacutecnicos Las causas pueden ser escasez de reconocimientos previos del terreno mala interpretacioacuten de los mismos no consideracioacuten de los fenoacutemenos de agresividad etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Cobra importancia en terrenos con especiales caracteriacutesticas
Arcillas expansivas
Suelos colapsables
Rellenos antroacutepicos
Suelos blandos naturales
Infravaloracioacuten del riesgo geoteacutecnico conocido eacuteste Casos asiacute pueden ser desprecio de los efectos que produce la falta de homogeneidad de un suelo o las distintas profundidades de aparicioacuten de la roca en planta desprecio de los efectos de la potencial expansividad o de posible subpresioacuten o fenoacutemenos de subsidencias procesos de disolucioacuten etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONESbull Defectos en la evaluacioacuten del terreno asientos calculados no
tolerables por la estructura esfuerzos paraacutesitos en pilotes (olvido del efecto de asiento de terrenos flojos o rellenos recientes) etc
bull Efecto grupo en pilotes defectuosa estimacioacuten del efecto grupo en pilotes flotantes no consideracioacuten de los esfuerzos laterales o del rozamiento negativo etc
bull Ausencia de consideracioacuten del bulbo de tensiones de la cimentacioacuten propia y su alcance Pero tambieacuten de cimentaciones colindantes que podriacutean suponer una carga oblicua sobre nuestra cimentacioacuten habraacute que considerarla en caacutelculo y prever un proceso constructivo adecuado (no vayamos a provocar dantildeos a otras edificaciones)
bull Ignorancia de las condiciones de contorno es decir no consideracioacuten de las condiciones del entorno de la estructura
proyectada posibles socavaciones arrastres descalces agotamientos rebajamientos de nivel freaacutetico etc
bull Heterogeneidades distribucioacuten irregular de las cargas o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentacioacuten
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Defectos de ejecucioacuten
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecucioacuten de eacutestos Los defectos de ejecucioacuten normalmente responden a un deficiente Control de Calidad Por tanto en principio son evitablesAlgunos errores de ejecucioacuten podriacutean serbull Apreciacioacuten erroacutenea de los estratos resistentes confundidos con
capas de poco espesor bolos erraacuteticos etcbull Errores de replanteo bull Mala calidad de los materiales en especial hormigones Deterioro
de zapatas losas o muros por escasa calidad de los materiales grietas de retraccioacuten por mala dosificacioacuten del hormigoacuten materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto etc
bull Degradacioacuten del material suele ir unido al anterior hormigoacuten no resistente a la agresividad del terreno recubrimientos insuficientes madera metal etc
bullCAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Lavado del hormigoacuten en cimentaciones superficiales o profundas colocado en presencia de aguas en movimiento
Errores en la colocacioacuten de armaduras confusioacuten de diaacutemetros de armado ausencia de separadores etc
Problemas de fraguado unidos a errores de vertido de dosificacioacuten de curado
Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio cortadas lavadas) o de baja calidad y excesiva carga portante de caacutelculo
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
enfoque general del problema y se presentaraacuten aquellos conceptos v meacutetodos que
posteriormente seraacuten utilizados en el desarrollo de estas notas
Meacutetodos basados en paraacutemetros fiacutesicos de suelos
En general la mayoriacutea de estos meacutetodos de identificacioacuten tienen maacutes bien un caraacutecter
cualitativo que cuantitativo pretendiendo ubicar el suelo analizado en algunos de los
grupos mencionados en (36) La clasificacioacuten consiste habitualmente en establecer si el
suelo es autocolapsable (colapsable bajo su propio peso) o bien si es condicionalmente
colapsable (colapsable bajo carga externa)
En estas notas solamente se analizaraacuten tres de ellos que tienen en comuacuten que relacionan el
liacutemite liacutequido y el peso unitario seco
a) Denison (1961) establece el Coeficiente de Colapso (k) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando la relacioacuten de vaciacuteos del suelo en estado natural (e) es mayor
que la relacioacuten de vaciacuteos correspondiente al Liacutemite Liacutequido (eL )
b) Gibbs (1961) establece una Relacioacuten de Colapso (R) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando la humedad de saturacioacuten del suelo (wSAT) es mayor que el
Liacutemite Liacutequido (wL )
c) Coacutedigo de edificacioacuten de la URSS (1962) establece un Indice de Colapso (R) igual a
y el colapso ocurriraacute cuando R es mayor de -010
En se han superpuesto los puntos correspondientes a pares de valores del peso unitario
seco y el Liacutemite Liacutequido de suelos de la ciudad de Coacuterdoba Argentina (Redolfi et al
1986) De ella se desprende que los valores de los paraacutemetros obtenidos son valores tiacutepicos
de la formacioacuten loeacutessica de Coacuterdoba y que para todas las metodologiacuteas aquiacute presentadas la
gran mayoriacutea de los suelos son colapsables puesto que estaacuten incluidos dentro de las zonas
que los clasifican colapsables
Meacutetodos basados en ensayos edomeacutetricos
Estos meacutetodos estaacuten basados en la Presioacuten Inicial de Colapso o Presioacuten de Fluencia La
determinacioacuten del grupo al cual pertenece el suelo estudiado (auto colapsable o colapsable
bajo carga) se realiza comparando la presioacuten de tapada o geostaacutetica con la presioacuten a la cual
se produce el colapso Asumiendo como hipoacutetesis que el colapso por humedecimiento
ocurre soacutelo a partir de una cierta presioacuten por encima de la cual la resistencia estructural del
suelo es superada
La magnitud de esta presioacuten para la cual se produce el desmoronamiento de la estructura
del suelo ha sido designada por algunos autores como
1048713 Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) (Abelev y Abelev 1979) o
1048713 Presioacuten de Fluencia Saturada (σf sat) (Reginatto 1970)
Experimentalmente se ha demostrado que cuando la presioacuten total en el suelo (σt) ya sea
por cargas externas yo peso propio es menor que esta magnitud no se producen
asentamientos de colapso por humedecimiento Krutov y Tarasova (1964) sentildealan
acertadamente que desde un punto de vista teoacuterico la Presioacuten Inicial de Colapso o Presioacuten
de Fluencia deberiacutea ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero concluyen que
desde un punto de vista praacutectico una pequentildea magnitud de colapso puede asumirse como
permisible Siguiendo este concepto por ejemplo las Normas Sovieacuteticas SNIP definen a la
Presioacuten Inicial de Colapso como aquella presioacuten para la cual en una probeta instalada en un
edoacutemetro se produce un colapso relativo unitario igual a 001 o porcentual del 100
δicol = 001 = 10
En se han representado las curvas presioacuten-deformaciones unitarias de dos ensayos
edomeacutetricos del mismo suelo uno a humedad natural y el otro en estado saturado El
colapso relativo (δicol) es igual a
δicol = εHN - εSAT
donde εHN = Deformacioacuten unitaria a humedad natural
εSAT = Deformacioacuten unitaria en estado saturado
En tanto Reginatto (1970) define a la Presioacuten de Fluencia saturada de un suelo colapsable
de la misma forma en que se establece la presioacuten de preconsolidacioacuten de una arcilla
saturada en un ensayo edomeacutetrico
En se presenta la correlacioacuten que realizan Lin y Wang (1988) entre los valores de la
Presioacuten de Fluencia Saturada y la Presioacuten Inicial de Colapso (el Coacutedigo Chino la establece
para un valor de δicol = 150) Se puede observar que aproximadamente se establece una
relacioacuten directa entre ellas Esto no es de extrantildear puesto que conceptualmente ambas
definiciones tratan de fijar la presioacuten a la cual la estructura del suelo saturado comienza a
colapsar
Los numerosos intentos realizados en ensayos in situ para comprobar la validez de esta
hipoacutetesis (Krutov y Tarasova 1964 Abelev y Abelev 1979) parecen indicar a primera
vista que las predicciones tienen buen acuerdo con la realidad en muchos casos pero en
cambio en otros la diferencia entre lo predecido y lo sucedido es importante sobre todo en
aquellos casos referidos al colapso por peso propio
Meacutetodos basados en la magnitud del asentamiento por colapso
Los meacutetodos basados en la magnitud del asentamiento por colapso se fundan en determinar
la magnitud del mismo de un perfil de suelos en un lugar determinado debido solamente a
su peso propio
Asiacute por ejemplo la Clasificacioacuten Rumana de Suelos Loeacutessicos Colapsables (LCS) define
el Potencial Total de Colapso (Img) (Bally et al1973) como
donde Hj es el espesor del estrato j en metros y img es el asentamiento edomeacutetrico
adicional de una muestra de estrato j inundada a una presioacuten igual al peso propio de las
tierras (σ0 ) expresado en cmm
El Coacutedigo de Construccioacuten de Edificios de la Repuacuteblica Popular China en regiones de
suelo colapsables sigue un criterio similar (Lin y Liang 1982 Lin y Wang 1988) La
evaluacioacuten de la susceptibilidad al colapso en un determinado sitio se realiza en dos etapas
En primer lugar se evaluacutea su aptitud al autocolapso y se determina el Tipo de sitio (Tipo
1 o Tipo 2)
La magnitud del colapso por peso propio Δzc se obtiene de forma similar a la utilizada por
Bally et al (1973) en Rumania sumando los asentamientos individuales de los n estratos
colapsables del perfil
donde Hj es el espesor de estrato en cm y δzsj es el coeficiente de colapsabilidad del estrato
j en cmcm o en por ciento obtenido por medio de ensayos edomeacutetricos en los cuales
primero se carga el suelo hasta la presioacuten por peso propio y luego se inunda la muestra
donde Hj es el espesor de estrato en cm y δzsj es el coeficiente de colapsabilidad del estrato
j en cmcm o en por ciento obtenido por medio de ensayos edomeacutetricos en los cuales
primero se carga el suelo hasta la presioacuten por peso propio y luego se inunda la muestra
La sumatoria soacutelo tiene en cuenta aquellos valores de δzs jmayores de 0015
Si Δzs lt 7 cm se considera al suelo no autocolapsable por humedecimiento y se clasifica
al lugar como sitio TIPO 2 Si en cambio Δzs gt 11 cm se considera al suelo
autocolapsable por humedecimiento y se lo clasifica como sitio TIPO 1
Por uacuteltimo si 7 cm lt Δzs lt 11 cm el tipo de sitio debe ser determinado despueacutes de un
exhaustivo estudio de la geomorfologiacutea estratigrafiacutea y caracteriacutesticas estructurales del
suelo
El Coacutedigo tambieacuten establece que la magnitud del colapso por peso propio (Δzs) tambieacuten
puede ser determinada directamente en el terreno a traveacutes de una balsa o laguna de
infiltracioacuten de dimensiones especiacuteficas
La segunda etapa de la evaluacioacuten de la colapsabilidad consiste en establecer el Grado de
Colapsabilidad del suelo de cimentacioacuten Para ello se carga a las muestras representativas
de cada uno de los estratos a una presioacuten de 200 kPa y luego se las inunda La magnitud del
colapso se obtiene
donde δsj es el Coeficiente de colapsabilidad del estrato j en cmcm para una presioacuten de
200 kPa La sumatoria soacutelo tiene en cuenta valores de Δs mayores de 0015
donde δsj es el Coeficiente de colapsabilidad del estrato j en cmcm para una presioacuten de
200 kPa La sumatoria soacutelo tiene en cuenta valores de Δs mayores de 0015
SOLUCIONES INGENIERILES EN SUELOS COLAPSABLES
111 Consideraciones generales
La primera cuestioacuten que debe analizarse cuando se disentildean cimentaciones en suelos
susceptibles al colapso es la probabilidad que el agente desencadenante del fenoacutemeno el
agua pueda o no introducirse en el terreno y por ende sensibilizar al suelo en donde se
apoyaraacuten las estructuras Por definicioacuten sin la presencia del agua el suelo no colapsa Esta
cuestioacuten es significativa puesto que pueden existir numerosos casos en donde la
probabilidad que el agua se infiltre en el suelo sea lo suficientemente baja como para
analizar la posibilidad de fundar la estructura considerando el comportamiento del suelo en
su estado natural Por lo tanto cuando se hable de suelos potencialmente colapsables por
humedecimiento no debe pensarse uniacutevocamente en las soluciones ingenieriles que se
utilizan en suelos colapsables
Hecha esta aclaracioacuten a continuacioacuten se trataraacute de ofrecer un panorama de las distintas
soluciones ingenieriles que se adoptan en suelos colapsables por humedecimiento cuando
las probabilidades de que se produzca el fenoacutemeno son altas
El objetivo central de todas estas soluciones es prevenir las fallas estructurales o de servicio
que pueden sobrevenir sobre las estructuras construidas sobre estratos de suelos
colapsables
Aitchison (1973) divide a estas soluciones en
a) Tratamiento del suelo colapsable con vista a eliminar la tendencia al colapso a lo largo
de todo el estrato de suelos desmoronables
b) Disentildeo de elementos constructivos que eliminen o disminuyan a liacutemites razonables la
posibilidad que se inicie el colapso
c) Disentildeo de estructuras yo cimentaciones insensibles a los asentamientos provocados por
el colapso por ejemplo fundaciones profundas apoyadas sobre un manto profundo no
sujeto a los asentamientos por humedecimiento
El primer grupo de soluciones comprende los meacutetodos de mejoramiento de suelo por
medio de los cuales la susceptibilidad al colapso es eliminada modificando las propiedades
resistentes del suelo mediante la compactacioacuten o la cementacioacuten de los viacutenculos entre
partiacuteculas El segundo grupo incluye la adopcioacuten de medidas constructivas tendientes a
aislar el agua de manera de evitar o disminuir la presencia de condiciones favorables al
colapso admitiendo no obstante ciertos riesgos Finalmente el tercer grupo engloba tanto
las soluciones tradicionales por medio de fundaciones profundas como el disentildeo de
estructuras con fundaciones directas insensibles a los asentamientos diferenciales
provocados por el colapso del suelo En resumen en el primer grupo de soluciones se
interviene directamente en el suelo evitando asiacute el colapso en el segundo grupo se intenta
evitar que se produzca el colapso sin modificar el suelo y en el uacuteltimo grupo se construyen
estructuras yo fundaciones que admitan y resistan los fenoacutemenos provocados por el
colapso del suelo
Evstatiev (1988) sentildeala que los mejores resultados han sido alcanzados con una oacuteptima
combinacioacuten de las ventajas que individualmente tiene cada uno de los tres grupos La
experiencia ha probado que las medidas constructivas y las medidas de aislacioacuten del agua
por siacute solas no pueden resolver todos los problemas de inestabilidad que provoca el colapso
del suelo Asiacute la adopcioacuten de soluciones exclusivamente para la superestructura (por
ejemplo fundaciones profundas) sin un adecuado disentildeo que eviten dantildeos en los otros
elementos de la construccioacuten como pisos desaguumles etc han provocado serios dantildeos en
estas partes de la construccioacuten que podriacutean haber sido evitados aplicando medidas
tendientes a evitar el ingreso del agua en el terreno
La eficacia del disentildeo adoptado en cada caso depende en gran medida de la calidad de las
investigaciones geoteacutecnicas realizadas La informacioacuten baacutesica que eacutestas deben suministrar
son el espesor del manto de suelos colapsables y la magnitud del colapso bajo peso propio
o bajo carga de todos los estratos del perfil
Una incorrecta estimacioacuten de estos paraacutemetros puede llevar a proponer y construir
soluciones ingenieriles totalmente opuestas a las correctas La confeccioacuten de perfiles de
colapsabilidad como los presentados permiten establecer la existencia o no de suelos
autocolapsables sus espesores aproximados y la profundidad a la que se encuentran Esta
metodologiacutea de anaacutelisis es de gran ayuda por ejemplo en la eleccioacuten del procedimiento
idoacuteneo para estabilizar el terreno
A continuacioacuten se presenta una descripcioacuten de las distintas soluciones ingenieriles maacutes
utilizadas en este tipo de suelos En primer lugar se analizan el primer grupo de soluciones
que se ha englobado bajo el nombre de Mejoramiento de suelos continuando luego con los
otros dos grupos Medidas para evitar la iniciacioacuten del colapso y fundaciones yo
estructuras insensibles a los fenoacutemenos del colapso
112 Mejoramiento de suelos colapsables
Consideraciones previas
El objetivo principal de estas soluciones es eliminar o disminuir apreciablemente la
susceptibilidad al colapso del suelo bien disminuyendo la porosidad del suelo
(compactacioacuten) o bien aumentando la resistencia estructural entre las partiacuteculas del suelo
(meacutetodos fiacutesico-quiacutemicos) Una de las formas de clasificar los meacutetodos de mejoramiento o
estabilizacioacuten ha sido precisamente eacutesta o sea teniendo en cuenta la accioacuten resultante
sobre el suelo (Aitchison1973 Rocca1985) Sin embargo para el desarrollo y explicacioacuten
de los diferentes meacutetodos se ha elegido la clasificacioacuten propuesta por Evstatiev(1988) que
tiene en cuenta el medio usado para realizar la estabilizacioacuten y el objeto de la misma
Evstatiev (1988) propone la siguiente clasificacioacuten de los meacutetodos de estabilizacioacuten de
suelos loeacutessicos la cual puede hacerse extensiva a suelos colapsables
a) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacioacuten
b) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
c) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
d) Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
e) Meacutetodos de mejoramiento que incorporan elementos resistentes a la traccioacuten dentro del
suelo
f) Geomembranas
g) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por drenaje
h) Correccioacuten de taludes y terraplenes
A continuacioacuten siguiendo la clasificacioacuten antes expuesta se desarrollaran aquellas
metodologiacuteas de mejoramientos de suelos colapsables maacutes extendidas Desarrollaacutendose
principalmente los grupos abc y d puesto que incluyen una serie de acciones particulares
frente al fenoacutemeno del colapso En cuanto a los restantes grupos (e f g y h) las teacutecnicas de
mejoramiento del terreno utilizadas persiguen los mismos objetivos buscados en otros tipos
de suelos y en general la teacutecnica empleada es praacutecticamente la misma Por tal motivo y
puesto que se apartan un tanto del objeto de estas notas se estima conveniente no abundar
sobre ellas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacioacuten
Este grupo comprende varias de las metodologiacuteas usadas en suelos colapsables para reducir
los vaciacuteos de modo de eliminar la colapsabilidad reducir la permeabilidad y aumentar la
capacidad de carga Esto se realiza utilizando fuerzas estaacuteticas o dinaacutemicas o bien a traveacutes
de la inyeccioacuten de lechadas
Compactacioacuten dinaacutemica Este meacutetodo es adecuado para compactar mantos de suelos
colapsables superficiales con espesores menores a 350 metros El meacutetodo consiste en dejar
caer en caiacuteda libre desde una altura de 4 a 8 metros pilones de 3 a 8 Tn sobre la superficie
del terreno a razoacuten de 10 a 16 impactos en cada lugar (Abelev y Abelev 1979) El impacto
genera una rotura de la estructura del suelo un aumento de la presioacuten de poros y una
compresioacuten del aire presente en los poros produciendo un reacomodamiento de las
partiacuteculas dando como resultado una estructura maacutes compacta Seguacuten Malyshev et al
(1983) el contenido de humedad del suelo juega un papel importante lograacutendose la maacutexima
eficiencia con un contenido de humedad cercano al Liacutemite Plaacutestico Si el contenido de
humedad es menor a eacuteste es necesario humedecer el espesor de suelo de modo de alcanzar
una mejor eficacia Varios son los factores que controlan los resultados del meacutetodo asiacute por
ejemplo el espesor compactado es funcioacuten principalmente del peso y del diaacutemetro del piloacuten
En tanto el grado de compactacioacuten estaacute controlado por el nuacutemero de impactos y la humedad
del suelo El grado de compactacioacuten no es uniforme a lo largo de todo el espesor
compactado lograacutendose la maacutexima densificacioacuten a 12 a 15 veces el diaacutemetro del piloacuten
Sin embargo se pueden obtener Pesos Unitarios secos superiores a 16 tm3 en espesores de
25 a 35 m lo cual en la mayoriacutea de los casos es suficiente para disminuir o anular la
susceptibilidad al colapso del suelo Una variante a este meacutetodo es realizar la compactacioacuten
solamente en los lugares donde actuacutean las cargas y no en toda el aacuterea de la construccioacuten
Por ejemplo en casos de fundaciones de muros de carga o fundacioacuten de columnas el
mejoramiento del suelo se logra densificando la zona de influencia del bulbo de presiones
o sea la zona donde los incrementos de presioacuten pueden hacer colapsar el suelo
Compactacioacuten por medio de pequentildeos pilotes piramidales En cierta forma este meacutetodo es
una variante del meacutetodo anterior Consiste en hincar un pilote piramidal de 3 a 4 metros de
longitud con una seccioacuten transversal superior de 60 x 60 a 70 x 70 cm y una seccioacuten
transversal inferior de 10 x 10 cm Una vez retirado el pilote la cavidad se rellena con
hormigoacuten Este tipo de metodologiacutea da excelentes resultados en aacutereas en donde existe un
espesor de suelos potencialmente colapsables (no autocolapsables) de 30 o 40 m de
profundidad pero que colapsaraacuten si estaacuten sometidos a los incrementos de carga
transmitidos por las construcciones Una de las ventajas del meacutetodo es la completa
mecanizacioacuten de todas las operaciones Una variante a este meacutetodo consiste en realizar la
hinca sobre una capa de piedra partida dando como resultado un bulbo de suelo
compactado alrededor de la capa de piedra mejorando la capacidad de carga por la punta
del pilote asiacute construido
Compactacioacuten por pilotes de suelo Este es uno de los meacutetodos maacutes usuales para
compactar espesores importantes (18 a 20 m) de suelos loeacutessicos susceptibles al colapso
El procedimiento consta de dos partes primero se realiza la perforacioacuten y segundo se llena
la cavidad con suelo compactado La perforacioacuten se realiza usualmente mediante la hinca
de un pilote metaacutelico con base ensanchada (15 veces) En otra metodologiacutea de reciente uso
la excavacioacuten se hace de la siguiente forma se perfora hasta la profundidad deseada un
hoyo de 8 cm de diaacutemetro dentro del cual se coloca una columna de explosivos que luego
de estallar crea una perforacioacuten de aproximadamente 080 m de diaacutemetro Despueacutes de
efectuada esta perforacioacuten dinaacutemica la cavidad se rellena con suelo local introducido en
tongadas de 100 a 200 Kg que luego son compactadas dinaacutemicamente por medio de un uacutetil
especial Concluidas ambas etapas quedan formadas columnas de suelo compactado con un
diaacutemetro aproximado igual a dos veces el de la perforacioacuten El grado de compactacioacuten va
decreciendo a medida que se aleja del centro de la columna por tal motivo es importante
conocer esta ley de decrecimiento para disentildear correctamente la cuadriacutecula de pilotes de
suelo Al igual que en los otros meacutetodos la eficiencia del sistema aumenta en la medida que
la humedad del suelo natural y compactado se encuentre a una humedad cercana al Limite
Plaacutestico Por tal motivo es usual que previo a la perforacioacuten se realice una humectacioacuten del
espesor de suelos a compactar Las densidades alcanzadas son del orden de 170 a 180
tm3 que son suficientes para evitar el colapso por peso propio y permiten el use del
espesor compactado como manto de fundacioacuten
Compactacioacuten por explosiones de gas Esta relativamente nueva metodologiacutea de
compactar espesores de suelos colapsables consiste en introducir a traveacutes de una lanza de
agua a presioacuten una caacutemara de compresioacuten que contiene una mezcla de gas propano y
oxiacutegeno la cual se va elevando a medida que se producen una serie de explosiones de la
mezcla De este modo se va generando una columna 120 140 m de suelo compactado
(Densidad de 150 tcm3) (Martemyanov et al 1979)
Compactacioacuten por humedecimiento (Hidrocompactacioacuten) En este caso se utiliza la propia
susceptibilidad del suelo a colapsar bajo peso propio El meacutetodo maacutes frecuente de realizar
la humectacioacuten o saturacioacuten del terreno es a traveacutes de infiltracioacuten del agua desde la
superficie del terreno para lo cual se efectuacutean excavaciones poco profundas (040 a 080 m)
o bien se construyen grandes estanques En muchos casos a efectos de acelerar el ingreso
del agua al terreno se construyen dentro del estanque drenes de arena convenientemente
espaciados Este sistema ha sido empleado ampliamente en varias partes del mundo por
ejemplo en EEUU por Gibbs y Bara (1967) y Clevenger (1956) en Rumania por Bally et
al (19651969) en la URSS por Lomize (1968) y Mustafaef (1967) en China por Lin y
Liang (1982) y en Argentina por Moll et al (1979) A pesar de su amplia utilizacioacuten y su
bajo costo el meacutetodo presenta una serie de inconvenientes aparicioacuten de grietas de traccioacuten
en el contorno del aacuterea inundada existencia de importantes deformaciones posteriores al
colapso necesidad de recompactar los 4 oacute 5 primeros metros utilizando otro tipo de
metodologiacutea La efectividad de este meacutetodo se mejora sustancialmente si al mismo se lo
combina con otro meacutetodo de compactacioacuten dinaacutemica
Compactacioacuten por humedecimiento previo y por explosiones profundas Este meacutetodo fue
desarrollado en al Unioacuten Sovieacutetica por Livinov (1976) en la deacutecada de los 60 El espesor de
suelos a compactar es previamente humedecido a traveacutes de un sistema de drenes
(cuadriacutecula de 3 x 3 a 5 x 5 m) Las cargas explosivas (5 a 7 Kg) son colocadas en el fondo
de los mismos drenes o bien en tubos metaacutelicos colocados en perforaciones adicionales La
cuadriacutecula con las cargas es aproximadamente de 4 x 4 m En este procedimiento no es
necesario la completa saturacioacuten del suelo que por ejemplo necesita el meacutetodo anterior
Posterior al humedecimiento se hacen estallar las cargas de toda un aacuterea (2000 a 50000
m2) La explosioacuten generan una onda de choque que hace licuar la estructura del suelo lo
cual permite un reacomodamiento de las partiacuteculas y un crecimiento de la densidad del
suelo En ciertos casos es aconsejable la construccioacuten de trincheras alrededor de la zona a
compactar a efectos de evitar la propagacioacuten de grietas fuera de ella La explosioacuten produce
un importante a inmediato asentamiento de la superficie del terreno Los asentamientos en
general se estabilizan al cabo de 3 oacute 4 semanas Este tipo de meacutetodo es aconsejable cuando
se desea compactar grandes voluacutemenes de suelo particularmente en grandes complejos
industriales o bien en obras hidroeleacutectricas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
En este apartado se incluyen aquellos meacutetodos de estabilizacioacuten consistentes en la mezcla y
posterior compactacioacuten de suelo colapsable con otros materiales (arena gravas) a efectos
de conseguir mayor resistencia y mayor rigidez Este tipo de estabilizacioacuten es de amplio use
en la ingenieriacutea vial en la construccioacuten de bases y de sub-bases
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
Este grupo incluye a aquellas metodologiacuteas en las cuales el mejoramiento de las
propiedades resistentes del suelo se consiguen con la creacioacuten de viacutenculos maacutes soacutelidos y
estables en la estructura del suelo En algunas de ellas la inyeccioacuten de agentes cementantes
provoca la rotura de la estructura original del suelo En otras por el contrario la inyeccioacuten
de agentes quiacutemicos actuan directamente sobre los viacutenculos sin modificar la estructura del
suelo Los meacutetodos se pueden dividir en meacutetodos superficiales y meacutetodos profundos
dependiendo en donde se realice la estabilizacioacuten En los meacutetodos de estabilizacioacuten
superficiales el mejoramiento en general se consigue mediante la mezcla y posterior
compactacioacuten del suelo con agentes quiacutemicos o cementantes tales como cemento cal
emulsiones asfaacutelticas sales (NaCl Nat C03 NaPO3) etc Estos meacutetodos de estabilizacioacuten
son tambieacuten usuales en otros tipos de suelos y son de amplia utilizacioacuten en todo tipo de
obras de ingenieriacutea civil por tal motivo no insistiremos en ellos Por el contrario los
meacutetodos de estabilizacioacuten profunda aunque tambieacuten se han utilizado en otros tipos de
suelos muchos de ellos se han desarrollado y usado especiacuteficamente para eliminar o
disminuir la susceptibilidad al colapso en espesores importantes de suelo A continuacioacuten
se presentan algunos de ellos
Inyecciones de agentes quiacutemicos Las investigaciones y las realizaciones en este tipo de
estabilizaciones se ha desarrollado principalmente en la Unioacuten Sovieacutetica Seguacuten Mitchell
(1981) la razoacuten principal por la cual estos meacutetodos no se han extendido universalmente se
debe principalmente a los altos costos frente a otros tipos de estabilizaciones Sin embargo
Esvtatiev (1988) da cuenta de la existencia en la URSS de maacutes de 800 proyectos en donde
se han utilizado satisfactoriamente p ej el meacutetodo de silicatizacioacuten) Esto ha permitido un
continuo mejoramiento de la tecnologiacutea una reduccioacuten de los costos y una abundante
normativa en la regulacioacuten de su uso El agente quiacutemico maacutes utilizado por su bajo costo
frente a otros agentes quiacutemicos es el Silicato de Sodio El meacutetodo consiste en inyectar en
todo el espesor de suelo a tratar una solucioacuten de silicato de sodio (Densidad = 1 10 a 1 04
gcm3) a traveacutes de un tubo inyector de 42 mm de diaacutemetro con perforaciones de 3 mm
protegidas por un manguito de goma La inyeccioacuten se realiza a una presioacuten de 20 a 40
Kgcm2 y una descarga de 48 litros por minuto (Zvyagin et al 1978) La silicatizacioacuten del
suelo es soacutelo posible en un medio fuertemente alcalino Seguacuten Sokolovic (1973) se logra
una mejor eficiencia mediante una pre y post gasificacioacuten con carbonato de calcio Luego
de la inyeccioacuten tres son los cambios que se observan en el suelo un aumento significativo
de la resistencia a la compresioacuten (superior a 20 Kgcm2 ) una eliminacioacuten de la
susceptibilidad al colapso y una disminucioacuten de la permeabilidad Otro de los tratamientos
con agentes quiacutemicos es la inyeccioacuten de amoniacuteaco La mejora en el suelo es inferior al
tratamiento por silicatizacioacuten ademaacutes presenta la desventaja de ser un elemento toacutexico y su
utilizacioacuten requiere medidas especiales de proteccioacuten (Sokolovic 1973)
Estabilizacioacuten teacutermica Esta teacutecnica comenzoacute a desarroIlarse en la URSS en la deacutecada de
los antildeos 50 y ha sido utilizada exitosamente en un importante nuacutemero de emprendimientos
Seguacuten Esvtatiev (1988) la aplicacioacuten de este meacutetodo es teacutecnica y econoacutemicamente
aconsejable en los siguientes casos a) en la estabilizacioacuten de fundaciones existentes de
estructuras altas como chimeneas tanques de agua b) en la paralizacioacuten de los
asentamientos en construcciones existentes provocados por el colapso del suelo Las
propiedades de los minerales arcillosos cambian cuando eacutestos son sometidos a altas
temperaturas lo cual genera un aumento importante de la resistencia y por ende la
eliminacioacuten de la susceptibilidad al colapso del suelo La tecnologiacutea ha ido variando y
mejorando su eficiencia a lo largo de estas deacutecadas No obstante la variedad de meacutetodos
casi todos ellos consisten en la introduccioacuten de un quemador de fuel o gas dentro de un pre
pozo de 020 metros de diaacutemetro con una presioacuten de aire de 20 a 30 Kgcm2 De esta
forma al cabo de 10 a 15 diacuteas se consigue una columna estabilizada de suelo de 20 a 30
metros y una profundidad de 10 a 15 metros (Beles y Stanculescu 1958)
Estabilizacioacuten mediante mezclado mecaacutenico con agentes cementantes El objetivo de este
tipo de estabiacutelizacioacuten es la creacioacuten de columnas o pilotes de suelo con alta resistencia y
rigidez que permitan la transferencia de las cargas a mantos maacutes profundos y estables
Varios son los meacutetodos constructivos que pueden agruparse dentro de este grupo Los
subdividiremos en los siguientes subgrupos dependiendo del lugar en donde se realiza la
mezcla del suelo con el agente cementante
1 La mezcla del suelo y el agente cementante se realiza en superficie En este caso la
excavacioacuten se puede realizar bien utilizando la teacutecnica constructiva empleada en los pilotes
de suelo (hinca) o bien usar teacutecnicas usuales de perforacioacuten La mezcla deiexcl suelo con el
agente cementante (preferentemente Cemento Portland) puede ser fluida (suelo cemento
plaacutestico) a introducirse dentro de la excavacioacuten en forma de pastones o bien mezclar el
suelo y elcemento con porcentaje de humedad oacuteptimo a introducirlos en la perforacioacuten en
tongadas (100 a 200 Kg) las cuales posteriormente son compactadas dentro de la misma
excavacioacuten Por lo tanto existen cuatro variantes seguacuten sea el tipo de excavacioacuten y el tipo
de mezcla
2 La mezcla del suelo y el cemento se realiza en el mismo proceso de perforacioacuten En este
caso la mezcla del agente cementante se realiza con el propio suelo La mezcla puede
realizarse mediante uacutetiles especiales que van mezclando el suelo con una lechada de
cemento o bien usar la teacutecnica del jet grouting mediante un chorro de lechada a alta presioacuten
Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
Este tipo de estabilizacioacuten se realiza principalmente en terrenos con suelos potencialmente
colapsables en los cuales la presencia de cargas adicionales en superficie puede generar
asentamientos adicionales ante un incremento de la humedad del suelo Asiacute una parte del
suelo colapsable superficial ubicado directamente debajo de las fundaciones es excavado
extraiacutedo y reemplazado por otro material maacutes competente Los materiales generalmente
utilizados son los siguientes el mismo suelo extraiacutedo compactado y eventualmente
estabilizado granulomeacutetricamente arena compactada o suelo cemento compactado La
eleccioacuten del tipo de material estaacute condicionado generalmente por variables teacutecnico
econoacutemicas Los espesores de estos mantos son variables (1 a 4 m) dependiendo del tipo de
cargas y de las caracteriacutesticas del proyecto Por ejemplo en algunos proyectos los
condicionantes pueden ser los asentamientos diferenciales (edificios) en cambio en otros
(canales) no soacutelo importa disminuir la probabilidad que se produzca el colapso sino
tambieacuten lograr una capa de suelo maacutes impermeable Este tipo de metodologiacutea ha sido
utilizada con eacutexito en numerosos paiacuteses y en innumerables tipos de obras Tambieacuten es
frecuente el empleo de esta metodologiacutea en forma conjunta con otro tipo de estabilizacioacuten
profunda cuando se presentan mantos de suelos colapsables profundos y con espesores
muy dispares
113 Medidas conducentes a evitar la iniciacioacuten del colapso
Arriba se sentildealaron los tipos de humedecimientos que seguacuten Goldstein (1969) pueden
presentarse en una masa de suelo
a) humedecimiento localizado por rotura de conducciones hidraacuteulicas o infiltraciones de
aguas de lluvia
b) humedecimiento extenso causado por roturas de canales o efluentes industriales
c) ascenso del nivel freaacutetico
d) aumento gradual y lento del contenido de humedad por condensacioacuten del vapor de agua
provocados por condiciones ambientales
Muchos de estos tipos de humedecimientos pueden ser prevenidos principalmente los
primeros pues en general eacutestos son debidos a fallas o roturas de las instalaciones de la
misma construccioacuten En cambio los otros tipos de humedecimientos estaacuten condicionados
por factores externos al proyecto como por ejemplo puede ser el ascenso del nivel freaacutetico
o la rotura de un canal cercano y ajeno al proyecto La accioacuten del proyectista debe estar
encaminada principalmente a impedir dentro de los liacutemites del proyecto la generacioacuten de
estos humedecimientos provocados por elementos de la propia construccioacuten Robinson y
Narkiewicz (1982) sugieren las siguientes medidas de proteccioacuten contra el humedecimiento
de edificios
a) Pendientes adecuadas en la superficie del terreno que rodea a la construccioacuten de modo
que no se produzcan embalsamientos de agua en las cercaniacuteas de las fundaciones y que
cualquier peacuterdida de agua pueda ser eliminada con rapidez
b) Canalizacioacuten de todos los desaguumles de techos y patios hacia el exterior de la
construccioacuten
c) Instalacioacuten de membranas impermeables o pavimentacioacuten de la superase que rodea a la
construccioacuten de modo de limitar la infiltracioacuten de agua en el suelo adyacente a las
construcciones
d) Encerrar las conducciones de agua o efluentes cloacales dentro de conductos de faacutecil
acceso a efectos de detectar posibles peacuterdidas
Algunas de estas medidas requieren una serie de medidas de control y mantenimiento
durante la vida uacutetil de la obra de manera que perioacutedicamente se realicen inspecciones a las
instalaciones y puedan detectarse peacuterdidas o dantildeos en las mismas Tambieacuten es aconsejable
que los propietarios de la obra conozcan perfectamente los riegos a que estaacute expuesta la
misma de modo que su actividad yo descuidos no inicie procesos de humedecimiento del
terreno
Las medidas de proteccioacuten en otros tipos de obras civiles (canales o caminos) tienen la
misma filosofiacutea es decir elementos de proteccioacuten que impidan o dificulten la entrada del
agua en el terreno de fundacioacuten Asiacute por ejemplo en las obras lineales se debe prestar una
especial atencioacuten al disentildeo del sistema de alcantarillado y de desaguumles En algunos casos
estas obras suelen seguir parcialmente las curvas de nivel del terreno convirtieacutendose en
verdaderas presas que impiden el natural escurrimiento de las aguas provocando la
acumulacioacuten de agua en su entorno lo que genera un humedecimiento generalizado del
terreno de fundacioacuten con los consecuentes dantildeos en la obra
Es frecuente que en ciertos tipos de obras como viviendas unifamiliares de una planta o
incluso caminos y canales las uacutenicas medidas a adoptar sean las presentadas en este
apartado ya que la utilizacioacuten de teacutecnicas de mejoramiento o fundaciones profundas
resultan prohibitivas En realidad la mayoriacutea de las obras aludidas se construyen admitiendo
el riesgo de un posible colapso del terreno El buen comportamiento que han tenido la
mayoriacutea de ellas se debe fundamentalmente a que no se ha producido ninguacuten tipo de
humedecimiento En contraste los dantildeos son serios en aquellas obras que los han sufrido
Por todo ello es un deber de los investigadores a ingenieros buscar nuevas soluciones
econoacutemicas que permitan disminuir los riesgos y por ende los dantildeos en este tipo de obras
Uno de los caminos en tal sentido es el estudio de estructuras que absorban o minimicen
los posibles asentamientos diferenciales provocados por el humedecimiento localizado del
suelo sin un aumento excesivo de los costos
114 Estructuras yo fundaciones que admiten y resisten los fenoacutemenos provocados
por el colapso
El anaacutelisis de este apartado se centraraacute principalmente en el estudio de las fundaciones
superficiales en suelos potencialmente colapsables ya que el otro gran grupo de soluciones
fundaciones profundas mediante pilotes seraacute objeto de un examen detallado en los
apartados siguientes
La lista de estructuras que se asientan directamente sobre mantos de suelos potencialmente
colapsables es amplia entre ellas pueden sentildealarse viviendas unifamiliares construcciones
transitorias galpones ductos enterrados canales caminos etc
Las fundaciones directas sobre suelos colapsables pueden ser divididas en dos grupos
a) Fundaciones riacutegidas utilizadas principalmente en estructuras livianas y con cargas
puntuales por ejemplo torres de liacuteneas de alta tensioacuten columnas de naves industriales o
depoacutesitos En general este tipo de estructuras tienen algunos rasgos comunes como son por
ejemplo cargas verticales bajas cargas horizontales importantes y en general suelen
aceptar asentamientos admisibles mayores
b) Fundaciones de baja rigidez longitudinal en este caso se trata de estructuras con cargas
lineales (muros de carga canales etc) con baja rigidez en el sentido de las cargas Este tipo
de estructuras son sensibles a humedecimientos localizados del terreno que generan
asientos diferenciales importantes En general las medidas que suelen tomarse para
disminuir los efectos de los asientos diferenciales son las siguientes disentildeo de elementos
que rigidicen la estructura (Clemence Y Finbarr 1981) y el disentildeo de elementos
constructivos que eviten
RECAPITULACIOacuteN
Definido el concepto de colapso el estudio se ha enfocado al anaacutelisis de los suelos
colapsables por humedecimiento En esta clase particular de suelos metaestables el agente
externo que desencadena el fenoacutemeno de colapso es el agua En estos suelos un incremento
de humedad puede provocar una disminucioacuten o anulacioacuten de las fuerzas que vinculan unas
partiacuteculas con otras y por lo tanto cambiar el estado de equilibrio en la estructura del suelo
El colapso de la estructura del suelo depende fundamentalmente de dos causas a) de la
importancia de los cambios provoca dos por el agua en los viacutenculos existentes entre las
partiacuteculas y b) del estado tensional en los viacutenculos O sea para que se produzca el colapso
es necesario un agente sensibilizante y un estado tensional capaz de provocar la des-
estabilizacioacuten de la estructura del suelo
Por este motivo los meacutetodos que mejor reflejan la susceptibilidad al colapso de un suelo
son aquellos basados en ensayos mecaacutenicos donde ambos factores estaacuten presentes
La gran subdivisioacuten que se hace a los suelos colapsables parte precisamente de verificar
coacutemo es el comportamiento del suelo en su estado tensional original o bajo su propio
peso Si se produce el colapso bajo este estado se indica que el suelo es verdaderamente
colapsable o autocolapsable en cambio si el fenoacutemeno no se produce se sentildeala que el
suelo es candicionalmente colapsable o colapsable bajo carga
En este contexto diversos investigadores introducen el concepto (tambieacuten tensional) de
Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) o Presioacuten de Fluencia Saturada (σf) como aquella
presioacuten a la cual se produce el colapso Desde un punto de vista teoacuterico esta presioacuten deberiacutea
ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero desde un punto de vista praacutectico se
asume que una pequentildea magnitud del colapso es permisible Por ejemplo las normas
Sovieacuteticas Lo toman igual al 100 las Chinas igual al 150 En cambio en Argentina se
utiliza maacutes la Presioacuten de Fluencia Saturada que se obtiene de forma similar a la Presioacuten de
Preconsolidacioacuten No obstante esta diferencia metodoloacutegica en ambos casos el concepto es
el mismo
Con respecto a las metodologiacuteas usadas para establecer la susceptibilidad al colapso de un
suelo o de un perfil de suelo han sido analizadas las que utilizan el concepto de Presioacuten
Inicial de Colapso y la magnitud del colapso Esta seleccioacuten se realizoacute fundamentalmente
por las siguientes causas primero porque se hacen en base a ensayos mecaacutenicos donde
intervienen el agente externo (el agua) y el estado tensional del suelo y segundo porque
permiten establecer ya sea a traveacutes de un perfil de colapsabilidad o la magnitud del
colapso coacutemo seraacute realmente el comportamiento del terreno ante las solicitaciones
producidas por la obra de ingenieriacutea
Los perfiles de colapsabilidad relacionan en profundidad el peso propio de las tierras con
la Presioacuten Inicial de Colapso esto permite determinar el espesor de suelos autocolapsables
o el espesor de los suelos que colapsaraacuten si ademaacutes del humedecimiento se aumenta el
estado tensional Estos perfiles son de gran ayuda al proyectista de fundaciones en suelos
colapsables dado que le permiten conocer en forma global la magnitud del problema al que
estaacute enfrentado No obstante su utilidad no termina alliacute sino que por el contrario estos
perfiles le permiten tomar decisiones sobre cuaacuteles son las soluciones ingenieriles maacutes
convenientes del proyecto Pues con su ayuda se podraacute seleccionar el meacutetodo de
mejoramiento del terreno la cota de fundacioacuten de una fundacioacuten profunda la magnitud de
la carga por rozamiento negativo etc
La determinacioacuten de la magnitud del colapso de un perfil de suelo usada como
metodologiacutea de clasificacioacuten tambieacuten es de utilidad en el disentildeo de construccioacuten de obras
de ingenieriacutea en suelos colapsables Sobre todo en la caracterizacioacuten del terreno de grandes
aacutereas ya sea en obras lineales (canales caminos etc) o puntuales (complejos fabriles obras
hidraacuteulicas etc) dado que cada perfil de suelo estaacute caracterizado por un paraacutemetro lo cual
permite el manejo de un nuacutemero importante de informacioacuten Obviamente esta metodologiacutea
tambieacuten es de gran use en cualquier tipo de obras independientemente de su tamantildeo a
importancia
En un abundante nuacutemero de proyectos no es suficiente haber realizado una caracterizacioacuten
o clasificacioacuten del terreno sino que es necesario determinar la magnitud de los
asentamientos que pueden producirse en las obras Los asentamientos por colapso depende
baacutesicamente de dos tipos de factores intriacutensecos y extriacutensecos
Se sentildealan como intriacutensecos aquellos factores propios del suelo como son sus propiedades
fiacutesicas y mecaacutenicas El comportamiento del suelo dependeraacute del tipo de estructura o la
forma en que estaacuten ordenadas las partiacuteculas del grado de compacidad del tipo de viacutenculos
que unen grano con grano etc Estos factores en general no se encuentran
homogeacuteneamente distribuidos por lo cual los paraacutemetros que definen sus propiedades
tenso-deformacionales pueden sufrir variaciones locales importantes
Los factores externos que influyen en la magnitud de los asentamientos son dos el aacuterea
inundada y el estado tensional Estos dos factores influyen considerablemente en la
magnitud de los asentamientos por colapso y por tal motivo deben ser analizados
especiacuteficamente en los caacutelculos Respecto al primero de los factores a pesar que se han
realizado importantes trabajos teoacutericos la informacioacuten experimental indica que todaviacutea
existe cierta indeterminacioacuten en su estimacioacuten Por tal motivo la influencia del aacuterea
inundada en la magnitud de los asentamientos se limita a realizar correcciones de tipo
empiacuterico En cuanto a la influencia que el estado tensional tiene en los asentamientos las
investigaciones se han centrado especialmente en el estudio de cargas externas (zapatas) en
la superficie del terreno
ENSAYOS ldquoin siturdquo Perforacioacuten y muestreoEnsayos ldquoin siturdquo
o Ensayo de penetracioacuten estandar (SPT)o Ensayo de penetracioacuten de cono (CPT + CPTu)o Dilatoacutemetro de placa plana (DMT)o Presuroacutemetro (PMT)o Corte en veleta (VST)10487131048713 Meacutetodos geofiacutesicoso Ondas siacutesmicas (P- S- R-waves)o Electromagneacuteticas (radar resistividad)
EQUIPOS AUTOPROPULSADOS
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)1048713El ensayo ldquoin siturdquo maacutes comuacuten en el mundo10487131902 - Coronel Gow de Raymond Pile Co1048713 Muestreador ciliacutendrico partido1048713 Norma ASTM D 15861048713 Martillo (140-lbs cae 30 pulgadas) (635-kg cae 076 metros)1048713 Tres incrementos de 6 pulgadas Suma de los dos uacuteltimos incrementos = N (golpespieacute)
Se obtiene suelo y
un nuacutemero
Muestra alterada
(Solo para
caraterizacioacuten)
Nuacutemero muy crudo
para el anaacutelisis
No aplicable en
Ventajas
arcillas blandas y
Limos
Variabilidad e
incertidumbre
se obtiene un nuacutemero
Sencillo y de bajo
Costo
Funciona en muchos
tipos de suelo
Se puede utilizar en
rocas blandas
Disponible
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Estos suelos en condiciones de no saturacioacuten o saturacioacuten parcial presentan continuamente un reacomodo radical de las partiacuteculas y una gran peacuterdida de volumen por remojo osea al entrar al estado de saturacioacuten completa La existencia de estos suelos en el mundo y las dificultades ocasionadas a las edificaciones cimentadas sobre ellos han sido reconocidos ampliamente Los depoacutesitos maacutes extensos de suelos colapsables son eoacutelicos o depoacutesitos transportados de arena y limos (loess)Se puenden encontrar comuacutenmente en las maacutergenes fluviales
Desventajas
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Depoacutesitos eoacutelicos Estos depoacutesitos consisten en materiales transportados por el viento el cual forma dunas depoacutesitos tipo loess playas eoacutelicas y grandes depoacutesitos de ceniza volcaacutenica
Depoacutesitos transportados por agua Consisten principalmente de depoacutesitos de sedimentos sueltos a carreados por el agua los cuales forman abanicos fluviales y flujos deslizantes Estos materiales pueden ser depositados por una avenida repentina o flujo de lodo derivado de pequentildeas cuencas colectoras sujetas a aguaceros poco frecuentes
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Suelos residuales Estos suelos son producto del intemperismo y la
desintegracioacuten y alteracioacuten mecaacutenica de rocas madres Las partiacuteculas de
material residual pueden variar de tamantildeo de grandes fragmentos de
gravas a arenas limos coloides y en algunos casos material orgaacutenico
La estructura del grano colapsable se ha desarrollado como producto de
la accioacuten disolvente sobre el material soluble y coloidal La lixiviacioacuten del
material soluble y del material fino conduce a una alta relacioacuten de vaciacuteos
y a una estructura inestable Otro tipo de suelo que muestra colapso al
remojo son aquellos derivados de tufo volcaacutenico
sulfato de calcio arenas sueltas cementadas por sal soluble arcillas
dispersivas y arcillas montmorilloniacuteticas ricas en sodio
CAUSAS QUE GENERARIacuteAN DICHO COMPORTAMIENTO- Estructura parcialmente saturada potencialmente inestable- Una componente de esfuerzo aplicado o existente lo suficientemente alta para desarrollar una condicioacuten metaestable- Un ligante resistente o un agente cementante para estabilizar contactos intergranulares el cual se reduce por remojo ocasionando el colapso La mayoriacutea de suelos colapsables involucra la accioacuten de partiacuteculas arcillosas en los enlaces entre los granos gruesos de arena-Agentes cementantes tales como oacutexido de hierro carbonato de calcio o la soldadura de granos en contacto proporcionan esfuerzos resistentes para muchos suelos colapsables La accioacuten de este cementante es frecuentemente el agente principal de colapso en loess El grado al cual el agente cementante pierde su efectividad depende del grado de contaminacioacuten del ingreso del agua y del grado de disolucioacuten del agente cementante involucrado
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
CONSOLIDOacuteMETRO PARA ENSAYO DE COLAPSO
Se procede a cortar el suelo de acuerdo con las dimensiones del anillo
del ensayo de consolidacioacuten unidimensional Determinar sus
propiedades fiacutesicas tales como humedad natural peso volumen
gravedad especiacutefica de soacutelidos liacutemites de consistencia distribucioacuten
granulomeacutetrica seguacuten las normas
Se instala la muestra en el anillo del consolidoacutemetro despueacutes de haber
determinado el peso inicial de la masa huacutemeda y altura de la muestra y
fijar el conjunto anillo-muestra en el consolidoacutemetro Aplicar una carga
de contacto 005 kgcm2 (5 Kpa) despueacutes de 5 min tomar lectura del
deformiacutemetro aplicar incrementos de carga a cada hora hasta que se
aplique la presioacuten vertical apropiada Los incrementos de carga seraacuten
012 025 050 100 200 etc Kgcm2 (12 25 50 100 200 etc) o
cargas de acuerdo al meacutetodo de ensayo ASTM D2435 registrar la
deformacioacuten antes de incrementar una nueva carga
Determinacioacuten del potencial de colapso
donde
di = lectura del dial con el esfuerzo adecuado antes de la saturacioacuten (mm)
df = lectura del dial bajo el esfuerzo adecuado despueacutes del humedecimiento (mm)
ho = altura inicial de la muestra (mm)
Tmbieacuten se puede evalua en teacuterminos de relacioacuten de vaciacuteos
dondeΔe = cambio de relacioacuten de vaciacuteos bajo el esfuerzo adecuado antes y despueacutes de la inundacioacuteneo = relacioacuten de vaciacuteo inicialLa evaluacioacuten de un suelo colapsable seraacute de acuerdo a la siguiente tablaCon todo lo epxlicado concluimos que el colapso de los suelos es la disminucioacuten moderada de volumen cuando estaacute con bajo contenido de humedad y una gran peacuterdida cuando estaacute sumergido y la magnitud de asentamiento depende del contenido de humedad del suelo En estado sumergido y bajo la aplicacioacuten de cargas verticales los suelos colapsables presentan un mayor asentamiento Los suelos colapsables existen en todo el mundo principalmente en la regiones aacuteridas y semiaacuteridas nuevamente comentando que los depoacutesitos eoacutelicos coluviales residuales tubos volcaacutenicos etc son suelos que pueden ser colapsables
Definicioacuten de colapso Se definen como colapso a cualquier disminucioacuten raacutepida de volumen del suelo producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factoresbull Contenido de humedad (w) bull Grado de saturacioacuten (Sr) bull Tensioacuten media actuante (τ) bull Tensioacuten de corte (σ) bull Presioacuten de poros (u)
TIPOS DE SUELOS COLAPSABLESLos tipos de suelos colapsables son
- Suelos aluviales y coluviales ndash Depositados en ambientes Semi-deseacuterticos por flujos maacutes o menos torrenciales- Suelos eoacutelicos ndash Depositados por el viento son arenas y limos arenosos con escaso cemento arcilloso en una estructura suelta o inestable
- Cenizas volcaacutenicas ndash Provenientes de cenizas arrojadas al aire por actividad volcaacutenica explosiva- Suelos residuales ndash Derivados de la descomposicioacuten in ndash situ de minerales de ciertas rocas son luego lixiviados por el agua y pierden su cemento
CONSECUENCIAS EN CIMENTACIONES
Patologiacuteas en cimentaciones Posibles causas
Introduccioacuten
De todos los posibles tipos de patologiacutea que puede sufrir la edificacioacuten las estadiacutesticas demuestran que son las patologiacuteas ligadas a las cimentaciones las que mayores costes globales conllevan Ademaacutes tienen gran repercusioacuten social lo que las hace maacutes notorias por la complejidad propia de su reparacioacuten porque suponen una fuerte alteracioacuten y hasta interrupcioacuten del uso del inmueble y porque suelen involucrar a colindantes e incluso poderes puacuteblicos Urge como en ninguacuten otro caso determinar las causas y cuanto antes dar una solucioacuten al problema
Causas intriacutensecas de fallos de cimentacioacuten
Se agrupan aquiacute los fallos de cimentacioacuten consecuencia de la interaccioacuten entre el terreno y la propia cimentacioacuten de la construccioacuten afectada
Defectos de proyecto
Son errores de concepcioacuten de disentildeo o caacutelculo del proyecto Son errores previsibles por lo que si se tienen en cuenta en el disentildeo y caacutelculo de la edificacioacuten el riesgo de que provoquen dantildeos se minimizaEnumeramos aquiacute no todas pero siacute algunas de las posibles causas de problemas derivadas del proyectobull Falta de capacidad de carga cimentacioacuten insuficiente o capacidad
de carga del suelo insuficientebull Esfuerzos no contemplados por ej por olvido de algunas
sobrecargas de explotacioacutenbull Conocimiento insuficiente del suelo Lo que deriva en la ignorancia
de riesgos especiales geoteacutecnicos Las causas pueden ser escasez de reconocimientos previos del terreno mala interpretacioacuten de los mismos no consideracioacuten de los fenoacutemenos de agresividad etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Cobra importancia en terrenos con especiales caracteriacutesticas
Arcillas expansivas
Suelos colapsables
Rellenos antroacutepicos
Suelos blandos naturales
Infravaloracioacuten del riesgo geoteacutecnico conocido eacuteste Casos asiacute pueden ser desprecio de los efectos que produce la falta de homogeneidad de un suelo o las distintas profundidades de aparicioacuten de la roca en planta desprecio de los efectos de la potencial expansividad o de posible subpresioacuten o fenoacutemenos de subsidencias procesos de disolucioacuten etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONESbull Defectos en la evaluacioacuten del terreno asientos calculados no
tolerables por la estructura esfuerzos paraacutesitos en pilotes (olvido del efecto de asiento de terrenos flojos o rellenos recientes) etc
bull Efecto grupo en pilotes defectuosa estimacioacuten del efecto grupo en pilotes flotantes no consideracioacuten de los esfuerzos laterales o del rozamiento negativo etc
bull Ausencia de consideracioacuten del bulbo de tensiones de la cimentacioacuten propia y su alcance Pero tambieacuten de cimentaciones colindantes que podriacutean suponer una carga oblicua sobre nuestra cimentacioacuten habraacute que considerarla en caacutelculo y prever un proceso constructivo adecuado (no vayamos a provocar dantildeos a otras edificaciones)
bull Ignorancia de las condiciones de contorno es decir no consideracioacuten de las condiciones del entorno de la estructura
proyectada posibles socavaciones arrastres descalces agotamientos rebajamientos de nivel freaacutetico etc
bull Heterogeneidades distribucioacuten irregular de las cargas o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentacioacuten
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Defectos de ejecucioacuten
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecucioacuten de eacutestos Los defectos de ejecucioacuten normalmente responden a un deficiente Control de Calidad Por tanto en principio son evitablesAlgunos errores de ejecucioacuten podriacutean serbull Apreciacioacuten erroacutenea de los estratos resistentes confundidos con
capas de poco espesor bolos erraacuteticos etcbull Errores de replanteo bull Mala calidad de los materiales en especial hormigones Deterioro
de zapatas losas o muros por escasa calidad de los materiales grietas de retraccioacuten por mala dosificacioacuten del hormigoacuten materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto etc
bull Degradacioacuten del material suele ir unido al anterior hormigoacuten no resistente a la agresividad del terreno recubrimientos insuficientes madera metal etc
bullCAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Lavado del hormigoacuten en cimentaciones superficiales o profundas colocado en presencia de aguas en movimiento
Errores en la colocacioacuten de armaduras confusioacuten de diaacutemetros de armado ausencia de separadores etc
Problemas de fraguado unidos a errores de vertido de dosificacioacuten de curado
Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio cortadas lavadas) o de baja calidad y excesiva carga portante de caacutelculo
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
En se han superpuesto los puntos correspondientes a pares de valores del peso unitario
seco y el Liacutemite Liacutequido de suelos de la ciudad de Coacuterdoba Argentina (Redolfi et al
1986) De ella se desprende que los valores de los paraacutemetros obtenidos son valores tiacutepicos
de la formacioacuten loeacutessica de Coacuterdoba y que para todas las metodologiacuteas aquiacute presentadas la
gran mayoriacutea de los suelos son colapsables puesto que estaacuten incluidos dentro de las zonas
que los clasifican colapsables
Meacutetodos basados en ensayos edomeacutetricos
Estos meacutetodos estaacuten basados en la Presioacuten Inicial de Colapso o Presioacuten de Fluencia La
determinacioacuten del grupo al cual pertenece el suelo estudiado (auto colapsable o colapsable
bajo carga) se realiza comparando la presioacuten de tapada o geostaacutetica con la presioacuten a la cual
se produce el colapso Asumiendo como hipoacutetesis que el colapso por humedecimiento
ocurre soacutelo a partir de una cierta presioacuten por encima de la cual la resistencia estructural del
suelo es superada
La magnitud de esta presioacuten para la cual se produce el desmoronamiento de la estructura
del suelo ha sido designada por algunos autores como
1048713 Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) (Abelev y Abelev 1979) o
1048713 Presioacuten de Fluencia Saturada (σf sat) (Reginatto 1970)
Experimentalmente se ha demostrado que cuando la presioacuten total en el suelo (σt) ya sea
por cargas externas yo peso propio es menor que esta magnitud no se producen
asentamientos de colapso por humedecimiento Krutov y Tarasova (1964) sentildealan
acertadamente que desde un punto de vista teoacuterico la Presioacuten Inicial de Colapso o Presioacuten
de Fluencia deberiacutea ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero concluyen que
desde un punto de vista praacutectico una pequentildea magnitud de colapso puede asumirse como
permisible Siguiendo este concepto por ejemplo las Normas Sovieacuteticas SNIP definen a la
Presioacuten Inicial de Colapso como aquella presioacuten para la cual en una probeta instalada en un
edoacutemetro se produce un colapso relativo unitario igual a 001 o porcentual del 100
δicol = 001 = 10
En se han representado las curvas presioacuten-deformaciones unitarias de dos ensayos
edomeacutetricos del mismo suelo uno a humedad natural y el otro en estado saturado El
colapso relativo (δicol) es igual a
δicol = εHN - εSAT
donde εHN = Deformacioacuten unitaria a humedad natural
εSAT = Deformacioacuten unitaria en estado saturado
En tanto Reginatto (1970) define a la Presioacuten de Fluencia saturada de un suelo colapsable
de la misma forma en que se establece la presioacuten de preconsolidacioacuten de una arcilla
saturada en un ensayo edomeacutetrico
En se presenta la correlacioacuten que realizan Lin y Wang (1988) entre los valores de la
Presioacuten de Fluencia Saturada y la Presioacuten Inicial de Colapso (el Coacutedigo Chino la establece
para un valor de δicol = 150) Se puede observar que aproximadamente se establece una
relacioacuten directa entre ellas Esto no es de extrantildear puesto que conceptualmente ambas
definiciones tratan de fijar la presioacuten a la cual la estructura del suelo saturado comienza a
colapsar
Los numerosos intentos realizados en ensayos in situ para comprobar la validez de esta
hipoacutetesis (Krutov y Tarasova 1964 Abelev y Abelev 1979) parecen indicar a primera
vista que las predicciones tienen buen acuerdo con la realidad en muchos casos pero en
cambio en otros la diferencia entre lo predecido y lo sucedido es importante sobre todo en
aquellos casos referidos al colapso por peso propio
Meacutetodos basados en la magnitud del asentamiento por colapso
Los meacutetodos basados en la magnitud del asentamiento por colapso se fundan en determinar
la magnitud del mismo de un perfil de suelos en un lugar determinado debido solamente a
su peso propio
Asiacute por ejemplo la Clasificacioacuten Rumana de Suelos Loeacutessicos Colapsables (LCS) define
el Potencial Total de Colapso (Img) (Bally et al1973) como
donde Hj es el espesor del estrato j en metros y img es el asentamiento edomeacutetrico
adicional de una muestra de estrato j inundada a una presioacuten igual al peso propio de las
tierras (σ0 ) expresado en cmm
El Coacutedigo de Construccioacuten de Edificios de la Repuacuteblica Popular China en regiones de
suelo colapsables sigue un criterio similar (Lin y Liang 1982 Lin y Wang 1988) La
evaluacioacuten de la susceptibilidad al colapso en un determinado sitio se realiza en dos etapas
En primer lugar se evaluacutea su aptitud al autocolapso y se determina el Tipo de sitio (Tipo
1 o Tipo 2)
La magnitud del colapso por peso propio Δzc se obtiene de forma similar a la utilizada por
Bally et al (1973) en Rumania sumando los asentamientos individuales de los n estratos
colapsables del perfil
donde Hj es el espesor de estrato en cm y δzsj es el coeficiente de colapsabilidad del estrato
j en cmcm o en por ciento obtenido por medio de ensayos edomeacutetricos en los cuales
primero se carga el suelo hasta la presioacuten por peso propio y luego se inunda la muestra
donde Hj es el espesor de estrato en cm y δzsj es el coeficiente de colapsabilidad del estrato
j en cmcm o en por ciento obtenido por medio de ensayos edomeacutetricos en los cuales
primero se carga el suelo hasta la presioacuten por peso propio y luego se inunda la muestra
La sumatoria soacutelo tiene en cuenta aquellos valores de δzs jmayores de 0015
Si Δzs lt 7 cm se considera al suelo no autocolapsable por humedecimiento y se clasifica
al lugar como sitio TIPO 2 Si en cambio Δzs gt 11 cm se considera al suelo
autocolapsable por humedecimiento y se lo clasifica como sitio TIPO 1
Por uacuteltimo si 7 cm lt Δzs lt 11 cm el tipo de sitio debe ser determinado despueacutes de un
exhaustivo estudio de la geomorfologiacutea estratigrafiacutea y caracteriacutesticas estructurales del
suelo
El Coacutedigo tambieacuten establece que la magnitud del colapso por peso propio (Δzs) tambieacuten
puede ser determinada directamente en el terreno a traveacutes de una balsa o laguna de
infiltracioacuten de dimensiones especiacuteficas
La segunda etapa de la evaluacioacuten de la colapsabilidad consiste en establecer el Grado de
Colapsabilidad del suelo de cimentacioacuten Para ello se carga a las muestras representativas
de cada uno de los estratos a una presioacuten de 200 kPa y luego se las inunda La magnitud del
colapso se obtiene
donde δsj es el Coeficiente de colapsabilidad del estrato j en cmcm para una presioacuten de
200 kPa La sumatoria soacutelo tiene en cuenta valores de Δs mayores de 0015
donde δsj es el Coeficiente de colapsabilidad del estrato j en cmcm para una presioacuten de
200 kPa La sumatoria soacutelo tiene en cuenta valores de Δs mayores de 0015
SOLUCIONES INGENIERILES EN SUELOS COLAPSABLES
111 Consideraciones generales
La primera cuestioacuten que debe analizarse cuando se disentildean cimentaciones en suelos
susceptibles al colapso es la probabilidad que el agente desencadenante del fenoacutemeno el
agua pueda o no introducirse en el terreno y por ende sensibilizar al suelo en donde se
apoyaraacuten las estructuras Por definicioacuten sin la presencia del agua el suelo no colapsa Esta
cuestioacuten es significativa puesto que pueden existir numerosos casos en donde la
probabilidad que el agua se infiltre en el suelo sea lo suficientemente baja como para
analizar la posibilidad de fundar la estructura considerando el comportamiento del suelo en
su estado natural Por lo tanto cuando se hable de suelos potencialmente colapsables por
humedecimiento no debe pensarse uniacutevocamente en las soluciones ingenieriles que se
utilizan en suelos colapsables
Hecha esta aclaracioacuten a continuacioacuten se trataraacute de ofrecer un panorama de las distintas
soluciones ingenieriles que se adoptan en suelos colapsables por humedecimiento cuando
las probabilidades de que se produzca el fenoacutemeno son altas
El objetivo central de todas estas soluciones es prevenir las fallas estructurales o de servicio
que pueden sobrevenir sobre las estructuras construidas sobre estratos de suelos
colapsables
Aitchison (1973) divide a estas soluciones en
a) Tratamiento del suelo colapsable con vista a eliminar la tendencia al colapso a lo largo
de todo el estrato de suelos desmoronables
b) Disentildeo de elementos constructivos que eliminen o disminuyan a liacutemites razonables la
posibilidad que se inicie el colapso
c) Disentildeo de estructuras yo cimentaciones insensibles a los asentamientos provocados por
el colapso por ejemplo fundaciones profundas apoyadas sobre un manto profundo no
sujeto a los asentamientos por humedecimiento
El primer grupo de soluciones comprende los meacutetodos de mejoramiento de suelo por
medio de los cuales la susceptibilidad al colapso es eliminada modificando las propiedades
resistentes del suelo mediante la compactacioacuten o la cementacioacuten de los viacutenculos entre
partiacuteculas El segundo grupo incluye la adopcioacuten de medidas constructivas tendientes a
aislar el agua de manera de evitar o disminuir la presencia de condiciones favorables al
colapso admitiendo no obstante ciertos riesgos Finalmente el tercer grupo engloba tanto
las soluciones tradicionales por medio de fundaciones profundas como el disentildeo de
estructuras con fundaciones directas insensibles a los asentamientos diferenciales
provocados por el colapso del suelo En resumen en el primer grupo de soluciones se
interviene directamente en el suelo evitando asiacute el colapso en el segundo grupo se intenta
evitar que se produzca el colapso sin modificar el suelo y en el uacuteltimo grupo se construyen
estructuras yo fundaciones que admitan y resistan los fenoacutemenos provocados por el
colapso del suelo
Evstatiev (1988) sentildeala que los mejores resultados han sido alcanzados con una oacuteptima
combinacioacuten de las ventajas que individualmente tiene cada uno de los tres grupos La
experiencia ha probado que las medidas constructivas y las medidas de aislacioacuten del agua
por siacute solas no pueden resolver todos los problemas de inestabilidad que provoca el colapso
del suelo Asiacute la adopcioacuten de soluciones exclusivamente para la superestructura (por
ejemplo fundaciones profundas) sin un adecuado disentildeo que eviten dantildeos en los otros
elementos de la construccioacuten como pisos desaguumles etc han provocado serios dantildeos en
estas partes de la construccioacuten que podriacutean haber sido evitados aplicando medidas
tendientes a evitar el ingreso del agua en el terreno
La eficacia del disentildeo adoptado en cada caso depende en gran medida de la calidad de las
investigaciones geoteacutecnicas realizadas La informacioacuten baacutesica que eacutestas deben suministrar
son el espesor del manto de suelos colapsables y la magnitud del colapso bajo peso propio
o bajo carga de todos los estratos del perfil
Una incorrecta estimacioacuten de estos paraacutemetros puede llevar a proponer y construir
soluciones ingenieriles totalmente opuestas a las correctas La confeccioacuten de perfiles de
colapsabilidad como los presentados permiten establecer la existencia o no de suelos
autocolapsables sus espesores aproximados y la profundidad a la que se encuentran Esta
metodologiacutea de anaacutelisis es de gran ayuda por ejemplo en la eleccioacuten del procedimiento
idoacuteneo para estabilizar el terreno
A continuacioacuten se presenta una descripcioacuten de las distintas soluciones ingenieriles maacutes
utilizadas en este tipo de suelos En primer lugar se analizan el primer grupo de soluciones
que se ha englobado bajo el nombre de Mejoramiento de suelos continuando luego con los
otros dos grupos Medidas para evitar la iniciacioacuten del colapso y fundaciones yo
estructuras insensibles a los fenoacutemenos del colapso
112 Mejoramiento de suelos colapsables
Consideraciones previas
El objetivo principal de estas soluciones es eliminar o disminuir apreciablemente la
susceptibilidad al colapso del suelo bien disminuyendo la porosidad del suelo
(compactacioacuten) o bien aumentando la resistencia estructural entre las partiacuteculas del suelo
(meacutetodos fiacutesico-quiacutemicos) Una de las formas de clasificar los meacutetodos de mejoramiento o
estabilizacioacuten ha sido precisamente eacutesta o sea teniendo en cuenta la accioacuten resultante
sobre el suelo (Aitchison1973 Rocca1985) Sin embargo para el desarrollo y explicacioacuten
de los diferentes meacutetodos se ha elegido la clasificacioacuten propuesta por Evstatiev(1988) que
tiene en cuenta el medio usado para realizar la estabilizacioacuten y el objeto de la misma
Evstatiev (1988) propone la siguiente clasificacioacuten de los meacutetodos de estabilizacioacuten de
suelos loeacutessicos la cual puede hacerse extensiva a suelos colapsables
a) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacioacuten
b) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
c) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
d) Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
e) Meacutetodos de mejoramiento que incorporan elementos resistentes a la traccioacuten dentro del
suelo
f) Geomembranas
g) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por drenaje
h) Correccioacuten de taludes y terraplenes
A continuacioacuten siguiendo la clasificacioacuten antes expuesta se desarrollaran aquellas
metodologiacuteas de mejoramientos de suelos colapsables maacutes extendidas Desarrollaacutendose
principalmente los grupos abc y d puesto que incluyen una serie de acciones particulares
frente al fenoacutemeno del colapso En cuanto a los restantes grupos (e f g y h) las teacutecnicas de
mejoramiento del terreno utilizadas persiguen los mismos objetivos buscados en otros tipos
de suelos y en general la teacutecnica empleada es praacutecticamente la misma Por tal motivo y
puesto que se apartan un tanto del objeto de estas notas se estima conveniente no abundar
sobre ellas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacioacuten
Este grupo comprende varias de las metodologiacuteas usadas en suelos colapsables para reducir
los vaciacuteos de modo de eliminar la colapsabilidad reducir la permeabilidad y aumentar la
capacidad de carga Esto se realiza utilizando fuerzas estaacuteticas o dinaacutemicas o bien a traveacutes
de la inyeccioacuten de lechadas
Compactacioacuten dinaacutemica Este meacutetodo es adecuado para compactar mantos de suelos
colapsables superficiales con espesores menores a 350 metros El meacutetodo consiste en dejar
caer en caiacuteda libre desde una altura de 4 a 8 metros pilones de 3 a 8 Tn sobre la superficie
del terreno a razoacuten de 10 a 16 impactos en cada lugar (Abelev y Abelev 1979) El impacto
genera una rotura de la estructura del suelo un aumento de la presioacuten de poros y una
compresioacuten del aire presente en los poros produciendo un reacomodamiento de las
partiacuteculas dando como resultado una estructura maacutes compacta Seguacuten Malyshev et al
(1983) el contenido de humedad del suelo juega un papel importante lograacutendose la maacutexima
eficiencia con un contenido de humedad cercano al Liacutemite Plaacutestico Si el contenido de
humedad es menor a eacuteste es necesario humedecer el espesor de suelo de modo de alcanzar
una mejor eficacia Varios son los factores que controlan los resultados del meacutetodo asiacute por
ejemplo el espesor compactado es funcioacuten principalmente del peso y del diaacutemetro del piloacuten
En tanto el grado de compactacioacuten estaacute controlado por el nuacutemero de impactos y la humedad
del suelo El grado de compactacioacuten no es uniforme a lo largo de todo el espesor
compactado lograacutendose la maacutexima densificacioacuten a 12 a 15 veces el diaacutemetro del piloacuten
Sin embargo se pueden obtener Pesos Unitarios secos superiores a 16 tm3 en espesores de
25 a 35 m lo cual en la mayoriacutea de los casos es suficiente para disminuir o anular la
susceptibilidad al colapso del suelo Una variante a este meacutetodo es realizar la compactacioacuten
solamente en los lugares donde actuacutean las cargas y no en toda el aacuterea de la construccioacuten
Por ejemplo en casos de fundaciones de muros de carga o fundacioacuten de columnas el
mejoramiento del suelo se logra densificando la zona de influencia del bulbo de presiones
o sea la zona donde los incrementos de presioacuten pueden hacer colapsar el suelo
Compactacioacuten por medio de pequentildeos pilotes piramidales En cierta forma este meacutetodo es
una variante del meacutetodo anterior Consiste en hincar un pilote piramidal de 3 a 4 metros de
longitud con una seccioacuten transversal superior de 60 x 60 a 70 x 70 cm y una seccioacuten
transversal inferior de 10 x 10 cm Una vez retirado el pilote la cavidad se rellena con
hormigoacuten Este tipo de metodologiacutea da excelentes resultados en aacutereas en donde existe un
espesor de suelos potencialmente colapsables (no autocolapsables) de 30 o 40 m de
profundidad pero que colapsaraacuten si estaacuten sometidos a los incrementos de carga
transmitidos por las construcciones Una de las ventajas del meacutetodo es la completa
mecanizacioacuten de todas las operaciones Una variante a este meacutetodo consiste en realizar la
hinca sobre una capa de piedra partida dando como resultado un bulbo de suelo
compactado alrededor de la capa de piedra mejorando la capacidad de carga por la punta
del pilote asiacute construido
Compactacioacuten por pilotes de suelo Este es uno de los meacutetodos maacutes usuales para
compactar espesores importantes (18 a 20 m) de suelos loeacutessicos susceptibles al colapso
El procedimiento consta de dos partes primero se realiza la perforacioacuten y segundo se llena
la cavidad con suelo compactado La perforacioacuten se realiza usualmente mediante la hinca
de un pilote metaacutelico con base ensanchada (15 veces) En otra metodologiacutea de reciente uso
la excavacioacuten se hace de la siguiente forma se perfora hasta la profundidad deseada un
hoyo de 8 cm de diaacutemetro dentro del cual se coloca una columna de explosivos que luego
de estallar crea una perforacioacuten de aproximadamente 080 m de diaacutemetro Despueacutes de
efectuada esta perforacioacuten dinaacutemica la cavidad se rellena con suelo local introducido en
tongadas de 100 a 200 Kg que luego son compactadas dinaacutemicamente por medio de un uacutetil
especial Concluidas ambas etapas quedan formadas columnas de suelo compactado con un
diaacutemetro aproximado igual a dos veces el de la perforacioacuten El grado de compactacioacuten va
decreciendo a medida que se aleja del centro de la columna por tal motivo es importante
conocer esta ley de decrecimiento para disentildear correctamente la cuadriacutecula de pilotes de
suelo Al igual que en los otros meacutetodos la eficiencia del sistema aumenta en la medida que
la humedad del suelo natural y compactado se encuentre a una humedad cercana al Limite
Plaacutestico Por tal motivo es usual que previo a la perforacioacuten se realice una humectacioacuten del
espesor de suelos a compactar Las densidades alcanzadas son del orden de 170 a 180
tm3 que son suficientes para evitar el colapso por peso propio y permiten el use del
espesor compactado como manto de fundacioacuten
Compactacioacuten por explosiones de gas Esta relativamente nueva metodologiacutea de
compactar espesores de suelos colapsables consiste en introducir a traveacutes de una lanza de
agua a presioacuten una caacutemara de compresioacuten que contiene una mezcla de gas propano y
oxiacutegeno la cual se va elevando a medida que se producen una serie de explosiones de la
mezcla De este modo se va generando una columna 120 140 m de suelo compactado
(Densidad de 150 tcm3) (Martemyanov et al 1979)
Compactacioacuten por humedecimiento (Hidrocompactacioacuten) En este caso se utiliza la propia
susceptibilidad del suelo a colapsar bajo peso propio El meacutetodo maacutes frecuente de realizar
la humectacioacuten o saturacioacuten del terreno es a traveacutes de infiltracioacuten del agua desde la
superficie del terreno para lo cual se efectuacutean excavaciones poco profundas (040 a 080 m)
o bien se construyen grandes estanques En muchos casos a efectos de acelerar el ingreso
del agua al terreno se construyen dentro del estanque drenes de arena convenientemente
espaciados Este sistema ha sido empleado ampliamente en varias partes del mundo por
ejemplo en EEUU por Gibbs y Bara (1967) y Clevenger (1956) en Rumania por Bally et
al (19651969) en la URSS por Lomize (1968) y Mustafaef (1967) en China por Lin y
Liang (1982) y en Argentina por Moll et al (1979) A pesar de su amplia utilizacioacuten y su
bajo costo el meacutetodo presenta una serie de inconvenientes aparicioacuten de grietas de traccioacuten
en el contorno del aacuterea inundada existencia de importantes deformaciones posteriores al
colapso necesidad de recompactar los 4 oacute 5 primeros metros utilizando otro tipo de
metodologiacutea La efectividad de este meacutetodo se mejora sustancialmente si al mismo se lo
combina con otro meacutetodo de compactacioacuten dinaacutemica
Compactacioacuten por humedecimiento previo y por explosiones profundas Este meacutetodo fue
desarrollado en al Unioacuten Sovieacutetica por Livinov (1976) en la deacutecada de los 60 El espesor de
suelos a compactar es previamente humedecido a traveacutes de un sistema de drenes
(cuadriacutecula de 3 x 3 a 5 x 5 m) Las cargas explosivas (5 a 7 Kg) son colocadas en el fondo
de los mismos drenes o bien en tubos metaacutelicos colocados en perforaciones adicionales La
cuadriacutecula con las cargas es aproximadamente de 4 x 4 m En este procedimiento no es
necesario la completa saturacioacuten del suelo que por ejemplo necesita el meacutetodo anterior
Posterior al humedecimiento se hacen estallar las cargas de toda un aacuterea (2000 a 50000
m2) La explosioacuten generan una onda de choque que hace licuar la estructura del suelo lo
cual permite un reacomodamiento de las partiacuteculas y un crecimiento de la densidad del
suelo En ciertos casos es aconsejable la construccioacuten de trincheras alrededor de la zona a
compactar a efectos de evitar la propagacioacuten de grietas fuera de ella La explosioacuten produce
un importante a inmediato asentamiento de la superficie del terreno Los asentamientos en
general se estabilizan al cabo de 3 oacute 4 semanas Este tipo de meacutetodo es aconsejable cuando
se desea compactar grandes voluacutemenes de suelo particularmente en grandes complejos
industriales o bien en obras hidroeleacutectricas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
En este apartado se incluyen aquellos meacutetodos de estabilizacioacuten consistentes en la mezcla y
posterior compactacioacuten de suelo colapsable con otros materiales (arena gravas) a efectos
de conseguir mayor resistencia y mayor rigidez Este tipo de estabilizacioacuten es de amplio use
en la ingenieriacutea vial en la construccioacuten de bases y de sub-bases
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
Este grupo incluye a aquellas metodologiacuteas en las cuales el mejoramiento de las
propiedades resistentes del suelo se consiguen con la creacioacuten de viacutenculos maacutes soacutelidos y
estables en la estructura del suelo En algunas de ellas la inyeccioacuten de agentes cementantes
provoca la rotura de la estructura original del suelo En otras por el contrario la inyeccioacuten
de agentes quiacutemicos actuan directamente sobre los viacutenculos sin modificar la estructura del
suelo Los meacutetodos se pueden dividir en meacutetodos superficiales y meacutetodos profundos
dependiendo en donde se realice la estabilizacioacuten En los meacutetodos de estabilizacioacuten
superficiales el mejoramiento en general se consigue mediante la mezcla y posterior
compactacioacuten del suelo con agentes quiacutemicos o cementantes tales como cemento cal
emulsiones asfaacutelticas sales (NaCl Nat C03 NaPO3) etc Estos meacutetodos de estabilizacioacuten
son tambieacuten usuales en otros tipos de suelos y son de amplia utilizacioacuten en todo tipo de
obras de ingenieriacutea civil por tal motivo no insistiremos en ellos Por el contrario los
meacutetodos de estabilizacioacuten profunda aunque tambieacuten se han utilizado en otros tipos de
suelos muchos de ellos se han desarrollado y usado especiacuteficamente para eliminar o
disminuir la susceptibilidad al colapso en espesores importantes de suelo A continuacioacuten
se presentan algunos de ellos
Inyecciones de agentes quiacutemicos Las investigaciones y las realizaciones en este tipo de
estabilizaciones se ha desarrollado principalmente en la Unioacuten Sovieacutetica Seguacuten Mitchell
(1981) la razoacuten principal por la cual estos meacutetodos no se han extendido universalmente se
debe principalmente a los altos costos frente a otros tipos de estabilizaciones Sin embargo
Esvtatiev (1988) da cuenta de la existencia en la URSS de maacutes de 800 proyectos en donde
se han utilizado satisfactoriamente p ej el meacutetodo de silicatizacioacuten) Esto ha permitido un
continuo mejoramiento de la tecnologiacutea una reduccioacuten de los costos y una abundante
normativa en la regulacioacuten de su uso El agente quiacutemico maacutes utilizado por su bajo costo
frente a otros agentes quiacutemicos es el Silicato de Sodio El meacutetodo consiste en inyectar en
todo el espesor de suelo a tratar una solucioacuten de silicato de sodio (Densidad = 1 10 a 1 04
gcm3) a traveacutes de un tubo inyector de 42 mm de diaacutemetro con perforaciones de 3 mm
protegidas por un manguito de goma La inyeccioacuten se realiza a una presioacuten de 20 a 40
Kgcm2 y una descarga de 48 litros por minuto (Zvyagin et al 1978) La silicatizacioacuten del
suelo es soacutelo posible en un medio fuertemente alcalino Seguacuten Sokolovic (1973) se logra
una mejor eficiencia mediante una pre y post gasificacioacuten con carbonato de calcio Luego
de la inyeccioacuten tres son los cambios que se observan en el suelo un aumento significativo
de la resistencia a la compresioacuten (superior a 20 Kgcm2 ) una eliminacioacuten de la
susceptibilidad al colapso y una disminucioacuten de la permeabilidad Otro de los tratamientos
con agentes quiacutemicos es la inyeccioacuten de amoniacuteaco La mejora en el suelo es inferior al
tratamiento por silicatizacioacuten ademaacutes presenta la desventaja de ser un elemento toacutexico y su
utilizacioacuten requiere medidas especiales de proteccioacuten (Sokolovic 1973)
Estabilizacioacuten teacutermica Esta teacutecnica comenzoacute a desarroIlarse en la URSS en la deacutecada de
los antildeos 50 y ha sido utilizada exitosamente en un importante nuacutemero de emprendimientos
Seguacuten Esvtatiev (1988) la aplicacioacuten de este meacutetodo es teacutecnica y econoacutemicamente
aconsejable en los siguientes casos a) en la estabilizacioacuten de fundaciones existentes de
estructuras altas como chimeneas tanques de agua b) en la paralizacioacuten de los
asentamientos en construcciones existentes provocados por el colapso del suelo Las
propiedades de los minerales arcillosos cambian cuando eacutestos son sometidos a altas
temperaturas lo cual genera un aumento importante de la resistencia y por ende la
eliminacioacuten de la susceptibilidad al colapso del suelo La tecnologiacutea ha ido variando y
mejorando su eficiencia a lo largo de estas deacutecadas No obstante la variedad de meacutetodos
casi todos ellos consisten en la introduccioacuten de un quemador de fuel o gas dentro de un pre
pozo de 020 metros de diaacutemetro con una presioacuten de aire de 20 a 30 Kgcm2 De esta
forma al cabo de 10 a 15 diacuteas se consigue una columna estabilizada de suelo de 20 a 30
metros y una profundidad de 10 a 15 metros (Beles y Stanculescu 1958)
Estabilizacioacuten mediante mezclado mecaacutenico con agentes cementantes El objetivo de este
tipo de estabiacutelizacioacuten es la creacioacuten de columnas o pilotes de suelo con alta resistencia y
rigidez que permitan la transferencia de las cargas a mantos maacutes profundos y estables
Varios son los meacutetodos constructivos que pueden agruparse dentro de este grupo Los
subdividiremos en los siguientes subgrupos dependiendo del lugar en donde se realiza la
mezcla del suelo con el agente cementante
1 La mezcla del suelo y el agente cementante se realiza en superficie En este caso la
excavacioacuten se puede realizar bien utilizando la teacutecnica constructiva empleada en los pilotes
de suelo (hinca) o bien usar teacutecnicas usuales de perforacioacuten La mezcla deiexcl suelo con el
agente cementante (preferentemente Cemento Portland) puede ser fluida (suelo cemento
plaacutestico) a introducirse dentro de la excavacioacuten en forma de pastones o bien mezclar el
suelo y elcemento con porcentaje de humedad oacuteptimo a introducirlos en la perforacioacuten en
tongadas (100 a 200 Kg) las cuales posteriormente son compactadas dentro de la misma
excavacioacuten Por lo tanto existen cuatro variantes seguacuten sea el tipo de excavacioacuten y el tipo
de mezcla
2 La mezcla del suelo y el cemento se realiza en el mismo proceso de perforacioacuten En este
caso la mezcla del agente cementante se realiza con el propio suelo La mezcla puede
realizarse mediante uacutetiles especiales que van mezclando el suelo con una lechada de
cemento o bien usar la teacutecnica del jet grouting mediante un chorro de lechada a alta presioacuten
Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
Este tipo de estabilizacioacuten se realiza principalmente en terrenos con suelos potencialmente
colapsables en los cuales la presencia de cargas adicionales en superficie puede generar
asentamientos adicionales ante un incremento de la humedad del suelo Asiacute una parte del
suelo colapsable superficial ubicado directamente debajo de las fundaciones es excavado
extraiacutedo y reemplazado por otro material maacutes competente Los materiales generalmente
utilizados son los siguientes el mismo suelo extraiacutedo compactado y eventualmente
estabilizado granulomeacutetricamente arena compactada o suelo cemento compactado La
eleccioacuten del tipo de material estaacute condicionado generalmente por variables teacutecnico
econoacutemicas Los espesores de estos mantos son variables (1 a 4 m) dependiendo del tipo de
cargas y de las caracteriacutesticas del proyecto Por ejemplo en algunos proyectos los
condicionantes pueden ser los asentamientos diferenciales (edificios) en cambio en otros
(canales) no soacutelo importa disminuir la probabilidad que se produzca el colapso sino
tambieacuten lograr una capa de suelo maacutes impermeable Este tipo de metodologiacutea ha sido
utilizada con eacutexito en numerosos paiacuteses y en innumerables tipos de obras Tambieacuten es
frecuente el empleo de esta metodologiacutea en forma conjunta con otro tipo de estabilizacioacuten
profunda cuando se presentan mantos de suelos colapsables profundos y con espesores
muy dispares
113 Medidas conducentes a evitar la iniciacioacuten del colapso
Arriba se sentildealaron los tipos de humedecimientos que seguacuten Goldstein (1969) pueden
presentarse en una masa de suelo
a) humedecimiento localizado por rotura de conducciones hidraacuteulicas o infiltraciones de
aguas de lluvia
b) humedecimiento extenso causado por roturas de canales o efluentes industriales
c) ascenso del nivel freaacutetico
d) aumento gradual y lento del contenido de humedad por condensacioacuten del vapor de agua
provocados por condiciones ambientales
Muchos de estos tipos de humedecimientos pueden ser prevenidos principalmente los
primeros pues en general eacutestos son debidos a fallas o roturas de las instalaciones de la
misma construccioacuten En cambio los otros tipos de humedecimientos estaacuten condicionados
por factores externos al proyecto como por ejemplo puede ser el ascenso del nivel freaacutetico
o la rotura de un canal cercano y ajeno al proyecto La accioacuten del proyectista debe estar
encaminada principalmente a impedir dentro de los liacutemites del proyecto la generacioacuten de
estos humedecimientos provocados por elementos de la propia construccioacuten Robinson y
Narkiewicz (1982) sugieren las siguientes medidas de proteccioacuten contra el humedecimiento
de edificios
a) Pendientes adecuadas en la superficie del terreno que rodea a la construccioacuten de modo
que no se produzcan embalsamientos de agua en las cercaniacuteas de las fundaciones y que
cualquier peacuterdida de agua pueda ser eliminada con rapidez
b) Canalizacioacuten de todos los desaguumles de techos y patios hacia el exterior de la
construccioacuten
c) Instalacioacuten de membranas impermeables o pavimentacioacuten de la superase que rodea a la
construccioacuten de modo de limitar la infiltracioacuten de agua en el suelo adyacente a las
construcciones
d) Encerrar las conducciones de agua o efluentes cloacales dentro de conductos de faacutecil
acceso a efectos de detectar posibles peacuterdidas
Algunas de estas medidas requieren una serie de medidas de control y mantenimiento
durante la vida uacutetil de la obra de manera que perioacutedicamente se realicen inspecciones a las
instalaciones y puedan detectarse peacuterdidas o dantildeos en las mismas Tambieacuten es aconsejable
que los propietarios de la obra conozcan perfectamente los riegos a que estaacute expuesta la
misma de modo que su actividad yo descuidos no inicie procesos de humedecimiento del
terreno
Las medidas de proteccioacuten en otros tipos de obras civiles (canales o caminos) tienen la
misma filosofiacutea es decir elementos de proteccioacuten que impidan o dificulten la entrada del
agua en el terreno de fundacioacuten Asiacute por ejemplo en las obras lineales se debe prestar una
especial atencioacuten al disentildeo del sistema de alcantarillado y de desaguumles En algunos casos
estas obras suelen seguir parcialmente las curvas de nivel del terreno convirtieacutendose en
verdaderas presas que impiden el natural escurrimiento de las aguas provocando la
acumulacioacuten de agua en su entorno lo que genera un humedecimiento generalizado del
terreno de fundacioacuten con los consecuentes dantildeos en la obra
Es frecuente que en ciertos tipos de obras como viviendas unifamiliares de una planta o
incluso caminos y canales las uacutenicas medidas a adoptar sean las presentadas en este
apartado ya que la utilizacioacuten de teacutecnicas de mejoramiento o fundaciones profundas
resultan prohibitivas En realidad la mayoriacutea de las obras aludidas se construyen admitiendo
el riesgo de un posible colapso del terreno El buen comportamiento que han tenido la
mayoriacutea de ellas se debe fundamentalmente a que no se ha producido ninguacuten tipo de
humedecimiento En contraste los dantildeos son serios en aquellas obras que los han sufrido
Por todo ello es un deber de los investigadores a ingenieros buscar nuevas soluciones
econoacutemicas que permitan disminuir los riesgos y por ende los dantildeos en este tipo de obras
Uno de los caminos en tal sentido es el estudio de estructuras que absorban o minimicen
los posibles asentamientos diferenciales provocados por el humedecimiento localizado del
suelo sin un aumento excesivo de los costos
114 Estructuras yo fundaciones que admiten y resisten los fenoacutemenos provocados
por el colapso
El anaacutelisis de este apartado se centraraacute principalmente en el estudio de las fundaciones
superficiales en suelos potencialmente colapsables ya que el otro gran grupo de soluciones
fundaciones profundas mediante pilotes seraacute objeto de un examen detallado en los
apartados siguientes
La lista de estructuras que se asientan directamente sobre mantos de suelos potencialmente
colapsables es amplia entre ellas pueden sentildealarse viviendas unifamiliares construcciones
transitorias galpones ductos enterrados canales caminos etc
Las fundaciones directas sobre suelos colapsables pueden ser divididas en dos grupos
a) Fundaciones riacutegidas utilizadas principalmente en estructuras livianas y con cargas
puntuales por ejemplo torres de liacuteneas de alta tensioacuten columnas de naves industriales o
depoacutesitos En general este tipo de estructuras tienen algunos rasgos comunes como son por
ejemplo cargas verticales bajas cargas horizontales importantes y en general suelen
aceptar asentamientos admisibles mayores
b) Fundaciones de baja rigidez longitudinal en este caso se trata de estructuras con cargas
lineales (muros de carga canales etc) con baja rigidez en el sentido de las cargas Este tipo
de estructuras son sensibles a humedecimientos localizados del terreno que generan
asientos diferenciales importantes En general las medidas que suelen tomarse para
disminuir los efectos de los asientos diferenciales son las siguientes disentildeo de elementos
que rigidicen la estructura (Clemence Y Finbarr 1981) y el disentildeo de elementos
constructivos que eviten
RECAPITULACIOacuteN
Definido el concepto de colapso el estudio se ha enfocado al anaacutelisis de los suelos
colapsables por humedecimiento En esta clase particular de suelos metaestables el agente
externo que desencadena el fenoacutemeno de colapso es el agua En estos suelos un incremento
de humedad puede provocar una disminucioacuten o anulacioacuten de las fuerzas que vinculan unas
partiacuteculas con otras y por lo tanto cambiar el estado de equilibrio en la estructura del suelo
El colapso de la estructura del suelo depende fundamentalmente de dos causas a) de la
importancia de los cambios provoca dos por el agua en los viacutenculos existentes entre las
partiacuteculas y b) del estado tensional en los viacutenculos O sea para que se produzca el colapso
es necesario un agente sensibilizante y un estado tensional capaz de provocar la des-
estabilizacioacuten de la estructura del suelo
Por este motivo los meacutetodos que mejor reflejan la susceptibilidad al colapso de un suelo
son aquellos basados en ensayos mecaacutenicos donde ambos factores estaacuten presentes
La gran subdivisioacuten que se hace a los suelos colapsables parte precisamente de verificar
coacutemo es el comportamiento del suelo en su estado tensional original o bajo su propio
peso Si se produce el colapso bajo este estado se indica que el suelo es verdaderamente
colapsable o autocolapsable en cambio si el fenoacutemeno no se produce se sentildeala que el
suelo es candicionalmente colapsable o colapsable bajo carga
En este contexto diversos investigadores introducen el concepto (tambieacuten tensional) de
Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) o Presioacuten de Fluencia Saturada (σf) como aquella
presioacuten a la cual se produce el colapso Desde un punto de vista teoacuterico esta presioacuten deberiacutea
ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero desde un punto de vista praacutectico se
asume que una pequentildea magnitud del colapso es permisible Por ejemplo las normas
Sovieacuteticas Lo toman igual al 100 las Chinas igual al 150 En cambio en Argentina se
utiliza maacutes la Presioacuten de Fluencia Saturada que se obtiene de forma similar a la Presioacuten de
Preconsolidacioacuten No obstante esta diferencia metodoloacutegica en ambos casos el concepto es
el mismo
Con respecto a las metodologiacuteas usadas para establecer la susceptibilidad al colapso de un
suelo o de un perfil de suelo han sido analizadas las que utilizan el concepto de Presioacuten
Inicial de Colapso y la magnitud del colapso Esta seleccioacuten se realizoacute fundamentalmente
por las siguientes causas primero porque se hacen en base a ensayos mecaacutenicos donde
intervienen el agente externo (el agua) y el estado tensional del suelo y segundo porque
permiten establecer ya sea a traveacutes de un perfil de colapsabilidad o la magnitud del
colapso coacutemo seraacute realmente el comportamiento del terreno ante las solicitaciones
producidas por la obra de ingenieriacutea
Los perfiles de colapsabilidad relacionan en profundidad el peso propio de las tierras con
la Presioacuten Inicial de Colapso esto permite determinar el espesor de suelos autocolapsables
o el espesor de los suelos que colapsaraacuten si ademaacutes del humedecimiento se aumenta el
estado tensional Estos perfiles son de gran ayuda al proyectista de fundaciones en suelos
colapsables dado que le permiten conocer en forma global la magnitud del problema al que
estaacute enfrentado No obstante su utilidad no termina alliacute sino que por el contrario estos
perfiles le permiten tomar decisiones sobre cuaacuteles son las soluciones ingenieriles maacutes
convenientes del proyecto Pues con su ayuda se podraacute seleccionar el meacutetodo de
mejoramiento del terreno la cota de fundacioacuten de una fundacioacuten profunda la magnitud de
la carga por rozamiento negativo etc
La determinacioacuten de la magnitud del colapso de un perfil de suelo usada como
metodologiacutea de clasificacioacuten tambieacuten es de utilidad en el disentildeo de construccioacuten de obras
de ingenieriacutea en suelos colapsables Sobre todo en la caracterizacioacuten del terreno de grandes
aacutereas ya sea en obras lineales (canales caminos etc) o puntuales (complejos fabriles obras
hidraacuteulicas etc) dado que cada perfil de suelo estaacute caracterizado por un paraacutemetro lo cual
permite el manejo de un nuacutemero importante de informacioacuten Obviamente esta metodologiacutea
tambieacuten es de gran use en cualquier tipo de obras independientemente de su tamantildeo a
importancia
En un abundante nuacutemero de proyectos no es suficiente haber realizado una caracterizacioacuten
o clasificacioacuten del terreno sino que es necesario determinar la magnitud de los
asentamientos que pueden producirse en las obras Los asentamientos por colapso depende
baacutesicamente de dos tipos de factores intriacutensecos y extriacutensecos
Se sentildealan como intriacutensecos aquellos factores propios del suelo como son sus propiedades
fiacutesicas y mecaacutenicas El comportamiento del suelo dependeraacute del tipo de estructura o la
forma en que estaacuten ordenadas las partiacuteculas del grado de compacidad del tipo de viacutenculos
que unen grano con grano etc Estos factores en general no se encuentran
homogeacuteneamente distribuidos por lo cual los paraacutemetros que definen sus propiedades
tenso-deformacionales pueden sufrir variaciones locales importantes
Los factores externos que influyen en la magnitud de los asentamientos son dos el aacuterea
inundada y el estado tensional Estos dos factores influyen considerablemente en la
magnitud de los asentamientos por colapso y por tal motivo deben ser analizados
especiacuteficamente en los caacutelculos Respecto al primero de los factores a pesar que se han
realizado importantes trabajos teoacutericos la informacioacuten experimental indica que todaviacutea
existe cierta indeterminacioacuten en su estimacioacuten Por tal motivo la influencia del aacuterea
inundada en la magnitud de los asentamientos se limita a realizar correcciones de tipo
empiacuterico En cuanto a la influencia que el estado tensional tiene en los asentamientos las
investigaciones se han centrado especialmente en el estudio de cargas externas (zapatas) en
la superficie del terreno
ENSAYOS ldquoin siturdquo Perforacioacuten y muestreoEnsayos ldquoin siturdquo
o Ensayo de penetracioacuten estandar (SPT)o Ensayo de penetracioacuten de cono (CPT + CPTu)o Dilatoacutemetro de placa plana (DMT)o Presuroacutemetro (PMT)o Corte en veleta (VST)10487131048713 Meacutetodos geofiacutesicoso Ondas siacutesmicas (P- S- R-waves)o Electromagneacuteticas (radar resistividad)
EQUIPOS AUTOPROPULSADOS
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)1048713El ensayo ldquoin siturdquo maacutes comuacuten en el mundo10487131902 - Coronel Gow de Raymond Pile Co1048713 Muestreador ciliacutendrico partido1048713 Norma ASTM D 15861048713 Martillo (140-lbs cae 30 pulgadas) (635-kg cae 076 metros)1048713 Tres incrementos de 6 pulgadas Suma de los dos uacuteltimos incrementos = N (golpespieacute)
Se obtiene suelo y
un nuacutemero
Muestra alterada
(Solo para
caraterizacioacuten)
Nuacutemero muy crudo
para el anaacutelisis
No aplicable en
Ventajas
arcillas blandas y
Limos
Variabilidad e
incertidumbre
se obtiene un nuacutemero
Sencillo y de bajo
Costo
Funciona en muchos
tipos de suelo
Se puede utilizar en
rocas blandas
Disponible
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Estos suelos en condiciones de no saturacioacuten o saturacioacuten parcial presentan continuamente un reacomodo radical de las partiacuteculas y una gran peacuterdida de volumen por remojo osea al entrar al estado de saturacioacuten completa La existencia de estos suelos en el mundo y las dificultades ocasionadas a las edificaciones cimentadas sobre ellos han sido reconocidos ampliamente Los depoacutesitos maacutes extensos de suelos colapsables son eoacutelicos o depoacutesitos transportados de arena y limos (loess)Se puenden encontrar comuacutenmente en las maacutergenes fluviales
Desventajas
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Depoacutesitos eoacutelicos Estos depoacutesitos consisten en materiales transportados por el viento el cual forma dunas depoacutesitos tipo loess playas eoacutelicas y grandes depoacutesitos de ceniza volcaacutenica
Depoacutesitos transportados por agua Consisten principalmente de depoacutesitos de sedimentos sueltos a carreados por el agua los cuales forman abanicos fluviales y flujos deslizantes Estos materiales pueden ser depositados por una avenida repentina o flujo de lodo derivado de pequentildeas cuencas colectoras sujetas a aguaceros poco frecuentes
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Suelos residuales Estos suelos son producto del intemperismo y la
desintegracioacuten y alteracioacuten mecaacutenica de rocas madres Las partiacuteculas de
material residual pueden variar de tamantildeo de grandes fragmentos de
gravas a arenas limos coloides y en algunos casos material orgaacutenico
La estructura del grano colapsable se ha desarrollado como producto de
la accioacuten disolvente sobre el material soluble y coloidal La lixiviacioacuten del
material soluble y del material fino conduce a una alta relacioacuten de vaciacuteos
y a una estructura inestable Otro tipo de suelo que muestra colapso al
remojo son aquellos derivados de tufo volcaacutenico
sulfato de calcio arenas sueltas cementadas por sal soluble arcillas
dispersivas y arcillas montmorilloniacuteticas ricas en sodio
CAUSAS QUE GENERARIacuteAN DICHO COMPORTAMIENTO- Estructura parcialmente saturada potencialmente inestable- Una componente de esfuerzo aplicado o existente lo suficientemente alta para desarrollar una condicioacuten metaestable- Un ligante resistente o un agente cementante para estabilizar contactos intergranulares el cual se reduce por remojo ocasionando el colapso La mayoriacutea de suelos colapsables involucra la accioacuten de partiacuteculas arcillosas en los enlaces entre los granos gruesos de arena-Agentes cementantes tales como oacutexido de hierro carbonato de calcio o la soldadura de granos en contacto proporcionan esfuerzos resistentes para muchos suelos colapsables La accioacuten de este cementante es frecuentemente el agente principal de colapso en loess El grado al cual el agente cementante pierde su efectividad depende del grado de contaminacioacuten del ingreso del agua y del grado de disolucioacuten del agente cementante involucrado
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
CONSOLIDOacuteMETRO PARA ENSAYO DE COLAPSO
Se procede a cortar el suelo de acuerdo con las dimensiones del anillo
del ensayo de consolidacioacuten unidimensional Determinar sus
propiedades fiacutesicas tales como humedad natural peso volumen
gravedad especiacutefica de soacutelidos liacutemites de consistencia distribucioacuten
granulomeacutetrica seguacuten las normas
Se instala la muestra en el anillo del consolidoacutemetro despueacutes de haber
determinado el peso inicial de la masa huacutemeda y altura de la muestra y
fijar el conjunto anillo-muestra en el consolidoacutemetro Aplicar una carga
de contacto 005 kgcm2 (5 Kpa) despueacutes de 5 min tomar lectura del
deformiacutemetro aplicar incrementos de carga a cada hora hasta que se
aplique la presioacuten vertical apropiada Los incrementos de carga seraacuten
012 025 050 100 200 etc Kgcm2 (12 25 50 100 200 etc) o
cargas de acuerdo al meacutetodo de ensayo ASTM D2435 registrar la
deformacioacuten antes de incrementar una nueva carga
Determinacioacuten del potencial de colapso
donde
di = lectura del dial con el esfuerzo adecuado antes de la saturacioacuten (mm)
df = lectura del dial bajo el esfuerzo adecuado despueacutes del humedecimiento (mm)
ho = altura inicial de la muestra (mm)
Tmbieacuten se puede evalua en teacuterminos de relacioacuten de vaciacuteos
dondeΔe = cambio de relacioacuten de vaciacuteos bajo el esfuerzo adecuado antes y despueacutes de la inundacioacuteneo = relacioacuten de vaciacuteo inicialLa evaluacioacuten de un suelo colapsable seraacute de acuerdo a la siguiente tablaCon todo lo epxlicado concluimos que el colapso de los suelos es la disminucioacuten moderada de volumen cuando estaacute con bajo contenido de humedad y una gran peacuterdida cuando estaacute sumergido y la magnitud de asentamiento depende del contenido de humedad del suelo En estado sumergido y bajo la aplicacioacuten de cargas verticales los suelos colapsables presentan un mayor asentamiento Los suelos colapsables existen en todo el mundo principalmente en la regiones aacuteridas y semiaacuteridas nuevamente comentando que los depoacutesitos eoacutelicos coluviales residuales tubos volcaacutenicos etc son suelos que pueden ser colapsables
Definicioacuten de colapso Se definen como colapso a cualquier disminucioacuten raacutepida de volumen del suelo producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factoresbull Contenido de humedad (w) bull Grado de saturacioacuten (Sr) bull Tensioacuten media actuante (τ) bull Tensioacuten de corte (σ) bull Presioacuten de poros (u)
TIPOS DE SUELOS COLAPSABLESLos tipos de suelos colapsables son
- Suelos aluviales y coluviales ndash Depositados en ambientes Semi-deseacuterticos por flujos maacutes o menos torrenciales- Suelos eoacutelicos ndash Depositados por el viento son arenas y limos arenosos con escaso cemento arcilloso en una estructura suelta o inestable
- Cenizas volcaacutenicas ndash Provenientes de cenizas arrojadas al aire por actividad volcaacutenica explosiva- Suelos residuales ndash Derivados de la descomposicioacuten in ndash situ de minerales de ciertas rocas son luego lixiviados por el agua y pierden su cemento
CONSECUENCIAS EN CIMENTACIONES
Patologiacuteas en cimentaciones Posibles causas
Introduccioacuten
De todos los posibles tipos de patologiacutea que puede sufrir la edificacioacuten las estadiacutesticas demuestran que son las patologiacuteas ligadas a las cimentaciones las que mayores costes globales conllevan Ademaacutes tienen gran repercusioacuten social lo que las hace maacutes notorias por la complejidad propia de su reparacioacuten porque suponen una fuerte alteracioacuten y hasta interrupcioacuten del uso del inmueble y porque suelen involucrar a colindantes e incluso poderes puacuteblicos Urge como en ninguacuten otro caso determinar las causas y cuanto antes dar una solucioacuten al problema
Causas intriacutensecas de fallos de cimentacioacuten
Se agrupan aquiacute los fallos de cimentacioacuten consecuencia de la interaccioacuten entre el terreno y la propia cimentacioacuten de la construccioacuten afectada
Defectos de proyecto
Son errores de concepcioacuten de disentildeo o caacutelculo del proyecto Son errores previsibles por lo que si se tienen en cuenta en el disentildeo y caacutelculo de la edificacioacuten el riesgo de que provoquen dantildeos se minimizaEnumeramos aquiacute no todas pero siacute algunas de las posibles causas de problemas derivadas del proyectobull Falta de capacidad de carga cimentacioacuten insuficiente o capacidad
de carga del suelo insuficientebull Esfuerzos no contemplados por ej por olvido de algunas
sobrecargas de explotacioacutenbull Conocimiento insuficiente del suelo Lo que deriva en la ignorancia
de riesgos especiales geoteacutecnicos Las causas pueden ser escasez de reconocimientos previos del terreno mala interpretacioacuten de los mismos no consideracioacuten de los fenoacutemenos de agresividad etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Cobra importancia en terrenos con especiales caracteriacutesticas
Arcillas expansivas
Suelos colapsables
Rellenos antroacutepicos
Suelos blandos naturales
Infravaloracioacuten del riesgo geoteacutecnico conocido eacuteste Casos asiacute pueden ser desprecio de los efectos que produce la falta de homogeneidad de un suelo o las distintas profundidades de aparicioacuten de la roca en planta desprecio de los efectos de la potencial expansividad o de posible subpresioacuten o fenoacutemenos de subsidencias procesos de disolucioacuten etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONESbull Defectos en la evaluacioacuten del terreno asientos calculados no
tolerables por la estructura esfuerzos paraacutesitos en pilotes (olvido del efecto de asiento de terrenos flojos o rellenos recientes) etc
bull Efecto grupo en pilotes defectuosa estimacioacuten del efecto grupo en pilotes flotantes no consideracioacuten de los esfuerzos laterales o del rozamiento negativo etc
bull Ausencia de consideracioacuten del bulbo de tensiones de la cimentacioacuten propia y su alcance Pero tambieacuten de cimentaciones colindantes que podriacutean suponer una carga oblicua sobre nuestra cimentacioacuten habraacute que considerarla en caacutelculo y prever un proceso constructivo adecuado (no vayamos a provocar dantildeos a otras edificaciones)
bull Ignorancia de las condiciones de contorno es decir no consideracioacuten de las condiciones del entorno de la estructura
proyectada posibles socavaciones arrastres descalces agotamientos rebajamientos de nivel freaacutetico etc
bull Heterogeneidades distribucioacuten irregular de las cargas o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentacioacuten
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Defectos de ejecucioacuten
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecucioacuten de eacutestos Los defectos de ejecucioacuten normalmente responden a un deficiente Control de Calidad Por tanto en principio son evitablesAlgunos errores de ejecucioacuten podriacutean serbull Apreciacioacuten erroacutenea de los estratos resistentes confundidos con
capas de poco espesor bolos erraacuteticos etcbull Errores de replanteo bull Mala calidad de los materiales en especial hormigones Deterioro
de zapatas losas o muros por escasa calidad de los materiales grietas de retraccioacuten por mala dosificacioacuten del hormigoacuten materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto etc
bull Degradacioacuten del material suele ir unido al anterior hormigoacuten no resistente a la agresividad del terreno recubrimientos insuficientes madera metal etc
bullCAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Lavado del hormigoacuten en cimentaciones superficiales o profundas colocado en presencia de aguas en movimiento
Errores en la colocacioacuten de armaduras confusioacuten de diaacutemetros de armado ausencia de separadores etc
Problemas de fraguado unidos a errores de vertido de dosificacioacuten de curado
Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio cortadas lavadas) o de baja calidad y excesiva carga portante de caacutelculo
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
En se han representado las curvas presioacuten-deformaciones unitarias de dos ensayos
edomeacutetricos del mismo suelo uno a humedad natural y el otro en estado saturado El
colapso relativo (δicol) es igual a
δicol = εHN - εSAT
donde εHN = Deformacioacuten unitaria a humedad natural
εSAT = Deformacioacuten unitaria en estado saturado
En tanto Reginatto (1970) define a la Presioacuten de Fluencia saturada de un suelo colapsable
de la misma forma en que se establece la presioacuten de preconsolidacioacuten de una arcilla
saturada en un ensayo edomeacutetrico
En se presenta la correlacioacuten que realizan Lin y Wang (1988) entre los valores de la
Presioacuten de Fluencia Saturada y la Presioacuten Inicial de Colapso (el Coacutedigo Chino la establece
para un valor de δicol = 150) Se puede observar que aproximadamente se establece una
relacioacuten directa entre ellas Esto no es de extrantildear puesto que conceptualmente ambas
definiciones tratan de fijar la presioacuten a la cual la estructura del suelo saturado comienza a
colapsar
Los numerosos intentos realizados en ensayos in situ para comprobar la validez de esta
hipoacutetesis (Krutov y Tarasova 1964 Abelev y Abelev 1979) parecen indicar a primera
vista que las predicciones tienen buen acuerdo con la realidad en muchos casos pero en
cambio en otros la diferencia entre lo predecido y lo sucedido es importante sobre todo en
aquellos casos referidos al colapso por peso propio
Meacutetodos basados en la magnitud del asentamiento por colapso
Los meacutetodos basados en la magnitud del asentamiento por colapso se fundan en determinar
la magnitud del mismo de un perfil de suelos en un lugar determinado debido solamente a
su peso propio
Asiacute por ejemplo la Clasificacioacuten Rumana de Suelos Loeacutessicos Colapsables (LCS) define
el Potencial Total de Colapso (Img) (Bally et al1973) como
donde Hj es el espesor del estrato j en metros y img es el asentamiento edomeacutetrico
adicional de una muestra de estrato j inundada a una presioacuten igual al peso propio de las
tierras (σ0 ) expresado en cmm
El Coacutedigo de Construccioacuten de Edificios de la Repuacuteblica Popular China en regiones de
suelo colapsables sigue un criterio similar (Lin y Liang 1982 Lin y Wang 1988) La
evaluacioacuten de la susceptibilidad al colapso en un determinado sitio se realiza en dos etapas
En primer lugar se evaluacutea su aptitud al autocolapso y se determina el Tipo de sitio (Tipo
1 o Tipo 2)
La magnitud del colapso por peso propio Δzc se obtiene de forma similar a la utilizada por
Bally et al (1973) en Rumania sumando los asentamientos individuales de los n estratos
colapsables del perfil
donde Hj es el espesor de estrato en cm y δzsj es el coeficiente de colapsabilidad del estrato
j en cmcm o en por ciento obtenido por medio de ensayos edomeacutetricos en los cuales
primero se carga el suelo hasta la presioacuten por peso propio y luego se inunda la muestra
donde Hj es el espesor de estrato en cm y δzsj es el coeficiente de colapsabilidad del estrato
j en cmcm o en por ciento obtenido por medio de ensayos edomeacutetricos en los cuales
primero se carga el suelo hasta la presioacuten por peso propio y luego se inunda la muestra
La sumatoria soacutelo tiene en cuenta aquellos valores de δzs jmayores de 0015
Si Δzs lt 7 cm se considera al suelo no autocolapsable por humedecimiento y se clasifica
al lugar como sitio TIPO 2 Si en cambio Δzs gt 11 cm se considera al suelo
autocolapsable por humedecimiento y se lo clasifica como sitio TIPO 1
Por uacuteltimo si 7 cm lt Δzs lt 11 cm el tipo de sitio debe ser determinado despueacutes de un
exhaustivo estudio de la geomorfologiacutea estratigrafiacutea y caracteriacutesticas estructurales del
suelo
El Coacutedigo tambieacuten establece que la magnitud del colapso por peso propio (Δzs) tambieacuten
puede ser determinada directamente en el terreno a traveacutes de una balsa o laguna de
infiltracioacuten de dimensiones especiacuteficas
La segunda etapa de la evaluacioacuten de la colapsabilidad consiste en establecer el Grado de
Colapsabilidad del suelo de cimentacioacuten Para ello se carga a las muestras representativas
de cada uno de los estratos a una presioacuten de 200 kPa y luego se las inunda La magnitud del
colapso se obtiene
donde δsj es el Coeficiente de colapsabilidad del estrato j en cmcm para una presioacuten de
200 kPa La sumatoria soacutelo tiene en cuenta valores de Δs mayores de 0015
donde δsj es el Coeficiente de colapsabilidad del estrato j en cmcm para una presioacuten de
200 kPa La sumatoria soacutelo tiene en cuenta valores de Δs mayores de 0015
SOLUCIONES INGENIERILES EN SUELOS COLAPSABLES
111 Consideraciones generales
La primera cuestioacuten que debe analizarse cuando se disentildean cimentaciones en suelos
susceptibles al colapso es la probabilidad que el agente desencadenante del fenoacutemeno el
agua pueda o no introducirse en el terreno y por ende sensibilizar al suelo en donde se
apoyaraacuten las estructuras Por definicioacuten sin la presencia del agua el suelo no colapsa Esta
cuestioacuten es significativa puesto que pueden existir numerosos casos en donde la
probabilidad que el agua se infiltre en el suelo sea lo suficientemente baja como para
analizar la posibilidad de fundar la estructura considerando el comportamiento del suelo en
su estado natural Por lo tanto cuando se hable de suelos potencialmente colapsables por
humedecimiento no debe pensarse uniacutevocamente en las soluciones ingenieriles que se
utilizan en suelos colapsables
Hecha esta aclaracioacuten a continuacioacuten se trataraacute de ofrecer un panorama de las distintas
soluciones ingenieriles que se adoptan en suelos colapsables por humedecimiento cuando
las probabilidades de que se produzca el fenoacutemeno son altas
El objetivo central de todas estas soluciones es prevenir las fallas estructurales o de servicio
que pueden sobrevenir sobre las estructuras construidas sobre estratos de suelos
colapsables
Aitchison (1973) divide a estas soluciones en
a) Tratamiento del suelo colapsable con vista a eliminar la tendencia al colapso a lo largo
de todo el estrato de suelos desmoronables
b) Disentildeo de elementos constructivos que eliminen o disminuyan a liacutemites razonables la
posibilidad que se inicie el colapso
c) Disentildeo de estructuras yo cimentaciones insensibles a los asentamientos provocados por
el colapso por ejemplo fundaciones profundas apoyadas sobre un manto profundo no
sujeto a los asentamientos por humedecimiento
El primer grupo de soluciones comprende los meacutetodos de mejoramiento de suelo por
medio de los cuales la susceptibilidad al colapso es eliminada modificando las propiedades
resistentes del suelo mediante la compactacioacuten o la cementacioacuten de los viacutenculos entre
partiacuteculas El segundo grupo incluye la adopcioacuten de medidas constructivas tendientes a
aislar el agua de manera de evitar o disminuir la presencia de condiciones favorables al
colapso admitiendo no obstante ciertos riesgos Finalmente el tercer grupo engloba tanto
las soluciones tradicionales por medio de fundaciones profundas como el disentildeo de
estructuras con fundaciones directas insensibles a los asentamientos diferenciales
provocados por el colapso del suelo En resumen en el primer grupo de soluciones se
interviene directamente en el suelo evitando asiacute el colapso en el segundo grupo se intenta
evitar que se produzca el colapso sin modificar el suelo y en el uacuteltimo grupo se construyen
estructuras yo fundaciones que admitan y resistan los fenoacutemenos provocados por el
colapso del suelo
Evstatiev (1988) sentildeala que los mejores resultados han sido alcanzados con una oacuteptima
combinacioacuten de las ventajas que individualmente tiene cada uno de los tres grupos La
experiencia ha probado que las medidas constructivas y las medidas de aislacioacuten del agua
por siacute solas no pueden resolver todos los problemas de inestabilidad que provoca el colapso
del suelo Asiacute la adopcioacuten de soluciones exclusivamente para la superestructura (por
ejemplo fundaciones profundas) sin un adecuado disentildeo que eviten dantildeos en los otros
elementos de la construccioacuten como pisos desaguumles etc han provocado serios dantildeos en
estas partes de la construccioacuten que podriacutean haber sido evitados aplicando medidas
tendientes a evitar el ingreso del agua en el terreno
La eficacia del disentildeo adoptado en cada caso depende en gran medida de la calidad de las
investigaciones geoteacutecnicas realizadas La informacioacuten baacutesica que eacutestas deben suministrar
son el espesor del manto de suelos colapsables y la magnitud del colapso bajo peso propio
o bajo carga de todos los estratos del perfil
Una incorrecta estimacioacuten de estos paraacutemetros puede llevar a proponer y construir
soluciones ingenieriles totalmente opuestas a las correctas La confeccioacuten de perfiles de
colapsabilidad como los presentados permiten establecer la existencia o no de suelos
autocolapsables sus espesores aproximados y la profundidad a la que se encuentran Esta
metodologiacutea de anaacutelisis es de gran ayuda por ejemplo en la eleccioacuten del procedimiento
idoacuteneo para estabilizar el terreno
A continuacioacuten se presenta una descripcioacuten de las distintas soluciones ingenieriles maacutes
utilizadas en este tipo de suelos En primer lugar se analizan el primer grupo de soluciones
que se ha englobado bajo el nombre de Mejoramiento de suelos continuando luego con los
otros dos grupos Medidas para evitar la iniciacioacuten del colapso y fundaciones yo
estructuras insensibles a los fenoacutemenos del colapso
112 Mejoramiento de suelos colapsables
Consideraciones previas
El objetivo principal de estas soluciones es eliminar o disminuir apreciablemente la
susceptibilidad al colapso del suelo bien disminuyendo la porosidad del suelo
(compactacioacuten) o bien aumentando la resistencia estructural entre las partiacuteculas del suelo
(meacutetodos fiacutesico-quiacutemicos) Una de las formas de clasificar los meacutetodos de mejoramiento o
estabilizacioacuten ha sido precisamente eacutesta o sea teniendo en cuenta la accioacuten resultante
sobre el suelo (Aitchison1973 Rocca1985) Sin embargo para el desarrollo y explicacioacuten
de los diferentes meacutetodos se ha elegido la clasificacioacuten propuesta por Evstatiev(1988) que
tiene en cuenta el medio usado para realizar la estabilizacioacuten y el objeto de la misma
Evstatiev (1988) propone la siguiente clasificacioacuten de los meacutetodos de estabilizacioacuten de
suelos loeacutessicos la cual puede hacerse extensiva a suelos colapsables
a) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacioacuten
b) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
c) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
d) Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
e) Meacutetodos de mejoramiento que incorporan elementos resistentes a la traccioacuten dentro del
suelo
f) Geomembranas
g) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por drenaje
h) Correccioacuten de taludes y terraplenes
A continuacioacuten siguiendo la clasificacioacuten antes expuesta se desarrollaran aquellas
metodologiacuteas de mejoramientos de suelos colapsables maacutes extendidas Desarrollaacutendose
principalmente los grupos abc y d puesto que incluyen una serie de acciones particulares
frente al fenoacutemeno del colapso En cuanto a los restantes grupos (e f g y h) las teacutecnicas de
mejoramiento del terreno utilizadas persiguen los mismos objetivos buscados en otros tipos
de suelos y en general la teacutecnica empleada es praacutecticamente la misma Por tal motivo y
puesto que se apartan un tanto del objeto de estas notas se estima conveniente no abundar
sobre ellas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacioacuten
Este grupo comprende varias de las metodologiacuteas usadas en suelos colapsables para reducir
los vaciacuteos de modo de eliminar la colapsabilidad reducir la permeabilidad y aumentar la
capacidad de carga Esto se realiza utilizando fuerzas estaacuteticas o dinaacutemicas o bien a traveacutes
de la inyeccioacuten de lechadas
Compactacioacuten dinaacutemica Este meacutetodo es adecuado para compactar mantos de suelos
colapsables superficiales con espesores menores a 350 metros El meacutetodo consiste en dejar
caer en caiacuteda libre desde una altura de 4 a 8 metros pilones de 3 a 8 Tn sobre la superficie
del terreno a razoacuten de 10 a 16 impactos en cada lugar (Abelev y Abelev 1979) El impacto
genera una rotura de la estructura del suelo un aumento de la presioacuten de poros y una
compresioacuten del aire presente en los poros produciendo un reacomodamiento de las
partiacuteculas dando como resultado una estructura maacutes compacta Seguacuten Malyshev et al
(1983) el contenido de humedad del suelo juega un papel importante lograacutendose la maacutexima
eficiencia con un contenido de humedad cercano al Liacutemite Plaacutestico Si el contenido de
humedad es menor a eacuteste es necesario humedecer el espesor de suelo de modo de alcanzar
una mejor eficacia Varios son los factores que controlan los resultados del meacutetodo asiacute por
ejemplo el espesor compactado es funcioacuten principalmente del peso y del diaacutemetro del piloacuten
En tanto el grado de compactacioacuten estaacute controlado por el nuacutemero de impactos y la humedad
del suelo El grado de compactacioacuten no es uniforme a lo largo de todo el espesor
compactado lograacutendose la maacutexima densificacioacuten a 12 a 15 veces el diaacutemetro del piloacuten
Sin embargo se pueden obtener Pesos Unitarios secos superiores a 16 tm3 en espesores de
25 a 35 m lo cual en la mayoriacutea de los casos es suficiente para disminuir o anular la
susceptibilidad al colapso del suelo Una variante a este meacutetodo es realizar la compactacioacuten
solamente en los lugares donde actuacutean las cargas y no en toda el aacuterea de la construccioacuten
Por ejemplo en casos de fundaciones de muros de carga o fundacioacuten de columnas el
mejoramiento del suelo se logra densificando la zona de influencia del bulbo de presiones
o sea la zona donde los incrementos de presioacuten pueden hacer colapsar el suelo
Compactacioacuten por medio de pequentildeos pilotes piramidales En cierta forma este meacutetodo es
una variante del meacutetodo anterior Consiste en hincar un pilote piramidal de 3 a 4 metros de
longitud con una seccioacuten transversal superior de 60 x 60 a 70 x 70 cm y una seccioacuten
transversal inferior de 10 x 10 cm Una vez retirado el pilote la cavidad se rellena con
hormigoacuten Este tipo de metodologiacutea da excelentes resultados en aacutereas en donde existe un
espesor de suelos potencialmente colapsables (no autocolapsables) de 30 o 40 m de
profundidad pero que colapsaraacuten si estaacuten sometidos a los incrementos de carga
transmitidos por las construcciones Una de las ventajas del meacutetodo es la completa
mecanizacioacuten de todas las operaciones Una variante a este meacutetodo consiste en realizar la
hinca sobre una capa de piedra partida dando como resultado un bulbo de suelo
compactado alrededor de la capa de piedra mejorando la capacidad de carga por la punta
del pilote asiacute construido
Compactacioacuten por pilotes de suelo Este es uno de los meacutetodos maacutes usuales para
compactar espesores importantes (18 a 20 m) de suelos loeacutessicos susceptibles al colapso
El procedimiento consta de dos partes primero se realiza la perforacioacuten y segundo se llena
la cavidad con suelo compactado La perforacioacuten se realiza usualmente mediante la hinca
de un pilote metaacutelico con base ensanchada (15 veces) En otra metodologiacutea de reciente uso
la excavacioacuten se hace de la siguiente forma se perfora hasta la profundidad deseada un
hoyo de 8 cm de diaacutemetro dentro del cual se coloca una columna de explosivos que luego
de estallar crea una perforacioacuten de aproximadamente 080 m de diaacutemetro Despueacutes de
efectuada esta perforacioacuten dinaacutemica la cavidad se rellena con suelo local introducido en
tongadas de 100 a 200 Kg que luego son compactadas dinaacutemicamente por medio de un uacutetil
especial Concluidas ambas etapas quedan formadas columnas de suelo compactado con un
diaacutemetro aproximado igual a dos veces el de la perforacioacuten El grado de compactacioacuten va
decreciendo a medida que se aleja del centro de la columna por tal motivo es importante
conocer esta ley de decrecimiento para disentildear correctamente la cuadriacutecula de pilotes de
suelo Al igual que en los otros meacutetodos la eficiencia del sistema aumenta en la medida que
la humedad del suelo natural y compactado se encuentre a una humedad cercana al Limite
Plaacutestico Por tal motivo es usual que previo a la perforacioacuten se realice una humectacioacuten del
espesor de suelos a compactar Las densidades alcanzadas son del orden de 170 a 180
tm3 que son suficientes para evitar el colapso por peso propio y permiten el use del
espesor compactado como manto de fundacioacuten
Compactacioacuten por explosiones de gas Esta relativamente nueva metodologiacutea de
compactar espesores de suelos colapsables consiste en introducir a traveacutes de una lanza de
agua a presioacuten una caacutemara de compresioacuten que contiene una mezcla de gas propano y
oxiacutegeno la cual se va elevando a medida que se producen una serie de explosiones de la
mezcla De este modo se va generando una columna 120 140 m de suelo compactado
(Densidad de 150 tcm3) (Martemyanov et al 1979)
Compactacioacuten por humedecimiento (Hidrocompactacioacuten) En este caso se utiliza la propia
susceptibilidad del suelo a colapsar bajo peso propio El meacutetodo maacutes frecuente de realizar
la humectacioacuten o saturacioacuten del terreno es a traveacutes de infiltracioacuten del agua desde la
superficie del terreno para lo cual se efectuacutean excavaciones poco profundas (040 a 080 m)
o bien se construyen grandes estanques En muchos casos a efectos de acelerar el ingreso
del agua al terreno se construyen dentro del estanque drenes de arena convenientemente
espaciados Este sistema ha sido empleado ampliamente en varias partes del mundo por
ejemplo en EEUU por Gibbs y Bara (1967) y Clevenger (1956) en Rumania por Bally et
al (19651969) en la URSS por Lomize (1968) y Mustafaef (1967) en China por Lin y
Liang (1982) y en Argentina por Moll et al (1979) A pesar de su amplia utilizacioacuten y su
bajo costo el meacutetodo presenta una serie de inconvenientes aparicioacuten de grietas de traccioacuten
en el contorno del aacuterea inundada existencia de importantes deformaciones posteriores al
colapso necesidad de recompactar los 4 oacute 5 primeros metros utilizando otro tipo de
metodologiacutea La efectividad de este meacutetodo se mejora sustancialmente si al mismo se lo
combina con otro meacutetodo de compactacioacuten dinaacutemica
Compactacioacuten por humedecimiento previo y por explosiones profundas Este meacutetodo fue
desarrollado en al Unioacuten Sovieacutetica por Livinov (1976) en la deacutecada de los 60 El espesor de
suelos a compactar es previamente humedecido a traveacutes de un sistema de drenes
(cuadriacutecula de 3 x 3 a 5 x 5 m) Las cargas explosivas (5 a 7 Kg) son colocadas en el fondo
de los mismos drenes o bien en tubos metaacutelicos colocados en perforaciones adicionales La
cuadriacutecula con las cargas es aproximadamente de 4 x 4 m En este procedimiento no es
necesario la completa saturacioacuten del suelo que por ejemplo necesita el meacutetodo anterior
Posterior al humedecimiento se hacen estallar las cargas de toda un aacuterea (2000 a 50000
m2) La explosioacuten generan una onda de choque que hace licuar la estructura del suelo lo
cual permite un reacomodamiento de las partiacuteculas y un crecimiento de la densidad del
suelo En ciertos casos es aconsejable la construccioacuten de trincheras alrededor de la zona a
compactar a efectos de evitar la propagacioacuten de grietas fuera de ella La explosioacuten produce
un importante a inmediato asentamiento de la superficie del terreno Los asentamientos en
general se estabilizan al cabo de 3 oacute 4 semanas Este tipo de meacutetodo es aconsejable cuando
se desea compactar grandes voluacutemenes de suelo particularmente en grandes complejos
industriales o bien en obras hidroeleacutectricas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
En este apartado se incluyen aquellos meacutetodos de estabilizacioacuten consistentes en la mezcla y
posterior compactacioacuten de suelo colapsable con otros materiales (arena gravas) a efectos
de conseguir mayor resistencia y mayor rigidez Este tipo de estabilizacioacuten es de amplio use
en la ingenieriacutea vial en la construccioacuten de bases y de sub-bases
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
Este grupo incluye a aquellas metodologiacuteas en las cuales el mejoramiento de las
propiedades resistentes del suelo se consiguen con la creacioacuten de viacutenculos maacutes soacutelidos y
estables en la estructura del suelo En algunas de ellas la inyeccioacuten de agentes cementantes
provoca la rotura de la estructura original del suelo En otras por el contrario la inyeccioacuten
de agentes quiacutemicos actuan directamente sobre los viacutenculos sin modificar la estructura del
suelo Los meacutetodos se pueden dividir en meacutetodos superficiales y meacutetodos profundos
dependiendo en donde se realice la estabilizacioacuten En los meacutetodos de estabilizacioacuten
superficiales el mejoramiento en general se consigue mediante la mezcla y posterior
compactacioacuten del suelo con agentes quiacutemicos o cementantes tales como cemento cal
emulsiones asfaacutelticas sales (NaCl Nat C03 NaPO3) etc Estos meacutetodos de estabilizacioacuten
son tambieacuten usuales en otros tipos de suelos y son de amplia utilizacioacuten en todo tipo de
obras de ingenieriacutea civil por tal motivo no insistiremos en ellos Por el contrario los
meacutetodos de estabilizacioacuten profunda aunque tambieacuten se han utilizado en otros tipos de
suelos muchos de ellos se han desarrollado y usado especiacuteficamente para eliminar o
disminuir la susceptibilidad al colapso en espesores importantes de suelo A continuacioacuten
se presentan algunos de ellos
Inyecciones de agentes quiacutemicos Las investigaciones y las realizaciones en este tipo de
estabilizaciones se ha desarrollado principalmente en la Unioacuten Sovieacutetica Seguacuten Mitchell
(1981) la razoacuten principal por la cual estos meacutetodos no se han extendido universalmente se
debe principalmente a los altos costos frente a otros tipos de estabilizaciones Sin embargo
Esvtatiev (1988) da cuenta de la existencia en la URSS de maacutes de 800 proyectos en donde
se han utilizado satisfactoriamente p ej el meacutetodo de silicatizacioacuten) Esto ha permitido un
continuo mejoramiento de la tecnologiacutea una reduccioacuten de los costos y una abundante
normativa en la regulacioacuten de su uso El agente quiacutemico maacutes utilizado por su bajo costo
frente a otros agentes quiacutemicos es el Silicato de Sodio El meacutetodo consiste en inyectar en
todo el espesor de suelo a tratar una solucioacuten de silicato de sodio (Densidad = 1 10 a 1 04
gcm3) a traveacutes de un tubo inyector de 42 mm de diaacutemetro con perforaciones de 3 mm
protegidas por un manguito de goma La inyeccioacuten se realiza a una presioacuten de 20 a 40
Kgcm2 y una descarga de 48 litros por minuto (Zvyagin et al 1978) La silicatizacioacuten del
suelo es soacutelo posible en un medio fuertemente alcalino Seguacuten Sokolovic (1973) se logra
una mejor eficiencia mediante una pre y post gasificacioacuten con carbonato de calcio Luego
de la inyeccioacuten tres son los cambios que se observan en el suelo un aumento significativo
de la resistencia a la compresioacuten (superior a 20 Kgcm2 ) una eliminacioacuten de la
susceptibilidad al colapso y una disminucioacuten de la permeabilidad Otro de los tratamientos
con agentes quiacutemicos es la inyeccioacuten de amoniacuteaco La mejora en el suelo es inferior al
tratamiento por silicatizacioacuten ademaacutes presenta la desventaja de ser un elemento toacutexico y su
utilizacioacuten requiere medidas especiales de proteccioacuten (Sokolovic 1973)
Estabilizacioacuten teacutermica Esta teacutecnica comenzoacute a desarroIlarse en la URSS en la deacutecada de
los antildeos 50 y ha sido utilizada exitosamente en un importante nuacutemero de emprendimientos
Seguacuten Esvtatiev (1988) la aplicacioacuten de este meacutetodo es teacutecnica y econoacutemicamente
aconsejable en los siguientes casos a) en la estabilizacioacuten de fundaciones existentes de
estructuras altas como chimeneas tanques de agua b) en la paralizacioacuten de los
asentamientos en construcciones existentes provocados por el colapso del suelo Las
propiedades de los minerales arcillosos cambian cuando eacutestos son sometidos a altas
temperaturas lo cual genera un aumento importante de la resistencia y por ende la
eliminacioacuten de la susceptibilidad al colapso del suelo La tecnologiacutea ha ido variando y
mejorando su eficiencia a lo largo de estas deacutecadas No obstante la variedad de meacutetodos
casi todos ellos consisten en la introduccioacuten de un quemador de fuel o gas dentro de un pre
pozo de 020 metros de diaacutemetro con una presioacuten de aire de 20 a 30 Kgcm2 De esta
forma al cabo de 10 a 15 diacuteas se consigue una columna estabilizada de suelo de 20 a 30
metros y una profundidad de 10 a 15 metros (Beles y Stanculescu 1958)
Estabilizacioacuten mediante mezclado mecaacutenico con agentes cementantes El objetivo de este
tipo de estabiacutelizacioacuten es la creacioacuten de columnas o pilotes de suelo con alta resistencia y
rigidez que permitan la transferencia de las cargas a mantos maacutes profundos y estables
Varios son los meacutetodos constructivos que pueden agruparse dentro de este grupo Los
subdividiremos en los siguientes subgrupos dependiendo del lugar en donde se realiza la
mezcla del suelo con el agente cementante
1 La mezcla del suelo y el agente cementante se realiza en superficie En este caso la
excavacioacuten se puede realizar bien utilizando la teacutecnica constructiva empleada en los pilotes
de suelo (hinca) o bien usar teacutecnicas usuales de perforacioacuten La mezcla deiexcl suelo con el
agente cementante (preferentemente Cemento Portland) puede ser fluida (suelo cemento
plaacutestico) a introducirse dentro de la excavacioacuten en forma de pastones o bien mezclar el
suelo y elcemento con porcentaje de humedad oacuteptimo a introducirlos en la perforacioacuten en
tongadas (100 a 200 Kg) las cuales posteriormente son compactadas dentro de la misma
excavacioacuten Por lo tanto existen cuatro variantes seguacuten sea el tipo de excavacioacuten y el tipo
de mezcla
2 La mezcla del suelo y el cemento se realiza en el mismo proceso de perforacioacuten En este
caso la mezcla del agente cementante se realiza con el propio suelo La mezcla puede
realizarse mediante uacutetiles especiales que van mezclando el suelo con una lechada de
cemento o bien usar la teacutecnica del jet grouting mediante un chorro de lechada a alta presioacuten
Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
Este tipo de estabilizacioacuten se realiza principalmente en terrenos con suelos potencialmente
colapsables en los cuales la presencia de cargas adicionales en superficie puede generar
asentamientos adicionales ante un incremento de la humedad del suelo Asiacute una parte del
suelo colapsable superficial ubicado directamente debajo de las fundaciones es excavado
extraiacutedo y reemplazado por otro material maacutes competente Los materiales generalmente
utilizados son los siguientes el mismo suelo extraiacutedo compactado y eventualmente
estabilizado granulomeacutetricamente arena compactada o suelo cemento compactado La
eleccioacuten del tipo de material estaacute condicionado generalmente por variables teacutecnico
econoacutemicas Los espesores de estos mantos son variables (1 a 4 m) dependiendo del tipo de
cargas y de las caracteriacutesticas del proyecto Por ejemplo en algunos proyectos los
condicionantes pueden ser los asentamientos diferenciales (edificios) en cambio en otros
(canales) no soacutelo importa disminuir la probabilidad que se produzca el colapso sino
tambieacuten lograr una capa de suelo maacutes impermeable Este tipo de metodologiacutea ha sido
utilizada con eacutexito en numerosos paiacuteses y en innumerables tipos de obras Tambieacuten es
frecuente el empleo de esta metodologiacutea en forma conjunta con otro tipo de estabilizacioacuten
profunda cuando se presentan mantos de suelos colapsables profundos y con espesores
muy dispares
113 Medidas conducentes a evitar la iniciacioacuten del colapso
Arriba se sentildealaron los tipos de humedecimientos que seguacuten Goldstein (1969) pueden
presentarse en una masa de suelo
a) humedecimiento localizado por rotura de conducciones hidraacuteulicas o infiltraciones de
aguas de lluvia
b) humedecimiento extenso causado por roturas de canales o efluentes industriales
c) ascenso del nivel freaacutetico
d) aumento gradual y lento del contenido de humedad por condensacioacuten del vapor de agua
provocados por condiciones ambientales
Muchos de estos tipos de humedecimientos pueden ser prevenidos principalmente los
primeros pues en general eacutestos son debidos a fallas o roturas de las instalaciones de la
misma construccioacuten En cambio los otros tipos de humedecimientos estaacuten condicionados
por factores externos al proyecto como por ejemplo puede ser el ascenso del nivel freaacutetico
o la rotura de un canal cercano y ajeno al proyecto La accioacuten del proyectista debe estar
encaminada principalmente a impedir dentro de los liacutemites del proyecto la generacioacuten de
estos humedecimientos provocados por elementos de la propia construccioacuten Robinson y
Narkiewicz (1982) sugieren las siguientes medidas de proteccioacuten contra el humedecimiento
de edificios
a) Pendientes adecuadas en la superficie del terreno que rodea a la construccioacuten de modo
que no se produzcan embalsamientos de agua en las cercaniacuteas de las fundaciones y que
cualquier peacuterdida de agua pueda ser eliminada con rapidez
b) Canalizacioacuten de todos los desaguumles de techos y patios hacia el exterior de la
construccioacuten
c) Instalacioacuten de membranas impermeables o pavimentacioacuten de la superase que rodea a la
construccioacuten de modo de limitar la infiltracioacuten de agua en el suelo adyacente a las
construcciones
d) Encerrar las conducciones de agua o efluentes cloacales dentro de conductos de faacutecil
acceso a efectos de detectar posibles peacuterdidas
Algunas de estas medidas requieren una serie de medidas de control y mantenimiento
durante la vida uacutetil de la obra de manera que perioacutedicamente se realicen inspecciones a las
instalaciones y puedan detectarse peacuterdidas o dantildeos en las mismas Tambieacuten es aconsejable
que los propietarios de la obra conozcan perfectamente los riegos a que estaacute expuesta la
misma de modo que su actividad yo descuidos no inicie procesos de humedecimiento del
terreno
Las medidas de proteccioacuten en otros tipos de obras civiles (canales o caminos) tienen la
misma filosofiacutea es decir elementos de proteccioacuten que impidan o dificulten la entrada del
agua en el terreno de fundacioacuten Asiacute por ejemplo en las obras lineales se debe prestar una
especial atencioacuten al disentildeo del sistema de alcantarillado y de desaguumles En algunos casos
estas obras suelen seguir parcialmente las curvas de nivel del terreno convirtieacutendose en
verdaderas presas que impiden el natural escurrimiento de las aguas provocando la
acumulacioacuten de agua en su entorno lo que genera un humedecimiento generalizado del
terreno de fundacioacuten con los consecuentes dantildeos en la obra
Es frecuente que en ciertos tipos de obras como viviendas unifamiliares de una planta o
incluso caminos y canales las uacutenicas medidas a adoptar sean las presentadas en este
apartado ya que la utilizacioacuten de teacutecnicas de mejoramiento o fundaciones profundas
resultan prohibitivas En realidad la mayoriacutea de las obras aludidas se construyen admitiendo
el riesgo de un posible colapso del terreno El buen comportamiento que han tenido la
mayoriacutea de ellas se debe fundamentalmente a que no se ha producido ninguacuten tipo de
humedecimiento En contraste los dantildeos son serios en aquellas obras que los han sufrido
Por todo ello es un deber de los investigadores a ingenieros buscar nuevas soluciones
econoacutemicas que permitan disminuir los riesgos y por ende los dantildeos en este tipo de obras
Uno de los caminos en tal sentido es el estudio de estructuras que absorban o minimicen
los posibles asentamientos diferenciales provocados por el humedecimiento localizado del
suelo sin un aumento excesivo de los costos
114 Estructuras yo fundaciones que admiten y resisten los fenoacutemenos provocados
por el colapso
El anaacutelisis de este apartado se centraraacute principalmente en el estudio de las fundaciones
superficiales en suelos potencialmente colapsables ya que el otro gran grupo de soluciones
fundaciones profundas mediante pilotes seraacute objeto de un examen detallado en los
apartados siguientes
La lista de estructuras que se asientan directamente sobre mantos de suelos potencialmente
colapsables es amplia entre ellas pueden sentildealarse viviendas unifamiliares construcciones
transitorias galpones ductos enterrados canales caminos etc
Las fundaciones directas sobre suelos colapsables pueden ser divididas en dos grupos
a) Fundaciones riacutegidas utilizadas principalmente en estructuras livianas y con cargas
puntuales por ejemplo torres de liacuteneas de alta tensioacuten columnas de naves industriales o
depoacutesitos En general este tipo de estructuras tienen algunos rasgos comunes como son por
ejemplo cargas verticales bajas cargas horizontales importantes y en general suelen
aceptar asentamientos admisibles mayores
b) Fundaciones de baja rigidez longitudinal en este caso se trata de estructuras con cargas
lineales (muros de carga canales etc) con baja rigidez en el sentido de las cargas Este tipo
de estructuras son sensibles a humedecimientos localizados del terreno que generan
asientos diferenciales importantes En general las medidas que suelen tomarse para
disminuir los efectos de los asientos diferenciales son las siguientes disentildeo de elementos
que rigidicen la estructura (Clemence Y Finbarr 1981) y el disentildeo de elementos
constructivos que eviten
RECAPITULACIOacuteN
Definido el concepto de colapso el estudio se ha enfocado al anaacutelisis de los suelos
colapsables por humedecimiento En esta clase particular de suelos metaestables el agente
externo que desencadena el fenoacutemeno de colapso es el agua En estos suelos un incremento
de humedad puede provocar una disminucioacuten o anulacioacuten de las fuerzas que vinculan unas
partiacuteculas con otras y por lo tanto cambiar el estado de equilibrio en la estructura del suelo
El colapso de la estructura del suelo depende fundamentalmente de dos causas a) de la
importancia de los cambios provoca dos por el agua en los viacutenculos existentes entre las
partiacuteculas y b) del estado tensional en los viacutenculos O sea para que se produzca el colapso
es necesario un agente sensibilizante y un estado tensional capaz de provocar la des-
estabilizacioacuten de la estructura del suelo
Por este motivo los meacutetodos que mejor reflejan la susceptibilidad al colapso de un suelo
son aquellos basados en ensayos mecaacutenicos donde ambos factores estaacuten presentes
La gran subdivisioacuten que se hace a los suelos colapsables parte precisamente de verificar
coacutemo es el comportamiento del suelo en su estado tensional original o bajo su propio
peso Si se produce el colapso bajo este estado se indica que el suelo es verdaderamente
colapsable o autocolapsable en cambio si el fenoacutemeno no se produce se sentildeala que el
suelo es candicionalmente colapsable o colapsable bajo carga
En este contexto diversos investigadores introducen el concepto (tambieacuten tensional) de
Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) o Presioacuten de Fluencia Saturada (σf) como aquella
presioacuten a la cual se produce el colapso Desde un punto de vista teoacuterico esta presioacuten deberiacutea
ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero desde un punto de vista praacutectico se
asume que una pequentildea magnitud del colapso es permisible Por ejemplo las normas
Sovieacuteticas Lo toman igual al 100 las Chinas igual al 150 En cambio en Argentina se
utiliza maacutes la Presioacuten de Fluencia Saturada que se obtiene de forma similar a la Presioacuten de
Preconsolidacioacuten No obstante esta diferencia metodoloacutegica en ambos casos el concepto es
el mismo
Con respecto a las metodologiacuteas usadas para establecer la susceptibilidad al colapso de un
suelo o de un perfil de suelo han sido analizadas las que utilizan el concepto de Presioacuten
Inicial de Colapso y la magnitud del colapso Esta seleccioacuten se realizoacute fundamentalmente
por las siguientes causas primero porque se hacen en base a ensayos mecaacutenicos donde
intervienen el agente externo (el agua) y el estado tensional del suelo y segundo porque
permiten establecer ya sea a traveacutes de un perfil de colapsabilidad o la magnitud del
colapso coacutemo seraacute realmente el comportamiento del terreno ante las solicitaciones
producidas por la obra de ingenieriacutea
Los perfiles de colapsabilidad relacionan en profundidad el peso propio de las tierras con
la Presioacuten Inicial de Colapso esto permite determinar el espesor de suelos autocolapsables
o el espesor de los suelos que colapsaraacuten si ademaacutes del humedecimiento se aumenta el
estado tensional Estos perfiles son de gran ayuda al proyectista de fundaciones en suelos
colapsables dado que le permiten conocer en forma global la magnitud del problema al que
estaacute enfrentado No obstante su utilidad no termina alliacute sino que por el contrario estos
perfiles le permiten tomar decisiones sobre cuaacuteles son las soluciones ingenieriles maacutes
convenientes del proyecto Pues con su ayuda se podraacute seleccionar el meacutetodo de
mejoramiento del terreno la cota de fundacioacuten de una fundacioacuten profunda la magnitud de
la carga por rozamiento negativo etc
La determinacioacuten de la magnitud del colapso de un perfil de suelo usada como
metodologiacutea de clasificacioacuten tambieacuten es de utilidad en el disentildeo de construccioacuten de obras
de ingenieriacutea en suelos colapsables Sobre todo en la caracterizacioacuten del terreno de grandes
aacutereas ya sea en obras lineales (canales caminos etc) o puntuales (complejos fabriles obras
hidraacuteulicas etc) dado que cada perfil de suelo estaacute caracterizado por un paraacutemetro lo cual
permite el manejo de un nuacutemero importante de informacioacuten Obviamente esta metodologiacutea
tambieacuten es de gran use en cualquier tipo de obras independientemente de su tamantildeo a
importancia
En un abundante nuacutemero de proyectos no es suficiente haber realizado una caracterizacioacuten
o clasificacioacuten del terreno sino que es necesario determinar la magnitud de los
asentamientos que pueden producirse en las obras Los asentamientos por colapso depende
baacutesicamente de dos tipos de factores intriacutensecos y extriacutensecos
Se sentildealan como intriacutensecos aquellos factores propios del suelo como son sus propiedades
fiacutesicas y mecaacutenicas El comportamiento del suelo dependeraacute del tipo de estructura o la
forma en que estaacuten ordenadas las partiacuteculas del grado de compacidad del tipo de viacutenculos
que unen grano con grano etc Estos factores en general no se encuentran
homogeacuteneamente distribuidos por lo cual los paraacutemetros que definen sus propiedades
tenso-deformacionales pueden sufrir variaciones locales importantes
Los factores externos que influyen en la magnitud de los asentamientos son dos el aacuterea
inundada y el estado tensional Estos dos factores influyen considerablemente en la
magnitud de los asentamientos por colapso y por tal motivo deben ser analizados
especiacuteficamente en los caacutelculos Respecto al primero de los factores a pesar que se han
realizado importantes trabajos teoacutericos la informacioacuten experimental indica que todaviacutea
existe cierta indeterminacioacuten en su estimacioacuten Por tal motivo la influencia del aacuterea
inundada en la magnitud de los asentamientos se limita a realizar correcciones de tipo
empiacuterico En cuanto a la influencia que el estado tensional tiene en los asentamientos las
investigaciones se han centrado especialmente en el estudio de cargas externas (zapatas) en
la superficie del terreno
ENSAYOS ldquoin siturdquo Perforacioacuten y muestreoEnsayos ldquoin siturdquo
o Ensayo de penetracioacuten estandar (SPT)o Ensayo de penetracioacuten de cono (CPT + CPTu)o Dilatoacutemetro de placa plana (DMT)o Presuroacutemetro (PMT)o Corte en veleta (VST)10487131048713 Meacutetodos geofiacutesicoso Ondas siacutesmicas (P- S- R-waves)o Electromagneacuteticas (radar resistividad)
EQUIPOS AUTOPROPULSADOS
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)1048713El ensayo ldquoin siturdquo maacutes comuacuten en el mundo10487131902 - Coronel Gow de Raymond Pile Co1048713 Muestreador ciliacutendrico partido1048713 Norma ASTM D 15861048713 Martillo (140-lbs cae 30 pulgadas) (635-kg cae 076 metros)1048713 Tres incrementos de 6 pulgadas Suma de los dos uacuteltimos incrementos = N (golpespieacute)
Se obtiene suelo y
un nuacutemero
Muestra alterada
(Solo para
caraterizacioacuten)
Nuacutemero muy crudo
para el anaacutelisis
No aplicable en
Ventajas
arcillas blandas y
Limos
Variabilidad e
incertidumbre
se obtiene un nuacutemero
Sencillo y de bajo
Costo
Funciona en muchos
tipos de suelo
Se puede utilizar en
rocas blandas
Disponible
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Estos suelos en condiciones de no saturacioacuten o saturacioacuten parcial presentan continuamente un reacomodo radical de las partiacuteculas y una gran peacuterdida de volumen por remojo osea al entrar al estado de saturacioacuten completa La existencia de estos suelos en el mundo y las dificultades ocasionadas a las edificaciones cimentadas sobre ellos han sido reconocidos ampliamente Los depoacutesitos maacutes extensos de suelos colapsables son eoacutelicos o depoacutesitos transportados de arena y limos (loess)Se puenden encontrar comuacutenmente en las maacutergenes fluviales
Desventajas
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Depoacutesitos eoacutelicos Estos depoacutesitos consisten en materiales transportados por el viento el cual forma dunas depoacutesitos tipo loess playas eoacutelicas y grandes depoacutesitos de ceniza volcaacutenica
Depoacutesitos transportados por agua Consisten principalmente de depoacutesitos de sedimentos sueltos a carreados por el agua los cuales forman abanicos fluviales y flujos deslizantes Estos materiales pueden ser depositados por una avenida repentina o flujo de lodo derivado de pequentildeas cuencas colectoras sujetas a aguaceros poco frecuentes
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Suelos residuales Estos suelos son producto del intemperismo y la
desintegracioacuten y alteracioacuten mecaacutenica de rocas madres Las partiacuteculas de
material residual pueden variar de tamantildeo de grandes fragmentos de
gravas a arenas limos coloides y en algunos casos material orgaacutenico
La estructura del grano colapsable se ha desarrollado como producto de
la accioacuten disolvente sobre el material soluble y coloidal La lixiviacioacuten del
material soluble y del material fino conduce a una alta relacioacuten de vaciacuteos
y a una estructura inestable Otro tipo de suelo que muestra colapso al
remojo son aquellos derivados de tufo volcaacutenico
sulfato de calcio arenas sueltas cementadas por sal soluble arcillas
dispersivas y arcillas montmorilloniacuteticas ricas en sodio
CAUSAS QUE GENERARIacuteAN DICHO COMPORTAMIENTO- Estructura parcialmente saturada potencialmente inestable- Una componente de esfuerzo aplicado o existente lo suficientemente alta para desarrollar una condicioacuten metaestable- Un ligante resistente o un agente cementante para estabilizar contactos intergranulares el cual se reduce por remojo ocasionando el colapso La mayoriacutea de suelos colapsables involucra la accioacuten de partiacuteculas arcillosas en los enlaces entre los granos gruesos de arena-Agentes cementantes tales como oacutexido de hierro carbonato de calcio o la soldadura de granos en contacto proporcionan esfuerzos resistentes para muchos suelos colapsables La accioacuten de este cementante es frecuentemente el agente principal de colapso en loess El grado al cual el agente cementante pierde su efectividad depende del grado de contaminacioacuten del ingreso del agua y del grado de disolucioacuten del agente cementante involucrado
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
CONSOLIDOacuteMETRO PARA ENSAYO DE COLAPSO
Se procede a cortar el suelo de acuerdo con las dimensiones del anillo
del ensayo de consolidacioacuten unidimensional Determinar sus
propiedades fiacutesicas tales como humedad natural peso volumen
gravedad especiacutefica de soacutelidos liacutemites de consistencia distribucioacuten
granulomeacutetrica seguacuten las normas
Se instala la muestra en el anillo del consolidoacutemetro despueacutes de haber
determinado el peso inicial de la masa huacutemeda y altura de la muestra y
fijar el conjunto anillo-muestra en el consolidoacutemetro Aplicar una carga
de contacto 005 kgcm2 (5 Kpa) despueacutes de 5 min tomar lectura del
deformiacutemetro aplicar incrementos de carga a cada hora hasta que se
aplique la presioacuten vertical apropiada Los incrementos de carga seraacuten
012 025 050 100 200 etc Kgcm2 (12 25 50 100 200 etc) o
cargas de acuerdo al meacutetodo de ensayo ASTM D2435 registrar la
deformacioacuten antes de incrementar una nueva carga
Determinacioacuten del potencial de colapso
donde
di = lectura del dial con el esfuerzo adecuado antes de la saturacioacuten (mm)
df = lectura del dial bajo el esfuerzo adecuado despueacutes del humedecimiento (mm)
ho = altura inicial de la muestra (mm)
Tmbieacuten se puede evalua en teacuterminos de relacioacuten de vaciacuteos
dondeΔe = cambio de relacioacuten de vaciacuteos bajo el esfuerzo adecuado antes y despueacutes de la inundacioacuteneo = relacioacuten de vaciacuteo inicialLa evaluacioacuten de un suelo colapsable seraacute de acuerdo a la siguiente tablaCon todo lo epxlicado concluimos que el colapso de los suelos es la disminucioacuten moderada de volumen cuando estaacute con bajo contenido de humedad y una gran peacuterdida cuando estaacute sumergido y la magnitud de asentamiento depende del contenido de humedad del suelo En estado sumergido y bajo la aplicacioacuten de cargas verticales los suelos colapsables presentan un mayor asentamiento Los suelos colapsables existen en todo el mundo principalmente en la regiones aacuteridas y semiaacuteridas nuevamente comentando que los depoacutesitos eoacutelicos coluviales residuales tubos volcaacutenicos etc son suelos que pueden ser colapsables
Definicioacuten de colapso Se definen como colapso a cualquier disminucioacuten raacutepida de volumen del suelo producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factoresbull Contenido de humedad (w) bull Grado de saturacioacuten (Sr) bull Tensioacuten media actuante (τ) bull Tensioacuten de corte (σ) bull Presioacuten de poros (u)
TIPOS DE SUELOS COLAPSABLESLos tipos de suelos colapsables son
- Suelos aluviales y coluviales ndash Depositados en ambientes Semi-deseacuterticos por flujos maacutes o menos torrenciales- Suelos eoacutelicos ndash Depositados por el viento son arenas y limos arenosos con escaso cemento arcilloso en una estructura suelta o inestable
- Cenizas volcaacutenicas ndash Provenientes de cenizas arrojadas al aire por actividad volcaacutenica explosiva- Suelos residuales ndash Derivados de la descomposicioacuten in ndash situ de minerales de ciertas rocas son luego lixiviados por el agua y pierden su cemento
CONSECUENCIAS EN CIMENTACIONES
Patologiacuteas en cimentaciones Posibles causas
Introduccioacuten
De todos los posibles tipos de patologiacutea que puede sufrir la edificacioacuten las estadiacutesticas demuestran que son las patologiacuteas ligadas a las cimentaciones las que mayores costes globales conllevan Ademaacutes tienen gran repercusioacuten social lo que las hace maacutes notorias por la complejidad propia de su reparacioacuten porque suponen una fuerte alteracioacuten y hasta interrupcioacuten del uso del inmueble y porque suelen involucrar a colindantes e incluso poderes puacuteblicos Urge como en ninguacuten otro caso determinar las causas y cuanto antes dar una solucioacuten al problema
Causas intriacutensecas de fallos de cimentacioacuten
Se agrupan aquiacute los fallos de cimentacioacuten consecuencia de la interaccioacuten entre el terreno y la propia cimentacioacuten de la construccioacuten afectada
Defectos de proyecto
Son errores de concepcioacuten de disentildeo o caacutelculo del proyecto Son errores previsibles por lo que si se tienen en cuenta en el disentildeo y caacutelculo de la edificacioacuten el riesgo de que provoquen dantildeos se minimizaEnumeramos aquiacute no todas pero siacute algunas de las posibles causas de problemas derivadas del proyectobull Falta de capacidad de carga cimentacioacuten insuficiente o capacidad
de carga del suelo insuficientebull Esfuerzos no contemplados por ej por olvido de algunas
sobrecargas de explotacioacutenbull Conocimiento insuficiente del suelo Lo que deriva en la ignorancia
de riesgos especiales geoteacutecnicos Las causas pueden ser escasez de reconocimientos previos del terreno mala interpretacioacuten de los mismos no consideracioacuten de los fenoacutemenos de agresividad etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Cobra importancia en terrenos con especiales caracteriacutesticas
Arcillas expansivas
Suelos colapsables
Rellenos antroacutepicos
Suelos blandos naturales
Infravaloracioacuten del riesgo geoteacutecnico conocido eacuteste Casos asiacute pueden ser desprecio de los efectos que produce la falta de homogeneidad de un suelo o las distintas profundidades de aparicioacuten de la roca en planta desprecio de los efectos de la potencial expansividad o de posible subpresioacuten o fenoacutemenos de subsidencias procesos de disolucioacuten etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONESbull Defectos en la evaluacioacuten del terreno asientos calculados no
tolerables por la estructura esfuerzos paraacutesitos en pilotes (olvido del efecto de asiento de terrenos flojos o rellenos recientes) etc
bull Efecto grupo en pilotes defectuosa estimacioacuten del efecto grupo en pilotes flotantes no consideracioacuten de los esfuerzos laterales o del rozamiento negativo etc
bull Ausencia de consideracioacuten del bulbo de tensiones de la cimentacioacuten propia y su alcance Pero tambieacuten de cimentaciones colindantes que podriacutean suponer una carga oblicua sobre nuestra cimentacioacuten habraacute que considerarla en caacutelculo y prever un proceso constructivo adecuado (no vayamos a provocar dantildeos a otras edificaciones)
bull Ignorancia de las condiciones de contorno es decir no consideracioacuten de las condiciones del entorno de la estructura
proyectada posibles socavaciones arrastres descalces agotamientos rebajamientos de nivel freaacutetico etc
bull Heterogeneidades distribucioacuten irregular de las cargas o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentacioacuten
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Defectos de ejecucioacuten
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecucioacuten de eacutestos Los defectos de ejecucioacuten normalmente responden a un deficiente Control de Calidad Por tanto en principio son evitablesAlgunos errores de ejecucioacuten podriacutean serbull Apreciacioacuten erroacutenea de los estratos resistentes confundidos con
capas de poco espesor bolos erraacuteticos etcbull Errores de replanteo bull Mala calidad de los materiales en especial hormigones Deterioro
de zapatas losas o muros por escasa calidad de los materiales grietas de retraccioacuten por mala dosificacioacuten del hormigoacuten materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto etc
bull Degradacioacuten del material suele ir unido al anterior hormigoacuten no resistente a la agresividad del terreno recubrimientos insuficientes madera metal etc
bullCAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Lavado del hormigoacuten en cimentaciones superficiales o profundas colocado en presencia de aguas en movimiento
Errores en la colocacioacuten de armaduras confusioacuten de diaacutemetros de armado ausencia de separadores etc
Problemas de fraguado unidos a errores de vertido de dosificacioacuten de curado
Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio cortadas lavadas) o de baja calidad y excesiva carga portante de caacutelculo
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
donde Hj es el espesor del estrato j en metros y img es el asentamiento edomeacutetrico
adicional de una muestra de estrato j inundada a una presioacuten igual al peso propio de las
tierras (σ0 ) expresado en cmm
El Coacutedigo de Construccioacuten de Edificios de la Repuacuteblica Popular China en regiones de
suelo colapsables sigue un criterio similar (Lin y Liang 1982 Lin y Wang 1988) La
evaluacioacuten de la susceptibilidad al colapso en un determinado sitio se realiza en dos etapas
En primer lugar se evaluacutea su aptitud al autocolapso y se determina el Tipo de sitio (Tipo
1 o Tipo 2)
La magnitud del colapso por peso propio Δzc se obtiene de forma similar a la utilizada por
Bally et al (1973) en Rumania sumando los asentamientos individuales de los n estratos
colapsables del perfil
donde Hj es el espesor de estrato en cm y δzsj es el coeficiente de colapsabilidad del estrato
j en cmcm o en por ciento obtenido por medio de ensayos edomeacutetricos en los cuales
primero se carga el suelo hasta la presioacuten por peso propio y luego se inunda la muestra
donde Hj es el espesor de estrato en cm y δzsj es el coeficiente de colapsabilidad del estrato
j en cmcm o en por ciento obtenido por medio de ensayos edomeacutetricos en los cuales
primero se carga el suelo hasta la presioacuten por peso propio y luego se inunda la muestra
La sumatoria soacutelo tiene en cuenta aquellos valores de δzs jmayores de 0015
Si Δzs lt 7 cm se considera al suelo no autocolapsable por humedecimiento y se clasifica
al lugar como sitio TIPO 2 Si en cambio Δzs gt 11 cm se considera al suelo
autocolapsable por humedecimiento y se lo clasifica como sitio TIPO 1
Por uacuteltimo si 7 cm lt Δzs lt 11 cm el tipo de sitio debe ser determinado despueacutes de un
exhaustivo estudio de la geomorfologiacutea estratigrafiacutea y caracteriacutesticas estructurales del
suelo
El Coacutedigo tambieacuten establece que la magnitud del colapso por peso propio (Δzs) tambieacuten
puede ser determinada directamente en el terreno a traveacutes de una balsa o laguna de
infiltracioacuten de dimensiones especiacuteficas
La segunda etapa de la evaluacioacuten de la colapsabilidad consiste en establecer el Grado de
Colapsabilidad del suelo de cimentacioacuten Para ello se carga a las muestras representativas
de cada uno de los estratos a una presioacuten de 200 kPa y luego se las inunda La magnitud del
colapso se obtiene
donde δsj es el Coeficiente de colapsabilidad del estrato j en cmcm para una presioacuten de
200 kPa La sumatoria soacutelo tiene en cuenta valores de Δs mayores de 0015
donde δsj es el Coeficiente de colapsabilidad del estrato j en cmcm para una presioacuten de
200 kPa La sumatoria soacutelo tiene en cuenta valores de Δs mayores de 0015
SOLUCIONES INGENIERILES EN SUELOS COLAPSABLES
111 Consideraciones generales
La primera cuestioacuten que debe analizarse cuando se disentildean cimentaciones en suelos
susceptibles al colapso es la probabilidad que el agente desencadenante del fenoacutemeno el
agua pueda o no introducirse en el terreno y por ende sensibilizar al suelo en donde se
apoyaraacuten las estructuras Por definicioacuten sin la presencia del agua el suelo no colapsa Esta
cuestioacuten es significativa puesto que pueden existir numerosos casos en donde la
probabilidad que el agua se infiltre en el suelo sea lo suficientemente baja como para
analizar la posibilidad de fundar la estructura considerando el comportamiento del suelo en
su estado natural Por lo tanto cuando se hable de suelos potencialmente colapsables por
humedecimiento no debe pensarse uniacutevocamente en las soluciones ingenieriles que se
utilizan en suelos colapsables
Hecha esta aclaracioacuten a continuacioacuten se trataraacute de ofrecer un panorama de las distintas
soluciones ingenieriles que se adoptan en suelos colapsables por humedecimiento cuando
las probabilidades de que se produzca el fenoacutemeno son altas
El objetivo central de todas estas soluciones es prevenir las fallas estructurales o de servicio
que pueden sobrevenir sobre las estructuras construidas sobre estratos de suelos
colapsables
Aitchison (1973) divide a estas soluciones en
a) Tratamiento del suelo colapsable con vista a eliminar la tendencia al colapso a lo largo
de todo el estrato de suelos desmoronables
b) Disentildeo de elementos constructivos que eliminen o disminuyan a liacutemites razonables la
posibilidad que se inicie el colapso
c) Disentildeo de estructuras yo cimentaciones insensibles a los asentamientos provocados por
el colapso por ejemplo fundaciones profundas apoyadas sobre un manto profundo no
sujeto a los asentamientos por humedecimiento
El primer grupo de soluciones comprende los meacutetodos de mejoramiento de suelo por
medio de los cuales la susceptibilidad al colapso es eliminada modificando las propiedades
resistentes del suelo mediante la compactacioacuten o la cementacioacuten de los viacutenculos entre
partiacuteculas El segundo grupo incluye la adopcioacuten de medidas constructivas tendientes a
aislar el agua de manera de evitar o disminuir la presencia de condiciones favorables al
colapso admitiendo no obstante ciertos riesgos Finalmente el tercer grupo engloba tanto
las soluciones tradicionales por medio de fundaciones profundas como el disentildeo de
estructuras con fundaciones directas insensibles a los asentamientos diferenciales
provocados por el colapso del suelo En resumen en el primer grupo de soluciones se
interviene directamente en el suelo evitando asiacute el colapso en el segundo grupo se intenta
evitar que se produzca el colapso sin modificar el suelo y en el uacuteltimo grupo se construyen
estructuras yo fundaciones que admitan y resistan los fenoacutemenos provocados por el
colapso del suelo
Evstatiev (1988) sentildeala que los mejores resultados han sido alcanzados con una oacuteptima
combinacioacuten de las ventajas que individualmente tiene cada uno de los tres grupos La
experiencia ha probado que las medidas constructivas y las medidas de aislacioacuten del agua
por siacute solas no pueden resolver todos los problemas de inestabilidad que provoca el colapso
del suelo Asiacute la adopcioacuten de soluciones exclusivamente para la superestructura (por
ejemplo fundaciones profundas) sin un adecuado disentildeo que eviten dantildeos en los otros
elementos de la construccioacuten como pisos desaguumles etc han provocado serios dantildeos en
estas partes de la construccioacuten que podriacutean haber sido evitados aplicando medidas
tendientes a evitar el ingreso del agua en el terreno
La eficacia del disentildeo adoptado en cada caso depende en gran medida de la calidad de las
investigaciones geoteacutecnicas realizadas La informacioacuten baacutesica que eacutestas deben suministrar
son el espesor del manto de suelos colapsables y la magnitud del colapso bajo peso propio
o bajo carga de todos los estratos del perfil
Una incorrecta estimacioacuten de estos paraacutemetros puede llevar a proponer y construir
soluciones ingenieriles totalmente opuestas a las correctas La confeccioacuten de perfiles de
colapsabilidad como los presentados permiten establecer la existencia o no de suelos
autocolapsables sus espesores aproximados y la profundidad a la que se encuentran Esta
metodologiacutea de anaacutelisis es de gran ayuda por ejemplo en la eleccioacuten del procedimiento
idoacuteneo para estabilizar el terreno
A continuacioacuten se presenta una descripcioacuten de las distintas soluciones ingenieriles maacutes
utilizadas en este tipo de suelos En primer lugar se analizan el primer grupo de soluciones
que se ha englobado bajo el nombre de Mejoramiento de suelos continuando luego con los
otros dos grupos Medidas para evitar la iniciacioacuten del colapso y fundaciones yo
estructuras insensibles a los fenoacutemenos del colapso
112 Mejoramiento de suelos colapsables
Consideraciones previas
El objetivo principal de estas soluciones es eliminar o disminuir apreciablemente la
susceptibilidad al colapso del suelo bien disminuyendo la porosidad del suelo
(compactacioacuten) o bien aumentando la resistencia estructural entre las partiacuteculas del suelo
(meacutetodos fiacutesico-quiacutemicos) Una de las formas de clasificar los meacutetodos de mejoramiento o
estabilizacioacuten ha sido precisamente eacutesta o sea teniendo en cuenta la accioacuten resultante
sobre el suelo (Aitchison1973 Rocca1985) Sin embargo para el desarrollo y explicacioacuten
de los diferentes meacutetodos se ha elegido la clasificacioacuten propuesta por Evstatiev(1988) que
tiene en cuenta el medio usado para realizar la estabilizacioacuten y el objeto de la misma
Evstatiev (1988) propone la siguiente clasificacioacuten de los meacutetodos de estabilizacioacuten de
suelos loeacutessicos la cual puede hacerse extensiva a suelos colapsables
a) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacioacuten
b) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
c) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
d) Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
e) Meacutetodos de mejoramiento que incorporan elementos resistentes a la traccioacuten dentro del
suelo
f) Geomembranas
g) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por drenaje
h) Correccioacuten de taludes y terraplenes
A continuacioacuten siguiendo la clasificacioacuten antes expuesta se desarrollaran aquellas
metodologiacuteas de mejoramientos de suelos colapsables maacutes extendidas Desarrollaacutendose
principalmente los grupos abc y d puesto que incluyen una serie de acciones particulares
frente al fenoacutemeno del colapso En cuanto a los restantes grupos (e f g y h) las teacutecnicas de
mejoramiento del terreno utilizadas persiguen los mismos objetivos buscados en otros tipos
de suelos y en general la teacutecnica empleada es praacutecticamente la misma Por tal motivo y
puesto que se apartan un tanto del objeto de estas notas se estima conveniente no abundar
sobre ellas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacioacuten
Este grupo comprende varias de las metodologiacuteas usadas en suelos colapsables para reducir
los vaciacuteos de modo de eliminar la colapsabilidad reducir la permeabilidad y aumentar la
capacidad de carga Esto se realiza utilizando fuerzas estaacuteticas o dinaacutemicas o bien a traveacutes
de la inyeccioacuten de lechadas
Compactacioacuten dinaacutemica Este meacutetodo es adecuado para compactar mantos de suelos
colapsables superficiales con espesores menores a 350 metros El meacutetodo consiste en dejar
caer en caiacuteda libre desde una altura de 4 a 8 metros pilones de 3 a 8 Tn sobre la superficie
del terreno a razoacuten de 10 a 16 impactos en cada lugar (Abelev y Abelev 1979) El impacto
genera una rotura de la estructura del suelo un aumento de la presioacuten de poros y una
compresioacuten del aire presente en los poros produciendo un reacomodamiento de las
partiacuteculas dando como resultado una estructura maacutes compacta Seguacuten Malyshev et al
(1983) el contenido de humedad del suelo juega un papel importante lograacutendose la maacutexima
eficiencia con un contenido de humedad cercano al Liacutemite Plaacutestico Si el contenido de
humedad es menor a eacuteste es necesario humedecer el espesor de suelo de modo de alcanzar
una mejor eficacia Varios son los factores que controlan los resultados del meacutetodo asiacute por
ejemplo el espesor compactado es funcioacuten principalmente del peso y del diaacutemetro del piloacuten
En tanto el grado de compactacioacuten estaacute controlado por el nuacutemero de impactos y la humedad
del suelo El grado de compactacioacuten no es uniforme a lo largo de todo el espesor
compactado lograacutendose la maacutexima densificacioacuten a 12 a 15 veces el diaacutemetro del piloacuten
Sin embargo se pueden obtener Pesos Unitarios secos superiores a 16 tm3 en espesores de
25 a 35 m lo cual en la mayoriacutea de los casos es suficiente para disminuir o anular la
susceptibilidad al colapso del suelo Una variante a este meacutetodo es realizar la compactacioacuten
solamente en los lugares donde actuacutean las cargas y no en toda el aacuterea de la construccioacuten
Por ejemplo en casos de fundaciones de muros de carga o fundacioacuten de columnas el
mejoramiento del suelo se logra densificando la zona de influencia del bulbo de presiones
o sea la zona donde los incrementos de presioacuten pueden hacer colapsar el suelo
Compactacioacuten por medio de pequentildeos pilotes piramidales En cierta forma este meacutetodo es
una variante del meacutetodo anterior Consiste en hincar un pilote piramidal de 3 a 4 metros de
longitud con una seccioacuten transversal superior de 60 x 60 a 70 x 70 cm y una seccioacuten
transversal inferior de 10 x 10 cm Una vez retirado el pilote la cavidad se rellena con
hormigoacuten Este tipo de metodologiacutea da excelentes resultados en aacutereas en donde existe un
espesor de suelos potencialmente colapsables (no autocolapsables) de 30 o 40 m de
profundidad pero que colapsaraacuten si estaacuten sometidos a los incrementos de carga
transmitidos por las construcciones Una de las ventajas del meacutetodo es la completa
mecanizacioacuten de todas las operaciones Una variante a este meacutetodo consiste en realizar la
hinca sobre una capa de piedra partida dando como resultado un bulbo de suelo
compactado alrededor de la capa de piedra mejorando la capacidad de carga por la punta
del pilote asiacute construido
Compactacioacuten por pilotes de suelo Este es uno de los meacutetodos maacutes usuales para
compactar espesores importantes (18 a 20 m) de suelos loeacutessicos susceptibles al colapso
El procedimiento consta de dos partes primero se realiza la perforacioacuten y segundo se llena
la cavidad con suelo compactado La perforacioacuten se realiza usualmente mediante la hinca
de un pilote metaacutelico con base ensanchada (15 veces) En otra metodologiacutea de reciente uso
la excavacioacuten se hace de la siguiente forma se perfora hasta la profundidad deseada un
hoyo de 8 cm de diaacutemetro dentro del cual se coloca una columna de explosivos que luego
de estallar crea una perforacioacuten de aproximadamente 080 m de diaacutemetro Despueacutes de
efectuada esta perforacioacuten dinaacutemica la cavidad se rellena con suelo local introducido en
tongadas de 100 a 200 Kg que luego son compactadas dinaacutemicamente por medio de un uacutetil
especial Concluidas ambas etapas quedan formadas columnas de suelo compactado con un
diaacutemetro aproximado igual a dos veces el de la perforacioacuten El grado de compactacioacuten va
decreciendo a medida que se aleja del centro de la columna por tal motivo es importante
conocer esta ley de decrecimiento para disentildear correctamente la cuadriacutecula de pilotes de
suelo Al igual que en los otros meacutetodos la eficiencia del sistema aumenta en la medida que
la humedad del suelo natural y compactado se encuentre a una humedad cercana al Limite
Plaacutestico Por tal motivo es usual que previo a la perforacioacuten se realice una humectacioacuten del
espesor de suelos a compactar Las densidades alcanzadas son del orden de 170 a 180
tm3 que son suficientes para evitar el colapso por peso propio y permiten el use del
espesor compactado como manto de fundacioacuten
Compactacioacuten por explosiones de gas Esta relativamente nueva metodologiacutea de
compactar espesores de suelos colapsables consiste en introducir a traveacutes de una lanza de
agua a presioacuten una caacutemara de compresioacuten que contiene una mezcla de gas propano y
oxiacutegeno la cual se va elevando a medida que se producen una serie de explosiones de la
mezcla De este modo se va generando una columna 120 140 m de suelo compactado
(Densidad de 150 tcm3) (Martemyanov et al 1979)
Compactacioacuten por humedecimiento (Hidrocompactacioacuten) En este caso se utiliza la propia
susceptibilidad del suelo a colapsar bajo peso propio El meacutetodo maacutes frecuente de realizar
la humectacioacuten o saturacioacuten del terreno es a traveacutes de infiltracioacuten del agua desde la
superficie del terreno para lo cual se efectuacutean excavaciones poco profundas (040 a 080 m)
o bien se construyen grandes estanques En muchos casos a efectos de acelerar el ingreso
del agua al terreno se construyen dentro del estanque drenes de arena convenientemente
espaciados Este sistema ha sido empleado ampliamente en varias partes del mundo por
ejemplo en EEUU por Gibbs y Bara (1967) y Clevenger (1956) en Rumania por Bally et
al (19651969) en la URSS por Lomize (1968) y Mustafaef (1967) en China por Lin y
Liang (1982) y en Argentina por Moll et al (1979) A pesar de su amplia utilizacioacuten y su
bajo costo el meacutetodo presenta una serie de inconvenientes aparicioacuten de grietas de traccioacuten
en el contorno del aacuterea inundada existencia de importantes deformaciones posteriores al
colapso necesidad de recompactar los 4 oacute 5 primeros metros utilizando otro tipo de
metodologiacutea La efectividad de este meacutetodo se mejora sustancialmente si al mismo se lo
combina con otro meacutetodo de compactacioacuten dinaacutemica
Compactacioacuten por humedecimiento previo y por explosiones profundas Este meacutetodo fue
desarrollado en al Unioacuten Sovieacutetica por Livinov (1976) en la deacutecada de los 60 El espesor de
suelos a compactar es previamente humedecido a traveacutes de un sistema de drenes
(cuadriacutecula de 3 x 3 a 5 x 5 m) Las cargas explosivas (5 a 7 Kg) son colocadas en el fondo
de los mismos drenes o bien en tubos metaacutelicos colocados en perforaciones adicionales La
cuadriacutecula con las cargas es aproximadamente de 4 x 4 m En este procedimiento no es
necesario la completa saturacioacuten del suelo que por ejemplo necesita el meacutetodo anterior
Posterior al humedecimiento se hacen estallar las cargas de toda un aacuterea (2000 a 50000
m2) La explosioacuten generan una onda de choque que hace licuar la estructura del suelo lo
cual permite un reacomodamiento de las partiacuteculas y un crecimiento de la densidad del
suelo En ciertos casos es aconsejable la construccioacuten de trincheras alrededor de la zona a
compactar a efectos de evitar la propagacioacuten de grietas fuera de ella La explosioacuten produce
un importante a inmediato asentamiento de la superficie del terreno Los asentamientos en
general se estabilizan al cabo de 3 oacute 4 semanas Este tipo de meacutetodo es aconsejable cuando
se desea compactar grandes voluacutemenes de suelo particularmente en grandes complejos
industriales o bien en obras hidroeleacutectricas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
En este apartado se incluyen aquellos meacutetodos de estabilizacioacuten consistentes en la mezcla y
posterior compactacioacuten de suelo colapsable con otros materiales (arena gravas) a efectos
de conseguir mayor resistencia y mayor rigidez Este tipo de estabilizacioacuten es de amplio use
en la ingenieriacutea vial en la construccioacuten de bases y de sub-bases
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
Este grupo incluye a aquellas metodologiacuteas en las cuales el mejoramiento de las
propiedades resistentes del suelo se consiguen con la creacioacuten de viacutenculos maacutes soacutelidos y
estables en la estructura del suelo En algunas de ellas la inyeccioacuten de agentes cementantes
provoca la rotura de la estructura original del suelo En otras por el contrario la inyeccioacuten
de agentes quiacutemicos actuan directamente sobre los viacutenculos sin modificar la estructura del
suelo Los meacutetodos se pueden dividir en meacutetodos superficiales y meacutetodos profundos
dependiendo en donde se realice la estabilizacioacuten En los meacutetodos de estabilizacioacuten
superficiales el mejoramiento en general se consigue mediante la mezcla y posterior
compactacioacuten del suelo con agentes quiacutemicos o cementantes tales como cemento cal
emulsiones asfaacutelticas sales (NaCl Nat C03 NaPO3) etc Estos meacutetodos de estabilizacioacuten
son tambieacuten usuales en otros tipos de suelos y son de amplia utilizacioacuten en todo tipo de
obras de ingenieriacutea civil por tal motivo no insistiremos en ellos Por el contrario los
meacutetodos de estabilizacioacuten profunda aunque tambieacuten se han utilizado en otros tipos de
suelos muchos de ellos se han desarrollado y usado especiacuteficamente para eliminar o
disminuir la susceptibilidad al colapso en espesores importantes de suelo A continuacioacuten
se presentan algunos de ellos
Inyecciones de agentes quiacutemicos Las investigaciones y las realizaciones en este tipo de
estabilizaciones se ha desarrollado principalmente en la Unioacuten Sovieacutetica Seguacuten Mitchell
(1981) la razoacuten principal por la cual estos meacutetodos no se han extendido universalmente se
debe principalmente a los altos costos frente a otros tipos de estabilizaciones Sin embargo
Esvtatiev (1988) da cuenta de la existencia en la URSS de maacutes de 800 proyectos en donde
se han utilizado satisfactoriamente p ej el meacutetodo de silicatizacioacuten) Esto ha permitido un
continuo mejoramiento de la tecnologiacutea una reduccioacuten de los costos y una abundante
normativa en la regulacioacuten de su uso El agente quiacutemico maacutes utilizado por su bajo costo
frente a otros agentes quiacutemicos es el Silicato de Sodio El meacutetodo consiste en inyectar en
todo el espesor de suelo a tratar una solucioacuten de silicato de sodio (Densidad = 1 10 a 1 04
gcm3) a traveacutes de un tubo inyector de 42 mm de diaacutemetro con perforaciones de 3 mm
protegidas por un manguito de goma La inyeccioacuten se realiza a una presioacuten de 20 a 40
Kgcm2 y una descarga de 48 litros por minuto (Zvyagin et al 1978) La silicatizacioacuten del
suelo es soacutelo posible en un medio fuertemente alcalino Seguacuten Sokolovic (1973) se logra
una mejor eficiencia mediante una pre y post gasificacioacuten con carbonato de calcio Luego
de la inyeccioacuten tres son los cambios que se observan en el suelo un aumento significativo
de la resistencia a la compresioacuten (superior a 20 Kgcm2 ) una eliminacioacuten de la
susceptibilidad al colapso y una disminucioacuten de la permeabilidad Otro de los tratamientos
con agentes quiacutemicos es la inyeccioacuten de amoniacuteaco La mejora en el suelo es inferior al
tratamiento por silicatizacioacuten ademaacutes presenta la desventaja de ser un elemento toacutexico y su
utilizacioacuten requiere medidas especiales de proteccioacuten (Sokolovic 1973)
Estabilizacioacuten teacutermica Esta teacutecnica comenzoacute a desarroIlarse en la URSS en la deacutecada de
los antildeos 50 y ha sido utilizada exitosamente en un importante nuacutemero de emprendimientos
Seguacuten Esvtatiev (1988) la aplicacioacuten de este meacutetodo es teacutecnica y econoacutemicamente
aconsejable en los siguientes casos a) en la estabilizacioacuten de fundaciones existentes de
estructuras altas como chimeneas tanques de agua b) en la paralizacioacuten de los
asentamientos en construcciones existentes provocados por el colapso del suelo Las
propiedades de los minerales arcillosos cambian cuando eacutestos son sometidos a altas
temperaturas lo cual genera un aumento importante de la resistencia y por ende la
eliminacioacuten de la susceptibilidad al colapso del suelo La tecnologiacutea ha ido variando y
mejorando su eficiencia a lo largo de estas deacutecadas No obstante la variedad de meacutetodos
casi todos ellos consisten en la introduccioacuten de un quemador de fuel o gas dentro de un pre
pozo de 020 metros de diaacutemetro con una presioacuten de aire de 20 a 30 Kgcm2 De esta
forma al cabo de 10 a 15 diacuteas se consigue una columna estabilizada de suelo de 20 a 30
metros y una profundidad de 10 a 15 metros (Beles y Stanculescu 1958)
Estabilizacioacuten mediante mezclado mecaacutenico con agentes cementantes El objetivo de este
tipo de estabiacutelizacioacuten es la creacioacuten de columnas o pilotes de suelo con alta resistencia y
rigidez que permitan la transferencia de las cargas a mantos maacutes profundos y estables
Varios son los meacutetodos constructivos que pueden agruparse dentro de este grupo Los
subdividiremos en los siguientes subgrupos dependiendo del lugar en donde se realiza la
mezcla del suelo con el agente cementante
1 La mezcla del suelo y el agente cementante se realiza en superficie En este caso la
excavacioacuten se puede realizar bien utilizando la teacutecnica constructiva empleada en los pilotes
de suelo (hinca) o bien usar teacutecnicas usuales de perforacioacuten La mezcla deiexcl suelo con el
agente cementante (preferentemente Cemento Portland) puede ser fluida (suelo cemento
plaacutestico) a introducirse dentro de la excavacioacuten en forma de pastones o bien mezclar el
suelo y elcemento con porcentaje de humedad oacuteptimo a introducirlos en la perforacioacuten en
tongadas (100 a 200 Kg) las cuales posteriormente son compactadas dentro de la misma
excavacioacuten Por lo tanto existen cuatro variantes seguacuten sea el tipo de excavacioacuten y el tipo
de mezcla
2 La mezcla del suelo y el cemento se realiza en el mismo proceso de perforacioacuten En este
caso la mezcla del agente cementante se realiza con el propio suelo La mezcla puede
realizarse mediante uacutetiles especiales que van mezclando el suelo con una lechada de
cemento o bien usar la teacutecnica del jet grouting mediante un chorro de lechada a alta presioacuten
Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
Este tipo de estabilizacioacuten se realiza principalmente en terrenos con suelos potencialmente
colapsables en los cuales la presencia de cargas adicionales en superficie puede generar
asentamientos adicionales ante un incremento de la humedad del suelo Asiacute una parte del
suelo colapsable superficial ubicado directamente debajo de las fundaciones es excavado
extraiacutedo y reemplazado por otro material maacutes competente Los materiales generalmente
utilizados son los siguientes el mismo suelo extraiacutedo compactado y eventualmente
estabilizado granulomeacutetricamente arena compactada o suelo cemento compactado La
eleccioacuten del tipo de material estaacute condicionado generalmente por variables teacutecnico
econoacutemicas Los espesores de estos mantos son variables (1 a 4 m) dependiendo del tipo de
cargas y de las caracteriacutesticas del proyecto Por ejemplo en algunos proyectos los
condicionantes pueden ser los asentamientos diferenciales (edificios) en cambio en otros
(canales) no soacutelo importa disminuir la probabilidad que se produzca el colapso sino
tambieacuten lograr una capa de suelo maacutes impermeable Este tipo de metodologiacutea ha sido
utilizada con eacutexito en numerosos paiacuteses y en innumerables tipos de obras Tambieacuten es
frecuente el empleo de esta metodologiacutea en forma conjunta con otro tipo de estabilizacioacuten
profunda cuando se presentan mantos de suelos colapsables profundos y con espesores
muy dispares
113 Medidas conducentes a evitar la iniciacioacuten del colapso
Arriba se sentildealaron los tipos de humedecimientos que seguacuten Goldstein (1969) pueden
presentarse en una masa de suelo
a) humedecimiento localizado por rotura de conducciones hidraacuteulicas o infiltraciones de
aguas de lluvia
b) humedecimiento extenso causado por roturas de canales o efluentes industriales
c) ascenso del nivel freaacutetico
d) aumento gradual y lento del contenido de humedad por condensacioacuten del vapor de agua
provocados por condiciones ambientales
Muchos de estos tipos de humedecimientos pueden ser prevenidos principalmente los
primeros pues en general eacutestos son debidos a fallas o roturas de las instalaciones de la
misma construccioacuten En cambio los otros tipos de humedecimientos estaacuten condicionados
por factores externos al proyecto como por ejemplo puede ser el ascenso del nivel freaacutetico
o la rotura de un canal cercano y ajeno al proyecto La accioacuten del proyectista debe estar
encaminada principalmente a impedir dentro de los liacutemites del proyecto la generacioacuten de
estos humedecimientos provocados por elementos de la propia construccioacuten Robinson y
Narkiewicz (1982) sugieren las siguientes medidas de proteccioacuten contra el humedecimiento
de edificios
a) Pendientes adecuadas en la superficie del terreno que rodea a la construccioacuten de modo
que no se produzcan embalsamientos de agua en las cercaniacuteas de las fundaciones y que
cualquier peacuterdida de agua pueda ser eliminada con rapidez
b) Canalizacioacuten de todos los desaguumles de techos y patios hacia el exterior de la
construccioacuten
c) Instalacioacuten de membranas impermeables o pavimentacioacuten de la superase que rodea a la
construccioacuten de modo de limitar la infiltracioacuten de agua en el suelo adyacente a las
construcciones
d) Encerrar las conducciones de agua o efluentes cloacales dentro de conductos de faacutecil
acceso a efectos de detectar posibles peacuterdidas
Algunas de estas medidas requieren una serie de medidas de control y mantenimiento
durante la vida uacutetil de la obra de manera que perioacutedicamente se realicen inspecciones a las
instalaciones y puedan detectarse peacuterdidas o dantildeos en las mismas Tambieacuten es aconsejable
que los propietarios de la obra conozcan perfectamente los riegos a que estaacute expuesta la
misma de modo que su actividad yo descuidos no inicie procesos de humedecimiento del
terreno
Las medidas de proteccioacuten en otros tipos de obras civiles (canales o caminos) tienen la
misma filosofiacutea es decir elementos de proteccioacuten que impidan o dificulten la entrada del
agua en el terreno de fundacioacuten Asiacute por ejemplo en las obras lineales se debe prestar una
especial atencioacuten al disentildeo del sistema de alcantarillado y de desaguumles En algunos casos
estas obras suelen seguir parcialmente las curvas de nivel del terreno convirtieacutendose en
verdaderas presas que impiden el natural escurrimiento de las aguas provocando la
acumulacioacuten de agua en su entorno lo que genera un humedecimiento generalizado del
terreno de fundacioacuten con los consecuentes dantildeos en la obra
Es frecuente que en ciertos tipos de obras como viviendas unifamiliares de una planta o
incluso caminos y canales las uacutenicas medidas a adoptar sean las presentadas en este
apartado ya que la utilizacioacuten de teacutecnicas de mejoramiento o fundaciones profundas
resultan prohibitivas En realidad la mayoriacutea de las obras aludidas se construyen admitiendo
el riesgo de un posible colapso del terreno El buen comportamiento que han tenido la
mayoriacutea de ellas se debe fundamentalmente a que no se ha producido ninguacuten tipo de
humedecimiento En contraste los dantildeos son serios en aquellas obras que los han sufrido
Por todo ello es un deber de los investigadores a ingenieros buscar nuevas soluciones
econoacutemicas que permitan disminuir los riesgos y por ende los dantildeos en este tipo de obras
Uno de los caminos en tal sentido es el estudio de estructuras que absorban o minimicen
los posibles asentamientos diferenciales provocados por el humedecimiento localizado del
suelo sin un aumento excesivo de los costos
114 Estructuras yo fundaciones que admiten y resisten los fenoacutemenos provocados
por el colapso
El anaacutelisis de este apartado se centraraacute principalmente en el estudio de las fundaciones
superficiales en suelos potencialmente colapsables ya que el otro gran grupo de soluciones
fundaciones profundas mediante pilotes seraacute objeto de un examen detallado en los
apartados siguientes
La lista de estructuras que se asientan directamente sobre mantos de suelos potencialmente
colapsables es amplia entre ellas pueden sentildealarse viviendas unifamiliares construcciones
transitorias galpones ductos enterrados canales caminos etc
Las fundaciones directas sobre suelos colapsables pueden ser divididas en dos grupos
a) Fundaciones riacutegidas utilizadas principalmente en estructuras livianas y con cargas
puntuales por ejemplo torres de liacuteneas de alta tensioacuten columnas de naves industriales o
depoacutesitos En general este tipo de estructuras tienen algunos rasgos comunes como son por
ejemplo cargas verticales bajas cargas horizontales importantes y en general suelen
aceptar asentamientos admisibles mayores
b) Fundaciones de baja rigidez longitudinal en este caso se trata de estructuras con cargas
lineales (muros de carga canales etc) con baja rigidez en el sentido de las cargas Este tipo
de estructuras son sensibles a humedecimientos localizados del terreno que generan
asientos diferenciales importantes En general las medidas que suelen tomarse para
disminuir los efectos de los asientos diferenciales son las siguientes disentildeo de elementos
que rigidicen la estructura (Clemence Y Finbarr 1981) y el disentildeo de elementos
constructivos que eviten
RECAPITULACIOacuteN
Definido el concepto de colapso el estudio se ha enfocado al anaacutelisis de los suelos
colapsables por humedecimiento En esta clase particular de suelos metaestables el agente
externo que desencadena el fenoacutemeno de colapso es el agua En estos suelos un incremento
de humedad puede provocar una disminucioacuten o anulacioacuten de las fuerzas que vinculan unas
partiacuteculas con otras y por lo tanto cambiar el estado de equilibrio en la estructura del suelo
El colapso de la estructura del suelo depende fundamentalmente de dos causas a) de la
importancia de los cambios provoca dos por el agua en los viacutenculos existentes entre las
partiacuteculas y b) del estado tensional en los viacutenculos O sea para que se produzca el colapso
es necesario un agente sensibilizante y un estado tensional capaz de provocar la des-
estabilizacioacuten de la estructura del suelo
Por este motivo los meacutetodos que mejor reflejan la susceptibilidad al colapso de un suelo
son aquellos basados en ensayos mecaacutenicos donde ambos factores estaacuten presentes
La gran subdivisioacuten que se hace a los suelos colapsables parte precisamente de verificar
coacutemo es el comportamiento del suelo en su estado tensional original o bajo su propio
peso Si se produce el colapso bajo este estado se indica que el suelo es verdaderamente
colapsable o autocolapsable en cambio si el fenoacutemeno no se produce se sentildeala que el
suelo es candicionalmente colapsable o colapsable bajo carga
En este contexto diversos investigadores introducen el concepto (tambieacuten tensional) de
Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) o Presioacuten de Fluencia Saturada (σf) como aquella
presioacuten a la cual se produce el colapso Desde un punto de vista teoacuterico esta presioacuten deberiacutea
ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero desde un punto de vista praacutectico se
asume que una pequentildea magnitud del colapso es permisible Por ejemplo las normas
Sovieacuteticas Lo toman igual al 100 las Chinas igual al 150 En cambio en Argentina se
utiliza maacutes la Presioacuten de Fluencia Saturada que se obtiene de forma similar a la Presioacuten de
Preconsolidacioacuten No obstante esta diferencia metodoloacutegica en ambos casos el concepto es
el mismo
Con respecto a las metodologiacuteas usadas para establecer la susceptibilidad al colapso de un
suelo o de un perfil de suelo han sido analizadas las que utilizan el concepto de Presioacuten
Inicial de Colapso y la magnitud del colapso Esta seleccioacuten se realizoacute fundamentalmente
por las siguientes causas primero porque se hacen en base a ensayos mecaacutenicos donde
intervienen el agente externo (el agua) y el estado tensional del suelo y segundo porque
permiten establecer ya sea a traveacutes de un perfil de colapsabilidad o la magnitud del
colapso coacutemo seraacute realmente el comportamiento del terreno ante las solicitaciones
producidas por la obra de ingenieriacutea
Los perfiles de colapsabilidad relacionan en profundidad el peso propio de las tierras con
la Presioacuten Inicial de Colapso esto permite determinar el espesor de suelos autocolapsables
o el espesor de los suelos que colapsaraacuten si ademaacutes del humedecimiento se aumenta el
estado tensional Estos perfiles son de gran ayuda al proyectista de fundaciones en suelos
colapsables dado que le permiten conocer en forma global la magnitud del problema al que
estaacute enfrentado No obstante su utilidad no termina alliacute sino que por el contrario estos
perfiles le permiten tomar decisiones sobre cuaacuteles son las soluciones ingenieriles maacutes
convenientes del proyecto Pues con su ayuda se podraacute seleccionar el meacutetodo de
mejoramiento del terreno la cota de fundacioacuten de una fundacioacuten profunda la magnitud de
la carga por rozamiento negativo etc
La determinacioacuten de la magnitud del colapso de un perfil de suelo usada como
metodologiacutea de clasificacioacuten tambieacuten es de utilidad en el disentildeo de construccioacuten de obras
de ingenieriacutea en suelos colapsables Sobre todo en la caracterizacioacuten del terreno de grandes
aacutereas ya sea en obras lineales (canales caminos etc) o puntuales (complejos fabriles obras
hidraacuteulicas etc) dado que cada perfil de suelo estaacute caracterizado por un paraacutemetro lo cual
permite el manejo de un nuacutemero importante de informacioacuten Obviamente esta metodologiacutea
tambieacuten es de gran use en cualquier tipo de obras independientemente de su tamantildeo a
importancia
En un abundante nuacutemero de proyectos no es suficiente haber realizado una caracterizacioacuten
o clasificacioacuten del terreno sino que es necesario determinar la magnitud de los
asentamientos que pueden producirse en las obras Los asentamientos por colapso depende
baacutesicamente de dos tipos de factores intriacutensecos y extriacutensecos
Se sentildealan como intriacutensecos aquellos factores propios del suelo como son sus propiedades
fiacutesicas y mecaacutenicas El comportamiento del suelo dependeraacute del tipo de estructura o la
forma en que estaacuten ordenadas las partiacuteculas del grado de compacidad del tipo de viacutenculos
que unen grano con grano etc Estos factores en general no se encuentran
homogeacuteneamente distribuidos por lo cual los paraacutemetros que definen sus propiedades
tenso-deformacionales pueden sufrir variaciones locales importantes
Los factores externos que influyen en la magnitud de los asentamientos son dos el aacuterea
inundada y el estado tensional Estos dos factores influyen considerablemente en la
magnitud de los asentamientos por colapso y por tal motivo deben ser analizados
especiacuteficamente en los caacutelculos Respecto al primero de los factores a pesar que se han
realizado importantes trabajos teoacutericos la informacioacuten experimental indica que todaviacutea
existe cierta indeterminacioacuten en su estimacioacuten Por tal motivo la influencia del aacuterea
inundada en la magnitud de los asentamientos se limita a realizar correcciones de tipo
empiacuterico En cuanto a la influencia que el estado tensional tiene en los asentamientos las
investigaciones se han centrado especialmente en el estudio de cargas externas (zapatas) en
la superficie del terreno
ENSAYOS ldquoin siturdquo Perforacioacuten y muestreoEnsayos ldquoin siturdquo
o Ensayo de penetracioacuten estandar (SPT)o Ensayo de penetracioacuten de cono (CPT + CPTu)o Dilatoacutemetro de placa plana (DMT)o Presuroacutemetro (PMT)o Corte en veleta (VST)10487131048713 Meacutetodos geofiacutesicoso Ondas siacutesmicas (P- S- R-waves)o Electromagneacuteticas (radar resistividad)
EQUIPOS AUTOPROPULSADOS
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)1048713El ensayo ldquoin siturdquo maacutes comuacuten en el mundo10487131902 - Coronel Gow de Raymond Pile Co1048713 Muestreador ciliacutendrico partido1048713 Norma ASTM D 15861048713 Martillo (140-lbs cae 30 pulgadas) (635-kg cae 076 metros)1048713 Tres incrementos de 6 pulgadas Suma de los dos uacuteltimos incrementos = N (golpespieacute)
Se obtiene suelo y
un nuacutemero
Muestra alterada
(Solo para
caraterizacioacuten)
Nuacutemero muy crudo
para el anaacutelisis
No aplicable en
Ventajas
arcillas blandas y
Limos
Variabilidad e
incertidumbre
se obtiene un nuacutemero
Sencillo y de bajo
Costo
Funciona en muchos
tipos de suelo
Se puede utilizar en
rocas blandas
Disponible
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Estos suelos en condiciones de no saturacioacuten o saturacioacuten parcial presentan continuamente un reacomodo radical de las partiacuteculas y una gran peacuterdida de volumen por remojo osea al entrar al estado de saturacioacuten completa La existencia de estos suelos en el mundo y las dificultades ocasionadas a las edificaciones cimentadas sobre ellos han sido reconocidos ampliamente Los depoacutesitos maacutes extensos de suelos colapsables son eoacutelicos o depoacutesitos transportados de arena y limos (loess)Se puenden encontrar comuacutenmente en las maacutergenes fluviales
Desventajas
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Depoacutesitos eoacutelicos Estos depoacutesitos consisten en materiales transportados por el viento el cual forma dunas depoacutesitos tipo loess playas eoacutelicas y grandes depoacutesitos de ceniza volcaacutenica
Depoacutesitos transportados por agua Consisten principalmente de depoacutesitos de sedimentos sueltos a carreados por el agua los cuales forman abanicos fluviales y flujos deslizantes Estos materiales pueden ser depositados por una avenida repentina o flujo de lodo derivado de pequentildeas cuencas colectoras sujetas a aguaceros poco frecuentes
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Suelos residuales Estos suelos son producto del intemperismo y la
desintegracioacuten y alteracioacuten mecaacutenica de rocas madres Las partiacuteculas de
material residual pueden variar de tamantildeo de grandes fragmentos de
gravas a arenas limos coloides y en algunos casos material orgaacutenico
La estructura del grano colapsable se ha desarrollado como producto de
la accioacuten disolvente sobre el material soluble y coloidal La lixiviacioacuten del
material soluble y del material fino conduce a una alta relacioacuten de vaciacuteos
y a una estructura inestable Otro tipo de suelo que muestra colapso al
remojo son aquellos derivados de tufo volcaacutenico
sulfato de calcio arenas sueltas cementadas por sal soluble arcillas
dispersivas y arcillas montmorilloniacuteticas ricas en sodio
CAUSAS QUE GENERARIacuteAN DICHO COMPORTAMIENTO- Estructura parcialmente saturada potencialmente inestable- Una componente de esfuerzo aplicado o existente lo suficientemente alta para desarrollar una condicioacuten metaestable- Un ligante resistente o un agente cementante para estabilizar contactos intergranulares el cual se reduce por remojo ocasionando el colapso La mayoriacutea de suelos colapsables involucra la accioacuten de partiacuteculas arcillosas en los enlaces entre los granos gruesos de arena-Agentes cementantes tales como oacutexido de hierro carbonato de calcio o la soldadura de granos en contacto proporcionan esfuerzos resistentes para muchos suelos colapsables La accioacuten de este cementante es frecuentemente el agente principal de colapso en loess El grado al cual el agente cementante pierde su efectividad depende del grado de contaminacioacuten del ingreso del agua y del grado de disolucioacuten del agente cementante involucrado
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
CONSOLIDOacuteMETRO PARA ENSAYO DE COLAPSO
Se procede a cortar el suelo de acuerdo con las dimensiones del anillo
del ensayo de consolidacioacuten unidimensional Determinar sus
propiedades fiacutesicas tales como humedad natural peso volumen
gravedad especiacutefica de soacutelidos liacutemites de consistencia distribucioacuten
granulomeacutetrica seguacuten las normas
Se instala la muestra en el anillo del consolidoacutemetro despueacutes de haber
determinado el peso inicial de la masa huacutemeda y altura de la muestra y
fijar el conjunto anillo-muestra en el consolidoacutemetro Aplicar una carga
de contacto 005 kgcm2 (5 Kpa) despueacutes de 5 min tomar lectura del
deformiacutemetro aplicar incrementos de carga a cada hora hasta que se
aplique la presioacuten vertical apropiada Los incrementos de carga seraacuten
012 025 050 100 200 etc Kgcm2 (12 25 50 100 200 etc) o
cargas de acuerdo al meacutetodo de ensayo ASTM D2435 registrar la
deformacioacuten antes de incrementar una nueva carga
Determinacioacuten del potencial de colapso
donde
di = lectura del dial con el esfuerzo adecuado antes de la saturacioacuten (mm)
df = lectura del dial bajo el esfuerzo adecuado despueacutes del humedecimiento (mm)
ho = altura inicial de la muestra (mm)
Tmbieacuten se puede evalua en teacuterminos de relacioacuten de vaciacuteos
dondeΔe = cambio de relacioacuten de vaciacuteos bajo el esfuerzo adecuado antes y despueacutes de la inundacioacuteneo = relacioacuten de vaciacuteo inicialLa evaluacioacuten de un suelo colapsable seraacute de acuerdo a la siguiente tablaCon todo lo epxlicado concluimos que el colapso de los suelos es la disminucioacuten moderada de volumen cuando estaacute con bajo contenido de humedad y una gran peacuterdida cuando estaacute sumergido y la magnitud de asentamiento depende del contenido de humedad del suelo En estado sumergido y bajo la aplicacioacuten de cargas verticales los suelos colapsables presentan un mayor asentamiento Los suelos colapsables existen en todo el mundo principalmente en la regiones aacuteridas y semiaacuteridas nuevamente comentando que los depoacutesitos eoacutelicos coluviales residuales tubos volcaacutenicos etc son suelos que pueden ser colapsables
Definicioacuten de colapso Se definen como colapso a cualquier disminucioacuten raacutepida de volumen del suelo producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factoresbull Contenido de humedad (w) bull Grado de saturacioacuten (Sr) bull Tensioacuten media actuante (τ) bull Tensioacuten de corte (σ) bull Presioacuten de poros (u)
TIPOS DE SUELOS COLAPSABLESLos tipos de suelos colapsables son
- Suelos aluviales y coluviales ndash Depositados en ambientes Semi-deseacuterticos por flujos maacutes o menos torrenciales- Suelos eoacutelicos ndash Depositados por el viento son arenas y limos arenosos con escaso cemento arcilloso en una estructura suelta o inestable
- Cenizas volcaacutenicas ndash Provenientes de cenizas arrojadas al aire por actividad volcaacutenica explosiva- Suelos residuales ndash Derivados de la descomposicioacuten in ndash situ de minerales de ciertas rocas son luego lixiviados por el agua y pierden su cemento
CONSECUENCIAS EN CIMENTACIONES
Patologiacuteas en cimentaciones Posibles causas
Introduccioacuten
De todos los posibles tipos de patologiacutea que puede sufrir la edificacioacuten las estadiacutesticas demuestran que son las patologiacuteas ligadas a las cimentaciones las que mayores costes globales conllevan Ademaacutes tienen gran repercusioacuten social lo que las hace maacutes notorias por la complejidad propia de su reparacioacuten porque suponen una fuerte alteracioacuten y hasta interrupcioacuten del uso del inmueble y porque suelen involucrar a colindantes e incluso poderes puacuteblicos Urge como en ninguacuten otro caso determinar las causas y cuanto antes dar una solucioacuten al problema
Causas intriacutensecas de fallos de cimentacioacuten
Se agrupan aquiacute los fallos de cimentacioacuten consecuencia de la interaccioacuten entre el terreno y la propia cimentacioacuten de la construccioacuten afectada
Defectos de proyecto
Son errores de concepcioacuten de disentildeo o caacutelculo del proyecto Son errores previsibles por lo que si se tienen en cuenta en el disentildeo y caacutelculo de la edificacioacuten el riesgo de que provoquen dantildeos se minimizaEnumeramos aquiacute no todas pero siacute algunas de las posibles causas de problemas derivadas del proyectobull Falta de capacidad de carga cimentacioacuten insuficiente o capacidad
de carga del suelo insuficientebull Esfuerzos no contemplados por ej por olvido de algunas
sobrecargas de explotacioacutenbull Conocimiento insuficiente del suelo Lo que deriva en la ignorancia
de riesgos especiales geoteacutecnicos Las causas pueden ser escasez de reconocimientos previos del terreno mala interpretacioacuten de los mismos no consideracioacuten de los fenoacutemenos de agresividad etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Cobra importancia en terrenos con especiales caracteriacutesticas
Arcillas expansivas
Suelos colapsables
Rellenos antroacutepicos
Suelos blandos naturales
Infravaloracioacuten del riesgo geoteacutecnico conocido eacuteste Casos asiacute pueden ser desprecio de los efectos que produce la falta de homogeneidad de un suelo o las distintas profundidades de aparicioacuten de la roca en planta desprecio de los efectos de la potencial expansividad o de posible subpresioacuten o fenoacutemenos de subsidencias procesos de disolucioacuten etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONESbull Defectos en la evaluacioacuten del terreno asientos calculados no
tolerables por la estructura esfuerzos paraacutesitos en pilotes (olvido del efecto de asiento de terrenos flojos o rellenos recientes) etc
bull Efecto grupo en pilotes defectuosa estimacioacuten del efecto grupo en pilotes flotantes no consideracioacuten de los esfuerzos laterales o del rozamiento negativo etc
bull Ausencia de consideracioacuten del bulbo de tensiones de la cimentacioacuten propia y su alcance Pero tambieacuten de cimentaciones colindantes que podriacutean suponer una carga oblicua sobre nuestra cimentacioacuten habraacute que considerarla en caacutelculo y prever un proceso constructivo adecuado (no vayamos a provocar dantildeos a otras edificaciones)
bull Ignorancia de las condiciones de contorno es decir no consideracioacuten de las condiciones del entorno de la estructura
proyectada posibles socavaciones arrastres descalces agotamientos rebajamientos de nivel freaacutetico etc
bull Heterogeneidades distribucioacuten irregular de las cargas o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentacioacuten
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Defectos de ejecucioacuten
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecucioacuten de eacutestos Los defectos de ejecucioacuten normalmente responden a un deficiente Control de Calidad Por tanto en principio son evitablesAlgunos errores de ejecucioacuten podriacutean serbull Apreciacioacuten erroacutenea de los estratos resistentes confundidos con
capas de poco espesor bolos erraacuteticos etcbull Errores de replanteo bull Mala calidad de los materiales en especial hormigones Deterioro
de zapatas losas o muros por escasa calidad de los materiales grietas de retraccioacuten por mala dosificacioacuten del hormigoacuten materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto etc
bull Degradacioacuten del material suele ir unido al anterior hormigoacuten no resistente a la agresividad del terreno recubrimientos insuficientes madera metal etc
bullCAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Lavado del hormigoacuten en cimentaciones superficiales o profundas colocado en presencia de aguas en movimiento
Errores en la colocacioacuten de armaduras confusioacuten de diaacutemetros de armado ausencia de separadores etc
Problemas de fraguado unidos a errores de vertido de dosificacioacuten de curado
Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio cortadas lavadas) o de baja calidad y excesiva carga portante de caacutelculo
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
donde Hj es el espesor de estrato en cm y δzsj es el coeficiente de colapsabilidad del estrato
j en cmcm o en por ciento obtenido por medio de ensayos edomeacutetricos en los cuales
primero se carga el suelo hasta la presioacuten por peso propio y luego se inunda la muestra
La sumatoria soacutelo tiene en cuenta aquellos valores de δzs jmayores de 0015
Si Δzs lt 7 cm se considera al suelo no autocolapsable por humedecimiento y se clasifica
al lugar como sitio TIPO 2 Si en cambio Δzs gt 11 cm se considera al suelo
autocolapsable por humedecimiento y se lo clasifica como sitio TIPO 1
Por uacuteltimo si 7 cm lt Δzs lt 11 cm el tipo de sitio debe ser determinado despueacutes de un
exhaustivo estudio de la geomorfologiacutea estratigrafiacutea y caracteriacutesticas estructurales del
suelo
El Coacutedigo tambieacuten establece que la magnitud del colapso por peso propio (Δzs) tambieacuten
puede ser determinada directamente en el terreno a traveacutes de una balsa o laguna de
infiltracioacuten de dimensiones especiacuteficas
La segunda etapa de la evaluacioacuten de la colapsabilidad consiste en establecer el Grado de
Colapsabilidad del suelo de cimentacioacuten Para ello se carga a las muestras representativas
de cada uno de los estratos a una presioacuten de 200 kPa y luego se las inunda La magnitud del
colapso se obtiene
donde δsj es el Coeficiente de colapsabilidad del estrato j en cmcm para una presioacuten de
200 kPa La sumatoria soacutelo tiene en cuenta valores de Δs mayores de 0015
donde δsj es el Coeficiente de colapsabilidad del estrato j en cmcm para una presioacuten de
200 kPa La sumatoria soacutelo tiene en cuenta valores de Δs mayores de 0015
SOLUCIONES INGENIERILES EN SUELOS COLAPSABLES
111 Consideraciones generales
La primera cuestioacuten que debe analizarse cuando se disentildean cimentaciones en suelos
susceptibles al colapso es la probabilidad que el agente desencadenante del fenoacutemeno el
agua pueda o no introducirse en el terreno y por ende sensibilizar al suelo en donde se
apoyaraacuten las estructuras Por definicioacuten sin la presencia del agua el suelo no colapsa Esta
cuestioacuten es significativa puesto que pueden existir numerosos casos en donde la
probabilidad que el agua se infiltre en el suelo sea lo suficientemente baja como para
analizar la posibilidad de fundar la estructura considerando el comportamiento del suelo en
su estado natural Por lo tanto cuando se hable de suelos potencialmente colapsables por
humedecimiento no debe pensarse uniacutevocamente en las soluciones ingenieriles que se
utilizan en suelos colapsables
Hecha esta aclaracioacuten a continuacioacuten se trataraacute de ofrecer un panorama de las distintas
soluciones ingenieriles que se adoptan en suelos colapsables por humedecimiento cuando
las probabilidades de que se produzca el fenoacutemeno son altas
El objetivo central de todas estas soluciones es prevenir las fallas estructurales o de servicio
que pueden sobrevenir sobre las estructuras construidas sobre estratos de suelos
colapsables
Aitchison (1973) divide a estas soluciones en
a) Tratamiento del suelo colapsable con vista a eliminar la tendencia al colapso a lo largo
de todo el estrato de suelos desmoronables
b) Disentildeo de elementos constructivos que eliminen o disminuyan a liacutemites razonables la
posibilidad que se inicie el colapso
c) Disentildeo de estructuras yo cimentaciones insensibles a los asentamientos provocados por
el colapso por ejemplo fundaciones profundas apoyadas sobre un manto profundo no
sujeto a los asentamientos por humedecimiento
El primer grupo de soluciones comprende los meacutetodos de mejoramiento de suelo por
medio de los cuales la susceptibilidad al colapso es eliminada modificando las propiedades
resistentes del suelo mediante la compactacioacuten o la cementacioacuten de los viacutenculos entre
partiacuteculas El segundo grupo incluye la adopcioacuten de medidas constructivas tendientes a
aislar el agua de manera de evitar o disminuir la presencia de condiciones favorables al
colapso admitiendo no obstante ciertos riesgos Finalmente el tercer grupo engloba tanto
las soluciones tradicionales por medio de fundaciones profundas como el disentildeo de
estructuras con fundaciones directas insensibles a los asentamientos diferenciales
provocados por el colapso del suelo En resumen en el primer grupo de soluciones se
interviene directamente en el suelo evitando asiacute el colapso en el segundo grupo se intenta
evitar que se produzca el colapso sin modificar el suelo y en el uacuteltimo grupo se construyen
estructuras yo fundaciones que admitan y resistan los fenoacutemenos provocados por el
colapso del suelo
Evstatiev (1988) sentildeala que los mejores resultados han sido alcanzados con una oacuteptima
combinacioacuten de las ventajas que individualmente tiene cada uno de los tres grupos La
experiencia ha probado que las medidas constructivas y las medidas de aislacioacuten del agua
por siacute solas no pueden resolver todos los problemas de inestabilidad que provoca el colapso
del suelo Asiacute la adopcioacuten de soluciones exclusivamente para la superestructura (por
ejemplo fundaciones profundas) sin un adecuado disentildeo que eviten dantildeos en los otros
elementos de la construccioacuten como pisos desaguumles etc han provocado serios dantildeos en
estas partes de la construccioacuten que podriacutean haber sido evitados aplicando medidas
tendientes a evitar el ingreso del agua en el terreno
La eficacia del disentildeo adoptado en cada caso depende en gran medida de la calidad de las
investigaciones geoteacutecnicas realizadas La informacioacuten baacutesica que eacutestas deben suministrar
son el espesor del manto de suelos colapsables y la magnitud del colapso bajo peso propio
o bajo carga de todos los estratos del perfil
Una incorrecta estimacioacuten de estos paraacutemetros puede llevar a proponer y construir
soluciones ingenieriles totalmente opuestas a las correctas La confeccioacuten de perfiles de
colapsabilidad como los presentados permiten establecer la existencia o no de suelos
autocolapsables sus espesores aproximados y la profundidad a la que se encuentran Esta
metodologiacutea de anaacutelisis es de gran ayuda por ejemplo en la eleccioacuten del procedimiento
idoacuteneo para estabilizar el terreno
A continuacioacuten se presenta una descripcioacuten de las distintas soluciones ingenieriles maacutes
utilizadas en este tipo de suelos En primer lugar se analizan el primer grupo de soluciones
que se ha englobado bajo el nombre de Mejoramiento de suelos continuando luego con los
otros dos grupos Medidas para evitar la iniciacioacuten del colapso y fundaciones yo
estructuras insensibles a los fenoacutemenos del colapso
112 Mejoramiento de suelos colapsables
Consideraciones previas
El objetivo principal de estas soluciones es eliminar o disminuir apreciablemente la
susceptibilidad al colapso del suelo bien disminuyendo la porosidad del suelo
(compactacioacuten) o bien aumentando la resistencia estructural entre las partiacuteculas del suelo
(meacutetodos fiacutesico-quiacutemicos) Una de las formas de clasificar los meacutetodos de mejoramiento o
estabilizacioacuten ha sido precisamente eacutesta o sea teniendo en cuenta la accioacuten resultante
sobre el suelo (Aitchison1973 Rocca1985) Sin embargo para el desarrollo y explicacioacuten
de los diferentes meacutetodos se ha elegido la clasificacioacuten propuesta por Evstatiev(1988) que
tiene en cuenta el medio usado para realizar la estabilizacioacuten y el objeto de la misma
Evstatiev (1988) propone la siguiente clasificacioacuten de los meacutetodos de estabilizacioacuten de
suelos loeacutessicos la cual puede hacerse extensiva a suelos colapsables
a) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacioacuten
b) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
c) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
d) Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
e) Meacutetodos de mejoramiento que incorporan elementos resistentes a la traccioacuten dentro del
suelo
f) Geomembranas
g) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por drenaje
h) Correccioacuten de taludes y terraplenes
A continuacioacuten siguiendo la clasificacioacuten antes expuesta se desarrollaran aquellas
metodologiacuteas de mejoramientos de suelos colapsables maacutes extendidas Desarrollaacutendose
principalmente los grupos abc y d puesto que incluyen una serie de acciones particulares
frente al fenoacutemeno del colapso En cuanto a los restantes grupos (e f g y h) las teacutecnicas de
mejoramiento del terreno utilizadas persiguen los mismos objetivos buscados en otros tipos
de suelos y en general la teacutecnica empleada es praacutecticamente la misma Por tal motivo y
puesto que se apartan un tanto del objeto de estas notas se estima conveniente no abundar
sobre ellas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacioacuten
Este grupo comprende varias de las metodologiacuteas usadas en suelos colapsables para reducir
los vaciacuteos de modo de eliminar la colapsabilidad reducir la permeabilidad y aumentar la
capacidad de carga Esto se realiza utilizando fuerzas estaacuteticas o dinaacutemicas o bien a traveacutes
de la inyeccioacuten de lechadas
Compactacioacuten dinaacutemica Este meacutetodo es adecuado para compactar mantos de suelos
colapsables superficiales con espesores menores a 350 metros El meacutetodo consiste en dejar
caer en caiacuteda libre desde una altura de 4 a 8 metros pilones de 3 a 8 Tn sobre la superficie
del terreno a razoacuten de 10 a 16 impactos en cada lugar (Abelev y Abelev 1979) El impacto
genera una rotura de la estructura del suelo un aumento de la presioacuten de poros y una
compresioacuten del aire presente en los poros produciendo un reacomodamiento de las
partiacuteculas dando como resultado una estructura maacutes compacta Seguacuten Malyshev et al
(1983) el contenido de humedad del suelo juega un papel importante lograacutendose la maacutexima
eficiencia con un contenido de humedad cercano al Liacutemite Plaacutestico Si el contenido de
humedad es menor a eacuteste es necesario humedecer el espesor de suelo de modo de alcanzar
una mejor eficacia Varios son los factores que controlan los resultados del meacutetodo asiacute por
ejemplo el espesor compactado es funcioacuten principalmente del peso y del diaacutemetro del piloacuten
En tanto el grado de compactacioacuten estaacute controlado por el nuacutemero de impactos y la humedad
del suelo El grado de compactacioacuten no es uniforme a lo largo de todo el espesor
compactado lograacutendose la maacutexima densificacioacuten a 12 a 15 veces el diaacutemetro del piloacuten
Sin embargo se pueden obtener Pesos Unitarios secos superiores a 16 tm3 en espesores de
25 a 35 m lo cual en la mayoriacutea de los casos es suficiente para disminuir o anular la
susceptibilidad al colapso del suelo Una variante a este meacutetodo es realizar la compactacioacuten
solamente en los lugares donde actuacutean las cargas y no en toda el aacuterea de la construccioacuten
Por ejemplo en casos de fundaciones de muros de carga o fundacioacuten de columnas el
mejoramiento del suelo se logra densificando la zona de influencia del bulbo de presiones
o sea la zona donde los incrementos de presioacuten pueden hacer colapsar el suelo
Compactacioacuten por medio de pequentildeos pilotes piramidales En cierta forma este meacutetodo es
una variante del meacutetodo anterior Consiste en hincar un pilote piramidal de 3 a 4 metros de
longitud con una seccioacuten transversal superior de 60 x 60 a 70 x 70 cm y una seccioacuten
transversal inferior de 10 x 10 cm Una vez retirado el pilote la cavidad se rellena con
hormigoacuten Este tipo de metodologiacutea da excelentes resultados en aacutereas en donde existe un
espesor de suelos potencialmente colapsables (no autocolapsables) de 30 o 40 m de
profundidad pero que colapsaraacuten si estaacuten sometidos a los incrementos de carga
transmitidos por las construcciones Una de las ventajas del meacutetodo es la completa
mecanizacioacuten de todas las operaciones Una variante a este meacutetodo consiste en realizar la
hinca sobre una capa de piedra partida dando como resultado un bulbo de suelo
compactado alrededor de la capa de piedra mejorando la capacidad de carga por la punta
del pilote asiacute construido
Compactacioacuten por pilotes de suelo Este es uno de los meacutetodos maacutes usuales para
compactar espesores importantes (18 a 20 m) de suelos loeacutessicos susceptibles al colapso
El procedimiento consta de dos partes primero se realiza la perforacioacuten y segundo se llena
la cavidad con suelo compactado La perforacioacuten se realiza usualmente mediante la hinca
de un pilote metaacutelico con base ensanchada (15 veces) En otra metodologiacutea de reciente uso
la excavacioacuten se hace de la siguiente forma se perfora hasta la profundidad deseada un
hoyo de 8 cm de diaacutemetro dentro del cual se coloca una columna de explosivos que luego
de estallar crea una perforacioacuten de aproximadamente 080 m de diaacutemetro Despueacutes de
efectuada esta perforacioacuten dinaacutemica la cavidad se rellena con suelo local introducido en
tongadas de 100 a 200 Kg que luego son compactadas dinaacutemicamente por medio de un uacutetil
especial Concluidas ambas etapas quedan formadas columnas de suelo compactado con un
diaacutemetro aproximado igual a dos veces el de la perforacioacuten El grado de compactacioacuten va
decreciendo a medida que se aleja del centro de la columna por tal motivo es importante
conocer esta ley de decrecimiento para disentildear correctamente la cuadriacutecula de pilotes de
suelo Al igual que en los otros meacutetodos la eficiencia del sistema aumenta en la medida que
la humedad del suelo natural y compactado se encuentre a una humedad cercana al Limite
Plaacutestico Por tal motivo es usual que previo a la perforacioacuten se realice una humectacioacuten del
espesor de suelos a compactar Las densidades alcanzadas son del orden de 170 a 180
tm3 que son suficientes para evitar el colapso por peso propio y permiten el use del
espesor compactado como manto de fundacioacuten
Compactacioacuten por explosiones de gas Esta relativamente nueva metodologiacutea de
compactar espesores de suelos colapsables consiste en introducir a traveacutes de una lanza de
agua a presioacuten una caacutemara de compresioacuten que contiene una mezcla de gas propano y
oxiacutegeno la cual se va elevando a medida que se producen una serie de explosiones de la
mezcla De este modo se va generando una columna 120 140 m de suelo compactado
(Densidad de 150 tcm3) (Martemyanov et al 1979)
Compactacioacuten por humedecimiento (Hidrocompactacioacuten) En este caso se utiliza la propia
susceptibilidad del suelo a colapsar bajo peso propio El meacutetodo maacutes frecuente de realizar
la humectacioacuten o saturacioacuten del terreno es a traveacutes de infiltracioacuten del agua desde la
superficie del terreno para lo cual se efectuacutean excavaciones poco profundas (040 a 080 m)
o bien se construyen grandes estanques En muchos casos a efectos de acelerar el ingreso
del agua al terreno se construyen dentro del estanque drenes de arena convenientemente
espaciados Este sistema ha sido empleado ampliamente en varias partes del mundo por
ejemplo en EEUU por Gibbs y Bara (1967) y Clevenger (1956) en Rumania por Bally et
al (19651969) en la URSS por Lomize (1968) y Mustafaef (1967) en China por Lin y
Liang (1982) y en Argentina por Moll et al (1979) A pesar de su amplia utilizacioacuten y su
bajo costo el meacutetodo presenta una serie de inconvenientes aparicioacuten de grietas de traccioacuten
en el contorno del aacuterea inundada existencia de importantes deformaciones posteriores al
colapso necesidad de recompactar los 4 oacute 5 primeros metros utilizando otro tipo de
metodologiacutea La efectividad de este meacutetodo se mejora sustancialmente si al mismo se lo
combina con otro meacutetodo de compactacioacuten dinaacutemica
Compactacioacuten por humedecimiento previo y por explosiones profundas Este meacutetodo fue
desarrollado en al Unioacuten Sovieacutetica por Livinov (1976) en la deacutecada de los 60 El espesor de
suelos a compactar es previamente humedecido a traveacutes de un sistema de drenes
(cuadriacutecula de 3 x 3 a 5 x 5 m) Las cargas explosivas (5 a 7 Kg) son colocadas en el fondo
de los mismos drenes o bien en tubos metaacutelicos colocados en perforaciones adicionales La
cuadriacutecula con las cargas es aproximadamente de 4 x 4 m En este procedimiento no es
necesario la completa saturacioacuten del suelo que por ejemplo necesita el meacutetodo anterior
Posterior al humedecimiento se hacen estallar las cargas de toda un aacuterea (2000 a 50000
m2) La explosioacuten generan una onda de choque que hace licuar la estructura del suelo lo
cual permite un reacomodamiento de las partiacuteculas y un crecimiento de la densidad del
suelo En ciertos casos es aconsejable la construccioacuten de trincheras alrededor de la zona a
compactar a efectos de evitar la propagacioacuten de grietas fuera de ella La explosioacuten produce
un importante a inmediato asentamiento de la superficie del terreno Los asentamientos en
general se estabilizan al cabo de 3 oacute 4 semanas Este tipo de meacutetodo es aconsejable cuando
se desea compactar grandes voluacutemenes de suelo particularmente en grandes complejos
industriales o bien en obras hidroeleacutectricas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
En este apartado se incluyen aquellos meacutetodos de estabilizacioacuten consistentes en la mezcla y
posterior compactacioacuten de suelo colapsable con otros materiales (arena gravas) a efectos
de conseguir mayor resistencia y mayor rigidez Este tipo de estabilizacioacuten es de amplio use
en la ingenieriacutea vial en la construccioacuten de bases y de sub-bases
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
Este grupo incluye a aquellas metodologiacuteas en las cuales el mejoramiento de las
propiedades resistentes del suelo se consiguen con la creacioacuten de viacutenculos maacutes soacutelidos y
estables en la estructura del suelo En algunas de ellas la inyeccioacuten de agentes cementantes
provoca la rotura de la estructura original del suelo En otras por el contrario la inyeccioacuten
de agentes quiacutemicos actuan directamente sobre los viacutenculos sin modificar la estructura del
suelo Los meacutetodos se pueden dividir en meacutetodos superficiales y meacutetodos profundos
dependiendo en donde se realice la estabilizacioacuten En los meacutetodos de estabilizacioacuten
superficiales el mejoramiento en general se consigue mediante la mezcla y posterior
compactacioacuten del suelo con agentes quiacutemicos o cementantes tales como cemento cal
emulsiones asfaacutelticas sales (NaCl Nat C03 NaPO3) etc Estos meacutetodos de estabilizacioacuten
son tambieacuten usuales en otros tipos de suelos y son de amplia utilizacioacuten en todo tipo de
obras de ingenieriacutea civil por tal motivo no insistiremos en ellos Por el contrario los
meacutetodos de estabilizacioacuten profunda aunque tambieacuten se han utilizado en otros tipos de
suelos muchos de ellos se han desarrollado y usado especiacuteficamente para eliminar o
disminuir la susceptibilidad al colapso en espesores importantes de suelo A continuacioacuten
se presentan algunos de ellos
Inyecciones de agentes quiacutemicos Las investigaciones y las realizaciones en este tipo de
estabilizaciones se ha desarrollado principalmente en la Unioacuten Sovieacutetica Seguacuten Mitchell
(1981) la razoacuten principal por la cual estos meacutetodos no se han extendido universalmente se
debe principalmente a los altos costos frente a otros tipos de estabilizaciones Sin embargo
Esvtatiev (1988) da cuenta de la existencia en la URSS de maacutes de 800 proyectos en donde
se han utilizado satisfactoriamente p ej el meacutetodo de silicatizacioacuten) Esto ha permitido un
continuo mejoramiento de la tecnologiacutea una reduccioacuten de los costos y una abundante
normativa en la regulacioacuten de su uso El agente quiacutemico maacutes utilizado por su bajo costo
frente a otros agentes quiacutemicos es el Silicato de Sodio El meacutetodo consiste en inyectar en
todo el espesor de suelo a tratar una solucioacuten de silicato de sodio (Densidad = 1 10 a 1 04
gcm3) a traveacutes de un tubo inyector de 42 mm de diaacutemetro con perforaciones de 3 mm
protegidas por un manguito de goma La inyeccioacuten se realiza a una presioacuten de 20 a 40
Kgcm2 y una descarga de 48 litros por minuto (Zvyagin et al 1978) La silicatizacioacuten del
suelo es soacutelo posible en un medio fuertemente alcalino Seguacuten Sokolovic (1973) se logra
una mejor eficiencia mediante una pre y post gasificacioacuten con carbonato de calcio Luego
de la inyeccioacuten tres son los cambios que se observan en el suelo un aumento significativo
de la resistencia a la compresioacuten (superior a 20 Kgcm2 ) una eliminacioacuten de la
susceptibilidad al colapso y una disminucioacuten de la permeabilidad Otro de los tratamientos
con agentes quiacutemicos es la inyeccioacuten de amoniacuteaco La mejora en el suelo es inferior al
tratamiento por silicatizacioacuten ademaacutes presenta la desventaja de ser un elemento toacutexico y su
utilizacioacuten requiere medidas especiales de proteccioacuten (Sokolovic 1973)
Estabilizacioacuten teacutermica Esta teacutecnica comenzoacute a desarroIlarse en la URSS en la deacutecada de
los antildeos 50 y ha sido utilizada exitosamente en un importante nuacutemero de emprendimientos
Seguacuten Esvtatiev (1988) la aplicacioacuten de este meacutetodo es teacutecnica y econoacutemicamente
aconsejable en los siguientes casos a) en la estabilizacioacuten de fundaciones existentes de
estructuras altas como chimeneas tanques de agua b) en la paralizacioacuten de los
asentamientos en construcciones existentes provocados por el colapso del suelo Las
propiedades de los minerales arcillosos cambian cuando eacutestos son sometidos a altas
temperaturas lo cual genera un aumento importante de la resistencia y por ende la
eliminacioacuten de la susceptibilidad al colapso del suelo La tecnologiacutea ha ido variando y
mejorando su eficiencia a lo largo de estas deacutecadas No obstante la variedad de meacutetodos
casi todos ellos consisten en la introduccioacuten de un quemador de fuel o gas dentro de un pre
pozo de 020 metros de diaacutemetro con una presioacuten de aire de 20 a 30 Kgcm2 De esta
forma al cabo de 10 a 15 diacuteas se consigue una columna estabilizada de suelo de 20 a 30
metros y una profundidad de 10 a 15 metros (Beles y Stanculescu 1958)
Estabilizacioacuten mediante mezclado mecaacutenico con agentes cementantes El objetivo de este
tipo de estabiacutelizacioacuten es la creacioacuten de columnas o pilotes de suelo con alta resistencia y
rigidez que permitan la transferencia de las cargas a mantos maacutes profundos y estables
Varios son los meacutetodos constructivos que pueden agruparse dentro de este grupo Los
subdividiremos en los siguientes subgrupos dependiendo del lugar en donde se realiza la
mezcla del suelo con el agente cementante
1 La mezcla del suelo y el agente cementante se realiza en superficie En este caso la
excavacioacuten se puede realizar bien utilizando la teacutecnica constructiva empleada en los pilotes
de suelo (hinca) o bien usar teacutecnicas usuales de perforacioacuten La mezcla deiexcl suelo con el
agente cementante (preferentemente Cemento Portland) puede ser fluida (suelo cemento
plaacutestico) a introducirse dentro de la excavacioacuten en forma de pastones o bien mezclar el
suelo y elcemento con porcentaje de humedad oacuteptimo a introducirlos en la perforacioacuten en
tongadas (100 a 200 Kg) las cuales posteriormente son compactadas dentro de la misma
excavacioacuten Por lo tanto existen cuatro variantes seguacuten sea el tipo de excavacioacuten y el tipo
de mezcla
2 La mezcla del suelo y el cemento se realiza en el mismo proceso de perforacioacuten En este
caso la mezcla del agente cementante se realiza con el propio suelo La mezcla puede
realizarse mediante uacutetiles especiales que van mezclando el suelo con una lechada de
cemento o bien usar la teacutecnica del jet grouting mediante un chorro de lechada a alta presioacuten
Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
Este tipo de estabilizacioacuten se realiza principalmente en terrenos con suelos potencialmente
colapsables en los cuales la presencia de cargas adicionales en superficie puede generar
asentamientos adicionales ante un incremento de la humedad del suelo Asiacute una parte del
suelo colapsable superficial ubicado directamente debajo de las fundaciones es excavado
extraiacutedo y reemplazado por otro material maacutes competente Los materiales generalmente
utilizados son los siguientes el mismo suelo extraiacutedo compactado y eventualmente
estabilizado granulomeacutetricamente arena compactada o suelo cemento compactado La
eleccioacuten del tipo de material estaacute condicionado generalmente por variables teacutecnico
econoacutemicas Los espesores de estos mantos son variables (1 a 4 m) dependiendo del tipo de
cargas y de las caracteriacutesticas del proyecto Por ejemplo en algunos proyectos los
condicionantes pueden ser los asentamientos diferenciales (edificios) en cambio en otros
(canales) no soacutelo importa disminuir la probabilidad que se produzca el colapso sino
tambieacuten lograr una capa de suelo maacutes impermeable Este tipo de metodologiacutea ha sido
utilizada con eacutexito en numerosos paiacuteses y en innumerables tipos de obras Tambieacuten es
frecuente el empleo de esta metodologiacutea en forma conjunta con otro tipo de estabilizacioacuten
profunda cuando se presentan mantos de suelos colapsables profundos y con espesores
muy dispares
113 Medidas conducentes a evitar la iniciacioacuten del colapso
Arriba se sentildealaron los tipos de humedecimientos que seguacuten Goldstein (1969) pueden
presentarse en una masa de suelo
a) humedecimiento localizado por rotura de conducciones hidraacuteulicas o infiltraciones de
aguas de lluvia
b) humedecimiento extenso causado por roturas de canales o efluentes industriales
c) ascenso del nivel freaacutetico
d) aumento gradual y lento del contenido de humedad por condensacioacuten del vapor de agua
provocados por condiciones ambientales
Muchos de estos tipos de humedecimientos pueden ser prevenidos principalmente los
primeros pues en general eacutestos son debidos a fallas o roturas de las instalaciones de la
misma construccioacuten En cambio los otros tipos de humedecimientos estaacuten condicionados
por factores externos al proyecto como por ejemplo puede ser el ascenso del nivel freaacutetico
o la rotura de un canal cercano y ajeno al proyecto La accioacuten del proyectista debe estar
encaminada principalmente a impedir dentro de los liacutemites del proyecto la generacioacuten de
estos humedecimientos provocados por elementos de la propia construccioacuten Robinson y
Narkiewicz (1982) sugieren las siguientes medidas de proteccioacuten contra el humedecimiento
de edificios
a) Pendientes adecuadas en la superficie del terreno que rodea a la construccioacuten de modo
que no se produzcan embalsamientos de agua en las cercaniacuteas de las fundaciones y que
cualquier peacuterdida de agua pueda ser eliminada con rapidez
b) Canalizacioacuten de todos los desaguumles de techos y patios hacia el exterior de la
construccioacuten
c) Instalacioacuten de membranas impermeables o pavimentacioacuten de la superase que rodea a la
construccioacuten de modo de limitar la infiltracioacuten de agua en el suelo adyacente a las
construcciones
d) Encerrar las conducciones de agua o efluentes cloacales dentro de conductos de faacutecil
acceso a efectos de detectar posibles peacuterdidas
Algunas de estas medidas requieren una serie de medidas de control y mantenimiento
durante la vida uacutetil de la obra de manera que perioacutedicamente se realicen inspecciones a las
instalaciones y puedan detectarse peacuterdidas o dantildeos en las mismas Tambieacuten es aconsejable
que los propietarios de la obra conozcan perfectamente los riegos a que estaacute expuesta la
misma de modo que su actividad yo descuidos no inicie procesos de humedecimiento del
terreno
Las medidas de proteccioacuten en otros tipos de obras civiles (canales o caminos) tienen la
misma filosofiacutea es decir elementos de proteccioacuten que impidan o dificulten la entrada del
agua en el terreno de fundacioacuten Asiacute por ejemplo en las obras lineales se debe prestar una
especial atencioacuten al disentildeo del sistema de alcantarillado y de desaguumles En algunos casos
estas obras suelen seguir parcialmente las curvas de nivel del terreno convirtieacutendose en
verdaderas presas que impiden el natural escurrimiento de las aguas provocando la
acumulacioacuten de agua en su entorno lo que genera un humedecimiento generalizado del
terreno de fundacioacuten con los consecuentes dantildeos en la obra
Es frecuente que en ciertos tipos de obras como viviendas unifamiliares de una planta o
incluso caminos y canales las uacutenicas medidas a adoptar sean las presentadas en este
apartado ya que la utilizacioacuten de teacutecnicas de mejoramiento o fundaciones profundas
resultan prohibitivas En realidad la mayoriacutea de las obras aludidas se construyen admitiendo
el riesgo de un posible colapso del terreno El buen comportamiento que han tenido la
mayoriacutea de ellas se debe fundamentalmente a que no se ha producido ninguacuten tipo de
humedecimiento En contraste los dantildeos son serios en aquellas obras que los han sufrido
Por todo ello es un deber de los investigadores a ingenieros buscar nuevas soluciones
econoacutemicas que permitan disminuir los riesgos y por ende los dantildeos en este tipo de obras
Uno de los caminos en tal sentido es el estudio de estructuras que absorban o minimicen
los posibles asentamientos diferenciales provocados por el humedecimiento localizado del
suelo sin un aumento excesivo de los costos
114 Estructuras yo fundaciones que admiten y resisten los fenoacutemenos provocados
por el colapso
El anaacutelisis de este apartado se centraraacute principalmente en el estudio de las fundaciones
superficiales en suelos potencialmente colapsables ya que el otro gran grupo de soluciones
fundaciones profundas mediante pilotes seraacute objeto de un examen detallado en los
apartados siguientes
La lista de estructuras que se asientan directamente sobre mantos de suelos potencialmente
colapsables es amplia entre ellas pueden sentildealarse viviendas unifamiliares construcciones
transitorias galpones ductos enterrados canales caminos etc
Las fundaciones directas sobre suelos colapsables pueden ser divididas en dos grupos
a) Fundaciones riacutegidas utilizadas principalmente en estructuras livianas y con cargas
puntuales por ejemplo torres de liacuteneas de alta tensioacuten columnas de naves industriales o
depoacutesitos En general este tipo de estructuras tienen algunos rasgos comunes como son por
ejemplo cargas verticales bajas cargas horizontales importantes y en general suelen
aceptar asentamientos admisibles mayores
b) Fundaciones de baja rigidez longitudinal en este caso se trata de estructuras con cargas
lineales (muros de carga canales etc) con baja rigidez en el sentido de las cargas Este tipo
de estructuras son sensibles a humedecimientos localizados del terreno que generan
asientos diferenciales importantes En general las medidas que suelen tomarse para
disminuir los efectos de los asientos diferenciales son las siguientes disentildeo de elementos
que rigidicen la estructura (Clemence Y Finbarr 1981) y el disentildeo de elementos
constructivos que eviten
RECAPITULACIOacuteN
Definido el concepto de colapso el estudio se ha enfocado al anaacutelisis de los suelos
colapsables por humedecimiento En esta clase particular de suelos metaestables el agente
externo que desencadena el fenoacutemeno de colapso es el agua En estos suelos un incremento
de humedad puede provocar una disminucioacuten o anulacioacuten de las fuerzas que vinculan unas
partiacuteculas con otras y por lo tanto cambiar el estado de equilibrio en la estructura del suelo
El colapso de la estructura del suelo depende fundamentalmente de dos causas a) de la
importancia de los cambios provoca dos por el agua en los viacutenculos existentes entre las
partiacuteculas y b) del estado tensional en los viacutenculos O sea para que se produzca el colapso
es necesario un agente sensibilizante y un estado tensional capaz de provocar la des-
estabilizacioacuten de la estructura del suelo
Por este motivo los meacutetodos que mejor reflejan la susceptibilidad al colapso de un suelo
son aquellos basados en ensayos mecaacutenicos donde ambos factores estaacuten presentes
La gran subdivisioacuten que se hace a los suelos colapsables parte precisamente de verificar
coacutemo es el comportamiento del suelo en su estado tensional original o bajo su propio
peso Si se produce el colapso bajo este estado se indica que el suelo es verdaderamente
colapsable o autocolapsable en cambio si el fenoacutemeno no se produce se sentildeala que el
suelo es candicionalmente colapsable o colapsable bajo carga
En este contexto diversos investigadores introducen el concepto (tambieacuten tensional) de
Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) o Presioacuten de Fluencia Saturada (σf) como aquella
presioacuten a la cual se produce el colapso Desde un punto de vista teoacuterico esta presioacuten deberiacutea
ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero desde un punto de vista praacutectico se
asume que una pequentildea magnitud del colapso es permisible Por ejemplo las normas
Sovieacuteticas Lo toman igual al 100 las Chinas igual al 150 En cambio en Argentina se
utiliza maacutes la Presioacuten de Fluencia Saturada que se obtiene de forma similar a la Presioacuten de
Preconsolidacioacuten No obstante esta diferencia metodoloacutegica en ambos casos el concepto es
el mismo
Con respecto a las metodologiacuteas usadas para establecer la susceptibilidad al colapso de un
suelo o de un perfil de suelo han sido analizadas las que utilizan el concepto de Presioacuten
Inicial de Colapso y la magnitud del colapso Esta seleccioacuten se realizoacute fundamentalmente
por las siguientes causas primero porque se hacen en base a ensayos mecaacutenicos donde
intervienen el agente externo (el agua) y el estado tensional del suelo y segundo porque
permiten establecer ya sea a traveacutes de un perfil de colapsabilidad o la magnitud del
colapso coacutemo seraacute realmente el comportamiento del terreno ante las solicitaciones
producidas por la obra de ingenieriacutea
Los perfiles de colapsabilidad relacionan en profundidad el peso propio de las tierras con
la Presioacuten Inicial de Colapso esto permite determinar el espesor de suelos autocolapsables
o el espesor de los suelos que colapsaraacuten si ademaacutes del humedecimiento se aumenta el
estado tensional Estos perfiles son de gran ayuda al proyectista de fundaciones en suelos
colapsables dado que le permiten conocer en forma global la magnitud del problema al que
estaacute enfrentado No obstante su utilidad no termina alliacute sino que por el contrario estos
perfiles le permiten tomar decisiones sobre cuaacuteles son las soluciones ingenieriles maacutes
convenientes del proyecto Pues con su ayuda se podraacute seleccionar el meacutetodo de
mejoramiento del terreno la cota de fundacioacuten de una fundacioacuten profunda la magnitud de
la carga por rozamiento negativo etc
La determinacioacuten de la magnitud del colapso de un perfil de suelo usada como
metodologiacutea de clasificacioacuten tambieacuten es de utilidad en el disentildeo de construccioacuten de obras
de ingenieriacutea en suelos colapsables Sobre todo en la caracterizacioacuten del terreno de grandes
aacutereas ya sea en obras lineales (canales caminos etc) o puntuales (complejos fabriles obras
hidraacuteulicas etc) dado que cada perfil de suelo estaacute caracterizado por un paraacutemetro lo cual
permite el manejo de un nuacutemero importante de informacioacuten Obviamente esta metodologiacutea
tambieacuten es de gran use en cualquier tipo de obras independientemente de su tamantildeo a
importancia
En un abundante nuacutemero de proyectos no es suficiente haber realizado una caracterizacioacuten
o clasificacioacuten del terreno sino que es necesario determinar la magnitud de los
asentamientos que pueden producirse en las obras Los asentamientos por colapso depende
baacutesicamente de dos tipos de factores intriacutensecos y extriacutensecos
Se sentildealan como intriacutensecos aquellos factores propios del suelo como son sus propiedades
fiacutesicas y mecaacutenicas El comportamiento del suelo dependeraacute del tipo de estructura o la
forma en que estaacuten ordenadas las partiacuteculas del grado de compacidad del tipo de viacutenculos
que unen grano con grano etc Estos factores en general no se encuentran
homogeacuteneamente distribuidos por lo cual los paraacutemetros que definen sus propiedades
tenso-deformacionales pueden sufrir variaciones locales importantes
Los factores externos que influyen en la magnitud de los asentamientos son dos el aacuterea
inundada y el estado tensional Estos dos factores influyen considerablemente en la
magnitud de los asentamientos por colapso y por tal motivo deben ser analizados
especiacuteficamente en los caacutelculos Respecto al primero de los factores a pesar que se han
realizado importantes trabajos teoacutericos la informacioacuten experimental indica que todaviacutea
existe cierta indeterminacioacuten en su estimacioacuten Por tal motivo la influencia del aacuterea
inundada en la magnitud de los asentamientos se limita a realizar correcciones de tipo
empiacuterico En cuanto a la influencia que el estado tensional tiene en los asentamientos las
investigaciones se han centrado especialmente en el estudio de cargas externas (zapatas) en
la superficie del terreno
ENSAYOS ldquoin siturdquo Perforacioacuten y muestreoEnsayos ldquoin siturdquo
o Ensayo de penetracioacuten estandar (SPT)o Ensayo de penetracioacuten de cono (CPT + CPTu)o Dilatoacutemetro de placa plana (DMT)o Presuroacutemetro (PMT)o Corte en veleta (VST)10487131048713 Meacutetodos geofiacutesicoso Ondas siacutesmicas (P- S- R-waves)o Electromagneacuteticas (radar resistividad)
EQUIPOS AUTOPROPULSADOS
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)1048713El ensayo ldquoin siturdquo maacutes comuacuten en el mundo10487131902 - Coronel Gow de Raymond Pile Co1048713 Muestreador ciliacutendrico partido1048713 Norma ASTM D 15861048713 Martillo (140-lbs cae 30 pulgadas) (635-kg cae 076 metros)1048713 Tres incrementos de 6 pulgadas Suma de los dos uacuteltimos incrementos = N (golpespieacute)
Se obtiene suelo y
un nuacutemero
Muestra alterada
(Solo para
caraterizacioacuten)
Nuacutemero muy crudo
para el anaacutelisis
No aplicable en
Ventajas
arcillas blandas y
Limos
Variabilidad e
incertidumbre
se obtiene un nuacutemero
Sencillo y de bajo
Costo
Funciona en muchos
tipos de suelo
Se puede utilizar en
rocas blandas
Disponible
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Estos suelos en condiciones de no saturacioacuten o saturacioacuten parcial presentan continuamente un reacomodo radical de las partiacuteculas y una gran peacuterdida de volumen por remojo osea al entrar al estado de saturacioacuten completa La existencia de estos suelos en el mundo y las dificultades ocasionadas a las edificaciones cimentadas sobre ellos han sido reconocidos ampliamente Los depoacutesitos maacutes extensos de suelos colapsables son eoacutelicos o depoacutesitos transportados de arena y limos (loess)Se puenden encontrar comuacutenmente en las maacutergenes fluviales
Desventajas
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Depoacutesitos eoacutelicos Estos depoacutesitos consisten en materiales transportados por el viento el cual forma dunas depoacutesitos tipo loess playas eoacutelicas y grandes depoacutesitos de ceniza volcaacutenica
Depoacutesitos transportados por agua Consisten principalmente de depoacutesitos de sedimentos sueltos a carreados por el agua los cuales forman abanicos fluviales y flujos deslizantes Estos materiales pueden ser depositados por una avenida repentina o flujo de lodo derivado de pequentildeas cuencas colectoras sujetas a aguaceros poco frecuentes
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Suelos residuales Estos suelos son producto del intemperismo y la
desintegracioacuten y alteracioacuten mecaacutenica de rocas madres Las partiacuteculas de
material residual pueden variar de tamantildeo de grandes fragmentos de
gravas a arenas limos coloides y en algunos casos material orgaacutenico
La estructura del grano colapsable se ha desarrollado como producto de
la accioacuten disolvente sobre el material soluble y coloidal La lixiviacioacuten del
material soluble y del material fino conduce a una alta relacioacuten de vaciacuteos
y a una estructura inestable Otro tipo de suelo que muestra colapso al
remojo son aquellos derivados de tufo volcaacutenico
sulfato de calcio arenas sueltas cementadas por sal soluble arcillas
dispersivas y arcillas montmorilloniacuteticas ricas en sodio
CAUSAS QUE GENERARIacuteAN DICHO COMPORTAMIENTO- Estructura parcialmente saturada potencialmente inestable- Una componente de esfuerzo aplicado o existente lo suficientemente alta para desarrollar una condicioacuten metaestable- Un ligante resistente o un agente cementante para estabilizar contactos intergranulares el cual se reduce por remojo ocasionando el colapso La mayoriacutea de suelos colapsables involucra la accioacuten de partiacuteculas arcillosas en los enlaces entre los granos gruesos de arena-Agentes cementantes tales como oacutexido de hierro carbonato de calcio o la soldadura de granos en contacto proporcionan esfuerzos resistentes para muchos suelos colapsables La accioacuten de este cementante es frecuentemente el agente principal de colapso en loess El grado al cual el agente cementante pierde su efectividad depende del grado de contaminacioacuten del ingreso del agua y del grado de disolucioacuten del agente cementante involucrado
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
CONSOLIDOacuteMETRO PARA ENSAYO DE COLAPSO
Se procede a cortar el suelo de acuerdo con las dimensiones del anillo
del ensayo de consolidacioacuten unidimensional Determinar sus
propiedades fiacutesicas tales como humedad natural peso volumen
gravedad especiacutefica de soacutelidos liacutemites de consistencia distribucioacuten
granulomeacutetrica seguacuten las normas
Se instala la muestra en el anillo del consolidoacutemetro despueacutes de haber
determinado el peso inicial de la masa huacutemeda y altura de la muestra y
fijar el conjunto anillo-muestra en el consolidoacutemetro Aplicar una carga
de contacto 005 kgcm2 (5 Kpa) despueacutes de 5 min tomar lectura del
deformiacutemetro aplicar incrementos de carga a cada hora hasta que se
aplique la presioacuten vertical apropiada Los incrementos de carga seraacuten
012 025 050 100 200 etc Kgcm2 (12 25 50 100 200 etc) o
cargas de acuerdo al meacutetodo de ensayo ASTM D2435 registrar la
deformacioacuten antes de incrementar una nueva carga
Determinacioacuten del potencial de colapso
donde
di = lectura del dial con el esfuerzo adecuado antes de la saturacioacuten (mm)
df = lectura del dial bajo el esfuerzo adecuado despueacutes del humedecimiento (mm)
ho = altura inicial de la muestra (mm)
Tmbieacuten se puede evalua en teacuterminos de relacioacuten de vaciacuteos
dondeΔe = cambio de relacioacuten de vaciacuteos bajo el esfuerzo adecuado antes y despueacutes de la inundacioacuteneo = relacioacuten de vaciacuteo inicialLa evaluacioacuten de un suelo colapsable seraacute de acuerdo a la siguiente tablaCon todo lo epxlicado concluimos que el colapso de los suelos es la disminucioacuten moderada de volumen cuando estaacute con bajo contenido de humedad y una gran peacuterdida cuando estaacute sumergido y la magnitud de asentamiento depende del contenido de humedad del suelo En estado sumergido y bajo la aplicacioacuten de cargas verticales los suelos colapsables presentan un mayor asentamiento Los suelos colapsables existen en todo el mundo principalmente en la regiones aacuteridas y semiaacuteridas nuevamente comentando que los depoacutesitos eoacutelicos coluviales residuales tubos volcaacutenicos etc son suelos que pueden ser colapsables
Definicioacuten de colapso Se definen como colapso a cualquier disminucioacuten raacutepida de volumen del suelo producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factoresbull Contenido de humedad (w) bull Grado de saturacioacuten (Sr) bull Tensioacuten media actuante (τ) bull Tensioacuten de corte (σ) bull Presioacuten de poros (u)
TIPOS DE SUELOS COLAPSABLESLos tipos de suelos colapsables son
- Suelos aluviales y coluviales ndash Depositados en ambientes Semi-deseacuterticos por flujos maacutes o menos torrenciales- Suelos eoacutelicos ndash Depositados por el viento son arenas y limos arenosos con escaso cemento arcilloso en una estructura suelta o inestable
- Cenizas volcaacutenicas ndash Provenientes de cenizas arrojadas al aire por actividad volcaacutenica explosiva- Suelos residuales ndash Derivados de la descomposicioacuten in ndash situ de minerales de ciertas rocas son luego lixiviados por el agua y pierden su cemento
CONSECUENCIAS EN CIMENTACIONES
Patologiacuteas en cimentaciones Posibles causas
Introduccioacuten
De todos los posibles tipos de patologiacutea que puede sufrir la edificacioacuten las estadiacutesticas demuestran que son las patologiacuteas ligadas a las cimentaciones las que mayores costes globales conllevan Ademaacutes tienen gran repercusioacuten social lo que las hace maacutes notorias por la complejidad propia de su reparacioacuten porque suponen una fuerte alteracioacuten y hasta interrupcioacuten del uso del inmueble y porque suelen involucrar a colindantes e incluso poderes puacuteblicos Urge como en ninguacuten otro caso determinar las causas y cuanto antes dar una solucioacuten al problema
Causas intriacutensecas de fallos de cimentacioacuten
Se agrupan aquiacute los fallos de cimentacioacuten consecuencia de la interaccioacuten entre el terreno y la propia cimentacioacuten de la construccioacuten afectada
Defectos de proyecto
Son errores de concepcioacuten de disentildeo o caacutelculo del proyecto Son errores previsibles por lo que si se tienen en cuenta en el disentildeo y caacutelculo de la edificacioacuten el riesgo de que provoquen dantildeos se minimizaEnumeramos aquiacute no todas pero siacute algunas de las posibles causas de problemas derivadas del proyectobull Falta de capacidad de carga cimentacioacuten insuficiente o capacidad
de carga del suelo insuficientebull Esfuerzos no contemplados por ej por olvido de algunas
sobrecargas de explotacioacutenbull Conocimiento insuficiente del suelo Lo que deriva en la ignorancia
de riesgos especiales geoteacutecnicos Las causas pueden ser escasez de reconocimientos previos del terreno mala interpretacioacuten de los mismos no consideracioacuten de los fenoacutemenos de agresividad etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Cobra importancia en terrenos con especiales caracteriacutesticas
Arcillas expansivas
Suelos colapsables
Rellenos antroacutepicos
Suelos blandos naturales
Infravaloracioacuten del riesgo geoteacutecnico conocido eacuteste Casos asiacute pueden ser desprecio de los efectos que produce la falta de homogeneidad de un suelo o las distintas profundidades de aparicioacuten de la roca en planta desprecio de los efectos de la potencial expansividad o de posible subpresioacuten o fenoacutemenos de subsidencias procesos de disolucioacuten etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONESbull Defectos en la evaluacioacuten del terreno asientos calculados no
tolerables por la estructura esfuerzos paraacutesitos en pilotes (olvido del efecto de asiento de terrenos flojos o rellenos recientes) etc
bull Efecto grupo en pilotes defectuosa estimacioacuten del efecto grupo en pilotes flotantes no consideracioacuten de los esfuerzos laterales o del rozamiento negativo etc
bull Ausencia de consideracioacuten del bulbo de tensiones de la cimentacioacuten propia y su alcance Pero tambieacuten de cimentaciones colindantes que podriacutean suponer una carga oblicua sobre nuestra cimentacioacuten habraacute que considerarla en caacutelculo y prever un proceso constructivo adecuado (no vayamos a provocar dantildeos a otras edificaciones)
bull Ignorancia de las condiciones de contorno es decir no consideracioacuten de las condiciones del entorno de la estructura
proyectada posibles socavaciones arrastres descalces agotamientos rebajamientos de nivel freaacutetico etc
bull Heterogeneidades distribucioacuten irregular de las cargas o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentacioacuten
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Defectos de ejecucioacuten
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecucioacuten de eacutestos Los defectos de ejecucioacuten normalmente responden a un deficiente Control de Calidad Por tanto en principio son evitablesAlgunos errores de ejecucioacuten podriacutean serbull Apreciacioacuten erroacutenea de los estratos resistentes confundidos con
capas de poco espesor bolos erraacuteticos etcbull Errores de replanteo bull Mala calidad de los materiales en especial hormigones Deterioro
de zapatas losas o muros por escasa calidad de los materiales grietas de retraccioacuten por mala dosificacioacuten del hormigoacuten materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto etc
bull Degradacioacuten del material suele ir unido al anterior hormigoacuten no resistente a la agresividad del terreno recubrimientos insuficientes madera metal etc
bullCAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Lavado del hormigoacuten en cimentaciones superficiales o profundas colocado en presencia de aguas en movimiento
Errores en la colocacioacuten de armaduras confusioacuten de diaacutemetros de armado ausencia de separadores etc
Problemas de fraguado unidos a errores de vertido de dosificacioacuten de curado
Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio cortadas lavadas) o de baja calidad y excesiva carga portante de caacutelculo
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
donde δsj es el Coeficiente de colapsabilidad del estrato j en cmcm para una presioacuten de
200 kPa La sumatoria soacutelo tiene en cuenta valores de Δs mayores de 0015
SOLUCIONES INGENIERILES EN SUELOS COLAPSABLES
111 Consideraciones generales
La primera cuestioacuten que debe analizarse cuando se disentildean cimentaciones en suelos
susceptibles al colapso es la probabilidad que el agente desencadenante del fenoacutemeno el
agua pueda o no introducirse en el terreno y por ende sensibilizar al suelo en donde se
apoyaraacuten las estructuras Por definicioacuten sin la presencia del agua el suelo no colapsa Esta
cuestioacuten es significativa puesto que pueden existir numerosos casos en donde la
probabilidad que el agua se infiltre en el suelo sea lo suficientemente baja como para
analizar la posibilidad de fundar la estructura considerando el comportamiento del suelo en
su estado natural Por lo tanto cuando se hable de suelos potencialmente colapsables por
humedecimiento no debe pensarse uniacutevocamente en las soluciones ingenieriles que se
utilizan en suelos colapsables
Hecha esta aclaracioacuten a continuacioacuten se trataraacute de ofrecer un panorama de las distintas
soluciones ingenieriles que se adoptan en suelos colapsables por humedecimiento cuando
las probabilidades de que se produzca el fenoacutemeno son altas
El objetivo central de todas estas soluciones es prevenir las fallas estructurales o de servicio
que pueden sobrevenir sobre las estructuras construidas sobre estratos de suelos
colapsables
Aitchison (1973) divide a estas soluciones en
a) Tratamiento del suelo colapsable con vista a eliminar la tendencia al colapso a lo largo
de todo el estrato de suelos desmoronables
b) Disentildeo de elementos constructivos que eliminen o disminuyan a liacutemites razonables la
posibilidad que se inicie el colapso
c) Disentildeo de estructuras yo cimentaciones insensibles a los asentamientos provocados por
el colapso por ejemplo fundaciones profundas apoyadas sobre un manto profundo no
sujeto a los asentamientos por humedecimiento
El primer grupo de soluciones comprende los meacutetodos de mejoramiento de suelo por
medio de los cuales la susceptibilidad al colapso es eliminada modificando las propiedades
resistentes del suelo mediante la compactacioacuten o la cementacioacuten de los viacutenculos entre
partiacuteculas El segundo grupo incluye la adopcioacuten de medidas constructivas tendientes a
aislar el agua de manera de evitar o disminuir la presencia de condiciones favorables al
colapso admitiendo no obstante ciertos riesgos Finalmente el tercer grupo engloba tanto
las soluciones tradicionales por medio de fundaciones profundas como el disentildeo de
estructuras con fundaciones directas insensibles a los asentamientos diferenciales
provocados por el colapso del suelo En resumen en el primer grupo de soluciones se
interviene directamente en el suelo evitando asiacute el colapso en el segundo grupo se intenta
evitar que se produzca el colapso sin modificar el suelo y en el uacuteltimo grupo se construyen
estructuras yo fundaciones que admitan y resistan los fenoacutemenos provocados por el
colapso del suelo
Evstatiev (1988) sentildeala que los mejores resultados han sido alcanzados con una oacuteptima
combinacioacuten de las ventajas que individualmente tiene cada uno de los tres grupos La
experiencia ha probado que las medidas constructivas y las medidas de aislacioacuten del agua
por siacute solas no pueden resolver todos los problemas de inestabilidad que provoca el colapso
del suelo Asiacute la adopcioacuten de soluciones exclusivamente para la superestructura (por
ejemplo fundaciones profundas) sin un adecuado disentildeo que eviten dantildeos en los otros
elementos de la construccioacuten como pisos desaguumles etc han provocado serios dantildeos en
estas partes de la construccioacuten que podriacutean haber sido evitados aplicando medidas
tendientes a evitar el ingreso del agua en el terreno
La eficacia del disentildeo adoptado en cada caso depende en gran medida de la calidad de las
investigaciones geoteacutecnicas realizadas La informacioacuten baacutesica que eacutestas deben suministrar
son el espesor del manto de suelos colapsables y la magnitud del colapso bajo peso propio
o bajo carga de todos los estratos del perfil
Una incorrecta estimacioacuten de estos paraacutemetros puede llevar a proponer y construir
soluciones ingenieriles totalmente opuestas a las correctas La confeccioacuten de perfiles de
colapsabilidad como los presentados permiten establecer la existencia o no de suelos
autocolapsables sus espesores aproximados y la profundidad a la que se encuentran Esta
metodologiacutea de anaacutelisis es de gran ayuda por ejemplo en la eleccioacuten del procedimiento
idoacuteneo para estabilizar el terreno
A continuacioacuten se presenta una descripcioacuten de las distintas soluciones ingenieriles maacutes
utilizadas en este tipo de suelos En primer lugar se analizan el primer grupo de soluciones
que se ha englobado bajo el nombre de Mejoramiento de suelos continuando luego con los
otros dos grupos Medidas para evitar la iniciacioacuten del colapso y fundaciones yo
estructuras insensibles a los fenoacutemenos del colapso
112 Mejoramiento de suelos colapsables
Consideraciones previas
El objetivo principal de estas soluciones es eliminar o disminuir apreciablemente la
susceptibilidad al colapso del suelo bien disminuyendo la porosidad del suelo
(compactacioacuten) o bien aumentando la resistencia estructural entre las partiacuteculas del suelo
(meacutetodos fiacutesico-quiacutemicos) Una de las formas de clasificar los meacutetodos de mejoramiento o
estabilizacioacuten ha sido precisamente eacutesta o sea teniendo en cuenta la accioacuten resultante
sobre el suelo (Aitchison1973 Rocca1985) Sin embargo para el desarrollo y explicacioacuten
de los diferentes meacutetodos se ha elegido la clasificacioacuten propuesta por Evstatiev(1988) que
tiene en cuenta el medio usado para realizar la estabilizacioacuten y el objeto de la misma
Evstatiev (1988) propone la siguiente clasificacioacuten de los meacutetodos de estabilizacioacuten de
suelos loeacutessicos la cual puede hacerse extensiva a suelos colapsables
a) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacioacuten
b) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
c) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
d) Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
e) Meacutetodos de mejoramiento que incorporan elementos resistentes a la traccioacuten dentro del
suelo
f) Geomembranas
g) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por drenaje
h) Correccioacuten de taludes y terraplenes
A continuacioacuten siguiendo la clasificacioacuten antes expuesta se desarrollaran aquellas
metodologiacuteas de mejoramientos de suelos colapsables maacutes extendidas Desarrollaacutendose
principalmente los grupos abc y d puesto que incluyen una serie de acciones particulares
frente al fenoacutemeno del colapso En cuanto a los restantes grupos (e f g y h) las teacutecnicas de
mejoramiento del terreno utilizadas persiguen los mismos objetivos buscados en otros tipos
de suelos y en general la teacutecnica empleada es praacutecticamente la misma Por tal motivo y
puesto que se apartan un tanto del objeto de estas notas se estima conveniente no abundar
sobre ellas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacioacuten
Este grupo comprende varias de las metodologiacuteas usadas en suelos colapsables para reducir
los vaciacuteos de modo de eliminar la colapsabilidad reducir la permeabilidad y aumentar la
capacidad de carga Esto se realiza utilizando fuerzas estaacuteticas o dinaacutemicas o bien a traveacutes
de la inyeccioacuten de lechadas
Compactacioacuten dinaacutemica Este meacutetodo es adecuado para compactar mantos de suelos
colapsables superficiales con espesores menores a 350 metros El meacutetodo consiste en dejar
caer en caiacuteda libre desde una altura de 4 a 8 metros pilones de 3 a 8 Tn sobre la superficie
del terreno a razoacuten de 10 a 16 impactos en cada lugar (Abelev y Abelev 1979) El impacto
genera una rotura de la estructura del suelo un aumento de la presioacuten de poros y una
compresioacuten del aire presente en los poros produciendo un reacomodamiento de las
partiacuteculas dando como resultado una estructura maacutes compacta Seguacuten Malyshev et al
(1983) el contenido de humedad del suelo juega un papel importante lograacutendose la maacutexima
eficiencia con un contenido de humedad cercano al Liacutemite Plaacutestico Si el contenido de
humedad es menor a eacuteste es necesario humedecer el espesor de suelo de modo de alcanzar
una mejor eficacia Varios son los factores que controlan los resultados del meacutetodo asiacute por
ejemplo el espesor compactado es funcioacuten principalmente del peso y del diaacutemetro del piloacuten
En tanto el grado de compactacioacuten estaacute controlado por el nuacutemero de impactos y la humedad
del suelo El grado de compactacioacuten no es uniforme a lo largo de todo el espesor
compactado lograacutendose la maacutexima densificacioacuten a 12 a 15 veces el diaacutemetro del piloacuten
Sin embargo se pueden obtener Pesos Unitarios secos superiores a 16 tm3 en espesores de
25 a 35 m lo cual en la mayoriacutea de los casos es suficiente para disminuir o anular la
susceptibilidad al colapso del suelo Una variante a este meacutetodo es realizar la compactacioacuten
solamente en los lugares donde actuacutean las cargas y no en toda el aacuterea de la construccioacuten
Por ejemplo en casos de fundaciones de muros de carga o fundacioacuten de columnas el
mejoramiento del suelo se logra densificando la zona de influencia del bulbo de presiones
o sea la zona donde los incrementos de presioacuten pueden hacer colapsar el suelo
Compactacioacuten por medio de pequentildeos pilotes piramidales En cierta forma este meacutetodo es
una variante del meacutetodo anterior Consiste en hincar un pilote piramidal de 3 a 4 metros de
longitud con una seccioacuten transversal superior de 60 x 60 a 70 x 70 cm y una seccioacuten
transversal inferior de 10 x 10 cm Una vez retirado el pilote la cavidad se rellena con
hormigoacuten Este tipo de metodologiacutea da excelentes resultados en aacutereas en donde existe un
espesor de suelos potencialmente colapsables (no autocolapsables) de 30 o 40 m de
profundidad pero que colapsaraacuten si estaacuten sometidos a los incrementos de carga
transmitidos por las construcciones Una de las ventajas del meacutetodo es la completa
mecanizacioacuten de todas las operaciones Una variante a este meacutetodo consiste en realizar la
hinca sobre una capa de piedra partida dando como resultado un bulbo de suelo
compactado alrededor de la capa de piedra mejorando la capacidad de carga por la punta
del pilote asiacute construido
Compactacioacuten por pilotes de suelo Este es uno de los meacutetodos maacutes usuales para
compactar espesores importantes (18 a 20 m) de suelos loeacutessicos susceptibles al colapso
El procedimiento consta de dos partes primero se realiza la perforacioacuten y segundo se llena
la cavidad con suelo compactado La perforacioacuten se realiza usualmente mediante la hinca
de un pilote metaacutelico con base ensanchada (15 veces) En otra metodologiacutea de reciente uso
la excavacioacuten se hace de la siguiente forma se perfora hasta la profundidad deseada un
hoyo de 8 cm de diaacutemetro dentro del cual se coloca una columna de explosivos que luego
de estallar crea una perforacioacuten de aproximadamente 080 m de diaacutemetro Despueacutes de
efectuada esta perforacioacuten dinaacutemica la cavidad se rellena con suelo local introducido en
tongadas de 100 a 200 Kg que luego son compactadas dinaacutemicamente por medio de un uacutetil
especial Concluidas ambas etapas quedan formadas columnas de suelo compactado con un
diaacutemetro aproximado igual a dos veces el de la perforacioacuten El grado de compactacioacuten va
decreciendo a medida que se aleja del centro de la columna por tal motivo es importante
conocer esta ley de decrecimiento para disentildear correctamente la cuadriacutecula de pilotes de
suelo Al igual que en los otros meacutetodos la eficiencia del sistema aumenta en la medida que
la humedad del suelo natural y compactado se encuentre a una humedad cercana al Limite
Plaacutestico Por tal motivo es usual que previo a la perforacioacuten se realice una humectacioacuten del
espesor de suelos a compactar Las densidades alcanzadas son del orden de 170 a 180
tm3 que son suficientes para evitar el colapso por peso propio y permiten el use del
espesor compactado como manto de fundacioacuten
Compactacioacuten por explosiones de gas Esta relativamente nueva metodologiacutea de
compactar espesores de suelos colapsables consiste en introducir a traveacutes de una lanza de
agua a presioacuten una caacutemara de compresioacuten que contiene una mezcla de gas propano y
oxiacutegeno la cual se va elevando a medida que se producen una serie de explosiones de la
mezcla De este modo se va generando una columna 120 140 m de suelo compactado
(Densidad de 150 tcm3) (Martemyanov et al 1979)
Compactacioacuten por humedecimiento (Hidrocompactacioacuten) En este caso se utiliza la propia
susceptibilidad del suelo a colapsar bajo peso propio El meacutetodo maacutes frecuente de realizar
la humectacioacuten o saturacioacuten del terreno es a traveacutes de infiltracioacuten del agua desde la
superficie del terreno para lo cual se efectuacutean excavaciones poco profundas (040 a 080 m)
o bien se construyen grandes estanques En muchos casos a efectos de acelerar el ingreso
del agua al terreno se construyen dentro del estanque drenes de arena convenientemente
espaciados Este sistema ha sido empleado ampliamente en varias partes del mundo por
ejemplo en EEUU por Gibbs y Bara (1967) y Clevenger (1956) en Rumania por Bally et
al (19651969) en la URSS por Lomize (1968) y Mustafaef (1967) en China por Lin y
Liang (1982) y en Argentina por Moll et al (1979) A pesar de su amplia utilizacioacuten y su
bajo costo el meacutetodo presenta una serie de inconvenientes aparicioacuten de grietas de traccioacuten
en el contorno del aacuterea inundada existencia de importantes deformaciones posteriores al
colapso necesidad de recompactar los 4 oacute 5 primeros metros utilizando otro tipo de
metodologiacutea La efectividad de este meacutetodo se mejora sustancialmente si al mismo se lo
combina con otro meacutetodo de compactacioacuten dinaacutemica
Compactacioacuten por humedecimiento previo y por explosiones profundas Este meacutetodo fue
desarrollado en al Unioacuten Sovieacutetica por Livinov (1976) en la deacutecada de los 60 El espesor de
suelos a compactar es previamente humedecido a traveacutes de un sistema de drenes
(cuadriacutecula de 3 x 3 a 5 x 5 m) Las cargas explosivas (5 a 7 Kg) son colocadas en el fondo
de los mismos drenes o bien en tubos metaacutelicos colocados en perforaciones adicionales La
cuadriacutecula con las cargas es aproximadamente de 4 x 4 m En este procedimiento no es
necesario la completa saturacioacuten del suelo que por ejemplo necesita el meacutetodo anterior
Posterior al humedecimiento se hacen estallar las cargas de toda un aacuterea (2000 a 50000
m2) La explosioacuten generan una onda de choque que hace licuar la estructura del suelo lo
cual permite un reacomodamiento de las partiacuteculas y un crecimiento de la densidad del
suelo En ciertos casos es aconsejable la construccioacuten de trincheras alrededor de la zona a
compactar a efectos de evitar la propagacioacuten de grietas fuera de ella La explosioacuten produce
un importante a inmediato asentamiento de la superficie del terreno Los asentamientos en
general se estabilizan al cabo de 3 oacute 4 semanas Este tipo de meacutetodo es aconsejable cuando
se desea compactar grandes voluacutemenes de suelo particularmente en grandes complejos
industriales o bien en obras hidroeleacutectricas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
En este apartado se incluyen aquellos meacutetodos de estabilizacioacuten consistentes en la mezcla y
posterior compactacioacuten de suelo colapsable con otros materiales (arena gravas) a efectos
de conseguir mayor resistencia y mayor rigidez Este tipo de estabilizacioacuten es de amplio use
en la ingenieriacutea vial en la construccioacuten de bases y de sub-bases
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
Este grupo incluye a aquellas metodologiacuteas en las cuales el mejoramiento de las
propiedades resistentes del suelo se consiguen con la creacioacuten de viacutenculos maacutes soacutelidos y
estables en la estructura del suelo En algunas de ellas la inyeccioacuten de agentes cementantes
provoca la rotura de la estructura original del suelo En otras por el contrario la inyeccioacuten
de agentes quiacutemicos actuan directamente sobre los viacutenculos sin modificar la estructura del
suelo Los meacutetodos se pueden dividir en meacutetodos superficiales y meacutetodos profundos
dependiendo en donde se realice la estabilizacioacuten En los meacutetodos de estabilizacioacuten
superficiales el mejoramiento en general se consigue mediante la mezcla y posterior
compactacioacuten del suelo con agentes quiacutemicos o cementantes tales como cemento cal
emulsiones asfaacutelticas sales (NaCl Nat C03 NaPO3) etc Estos meacutetodos de estabilizacioacuten
son tambieacuten usuales en otros tipos de suelos y son de amplia utilizacioacuten en todo tipo de
obras de ingenieriacutea civil por tal motivo no insistiremos en ellos Por el contrario los
meacutetodos de estabilizacioacuten profunda aunque tambieacuten se han utilizado en otros tipos de
suelos muchos de ellos se han desarrollado y usado especiacuteficamente para eliminar o
disminuir la susceptibilidad al colapso en espesores importantes de suelo A continuacioacuten
se presentan algunos de ellos
Inyecciones de agentes quiacutemicos Las investigaciones y las realizaciones en este tipo de
estabilizaciones se ha desarrollado principalmente en la Unioacuten Sovieacutetica Seguacuten Mitchell
(1981) la razoacuten principal por la cual estos meacutetodos no se han extendido universalmente se
debe principalmente a los altos costos frente a otros tipos de estabilizaciones Sin embargo
Esvtatiev (1988) da cuenta de la existencia en la URSS de maacutes de 800 proyectos en donde
se han utilizado satisfactoriamente p ej el meacutetodo de silicatizacioacuten) Esto ha permitido un
continuo mejoramiento de la tecnologiacutea una reduccioacuten de los costos y una abundante
normativa en la regulacioacuten de su uso El agente quiacutemico maacutes utilizado por su bajo costo
frente a otros agentes quiacutemicos es el Silicato de Sodio El meacutetodo consiste en inyectar en
todo el espesor de suelo a tratar una solucioacuten de silicato de sodio (Densidad = 1 10 a 1 04
gcm3) a traveacutes de un tubo inyector de 42 mm de diaacutemetro con perforaciones de 3 mm
protegidas por un manguito de goma La inyeccioacuten se realiza a una presioacuten de 20 a 40
Kgcm2 y una descarga de 48 litros por minuto (Zvyagin et al 1978) La silicatizacioacuten del
suelo es soacutelo posible en un medio fuertemente alcalino Seguacuten Sokolovic (1973) se logra
una mejor eficiencia mediante una pre y post gasificacioacuten con carbonato de calcio Luego
de la inyeccioacuten tres son los cambios que se observan en el suelo un aumento significativo
de la resistencia a la compresioacuten (superior a 20 Kgcm2 ) una eliminacioacuten de la
susceptibilidad al colapso y una disminucioacuten de la permeabilidad Otro de los tratamientos
con agentes quiacutemicos es la inyeccioacuten de amoniacuteaco La mejora en el suelo es inferior al
tratamiento por silicatizacioacuten ademaacutes presenta la desventaja de ser un elemento toacutexico y su
utilizacioacuten requiere medidas especiales de proteccioacuten (Sokolovic 1973)
Estabilizacioacuten teacutermica Esta teacutecnica comenzoacute a desarroIlarse en la URSS en la deacutecada de
los antildeos 50 y ha sido utilizada exitosamente en un importante nuacutemero de emprendimientos
Seguacuten Esvtatiev (1988) la aplicacioacuten de este meacutetodo es teacutecnica y econoacutemicamente
aconsejable en los siguientes casos a) en la estabilizacioacuten de fundaciones existentes de
estructuras altas como chimeneas tanques de agua b) en la paralizacioacuten de los
asentamientos en construcciones existentes provocados por el colapso del suelo Las
propiedades de los minerales arcillosos cambian cuando eacutestos son sometidos a altas
temperaturas lo cual genera un aumento importante de la resistencia y por ende la
eliminacioacuten de la susceptibilidad al colapso del suelo La tecnologiacutea ha ido variando y
mejorando su eficiencia a lo largo de estas deacutecadas No obstante la variedad de meacutetodos
casi todos ellos consisten en la introduccioacuten de un quemador de fuel o gas dentro de un pre
pozo de 020 metros de diaacutemetro con una presioacuten de aire de 20 a 30 Kgcm2 De esta
forma al cabo de 10 a 15 diacuteas se consigue una columna estabilizada de suelo de 20 a 30
metros y una profundidad de 10 a 15 metros (Beles y Stanculescu 1958)
Estabilizacioacuten mediante mezclado mecaacutenico con agentes cementantes El objetivo de este
tipo de estabiacutelizacioacuten es la creacioacuten de columnas o pilotes de suelo con alta resistencia y
rigidez que permitan la transferencia de las cargas a mantos maacutes profundos y estables
Varios son los meacutetodos constructivos que pueden agruparse dentro de este grupo Los
subdividiremos en los siguientes subgrupos dependiendo del lugar en donde se realiza la
mezcla del suelo con el agente cementante
1 La mezcla del suelo y el agente cementante se realiza en superficie En este caso la
excavacioacuten se puede realizar bien utilizando la teacutecnica constructiva empleada en los pilotes
de suelo (hinca) o bien usar teacutecnicas usuales de perforacioacuten La mezcla deiexcl suelo con el
agente cementante (preferentemente Cemento Portland) puede ser fluida (suelo cemento
plaacutestico) a introducirse dentro de la excavacioacuten en forma de pastones o bien mezclar el
suelo y elcemento con porcentaje de humedad oacuteptimo a introducirlos en la perforacioacuten en
tongadas (100 a 200 Kg) las cuales posteriormente son compactadas dentro de la misma
excavacioacuten Por lo tanto existen cuatro variantes seguacuten sea el tipo de excavacioacuten y el tipo
de mezcla
2 La mezcla del suelo y el cemento se realiza en el mismo proceso de perforacioacuten En este
caso la mezcla del agente cementante se realiza con el propio suelo La mezcla puede
realizarse mediante uacutetiles especiales que van mezclando el suelo con una lechada de
cemento o bien usar la teacutecnica del jet grouting mediante un chorro de lechada a alta presioacuten
Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
Este tipo de estabilizacioacuten se realiza principalmente en terrenos con suelos potencialmente
colapsables en los cuales la presencia de cargas adicionales en superficie puede generar
asentamientos adicionales ante un incremento de la humedad del suelo Asiacute una parte del
suelo colapsable superficial ubicado directamente debajo de las fundaciones es excavado
extraiacutedo y reemplazado por otro material maacutes competente Los materiales generalmente
utilizados son los siguientes el mismo suelo extraiacutedo compactado y eventualmente
estabilizado granulomeacutetricamente arena compactada o suelo cemento compactado La
eleccioacuten del tipo de material estaacute condicionado generalmente por variables teacutecnico
econoacutemicas Los espesores de estos mantos son variables (1 a 4 m) dependiendo del tipo de
cargas y de las caracteriacutesticas del proyecto Por ejemplo en algunos proyectos los
condicionantes pueden ser los asentamientos diferenciales (edificios) en cambio en otros
(canales) no soacutelo importa disminuir la probabilidad que se produzca el colapso sino
tambieacuten lograr una capa de suelo maacutes impermeable Este tipo de metodologiacutea ha sido
utilizada con eacutexito en numerosos paiacuteses y en innumerables tipos de obras Tambieacuten es
frecuente el empleo de esta metodologiacutea en forma conjunta con otro tipo de estabilizacioacuten
profunda cuando se presentan mantos de suelos colapsables profundos y con espesores
muy dispares
113 Medidas conducentes a evitar la iniciacioacuten del colapso
Arriba se sentildealaron los tipos de humedecimientos que seguacuten Goldstein (1969) pueden
presentarse en una masa de suelo
a) humedecimiento localizado por rotura de conducciones hidraacuteulicas o infiltraciones de
aguas de lluvia
b) humedecimiento extenso causado por roturas de canales o efluentes industriales
c) ascenso del nivel freaacutetico
d) aumento gradual y lento del contenido de humedad por condensacioacuten del vapor de agua
provocados por condiciones ambientales
Muchos de estos tipos de humedecimientos pueden ser prevenidos principalmente los
primeros pues en general eacutestos son debidos a fallas o roturas de las instalaciones de la
misma construccioacuten En cambio los otros tipos de humedecimientos estaacuten condicionados
por factores externos al proyecto como por ejemplo puede ser el ascenso del nivel freaacutetico
o la rotura de un canal cercano y ajeno al proyecto La accioacuten del proyectista debe estar
encaminada principalmente a impedir dentro de los liacutemites del proyecto la generacioacuten de
estos humedecimientos provocados por elementos de la propia construccioacuten Robinson y
Narkiewicz (1982) sugieren las siguientes medidas de proteccioacuten contra el humedecimiento
de edificios
a) Pendientes adecuadas en la superficie del terreno que rodea a la construccioacuten de modo
que no se produzcan embalsamientos de agua en las cercaniacuteas de las fundaciones y que
cualquier peacuterdida de agua pueda ser eliminada con rapidez
b) Canalizacioacuten de todos los desaguumles de techos y patios hacia el exterior de la
construccioacuten
c) Instalacioacuten de membranas impermeables o pavimentacioacuten de la superase que rodea a la
construccioacuten de modo de limitar la infiltracioacuten de agua en el suelo adyacente a las
construcciones
d) Encerrar las conducciones de agua o efluentes cloacales dentro de conductos de faacutecil
acceso a efectos de detectar posibles peacuterdidas
Algunas de estas medidas requieren una serie de medidas de control y mantenimiento
durante la vida uacutetil de la obra de manera que perioacutedicamente se realicen inspecciones a las
instalaciones y puedan detectarse peacuterdidas o dantildeos en las mismas Tambieacuten es aconsejable
que los propietarios de la obra conozcan perfectamente los riegos a que estaacute expuesta la
misma de modo que su actividad yo descuidos no inicie procesos de humedecimiento del
terreno
Las medidas de proteccioacuten en otros tipos de obras civiles (canales o caminos) tienen la
misma filosofiacutea es decir elementos de proteccioacuten que impidan o dificulten la entrada del
agua en el terreno de fundacioacuten Asiacute por ejemplo en las obras lineales se debe prestar una
especial atencioacuten al disentildeo del sistema de alcantarillado y de desaguumles En algunos casos
estas obras suelen seguir parcialmente las curvas de nivel del terreno convirtieacutendose en
verdaderas presas que impiden el natural escurrimiento de las aguas provocando la
acumulacioacuten de agua en su entorno lo que genera un humedecimiento generalizado del
terreno de fundacioacuten con los consecuentes dantildeos en la obra
Es frecuente que en ciertos tipos de obras como viviendas unifamiliares de una planta o
incluso caminos y canales las uacutenicas medidas a adoptar sean las presentadas en este
apartado ya que la utilizacioacuten de teacutecnicas de mejoramiento o fundaciones profundas
resultan prohibitivas En realidad la mayoriacutea de las obras aludidas se construyen admitiendo
el riesgo de un posible colapso del terreno El buen comportamiento que han tenido la
mayoriacutea de ellas se debe fundamentalmente a que no se ha producido ninguacuten tipo de
humedecimiento En contraste los dantildeos son serios en aquellas obras que los han sufrido
Por todo ello es un deber de los investigadores a ingenieros buscar nuevas soluciones
econoacutemicas que permitan disminuir los riesgos y por ende los dantildeos en este tipo de obras
Uno de los caminos en tal sentido es el estudio de estructuras que absorban o minimicen
los posibles asentamientos diferenciales provocados por el humedecimiento localizado del
suelo sin un aumento excesivo de los costos
114 Estructuras yo fundaciones que admiten y resisten los fenoacutemenos provocados
por el colapso
El anaacutelisis de este apartado se centraraacute principalmente en el estudio de las fundaciones
superficiales en suelos potencialmente colapsables ya que el otro gran grupo de soluciones
fundaciones profundas mediante pilotes seraacute objeto de un examen detallado en los
apartados siguientes
La lista de estructuras que se asientan directamente sobre mantos de suelos potencialmente
colapsables es amplia entre ellas pueden sentildealarse viviendas unifamiliares construcciones
transitorias galpones ductos enterrados canales caminos etc
Las fundaciones directas sobre suelos colapsables pueden ser divididas en dos grupos
a) Fundaciones riacutegidas utilizadas principalmente en estructuras livianas y con cargas
puntuales por ejemplo torres de liacuteneas de alta tensioacuten columnas de naves industriales o
depoacutesitos En general este tipo de estructuras tienen algunos rasgos comunes como son por
ejemplo cargas verticales bajas cargas horizontales importantes y en general suelen
aceptar asentamientos admisibles mayores
b) Fundaciones de baja rigidez longitudinal en este caso se trata de estructuras con cargas
lineales (muros de carga canales etc) con baja rigidez en el sentido de las cargas Este tipo
de estructuras son sensibles a humedecimientos localizados del terreno que generan
asientos diferenciales importantes En general las medidas que suelen tomarse para
disminuir los efectos de los asientos diferenciales son las siguientes disentildeo de elementos
que rigidicen la estructura (Clemence Y Finbarr 1981) y el disentildeo de elementos
constructivos que eviten
RECAPITULACIOacuteN
Definido el concepto de colapso el estudio se ha enfocado al anaacutelisis de los suelos
colapsables por humedecimiento En esta clase particular de suelos metaestables el agente
externo que desencadena el fenoacutemeno de colapso es el agua En estos suelos un incremento
de humedad puede provocar una disminucioacuten o anulacioacuten de las fuerzas que vinculan unas
partiacuteculas con otras y por lo tanto cambiar el estado de equilibrio en la estructura del suelo
El colapso de la estructura del suelo depende fundamentalmente de dos causas a) de la
importancia de los cambios provoca dos por el agua en los viacutenculos existentes entre las
partiacuteculas y b) del estado tensional en los viacutenculos O sea para que se produzca el colapso
es necesario un agente sensibilizante y un estado tensional capaz de provocar la des-
estabilizacioacuten de la estructura del suelo
Por este motivo los meacutetodos que mejor reflejan la susceptibilidad al colapso de un suelo
son aquellos basados en ensayos mecaacutenicos donde ambos factores estaacuten presentes
La gran subdivisioacuten que se hace a los suelos colapsables parte precisamente de verificar
coacutemo es el comportamiento del suelo en su estado tensional original o bajo su propio
peso Si se produce el colapso bajo este estado se indica que el suelo es verdaderamente
colapsable o autocolapsable en cambio si el fenoacutemeno no se produce se sentildeala que el
suelo es candicionalmente colapsable o colapsable bajo carga
En este contexto diversos investigadores introducen el concepto (tambieacuten tensional) de
Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) o Presioacuten de Fluencia Saturada (σf) como aquella
presioacuten a la cual se produce el colapso Desde un punto de vista teoacuterico esta presioacuten deberiacutea
ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero desde un punto de vista praacutectico se
asume que una pequentildea magnitud del colapso es permisible Por ejemplo las normas
Sovieacuteticas Lo toman igual al 100 las Chinas igual al 150 En cambio en Argentina se
utiliza maacutes la Presioacuten de Fluencia Saturada que se obtiene de forma similar a la Presioacuten de
Preconsolidacioacuten No obstante esta diferencia metodoloacutegica en ambos casos el concepto es
el mismo
Con respecto a las metodologiacuteas usadas para establecer la susceptibilidad al colapso de un
suelo o de un perfil de suelo han sido analizadas las que utilizan el concepto de Presioacuten
Inicial de Colapso y la magnitud del colapso Esta seleccioacuten se realizoacute fundamentalmente
por las siguientes causas primero porque se hacen en base a ensayos mecaacutenicos donde
intervienen el agente externo (el agua) y el estado tensional del suelo y segundo porque
permiten establecer ya sea a traveacutes de un perfil de colapsabilidad o la magnitud del
colapso coacutemo seraacute realmente el comportamiento del terreno ante las solicitaciones
producidas por la obra de ingenieriacutea
Los perfiles de colapsabilidad relacionan en profundidad el peso propio de las tierras con
la Presioacuten Inicial de Colapso esto permite determinar el espesor de suelos autocolapsables
o el espesor de los suelos que colapsaraacuten si ademaacutes del humedecimiento se aumenta el
estado tensional Estos perfiles son de gran ayuda al proyectista de fundaciones en suelos
colapsables dado que le permiten conocer en forma global la magnitud del problema al que
estaacute enfrentado No obstante su utilidad no termina alliacute sino que por el contrario estos
perfiles le permiten tomar decisiones sobre cuaacuteles son las soluciones ingenieriles maacutes
convenientes del proyecto Pues con su ayuda se podraacute seleccionar el meacutetodo de
mejoramiento del terreno la cota de fundacioacuten de una fundacioacuten profunda la magnitud de
la carga por rozamiento negativo etc
La determinacioacuten de la magnitud del colapso de un perfil de suelo usada como
metodologiacutea de clasificacioacuten tambieacuten es de utilidad en el disentildeo de construccioacuten de obras
de ingenieriacutea en suelos colapsables Sobre todo en la caracterizacioacuten del terreno de grandes
aacutereas ya sea en obras lineales (canales caminos etc) o puntuales (complejos fabriles obras
hidraacuteulicas etc) dado que cada perfil de suelo estaacute caracterizado por un paraacutemetro lo cual
permite el manejo de un nuacutemero importante de informacioacuten Obviamente esta metodologiacutea
tambieacuten es de gran use en cualquier tipo de obras independientemente de su tamantildeo a
importancia
En un abundante nuacutemero de proyectos no es suficiente haber realizado una caracterizacioacuten
o clasificacioacuten del terreno sino que es necesario determinar la magnitud de los
asentamientos que pueden producirse en las obras Los asentamientos por colapso depende
baacutesicamente de dos tipos de factores intriacutensecos y extriacutensecos
Se sentildealan como intriacutensecos aquellos factores propios del suelo como son sus propiedades
fiacutesicas y mecaacutenicas El comportamiento del suelo dependeraacute del tipo de estructura o la
forma en que estaacuten ordenadas las partiacuteculas del grado de compacidad del tipo de viacutenculos
que unen grano con grano etc Estos factores en general no se encuentran
homogeacuteneamente distribuidos por lo cual los paraacutemetros que definen sus propiedades
tenso-deformacionales pueden sufrir variaciones locales importantes
Los factores externos que influyen en la magnitud de los asentamientos son dos el aacuterea
inundada y el estado tensional Estos dos factores influyen considerablemente en la
magnitud de los asentamientos por colapso y por tal motivo deben ser analizados
especiacuteficamente en los caacutelculos Respecto al primero de los factores a pesar que se han
realizado importantes trabajos teoacutericos la informacioacuten experimental indica que todaviacutea
existe cierta indeterminacioacuten en su estimacioacuten Por tal motivo la influencia del aacuterea
inundada en la magnitud de los asentamientos se limita a realizar correcciones de tipo
empiacuterico En cuanto a la influencia que el estado tensional tiene en los asentamientos las
investigaciones se han centrado especialmente en el estudio de cargas externas (zapatas) en
la superficie del terreno
ENSAYOS ldquoin siturdquo Perforacioacuten y muestreoEnsayos ldquoin siturdquo
o Ensayo de penetracioacuten estandar (SPT)o Ensayo de penetracioacuten de cono (CPT + CPTu)o Dilatoacutemetro de placa plana (DMT)o Presuroacutemetro (PMT)o Corte en veleta (VST)10487131048713 Meacutetodos geofiacutesicoso Ondas siacutesmicas (P- S- R-waves)o Electromagneacuteticas (radar resistividad)
EQUIPOS AUTOPROPULSADOS
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)1048713El ensayo ldquoin siturdquo maacutes comuacuten en el mundo10487131902 - Coronel Gow de Raymond Pile Co1048713 Muestreador ciliacutendrico partido1048713 Norma ASTM D 15861048713 Martillo (140-lbs cae 30 pulgadas) (635-kg cae 076 metros)1048713 Tres incrementos de 6 pulgadas Suma de los dos uacuteltimos incrementos = N (golpespieacute)
Se obtiene suelo y
un nuacutemero
Muestra alterada
(Solo para
caraterizacioacuten)
Nuacutemero muy crudo
para el anaacutelisis
No aplicable en
Ventajas
arcillas blandas y
Limos
Variabilidad e
incertidumbre
se obtiene un nuacutemero
Sencillo y de bajo
Costo
Funciona en muchos
tipos de suelo
Se puede utilizar en
rocas blandas
Disponible
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Estos suelos en condiciones de no saturacioacuten o saturacioacuten parcial presentan continuamente un reacomodo radical de las partiacuteculas y una gran peacuterdida de volumen por remojo osea al entrar al estado de saturacioacuten completa La existencia de estos suelos en el mundo y las dificultades ocasionadas a las edificaciones cimentadas sobre ellos han sido reconocidos ampliamente Los depoacutesitos maacutes extensos de suelos colapsables son eoacutelicos o depoacutesitos transportados de arena y limos (loess)Se puenden encontrar comuacutenmente en las maacutergenes fluviales
Desventajas
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Depoacutesitos eoacutelicos Estos depoacutesitos consisten en materiales transportados por el viento el cual forma dunas depoacutesitos tipo loess playas eoacutelicas y grandes depoacutesitos de ceniza volcaacutenica
Depoacutesitos transportados por agua Consisten principalmente de depoacutesitos de sedimentos sueltos a carreados por el agua los cuales forman abanicos fluviales y flujos deslizantes Estos materiales pueden ser depositados por una avenida repentina o flujo de lodo derivado de pequentildeas cuencas colectoras sujetas a aguaceros poco frecuentes
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Suelos residuales Estos suelos son producto del intemperismo y la
desintegracioacuten y alteracioacuten mecaacutenica de rocas madres Las partiacuteculas de
material residual pueden variar de tamantildeo de grandes fragmentos de
gravas a arenas limos coloides y en algunos casos material orgaacutenico
La estructura del grano colapsable se ha desarrollado como producto de
la accioacuten disolvente sobre el material soluble y coloidal La lixiviacioacuten del
material soluble y del material fino conduce a una alta relacioacuten de vaciacuteos
y a una estructura inestable Otro tipo de suelo que muestra colapso al
remojo son aquellos derivados de tufo volcaacutenico
sulfato de calcio arenas sueltas cementadas por sal soluble arcillas
dispersivas y arcillas montmorilloniacuteticas ricas en sodio
CAUSAS QUE GENERARIacuteAN DICHO COMPORTAMIENTO- Estructura parcialmente saturada potencialmente inestable- Una componente de esfuerzo aplicado o existente lo suficientemente alta para desarrollar una condicioacuten metaestable- Un ligante resistente o un agente cementante para estabilizar contactos intergranulares el cual se reduce por remojo ocasionando el colapso La mayoriacutea de suelos colapsables involucra la accioacuten de partiacuteculas arcillosas en los enlaces entre los granos gruesos de arena-Agentes cementantes tales como oacutexido de hierro carbonato de calcio o la soldadura de granos en contacto proporcionan esfuerzos resistentes para muchos suelos colapsables La accioacuten de este cementante es frecuentemente el agente principal de colapso en loess El grado al cual el agente cementante pierde su efectividad depende del grado de contaminacioacuten del ingreso del agua y del grado de disolucioacuten del agente cementante involucrado
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
CONSOLIDOacuteMETRO PARA ENSAYO DE COLAPSO
Se procede a cortar el suelo de acuerdo con las dimensiones del anillo
del ensayo de consolidacioacuten unidimensional Determinar sus
propiedades fiacutesicas tales como humedad natural peso volumen
gravedad especiacutefica de soacutelidos liacutemites de consistencia distribucioacuten
granulomeacutetrica seguacuten las normas
Se instala la muestra en el anillo del consolidoacutemetro despueacutes de haber
determinado el peso inicial de la masa huacutemeda y altura de la muestra y
fijar el conjunto anillo-muestra en el consolidoacutemetro Aplicar una carga
de contacto 005 kgcm2 (5 Kpa) despueacutes de 5 min tomar lectura del
deformiacutemetro aplicar incrementos de carga a cada hora hasta que se
aplique la presioacuten vertical apropiada Los incrementos de carga seraacuten
012 025 050 100 200 etc Kgcm2 (12 25 50 100 200 etc) o
cargas de acuerdo al meacutetodo de ensayo ASTM D2435 registrar la
deformacioacuten antes de incrementar una nueva carga
Determinacioacuten del potencial de colapso
donde
di = lectura del dial con el esfuerzo adecuado antes de la saturacioacuten (mm)
df = lectura del dial bajo el esfuerzo adecuado despueacutes del humedecimiento (mm)
ho = altura inicial de la muestra (mm)
Tmbieacuten se puede evalua en teacuterminos de relacioacuten de vaciacuteos
dondeΔe = cambio de relacioacuten de vaciacuteos bajo el esfuerzo adecuado antes y despueacutes de la inundacioacuteneo = relacioacuten de vaciacuteo inicialLa evaluacioacuten de un suelo colapsable seraacute de acuerdo a la siguiente tablaCon todo lo epxlicado concluimos que el colapso de los suelos es la disminucioacuten moderada de volumen cuando estaacute con bajo contenido de humedad y una gran peacuterdida cuando estaacute sumergido y la magnitud de asentamiento depende del contenido de humedad del suelo En estado sumergido y bajo la aplicacioacuten de cargas verticales los suelos colapsables presentan un mayor asentamiento Los suelos colapsables existen en todo el mundo principalmente en la regiones aacuteridas y semiaacuteridas nuevamente comentando que los depoacutesitos eoacutelicos coluviales residuales tubos volcaacutenicos etc son suelos que pueden ser colapsables
Definicioacuten de colapso Se definen como colapso a cualquier disminucioacuten raacutepida de volumen del suelo producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factoresbull Contenido de humedad (w) bull Grado de saturacioacuten (Sr) bull Tensioacuten media actuante (τ) bull Tensioacuten de corte (σ) bull Presioacuten de poros (u)
TIPOS DE SUELOS COLAPSABLESLos tipos de suelos colapsables son
- Suelos aluviales y coluviales ndash Depositados en ambientes Semi-deseacuterticos por flujos maacutes o menos torrenciales- Suelos eoacutelicos ndash Depositados por el viento son arenas y limos arenosos con escaso cemento arcilloso en una estructura suelta o inestable
- Cenizas volcaacutenicas ndash Provenientes de cenizas arrojadas al aire por actividad volcaacutenica explosiva- Suelos residuales ndash Derivados de la descomposicioacuten in ndash situ de minerales de ciertas rocas son luego lixiviados por el agua y pierden su cemento
CONSECUENCIAS EN CIMENTACIONES
Patologiacuteas en cimentaciones Posibles causas
Introduccioacuten
De todos los posibles tipos de patologiacutea que puede sufrir la edificacioacuten las estadiacutesticas demuestran que son las patologiacuteas ligadas a las cimentaciones las que mayores costes globales conllevan Ademaacutes tienen gran repercusioacuten social lo que las hace maacutes notorias por la complejidad propia de su reparacioacuten porque suponen una fuerte alteracioacuten y hasta interrupcioacuten del uso del inmueble y porque suelen involucrar a colindantes e incluso poderes puacuteblicos Urge como en ninguacuten otro caso determinar las causas y cuanto antes dar una solucioacuten al problema
Causas intriacutensecas de fallos de cimentacioacuten
Se agrupan aquiacute los fallos de cimentacioacuten consecuencia de la interaccioacuten entre el terreno y la propia cimentacioacuten de la construccioacuten afectada
Defectos de proyecto
Son errores de concepcioacuten de disentildeo o caacutelculo del proyecto Son errores previsibles por lo que si se tienen en cuenta en el disentildeo y caacutelculo de la edificacioacuten el riesgo de que provoquen dantildeos se minimizaEnumeramos aquiacute no todas pero siacute algunas de las posibles causas de problemas derivadas del proyectobull Falta de capacidad de carga cimentacioacuten insuficiente o capacidad
de carga del suelo insuficientebull Esfuerzos no contemplados por ej por olvido de algunas
sobrecargas de explotacioacutenbull Conocimiento insuficiente del suelo Lo que deriva en la ignorancia
de riesgos especiales geoteacutecnicos Las causas pueden ser escasez de reconocimientos previos del terreno mala interpretacioacuten de los mismos no consideracioacuten de los fenoacutemenos de agresividad etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Cobra importancia en terrenos con especiales caracteriacutesticas
Arcillas expansivas
Suelos colapsables
Rellenos antroacutepicos
Suelos blandos naturales
Infravaloracioacuten del riesgo geoteacutecnico conocido eacuteste Casos asiacute pueden ser desprecio de los efectos que produce la falta de homogeneidad de un suelo o las distintas profundidades de aparicioacuten de la roca en planta desprecio de los efectos de la potencial expansividad o de posible subpresioacuten o fenoacutemenos de subsidencias procesos de disolucioacuten etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONESbull Defectos en la evaluacioacuten del terreno asientos calculados no
tolerables por la estructura esfuerzos paraacutesitos en pilotes (olvido del efecto de asiento de terrenos flojos o rellenos recientes) etc
bull Efecto grupo en pilotes defectuosa estimacioacuten del efecto grupo en pilotes flotantes no consideracioacuten de los esfuerzos laterales o del rozamiento negativo etc
bull Ausencia de consideracioacuten del bulbo de tensiones de la cimentacioacuten propia y su alcance Pero tambieacuten de cimentaciones colindantes que podriacutean suponer una carga oblicua sobre nuestra cimentacioacuten habraacute que considerarla en caacutelculo y prever un proceso constructivo adecuado (no vayamos a provocar dantildeos a otras edificaciones)
bull Ignorancia de las condiciones de contorno es decir no consideracioacuten de las condiciones del entorno de la estructura
proyectada posibles socavaciones arrastres descalces agotamientos rebajamientos de nivel freaacutetico etc
bull Heterogeneidades distribucioacuten irregular de las cargas o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentacioacuten
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Defectos de ejecucioacuten
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecucioacuten de eacutestos Los defectos de ejecucioacuten normalmente responden a un deficiente Control de Calidad Por tanto en principio son evitablesAlgunos errores de ejecucioacuten podriacutean serbull Apreciacioacuten erroacutenea de los estratos resistentes confundidos con
capas de poco espesor bolos erraacuteticos etcbull Errores de replanteo bull Mala calidad de los materiales en especial hormigones Deterioro
de zapatas losas o muros por escasa calidad de los materiales grietas de retraccioacuten por mala dosificacioacuten del hormigoacuten materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto etc
bull Degradacioacuten del material suele ir unido al anterior hormigoacuten no resistente a la agresividad del terreno recubrimientos insuficientes madera metal etc
bullCAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Lavado del hormigoacuten en cimentaciones superficiales o profundas colocado en presencia de aguas en movimiento
Errores en la colocacioacuten de armaduras confusioacuten de diaacutemetros de armado ausencia de separadores etc
Problemas de fraguado unidos a errores de vertido de dosificacioacuten de curado
Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio cortadas lavadas) o de baja calidad y excesiva carga portante de caacutelculo
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
c) Disentildeo de estructuras yo cimentaciones insensibles a los asentamientos provocados por
el colapso por ejemplo fundaciones profundas apoyadas sobre un manto profundo no
sujeto a los asentamientos por humedecimiento
El primer grupo de soluciones comprende los meacutetodos de mejoramiento de suelo por
medio de los cuales la susceptibilidad al colapso es eliminada modificando las propiedades
resistentes del suelo mediante la compactacioacuten o la cementacioacuten de los viacutenculos entre
partiacuteculas El segundo grupo incluye la adopcioacuten de medidas constructivas tendientes a
aislar el agua de manera de evitar o disminuir la presencia de condiciones favorables al
colapso admitiendo no obstante ciertos riesgos Finalmente el tercer grupo engloba tanto
las soluciones tradicionales por medio de fundaciones profundas como el disentildeo de
estructuras con fundaciones directas insensibles a los asentamientos diferenciales
provocados por el colapso del suelo En resumen en el primer grupo de soluciones se
interviene directamente en el suelo evitando asiacute el colapso en el segundo grupo se intenta
evitar que se produzca el colapso sin modificar el suelo y en el uacuteltimo grupo se construyen
estructuras yo fundaciones que admitan y resistan los fenoacutemenos provocados por el
colapso del suelo
Evstatiev (1988) sentildeala que los mejores resultados han sido alcanzados con una oacuteptima
combinacioacuten de las ventajas que individualmente tiene cada uno de los tres grupos La
experiencia ha probado que las medidas constructivas y las medidas de aislacioacuten del agua
por siacute solas no pueden resolver todos los problemas de inestabilidad que provoca el colapso
del suelo Asiacute la adopcioacuten de soluciones exclusivamente para la superestructura (por
ejemplo fundaciones profundas) sin un adecuado disentildeo que eviten dantildeos en los otros
elementos de la construccioacuten como pisos desaguumles etc han provocado serios dantildeos en
estas partes de la construccioacuten que podriacutean haber sido evitados aplicando medidas
tendientes a evitar el ingreso del agua en el terreno
La eficacia del disentildeo adoptado en cada caso depende en gran medida de la calidad de las
investigaciones geoteacutecnicas realizadas La informacioacuten baacutesica que eacutestas deben suministrar
son el espesor del manto de suelos colapsables y la magnitud del colapso bajo peso propio
o bajo carga de todos los estratos del perfil
Una incorrecta estimacioacuten de estos paraacutemetros puede llevar a proponer y construir
soluciones ingenieriles totalmente opuestas a las correctas La confeccioacuten de perfiles de
colapsabilidad como los presentados permiten establecer la existencia o no de suelos
autocolapsables sus espesores aproximados y la profundidad a la que se encuentran Esta
metodologiacutea de anaacutelisis es de gran ayuda por ejemplo en la eleccioacuten del procedimiento
idoacuteneo para estabilizar el terreno
A continuacioacuten se presenta una descripcioacuten de las distintas soluciones ingenieriles maacutes
utilizadas en este tipo de suelos En primer lugar se analizan el primer grupo de soluciones
que se ha englobado bajo el nombre de Mejoramiento de suelos continuando luego con los
otros dos grupos Medidas para evitar la iniciacioacuten del colapso y fundaciones yo
estructuras insensibles a los fenoacutemenos del colapso
112 Mejoramiento de suelos colapsables
Consideraciones previas
El objetivo principal de estas soluciones es eliminar o disminuir apreciablemente la
susceptibilidad al colapso del suelo bien disminuyendo la porosidad del suelo
(compactacioacuten) o bien aumentando la resistencia estructural entre las partiacuteculas del suelo
(meacutetodos fiacutesico-quiacutemicos) Una de las formas de clasificar los meacutetodos de mejoramiento o
estabilizacioacuten ha sido precisamente eacutesta o sea teniendo en cuenta la accioacuten resultante
sobre el suelo (Aitchison1973 Rocca1985) Sin embargo para el desarrollo y explicacioacuten
de los diferentes meacutetodos se ha elegido la clasificacioacuten propuesta por Evstatiev(1988) que
tiene en cuenta el medio usado para realizar la estabilizacioacuten y el objeto de la misma
Evstatiev (1988) propone la siguiente clasificacioacuten de los meacutetodos de estabilizacioacuten de
suelos loeacutessicos la cual puede hacerse extensiva a suelos colapsables
a) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacioacuten
b) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
c) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
d) Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
e) Meacutetodos de mejoramiento que incorporan elementos resistentes a la traccioacuten dentro del
suelo
f) Geomembranas
g) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por drenaje
h) Correccioacuten de taludes y terraplenes
A continuacioacuten siguiendo la clasificacioacuten antes expuesta se desarrollaran aquellas
metodologiacuteas de mejoramientos de suelos colapsables maacutes extendidas Desarrollaacutendose
principalmente los grupos abc y d puesto que incluyen una serie de acciones particulares
frente al fenoacutemeno del colapso En cuanto a los restantes grupos (e f g y h) las teacutecnicas de
mejoramiento del terreno utilizadas persiguen los mismos objetivos buscados en otros tipos
de suelos y en general la teacutecnica empleada es praacutecticamente la misma Por tal motivo y
puesto que se apartan un tanto del objeto de estas notas se estima conveniente no abundar
sobre ellas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacioacuten
Este grupo comprende varias de las metodologiacuteas usadas en suelos colapsables para reducir
los vaciacuteos de modo de eliminar la colapsabilidad reducir la permeabilidad y aumentar la
capacidad de carga Esto se realiza utilizando fuerzas estaacuteticas o dinaacutemicas o bien a traveacutes
de la inyeccioacuten de lechadas
Compactacioacuten dinaacutemica Este meacutetodo es adecuado para compactar mantos de suelos
colapsables superficiales con espesores menores a 350 metros El meacutetodo consiste en dejar
caer en caiacuteda libre desde una altura de 4 a 8 metros pilones de 3 a 8 Tn sobre la superficie
del terreno a razoacuten de 10 a 16 impactos en cada lugar (Abelev y Abelev 1979) El impacto
genera una rotura de la estructura del suelo un aumento de la presioacuten de poros y una
compresioacuten del aire presente en los poros produciendo un reacomodamiento de las
partiacuteculas dando como resultado una estructura maacutes compacta Seguacuten Malyshev et al
(1983) el contenido de humedad del suelo juega un papel importante lograacutendose la maacutexima
eficiencia con un contenido de humedad cercano al Liacutemite Plaacutestico Si el contenido de
humedad es menor a eacuteste es necesario humedecer el espesor de suelo de modo de alcanzar
una mejor eficacia Varios son los factores que controlan los resultados del meacutetodo asiacute por
ejemplo el espesor compactado es funcioacuten principalmente del peso y del diaacutemetro del piloacuten
En tanto el grado de compactacioacuten estaacute controlado por el nuacutemero de impactos y la humedad
del suelo El grado de compactacioacuten no es uniforme a lo largo de todo el espesor
compactado lograacutendose la maacutexima densificacioacuten a 12 a 15 veces el diaacutemetro del piloacuten
Sin embargo se pueden obtener Pesos Unitarios secos superiores a 16 tm3 en espesores de
25 a 35 m lo cual en la mayoriacutea de los casos es suficiente para disminuir o anular la
susceptibilidad al colapso del suelo Una variante a este meacutetodo es realizar la compactacioacuten
solamente en los lugares donde actuacutean las cargas y no en toda el aacuterea de la construccioacuten
Por ejemplo en casos de fundaciones de muros de carga o fundacioacuten de columnas el
mejoramiento del suelo se logra densificando la zona de influencia del bulbo de presiones
o sea la zona donde los incrementos de presioacuten pueden hacer colapsar el suelo
Compactacioacuten por medio de pequentildeos pilotes piramidales En cierta forma este meacutetodo es
una variante del meacutetodo anterior Consiste en hincar un pilote piramidal de 3 a 4 metros de
longitud con una seccioacuten transversal superior de 60 x 60 a 70 x 70 cm y una seccioacuten
transversal inferior de 10 x 10 cm Una vez retirado el pilote la cavidad se rellena con
hormigoacuten Este tipo de metodologiacutea da excelentes resultados en aacutereas en donde existe un
espesor de suelos potencialmente colapsables (no autocolapsables) de 30 o 40 m de
profundidad pero que colapsaraacuten si estaacuten sometidos a los incrementos de carga
transmitidos por las construcciones Una de las ventajas del meacutetodo es la completa
mecanizacioacuten de todas las operaciones Una variante a este meacutetodo consiste en realizar la
hinca sobre una capa de piedra partida dando como resultado un bulbo de suelo
compactado alrededor de la capa de piedra mejorando la capacidad de carga por la punta
del pilote asiacute construido
Compactacioacuten por pilotes de suelo Este es uno de los meacutetodos maacutes usuales para
compactar espesores importantes (18 a 20 m) de suelos loeacutessicos susceptibles al colapso
El procedimiento consta de dos partes primero se realiza la perforacioacuten y segundo se llena
la cavidad con suelo compactado La perforacioacuten se realiza usualmente mediante la hinca
de un pilote metaacutelico con base ensanchada (15 veces) En otra metodologiacutea de reciente uso
la excavacioacuten se hace de la siguiente forma se perfora hasta la profundidad deseada un
hoyo de 8 cm de diaacutemetro dentro del cual se coloca una columna de explosivos que luego
de estallar crea una perforacioacuten de aproximadamente 080 m de diaacutemetro Despueacutes de
efectuada esta perforacioacuten dinaacutemica la cavidad se rellena con suelo local introducido en
tongadas de 100 a 200 Kg que luego son compactadas dinaacutemicamente por medio de un uacutetil
especial Concluidas ambas etapas quedan formadas columnas de suelo compactado con un
diaacutemetro aproximado igual a dos veces el de la perforacioacuten El grado de compactacioacuten va
decreciendo a medida que se aleja del centro de la columna por tal motivo es importante
conocer esta ley de decrecimiento para disentildear correctamente la cuadriacutecula de pilotes de
suelo Al igual que en los otros meacutetodos la eficiencia del sistema aumenta en la medida que
la humedad del suelo natural y compactado se encuentre a una humedad cercana al Limite
Plaacutestico Por tal motivo es usual que previo a la perforacioacuten se realice una humectacioacuten del
espesor de suelos a compactar Las densidades alcanzadas son del orden de 170 a 180
tm3 que son suficientes para evitar el colapso por peso propio y permiten el use del
espesor compactado como manto de fundacioacuten
Compactacioacuten por explosiones de gas Esta relativamente nueva metodologiacutea de
compactar espesores de suelos colapsables consiste en introducir a traveacutes de una lanza de
agua a presioacuten una caacutemara de compresioacuten que contiene una mezcla de gas propano y
oxiacutegeno la cual se va elevando a medida que se producen una serie de explosiones de la
mezcla De este modo se va generando una columna 120 140 m de suelo compactado
(Densidad de 150 tcm3) (Martemyanov et al 1979)
Compactacioacuten por humedecimiento (Hidrocompactacioacuten) En este caso se utiliza la propia
susceptibilidad del suelo a colapsar bajo peso propio El meacutetodo maacutes frecuente de realizar
la humectacioacuten o saturacioacuten del terreno es a traveacutes de infiltracioacuten del agua desde la
superficie del terreno para lo cual se efectuacutean excavaciones poco profundas (040 a 080 m)
o bien se construyen grandes estanques En muchos casos a efectos de acelerar el ingreso
del agua al terreno se construyen dentro del estanque drenes de arena convenientemente
espaciados Este sistema ha sido empleado ampliamente en varias partes del mundo por
ejemplo en EEUU por Gibbs y Bara (1967) y Clevenger (1956) en Rumania por Bally et
al (19651969) en la URSS por Lomize (1968) y Mustafaef (1967) en China por Lin y
Liang (1982) y en Argentina por Moll et al (1979) A pesar de su amplia utilizacioacuten y su
bajo costo el meacutetodo presenta una serie de inconvenientes aparicioacuten de grietas de traccioacuten
en el contorno del aacuterea inundada existencia de importantes deformaciones posteriores al
colapso necesidad de recompactar los 4 oacute 5 primeros metros utilizando otro tipo de
metodologiacutea La efectividad de este meacutetodo se mejora sustancialmente si al mismo se lo
combina con otro meacutetodo de compactacioacuten dinaacutemica
Compactacioacuten por humedecimiento previo y por explosiones profundas Este meacutetodo fue
desarrollado en al Unioacuten Sovieacutetica por Livinov (1976) en la deacutecada de los 60 El espesor de
suelos a compactar es previamente humedecido a traveacutes de un sistema de drenes
(cuadriacutecula de 3 x 3 a 5 x 5 m) Las cargas explosivas (5 a 7 Kg) son colocadas en el fondo
de los mismos drenes o bien en tubos metaacutelicos colocados en perforaciones adicionales La
cuadriacutecula con las cargas es aproximadamente de 4 x 4 m En este procedimiento no es
necesario la completa saturacioacuten del suelo que por ejemplo necesita el meacutetodo anterior
Posterior al humedecimiento se hacen estallar las cargas de toda un aacuterea (2000 a 50000
m2) La explosioacuten generan una onda de choque que hace licuar la estructura del suelo lo
cual permite un reacomodamiento de las partiacuteculas y un crecimiento de la densidad del
suelo En ciertos casos es aconsejable la construccioacuten de trincheras alrededor de la zona a
compactar a efectos de evitar la propagacioacuten de grietas fuera de ella La explosioacuten produce
un importante a inmediato asentamiento de la superficie del terreno Los asentamientos en
general se estabilizan al cabo de 3 oacute 4 semanas Este tipo de meacutetodo es aconsejable cuando
se desea compactar grandes voluacutemenes de suelo particularmente en grandes complejos
industriales o bien en obras hidroeleacutectricas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
En este apartado se incluyen aquellos meacutetodos de estabilizacioacuten consistentes en la mezcla y
posterior compactacioacuten de suelo colapsable con otros materiales (arena gravas) a efectos
de conseguir mayor resistencia y mayor rigidez Este tipo de estabilizacioacuten es de amplio use
en la ingenieriacutea vial en la construccioacuten de bases y de sub-bases
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
Este grupo incluye a aquellas metodologiacuteas en las cuales el mejoramiento de las
propiedades resistentes del suelo se consiguen con la creacioacuten de viacutenculos maacutes soacutelidos y
estables en la estructura del suelo En algunas de ellas la inyeccioacuten de agentes cementantes
provoca la rotura de la estructura original del suelo En otras por el contrario la inyeccioacuten
de agentes quiacutemicos actuan directamente sobre los viacutenculos sin modificar la estructura del
suelo Los meacutetodos se pueden dividir en meacutetodos superficiales y meacutetodos profundos
dependiendo en donde se realice la estabilizacioacuten En los meacutetodos de estabilizacioacuten
superficiales el mejoramiento en general se consigue mediante la mezcla y posterior
compactacioacuten del suelo con agentes quiacutemicos o cementantes tales como cemento cal
emulsiones asfaacutelticas sales (NaCl Nat C03 NaPO3) etc Estos meacutetodos de estabilizacioacuten
son tambieacuten usuales en otros tipos de suelos y son de amplia utilizacioacuten en todo tipo de
obras de ingenieriacutea civil por tal motivo no insistiremos en ellos Por el contrario los
meacutetodos de estabilizacioacuten profunda aunque tambieacuten se han utilizado en otros tipos de
suelos muchos de ellos se han desarrollado y usado especiacuteficamente para eliminar o
disminuir la susceptibilidad al colapso en espesores importantes de suelo A continuacioacuten
se presentan algunos de ellos
Inyecciones de agentes quiacutemicos Las investigaciones y las realizaciones en este tipo de
estabilizaciones se ha desarrollado principalmente en la Unioacuten Sovieacutetica Seguacuten Mitchell
(1981) la razoacuten principal por la cual estos meacutetodos no se han extendido universalmente se
debe principalmente a los altos costos frente a otros tipos de estabilizaciones Sin embargo
Esvtatiev (1988) da cuenta de la existencia en la URSS de maacutes de 800 proyectos en donde
se han utilizado satisfactoriamente p ej el meacutetodo de silicatizacioacuten) Esto ha permitido un
continuo mejoramiento de la tecnologiacutea una reduccioacuten de los costos y una abundante
normativa en la regulacioacuten de su uso El agente quiacutemico maacutes utilizado por su bajo costo
frente a otros agentes quiacutemicos es el Silicato de Sodio El meacutetodo consiste en inyectar en
todo el espesor de suelo a tratar una solucioacuten de silicato de sodio (Densidad = 1 10 a 1 04
gcm3) a traveacutes de un tubo inyector de 42 mm de diaacutemetro con perforaciones de 3 mm
protegidas por un manguito de goma La inyeccioacuten se realiza a una presioacuten de 20 a 40
Kgcm2 y una descarga de 48 litros por minuto (Zvyagin et al 1978) La silicatizacioacuten del
suelo es soacutelo posible en un medio fuertemente alcalino Seguacuten Sokolovic (1973) se logra
una mejor eficiencia mediante una pre y post gasificacioacuten con carbonato de calcio Luego
de la inyeccioacuten tres son los cambios que se observan en el suelo un aumento significativo
de la resistencia a la compresioacuten (superior a 20 Kgcm2 ) una eliminacioacuten de la
susceptibilidad al colapso y una disminucioacuten de la permeabilidad Otro de los tratamientos
con agentes quiacutemicos es la inyeccioacuten de amoniacuteaco La mejora en el suelo es inferior al
tratamiento por silicatizacioacuten ademaacutes presenta la desventaja de ser un elemento toacutexico y su
utilizacioacuten requiere medidas especiales de proteccioacuten (Sokolovic 1973)
Estabilizacioacuten teacutermica Esta teacutecnica comenzoacute a desarroIlarse en la URSS en la deacutecada de
los antildeos 50 y ha sido utilizada exitosamente en un importante nuacutemero de emprendimientos
Seguacuten Esvtatiev (1988) la aplicacioacuten de este meacutetodo es teacutecnica y econoacutemicamente
aconsejable en los siguientes casos a) en la estabilizacioacuten de fundaciones existentes de
estructuras altas como chimeneas tanques de agua b) en la paralizacioacuten de los
asentamientos en construcciones existentes provocados por el colapso del suelo Las
propiedades de los minerales arcillosos cambian cuando eacutestos son sometidos a altas
temperaturas lo cual genera un aumento importante de la resistencia y por ende la
eliminacioacuten de la susceptibilidad al colapso del suelo La tecnologiacutea ha ido variando y
mejorando su eficiencia a lo largo de estas deacutecadas No obstante la variedad de meacutetodos
casi todos ellos consisten en la introduccioacuten de un quemador de fuel o gas dentro de un pre
pozo de 020 metros de diaacutemetro con una presioacuten de aire de 20 a 30 Kgcm2 De esta
forma al cabo de 10 a 15 diacuteas se consigue una columna estabilizada de suelo de 20 a 30
metros y una profundidad de 10 a 15 metros (Beles y Stanculescu 1958)
Estabilizacioacuten mediante mezclado mecaacutenico con agentes cementantes El objetivo de este
tipo de estabiacutelizacioacuten es la creacioacuten de columnas o pilotes de suelo con alta resistencia y
rigidez que permitan la transferencia de las cargas a mantos maacutes profundos y estables
Varios son los meacutetodos constructivos que pueden agruparse dentro de este grupo Los
subdividiremos en los siguientes subgrupos dependiendo del lugar en donde se realiza la
mezcla del suelo con el agente cementante
1 La mezcla del suelo y el agente cementante se realiza en superficie En este caso la
excavacioacuten se puede realizar bien utilizando la teacutecnica constructiva empleada en los pilotes
de suelo (hinca) o bien usar teacutecnicas usuales de perforacioacuten La mezcla deiexcl suelo con el
agente cementante (preferentemente Cemento Portland) puede ser fluida (suelo cemento
plaacutestico) a introducirse dentro de la excavacioacuten en forma de pastones o bien mezclar el
suelo y elcemento con porcentaje de humedad oacuteptimo a introducirlos en la perforacioacuten en
tongadas (100 a 200 Kg) las cuales posteriormente son compactadas dentro de la misma
excavacioacuten Por lo tanto existen cuatro variantes seguacuten sea el tipo de excavacioacuten y el tipo
de mezcla
2 La mezcla del suelo y el cemento se realiza en el mismo proceso de perforacioacuten En este
caso la mezcla del agente cementante se realiza con el propio suelo La mezcla puede
realizarse mediante uacutetiles especiales que van mezclando el suelo con una lechada de
cemento o bien usar la teacutecnica del jet grouting mediante un chorro de lechada a alta presioacuten
Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
Este tipo de estabilizacioacuten se realiza principalmente en terrenos con suelos potencialmente
colapsables en los cuales la presencia de cargas adicionales en superficie puede generar
asentamientos adicionales ante un incremento de la humedad del suelo Asiacute una parte del
suelo colapsable superficial ubicado directamente debajo de las fundaciones es excavado
extraiacutedo y reemplazado por otro material maacutes competente Los materiales generalmente
utilizados son los siguientes el mismo suelo extraiacutedo compactado y eventualmente
estabilizado granulomeacutetricamente arena compactada o suelo cemento compactado La
eleccioacuten del tipo de material estaacute condicionado generalmente por variables teacutecnico
econoacutemicas Los espesores de estos mantos son variables (1 a 4 m) dependiendo del tipo de
cargas y de las caracteriacutesticas del proyecto Por ejemplo en algunos proyectos los
condicionantes pueden ser los asentamientos diferenciales (edificios) en cambio en otros
(canales) no soacutelo importa disminuir la probabilidad que se produzca el colapso sino
tambieacuten lograr una capa de suelo maacutes impermeable Este tipo de metodologiacutea ha sido
utilizada con eacutexito en numerosos paiacuteses y en innumerables tipos de obras Tambieacuten es
frecuente el empleo de esta metodologiacutea en forma conjunta con otro tipo de estabilizacioacuten
profunda cuando se presentan mantos de suelos colapsables profundos y con espesores
muy dispares
113 Medidas conducentes a evitar la iniciacioacuten del colapso
Arriba se sentildealaron los tipos de humedecimientos que seguacuten Goldstein (1969) pueden
presentarse en una masa de suelo
a) humedecimiento localizado por rotura de conducciones hidraacuteulicas o infiltraciones de
aguas de lluvia
b) humedecimiento extenso causado por roturas de canales o efluentes industriales
c) ascenso del nivel freaacutetico
d) aumento gradual y lento del contenido de humedad por condensacioacuten del vapor de agua
provocados por condiciones ambientales
Muchos de estos tipos de humedecimientos pueden ser prevenidos principalmente los
primeros pues en general eacutestos son debidos a fallas o roturas de las instalaciones de la
misma construccioacuten En cambio los otros tipos de humedecimientos estaacuten condicionados
por factores externos al proyecto como por ejemplo puede ser el ascenso del nivel freaacutetico
o la rotura de un canal cercano y ajeno al proyecto La accioacuten del proyectista debe estar
encaminada principalmente a impedir dentro de los liacutemites del proyecto la generacioacuten de
estos humedecimientos provocados por elementos de la propia construccioacuten Robinson y
Narkiewicz (1982) sugieren las siguientes medidas de proteccioacuten contra el humedecimiento
de edificios
a) Pendientes adecuadas en la superficie del terreno que rodea a la construccioacuten de modo
que no se produzcan embalsamientos de agua en las cercaniacuteas de las fundaciones y que
cualquier peacuterdida de agua pueda ser eliminada con rapidez
b) Canalizacioacuten de todos los desaguumles de techos y patios hacia el exterior de la
construccioacuten
c) Instalacioacuten de membranas impermeables o pavimentacioacuten de la superase que rodea a la
construccioacuten de modo de limitar la infiltracioacuten de agua en el suelo adyacente a las
construcciones
d) Encerrar las conducciones de agua o efluentes cloacales dentro de conductos de faacutecil
acceso a efectos de detectar posibles peacuterdidas
Algunas de estas medidas requieren una serie de medidas de control y mantenimiento
durante la vida uacutetil de la obra de manera que perioacutedicamente se realicen inspecciones a las
instalaciones y puedan detectarse peacuterdidas o dantildeos en las mismas Tambieacuten es aconsejable
que los propietarios de la obra conozcan perfectamente los riegos a que estaacute expuesta la
misma de modo que su actividad yo descuidos no inicie procesos de humedecimiento del
terreno
Las medidas de proteccioacuten en otros tipos de obras civiles (canales o caminos) tienen la
misma filosofiacutea es decir elementos de proteccioacuten que impidan o dificulten la entrada del
agua en el terreno de fundacioacuten Asiacute por ejemplo en las obras lineales se debe prestar una
especial atencioacuten al disentildeo del sistema de alcantarillado y de desaguumles En algunos casos
estas obras suelen seguir parcialmente las curvas de nivel del terreno convirtieacutendose en
verdaderas presas que impiden el natural escurrimiento de las aguas provocando la
acumulacioacuten de agua en su entorno lo que genera un humedecimiento generalizado del
terreno de fundacioacuten con los consecuentes dantildeos en la obra
Es frecuente que en ciertos tipos de obras como viviendas unifamiliares de una planta o
incluso caminos y canales las uacutenicas medidas a adoptar sean las presentadas en este
apartado ya que la utilizacioacuten de teacutecnicas de mejoramiento o fundaciones profundas
resultan prohibitivas En realidad la mayoriacutea de las obras aludidas se construyen admitiendo
el riesgo de un posible colapso del terreno El buen comportamiento que han tenido la
mayoriacutea de ellas se debe fundamentalmente a que no se ha producido ninguacuten tipo de
humedecimiento En contraste los dantildeos son serios en aquellas obras que los han sufrido
Por todo ello es un deber de los investigadores a ingenieros buscar nuevas soluciones
econoacutemicas que permitan disminuir los riesgos y por ende los dantildeos en este tipo de obras
Uno de los caminos en tal sentido es el estudio de estructuras que absorban o minimicen
los posibles asentamientos diferenciales provocados por el humedecimiento localizado del
suelo sin un aumento excesivo de los costos
114 Estructuras yo fundaciones que admiten y resisten los fenoacutemenos provocados
por el colapso
El anaacutelisis de este apartado se centraraacute principalmente en el estudio de las fundaciones
superficiales en suelos potencialmente colapsables ya que el otro gran grupo de soluciones
fundaciones profundas mediante pilotes seraacute objeto de un examen detallado en los
apartados siguientes
La lista de estructuras que se asientan directamente sobre mantos de suelos potencialmente
colapsables es amplia entre ellas pueden sentildealarse viviendas unifamiliares construcciones
transitorias galpones ductos enterrados canales caminos etc
Las fundaciones directas sobre suelos colapsables pueden ser divididas en dos grupos
a) Fundaciones riacutegidas utilizadas principalmente en estructuras livianas y con cargas
puntuales por ejemplo torres de liacuteneas de alta tensioacuten columnas de naves industriales o
depoacutesitos En general este tipo de estructuras tienen algunos rasgos comunes como son por
ejemplo cargas verticales bajas cargas horizontales importantes y en general suelen
aceptar asentamientos admisibles mayores
b) Fundaciones de baja rigidez longitudinal en este caso se trata de estructuras con cargas
lineales (muros de carga canales etc) con baja rigidez en el sentido de las cargas Este tipo
de estructuras son sensibles a humedecimientos localizados del terreno que generan
asientos diferenciales importantes En general las medidas que suelen tomarse para
disminuir los efectos de los asientos diferenciales son las siguientes disentildeo de elementos
que rigidicen la estructura (Clemence Y Finbarr 1981) y el disentildeo de elementos
constructivos que eviten
RECAPITULACIOacuteN
Definido el concepto de colapso el estudio se ha enfocado al anaacutelisis de los suelos
colapsables por humedecimiento En esta clase particular de suelos metaestables el agente
externo que desencadena el fenoacutemeno de colapso es el agua En estos suelos un incremento
de humedad puede provocar una disminucioacuten o anulacioacuten de las fuerzas que vinculan unas
partiacuteculas con otras y por lo tanto cambiar el estado de equilibrio en la estructura del suelo
El colapso de la estructura del suelo depende fundamentalmente de dos causas a) de la
importancia de los cambios provoca dos por el agua en los viacutenculos existentes entre las
partiacuteculas y b) del estado tensional en los viacutenculos O sea para que se produzca el colapso
es necesario un agente sensibilizante y un estado tensional capaz de provocar la des-
estabilizacioacuten de la estructura del suelo
Por este motivo los meacutetodos que mejor reflejan la susceptibilidad al colapso de un suelo
son aquellos basados en ensayos mecaacutenicos donde ambos factores estaacuten presentes
La gran subdivisioacuten que se hace a los suelos colapsables parte precisamente de verificar
coacutemo es el comportamiento del suelo en su estado tensional original o bajo su propio
peso Si se produce el colapso bajo este estado se indica que el suelo es verdaderamente
colapsable o autocolapsable en cambio si el fenoacutemeno no se produce se sentildeala que el
suelo es candicionalmente colapsable o colapsable bajo carga
En este contexto diversos investigadores introducen el concepto (tambieacuten tensional) de
Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) o Presioacuten de Fluencia Saturada (σf) como aquella
presioacuten a la cual se produce el colapso Desde un punto de vista teoacuterico esta presioacuten deberiacutea
ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero desde un punto de vista praacutectico se
asume que una pequentildea magnitud del colapso es permisible Por ejemplo las normas
Sovieacuteticas Lo toman igual al 100 las Chinas igual al 150 En cambio en Argentina se
utiliza maacutes la Presioacuten de Fluencia Saturada que se obtiene de forma similar a la Presioacuten de
Preconsolidacioacuten No obstante esta diferencia metodoloacutegica en ambos casos el concepto es
el mismo
Con respecto a las metodologiacuteas usadas para establecer la susceptibilidad al colapso de un
suelo o de un perfil de suelo han sido analizadas las que utilizan el concepto de Presioacuten
Inicial de Colapso y la magnitud del colapso Esta seleccioacuten se realizoacute fundamentalmente
por las siguientes causas primero porque se hacen en base a ensayos mecaacutenicos donde
intervienen el agente externo (el agua) y el estado tensional del suelo y segundo porque
permiten establecer ya sea a traveacutes de un perfil de colapsabilidad o la magnitud del
colapso coacutemo seraacute realmente el comportamiento del terreno ante las solicitaciones
producidas por la obra de ingenieriacutea
Los perfiles de colapsabilidad relacionan en profundidad el peso propio de las tierras con
la Presioacuten Inicial de Colapso esto permite determinar el espesor de suelos autocolapsables
o el espesor de los suelos que colapsaraacuten si ademaacutes del humedecimiento se aumenta el
estado tensional Estos perfiles son de gran ayuda al proyectista de fundaciones en suelos
colapsables dado que le permiten conocer en forma global la magnitud del problema al que
estaacute enfrentado No obstante su utilidad no termina alliacute sino que por el contrario estos
perfiles le permiten tomar decisiones sobre cuaacuteles son las soluciones ingenieriles maacutes
convenientes del proyecto Pues con su ayuda se podraacute seleccionar el meacutetodo de
mejoramiento del terreno la cota de fundacioacuten de una fundacioacuten profunda la magnitud de
la carga por rozamiento negativo etc
La determinacioacuten de la magnitud del colapso de un perfil de suelo usada como
metodologiacutea de clasificacioacuten tambieacuten es de utilidad en el disentildeo de construccioacuten de obras
de ingenieriacutea en suelos colapsables Sobre todo en la caracterizacioacuten del terreno de grandes
aacutereas ya sea en obras lineales (canales caminos etc) o puntuales (complejos fabriles obras
hidraacuteulicas etc) dado que cada perfil de suelo estaacute caracterizado por un paraacutemetro lo cual
permite el manejo de un nuacutemero importante de informacioacuten Obviamente esta metodologiacutea
tambieacuten es de gran use en cualquier tipo de obras independientemente de su tamantildeo a
importancia
En un abundante nuacutemero de proyectos no es suficiente haber realizado una caracterizacioacuten
o clasificacioacuten del terreno sino que es necesario determinar la magnitud de los
asentamientos que pueden producirse en las obras Los asentamientos por colapso depende
baacutesicamente de dos tipos de factores intriacutensecos y extriacutensecos
Se sentildealan como intriacutensecos aquellos factores propios del suelo como son sus propiedades
fiacutesicas y mecaacutenicas El comportamiento del suelo dependeraacute del tipo de estructura o la
forma en que estaacuten ordenadas las partiacuteculas del grado de compacidad del tipo de viacutenculos
que unen grano con grano etc Estos factores en general no se encuentran
homogeacuteneamente distribuidos por lo cual los paraacutemetros que definen sus propiedades
tenso-deformacionales pueden sufrir variaciones locales importantes
Los factores externos que influyen en la magnitud de los asentamientos son dos el aacuterea
inundada y el estado tensional Estos dos factores influyen considerablemente en la
magnitud de los asentamientos por colapso y por tal motivo deben ser analizados
especiacuteficamente en los caacutelculos Respecto al primero de los factores a pesar que se han
realizado importantes trabajos teoacutericos la informacioacuten experimental indica que todaviacutea
existe cierta indeterminacioacuten en su estimacioacuten Por tal motivo la influencia del aacuterea
inundada en la magnitud de los asentamientos se limita a realizar correcciones de tipo
empiacuterico En cuanto a la influencia que el estado tensional tiene en los asentamientos las
investigaciones se han centrado especialmente en el estudio de cargas externas (zapatas) en
la superficie del terreno
ENSAYOS ldquoin siturdquo Perforacioacuten y muestreoEnsayos ldquoin siturdquo
o Ensayo de penetracioacuten estandar (SPT)o Ensayo de penetracioacuten de cono (CPT + CPTu)o Dilatoacutemetro de placa plana (DMT)o Presuroacutemetro (PMT)o Corte en veleta (VST)10487131048713 Meacutetodos geofiacutesicoso Ondas siacutesmicas (P- S- R-waves)o Electromagneacuteticas (radar resistividad)
EQUIPOS AUTOPROPULSADOS
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)1048713El ensayo ldquoin siturdquo maacutes comuacuten en el mundo10487131902 - Coronel Gow de Raymond Pile Co1048713 Muestreador ciliacutendrico partido1048713 Norma ASTM D 15861048713 Martillo (140-lbs cae 30 pulgadas) (635-kg cae 076 metros)1048713 Tres incrementos de 6 pulgadas Suma de los dos uacuteltimos incrementos = N (golpespieacute)
Se obtiene suelo y
un nuacutemero
Muestra alterada
(Solo para
caraterizacioacuten)
Nuacutemero muy crudo
para el anaacutelisis
No aplicable en
Ventajas
arcillas blandas y
Limos
Variabilidad e
incertidumbre
se obtiene un nuacutemero
Sencillo y de bajo
Costo
Funciona en muchos
tipos de suelo
Se puede utilizar en
rocas blandas
Disponible
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Estos suelos en condiciones de no saturacioacuten o saturacioacuten parcial presentan continuamente un reacomodo radical de las partiacuteculas y una gran peacuterdida de volumen por remojo osea al entrar al estado de saturacioacuten completa La existencia de estos suelos en el mundo y las dificultades ocasionadas a las edificaciones cimentadas sobre ellos han sido reconocidos ampliamente Los depoacutesitos maacutes extensos de suelos colapsables son eoacutelicos o depoacutesitos transportados de arena y limos (loess)Se puenden encontrar comuacutenmente en las maacutergenes fluviales
Desventajas
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Depoacutesitos eoacutelicos Estos depoacutesitos consisten en materiales transportados por el viento el cual forma dunas depoacutesitos tipo loess playas eoacutelicas y grandes depoacutesitos de ceniza volcaacutenica
Depoacutesitos transportados por agua Consisten principalmente de depoacutesitos de sedimentos sueltos a carreados por el agua los cuales forman abanicos fluviales y flujos deslizantes Estos materiales pueden ser depositados por una avenida repentina o flujo de lodo derivado de pequentildeas cuencas colectoras sujetas a aguaceros poco frecuentes
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Suelos residuales Estos suelos son producto del intemperismo y la
desintegracioacuten y alteracioacuten mecaacutenica de rocas madres Las partiacuteculas de
material residual pueden variar de tamantildeo de grandes fragmentos de
gravas a arenas limos coloides y en algunos casos material orgaacutenico
La estructura del grano colapsable se ha desarrollado como producto de
la accioacuten disolvente sobre el material soluble y coloidal La lixiviacioacuten del
material soluble y del material fino conduce a una alta relacioacuten de vaciacuteos
y a una estructura inestable Otro tipo de suelo que muestra colapso al
remojo son aquellos derivados de tufo volcaacutenico
sulfato de calcio arenas sueltas cementadas por sal soluble arcillas
dispersivas y arcillas montmorilloniacuteticas ricas en sodio
CAUSAS QUE GENERARIacuteAN DICHO COMPORTAMIENTO- Estructura parcialmente saturada potencialmente inestable- Una componente de esfuerzo aplicado o existente lo suficientemente alta para desarrollar una condicioacuten metaestable- Un ligante resistente o un agente cementante para estabilizar contactos intergranulares el cual se reduce por remojo ocasionando el colapso La mayoriacutea de suelos colapsables involucra la accioacuten de partiacuteculas arcillosas en los enlaces entre los granos gruesos de arena-Agentes cementantes tales como oacutexido de hierro carbonato de calcio o la soldadura de granos en contacto proporcionan esfuerzos resistentes para muchos suelos colapsables La accioacuten de este cementante es frecuentemente el agente principal de colapso en loess El grado al cual el agente cementante pierde su efectividad depende del grado de contaminacioacuten del ingreso del agua y del grado de disolucioacuten del agente cementante involucrado
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
CONSOLIDOacuteMETRO PARA ENSAYO DE COLAPSO
Se procede a cortar el suelo de acuerdo con las dimensiones del anillo
del ensayo de consolidacioacuten unidimensional Determinar sus
propiedades fiacutesicas tales como humedad natural peso volumen
gravedad especiacutefica de soacutelidos liacutemites de consistencia distribucioacuten
granulomeacutetrica seguacuten las normas
Se instala la muestra en el anillo del consolidoacutemetro despueacutes de haber
determinado el peso inicial de la masa huacutemeda y altura de la muestra y
fijar el conjunto anillo-muestra en el consolidoacutemetro Aplicar una carga
de contacto 005 kgcm2 (5 Kpa) despueacutes de 5 min tomar lectura del
deformiacutemetro aplicar incrementos de carga a cada hora hasta que se
aplique la presioacuten vertical apropiada Los incrementos de carga seraacuten
012 025 050 100 200 etc Kgcm2 (12 25 50 100 200 etc) o
cargas de acuerdo al meacutetodo de ensayo ASTM D2435 registrar la
deformacioacuten antes de incrementar una nueva carga
Determinacioacuten del potencial de colapso
donde
di = lectura del dial con el esfuerzo adecuado antes de la saturacioacuten (mm)
df = lectura del dial bajo el esfuerzo adecuado despueacutes del humedecimiento (mm)
ho = altura inicial de la muestra (mm)
Tmbieacuten se puede evalua en teacuterminos de relacioacuten de vaciacuteos
dondeΔe = cambio de relacioacuten de vaciacuteos bajo el esfuerzo adecuado antes y despueacutes de la inundacioacuteneo = relacioacuten de vaciacuteo inicialLa evaluacioacuten de un suelo colapsable seraacute de acuerdo a la siguiente tablaCon todo lo epxlicado concluimos que el colapso de los suelos es la disminucioacuten moderada de volumen cuando estaacute con bajo contenido de humedad y una gran peacuterdida cuando estaacute sumergido y la magnitud de asentamiento depende del contenido de humedad del suelo En estado sumergido y bajo la aplicacioacuten de cargas verticales los suelos colapsables presentan un mayor asentamiento Los suelos colapsables existen en todo el mundo principalmente en la regiones aacuteridas y semiaacuteridas nuevamente comentando que los depoacutesitos eoacutelicos coluviales residuales tubos volcaacutenicos etc son suelos que pueden ser colapsables
Definicioacuten de colapso Se definen como colapso a cualquier disminucioacuten raacutepida de volumen del suelo producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factoresbull Contenido de humedad (w) bull Grado de saturacioacuten (Sr) bull Tensioacuten media actuante (τ) bull Tensioacuten de corte (σ) bull Presioacuten de poros (u)
TIPOS DE SUELOS COLAPSABLESLos tipos de suelos colapsables son
- Suelos aluviales y coluviales ndash Depositados en ambientes Semi-deseacuterticos por flujos maacutes o menos torrenciales- Suelos eoacutelicos ndash Depositados por el viento son arenas y limos arenosos con escaso cemento arcilloso en una estructura suelta o inestable
- Cenizas volcaacutenicas ndash Provenientes de cenizas arrojadas al aire por actividad volcaacutenica explosiva- Suelos residuales ndash Derivados de la descomposicioacuten in ndash situ de minerales de ciertas rocas son luego lixiviados por el agua y pierden su cemento
CONSECUENCIAS EN CIMENTACIONES
Patologiacuteas en cimentaciones Posibles causas
Introduccioacuten
De todos los posibles tipos de patologiacutea que puede sufrir la edificacioacuten las estadiacutesticas demuestran que son las patologiacuteas ligadas a las cimentaciones las que mayores costes globales conllevan Ademaacutes tienen gran repercusioacuten social lo que las hace maacutes notorias por la complejidad propia de su reparacioacuten porque suponen una fuerte alteracioacuten y hasta interrupcioacuten del uso del inmueble y porque suelen involucrar a colindantes e incluso poderes puacuteblicos Urge como en ninguacuten otro caso determinar las causas y cuanto antes dar una solucioacuten al problema
Causas intriacutensecas de fallos de cimentacioacuten
Se agrupan aquiacute los fallos de cimentacioacuten consecuencia de la interaccioacuten entre el terreno y la propia cimentacioacuten de la construccioacuten afectada
Defectos de proyecto
Son errores de concepcioacuten de disentildeo o caacutelculo del proyecto Son errores previsibles por lo que si se tienen en cuenta en el disentildeo y caacutelculo de la edificacioacuten el riesgo de que provoquen dantildeos se minimizaEnumeramos aquiacute no todas pero siacute algunas de las posibles causas de problemas derivadas del proyectobull Falta de capacidad de carga cimentacioacuten insuficiente o capacidad
de carga del suelo insuficientebull Esfuerzos no contemplados por ej por olvido de algunas
sobrecargas de explotacioacutenbull Conocimiento insuficiente del suelo Lo que deriva en la ignorancia
de riesgos especiales geoteacutecnicos Las causas pueden ser escasez de reconocimientos previos del terreno mala interpretacioacuten de los mismos no consideracioacuten de los fenoacutemenos de agresividad etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Cobra importancia en terrenos con especiales caracteriacutesticas
Arcillas expansivas
Suelos colapsables
Rellenos antroacutepicos
Suelos blandos naturales
Infravaloracioacuten del riesgo geoteacutecnico conocido eacuteste Casos asiacute pueden ser desprecio de los efectos que produce la falta de homogeneidad de un suelo o las distintas profundidades de aparicioacuten de la roca en planta desprecio de los efectos de la potencial expansividad o de posible subpresioacuten o fenoacutemenos de subsidencias procesos de disolucioacuten etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONESbull Defectos en la evaluacioacuten del terreno asientos calculados no
tolerables por la estructura esfuerzos paraacutesitos en pilotes (olvido del efecto de asiento de terrenos flojos o rellenos recientes) etc
bull Efecto grupo en pilotes defectuosa estimacioacuten del efecto grupo en pilotes flotantes no consideracioacuten de los esfuerzos laterales o del rozamiento negativo etc
bull Ausencia de consideracioacuten del bulbo de tensiones de la cimentacioacuten propia y su alcance Pero tambieacuten de cimentaciones colindantes que podriacutean suponer una carga oblicua sobre nuestra cimentacioacuten habraacute que considerarla en caacutelculo y prever un proceso constructivo adecuado (no vayamos a provocar dantildeos a otras edificaciones)
bull Ignorancia de las condiciones de contorno es decir no consideracioacuten de las condiciones del entorno de la estructura
proyectada posibles socavaciones arrastres descalces agotamientos rebajamientos de nivel freaacutetico etc
bull Heterogeneidades distribucioacuten irregular de las cargas o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentacioacuten
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Defectos de ejecucioacuten
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecucioacuten de eacutestos Los defectos de ejecucioacuten normalmente responden a un deficiente Control de Calidad Por tanto en principio son evitablesAlgunos errores de ejecucioacuten podriacutean serbull Apreciacioacuten erroacutenea de los estratos resistentes confundidos con
capas de poco espesor bolos erraacuteticos etcbull Errores de replanteo bull Mala calidad de los materiales en especial hormigones Deterioro
de zapatas losas o muros por escasa calidad de los materiales grietas de retraccioacuten por mala dosificacioacuten del hormigoacuten materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto etc
bull Degradacioacuten del material suele ir unido al anterior hormigoacuten no resistente a la agresividad del terreno recubrimientos insuficientes madera metal etc
bullCAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Lavado del hormigoacuten en cimentaciones superficiales o profundas colocado en presencia de aguas en movimiento
Errores en la colocacioacuten de armaduras confusioacuten de diaacutemetros de armado ausencia de separadores etc
Problemas de fraguado unidos a errores de vertido de dosificacioacuten de curado
Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio cortadas lavadas) o de baja calidad y excesiva carga portante de caacutelculo
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
colapsabilidad como los presentados permiten establecer la existencia o no de suelos
autocolapsables sus espesores aproximados y la profundidad a la que se encuentran Esta
metodologiacutea de anaacutelisis es de gran ayuda por ejemplo en la eleccioacuten del procedimiento
idoacuteneo para estabilizar el terreno
A continuacioacuten se presenta una descripcioacuten de las distintas soluciones ingenieriles maacutes
utilizadas en este tipo de suelos En primer lugar se analizan el primer grupo de soluciones
que se ha englobado bajo el nombre de Mejoramiento de suelos continuando luego con los
otros dos grupos Medidas para evitar la iniciacioacuten del colapso y fundaciones yo
estructuras insensibles a los fenoacutemenos del colapso
112 Mejoramiento de suelos colapsables
Consideraciones previas
El objetivo principal de estas soluciones es eliminar o disminuir apreciablemente la
susceptibilidad al colapso del suelo bien disminuyendo la porosidad del suelo
(compactacioacuten) o bien aumentando la resistencia estructural entre las partiacuteculas del suelo
(meacutetodos fiacutesico-quiacutemicos) Una de las formas de clasificar los meacutetodos de mejoramiento o
estabilizacioacuten ha sido precisamente eacutesta o sea teniendo en cuenta la accioacuten resultante
sobre el suelo (Aitchison1973 Rocca1985) Sin embargo para el desarrollo y explicacioacuten
de los diferentes meacutetodos se ha elegido la clasificacioacuten propuesta por Evstatiev(1988) que
tiene en cuenta el medio usado para realizar la estabilizacioacuten y el objeto de la misma
Evstatiev (1988) propone la siguiente clasificacioacuten de los meacutetodos de estabilizacioacuten de
suelos loeacutessicos la cual puede hacerse extensiva a suelos colapsables
a) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacioacuten
b) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
c) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
d) Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
e) Meacutetodos de mejoramiento que incorporan elementos resistentes a la traccioacuten dentro del
suelo
f) Geomembranas
g) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por drenaje
h) Correccioacuten de taludes y terraplenes
A continuacioacuten siguiendo la clasificacioacuten antes expuesta se desarrollaran aquellas
metodologiacuteas de mejoramientos de suelos colapsables maacutes extendidas Desarrollaacutendose
principalmente los grupos abc y d puesto que incluyen una serie de acciones particulares
frente al fenoacutemeno del colapso En cuanto a los restantes grupos (e f g y h) las teacutecnicas de
mejoramiento del terreno utilizadas persiguen los mismos objetivos buscados en otros tipos
de suelos y en general la teacutecnica empleada es praacutecticamente la misma Por tal motivo y
puesto que se apartan un tanto del objeto de estas notas se estima conveniente no abundar
sobre ellas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacioacuten
Este grupo comprende varias de las metodologiacuteas usadas en suelos colapsables para reducir
los vaciacuteos de modo de eliminar la colapsabilidad reducir la permeabilidad y aumentar la
capacidad de carga Esto se realiza utilizando fuerzas estaacuteticas o dinaacutemicas o bien a traveacutes
de la inyeccioacuten de lechadas
Compactacioacuten dinaacutemica Este meacutetodo es adecuado para compactar mantos de suelos
colapsables superficiales con espesores menores a 350 metros El meacutetodo consiste en dejar
caer en caiacuteda libre desde una altura de 4 a 8 metros pilones de 3 a 8 Tn sobre la superficie
del terreno a razoacuten de 10 a 16 impactos en cada lugar (Abelev y Abelev 1979) El impacto
genera una rotura de la estructura del suelo un aumento de la presioacuten de poros y una
compresioacuten del aire presente en los poros produciendo un reacomodamiento de las
partiacuteculas dando como resultado una estructura maacutes compacta Seguacuten Malyshev et al
(1983) el contenido de humedad del suelo juega un papel importante lograacutendose la maacutexima
eficiencia con un contenido de humedad cercano al Liacutemite Plaacutestico Si el contenido de
humedad es menor a eacuteste es necesario humedecer el espesor de suelo de modo de alcanzar
una mejor eficacia Varios son los factores que controlan los resultados del meacutetodo asiacute por
ejemplo el espesor compactado es funcioacuten principalmente del peso y del diaacutemetro del piloacuten
En tanto el grado de compactacioacuten estaacute controlado por el nuacutemero de impactos y la humedad
del suelo El grado de compactacioacuten no es uniforme a lo largo de todo el espesor
compactado lograacutendose la maacutexima densificacioacuten a 12 a 15 veces el diaacutemetro del piloacuten
Sin embargo se pueden obtener Pesos Unitarios secos superiores a 16 tm3 en espesores de
25 a 35 m lo cual en la mayoriacutea de los casos es suficiente para disminuir o anular la
susceptibilidad al colapso del suelo Una variante a este meacutetodo es realizar la compactacioacuten
solamente en los lugares donde actuacutean las cargas y no en toda el aacuterea de la construccioacuten
Por ejemplo en casos de fundaciones de muros de carga o fundacioacuten de columnas el
mejoramiento del suelo se logra densificando la zona de influencia del bulbo de presiones
o sea la zona donde los incrementos de presioacuten pueden hacer colapsar el suelo
Compactacioacuten por medio de pequentildeos pilotes piramidales En cierta forma este meacutetodo es
una variante del meacutetodo anterior Consiste en hincar un pilote piramidal de 3 a 4 metros de
longitud con una seccioacuten transversal superior de 60 x 60 a 70 x 70 cm y una seccioacuten
transversal inferior de 10 x 10 cm Una vez retirado el pilote la cavidad se rellena con
hormigoacuten Este tipo de metodologiacutea da excelentes resultados en aacutereas en donde existe un
espesor de suelos potencialmente colapsables (no autocolapsables) de 30 o 40 m de
profundidad pero que colapsaraacuten si estaacuten sometidos a los incrementos de carga
transmitidos por las construcciones Una de las ventajas del meacutetodo es la completa
mecanizacioacuten de todas las operaciones Una variante a este meacutetodo consiste en realizar la
hinca sobre una capa de piedra partida dando como resultado un bulbo de suelo
compactado alrededor de la capa de piedra mejorando la capacidad de carga por la punta
del pilote asiacute construido
Compactacioacuten por pilotes de suelo Este es uno de los meacutetodos maacutes usuales para
compactar espesores importantes (18 a 20 m) de suelos loeacutessicos susceptibles al colapso
El procedimiento consta de dos partes primero se realiza la perforacioacuten y segundo se llena
la cavidad con suelo compactado La perforacioacuten se realiza usualmente mediante la hinca
de un pilote metaacutelico con base ensanchada (15 veces) En otra metodologiacutea de reciente uso
la excavacioacuten se hace de la siguiente forma se perfora hasta la profundidad deseada un
hoyo de 8 cm de diaacutemetro dentro del cual se coloca una columna de explosivos que luego
de estallar crea una perforacioacuten de aproximadamente 080 m de diaacutemetro Despueacutes de
efectuada esta perforacioacuten dinaacutemica la cavidad se rellena con suelo local introducido en
tongadas de 100 a 200 Kg que luego son compactadas dinaacutemicamente por medio de un uacutetil
especial Concluidas ambas etapas quedan formadas columnas de suelo compactado con un
diaacutemetro aproximado igual a dos veces el de la perforacioacuten El grado de compactacioacuten va
decreciendo a medida que se aleja del centro de la columna por tal motivo es importante
conocer esta ley de decrecimiento para disentildear correctamente la cuadriacutecula de pilotes de
suelo Al igual que en los otros meacutetodos la eficiencia del sistema aumenta en la medida que
la humedad del suelo natural y compactado se encuentre a una humedad cercana al Limite
Plaacutestico Por tal motivo es usual que previo a la perforacioacuten se realice una humectacioacuten del
espesor de suelos a compactar Las densidades alcanzadas son del orden de 170 a 180
tm3 que son suficientes para evitar el colapso por peso propio y permiten el use del
espesor compactado como manto de fundacioacuten
Compactacioacuten por explosiones de gas Esta relativamente nueva metodologiacutea de
compactar espesores de suelos colapsables consiste en introducir a traveacutes de una lanza de
agua a presioacuten una caacutemara de compresioacuten que contiene una mezcla de gas propano y
oxiacutegeno la cual se va elevando a medida que se producen una serie de explosiones de la
mezcla De este modo se va generando una columna 120 140 m de suelo compactado
(Densidad de 150 tcm3) (Martemyanov et al 1979)
Compactacioacuten por humedecimiento (Hidrocompactacioacuten) En este caso se utiliza la propia
susceptibilidad del suelo a colapsar bajo peso propio El meacutetodo maacutes frecuente de realizar
la humectacioacuten o saturacioacuten del terreno es a traveacutes de infiltracioacuten del agua desde la
superficie del terreno para lo cual se efectuacutean excavaciones poco profundas (040 a 080 m)
o bien se construyen grandes estanques En muchos casos a efectos de acelerar el ingreso
del agua al terreno se construyen dentro del estanque drenes de arena convenientemente
espaciados Este sistema ha sido empleado ampliamente en varias partes del mundo por
ejemplo en EEUU por Gibbs y Bara (1967) y Clevenger (1956) en Rumania por Bally et
al (19651969) en la URSS por Lomize (1968) y Mustafaef (1967) en China por Lin y
Liang (1982) y en Argentina por Moll et al (1979) A pesar de su amplia utilizacioacuten y su
bajo costo el meacutetodo presenta una serie de inconvenientes aparicioacuten de grietas de traccioacuten
en el contorno del aacuterea inundada existencia de importantes deformaciones posteriores al
colapso necesidad de recompactar los 4 oacute 5 primeros metros utilizando otro tipo de
metodologiacutea La efectividad de este meacutetodo se mejora sustancialmente si al mismo se lo
combina con otro meacutetodo de compactacioacuten dinaacutemica
Compactacioacuten por humedecimiento previo y por explosiones profundas Este meacutetodo fue
desarrollado en al Unioacuten Sovieacutetica por Livinov (1976) en la deacutecada de los 60 El espesor de
suelos a compactar es previamente humedecido a traveacutes de un sistema de drenes
(cuadriacutecula de 3 x 3 a 5 x 5 m) Las cargas explosivas (5 a 7 Kg) son colocadas en el fondo
de los mismos drenes o bien en tubos metaacutelicos colocados en perforaciones adicionales La
cuadriacutecula con las cargas es aproximadamente de 4 x 4 m En este procedimiento no es
necesario la completa saturacioacuten del suelo que por ejemplo necesita el meacutetodo anterior
Posterior al humedecimiento se hacen estallar las cargas de toda un aacuterea (2000 a 50000
m2) La explosioacuten generan una onda de choque que hace licuar la estructura del suelo lo
cual permite un reacomodamiento de las partiacuteculas y un crecimiento de la densidad del
suelo En ciertos casos es aconsejable la construccioacuten de trincheras alrededor de la zona a
compactar a efectos de evitar la propagacioacuten de grietas fuera de ella La explosioacuten produce
un importante a inmediato asentamiento de la superficie del terreno Los asentamientos en
general se estabilizan al cabo de 3 oacute 4 semanas Este tipo de meacutetodo es aconsejable cuando
se desea compactar grandes voluacutemenes de suelo particularmente en grandes complejos
industriales o bien en obras hidroeleacutectricas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
En este apartado se incluyen aquellos meacutetodos de estabilizacioacuten consistentes en la mezcla y
posterior compactacioacuten de suelo colapsable con otros materiales (arena gravas) a efectos
de conseguir mayor resistencia y mayor rigidez Este tipo de estabilizacioacuten es de amplio use
en la ingenieriacutea vial en la construccioacuten de bases y de sub-bases
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
Este grupo incluye a aquellas metodologiacuteas en las cuales el mejoramiento de las
propiedades resistentes del suelo se consiguen con la creacioacuten de viacutenculos maacutes soacutelidos y
estables en la estructura del suelo En algunas de ellas la inyeccioacuten de agentes cementantes
provoca la rotura de la estructura original del suelo En otras por el contrario la inyeccioacuten
de agentes quiacutemicos actuan directamente sobre los viacutenculos sin modificar la estructura del
suelo Los meacutetodos se pueden dividir en meacutetodos superficiales y meacutetodos profundos
dependiendo en donde se realice la estabilizacioacuten En los meacutetodos de estabilizacioacuten
superficiales el mejoramiento en general se consigue mediante la mezcla y posterior
compactacioacuten del suelo con agentes quiacutemicos o cementantes tales como cemento cal
emulsiones asfaacutelticas sales (NaCl Nat C03 NaPO3) etc Estos meacutetodos de estabilizacioacuten
son tambieacuten usuales en otros tipos de suelos y son de amplia utilizacioacuten en todo tipo de
obras de ingenieriacutea civil por tal motivo no insistiremos en ellos Por el contrario los
meacutetodos de estabilizacioacuten profunda aunque tambieacuten se han utilizado en otros tipos de
suelos muchos de ellos se han desarrollado y usado especiacuteficamente para eliminar o
disminuir la susceptibilidad al colapso en espesores importantes de suelo A continuacioacuten
se presentan algunos de ellos
Inyecciones de agentes quiacutemicos Las investigaciones y las realizaciones en este tipo de
estabilizaciones se ha desarrollado principalmente en la Unioacuten Sovieacutetica Seguacuten Mitchell
(1981) la razoacuten principal por la cual estos meacutetodos no se han extendido universalmente se
debe principalmente a los altos costos frente a otros tipos de estabilizaciones Sin embargo
Esvtatiev (1988) da cuenta de la existencia en la URSS de maacutes de 800 proyectos en donde
se han utilizado satisfactoriamente p ej el meacutetodo de silicatizacioacuten) Esto ha permitido un
continuo mejoramiento de la tecnologiacutea una reduccioacuten de los costos y una abundante
normativa en la regulacioacuten de su uso El agente quiacutemico maacutes utilizado por su bajo costo
frente a otros agentes quiacutemicos es el Silicato de Sodio El meacutetodo consiste en inyectar en
todo el espesor de suelo a tratar una solucioacuten de silicato de sodio (Densidad = 1 10 a 1 04
gcm3) a traveacutes de un tubo inyector de 42 mm de diaacutemetro con perforaciones de 3 mm
protegidas por un manguito de goma La inyeccioacuten se realiza a una presioacuten de 20 a 40
Kgcm2 y una descarga de 48 litros por minuto (Zvyagin et al 1978) La silicatizacioacuten del
suelo es soacutelo posible en un medio fuertemente alcalino Seguacuten Sokolovic (1973) se logra
una mejor eficiencia mediante una pre y post gasificacioacuten con carbonato de calcio Luego
de la inyeccioacuten tres son los cambios que se observan en el suelo un aumento significativo
de la resistencia a la compresioacuten (superior a 20 Kgcm2 ) una eliminacioacuten de la
susceptibilidad al colapso y una disminucioacuten de la permeabilidad Otro de los tratamientos
con agentes quiacutemicos es la inyeccioacuten de amoniacuteaco La mejora en el suelo es inferior al
tratamiento por silicatizacioacuten ademaacutes presenta la desventaja de ser un elemento toacutexico y su
utilizacioacuten requiere medidas especiales de proteccioacuten (Sokolovic 1973)
Estabilizacioacuten teacutermica Esta teacutecnica comenzoacute a desarroIlarse en la URSS en la deacutecada de
los antildeos 50 y ha sido utilizada exitosamente en un importante nuacutemero de emprendimientos
Seguacuten Esvtatiev (1988) la aplicacioacuten de este meacutetodo es teacutecnica y econoacutemicamente
aconsejable en los siguientes casos a) en la estabilizacioacuten de fundaciones existentes de
estructuras altas como chimeneas tanques de agua b) en la paralizacioacuten de los
asentamientos en construcciones existentes provocados por el colapso del suelo Las
propiedades de los minerales arcillosos cambian cuando eacutestos son sometidos a altas
temperaturas lo cual genera un aumento importante de la resistencia y por ende la
eliminacioacuten de la susceptibilidad al colapso del suelo La tecnologiacutea ha ido variando y
mejorando su eficiencia a lo largo de estas deacutecadas No obstante la variedad de meacutetodos
casi todos ellos consisten en la introduccioacuten de un quemador de fuel o gas dentro de un pre
pozo de 020 metros de diaacutemetro con una presioacuten de aire de 20 a 30 Kgcm2 De esta
forma al cabo de 10 a 15 diacuteas se consigue una columna estabilizada de suelo de 20 a 30
metros y una profundidad de 10 a 15 metros (Beles y Stanculescu 1958)
Estabilizacioacuten mediante mezclado mecaacutenico con agentes cementantes El objetivo de este
tipo de estabiacutelizacioacuten es la creacioacuten de columnas o pilotes de suelo con alta resistencia y
rigidez que permitan la transferencia de las cargas a mantos maacutes profundos y estables
Varios son los meacutetodos constructivos que pueden agruparse dentro de este grupo Los
subdividiremos en los siguientes subgrupos dependiendo del lugar en donde se realiza la
mezcla del suelo con el agente cementante
1 La mezcla del suelo y el agente cementante se realiza en superficie En este caso la
excavacioacuten se puede realizar bien utilizando la teacutecnica constructiva empleada en los pilotes
de suelo (hinca) o bien usar teacutecnicas usuales de perforacioacuten La mezcla deiexcl suelo con el
agente cementante (preferentemente Cemento Portland) puede ser fluida (suelo cemento
plaacutestico) a introducirse dentro de la excavacioacuten en forma de pastones o bien mezclar el
suelo y elcemento con porcentaje de humedad oacuteptimo a introducirlos en la perforacioacuten en
tongadas (100 a 200 Kg) las cuales posteriormente son compactadas dentro de la misma
excavacioacuten Por lo tanto existen cuatro variantes seguacuten sea el tipo de excavacioacuten y el tipo
de mezcla
2 La mezcla del suelo y el cemento se realiza en el mismo proceso de perforacioacuten En este
caso la mezcla del agente cementante se realiza con el propio suelo La mezcla puede
realizarse mediante uacutetiles especiales que van mezclando el suelo con una lechada de
cemento o bien usar la teacutecnica del jet grouting mediante un chorro de lechada a alta presioacuten
Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
Este tipo de estabilizacioacuten se realiza principalmente en terrenos con suelos potencialmente
colapsables en los cuales la presencia de cargas adicionales en superficie puede generar
asentamientos adicionales ante un incremento de la humedad del suelo Asiacute una parte del
suelo colapsable superficial ubicado directamente debajo de las fundaciones es excavado
extraiacutedo y reemplazado por otro material maacutes competente Los materiales generalmente
utilizados son los siguientes el mismo suelo extraiacutedo compactado y eventualmente
estabilizado granulomeacutetricamente arena compactada o suelo cemento compactado La
eleccioacuten del tipo de material estaacute condicionado generalmente por variables teacutecnico
econoacutemicas Los espesores de estos mantos son variables (1 a 4 m) dependiendo del tipo de
cargas y de las caracteriacutesticas del proyecto Por ejemplo en algunos proyectos los
condicionantes pueden ser los asentamientos diferenciales (edificios) en cambio en otros
(canales) no soacutelo importa disminuir la probabilidad que se produzca el colapso sino
tambieacuten lograr una capa de suelo maacutes impermeable Este tipo de metodologiacutea ha sido
utilizada con eacutexito en numerosos paiacuteses y en innumerables tipos de obras Tambieacuten es
frecuente el empleo de esta metodologiacutea en forma conjunta con otro tipo de estabilizacioacuten
profunda cuando se presentan mantos de suelos colapsables profundos y con espesores
muy dispares
113 Medidas conducentes a evitar la iniciacioacuten del colapso
Arriba se sentildealaron los tipos de humedecimientos que seguacuten Goldstein (1969) pueden
presentarse en una masa de suelo
a) humedecimiento localizado por rotura de conducciones hidraacuteulicas o infiltraciones de
aguas de lluvia
b) humedecimiento extenso causado por roturas de canales o efluentes industriales
c) ascenso del nivel freaacutetico
d) aumento gradual y lento del contenido de humedad por condensacioacuten del vapor de agua
provocados por condiciones ambientales
Muchos de estos tipos de humedecimientos pueden ser prevenidos principalmente los
primeros pues en general eacutestos son debidos a fallas o roturas de las instalaciones de la
misma construccioacuten En cambio los otros tipos de humedecimientos estaacuten condicionados
por factores externos al proyecto como por ejemplo puede ser el ascenso del nivel freaacutetico
o la rotura de un canal cercano y ajeno al proyecto La accioacuten del proyectista debe estar
encaminada principalmente a impedir dentro de los liacutemites del proyecto la generacioacuten de
estos humedecimientos provocados por elementos de la propia construccioacuten Robinson y
Narkiewicz (1982) sugieren las siguientes medidas de proteccioacuten contra el humedecimiento
de edificios
a) Pendientes adecuadas en la superficie del terreno que rodea a la construccioacuten de modo
que no se produzcan embalsamientos de agua en las cercaniacuteas de las fundaciones y que
cualquier peacuterdida de agua pueda ser eliminada con rapidez
b) Canalizacioacuten de todos los desaguumles de techos y patios hacia el exterior de la
construccioacuten
c) Instalacioacuten de membranas impermeables o pavimentacioacuten de la superase que rodea a la
construccioacuten de modo de limitar la infiltracioacuten de agua en el suelo adyacente a las
construcciones
d) Encerrar las conducciones de agua o efluentes cloacales dentro de conductos de faacutecil
acceso a efectos de detectar posibles peacuterdidas
Algunas de estas medidas requieren una serie de medidas de control y mantenimiento
durante la vida uacutetil de la obra de manera que perioacutedicamente se realicen inspecciones a las
instalaciones y puedan detectarse peacuterdidas o dantildeos en las mismas Tambieacuten es aconsejable
que los propietarios de la obra conozcan perfectamente los riegos a que estaacute expuesta la
misma de modo que su actividad yo descuidos no inicie procesos de humedecimiento del
terreno
Las medidas de proteccioacuten en otros tipos de obras civiles (canales o caminos) tienen la
misma filosofiacutea es decir elementos de proteccioacuten que impidan o dificulten la entrada del
agua en el terreno de fundacioacuten Asiacute por ejemplo en las obras lineales se debe prestar una
especial atencioacuten al disentildeo del sistema de alcantarillado y de desaguumles En algunos casos
estas obras suelen seguir parcialmente las curvas de nivel del terreno convirtieacutendose en
verdaderas presas que impiden el natural escurrimiento de las aguas provocando la
acumulacioacuten de agua en su entorno lo que genera un humedecimiento generalizado del
terreno de fundacioacuten con los consecuentes dantildeos en la obra
Es frecuente que en ciertos tipos de obras como viviendas unifamiliares de una planta o
incluso caminos y canales las uacutenicas medidas a adoptar sean las presentadas en este
apartado ya que la utilizacioacuten de teacutecnicas de mejoramiento o fundaciones profundas
resultan prohibitivas En realidad la mayoriacutea de las obras aludidas se construyen admitiendo
el riesgo de un posible colapso del terreno El buen comportamiento que han tenido la
mayoriacutea de ellas se debe fundamentalmente a que no se ha producido ninguacuten tipo de
humedecimiento En contraste los dantildeos son serios en aquellas obras que los han sufrido
Por todo ello es un deber de los investigadores a ingenieros buscar nuevas soluciones
econoacutemicas que permitan disminuir los riesgos y por ende los dantildeos en este tipo de obras
Uno de los caminos en tal sentido es el estudio de estructuras que absorban o minimicen
los posibles asentamientos diferenciales provocados por el humedecimiento localizado del
suelo sin un aumento excesivo de los costos
114 Estructuras yo fundaciones que admiten y resisten los fenoacutemenos provocados
por el colapso
El anaacutelisis de este apartado se centraraacute principalmente en el estudio de las fundaciones
superficiales en suelos potencialmente colapsables ya que el otro gran grupo de soluciones
fundaciones profundas mediante pilotes seraacute objeto de un examen detallado en los
apartados siguientes
La lista de estructuras que se asientan directamente sobre mantos de suelos potencialmente
colapsables es amplia entre ellas pueden sentildealarse viviendas unifamiliares construcciones
transitorias galpones ductos enterrados canales caminos etc
Las fundaciones directas sobre suelos colapsables pueden ser divididas en dos grupos
a) Fundaciones riacutegidas utilizadas principalmente en estructuras livianas y con cargas
puntuales por ejemplo torres de liacuteneas de alta tensioacuten columnas de naves industriales o
depoacutesitos En general este tipo de estructuras tienen algunos rasgos comunes como son por
ejemplo cargas verticales bajas cargas horizontales importantes y en general suelen
aceptar asentamientos admisibles mayores
b) Fundaciones de baja rigidez longitudinal en este caso se trata de estructuras con cargas
lineales (muros de carga canales etc) con baja rigidez en el sentido de las cargas Este tipo
de estructuras son sensibles a humedecimientos localizados del terreno que generan
asientos diferenciales importantes En general las medidas que suelen tomarse para
disminuir los efectos de los asientos diferenciales son las siguientes disentildeo de elementos
que rigidicen la estructura (Clemence Y Finbarr 1981) y el disentildeo de elementos
constructivos que eviten
RECAPITULACIOacuteN
Definido el concepto de colapso el estudio se ha enfocado al anaacutelisis de los suelos
colapsables por humedecimiento En esta clase particular de suelos metaestables el agente
externo que desencadena el fenoacutemeno de colapso es el agua En estos suelos un incremento
de humedad puede provocar una disminucioacuten o anulacioacuten de las fuerzas que vinculan unas
partiacuteculas con otras y por lo tanto cambiar el estado de equilibrio en la estructura del suelo
El colapso de la estructura del suelo depende fundamentalmente de dos causas a) de la
importancia de los cambios provoca dos por el agua en los viacutenculos existentes entre las
partiacuteculas y b) del estado tensional en los viacutenculos O sea para que se produzca el colapso
es necesario un agente sensibilizante y un estado tensional capaz de provocar la des-
estabilizacioacuten de la estructura del suelo
Por este motivo los meacutetodos que mejor reflejan la susceptibilidad al colapso de un suelo
son aquellos basados en ensayos mecaacutenicos donde ambos factores estaacuten presentes
La gran subdivisioacuten que se hace a los suelos colapsables parte precisamente de verificar
coacutemo es el comportamiento del suelo en su estado tensional original o bajo su propio
peso Si se produce el colapso bajo este estado se indica que el suelo es verdaderamente
colapsable o autocolapsable en cambio si el fenoacutemeno no se produce se sentildeala que el
suelo es candicionalmente colapsable o colapsable bajo carga
En este contexto diversos investigadores introducen el concepto (tambieacuten tensional) de
Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) o Presioacuten de Fluencia Saturada (σf) como aquella
presioacuten a la cual se produce el colapso Desde un punto de vista teoacuterico esta presioacuten deberiacutea
ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero desde un punto de vista praacutectico se
asume que una pequentildea magnitud del colapso es permisible Por ejemplo las normas
Sovieacuteticas Lo toman igual al 100 las Chinas igual al 150 En cambio en Argentina se
utiliza maacutes la Presioacuten de Fluencia Saturada que se obtiene de forma similar a la Presioacuten de
Preconsolidacioacuten No obstante esta diferencia metodoloacutegica en ambos casos el concepto es
el mismo
Con respecto a las metodologiacuteas usadas para establecer la susceptibilidad al colapso de un
suelo o de un perfil de suelo han sido analizadas las que utilizan el concepto de Presioacuten
Inicial de Colapso y la magnitud del colapso Esta seleccioacuten se realizoacute fundamentalmente
por las siguientes causas primero porque se hacen en base a ensayos mecaacutenicos donde
intervienen el agente externo (el agua) y el estado tensional del suelo y segundo porque
permiten establecer ya sea a traveacutes de un perfil de colapsabilidad o la magnitud del
colapso coacutemo seraacute realmente el comportamiento del terreno ante las solicitaciones
producidas por la obra de ingenieriacutea
Los perfiles de colapsabilidad relacionan en profundidad el peso propio de las tierras con
la Presioacuten Inicial de Colapso esto permite determinar el espesor de suelos autocolapsables
o el espesor de los suelos que colapsaraacuten si ademaacutes del humedecimiento se aumenta el
estado tensional Estos perfiles son de gran ayuda al proyectista de fundaciones en suelos
colapsables dado que le permiten conocer en forma global la magnitud del problema al que
estaacute enfrentado No obstante su utilidad no termina alliacute sino que por el contrario estos
perfiles le permiten tomar decisiones sobre cuaacuteles son las soluciones ingenieriles maacutes
convenientes del proyecto Pues con su ayuda se podraacute seleccionar el meacutetodo de
mejoramiento del terreno la cota de fundacioacuten de una fundacioacuten profunda la magnitud de
la carga por rozamiento negativo etc
La determinacioacuten de la magnitud del colapso de un perfil de suelo usada como
metodologiacutea de clasificacioacuten tambieacuten es de utilidad en el disentildeo de construccioacuten de obras
de ingenieriacutea en suelos colapsables Sobre todo en la caracterizacioacuten del terreno de grandes
aacutereas ya sea en obras lineales (canales caminos etc) o puntuales (complejos fabriles obras
hidraacuteulicas etc) dado que cada perfil de suelo estaacute caracterizado por un paraacutemetro lo cual
permite el manejo de un nuacutemero importante de informacioacuten Obviamente esta metodologiacutea
tambieacuten es de gran use en cualquier tipo de obras independientemente de su tamantildeo a
importancia
En un abundante nuacutemero de proyectos no es suficiente haber realizado una caracterizacioacuten
o clasificacioacuten del terreno sino que es necesario determinar la magnitud de los
asentamientos que pueden producirse en las obras Los asentamientos por colapso depende
baacutesicamente de dos tipos de factores intriacutensecos y extriacutensecos
Se sentildealan como intriacutensecos aquellos factores propios del suelo como son sus propiedades
fiacutesicas y mecaacutenicas El comportamiento del suelo dependeraacute del tipo de estructura o la
forma en que estaacuten ordenadas las partiacuteculas del grado de compacidad del tipo de viacutenculos
que unen grano con grano etc Estos factores en general no se encuentran
homogeacuteneamente distribuidos por lo cual los paraacutemetros que definen sus propiedades
tenso-deformacionales pueden sufrir variaciones locales importantes
Los factores externos que influyen en la magnitud de los asentamientos son dos el aacuterea
inundada y el estado tensional Estos dos factores influyen considerablemente en la
magnitud de los asentamientos por colapso y por tal motivo deben ser analizados
especiacuteficamente en los caacutelculos Respecto al primero de los factores a pesar que se han
realizado importantes trabajos teoacutericos la informacioacuten experimental indica que todaviacutea
existe cierta indeterminacioacuten en su estimacioacuten Por tal motivo la influencia del aacuterea
inundada en la magnitud de los asentamientos se limita a realizar correcciones de tipo
empiacuterico En cuanto a la influencia que el estado tensional tiene en los asentamientos las
investigaciones se han centrado especialmente en el estudio de cargas externas (zapatas) en
la superficie del terreno
ENSAYOS ldquoin siturdquo Perforacioacuten y muestreoEnsayos ldquoin siturdquo
o Ensayo de penetracioacuten estandar (SPT)o Ensayo de penetracioacuten de cono (CPT + CPTu)o Dilatoacutemetro de placa plana (DMT)o Presuroacutemetro (PMT)o Corte en veleta (VST)10487131048713 Meacutetodos geofiacutesicoso Ondas siacutesmicas (P- S- R-waves)o Electromagneacuteticas (radar resistividad)
EQUIPOS AUTOPROPULSADOS
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)1048713El ensayo ldquoin siturdquo maacutes comuacuten en el mundo10487131902 - Coronel Gow de Raymond Pile Co1048713 Muestreador ciliacutendrico partido1048713 Norma ASTM D 15861048713 Martillo (140-lbs cae 30 pulgadas) (635-kg cae 076 metros)1048713 Tres incrementos de 6 pulgadas Suma de los dos uacuteltimos incrementos = N (golpespieacute)
Se obtiene suelo y
un nuacutemero
Muestra alterada
(Solo para
caraterizacioacuten)
Nuacutemero muy crudo
para el anaacutelisis
No aplicable en
Ventajas
arcillas blandas y
Limos
Variabilidad e
incertidumbre
se obtiene un nuacutemero
Sencillo y de bajo
Costo
Funciona en muchos
tipos de suelo
Se puede utilizar en
rocas blandas
Disponible
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Estos suelos en condiciones de no saturacioacuten o saturacioacuten parcial presentan continuamente un reacomodo radical de las partiacuteculas y una gran peacuterdida de volumen por remojo osea al entrar al estado de saturacioacuten completa La existencia de estos suelos en el mundo y las dificultades ocasionadas a las edificaciones cimentadas sobre ellos han sido reconocidos ampliamente Los depoacutesitos maacutes extensos de suelos colapsables son eoacutelicos o depoacutesitos transportados de arena y limos (loess)Se puenden encontrar comuacutenmente en las maacutergenes fluviales
Desventajas
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Depoacutesitos eoacutelicos Estos depoacutesitos consisten en materiales transportados por el viento el cual forma dunas depoacutesitos tipo loess playas eoacutelicas y grandes depoacutesitos de ceniza volcaacutenica
Depoacutesitos transportados por agua Consisten principalmente de depoacutesitos de sedimentos sueltos a carreados por el agua los cuales forman abanicos fluviales y flujos deslizantes Estos materiales pueden ser depositados por una avenida repentina o flujo de lodo derivado de pequentildeas cuencas colectoras sujetas a aguaceros poco frecuentes
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Suelos residuales Estos suelos son producto del intemperismo y la
desintegracioacuten y alteracioacuten mecaacutenica de rocas madres Las partiacuteculas de
material residual pueden variar de tamantildeo de grandes fragmentos de
gravas a arenas limos coloides y en algunos casos material orgaacutenico
La estructura del grano colapsable se ha desarrollado como producto de
la accioacuten disolvente sobre el material soluble y coloidal La lixiviacioacuten del
material soluble y del material fino conduce a una alta relacioacuten de vaciacuteos
y a una estructura inestable Otro tipo de suelo que muestra colapso al
remojo son aquellos derivados de tufo volcaacutenico
sulfato de calcio arenas sueltas cementadas por sal soluble arcillas
dispersivas y arcillas montmorilloniacuteticas ricas en sodio
CAUSAS QUE GENERARIacuteAN DICHO COMPORTAMIENTO- Estructura parcialmente saturada potencialmente inestable- Una componente de esfuerzo aplicado o existente lo suficientemente alta para desarrollar una condicioacuten metaestable- Un ligante resistente o un agente cementante para estabilizar contactos intergranulares el cual se reduce por remojo ocasionando el colapso La mayoriacutea de suelos colapsables involucra la accioacuten de partiacuteculas arcillosas en los enlaces entre los granos gruesos de arena-Agentes cementantes tales como oacutexido de hierro carbonato de calcio o la soldadura de granos en contacto proporcionan esfuerzos resistentes para muchos suelos colapsables La accioacuten de este cementante es frecuentemente el agente principal de colapso en loess El grado al cual el agente cementante pierde su efectividad depende del grado de contaminacioacuten del ingreso del agua y del grado de disolucioacuten del agente cementante involucrado
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
CONSOLIDOacuteMETRO PARA ENSAYO DE COLAPSO
Se procede a cortar el suelo de acuerdo con las dimensiones del anillo
del ensayo de consolidacioacuten unidimensional Determinar sus
propiedades fiacutesicas tales como humedad natural peso volumen
gravedad especiacutefica de soacutelidos liacutemites de consistencia distribucioacuten
granulomeacutetrica seguacuten las normas
Se instala la muestra en el anillo del consolidoacutemetro despueacutes de haber
determinado el peso inicial de la masa huacutemeda y altura de la muestra y
fijar el conjunto anillo-muestra en el consolidoacutemetro Aplicar una carga
de contacto 005 kgcm2 (5 Kpa) despueacutes de 5 min tomar lectura del
deformiacutemetro aplicar incrementos de carga a cada hora hasta que se
aplique la presioacuten vertical apropiada Los incrementos de carga seraacuten
012 025 050 100 200 etc Kgcm2 (12 25 50 100 200 etc) o
cargas de acuerdo al meacutetodo de ensayo ASTM D2435 registrar la
deformacioacuten antes de incrementar una nueva carga
Determinacioacuten del potencial de colapso
donde
di = lectura del dial con el esfuerzo adecuado antes de la saturacioacuten (mm)
df = lectura del dial bajo el esfuerzo adecuado despueacutes del humedecimiento (mm)
ho = altura inicial de la muestra (mm)
Tmbieacuten se puede evalua en teacuterminos de relacioacuten de vaciacuteos
dondeΔe = cambio de relacioacuten de vaciacuteos bajo el esfuerzo adecuado antes y despueacutes de la inundacioacuteneo = relacioacuten de vaciacuteo inicialLa evaluacioacuten de un suelo colapsable seraacute de acuerdo a la siguiente tablaCon todo lo epxlicado concluimos que el colapso de los suelos es la disminucioacuten moderada de volumen cuando estaacute con bajo contenido de humedad y una gran peacuterdida cuando estaacute sumergido y la magnitud de asentamiento depende del contenido de humedad del suelo En estado sumergido y bajo la aplicacioacuten de cargas verticales los suelos colapsables presentan un mayor asentamiento Los suelos colapsables existen en todo el mundo principalmente en la regiones aacuteridas y semiaacuteridas nuevamente comentando que los depoacutesitos eoacutelicos coluviales residuales tubos volcaacutenicos etc son suelos que pueden ser colapsables
Definicioacuten de colapso Se definen como colapso a cualquier disminucioacuten raacutepida de volumen del suelo producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factoresbull Contenido de humedad (w) bull Grado de saturacioacuten (Sr) bull Tensioacuten media actuante (τ) bull Tensioacuten de corte (σ) bull Presioacuten de poros (u)
TIPOS DE SUELOS COLAPSABLESLos tipos de suelos colapsables son
- Suelos aluviales y coluviales ndash Depositados en ambientes Semi-deseacuterticos por flujos maacutes o menos torrenciales- Suelos eoacutelicos ndash Depositados por el viento son arenas y limos arenosos con escaso cemento arcilloso en una estructura suelta o inestable
- Cenizas volcaacutenicas ndash Provenientes de cenizas arrojadas al aire por actividad volcaacutenica explosiva- Suelos residuales ndash Derivados de la descomposicioacuten in ndash situ de minerales de ciertas rocas son luego lixiviados por el agua y pierden su cemento
CONSECUENCIAS EN CIMENTACIONES
Patologiacuteas en cimentaciones Posibles causas
Introduccioacuten
De todos los posibles tipos de patologiacutea que puede sufrir la edificacioacuten las estadiacutesticas demuestran que son las patologiacuteas ligadas a las cimentaciones las que mayores costes globales conllevan Ademaacutes tienen gran repercusioacuten social lo que las hace maacutes notorias por la complejidad propia de su reparacioacuten porque suponen una fuerte alteracioacuten y hasta interrupcioacuten del uso del inmueble y porque suelen involucrar a colindantes e incluso poderes puacuteblicos Urge como en ninguacuten otro caso determinar las causas y cuanto antes dar una solucioacuten al problema
Causas intriacutensecas de fallos de cimentacioacuten
Se agrupan aquiacute los fallos de cimentacioacuten consecuencia de la interaccioacuten entre el terreno y la propia cimentacioacuten de la construccioacuten afectada
Defectos de proyecto
Son errores de concepcioacuten de disentildeo o caacutelculo del proyecto Son errores previsibles por lo que si se tienen en cuenta en el disentildeo y caacutelculo de la edificacioacuten el riesgo de que provoquen dantildeos se minimizaEnumeramos aquiacute no todas pero siacute algunas de las posibles causas de problemas derivadas del proyectobull Falta de capacidad de carga cimentacioacuten insuficiente o capacidad
de carga del suelo insuficientebull Esfuerzos no contemplados por ej por olvido de algunas
sobrecargas de explotacioacutenbull Conocimiento insuficiente del suelo Lo que deriva en la ignorancia
de riesgos especiales geoteacutecnicos Las causas pueden ser escasez de reconocimientos previos del terreno mala interpretacioacuten de los mismos no consideracioacuten de los fenoacutemenos de agresividad etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Cobra importancia en terrenos con especiales caracteriacutesticas
Arcillas expansivas
Suelos colapsables
Rellenos antroacutepicos
Suelos blandos naturales
Infravaloracioacuten del riesgo geoteacutecnico conocido eacuteste Casos asiacute pueden ser desprecio de los efectos que produce la falta de homogeneidad de un suelo o las distintas profundidades de aparicioacuten de la roca en planta desprecio de los efectos de la potencial expansividad o de posible subpresioacuten o fenoacutemenos de subsidencias procesos de disolucioacuten etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONESbull Defectos en la evaluacioacuten del terreno asientos calculados no
tolerables por la estructura esfuerzos paraacutesitos en pilotes (olvido del efecto de asiento de terrenos flojos o rellenos recientes) etc
bull Efecto grupo en pilotes defectuosa estimacioacuten del efecto grupo en pilotes flotantes no consideracioacuten de los esfuerzos laterales o del rozamiento negativo etc
bull Ausencia de consideracioacuten del bulbo de tensiones de la cimentacioacuten propia y su alcance Pero tambieacuten de cimentaciones colindantes que podriacutean suponer una carga oblicua sobre nuestra cimentacioacuten habraacute que considerarla en caacutelculo y prever un proceso constructivo adecuado (no vayamos a provocar dantildeos a otras edificaciones)
bull Ignorancia de las condiciones de contorno es decir no consideracioacuten de las condiciones del entorno de la estructura
proyectada posibles socavaciones arrastres descalces agotamientos rebajamientos de nivel freaacutetico etc
bull Heterogeneidades distribucioacuten irregular de las cargas o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentacioacuten
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Defectos de ejecucioacuten
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecucioacuten de eacutestos Los defectos de ejecucioacuten normalmente responden a un deficiente Control de Calidad Por tanto en principio son evitablesAlgunos errores de ejecucioacuten podriacutean serbull Apreciacioacuten erroacutenea de los estratos resistentes confundidos con
capas de poco espesor bolos erraacuteticos etcbull Errores de replanteo bull Mala calidad de los materiales en especial hormigones Deterioro
de zapatas losas o muros por escasa calidad de los materiales grietas de retraccioacuten por mala dosificacioacuten del hormigoacuten materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto etc
bull Degradacioacuten del material suele ir unido al anterior hormigoacuten no resistente a la agresividad del terreno recubrimientos insuficientes madera metal etc
bullCAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Lavado del hormigoacuten en cimentaciones superficiales o profundas colocado en presencia de aguas en movimiento
Errores en la colocacioacuten de armaduras confusioacuten de diaacutemetros de armado ausencia de separadores etc
Problemas de fraguado unidos a errores de vertido de dosificacioacuten de curado
Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio cortadas lavadas) o de baja calidad y excesiva carga portante de caacutelculo
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
g) Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por drenaje
h) Correccioacuten de taludes y terraplenes
A continuacioacuten siguiendo la clasificacioacuten antes expuesta se desarrollaran aquellas
metodologiacuteas de mejoramientos de suelos colapsables maacutes extendidas Desarrollaacutendose
principalmente los grupos abc y d puesto que incluyen una serie de acciones particulares
frente al fenoacutemeno del colapso En cuanto a los restantes grupos (e f g y h) las teacutecnicas de
mejoramiento del terreno utilizadas persiguen los mismos objetivos buscados en otros tipos
de suelos y en general la teacutecnica empleada es praacutecticamente la misma Por tal motivo y
puesto que se apartan un tanto del objeto de estas notas se estima conveniente no abundar
sobre ellas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacioacuten
Este grupo comprende varias de las metodologiacuteas usadas en suelos colapsables para reducir
los vaciacuteos de modo de eliminar la colapsabilidad reducir la permeabilidad y aumentar la
capacidad de carga Esto se realiza utilizando fuerzas estaacuteticas o dinaacutemicas o bien a traveacutes
de la inyeccioacuten de lechadas
Compactacioacuten dinaacutemica Este meacutetodo es adecuado para compactar mantos de suelos
colapsables superficiales con espesores menores a 350 metros El meacutetodo consiste en dejar
caer en caiacuteda libre desde una altura de 4 a 8 metros pilones de 3 a 8 Tn sobre la superficie
del terreno a razoacuten de 10 a 16 impactos en cada lugar (Abelev y Abelev 1979) El impacto
genera una rotura de la estructura del suelo un aumento de la presioacuten de poros y una
compresioacuten del aire presente en los poros produciendo un reacomodamiento de las
partiacuteculas dando como resultado una estructura maacutes compacta Seguacuten Malyshev et al
(1983) el contenido de humedad del suelo juega un papel importante lograacutendose la maacutexima
eficiencia con un contenido de humedad cercano al Liacutemite Plaacutestico Si el contenido de
humedad es menor a eacuteste es necesario humedecer el espesor de suelo de modo de alcanzar
una mejor eficacia Varios son los factores que controlan los resultados del meacutetodo asiacute por
ejemplo el espesor compactado es funcioacuten principalmente del peso y del diaacutemetro del piloacuten
En tanto el grado de compactacioacuten estaacute controlado por el nuacutemero de impactos y la humedad
del suelo El grado de compactacioacuten no es uniforme a lo largo de todo el espesor
compactado lograacutendose la maacutexima densificacioacuten a 12 a 15 veces el diaacutemetro del piloacuten
Sin embargo se pueden obtener Pesos Unitarios secos superiores a 16 tm3 en espesores de
25 a 35 m lo cual en la mayoriacutea de los casos es suficiente para disminuir o anular la
susceptibilidad al colapso del suelo Una variante a este meacutetodo es realizar la compactacioacuten
solamente en los lugares donde actuacutean las cargas y no en toda el aacuterea de la construccioacuten
Por ejemplo en casos de fundaciones de muros de carga o fundacioacuten de columnas el
mejoramiento del suelo se logra densificando la zona de influencia del bulbo de presiones
o sea la zona donde los incrementos de presioacuten pueden hacer colapsar el suelo
Compactacioacuten por medio de pequentildeos pilotes piramidales En cierta forma este meacutetodo es
una variante del meacutetodo anterior Consiste en hincar un pilote piramidal de 3 a 4 metros de
longitud con una seccioacuten transversal superior de 60 x 60 a 70 x 70 cm y una seccioacuten
transversal inferior de 10 x 10 cm Una vez retirado el pilote la cavidad se rellena con
hormigoacuten Este tipo de metodologiacutea da excelentes resultados en aacutereas en donde existe un
espesor de suelos potencialmente colapsables (no autocolapsables) de 30 o 40 m de
profundidad pero que colapsaraacuten si estaacuten sometidos a los incrementos de carga
transmitidos por las construcciones Una de las ventajas del meacutetodo es la completa
mecanizacioacuten de todas las operaciones Una variante a este meacutetodo consiste en realizar la
hinca sobre una capa de piedra partida dando como resultado un bulbo de suelo
compactado alrededor de la capa de piedra mejorando la capacidad de carga por la punta
del pilote asiacute construido
Compactacioacuten por pilotes de suelo Este es uno de los meacutetodos maacutes usuales para
compactar espesores importantes (18 a 20 m) de suelos loeacutessicos susceptibles al colapso
El procedimiento consta de dos partes primero se realiza la perforacioacuten y segundo se llena
la cavidad con suelo compactado La perforacioacuten se realiza usualmente mediante la hinca
de un pilote metaacutelico con base ensanchada (15 veces) En otra metodologiacutea de reciente uso
la excavacioacuten se hace de la siguiente forma se perfora hasta la profundidad deseada un
hoyo de 8 cm de diaacutemetro dentro del cual se coloca una columna de explosivos que luego
de estallar crea una perforacioacuten de aproximadamente 080 m de diaacutemetro Despueacutes de
efectuada esta perforacioacuten dinaacutemica la cavidad se rellena con suelo local introducido en
tongadas de 100 a 200 Kg que luego son compactadas dinaacutemicamente por medio de un uacutetil
especial Concluidas ambas etapas quedan formadas columnas de suelo compactado con un
diaacutemetro aproximado igual a dos veces el de la perforacioacuten El grado de compactacioacuten va
decreciendo a medida que se aleja del centro de la columna por tal motivo es importante
conocer esta ley de decrecimiento para disentildear correctamente la cuadriacutecula de pilotes de
suelo Al igual que en los otros meacutetodos la eficiencia del sistema aumenta en la medida que
la humedad del suelo natural y compactado se encuentre a una humedad cercana al Limite
Plaacutestico Por tal motivo es usual que previo a la perforacioacuten se realice una humectacioacuten del
espesor de suelos a compactar Las densidades alcanzadas son del orden de 170 a 180
tm3 que son suficientes para evitar el colapso por peso propio y permiten el use del
espesor compactado como manto de fundacioacuten
Compactacioacuten por explosiones de gas Esta relativamente nueva metodologiacutea de
compactar espesores de suelos colapsables consiste en introducir a traveacutes de una lanza de
agua a presioacuten una caacutemara de compresioacuten que contiene una mezcla de gas propano y
oxiacutegeno la cual se va elevando a medida que se producen una serie de explosiones de la
mezcla De este modo se va generando una columna 120 140 m de suelo compactado
(Densidad de 150 tcm3) (Martemyanov et al 1979)
Compactacioacuten por humedecimiento (Hidrocompactacioacuten) En este caso se utiliza la propia
susceptibilidad del suelo a colapsar bajo peso propio El meacutetodo maacutes frecuente de realizar
la humectacioacuten o saturacioacuten del terreno es a traveacutes de infiltracioacuten del agua desde la
superficie del terreno para lo cual se efectuacutean excavaciones poco profundas (040 a 080 m)
o bien se construyen grandes estanques En muchos casos a efectos de acelerar el ingreso
del agua al terreno se construyen dentro del estanque drenes de arena convenientemente
espaciados Este sistema ha sido empleado ampliamente en varias partes del mundo por
ejemplo en EEUU por Gibbs y Bara (1967) y Clevenger (1956) en Rumania por Bally et
al (19651969) en la URSS por Lomize (1968) y Mustafaef (1967) en China por Lin y
Liang (1982) y en Argentina por Moll et al (1979) A pesar de su amplia utilizacioacuten y su
bajo costo el meacutetodo presenta una serie de inconvenientes aparicioacuten de grietas de traccioacuten
en el contorno del aacuterea inundada existencia de importantes deformaciones posteriores al
colapso necesidad de recompactar los 4 oacute 5 primeros metros utilizando otro tipo de
metodologiacutea La efectividad de este meacutetodo se mejora sustancialmente si al mismo se lo
combina con otro meacutetodo de compactacioacuten dinaacutemica
Compactacioacuten por humedecimiento previo y por explosiones profundas Este meacutetodo fue
desarrollado en al Unioacuten Sovieacutetica por Livinov (1976) en la deacutecada de los 60 El espesor de
suelos a compactar es previamente humedecido a traveacutes de un sistema de drenes
(cuadriacutecula de 3 x 3 a 5 x 5 m) Las cargas explosivas (5 a 7 Kg) son colocadas en el fondo
de los mismos drenes o bien en tubos metaacutelicos colocados en perforaciones adicionales La
cuadriacutecula con las cargas es aproximadamente de 4 x 4 m En este procedimiento no es
necesario la completa saturacioacuten del suelo que por ejemplo necesita el meacutetodo anterior
Posterior al humedecimiento se hacen estallar las cargas de toda un aacuterea (2000 a 50000
m2) La explosioacuten generan una onda de choque que hace licuar la estructura del suelo lo
cual permite un reacomodamiento de las partiacuteculas y un crecimiento de la densidad del
suelo En ciertos casos es aconsejable la construccioacuten de trincheras alrededor de la zona a
compactar a efectos de evitar la propagacioacuten de grietas fuera de ella La explosioacuten produce
un importante a inmediato asentamiento de la superficie del terreno Los asentamientos en
general se estabilizan al cabo de 3 oacute 4 semanas Este tipo de meacutetodo es aconsejable cuando
se desea compactar grandes voluacutemenes de suelo particularmente en grandes complejos
industriales o bien en obras hidroeleacutectricas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
En este apartado se incluyen aquellos meacutetodos de estabilizacioacuten consistentes en la mezcla y
posterior compactacioacuten de suelo colapsable con otros materiales (arena gravas) a efectos
de conseguir mayor resistencia y mayor rigidez Este tipo de estabilizacioacuten es de amplio use
en la ingenieriacutea vial en la construccioacuten de bases y de sub-bases
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
Este grupo incluye a aquellas metodologiacuteas en las cuales el mejoramiento de las
propiedades resistentes del suelo se consiguen con la creacioacuten de viacutenculos maacutes soacutelidos y
estables en la estructura del suelo En algunas de ellas la inyeccioacuten de agentes cementantes
provoca la rotura de la estructura original del suelo En otras por el contrario la inyeccioacuten
de agentes quiacutemicos actuan directamente sobre los viacutenculos sin modificar la estructura del
suelo Los meacutetodos se pueden dividir en meacutetodos superficiales y meacutetodos profundos
dependiendo en donde se realice la estabilizacioacuten En los meacutetodos de estabilizacioacuten
superficiales el mejoramiento en general se consigue mediante la mezcla y posterior
compactacioacuten del suelo con agentes quiacutemicos o cementantes tales como cemento cal
emulsiones asfaacutelticas sales (NaCl Nat C03 NaPO3) etc Estos meacutetodos de estabilizacioacuten
son tambieacuten usuales en otros tipos de suelos y son de amplia utilizacioacuten en todo tipo de
obras de ingenieriacutea civil por tal motivo no insistiremos en ellos Por el contrario los
meacutetodos de estabilizacioacuten profunda aunque tambieacuten se han utilizado en otros tipos de
suelos muchos de ellos se han desarrollado y usado especiacuteficamente para eliminar o
disminuir la susceptibilidad al colapso en espesores importantes de suelo A continuacioacuten
se presentan algunos de ellos
Inyecciones de agentes quiacutemicos Las investigaciones y las realizaciones en este tipo de
estabilizaciones se ha desarrollado principalmente en la Unioacuten Sovieacutetica Seguacuten Mitchell
(1981) la razoacuten principal por la cual estos meacutetodos no se han extendido universalmente se
debe principalmente a los altos costos frente a otros tipos de estabilizaciones Sin embargo
Esvtatiev (1988) da cuenta de la existencia en la URSS de maacutes de 800 proyectos en donde
se han utilizado satisfactoriamente p ej el meacutetodo de silicatizacioacuten) Esto ha permitido un
continuo mejoramiento de la tecnologiacutea una reduccioacuten de los costos y una abundante
normativa en la regulacioacuten de su uso El agente quiacutemico maacutes utilizado por su bajo costo
frente a otros agentes quiacutemicos es el Silicato de Sodio El meacutetodo consiste en inyectar en
todo el espesor de suelo a tratar una solucioacuten de silicato de sodio (Densidad = 1 10 a 1 04
gcm3) a traveacutes de un tubo inyector de 42 mm de diaacutemetro con perforaciones de 3 mm
protegidas por un manguito de goma La inyeccioacuten se realiza a una presioacuten de 20 a 40
Kgcm2 y una descarga de 48 litros por minuto (Zvyagin et al 1978) La silicatizacioacuten del
suelo es soacutelo posible en un medio fuertemente alcalino Seguacuten Sokolovic (1973) se logra
una mejor eficiencia mediante una pre y post gasificacioacuten con carbonato de calcio Luego
de la inyeccioacuten tres son los cambios que se observan en el suelo un aumento significativo
de la resistencia a la compresioacuten (superior a 20 Kgcm2 ) una eliminacioacuten de la
susceptibilidad al colapso y una disminucioacuten de la permeabilidad Otro de los tratamientos
con agentes quiacutemicos es la inyeccioacuten de amoniacuteaco La mejora en el suelo es inferior al
tratamiento por silicatizacioacuten ademaacutes presenta la desventaja de ser un elemento toacutexico y su
utilizacioacuten requiere medidas especiales de proteccioacuten (Sokolovic 1973)
Estabilizacioacuten teacutermica Esta teacutecnica comenzoacute a desarroIlarse en la URSS en la deacutecada de
los antildeos 50 y ha sido utilizada exitosamente en un importante nuacutemero de emprendimientos
Seguacuten Esvtatiev (1988) la aplicacioacuten de este meacutetodo es teacutecnica y econoacutemicamente
aconsejable en los siguientes casos a) en la estabilizacioacuten de fundaciones existentes de
estructuras altas como chimeneas tanques de agua b) en la paralizacioacuten de los
asentamientos en construcciones existentes provocados por el colapso del suelo Las
propiedades de los minerales arcillosos cambian cuando eacutestos son sometidos a altas
temperaturas lo cual genera un aumento importante de la resistencia y por ende la
eliminacioacuten de la susceptibilidad al colapso del suelo La tecnologiacutea ha ido variando y
mejorando su eficiencia a lo largo de estas deacutecadas No obstante la variedad de meacutetodos
casi todos ellos consisten en la introduccioacuten de un quemador de fuel o gas dentro de un pre
pozo de 020 metros de diaacutemetro con una presioacuten de aire de 20 a 30 Kgcm2 De esta
forma al cabo de 10 a 15 diacuteas se consigue una columna estabilizada de suelo de 20 a 30
metros y una profundidad de 10 a 15 metros (Beles y Stanculescu 1958)
Estabilizacioacuten mediante mezclado mecaacutenico con agentes cementantes El objetivo de este
tipo de estabiacutelizacioacuten es la creacioacuten de columnas o pilotes de suelo con alta resistencia y
rigidez que permitan la transferencia de las cargas a mantos maacutes profundos y estables
Varios son los meacutetodos constructivos que pueden agruparse dentro de este grupo Los
subdividiremos en los siguientes subgrupos dependiendo del lugar en donde se realiza la
mezcla del suelo con el agente cementante
1 La mezcla del suelo y el agente cementante se realiza en superficie En este caso la
excavacioacuten se puede realizar bien utilizando la teacutecnica constructiva empleada en los pilotes
de suelo (hinca) o bien usar teacutecnicas usuales de perforacioacuten La mezcla deiexcl suelo con el
agente cementante (preferentemente Cemento Portland) puede ser fluida (suelo cemento
plaacutestico) a introducirse dentro de la excavacioacuten en forma de pastones o bien mezclar el
suelo y elcemento con porcentaje de humedad oacuteptimo a introducirlos en la perforacioacuten en
tongadas (100 a 200 Kg) las cuales posteriormente son compactadas dentro de la misma
excavacioacuten Por lo tanto existen cuatro variantes seguacuten sea el tipo de excavacioacuten y el tipo
de mezcla
2 La mezcla del suelo y el cemento se realiza en el mismo proceso de perforacioacuten En este
caso la mezcla del agente cementante se realiza con el propio suelo La mezcla puede
realizarse mediante uacutetiles especiales que van mezclando el suelo con una lechada de
cemento o bien usar la teacutecnica del jet grouting mediante un chorro de lechada a alta presioacuten
Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
Este tipo de estabilizacioacuten se realiza principalmente en terrenos con suelos potencialmente
colapsables en los cuales la presencia de cargas adicionales en superficie puede generar
asentamientos adicionales ante un incremento de la humedad del suelo Asiacute una parte del
suelo colapsable superficial ubicado directamente debajo de las fundaciones es excavado
extraiacutedo y reemplazado por otro material maacutes competente Los materiales generalmente
utilizados son los siguientes el mismo suelo extraiacutedo compactado y eventualmente
estabilizado granulomeacutetricamente arena compactada o suelo cemento compactado La
eleccioacuten del tipo de material estaacute condicionado generalmente por variables teacutecnico
econoacutemicas Los espesores de estos mantos son variables (1 a 4 m) dependiendo del tipo de
cargas y de las caracteriacutesticas del proyecto Por ejemplo en algunos proyectos los
condicionantes pueden ser los asentamientos diferenciales (edificios) en cambio en otros
(canales) no soacutelo importa disminuir la probabilidad que se produzca el colapso sino
tambieacuten lograr una capa de suelo maacutes impermeable Este tipo de metodologiacutea ha sido
utilizada con eacutexito en numerosos paiacuteses y en innumerables tipos de obras Tambieacuten es
frecuente el empleo de esta metodologiacutea en forma conjunta con otro tipo de estabilizacioacuten
profunda cuando se presentan mantos de suelos colapsables profundos y con espesores
muy dispares
113 Medidas conducentes a evitar la iniciacioacuten del colapso
Arriba se sentildealaron los tipos de humedecimientos que seguacuten Goldstein (1969) pueden
presentarse en una masa de suelo
a) humedecimiento localizado por rotura de conducciones hidraacuteulicas o infiltraciones de
aguas de lluvia
b) humedecimiento extenso causado por roturas de canales o efluentes industriales
c) ascenso del nivel freaacutetico
d) aumento gradual y lento del contenido de humedad por condensacioacuten del vapor de agua
provocados por condiciones ambientales
Muchos de estos tipos de humedecimientos pueden ser prevenidos principalmente los
primeros pues en general eacutestos son debidos a fallas o roturas de las instalaciones de la
misma construccioacuten En cambio los otros tipos de humedecimientos estaacuten condicionados
por factores externos al proyecto como por ejemplo puede ser el ascenso del nivel freaacutetico
o la rotura de un canal cercano y ajeno al proyecto La accioacuten del proyectista debe estar
encaminada principalmente a impedir dentro de los liacutemites del proyecto la generacioacuten de
estos humedecimientos provocados por elementos de la propia construccioacuten Robinson y
Narkiewicz (1982) sugieren las siguientes medidas de proteccioacuten contra el humedecimiento
de edificios
a) Pendientes adecuadas en la superficie del terreno que rodea a la construccioacuten de modo
que no se produzcan embalsamientos de agua en las cercaniacuteas de las fundaciones y que
cualquier peacuterdida de agua pueda ser eliminada con rapidez
b) Canalizacioacuten de todos los desaguumles de techos y patios hacia el exterior de la
construccioacuten
c) Instalacioacuten de membranas impermeables o pavimentacioacuten de la superase que rodea a la
construccioacuten de modo de limitar la infiltracioacuten de agua en el suelo adyacente a las
construcciones
d) Encerrar las conducciones de agua o efluentes cloacales dentro de conductos de faacutecil
acceso a efectos de detectar posibles peacuterdidas
Algunas de estas medidas requieren una serie de medidas de control y mantenimiento
durante la vida uacutetil de la obra de manera que perioacutedicamente se realicen inspecciones a las
instalaciones y puedan detectarse peacuterdidas o dantildeos en las mismas Tambieacuten es aconsejable
que los propietarios de la obra conozcan perfectamente los riegos a que estaacute expuesta la
misma de modo que su actividad yo descuidos no inicie procesos de humedecimiento del
terreno
Las medidas de proteccioacuten en otros tipos de obras civiles (canales o caminos) tienen la
misma filosofiacutea es decir elementos de proteccioacuten que impidan o dificulten la entrada del
agua en el terreno de fundacioacuten Asiacute por ejemplo en las obras lineales se debe prestar una
especial atencioacuten al disentildeo del sistema de alcantarillado y de desaguumles En algunos casos
estas obras suelen seguir parcialmente las curvas de nivel del terreno convirtieacutendose en
verdaderas presas que impiden el natural escurrimiento de las aguas provocando la
acumulacioacuten de agua en su entorno lo que genera un humedecimiento generalizado del
terreno de fundacioacuten con los consecuentes dantildeos en la obra
Es frecuente que en ciertos tipos de obras como viviendas unifamiliares de una planta o
incluso caminos y canales las uacutenicas medidas a adoptar sean las presentadas en este
apartado ya que la utilizacioacuten de teacutecnicas de mejoramiento o fundaciones profundas
resultan prohibitivas En realidad la mayoriacutea de las obras aludidas se construyen admitiendo
el riesgo de un posible colapso del terreno El buen comportamiento que han tenido la
mayoriacutea de ellas se debe fundamentalmente a que no se ha producido ninguacuten tipo de
humedecimiento En contraste los dantildeos son serios en aquellas obras que los han sufrido
Por todo ello es un deber de los investigadores a ingenieros buscar nuevas soluciones
econoacutemicas que permitan disminuir los riesgos y por ende los dantildeos en este tipo de obras
Uno de los caminos en tal sentido es el estudio de estructuras que absorban o minimicen
los posibles asentamientos diferenciales provocados por el humedecimiento localizado del
suelo sin un aumento excesivo de los costos
114 Estructuras yo fundaciones que admiten y resisten los fenoacutemenos provocados
por el colapso
El anaacutelisis de este apartado se centraraacute principalmente en el estudio de las fundaciones
superficiales en suelos potencialmente colapsables ya que el otro gran grupo de soluciones
fundaciones profundas mediante pilotes seraacute objeto de un examen detallado en los
apartados siguientes
La lista de estructuras que se asientan directamente sobre mantos de suelos potencialmente
colapsables es amplia entre ellas pueden sentildealarse viviendas unifamiliares construcciones
transitorias galpones ductos enterrados canales caminos etc
Las fundaciones directas sobre suelos colapsables pueden ser divididas en dos grupos
a) Fundaciones riacutegidas utilizadas principalmente en estructuras livianas y con cargas
puntuales por ejemplo torres de liacuteneas de alta tensioacuten columnas de naves industriales o
depoacutesitos En general este tipo de estructuras tienen algunos rasgos comunes como son por
ejemplo cargas verticales bajas cargas horizontales importantes y en general suelen
aceptar asentamientos admisibles mayores
b) Fundaciones de baja rigidez longitudinal en este caso se trata de estructuras con cargas
lineales (muros de carga canales etc) con baja rigidez en el sentido de las cargas Este tipo
de estructuras son sensibles a humedecimientos localizados del terreno que generan
asientos diferenciales importantes En general las medidas que suelen tomarse para
disminuir los efectos de los asientos diferenciales son las siguientes disentildeo de elementos
que rigidicen la estructura (Clemence Y Finbarr 1981) y el disentildeo de elementos
constructivos que eviten
RECAPITULACIOacuteN
Definido el concepto de colapso el estudio se ha enfocado al anaacutelisis de los suelos
colapsables por humedecimiento En esta clase particular de suelos metaestables el agente
externo que desencadena el fenoacutemeno de colapso es el agua En estos suelos un incremento
de humedad puede provocar una disminucioacuten o anulacioacuten de las fuerzas que vinculan unas
partiacuteculas con otras y por lo tanto cambiar el estado de equilibrio en la estructura del suelo
El colapso de la estructura del suelo depende fundamentalmente de dos causas a) de la
importancia de los cambios provoca dos por el agua en los viacutenculos existentes entre las
partiacuteculas y b) del estado tensional en los viacutenculos O sea para que se produzca el colapso
es necesario un agente sensibilizante y un estado tensional capaz de provocar la des-
estabilizacioacuten de la estructura del suelo
Por este motivo los meacutetodos que mejor reflejan la susceptibilidad al colapso de un suelo
son aquellos basados en ensayos mecaacutenicos donde ambos factores estaacuten presentes
La gran subdivisioacuten que se hace a los suelos colapsables parte precisamente de verificar
coacutemo es el comportamiento del suelo en su estado tensional original o bajo su propio
peso Si se produce el colapso bajo este estado se indica que el suelo es verdaderamente
colapsable o autocolapsable en cambio si el fenoacutemeno no se produce se sentildeala que el
suelo es candicionalmente colapsable o colapsable bajo carga
En este contexto diversos investigadores introducen el concepto (tambieacuten tensional) de
Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) o Presioacuten de Fluencia Saturada (σf) como aquella
presioacuten a la cual se produce el colapso Desde un punto de vista teoacuterico esta presioacuten deberiacutea
ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero desde un punto de vista praacutectico se
asume que una pequentildea magnitud del colapso es permisible Por ejemplo las normas
Sovieacuteticas Lo toman igual al 100 las Chinas igual al 150 En cambio en Argentina se
utiliza maacutes la Presioacuten de Fluencia Saturada que se obtiene de forma similar a la Presioacuten de
Preconsolidacioacuten No obstante esta diferencia metodoloacutegica en ambos casos el concepto es
el mismo
Con respecto a las metodologiacuteas usadas para establecer la susceptibilidad al colapso de un
suelo o de un perfil de suelo han sido analizadas las que utilizan el concepto de Presioacuten
Inicial de Colapso y la magnitud del colapso Esta seleccioacuten se realizoacute fundamentalmente
por las siguientes causas primero porque se hacen en base a ensayos mecaacutenicos donde
intervienen el agente externo (el agua) y el estado tensional del suelo y segundo porque
permiten establecer ya sea a traveacutes de un perfil de colapsabilidad o la magnitud del
colapso coacutemo seraacute realmente el comportamiento del terreno ante las solicitaciones
producidas por la obra de ingenieriacutea
Los perfiles de colapsabilidad relacionan en profundidad el peso propio de las tierras con
la Presioacuten Inicial de Colapso esto permite determinar el espesor de suelos autocolapsables
o el espesor de los suelos que colapsaraacuten si ademaacutes del humedecimiento se aumenta el
estado tensional Estos perfiles son de gran ayuda al proyectista de fundaciones en suelos
colapsables dado que le permiten conocer en forma global la magnitud del problema al que
estaacute enfrentado No obstante su utilidad no termina alliacute sino que por el contrario estos
perfiles le permiten tomar decisiones sobre cuaacuteles son las soluciones ingenieriles maacutes
convenientes del proyecto Pues con su ayuda se podraacute seleccionar el meacutetodo de
mejoramiento del terreno la cota de fundacioacuten de una fundacioacuten profunda la magnitud de
la carga por rozamiento negativo etc
La determinacioacuten de la magnitud del colapso de un perfil de suelo usada como
metodologiacutea de clasificacioacuten tambieacuten es de utilidad en el disentildeo de construccioacuten de obras
de ingenieriacutea en suelos colapsables Sobre todo en la caracterizacioacuten del terreno de grandes
aacutereas ya sea en obras lineales (canales caminos etc) o puntuales (complejos fabriles obras
hidraacuteulicas etc) dado que cada perfil de suelo estaacute caracterizado por un paraacutemetro lo cual
permite el manejo de un nuacutemero importante de informacioacuten Obviamente esta metodologiacutea
tambieacuten es de gran use en cualquier tipo de obras independientemente de su tamantildeo a
importancia
En un abundante nuacutemero de proyectos no es suficiente haber realizado una caracterizacioacuten
o clasificacioacuten del terreno sino que es necesario determinar la magnitud de los
asentamientos que pueden producirse en las obras Los asentamientos por colapso depende
baacutesicamente de dos tipos de factores intriacutensecos y extriacutensecos
Se sentildealan como intriacutensecos aquellos factores propios del suelo como son sus propiedades
fiacutesicas y mecaacutenicas El comportamiento del suelo dependeraacute del tipo de estructura o la
forma en que estaacuten ordenadas las partiacuteculas del grado de compacidad del tipo de viacutenculos
que unen grano con grano etc Estos factores en general no se encuentran
homogeacuteneamente distribuidos por lo cual los paraacutemetros que definen sus propiedades
tenso-deformacionales pueden sufrir variaciones locales importantes
Los factores externos que influyen en la magnitud de los asentamientos son dos el aacuterea
inundada y el estado tensional Estos dos factores influyen considerablemente en la
magnitud de los asentamientos por colapso y por tal motivo deben ser analizados
especiacuteficamente en los caacutelculos Respecto al primero de los factores a pesar que se han
realizado importantes trabajos teoacutericos la informacioacuten experimental indica que todaviacutea
existe cierta indeterminacioacuten en su estimacioacuten Por tal motivo la influencia del aacuterea
inundada en la magnitud de los asentamientos se limita a realizar correcciones de tipo
empiacuterico En cuanto a la influencia que el estado tensional tiene en los asentamientos las
investigaciones se han centrado especialmente en el estudio de cargas externas (zapatas) en
la superficie del terreno
ENSAYOS ldquoin siturdquo Perforacioacuten y muestreoEnsayos ldquoin siturdquo
o Ensayo de penetracioacuten estandar (SPT)o Ensayo de penetracioacuten de cono (CPT + CPTu)o Dilatoacutemetro de placa plana (DMT)o Presuroacutemetro (PMT)o Corte en veleta (VST)10487131048713 Meacutetodos geofiacutesicoso Ondas siacutesmicas (P- S- R-waves)o Electromagneacuteticas (radar resistividad)
EQUIPOS AUTOPROPULSADOS
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)1048713El ensayo ldquoin siturdquo maacutes comuacuten en el mundo10487131902 - Coronel Gow de Raymond Pile Co1048713 Muestreador ciliacutendrico partido1048713 Norma ASTM D 15861048713 Martillo (140-lbs cae 30 pulgadas) (635-kg cae 076 metros)1048713 Tres incrementos de 6 pulgadas Suma de los dos uacuteltimos incrementos = N (golpespieacute)
Se obtiene suelo y
un nuacutemero
Muestra alterada
(Solo para
caraterizacioacuten)
Nuacutemero muy crudo
para el anaacutelisis
No aplicable en
Ventajas
arcillas blandas y
Limos
Variabilidad e
incertidumbre
se obtiene un nuacutemero
Sencillo y de bajo
Costo
Funciona en muchos
tipos de suelo
Se puede utilizar en
rocas blandas
Disponible
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Estos suelos en condiciones de no saturacioacuten o saturacioacuten parcial presentan continuamente un reacomodo radical de las partiacuteculas y una gran peacuterdida de volumen por remojo osea al entrar al estado de saturacioacuten completa La existencia de estos suelos en el mundo y las dificultades ocasionadas a las edificaciones cimentadas sobre ellos han sido reconocidos ampliamente Los depoacutesitos maacutes extensos de suelos colapsables son eoacutelicos o depoacutesitos transportados de arena y limos (loess)Se puenden encontrar comuacutenmente en las maacutergenes fluviales
Desventajas
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Depoacutesitos eoacutelicos Estos depoacutesitos consisten en materiales transportados por el viento el cual forma dunas depoacutesitos tipo loess playas eoacutelicas y grandes depoacutesitos de ceniza volcaacutenica
Depoacutesitos transportados por agua Consisten principalmente de depoacutesitos de sedimentos sueltos a carreados por el agua los cuales forman abanicos fluviales y flujos deslizantes Estos materiales pueden ser depositados por una avenida repentina o flujo de lodo derivado de pequentildeas cuencas colectoras sujetas a aguaceros poco frecuentes
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Suelos residuales Estos suelos son producto del intemperismo y la
desintegracioacuten y alteracioacuten mecaacutenica de rocas madres Las partiacuteculas de
material residual pueden variar de tamantildeo de grandes fragmentos de
gravas a arenas limos coloides y en algunos casos material orgaacutenico
La estructura del grano colapsable se ha desarrollado como producto de
la accioacuten disolvente sobre el material soluble y coloidal La lixiviacioacuten del
material soluble y del material fino conduce a una alta relacioacuten de vaciacuteos
y a una estructura inestable Otro tipo de suelo que muestra colapso al
remojo son aquellos derivados de tufo volcaacutenico
sulfato de calcio arenas sueltas cementadas por sal soluble arcillas
dispersivas y arcillas montmorilloniacuteticas ricas en sodio
CAUSAS QUE GENERARIacuteAN DICHO COMPORTAMIENTO- Estructura parcialmente saturada potencialmente inestable- Una componente de esfuerzo aplicado o existente lo suficientemente alta para desarrollar una condicioacuten metaestable- Un ligante resistente o un agente cementante para estabilizar contactos intergranulares el cual se reduce por remojo ocasionando el colapso La mayoriacutea de suelos colapsables involucra la accioacuten de partiacuteculas arcillosas en los enlaces entre los granos gruesos de arena-Agentes cementantes tales como oacutexido de hierro carbonato de calcio o la soldadura de granos en contacto proporcionan esfuerzos resistentes para muchos suelos colapsables La accioacuten de este cementante es frecuentemente el agente principal de colapso en loess El grado al cual el agente cementante pierde su efectividad depende del grado de contaminacioacuten del ingreso del agua y del grado de disolucioacuten del agente cementante involucrado
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
CONSOLIDOacuteMETRO PARA ENSAYO DE COLAPSO
Se procede a cortar el suelo de acuerdo con las dimensiones del anillo
del ensayo de consolidacioacuten unidimensional Determinar sus
propiedades fiacutesicas tales como humedad natural peso volumen
gravedad especiacutefica de soacutelidos liacutemites de consistencia distribucioacuten
granulomeacutetrica seguacuten las normas
Se instala la muestra en el anillo del consolidoacutemetro despueacutes de haber
determinado el peso inicial de la masa huacutemeda y altura de la muestra y
fijar el conjunto anillo-muestra en el consolidoacutemetro Aplicar una carga
de contacto 005 kgcm2 (5 Kpa) despueacutes de 5 min tomar lectura del
deformiacutemetro aplicar incrementos de carga a cada hora hasta que se
aplique la presioacuten vertical apropiada Los incrementos de carga seraacuten
012 025 050 100 200 etc Kgcm2 (12 25 50 100 200 etc) o
cargas de acuerdo al meacutetodo de ensayo ASTM D2435 registrar la
deformacioacuten antes de incrementar una nueva carga
Determinacioacuten del potencial de colapso
donde
di = lectura del dial con el esfuerzo adecuado antes de la saturacioacuten (mm)
df = lectura del dial bajo el esfuerzo adecuado despueacutes del humedecimiento (mm)
ho = altura inicial de la muestra (mm)
Tmbieacuten se puede evalua en teacuterminos de relacioacuten de vaciacuteos
dondeΔe = cambio de relacioacuten de vaciacuteos bajo el esfuerzo adecuado antes y despueacutes de la inundacioacuteneo = relacioacuten de vaciacuteo inicialLa evaluacioacuten de un suelo colapsable seraacute de acuerdo a la siguiente tablaCon todo lo epxlicado concluimos que el colapso de los suelos es la disminucioacuten moderada de volumen cuando estaacute con bajo contenido de humedad y una gran peacuterdida cuando estaacute sumergido y la magnitud de asentamiento depende del contenido de humedad del suelo En estado sumergido y bajo la aplicacioacuten de cargas verticales los suelos colapsables presentan un mayor asentamiento Los suelos colapsables existen en todo el mundo principalmente en la regiones aacuteridas y semiaacuteridas nuevamente comentando que los depoacutesitos eoacutelicos coluviales residuales tubos volcaacutenicos etc son suelos que pueden ser colapsables
Definicioacuten de colapso Se definen como colapso a cualquier disminucioacuten raacutepida de volumen del suelo producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factoresbull Contenido de humedad (w) bull Grado de saturacioacuten (Sr) bull Tensioacuten media actuante (τ) bull Tensioacuten de corte (σ) bull Presioacuten de poros (u)
TIPOS DE SUELOS COLAPSABLESLos tipos de suelos colapsables son
- Suelos aluviales y coluviales ndash Depositados en ambientes Semi-deseacuterticos por flujos maacutes o menos torrenciales- Suelos eoacutelicos ndash Depositados por el viento son arenas y limos arenosos con escaso cemento arcilloso en una estructura suelta o inestable
- Cenizas volcaacutenicas ndash Provenientes de cenizas arrojadas al aire por actividad volcaacutenica explosiva- Suelos residuales ndash Derivados de la descomposicioacuten in ndash situ de minerales de ciertas rocas son luego lixiviados por el agua y pierden su cemento
CONSECUENCIAS EN CIMENTACIONES
Patologiacuteas en cimentaciones Posibles causas
Introduccioacuten
De todos los posibles tipos de patologiacutea que puede sufrir la edificacioacuten las estadiacutesticas demuestran que son las patologiacuteas ligadas a las cimentaciones las que mayores costes globales conllevan Ademaacutes tienen gran repercusioacuten social lo que las hace maacutes notorias por la complejidad propia de su reparacioacuten porque suponen una fuerte alteracioacuten y hasta interrupcioacuten del uso del inmueble y porque suelen involucrar a colindantes e incluso poderes puacuteblicos Urge como en ninguacuten otro caso determinar las causas y cuanto antes dar una solucioacuten al problema
Causas intriacutensecas de fallos de cimentacioacuten
Se agrupan aquiacute los fallos de cimentacioacuten consecuencia de la interaccioacuten entre el terreno y la propia cimentacioacuten de la construccioacuten afectada
Defectos de proyecto
Son errores de concepcioacuten de disentildeo o caacutelculo del proyecto Son errores previsibles por lo que si se tienen en cuenta en el disentildeo y caacutelculo de la edificacioacuten el riesgo de que provoquen dantildeos se minimizaEnumeramos aquiacute no todas pero siacute algunas de las posibles causas de problemas derivadas del proyectobull Falta de capacidad de carga cimentacioacuten insuficiente o capacidad
de carga del suelo insuficientebull Esfuerzos no contemplados por ej por olvido de algunas
sobrecargas de explotacioacutenbull Conocimiento insuficiente del suelo Lo que deriva en la ignorancia
de riesgos especiales geoteacutecnicos Las causas pueden ser escasez de reconocimientos previos del terreno mala interpretacioacuten de los mismos no consideracioacuten de los fenoacutemenos de agresividad etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Cobra importancia en terrenos con especiales caracteriacutesticas
Arcillas expansivas
Suelos colapsables
Rellenos antroacutepicos
Suelos blandos naturales
Infravaloracioacuten del riesgo geoteacutecnico conocido eacuteste Casos asiacute pueden ser desprecio de los efectos que produce la falta de homogeneidad de un suelo o las distintas profundidades de aparicioacuten de la roca en planta desprecio de los efectos de la potencial expansividad o de posible subpresioacuten o fenoacutemenos de subsidencias procesos de disolucioacuten etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONESbull Defectos en la evaluacioacuten del terreno asientos calculados no
tolerables por la estructura esfuerzos paraacutesitos en pilotes (olvido del efecto de asiento de terrenos flojos o rellenos recientes) etc
bull Efecto grupo en pilotes defectuosa estimacioacuten del efecto grupo en pilotes flotantes no consideracioacuten de los esfuerzos laterales o del rozamiento negativo etc
bull Ausencia de consideracioacuten del bulbo de tensiones de la cimentacioacuten propia y su alcance Pero tambieacuten de cimentaciones colindantes que podriacutean suponer una carga oblicua sobre nuestra cimentacioacuten habraacute que considerarla en caacutelculo y prever un proceso constructivo adecuado (no vayamos a provocar dantildeos a otras edificaciones)
bull Ignorancia de las condiciones de contorno es decir no consideracioacuten de las condiciones del entorno de la estructura
proyectada posibles socavaciones arrastres descalces agotamientos rebajamientos de nivel freaacutetico etc
bull Heterogeneidades distribucioacuten irregular de las cargas o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentacioacuten
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Defectos de ejecucioacuten
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecucioacuten de eacutestos Los defectos de ejecucioacuten normalmente responden a un deficiente Control de Calidad Por tanto en principio son evitablesAlgunos errores de ejecucioacuten podriacutean serbull Apreciacioacuten erroacutenea de los estratos resistentes confundidos con
capas de poco espesor bolos erraacuteticos etcbull Errores de replanteo bull Mala calidad de los materiales en especial hormigones Deterioro
de zapatas losas o muros por escasa calidad de los materiales grietas de retraccioacuten por mala dosificacioacuten del hormigoacuten materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto etc
bull Degradacioacuten del material suele ir unido al anterior hormigoacuten no resistente a la agresividad del terreno recubrimientos insuficientes madera metal etc
bullCAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Lavado del hormigoacuten en cimentaciones superficiales o profundas colocado en presencia de aguas en movimiento
Errores en la colocacioacuten de armaduras confusioacuten de diaacutemetros de armado ausencia de separadores etc
Problemas de fraguado unidos a errores de vertido de dosificacioacuten de curado
Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio cortadas lavadas) o de baja calidad y excesiva carga portante de caacutelculo
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
25 a 35 m lo cual en la mayoriacutea de los casos es suficiente para disminuir o anular la
susceptibilidad al colapso del suelo Una variante a este meacutetodo es realizar la compactacioacuten
solamente en los lugares donde actuacutean las cargas y no en toda el aacuterea de la construccioacuten
Por ejemplo en casos de fundaciones de muros de carga o fundacioacuten de columnas el
mejoramiento del suelo se logra densificando la zona de influencia del bulbo de presiones
o sea la zona donde los incrementos de presioacuten pueden hacer colapsar el suelo
Compactacioacuten por medio de pequentildeos pilotes piramidales En cierta forma este meacutetodo es
una variante del meacutetodo anterior Consiste en hincar un pilote piramidal de 3 a 4 metros de
longitud con una seccioacuten transversal superior de 60 x 60 a 70 x 70 cm y una seccioacuten
transversal inferior de 10 x 10 cm Una vez retirado el pilote la cavidad se rellena con
hormigoacuten Este tipo de metodologiacutea da excelentes resultados en aacutereas en donde existe un
espesor de suelos potencialmente colapsables (no autocolapsables) de 30 o 40 m de
profundidad pero que colapsaraacuten si estaacuten sometidos a los incrementos de carga
transmitidos por las construcciones Una de las ventajas del meacutetodo es la completa
mecanizacioacuten de todas las operaciones Una variante a este meacutetodo consiste en realizar la
hinca sobre una capa de piedra partida dando como resultado un bulbo de suelo
compactado alrededor de la capa de piedra mejorando la capacidad de carga por la punta
del pilote asiacute construido
Compactacioacuten por pilotes de suelo Este es uno de los meacutetodos maacutes usuales para
compactar espesores importantes (18 a 20 m) de suelos loeacutessicos susceptibles al colapso
El procedimiento consta de dos partes primero se realiza la perforacioacuten y segundo se llena
la cavidad con suelo compactado La perforacioacuten se realiza usualmente mediante la hinca
de un pilote metaacutelico con base ensanchada (15 veces) En otra metodologiacutea de reciente uso
la excavacioacuten se hace de la siguiente forma se perfora hasta la profundidad deseada un
hoyo de 8 cm de diaacutemetro dentro del cual se coloca una columna de explosivos que luego
de estallar crea una perforacioacuten de aproximadamente 080 m de diaacutemetro Despueacutes de
efectuada esta perforacioacuten dinaacutemica la cavidad se rellena con suelo local introducido en
tongadas de 100 a 200 Kg que luego son compactadas dinaacutemicamente por medio de un uacutetil
especial Concluidas ambas etapas quedan formadas columnas de suelo compactado con un
diaacutemetro aproximado igual a dos veces el de la perforacioacuten El grado de compactacioacuten va
decreciendo a medida que se aleja del centro de la columna por tal motivo es importante
conocer esta ley de decrecimiento para disentildear correctamente la cuadriacutecula de pilotes de
suelo Al igual que en los otros meacutetodos la eficiencia del sistema aumenta en la medida que
la humedad del suelo natural y compactado se encuentre a una humedad cercana al Limite
Plaacutestico Por tal motivo es usual que previo a la perforacioacuten se realice una humectacioacuten del
espesor de suelos a compactar Las densidades alcanzadas son del orden de 170 a 180
tm3 que son suficientes para evitar el colapso por peso propio y permiten el use del
espesor compactado como manto de fundacioacuten
Compactacioacuten por explosiones de gas Esta relativamente nueva metodologiacutea de
compactar espesores de suelos colapsables consiste en introducir a traveacutes de una lanza de
agua a presioacuten una caacutemara de compresioacuten que contiene una mezcla de gas propano y
oxiacutegeno la cual se va elevando a medida que se producen una serie de explosiones de la
mezcla De este modo se va generando una columna 120 140 m de suelo compactado
(Densidad de 150 tcm3) (Martemyanov et al 1979)
Compactacioacuten por humedecimiento (Hidrocompactacioacuten) En este caso se utiliza la propia
susceptibilidad del suelo a colapsar bajo peso propio El meacutetodo maacutes frecuente de realizar
la humectacioacuten o saturacioacuten del terreno es a traveacutes de infiltracioacuten del agua desde la
superficie del terreno para lo cual se efectuacutean excavaciones poco profundas (040 a 080 m)
o bien se construyen grandes estanques En muchos casos a efectos de acelerar el ingreso
del agua al terreno se construyen dentro del estanque drenes de arena convenientemente
espaciados Este sistema ha sido empleado ampliamente en varias partes del mundo por
ejemplo en EEUU por Gibbs y Bara (1967) y Clevenger (1956) en Rumania por Bally et
al (19651969) en la URSS por Lomize (1968) y Mustafaef (1967) en China por Lin y
Liang (1982) y en Argentina por Moll et al (1979) A pesar de su amplia utilizacioacuten y su
bajo costo el meacutetodo presenta una serie de inconvenientes aparicioacuten de grietas de traccioacuten
en el contorno del aacuterea inundada existencia de importantes deformaciones posteriores al
colapso necesidad de recompactar los 4 oacute 5 primeros metros utilizando otro tipo de
metodologiacutea La efectividad de este meacutetodo se mejora sustancialmente si al mismo se lo
combina con otro meacutetodo de compactacioacuten dinaacutemica
Compactacioacuten por humedecimiento previo y por explosiones profundas Este meacutetodo fue
desarrollado en al Unioacuten Sovieacutetica por Livinov (1976) en la deacutecada de los 60 El espesor de
suelos a compactar es previamente humedecido a traveacutes de un sistema de drenes
(cuadriacutecula de 3 x 3 a 5 x 5 m) Las cargas explosivas (5 a 7 Kg) son colocadas en el fondo
de los mismos drenes o bien en tubos metaacutelicos colocados en perforaciones adicionales La
cuadriacutecula con las cargas es aproximadamente de 4 x 4 m En este procedimiento no es
necesario la completa saturacioacuten del suelo que por ejemplo necesita el meacutetodo anterior
Posterior al humedecimiento se hacen estallar las cargas de toda un aacuterea (2000 a 50000
m2) La explosioacuten generan una onda de choque que hace licuar la estructura del suelo lo
cual permite un reacomodamiento de las partiacuteculas y un crecimiento de la densidad del
suelo En ciertos casos es aconsejable la construccioacuten de trincheras alrededor de la zona a
compactar a efectos de evitar la propagacioacuten de grietas fuera de ella La explosioacuten produce
un importante a inmediato asentamiento de la superficie del terreno Los asentamientos en
general se estabilizan al cabo de 3 oacute 4 semanas Este tipo de meacutetodo es aconsejable cuando
se desea compactar grandes voluacutemenes de suelo particularmente en grandes complejos
industriales o bien en obras hidroeleacutectricas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
En este apartado se incluyen aquellos meacutetodos de estabilizacioacuten consistentes en la mezcla y
posterior compactacioacuten de suelo colapsable con otros materiales (arena gravas) a efectos
de conseguir mayor resistencia y mayor rigidez Este tipo de estabilizacioacuten es de amplio use
en la ingenieriacutea vial en la construccioacuten de bases y de sub-bases
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
Este grupo incluye a aquellas metodologiacuteas en las cuales el mejoramiento de las
propiedades resistentes del suelo se consiguen con la creacioacuten de viacutenculos maacutes soacutelidos y
estables en la estructura del suelo En algunas de ellas la inyeccioacuten de agentes cementantes
provoca la rotura de la estructura original del suelo En otras por el contrario la inyeccioacuten
de agentes quiacutemicos actuan directamente sobre los viacutenculos sin modificar la estructura del
suelo Los meacutetodos se pueden dividir en meacutetodos superficiales y meacutetodos profundos
dependiendo en donde se realice la estabilizacioacuten En los meacutetodos de estabilizacioacuten
superficiales el mejoramiento en general se consigue mediante la mezcla y posterior
compactacioacuten del suelo con agentes quiacutemicos o cementantes tales como cemento cal
emulsiones asfaacutelticas sales (NaCl Nat C03 NaPO3) etc Estos meacutetodos de estabilizacioacuten
son tambieacuten usuales en otros tipos de suelos y son de amplia utilizacioacuten en todo tipo de
obras de ingenieriacutea civil por tal motivo no insistiremos en ellos Por el contrario los
meacutetodos de estabilizacioacuten profunda aunque tambieacuten se han utilizado en otros tipos de
suelos muchos de ellos se han desarrollado y usado especiacuteficamente para eliminar o
disminuir la susceptibilidad al colapso en espesores importantes de suelo A continuacioacuten
se presentan algunos de ellos
Inyecciones de agentes quiacutemicos Las investigaciones y las realizaciones en este tipo de
estabilizaciones se ha desarrollado principalmente en la Unioacuten Sovieacutetica Seguacuten Mitchell
(1981) la razoacuten principal por la cual estos meacutetodos no se han extendido universalmente se
debe principalmente a los altos costos frente a otros tipos de estabilizaciones Sin embargo
Esvtatiev (1988) da cuenta de la existencia en la URSS de maacutes de 800 proyectos en donde
se han utilizado satisfactoriamente p ej el meacutetodo de silicatizacioacuten) Esto ha permitido un
continuo mejoramiento de la tecnologiacutea una reduccioacuten de los costos y una abundante
normativa en la regulacioacuten de su uso El agente quiacutemico maacutes utilizado por su bajo costo
frente a otros agentes quiacutemicos es el Silicato de Sodio El meacutetodo consiste en inyectar en
todo el espesor de suelo a tratar una solucioacuten de silicato de sodio (Densidad = 1 10 a 1 04
gcm3) a traveacutes de un tubo inyector de 42 mm de diaacutemetro con perforaciones de 3 mm
protegidas por un manguito de goma La inyeccioacuten se realiza a una presioacuten de 20 a 40
Kgcm2 y una descarga de 48 litros por minuto (Zvyagin et al 1978) La silicatizacioacuten del
suelo es soacutelo posible en un medio fuertemente alcalino Seguacuten Sokolovic (1973) se logra
una mejor eficiencia mediante una pre y post gasificacioacuten con carbonato de calcio Luego
de la inyeccioacuten tres son los cambios que se observan en el suelo un aumento significativo
de la resistencia a la compresioacuten (superior a 20 Kgcm2 ) una eliminacioacuten de la
susceptibilidad al colapso y una disminucioacuten de la permeabilidad Otro de los tratamientos
con agentes quiacutemicos es la inyeccioacuten de amoniacuteaco La mejora en el suelo es inferior al
tratamiento por silicatizacioacuten ademaacutes presenta la desventaja de ser un elemento toacutexico y su
utilizacioacuten requiere medidas especiales de proteccioacuten (Sokolovic 1973)
Estabilizacioacuten teacutermica Esta teacutecnica comenzoacute a desarroIlarse en la URSS en la deacutecada de
los antildeos 50 y ha sido utilizada exitosamente en un importante nuacutemero de emprendimientos
Seguacuten Esvtatiev (1988) la aplicacioacuten de este meacutetodo es teacutecnica y econoacutemicamente
aconsejable en los siguientes casos a) en la estabilizacioacuten de fundaciones existentes de
estructuras altas como chimeneas tanques de agua b) en la paralizacioacuten de los
asentamientos en construcciones existentes provocados por el colapso del suelo Las
propiedades de los minerales arcillosos cambian cuando eacutestos son sometidos a altas
temperaturas lo cual genera un aumento importante de la resistencia y por ende la
eliminacioacuten de la susceptibilidad al colapso del suelo La tecnologiacutea ha ido variando y
mejorando su eficiencia a lo largo de estas deacutecadas No obstante la variedad de meacutetodos
casi todos ellos consisten en la introduccioacuten de un quemador de fuel o gas dentro de un pre
pozo de 020 metros de diaacutemetro con una presioacuten de aire de 20 a 30 Kgcm2 De esta
forma al cabo de 10 a 15 diacuteas se consigue una columna estabilizada de suelo de 20 a 30
metros y una profundidad de 10 a 15 metros (Beles y Stanculescu 1958)
Estabilizacioacuten mediante mezclado mecaacutenico con agentes cementantes El objetivo de este
tipo de estabiacutelizacioacuten es la creacioacuten de columnas o pilotes de suelo con alta resistencia y
rigidez que permitan la transferencia de las cargas a mantos maacutes profundos y estables
Varios son los meacutetodos constructivos que pueden agruparse dentro de este grupo Los
subdividiremos en los siguientes subgrupos dependiendo del lugar en donde se realiza la
mezcla del suelo con el agente cementante
1 La mezcla del suelo y el agente cementante se realiza en superficie En este caso la
excavacioacuten se puede realizar bien utilizando la teacutecnica constructiva empleada en los pilotes
de suelo (hinca) o bien usar teacutecnicas usuales de perforacioacuten La mezcla deiexcl suelo con el
agente cementante (preferentemente Cemento Portland) puede ser fluida (suelo cemento
plaacutestico) a introducirse dentro de la excavacioacuten en forma de pastones o bien mezclar el
suelo y elcemento con porcentaje de humedad oacuteptimo a introducirlos en la perforacioacuten en
tongadas (100 a 200 Kg) las cuales posteriormente son compactadas dentro de la misma
excavacioacuten Por lo tanto existen cuatro variantes seguacuten sea el tipo de excavacioacuten y el tipo
de mezcla
2 La mezcla del suelo y el cemento se realiza en el mismo proceso de perforacioacuten En este
caso la mezcla del agente cementante se realiza con el propio suelo La mezcla puede
realizarse mediante uacutetiles especiales que van mezclando el suelo con una lechada de
cemento o bien usar la teacutecnica del jet grouting mediante un chorro de lechada a alta presioacuten
Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
Este tipo de estabilizacioacuten se realiza principalmente en terrenos con suelos potencialmente
colapsables en los cuales la presencia de cargas adicionales en superficie puede generar
asentamientos adicionales ante un incremento de la humedad del suelo Asiacute una parte del
suelo colapsable superficial ubicado directamente debajo de las fundaciones es excavado
extraiacutedo y reemplazado por otro material maacutes competente Los materiales generalmente
utilizados son los siguientes el mismo suelo extraiacutedo compactado y eventualmente
estabilizado granulomeacutetricamente arena compactada o suelo cemento compactado La
eleccioacuten del tipo de material estaacute condicionado generalmente por variables teacutecnico
econoacutemicas Los espesores de estos mantos son variables (1 a 4 m) dependiendo del tipo de
cargas y de las caracteriacutesticas del proyecto Por ejemplo en algunos proyectos los
condicionantes pueden ser los asentamientos diferenciales (edificios) en cambio en otros
(canales) no soacutelo importa disminuir la probabilidad que se produzca el colapso sino
tambieacuten lograr una capa de suelo maacutes impermeable Este tipo de metodologiacutea ha sido
utilizada con eacutexito en numerosos paiacuteses y en innumerables tipos de obras Tambieacuten es
frecuente el empleo de esta metodologiacutea en forma conjunta con otro tipo de estabilizacioacuten
profunda cuando se presentan mantos de suelos colapsables profundos y con espesores
muy dispares
113 Medidas conducentes a evitar la iniciacioacuten del colapso
Arriba se sentildealaron los tipos de humedecimientos que seguacuten Goldstein (1969) pueden
presentarse en una masa de suelo
a) humedecimiento localizado por rotura de conducciones hidraacuteulicas o infiltraciones de
aguas de lluvia
b) humedecimiento extenso causado por roturas de canales o efluentes industriales
c) ascenso del nivel freaacutetico
d) aumento gradual y lento del contenido de humedad por condensacioacuten del vapor de agua
provocados por condiciones ambientales
Muchos de estos tipos de humedecimientos pueden ser prevenidos principalmente los
primeros pues en general eacutestos son debidos a fallas o roturas de las instalaciones de la
misma construccioacuten En cambio los otros tipos de humedecimientos estaacuten condicionados
por factores externos al proyecto como por ejemplo puede ser el ascenso del nivel freaacutetico
o la rotura de un canal cercano y ajeno al proyecto La accioacuten del proyectista debe estar
encaminada principalmente a impedir dentro de los liacutemites del proyecto la generacioacuten de
estos humedecimientos provocados por elementos de la propia construccioacuten Robinson y
Narkiewicz (1982) sugieren las siguientes medidas de proteccioacuten contra el humedecimiento
de edificios
a) Pendientes adecuadas en la superficie del terreno que rodea a la construccioacuten de modo
que no se produzcan embalsamientos de agua en las cercaniacuteas de las fundaciones y que
cualquier peacuterdida de agua pueda ser eliminada con rapidez
b) Canalizacioacuten de todos los desaguumles de techos y patios hacia el exterior de la
construccioacuten
c) Instalacioacuten de membranas impermeables o pavimentacioacuten de la superase que rodea a la
construccioacuten de modo de limitar la infiltracioacuten de agua en el suelo adyacente a las
construcciones
d) Encerrar las conducciones de agua o efluentes cloacales dentro de conductos de faacutecil
acceso a efectos de detectar posibles peacuterdidas
Algunas de estas medidas requieren una serie de medidas de control y mantenimiento
durante la vida uacutetil de la obra de manera que perioacutedicamente se realicen inspecciones a las
instalaciones y puedan detectarse peacuterdidas o dantildeos en las mismas Tambieacuten es aconsejable
que los propietarios de la obra conozcan perfectamente los riegos a que estaacute expuesta la
misma de modo que su actividad yo descuidos no inicie procesos de humedecimiento del
terreno
Las medidas de proteccioacuten en otros tipos de obras civiles (canales o caminos) tienen la
misma filosofiacutea es decir elementos de proteccioacuten que impidan o dificulten la entrada del
agua en el terreno de fundacioacuten Asiacute por ejemplo en las obras lineales se debe prestar una
especial atencioacuten al disentildeo del sistema de alcantarillado y de desaguumles En algunos casos
estas obras suelen seguir parcialmente las curvas de nivel del terreno convirtieacutendose en
verdaderas presas que impiden el natural escurrimiento de las aguas provocando la
acumulacioacuten de agua en su entorno lo que genera un humedecimiento generalizado del
terreno de fundacioacuten con los consecuentes dantildeos en la obra
Es frecuente que en ciertos tipos de obras como viviendas unifamiliares de una planta o
incluso caminos y canales las uacutenicas medidas a adoptar sean las presentadas en este
apartado ya que la utilizacioacuten de teacutecnicas de mejoramiento o fundaciones profundas
resultan prohibitivas En realidad la mayoriacutea de las obras aludidas se construyen admitiendo
el riesgo de un posible colapso del terreno El buen comportamiento que han tenido la
mayoriacutea de ellas se debe fundamentalmente a que no se ha producido ninguacuten tipo de
humedecimiento En contraste los dantildeos son serios en aquellas obras que los han sufrido
Por todo ello es un deber de los investigadores a ingenieros buscar nuevas soluciones
econoacutemicas que permitan disminuir los riesgos y por ende los dantildeos en este tipo de obras
Uno de los caminos en tal sentido es el estudio de estructuras que absorban o minimicen
los posibles asentamientos diferenciales provocados por el humedecimiento localizado del
suelo sin un aumento excesivo de los costos
114 Estructuras yo fundaciones que admiten y resisten los fenoacutemenos provocados
por el colapso
El anaacutelisis de este apartado se centraraacute principalmente en el estudio de las fundaciones
superficiales en suelos potencialmente colapsables ya que el otro gran grupo de soluciones
fundaciones profundas mediante pilotes seraacute objeto de un examen detallado en los
apartados siguientes
La lista de estructuras que se asientan directamente sobre mantos de suelos potencialmente
colapsables es amplia entre ellas pueden sentildealarse viviendas unifamiliares construcciones
transitorias galpones ductos enterrados canales caminos etc
Las fundaciones directas sobre suelos colapsables pueden ser divididas en dos grupos
a) Fundaciones riacutegidas utilizadas principalmente en estructuras livianas y con cargas
puntuales por ejemplo torres de liacuteneas de alta tensioacuten columnas de naves industriales o
depoacutesitos En general este tipo de estructuras tienen algunos rasgos comunes como son por
ejemplo cargas verticales bajas cargas horizontales importantes y en general suelen
aceptar asentamientos admisibles mayores
b) Fundaciones de baja rigidez longitudinal en este caso se trata de estructuras con cargas
lineales (muros de carga canales etc) con baja rigidez en el sentido de las cargas Este tipo
de estructuras son sensibles a humedecimientos localizados del terreno que generan
asientos diferenciales importantes En general las medidas que suelen tomarse para
disminuir los efectos de los asientos diferenciales son las siguientes disentildeo de elementos
que rigidicen la estructura (Clemence Y Finbarr 1981) y el disentildeo de elementos
constructivos que eviten
RECAPITULACIOacuteN
Definido el concepto de colapso el estudio se ha enfocado al anaacutelisis de los suelos
colapsables por humedecimiento En esta clase particular de suelos metaestables el agente
externo que desencadena el fenoacutemeno de colapso es el agua En estos suelos un incremento
de humedad puede provocar una disminucioacuten o anulacioacuten de las fuerzas que vinculan unas
partiacuteculas con otras y por lo tanto cambiar el estado de equilibrio en la estructura del suelo
El colapso de la estructura del suelo depende fundamentalmente de dos causas a) de la
importancia de los cambios provoca dos por el agua en los viacutenculos existentes entre las
partiacuteculas y b) del estado tensional en los viacutenculos O sea para que se produzca el colapso
es necesario un agente sensibilizante y un estado tensional capaz de provocar la des-
estabilizacioacuten de la estructura del suelo
Por este motivo los meacutetodos que mejor reflejan la susceptibilidad al colapso de un suelo
son aquellos basados en ensayos mecaacutenicos donde ambos factores estaacuten presentes
La gran subdivisioacuten que se hace a los suelos colapsables parte precisamente de verificar
coacutemo es el comportamiento del suelo en su estado tensional original o bajo su propio
peso Si se produce el colapso bajo este estado se indica que el suelo es verdaderamente
colapsable o autocolapsable en cambio si el fenoacutemeno no se produce se sentildeala que el
suelo es candicionalmente colapsable o colapsable bajo carga
En este contexto diversos investigadores introducen el concepto (tambieacuten tensional) de
Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) o Presioacuten de Fluencia Saturada (σf) como aquella
presioacuten a la cual se produce el colapso Desde un punto de vista teoacuterico esta presioacuten deberiacutea
ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero desde un punto de vista praacutectico se
asume que una pequentildea magnitud del colapso es permisible Por ejemplo las normas
Sovieacuteticas Lo toman igual al 100 las Chinas igual al 150 En cambio en Argentina se
utiliza maacutes la Presioacuten de Fluencia Saturada que se obtiene de forma similar a la Presioacuten de
Preconsolidacioacuten No obstante esta diferencia metodoloacutegica en ambos casos el concepto es
el mismo
Con respecto a las metodologiacuteas usadas para establecer la susceptibilidad al colapso de un
suelo o de un perfil de suelo han sido analizadas las que utilizan el concepto de Presioacuten
Inicial de Colapso y la magnitud del colapso Esta seleccioacuten se realizoacute fundamentalmente
por las siguientes causas primero porque se hacen en base a ensayos mecaacutenicos donde
intervienen el agente externo (el agua) y el estado tensional del suelo y segundo porque
permiten establecer ya sea a traveacutes de un perfil de colapsabilidad o la magnitud del
colapso coacutemo seraacute realmente el comportamiento del terreno ante las solicitaciones
producidas por la obra de ingenieriacutea
Los perfiles de colapsabilidad relacionan en profundidad el peso propio de las tierras con
la Presioacuten Inicial de Colapso esto permite determinar el espesor de suelos autocolapsables
o el espesor de los suelos que colapsaraacuten si ademaacutes del humedecimiento se aumenta el
estado tensional Estos perfiles son de gran ayuda al proyectista de fundaciones en suelos
colapsables dado que le permiten conocer en forma global la magnitud del problema al que
estaacute enfrentado No obstante su utilidad no termina alliacute sino que por el contrario estos
perfiles le permiten tomar decisiones sobre cuaacuteles son las soluciones ingenieriles maacutes
convenientes del proyecto Pues con su ayuda se podraacute seleccionar el meacutetodo de
mejoramiento del terreno la cota de fundacioacuten de una fundacioacuten profunda la magnitud de
la carga por rozamiento negativo etc
La determinacioacuten de la magnitud del colapso de un perfil de suelo usada como
metodologiacutea de clasificacioacuten tambieacuten es de utilidad en el disentildeo de construccioacuten de obras
de ingenieriacutea en suelos colapsables Sobre todo en la caracterizacioacuten del terreno de grandes
aacutereas ya sea en obras lineales (canales caminos etc) o puntuales (complejos fabriles obras
hidraacuteulicas etc) dado que cada perfil de suelo estaacute caracterizado por un paraacutemetro lo cual
permite el manejo de un nuacutemero importante de informacioacuten Obviamente esta metodologiacutea
tambieacuten es de gran use en cualquier tipo de obras independientemente de su tamantildeo a
importancia
En un abundante nuacutemero de proyectos no es suficiente haber realizado una caracterizacioacuten
o clasificacioacuten del terreno sino que es necesario determinar la magnitud de los
asentamientos que pueden producirse en las obras Los asentamientos por colapso depende
baacutesicamente de dos tipos de factores intriacutensecos y extriacutensecos
Se sentildealan como intriacutensecos aquellos factores propios del suelo como son sus propiedades
fiacutesicas y mecaacutenicas El comportamiento del suelo dependeraacute del tipo de estructura o la
forma en que estaacuten ordenadas las partiacuteculas del grado de compacidad del tipo de viacutenculos
que unen grano con grano etc Estos factores en general no se encuentran
homogeacuteneamente distribuidos por lo cual los paraacutemetros que definen sus propiedades
tenso-deformacionales pueden sufrir variaciones locales importantes
Los factores externos que influyen en la magnitud de los asentamientos son dos el aacuterea
inundada y el estado tensional Estos dos factores influyen considerablemente en la
magnitud de los asentamientos por colapso y por tal motivo deben ser analizados
especiacuteficamente en los caacutelculos Respecto al primero de los factores a pesar que se han
realizado importantes trabajos teoacutericos la informacioacuten experimental indica que todaviacutea
existe cierta indeterminacioacuten en su estimacioacuten Por tal motivo la influencia del aacuterea
inundada en la magnitud de los asentamientos se limita a realizar correcciones de tipo
empiacuterico En cuanto a la influencia que el estado tensional tiene en los asentamientos las
investigaciones se han centrado especialmente en el estudio de cargas externas (zapatas) en
la superficie del terreno
ENSAYOS ldquoin siturdquo Perforacioacuten y muestreoEnsayos ldquoin siturdquo
o Ensayo de penetracioacuten estandar (SPT)o Ensayo de penetracioacuten de cono (CPT + CPTu)o Dilatoacutemetro de placa plana (DMT)o Presuroacutemetro (PMT)o Corte en veleta (VST)10487131048713 Meacutetodos geofiacutesicoso Ondas siacutesmicas (P- S- R-waves)o Electromagneacuteticas (radar resistividad)
EQUIPOS AUTOPROPULSADOS
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)1048713El ensayo ldquoin siturdquo maacutes comuacuten en el mundo10487131902 - Coronel Gow de Raymond Pile Co1048713 Muestreador ciliacutendrico partido1048713 Norma ASTM D 15861048713 Martillo (140-lbs cae 30 pulgadas) (635-kg cae 076 metros)1048713 Tres incrementos de 6 pulgadas Suma de los dos uacuteltimos incrementos = N (golpespieacute)
Se obtiene suelo y
un nuacutemero
Muestra alterada
(Solo para
caraterizacioacuten)
Nuacutemero muy crudo
para el anaacutelisis
No aplicable en
Ventajas
arcillas blandas y
Limos
Variabilidad e
incertidumbre
se obtiene un nuacutemero
Sencillo y de bajo
Costo
Funciona en muchos
tipos de suelo
Se puede utilizar en
rocas blandas
Disponible
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Estos suelos en condiciones de no saturacioacuten o saturacioacuten parcial presentan continuamente un reacomodo radical de las partiacuteculas y una gran peacuterdida de volumen por remojo osea al entrar al estado de saturacioacuten completa La existencia de estos suelos en el mundo y las dificultades ocasionadas a las edificaciones cimentadas sobre ellos han sido reconocidos ampliamente Los depoacutesitos maacutes extensos de suelos colapsables son eoacutelicos o depoacutesitos transportados de arena y limos (loess)Se puenden encontrar comuacutenmente en las maacutergenes fluviales
Desventajas
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Depoacutesitos eoacutelicos Estos depoacutesitos consisten en materiales transportados por el viento el cual forma dunas depoacutesitos tipo loess playas eoacutelicas y grandes depoacutesitos de ceniza volcaacutenica
Depoacutesitos transportados por agua Consisten principalmente de depoacutesitos de sedimentos sueltos a carreados por el agua los cuales forman abanicos fluviales y flujos deslizantes Estos materiales pueden ser depositados por una avenida repentina o flujo de lodo derivado de pequentildeas cuencas colectoras sujetas a aguaceros poco frecuentes
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Suelos residuales Estos suelos son producto del intemperismo y la
desintegracioacuten y alteracioacuten mecaacutenica de rocas madres Las partiacuteculas de
material residual pueden variar de tamantildeo de grandes fragmentos de
gravas a arenas limos coloides y en algunos casos material orgaacutenico
La estructura del grano colapsable se ha desarrollado como producto de
la accioacuten disolvente sobre el material soluble y coloidal La lixiviacioacuten del
material soluble y del material fino conduce a una alta relacioacuten de vaciacuteos
y a una estructura inestable Otro tipo de suelo que muestra colapso al
remojo son aquellos derivados de tufo volcaacutenico
sulfato de calcio arenas sueltas cementadas por sal soluble arcillas
dispersivas y arcillas montmorilloniacuteticas ricas en sodio
CAUSAS QUE GENERARIacuteAN DICHO COMPORTAMIENTO- Estructura parcialmente saturada potencialmente inestable- Una componente de esfuerzo aplicado o existente lo suficientemente alta para desarrollar una condicioacuten metaestable- Un ligante resistente o un agente cementante para estabilizar contactos intergranulares el cual se reduce por remojo ocasionando el colapso La mayoriacutea de suelos colapsables involucra la accioacuten de partiacuteculas arcillosas en los enlaces entre los granos gruesos de arena-Agentes cementantes tales como oacutexido de hierro carbonato de calcio o la soldadura de granos en contacto proporcionan esfuerzos resistentes para muchos suelos colapsables La accioacuten de este cementante es frecuentemente el agente principal de colapso en loess El grado al cual el agente cementante pierde su efectividad depende del grado de contaminacioacuten del ingreso del agua y del grado de disolucioacuten del agente cementante involucrado
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
CONSOLIDOacuteMETRO PARA ENSAYO DE COLAPSO
Se procede a cortar el suelo de acuerdo con las dimensiones del anillo
del ensayo de consolidacioacuten unidimensional Determinar sus
propiedades fiacutesicas tales como humedad natural peso volumen
gravedad especiacutefica de soacutelidos liacutemites de consistencia distribucioacuten
granulomeacutetrica seguacuten las normas
Se instala la muestra en el anillo del consolidoacutemetro despueacutes de haber
determinado el peso inicial de la masa huacutemeda y altura de la muestra y
fijar el conjunto anillo-muestra en el consolidoacutemetro Aplicar una carga
de contacto 005 kgcm2 (5 Kpa) despueacutes de 5 min tomar lectura del
deformiacutemetro aplicar incrementos de carga a cada hora hasta que se
aplique la presioacuten vertical apropiada Los incrementos de carga seraacuten
012 025 050 100 200 etc Kgcm2 (12 25 50 100 200 etc) o
cargas de acuerdo al meacutetodo de ensayo ASTM D2435 registrar la
deformacioacuten antes de incrementar una nueva carga
Determinacioacuten del potencial de colapso
donde
di = lectura del dial con el esfuerzo adecuado antes de la saturacioacuten (mm)
df = lectura del dial bajo el esfuerzo adecuado despueacutes del humedecimiento (mm)
ho = altura inicial de la muestra (mm)
Tmbieacuten se puede evalua en teacuterminos de relacioacuten de vaciacuteos
dondeΔe = cambio de relacioacuten de vaciacuteos bajo el esfuerzo adecuado antes y despueacutes de la inundacioacuteneo = relacioacuten de vaciacuteo inicialLa evaluacioacuten de un suelo colapsable seraacute de acuerdo a la siguiente tablaCon todo lo epxlicado concluimos que el colapso de los suelos es la disminucioacuten moderada de volumen cuando estaacute con bajo contenido de humedad y una gran peacuterdida cuando estaacute sumergido y la magnitud de asentamiento depende del contenido de humedad del suelo En estado sumergido y bajo la aplicacioacuten de cargas verticales los suelos colapsables presentan un mayor asentamiento Los suelos colapsables existen en todo el mundo principalmente en la regiones aacuteridas y semiaacuteridas nuevamente comentando que los depoacutesitos eoacutelicos coluviales residuales tubos volcaacutenicos etc son suelos que pueden ser colapsables
Definicioacuten de colapso Se definen como colapso a cualquier disminucioacuten raacutepida de volumen del suelo producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factoresbull Contenido de humedad (w) bull Grado de saturacioacuten (Sr) bull Tensioacuten media actuante (τ) bull Tensioacuten de corte (σ) bull Presioacuten de poros (u)
TIPOS DE SUELOS COLAPSABLESLos tipos de suelos colapsables son
- Suelos aluviales y coluviales ndash Depositados en ambientes Semi-deseacuterticos por flujos maacutes o menos torrenciales- Suelos eoacutelicos ndash Depositados por el viento son arenas y limos arenosos con escaso cemento arcilloso en una estructura suelta o inestable
- Cenizas volcaacutenicas ndash Provenientes de cenizas arrojadas al aire por actividad volcaacutenica explosiva- Suelos residuales ndash Derivados de la descomposicioacuten in ndash situ de minerales de ciertas rocas son luego lixiviados por el agua y pierden su cemento
CONSECUENCIAS EN CIMENTACIONES
Patologiacuteas en cimentaciones Posibles causas
Introduccioacuten
De todos los posibles tipos de patologiacutea que puede sufrir la edificacioacuten las estadiacutesticas demuestran que son las patologiacuteas ligadas a las cimentaciones las que mayores costes globales conllevan Ademaacutes tienen gran repercusioacuten social lo que las hace maacutes notorias por la complejidad propia de su reparacioacuten porque suponen una fuerte alteracioacuten y hasta interrupcioacuten del uso del inmueble y porque suelen involucrar a colindantes e incluso poderes puacuteblicos Urge como en ninguacuten otro caso determinar las causas y cuanto antes dar una solucioacuten al problema
Causas intriacutensecas de fallos de cimentacioacuten
Se agrupan aquiacute los fallos de cimentacioacuten consecuencia de la interaccioacuten entre el terreno y la propia cimentacioacuten de la construccioacuten afectada
Defectos de proyecto
Son errores de concepcioacuten de disentildeo o caacutelculo del proyecto Son errores previsibles por lo que si se tienen en cuenta en el disentildeo y caacutelculo de la edificacioacuten el riesgo de que provoquen dantildeos se minimizaEnumeramos aquiacute no todas pero siacute algunas de las posibles causas de problemas derivadas del proyectobull Falta de capacidad de carga cimentacioacuten insuficiente o capacidad
de carga del suelo insuficientebull Esfuerzos no contemplados por ej por olvido de algunas
sobrecargas de explotacioacutenbull Conocimiento insuficiente del suelo Lo que deriva en la ignorancia
de riesgos especiales geoteacutecnicos Las causas pueden ser escasez de reconocimientos previos del terreno mala interpretacioacuten de los mismos no consideracioacuten de los fenoacutemenos de agresividad etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Cobra importancia en terrenos con especiales caracteriacutesticas
Arcillas expansivas
Suelos colapsables
Rellenos antroacutepicos
Suelos blandos naturales
Infravaloracioacuten del riesgo geoteacutecnico conocido eacuteste Casos asiacute pueden ser desprecio de los efectos que produce la falta de homogeneidad de un suelo o las distintas profundidades de aparicioacuten de la roca en planta desprecio de los efectos de la potencial expansividad o de posible subpresioacuten o fenoacutemenos de subsidencias procesos de disolucioacuten etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONESbull Defectos en la evaluacioacuten del terreno asientos calculados no
tolerables por la estructura esfuerzos paraacutesitos en pilotes (olvido del efecto de asiento de terrenos flojos o rellenos recientes) etc
bull Efecto grupo en pilotes defectuosa estimacioacuten del efecto grupo en pilotes flotantes no consideracioacuten de los esfuerzos laterales o del rozamiento negativo etc
bull Ausencia de consideracioacuten del bulbo de tensiones de la cimentacioacuten propia y su alcance Pero tambieacuten de cimentaciones colindantes que podriacutean suponer una carga oblicua sobre nuestra cimentacioacuten habraacute que considerarla en caacutelculo y prever un proceso constructivo adecuado (no vayamos a provocar dantildeos a otras edificaciones)
bull Ignorancia de las condiciones de contorno es decir no consideracioacuten de las condiciones del entorno de la estructura
proyectada posibles socavaciones arrastres descalces agotamientos rebajamientos de nivel freaacutetico etc
bull Heterogeneidades distribucioacuten irregular de las cargas o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentacioacuten
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Defectos de ejecucioacuten
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecucioacuten de eacutestos Los defectos de ejecucioacuten normalmente responden a un deficiente Control de Calidad Por tanto en principio son evitablesAlgunos errores de ejecucioacuten podriacutean serbull Apreciacioacuten erroacutenea de los estratos resistentes confundidos con
capas de poco espesor bolos erraacuteticos etcbull Errores de replanteo bull Mala calidad de los materiales en especial hormigones Deterioro
de zapatas losas o muros por escasa calidad de los materiales grietas de retraccioacuten por mala dosificacioacuten del hormigoacuten materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto etc
bull Degradacioacuten del material suele ir unido al anterior hormigoacuten no resistente a la agresividad del terreno recubrimientos insuficientes madera metal etc
bullCAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Lavado del hormigoacuten en cimentaciones superficiales o profundas colocado en presencia de aguas en movimiento
Errores en la colocacioacuten de armaduras confusioacuten de diaacutemetros de armado ausencia de separadores etc
Problemas de fraguado unidos a errores de vertido de dosificacioacuten de curado
Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio cortadas lavadas) o de baja calidad y excesiva carga portante de caacutelculo
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
conocer esta ley de decrecimiento para disentildear correctamente la cuadriacutecula de pilotes de
suelo Al igual que en los otros meacutetodos la eficiencia del sistema aumenta en la medida que
la humedad del suelo natural y compactado se encuentre a una humedad cercana al Limite
Plaacutestico Por tal motivo es usual que previo a la perforacioacuten se realice una humectacioacuten del
espesor de suelos a compactar Las densidades alcanzadas son del orden de 170 a 180
tm3 que son suficientes para evitar el colapso por peso propio y permiten el use del
espesor compactado como manto de fundacioacuten
Compactacioacuten por explosiones de gas Esta relativamente nueva metodologiacutea de
compactar espesores de suelos colapsables consiste en introducir a traveacutes de una lanza de
agua a presioacuten una caacutemara de compresioacuten que contiene una mezcla de gas propano y
oxiacutegeno la cual se va elevando a medida que se producen una serie de explosiones de la
mezcla De este modo se va generando una columna 120 140 m de suelo compactado
(Densidad de 150 tcm3) (Martemyanov et al 1979)
Compactacioacuten por humedecimiento (Hidrocompactacioacuten) En este caso se utiliza la propia
susceptibilidad del suelo a colapsar bajo peso propio El meacutetodo maacutes frecuente de realizar
la humectacioacuten o saturacioacuten del terreno es a traveacutes de infiltracioacuten del agua desde la
superficie del terreno para lo cual se efectuacutean excavaciones poco profundas (040 a 080 m)
o bien se construyen grandes estanques En muchos casos a efectos de acelerar el ingreso
del agua al terreno se construyen dentro del estanque drenes de arena convenientemente
espaciados Este sistema ha sido empleado ampliamente en varias partes del mundo por
ejemplo en EEUU por Gibbs y Bara (1967) y Clevenger (1956) en Rumania por Bally et
al (19651969) en la URSS por Lomize (1968) y Mustafaef (1967) en China por Lin y
Liang (1982) y en Argentina por Moll et al (1979) A pesar de su amplia utilizacioacuten y su
bajo costo el meacutetodo presenta una serie de inconvenientes aparicioacuten de grietas de traccioacuten
en el contorno del aacuterea inundada existencia de importantes deformaciones posteriores al
colapso necesidad de recompactar los 4 oacute 5 primeros metros utilizando otro tipo de
metodologiacutea La efectividad de este meacutetodo se mejora sustancialmente si al mismo se lo
combina con otro meacutetodo de compactacioacuten dinaacutemica
Compactacioacuten por humedecimiento previo y por explosiones profundas Este meacutetodo fue
desarrollado en al Unioacuten Sovieacutetica por Livinov (1976) en la deacutecada de los 60 El espesor de
suelos a compactar es previamente humedecido a traveacutes de un sistema de drenes
(cuadriacutecula de 3 x 3 a 5 x 5 m) Las cargas explosivas (5 a 7 Kg) son colocadas en el fondo
de los mismos drenes o bien en tubos metaacutelicos colocados en perforaciones adicionales La
cuadriacutecula con las cargas es aproximadamente de 4 x 4 m En este procedimiento no es
necesario la completa saturacioacuten del suelo que por ejemplo necesita el meacutetodo anterior
Posterior al humedecimiento se hacen estallar las cargas de toda un aacuterea (2000 a 50000
m2) La explosioacuten generan una onda de choque que hace licuar la estructura del suelo lo
cual permite un reacomodamiento de las partiacuteculas y un crecimiento de la densidad del
suelo En ciertos casos es aconsejable la construccioacuten de trincheras alrededor de la zona a
compactar a efectos de evitar la propagacioacuten de grietas fuera de ella La explosioacuten produce
un importante a inmediato asentamiento de la superficie del terreno Los asentamientos en
general se estabilizan al cabo de 3 oacute 4 semanas Este tipo de meacutetodo es aconsejable cuando
se desea compactar grandes voluacutemenes de suelo particularmente en grandes complejos
industriales o bien en obras hidroeleacutectricas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
En este apartado se incluyen aquellos meacutetodos de estabilizacioacuten consistentes en la mezcla y
posterior compactacioacuten de suelo colapsable con otros materiales (arena gravas) a efectos
de conseguir mayor resistencia y mayor rigidez Este tipo de estabilizacioacuten es de amplio use
en la ingenieriacutea vial en la construccioacuten de bases y de sub-bases
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
Este grupo incluye a aquellas metodologiacuteas en las cuales el mejoramiento de las
propiedades resistentes del suelo se consiguen con la creacioacuten de viacutenculos maacutes soacutelidos y
estables en la estructura del suelo En algunas de ellas la inyeccioacuten de agentes cementantes
provoca la rotura de la estructura original del suelo En otras por el contrario la inyeccioacuten
de agentes quiacutemicos actuan directamente sobre los viacutenculos sin modificar la estructura del
suelo Los meacutetodos se pueden dividir en meacutetodos superficiales y meacutetodos profundos
dependiendo en donde se realice la estabilizacioacuten En los meacutetodos de estabilizacioacuten
superficiales el mejoramiento en general se consigue mediante la mezcla y posterior
compactacioacuten del suelo con agentes quiacutemicos o cementantes tales como cemento cal
emulsiones asfaacutelticas sales (NaCl Nat C03 NaPO3) etc Estos meacutetodos de estabilizacioacuten
son tambieacuten usuales en otros tipos de suelos y son de amplia utilizacioacuten en todo tipo de
obras de ingenieriacutea civil por tal motivo no insistiremos en ellos Por el contrario los
meacutetodos de estabilizacioacuten profunda aunque tambieacuten se han utilizado en otros tipos de
suelos muchos de ellos se han desarrollado y usado especiacuteficamente para eliminar o
disminuir la susceptibilidad al colapso en espesores importantes de suelo A continuacioacuten
se presentan algunos de ellos
Inyecciones de agentes quiacutemicos Las investigaciones y las realizaciones en este tipo de
estabilizaciones se ha desarrollado principalmente en la Unioacuten Sovieacutetica Seguacuten Mitchell
(1981) la razoacuten principal por la cual estos meacutetodos no se han extendido universalmente se
debe principalmente a los altos costos frente a otros tipos de estabilizaciones Sin embargo
Esvtatiev (1988) da cuenta de la existencia en la URSS de maacutes de 800 proyectos en donde
se han utilizado satisfactoriamente p ej el meacutetodo de silicatizacioacuten) Esto ha permitido un
continuo mejoramiento de la tecnologiacutea una reduccioacuten de los costos y una abundante
normativa en la regulacioacuten de su uso El agente quiacutemico maacutes utilizado por su bajo costo
frente a otros agentes quiacutemicos es el Silicato de Sodio El meacutetodo consiste en inyectar en
todo el espesor de suelo a tratar una solucioacuten de silicato de sodio (Densidad = 1 10 a 1 04
gcm3) a traveacutes de un tubo inyector de 42 mm de diaacutemetro con perforaciones de 3 mm
protegidas por un manguito de goma La inyeccioacuten se realiza a una presioacuten de 20 a 40
Kgcm2 y una descarga de 48 litros por minuto (Zvyagin et al 1978) La silicatizacioacuten del
suelo es soacutelo posible en un medio fuertemente alcalino Seguacuten Sokolovic (1973) se logra
una mejor eficiencia mediante una pre y post gasificacioacuten con carbonato de calcio Luego
de la inyeccioacuten tres son los cambios que se observan en el suelo un aumento significativo
de la resistencia a la compresioacuten (superior a 20 Kgcm2 ) una eliminacioacuten de la
susceptibilidad al colapso y una disminucioacuten de la permeabilidad Otro de los tratamientos
con agentes quiacutemicos es la inyeccioacuten de amoniacuteaco La mejora en el suelo es inferior al
tratamiento por silicatizacioacuten ademaacutes presenta la desventaja de ser un elemento toacutexico y su
utilizacioacuten requiere medidas especiales de proteccioacuten (Sokolovic 1973)
Estabilizacioacuten teacutermica Esta teacutecnica comenzoacute a desarroIlarse en la URSS en la deacutecada de
los antildeos 50 y ha sido utilizada exitosamente en un importante nuacutemero de emprendimientos
Seguacuten Esvtatiev (1988) la aplicacioacuten de este meacutetodo es teacutecnica y econoacutemicamente
aconsejable en los siguientes casos a) en la estabilizacioacuten de fundaciones existentes de
estructuras altas como chimeneas tanques de agua b) en la paralizacioacuten de los
asentamientos en construcciones existentes provocados por el colapso del suelo Las
propiedades de los minerales arcillosos cambian cuando eacutestos son sometidos a altas
temperaturas lo cual genera un aumento importante de la resistencia y por ende la
eliminacioacuten de la susceptibilidad al colapso del suelo La tecnologiacutea ha ido variando y
mejorando su eficiencia a lo largo de estas deacutecadas No obstante la variedad de meacutetodos
casi todos ellos consisten en la introduccioacuten de un quemador de fuel o gas dentro de un pre
pozo de 020 metros de diaacutemetro con una presioacuten de aire de 20 a 30 Kgcm2 De esta
forma al cabo de 10 a 15 diacuteas se consigue una columna estabilizada de suelo de 20 a 30
metros y una profundidad de 10 a 15 metros (Beles y Stanculescu 1958)
Estabilizacioacuten mediante mezclado mecaacutenico con agentes cementantes El objetivo de este
tipo de estabiacutelizacioacuten es la creacioacuten de columnas o pilotes de suelo con alta resistencia y
rigidez que permitan la transferencia de las cargas a mantos maacutes profundos y estables
Varios son los meacutetodos constructivos que pueden agruparse dentro de este grupo Los
subdividiremos en los siguientes subgrupos dependiendo del lugar en donde se realiza la
mezcla del suelo con el agente cementante
1 La mezcla del suelo y el agente cementante se realiza en superficie En este caso la
excavacioacuten se puede realizar bien utilizando la teacutecnica constructiva empleada en los pilotes
de suelo (hinca) o bien usar teacutecnicas usuales de perforacioacuten La mezcla deiexcl suelo con el
agente cementante (preferentemente Cemento Portland) puede ser fluida (suelo cemento
plaacutestico) a introducirse dentro de la excavacioacuten en forma de pastones o bien mezclar el
suelo y elcemento con porcentaje de humedad oacuteptimo a introducirlos en la perforacioacuten en
tongadas (100 a 200 Kg) las cuales posteriormente son compactadas dentro de la misma
excavacioacuten Por lo tanto existen cuatro variantes seguacuten sea el tipo de excavacioacuten y el tipo
de mezcla
2 La mezcla del suelo y el cemento se realiza en el mismo proceso de perforacioacuten En este
caso la mezcla del agente cementante se realiza con el propio suelo La mezcla puede
realizarse mediante uacutetiles especiales que van mezclando el suelo con una lechada de
cemento o bien usar la teacutecnica del jet grouting mediante un chorro de lechada a alta presioacuten
Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
Este tipo de estabilizacioacuten se realiza principalmente en terrenos con suelos potencialmente
colapsables en los cuales la presencia de cargas adicionales en superficie puede generar
asentamientos adicionales ante un incremento de la humedad del suelo Asiacute una parte del
suelo colapsable superficial ubicado directamente debajo de las fundaciones es excavado
extraiacutedo y reemplazado por otro material maacutes competente Los materiales generalmente
utilizados son los siguientes el mismo suelo extraiacutedo compactado y eventualmente
estabilizado granulomeacutetricamente arena compactada o suelo cemento compactado La
eleccioacuten del tipo de material estaacute condicionado generalmente por variables teacutecnico
econoacutemicas Los espesores de estos mantos son variables (1 a 4 m) dependiendo del tipo de
cargas y de las caracteriacutesticas del proyecto Por ejemplo en algunos proyectos los
condicionantes pueden ser los asentamientos diferenciales (edificios) en cambio en otros
(canales) no soacutelo importa disminuir la probabilidad que se produzca el colapso sino
tambieacuten lograr una capa de suelo maacutes impermeable Este tipo de metodologiacutea ha sido
utilizada con eacutexito en numerosos paiacuteses y en innumerables tipos de obras Tambieacuten es
frecuente el empleo de esta metodologiacutea en forma conjunta con otro tipo de estabilizacioacuten
profunda cuando se presentan mantos de suelos colapsables profundos y con espesores
muy dispares
113 Medidas conducentes a evitar la iniciacioacuten del colapso
Arriba se sentildealaron los tipos de humedecimientos que seguacuten Goldstein (1969) pueden
presentarse en una masa de suelo
a) humedecimiento localizado por rotura de conducciones hidraacuteulicas o infiltraciones de
aguas de lluvia
b) humedecimiento extenso causado por roturas de canales o efluentes industriales
c) ascenso del nivel freaacutetico
d) aumento gradual y lento del contenido de humedad por condensacioacuten del vapor de agua
provocados por condiciones ambientales
Muchos de estos tipos de humedecimientos pueden ser prevenidos principalmente los
primeros pues en general eacutestos son debidos a fallas o roturas de las instalaciones de la
misma construccioacuten En cambio los otros tipos de humedecimientos estaacuten condicionados
por factores externos al proyecto como por ejemplo puede ser el ascenso del nivel freaacutetico
o la rotura de un canal cercano y ajeno al proyecto La accioacuten del proyectista debe estar
encaminada principalmente a impedir dentro de los liacutemites del proyecto la generacioacuten de
estos humedecimientos provocados por elementos de la propia construccioacuten Robinson y
Narkiewicz (1982) sugieren las siguientes medidas de proteccioacuten contra el humedecimiento
de edificios
a) Pendientes adecuadas en la superficie del terreno que rodea a la construccioacuten de modo
que no se produzcan embalsamientos de agua en las cercaniacuteas de las fundaciones y que
cualquier peacuterdida de agua pueda ser eliminada con rapidez
b) Canalizacioacuten de todos los desaguumles de techos y patios hacia el exterior de la
construccioacuten
c) Instalacioacuten de membranas impermeables o pavimentacioacuten de la superase que rodea a la
construccioacuten de modo de limitar la infiltracioacuten de agua en el suelo adyacente a las
construcciones
d) Encerrar las conducciones de agua o efluentes cloacales dentro de conductos de faacutecil
acceso a efectos de detectar posibles peacuterdidas
Algunas de estas medidas requieren una serie de medidas de control y mantenimiento
durante la vida uacutetil de la obra de manera que perioacutedicamente se realicen inspecciones a las
instalaciones y puedan detectarse peacuterdidas o dantildeos en las mismas Tambieacuten es aconsejable
que los propietarios de la obra conozcan perfectamente los riegos a que estaacute expuesta la
misma de modo que su actividad yo descuidos no inicie procesos de humedecimiento del
terreno
Las medidas de proteccioacuten en otros tipos de obras civiles (canales o caminos) tienen la
misma filosofiacutea es decir elementos de proteccioacuten que impidan o dificulten la entrada del
agua en el terreno de fundacioacuten Asiacute por ejemplo en las obras lineales se debe prestar una
especial atencioacuten al disentildeo del sistema de alcantarillado y de desaguumles En algunos casos
estas obras suelen seguir parcialmente las curvas de nivel del terreno convirtieacutendose en
verdaderas presas que impiden el natural escurrimiento de las aguas provocando la
acumulacioacuten de agua en su entorno lo que genera un humedecimiento generalizado del
terreno de fundacioacuten con los consecuentes dantildeos en la obra
Es frecuente que en ciertos tipos de obras como viviendas unifamiliares de una planta o
incluso caminos y canales las uacutenicas medidas a adoptar sean las presentadas en este
apartado ya que la utilizacioacuten de teacutecnicas de mejoramiento o fundaciones profundas
resultan prohibitivas En realidad la mayoriacutea de las obras aludidas se construyen admitiendo
el riesgo de un posible colapso del terreno El buen comportamiento que han tenido la
mayoriacutea de ellas se debe fundamentalmente a que no se ha producido ninguacuten tipo de
humedecimiento En contraste los dantildeos son serios en aquellas obras que los han sufrido
Por todo ello es un deber de los investigadores a ingenieros buscar nuevas soluciones
econoacutemicas que permitan disminuir los riesgos y por ende los dantildeos en este tipo de obras
Uno de los caminos en tal sentido es el estudio de estructuras que absorban o minimicen
los posibles asentamientos diferenciales provocados por el humedecimiento localizado del
suelo sin un aumento excesivo de los costos
114 Estructuras yo fundaciones que admiten y resisten los fenoacutemenos provocados
por el colapso
El anaacutelisis de este apartado se centraraacute principalmente en el estudio de las fundaciones
superficiales en suelos potencialmente colapsables ya que el otro gran grupo de soluciones
fundaciones profundas mediante pilotes seraacute objeto de un examen detallado en los
apartados siguientes
La lista de estructuras que se asientan directamente sobre mantos de suelos potencialmente
colapsables es amplia entre ellas pueden sentildealarse viviendas unifamiliares construcciones
transitorias galpones ductos enterrados canales caminos etc
Las fundaciones directas sobre suelos colapsables pueden ser divididas en dos grupos
a) Fundaciones riacutegidas utilizadas principalmente en estructuras livianas y con cargas
puntuales por ejemplo torres de liacuteneas de alta tensioacuten columnas de naves industriales o
depoacutesitos En general este tipo de estructuras tienen algunos rasgos comunes como son por
ejemplo cargas verticales bajas cargas horizontales importantes y en general suelen
aceptar asentamientos admisibles mayores
b) Fundaciones de baja rigidez longitudinal en este caso se trata de estructuras con cargas
lineales (muros de carga canales etc) con baja rigidez en el sentido de las cargas Este tipo
de estructuras son sensibles a humedecimientos localizados del terreno que generan
asientos diferenciales importantes En general las medidas que suelen tomarse para
disminuir los efectos de los asientos diferenciales son las siguientes disentildeo de elementos
que rigidicen la estructura (Clemence Y Finbarr 1981) y el disentildeo de elementos
constructivos que eviten
RECAPITULACIOacuteN
Definido el concepto de colapso el estudio se ha enfocado al anaacutelisis de los suelos
colapsables por humedecimiento En esta clase particular de suelos metaestables el agente
externo que desencadena el fenoacutemeno de colapso es el agua En estos suelos un incremento
de humedad puede provocar una disminucioacuten o anulacioacuten de las fuerzas que vinculan unas
partiacuteculas con otras y por lo tanto cambiar el estado de equilibrio en la estructura del suelo
El colapso de la estructura del suelo depende fundamentalmente de dos causas a) de la
importancia de los cambios provoca dos por el agua en los viacutenculos existentes entre las
partiacuteculas y b) del estado tensional en los viacutenculos O sea para que se produzca el colapso
es necesario un agente sensibilizante y un estado tensional capaz de provocar la des-
estabilizacioacuten de la estructura del suelo
Por este motivo los meacutetodos que mejor reflejan la susceptibilidad al colapso de un suelo
son aquellos basados en ensayos mecaacutenicos donde ambos factores estaacuten presentes
La gran subdivisioacuten que se hace a los suelos colapsables parte precisamente de verificar
coacutemo es el comportamiento del suelo en su estado tensional original o bajo su propio
peso Si se produce el colapso bajo este estado se indica que el suelo es verdaderamente
colapsable o autocolapsable en cambio si el fenoacutemeno no se produce se sentildeala que el
suelo es candicionalmente colapsable o colapsable bajo carga
En este contexto diversos investigadores introducen el concepto (tambieacuten tensional) de
Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) o Presioacuten de Fluencia Saturada (σf) como aquella
presioacuten a la cual se produce el colapso Desde un punto de vista teoacuterico esta presioacuten deberiacutea
ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero desde un punto de vista praacutectico se
asume que una pequentildea magnitud del colapso es permisible Por ejemplo las normas
Sovieacuteticas Lo toman igual al 100 las Chinas igual al 150 En cambio en Argentina se
utiliza maacutes la Presioacuten de Fluencia Saturada que se obtiene de forma similar a la Presioacuten de
Preconsolidacioacuten No obstante esta diferencia metodoloacutegica en ambos casos el concepto es
el mismo
Con respecto a las metodologiacuteas usadas para establecer la susceptibilidad al colapso de un
suelo o de un perfil de suelo han sido analizadas las que utilizan el concepto de Presioacuten
Inicial de Colapso y la magnitud del colapso Esta seleccioacuten se realizoacute fundamentalmente
por las siguientes causas primero porque se hacen en base a ensayos mecaacutenicos donde
intervienen el agente externo (el agua) y el estado tensional del suelo y segundo porque
permiten establecer ya sea a traveacutes de un perfil de colapsabilidad o la magnitud del
colapso coacutemo seraacute realmente el comportamiento del terreno ante las solicitaciones
producidas por la obra de ingenieriacutea
Los perfiles de colapsabilidad relacionan en profundidad el peso propio de las tierras con
la Presioacuten Inicial de Colapso esto permite determinar el espesor de suelos autocolapsables
o el espesor de los suelos que colapsaraacuten si ademaacutes del humedecimiento se aumenta el
estado tensional Estos perfiles son de gran ayuda al proyectista de fundaciones en suelos
colapsables dado que le permiten conocer en forma global la magnitud del problema al que
estaacute enfrentado No obstante su utilidad no termina alliacute sino que por el contrario estos
perfiles le permiten tomar decisiones sobre cuaacuteles son las soluciones ingenieriles maacutes
convenientes del proyecto Pues con su ayuda se podraacute seleccionar el meacutetodo de
mejoramiento del terreno la cota de fundacioacuten de una fundacioacuten profunda la magnitud de
la carga por rozamiento negativo etc
La determinacioacuten de la magnitud del colapso de un perfil de suelo usada como
metodologiacutea de clasificacioacuten tambieacuten es de utilidad en el disentildeo de construccioacuten de obras
de ingenieriacutea en suelos colapsables Sobre todo en la caracterizacioacuten del terreno de grandes
aacutereas ya sea en obras lineales (canales caminos etc) o puntuales (complejos fabriles obras
hidraacuteulicas etc) dado que cada perfil de suelo estaacute caracterizado por un paraacutemetro lo cual
permite el manejo de un nuacutemero importante de informacioacuten Obviamente esta metodologiacutea
tambieacuten es de gran use en cualquier tipo de obras independientemente de su tamantildeo a
importancia
En un abundante nuacutemero de proyectos no es suficiente haber realizado una caracterizacioacuten
o clasificacioacuten del terreno sino que es necesario determinar la magnitud de los
asentamientos que pueden producirse en las obras Los asentamientos por colapso depende
baacutesicamente de dos tipos de factores intriacutensecos y extriacutensecos
Se sentildealan como intriacutensecos aquellos factores propios del suelo como son sus propiedades
fiacutesicas y mecaacutenicas El comportamiento del suelo dependeraacute del tipo de estructura o la
forma en que estaacuten ordenadas las partiacuteculas del grado de compacidad del tipo de viacutenculos
que unen grano con grano etc Estos factores en general no se encuentran
homogeacuteneamente distribuidos por lo cual los paraacutemetros que definen sus propiedades
tenso-deformacionales pueden sufrir variaciones locales importantes
Los factores externos que influyen en la magnitud de los asentamientos son dos el aacuterea
inundada y el estado tensional Estos dos factores influyen considerablemente en la
magnitud de los asentamientos por colapso y por tal motivo deben ser analizados
especiacuteficamente en los caacutelculos Respecto al primero de los factores a pesar que se han
realizado importantes trabajos teoacutericos la informacioacuten experimental indica que todaviacutea
existe cierta indeterminacioacuten en su estimacioacuten Por tal motivo la influencia del aacuterea
inundada en la magnitud de los asentamientos se limita a realizar correcciones de tipo
empiacuterico En cuanto a la influencia que el estado tensional tiene en los asentamientos las
investigaciones se han centrado especialmente en el estudio de cargas externas (zapatas) en
la superficie del terreno
ENSAYOS ldquoin siturdquo Perforacioacuten y muestreoEnsayos ldquoin siturdquo
o Ensayo de penetracioacuten estandar (SPT)o Ensayo de penetracioacuten de cono (CPT + CPTu)o Dilatoacutemetro de placa plana (DMT)o Presuroacutemetro (PMT)o Corte en veleta (VST)10487131048713 Meacutetodos geofiacutesicoso Ondas siacutesmicas (P- S- R-waves)o Electromagneacuteticas (radar resistividad)
EQUIPOS AUTOPROPULSADOS
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)1048713El ensayo ldquoin siturdquo maacutes comuacuten en el mundo10487131902 - Coronel Gow de Raymond Pile Co1048713 Muestreador ciliacutendrico partido1048713 Norma ASTM D 15861048713 Martillo (140-lbs cae 30 pulgadas) (635-kg cae 076 metros)1048713 Tres incrementos de 6 pulgadas Suma de los dos uacuteltimos incrementos = N (golpespieacute)
Se obtiene suelo y
un nuacutemero
Muestra alterada
(Solo para
caraterizacioacuten)
Nuacutemero muy crudo
para el anaacutelisis
No aplicable en
Ventajas
arcillas blandas y
Limos
Variabilidad e
incertidumbre
se obtiene un nuacutemero
Sencillo y de bajo
Costo
Funciona en muchos
tipos de suelo
Se puede utilizar en
rocas blandas
Disponible
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Estos suelos en condiciones de no saturacioacuten o saturacioacuten parcial presentan continuamente un reacomodo radical de las partiacuteculas y una gran peacuterdida de volumen por remojo osea al entrar al estado de saturacioacuten completa La existencia de estos suelos en el mundo y las dificultades ocasionadas a las edificaciones cimentadas sobre ellos han sido reconocidos ampliamente Los depoacutesitos maacutes extensos de suelos colapsables son eoacutelicos o depoacutesitos transportados de arena y limos (loess)Se puenden encontrar comuacutenmente en las maacutergenes fluviales
Desventajas
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Depoacutesitos eoacutelicos Estos depoacutesitos consisten en materiales transportados por el viento el cual forma dunas depoacutesitos tipo loess playas eoacutelicas y grandes depoacutesitos de ceniza volcaacutenica
Depoacutesitos transportados por agua Consisten principalmente de depoacutesitos de sedimentos sueltos a carreados por el agua los cuales forman abanicos fluviales y flujos deslizantes Estos materiales pueden ser depositados por una avenida repentina o flujo de lodo derivado de pequentildeas cuencas colectoras sujetas a aguaceros poco frecuentes
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Suelos residuales Estos suelos son producto del intemperismo y la
desintegracioacuten y alteracioacuten mecaacutenica de rocas madres Las partiacuteculas de
material residual pueden variar de tamantildeo de grandes fragmentos de
gravas a arenas limos coloides y en algunos casos material orgaacutenico
La estructura del grano colapsable se ha desarrollado como producto de
la accioacuten disolvente sobre el material soluble y coloidal La lixiviacioacuten del
material soluble y del material fino conduce a una alta relacioacuten de vaciacuteos
y a una estructura inestable Otro tipo de suelo que muestra colapso al
remojo son aquellos derivados de tufo volcaacutenico
sulfato de calcio arenas sueltas cementadas por sal soluble arcillas
dispersivas y arcillas montmorilloniacuteticas ricas en sodio
CAUSAS QUE GENERARIacuteAN DICHO COMPORTAMIENTO- Estructura parcialmente saturada potencialmente inestable- Una componente de esfuerzo aplicado o existente lo suficientemente alta para desarrollar una condicioacuten metaestable- Un ligante resistente o un agente cementante para estabilizar contactos intergranulares el cual se reduce por remojo ocasionando el colapso La mayoriacutea de suelos colapsables involucra la accioacuten de partiacuteculas arcillosas en los enlaces entre los granos gruesos de arena-Agentes cementantes tales como oacutexido de hierro carbonato de calcio o la soldadura de granos en contacto proporcionan esfuerzos resistentes para muchos suelos colapsables La accioacuten de este cementante es frecuentemente el agente principal de colapso en loess El grado al cual el agente cementante pierde su efectividad depende del grado de contaminacioacuten del ingreso del agua y del grado de disolucioacuten del agente cementante involucrado
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
CONSOLIDOacuteMETRO PARA ENSAYO DE COLAPSO
Se procede a cortar el suelo de acuerdo con las dimensiones del anillo
del ensayo de consolidacioacuten unidimensional Determinar sus
propiedades fiacutesicas tales como humedad natural peso volumen
gravedad especiacutefica de soacutelidos liacutemites de consistencia distribucioacuten
granulomeacutetrica seguacuten las normas
Se instala la muestra en el anillo del consolidoacutemetro despueacutes de haber
determinado el peso inicial de la masa huacutemeda y altura de la muestra y
fijar el conjunto anillo-muestra en el consolidoacutemetro Aplicar una carga
de contacto 005 kgcm2 (5 Kpa) despueacutes de 5 min tomar lectura del
deformiacutemetro aplicar incrementos de carga a cada hora hasta que se
aplique la presioacuten vertical apropiada Los incrementos de carga seraacuten
012 025 050 100 200 etc Kgcm2 (12 25 50 100 200 etc) o
cargas de acuerdo al meacutetodo de ensayo ASTM D2435 registrar la
deformacioacuten antes de incrementar una nueva carga
Determinacioacuten del potencial de colapso
donde
di = lectura del dial con el esfuerzo adecuado antes de la saturacioacuten (mm)
df = lectura del dial bajo el esfuerzo adecuado despueacutes del humedecimiento (mm)
ho = altura inicial de la muestra (mm)
Tmbieacuten se puede evalua en teacuterminos de relacioacuten de vaciacuteos
dondeΔe = cambio de relacioacuten de vaciacuteos bajo el esfuerzo adecuado antes y despueacutes de la inundacioacuteneo = relacioacuten de vaciacuteo inicialLa evaluacioacuten de un suelo colapsable seraacute de acuerdo a la siguiente tablaCon todo lo epxlicado concluimos que el colapso de los suelos es la disminucioacuten moderada de volumen cuando estaacute con bajo contenido de humedad y una gran peacuterdida cuando estaacute sumergido y la magnitud de asentamiento depende del contenido de humedad del suelo En estado sumergido y bajo la aplicacioacuten de cargas verticales los suelos colapsables presentan un mayor asentamiento Los suelos colapsables existen en todo el mundo principalmente en la regiones aacuteridas y semiaacuteridas nuevamente comentando que los depoacutesitos eoacutelicos coluviales residuales tubos volcaacutenicos etc son suelos que pueden ser colapsables
Definicioacuten de colapso Se definen como colapso a cualquier disminucioacuten raacutepida de volumen del suelo producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factoresbull Contenido de humedad (w) bull Grado de saturacioacuten (Sr) bull Tensioacuten media actuante (τ) bull Tensioacuten de corte (σ) bull Presioacuten de poros (u)
TIPOS DE SUELOS COLAPSABLESLos tipos de suelos colapsables son
- Suelos aluviales y coluviales ndash Depositados en ambientes Semi-deseacuterticos por flujos maacutes o menos torrenciales- Suelos eoacutelicos ndash Depositados por el viento son arenas y limos arenosos con escaso cemento arcilloso en una estructura suelta o inestable
- Cenizas volcaacutenicas ndash Provenientes de cenizas arrojadas al aire por actividad volcaacutenica explosiva- Suelos residuales ndash Derivados de la descomposicioacuten in ndash situ de minerales de ciertas rocas son luego lixiviados por el agua y pierden su cemento
CONSECUENCIAS EN CIMENTACIONES
Patologiacuteas en cimentaciones Posibles causas
Introduccioacuten
De todos los posibles tipos de patologiacutea que puede sufrir la edificacioacuten las estadiacutesticas demuestran que son las patologiacuteas ligadas a las cimentaciones las que mayores costes globales conllevan Ademaacutes tienen gran repercusioacuten social lo que las hace maacutes notorias por la complejidad propia de su reparacioacuten porque suponen una fuerte alteracioacuten y hasta interrupcioacuten del uso del inmueble y porque suelen involucrar a colindantes e incluso poderes puacuteblicos Urge como en ninguacuten otro caso determinar las causas y cuanto antes dar una solucioacuten al problema
Causas intriacutensecas de fallos de cimentacioacuten
Se agrupan aquiacute los fallos de cimentacioacuten consecuencia de la interaccioacuten entre el terreno y la propia cimentacioacuten de la construccioacuten afectada
Defectos de proyecto
Son errores de concepcioacuten de disentildeo o caacutelculo del proyecto Son errores previsibles por lo que si se tienen en cuenta en el disentildeo y caacutelculo de la edificacioacuten el riesgo de que provoquen dantildeos se minimizaEnumeramos aquiacute no todas pero siacute algunas de las posibles causas de problemas derivadas del proyectobull Falta de capacidad de carga cimentacioacuten insuficiente o capacidad
de carga del suelo insuficientebull Esfuerzos no contemplados por ej por olvido de algunas
sobrecargas de explotacioacutenbull Conocimiento insuficiente del suelo Lo que deriva en la ignorancia
de riesgos especiales geoteacutecnicos Las causas pueden ser escasez de reconocimientos previos del terreno mala interpretacioacuten de los mismos no consideracioacuten de los fenoacutemenos de agresividad etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Cobra importancia en terrenos con especiales caracteriacutesticas
Arcillas expansivas
Suelos colapsables
Rellenos antroacutepicos
Suelos blandos naturales
Infravaloracioacuten del riesgo geoteacutecnico conocido eacuteste Casos asiacute pueden ser desprecio de los efectos que produce la falta de homogeneidad de un suelo o las distintas profundidades de aparicioacuten de la roca en planta desprecio de los efectos de la potencial expansividad o de posible subpresioacuten o fenoacutemenos de subsidencias procesos de disolucioacuten etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONESbull Defectos en la evaluacioacuten del terreno asientos calculados no
tolerables por la estructura esfuerzos paraacutesitos en pilotes (olvido del efecto de asiento de terrenos flojos o rellenos recientes) etc
bull Efecto grupo en pilotes defectuosa estimacioacuten del efecto grupo en pilotes flotantes no consideracioacuten de los esfuerzos laterales o del rozamiento negativo etc
bull Ausencia de consideracioacuten del bulbo de tensiones de la cimentacioacuten propia y su alcance Pero tambieacuten de cimentaciones colindantes que podriacutean suponer una carga oblicua sobre nuestra cimentacioacuten habraacute que considerarla en caacutelculo y prever un proceso constructivo adecuado (no vayamos a provocar dantildeos a otras edificaciones)
bull Ignorancia de las condiciones de contorno es decir no consideracioacuten de las condiciones del entorno de la estructura
proyectada posibles socavaciones arrastres descalces agotamientos rebajamientos de nivel freaacutetico etc
bull Heterogeneidades distribucioacuten irregular de las cargas o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentacioacuten
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Defectos de ejecucioacuten
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecucioacuten de eacutestos Los defectos de ejecucioacuten normalmente responden a un deficiente Control de Calidad Por tanto en principio son evitablesAlgunos errores de ejecucioacuten podriacutean serbull Apreciacioacuten erroacutenea de los estratos resistentes confundidos con
capas de poco espesor bolos erraacuteticos etcbull Errores de replanteo bull Mala calidad de los materiales en especial hormigones Deterioro
de zapatas losas o muros por escasa calidad de los materiales grietas de retraccioacuten por mala dosificacioacuten del hormigoacuten materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto etc
bull Degradacioacuten del material suele ir unido al anterior hormigoacuten no resistente a la agresividad del terreno recubrimientos insuficientes madera metal etc
bullCAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Lavado del hormigoacuten en cimentaciones superficiales o profundas colocado en presencia de aguas en movimiento
Errores en la colocacioacuten de armaduras confusioacuten de diaacutemetros de armado ausencia de separadores etc
Problemas de fraguado unidos a errores de vertido de dosificacioacuten de curado
Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio cortadas lavadas) o de baja calidad y excesiva carga portante de caacutelculo
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
suelos a compactar es previamente humedecido a traveacutes de un sistema de drenes
(cuadriacutecula de 3 x 3 a 5 x 5 m) Las cargas explosivas (5 a 7 Kg) son colocadas en el fondo
de los mismos drenes o bien en tubos metaacutelicos colocados en perforaciones adicionales La
cuadriacutecula con las cargas es aproximadamente de 4 x 4 m En este procedimiento no es
necesario la completa saturacioacuten del suelo que por ejemplo necesita el meacutetodo anterior
Posterior al humedecimiento se hacen estallar las cargas de toda un aacuterea (2000 a 50000
m2) La explosioacuten generan una onda de choque que hace licuar la estructura del suelo lo
cual permite un reacomodamiento de las partiacuteculas y un crecimiento de la densidad del
suelo En ciertos casos es aconsejable la construccioacuten de trincheras alrededor de la zona a
compactar a efectos de evitar la propagacioacuten de grietas fuera de ella La explosioacuten produce
un importante a inmediato asentamiento de la superficie del terreno Los asentamientos en
general se estabilizan al cabo de 3 oacute 4 semanas Este tipo de meacutetodo es aconsejable cuando
se desea compactar grandes voluacutemenes de suelo particularmente en grandes complejos
industriales o bien en obras hidroeleacutectricas
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacioacuten de su
granulometriacutea
En este apartado se incluyen aquellos meacutetodos de estabilizacioacuten consistentes en la mezcla y
posterior compactacioacuten de suelo colapsable con otros materiales (arena gravas) a efectos
de conseguir mayor resistencia y mayor rigidez Este tipo de estabilizacioacuten es de amplio use
en la ingenieriacutea vial en la construccioacuten de bases y de sub-bases
Meacutetodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacioacuten de nuevos
contactos cohesivos
Este grupo incluye a aquellas metodologiacuteas en las cuales el mejoramiento de las
propiedades resistentes del suelo se consiguen con la creacioacuten de viacutenculos maacutes soacutelidos y
estables en la estructura del suelo En algunas de ellas la inyeccioacuten de agentes cementantes
provoca la rotura de la estructura original del suelo En otras por el contrario la inyeccioacuten
de agentes quiacutemicos actuan directamente sobre los viacutenculos sin modificar la estructura del
suelo Los meacutetodos se pueden dividir en meacutetodos superficiales y meacutetodos profundos
dependiendo en donde se realice la estabilizacioacuten En los meacutetodos de estabilizacioacuten
superficiales el mejoramiento en general se consigue mediante la mezcla y posterior
compactacioacuten del suelo con agentes quiacutemicos o cementantes tales como cemento cal
emulsiones asfaacutelticas sales (NaCl Nat C03 NaPO3) etc Estos meacutetodos de estabilizacioacuten
son tambieacuten usuales en otros tipos de suelos y son de amplia utilizacioacuten en todo tipo de
obras de ingenieriacutea civil por tal motivo no insistiremos en ellos Por el contrario los
meacutetodos de estabilizacioacuten profunda aunque tambieacuten se han utilizado en otros tipos de
suelos muchos de ellos se han desarrollado y usado especiacuteficamente para eliminar o
disminuir la susceptibilidad al colapso en espesores importantes de suelo A continuacioacuten
se presentan algunos de ellos
Inyecciones de agentes quiacutemicos Las investigaciones y las realizaciones en este tipo de
estabilizaciones se ha desarrollado principalmente en la Unioacuten Sovieacutetica Seguacuten Mitchell
(1981) la razoacuten principal por la cual estos meacutetodos no se han extendido universalmente se
debe principalmente a los altos costos frente a otros tipos de estabilizaciones Sin embargo
Esvtatiev (1988) da cuenta de la existencia en la URSS de maacutes de 800 proyectos en donde
se han utilizado satisfactoriamente p ej el meacutetodo de silicatizacioacuten) Esto ha permitido un
continuo mejoramiento de la tecnologiacutea una reduccioacuten de los costos y una abundante
normativa en la regulacioacuten de su uso El agente quiacutemico maacutes utilizado por su bajo costo
frente a otros agentes quiacutemicos es el Silicato de Sodio El meacutetodo consiste en inyectar en
todo el espesor de suelo a tratar una solucioacuten de silicato de sodio (Densidad = 1 10 a 1 04
gcm3) a traveacutes de un tubo inyector de 42 mm de diaacutemetro con perforaciones de 3 mm
protegidas por un manguito de goma La inyeccioacuten se realiza a una presioacuten de 20 a 40
Kgcm2 y una descarga de 48 litros por minuto (Zvyagin et al 1978) La silicatizacioacuten del
suelo es soacutelo posible en un medio fuertemente alcalino Seguacuten Sokolovic (1973) se logra
una mejor eficiencia mediante una pre y post gasificacioacuten con carbonato de calcio Luego
de la inyeccioacuten tres son los cambios que se observan en el suelo un aumento significativo
de la resistencia a la compresioacuten (superior a 20 Kgcm2 ) una eliminacioacuten de la
susceptibilidad al colapso y una disminucioacuten de la permeabilidad Otro de los tratamientos
con agentes quiacutemicos es la inyeccioacuten de amoniacuteaco La mejora en el suelo es inferior al
tratamiento por silicatizacioacuten ademaacutes presenta la desventaja de ser un elemento toacutexico y su
utilizacioacuten requiere medidas especiales de proteccioacuten (Sokolovic 1973)
Estabilizacioacuten teacutermica Esta teacutecnica comenzoacute a desarroIlarse en la URSS en la deacutecada de
los antildeos 50 y ha sido utilizada exitosamente en un importante nuacutemero de emprendimientos
Seguacuten Esvtatiev (1988) la aplicacioacuten de este meacutetodo es teacutecnica y econoacutemicamente
aconsejable en los siguientes casos a) en la estabilizacioacuten de fundaciones existentes de
estructuras altas como chimeneas tanques de agua b) en la paralizacioacuten de los
asentamientos en construcciones existentes provocados por el colapso del suelo Las
propiedades de los minerales arcillosos cambian cuando eacutestos son sometidos a altas
temperaturas lo cual genera un aumento importante de la resistencia y por ende la
eliminacioacuten de la susceptibilidad al colapso del suelo La tecnologiacutea ha ido variando y
mejorando su eficiencia a lo largo de estas deacutecadas No obstante la variedad de meacutetodos
casi todos ellos consisten en la introduccioacuten de un quemador de fuel o gas dentro de un pre
pozo de 020 metros de diaacutemetro con una presioacuten de aire de 20 a 30 Kgcm2 De esta
forma al cabo de 10 a 15 diacuteas se consigue una columna estabilizada de suelo de 20 a 30
metros y una profundidad de 10 a 15 metros (Beles y Stanculescu 1958)
Estabilizacioacuten mediante mezclado mecaacutenico con agentes cementantes El objetivo de este
tipo de estabiacutelizacioacuten es la creacioacuten de columnas o pilotes de suelo con alta resistencia y
rigidez que permitan la transferencia de las cargas a mantos maacutes profundos y estables
Varios son los meacutetodos constructivos que pueden agruparse dentro de este grupo Los
subdividiremos en los siguientes subgrupos dependiendo del lugar en donde se realiza la
mezcla del suelo con el agente cementante
1 La mezcla del suelo y el agente cementante se realiza en superficie En este caso la
excavacioacuten se puede realizar bien utilizando la teacutecnica constructiva empleada en los pilotes
de suelo (hinca) o bien usar teacutecnicas usuales de perforacioacuten La mezcla deiexcl suelo con el
agente cementante (preferentemente Cemento Portland) puede ser fluida (suelo cemento
plaacutestico) a introducirse dentro de la excavacioacuten en forma de pastones o bien mezclar el
suelo y elcemento con porcentaje de humedad oacuteptimo a introducirlos en la perforacioacuten en
tongadas (100 a 200 Kg) las cuales posteriormente son compactadas dentro de la misma
excavacioacuten Por lo tanto existen cuatro variantes seguacuten sea el tipo de excavacioacuten y el tipo
de mezcla
2 La mezcla del suelo y el cemento se realiza en el mismo proceso de perforacioacuten En este
caso la mezcla del agente cementante se realiza con el propio suelo La mezcla puede
realizarse mediante uacutetiles especiales que van mezclando el suelo con una lechada de
cemento o bien usar la teacutecnica del jet grouting mediante un chorro de lechada a alta presioacuten
Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
Este tipo de estabilizacioacuten se realiza principalmente en terrenos con suelos potencialmente
colapsables en los cuales la presencia de cargas adicionales en superficie puede generar
asentamientos adicionales ante un incremento de la humedad del suelo Asiacute una parte del
suelo colapsable superficial ubicado directamente debajo de las fundaciones es excavado
extraiacutedo y reemplazado por otro material maacutes competente Los materiales generalmente
utilizados son los siguientes el mismo suelo extraiacutedo compactado y eventualmente
estabilizado granulomeacutetricamente arena compactada o suelo cemento compactado La
eleccioacuten del tipo de material estaacute condicionado generalmente por variables teacutecnico
econoacutemicas Los espesores de estos mantos son variables (1 a 4 m) dependiendo del tipo de
cargas y de las caracteriacutesticas del proyecto Por ejemplo en algunos proyectos los
condicionantes pueden ser los asentamientos diferenciales (edificios) en cambio en otros
(canales) no soacutelo importa disminuir la probabilidad que se produzca el colapso sino
tambieacuten lograr una capa de suelo maacutes impermeable Este tipo de metodologiacutea ha sido
utilizada con eacutexito en numerosos paiacuteses y en innumerables tipos de obras Tambieacuten es
frecuente el empleo de esta metodologiacutea en forma conjunta con otro tipo de estabilizacioacuten
profunda cuando se presentan mantos de suelos colapsables profundos y con espesores
muy dispares
113 Medidas conducentes a evitar la iniciacioacuten del colapso
Arriba se sentildealaron los tipos de humedecimientos que seguacuten Goldstein (1969) pueden
presentarse en una masa de suelo
a) humedecimiento localizado por rotura de conducciones hidraacuteulicas o infiltraciones de
aguas de lluvia
b) humedecimiento extenso causado por roturas de canales o efluentes industriales
c) ascenso del nivel freaacutetico
d) aumento gradual y lento del contenido de humedad por condensacioacuten del vapor de agua
provocados por condiciones ambientales
Muchos de estos tipos de humedecimientos pueden ser prevenidos principalmente los
primeros pues en general eacutestos son debidos a fallas o roturas de las instalaciones de la
misma construccioacuten En cambio los otros tipos de humedecimientos estaacuten condicionados
por factores externos al proyecto como por ejemplo puede ser el ascenso del nivel freaacutetico
o la rotura de un canal cercano y ajeno al proyecto La accioacuten del proyectista debe estar
encaminada principalmente a impedir dentro de los liacutemites del proyecto la generacioacuten de
estos humedecimientos provocados por elementos de la propia construccioacuten Robinson y
Narkiewicz (1982) sugieren las siguientes medidas de proteccioacuten contra el humedecimiento
de edificios
a) Pendientes adecuadas en la superficie del terreno que rodea a la construccioacuten de modo
que no se produzcan embalsamientos de agua en las cercaniacuteas de las fundaciones y que
cualquier peacuterdida de agua pueda ser eliminada con rapidez
b) Canalizacioacuten de todos los desaguumles de techos y patios hacia el exterior de la
construccioacuten
c) Instalacioacuten de membranas impermeables o pavimentacioacuten de la superase que rodea a la
construccioacuten de modo de limitar la infiltracioacuten de agua en el suelo adyacente a las
construcciones
d) Encerrar las conducciones de agua o efluentes cloacales dentro de conductos de faacutecil
acceso a efectos de detectar posibles peacuterdidas
Algunas de estas medidas requieren una serie de medidas de control y mantenimiento
durante la vida uacutetil de la obra de manera que perioacutedicamente se realicen inspecciones a las
instalaciones y puedan detectarse peacuterdidas o dantildeos en las mismas Tambieacuten es aconsejable
que los propietarios de la obra conozcan perfectamente los riegos a que estaacute expuesta la
misma de modo que su actividad yo descuidos no inicie procesos de humedecimiento del
terreno
Las medidas de proteccioacuten en otros tipos de obras civiles (canales o caminos) tienen la
misma filosofiacutea es decir elementos de proteccioacuten que impidan o dificulten la entrada del
agua en el terreno de fundacioacuten Asiacute por ejemplo en las obras lineales se debe prestar una
especial atencioacuten al disentildeo del sistema de alcantarillado y de desaguumles En algunos casos
estas obras suelen seguir parcialmente las curvas de nivel del terreno convirtieacutendose en
verdaderas presas que impiden el natural escurrimiento de las aguas provocando la
acumulacioacuten de agua en su entorno lo que genera un humedecimiento generalizado del
terreno de fundacioacuten con los consecuentes dantildeos en la obra
Es frecuente que en ciertos tipos de obras como viviendas unifamiliares de una planta o
incluso caminos y canales las uacutenicas medidas a adoptar sean las presentadas en este
apartado ya que la utilizacioacuten de teacutecnicas de mejoramiento o fundaciones profundas
resultan prohibitivas En realidad la mayoriacutea de las obras aludidas se construyen admitiendo
el riesgo de un posible colapso del terreno El buen comportamiento que han tenido la
mayoriacutea de ellas se debe fundamentalmente a que no se ha producido ninguacuten tipo de
humedecimiento En contraste los dantildeos son serios en aquellas obras que los han sufrido
Por todo ello es un deber de los investigadores a ingenieros buscar nuevas soluciones
econoacutemicas que permitan disminuir los riesgos y por ende los dantildeos en este tipo de obras
Uno de los caminos en tal sentido es el estudio de estructuras que absorban o minimicen
los posibles asentamientos diferenciales provocados por el humedecimiento localizado del
suelo sin un aumento excesivo de los costos
114 Estructuras yo fundaciones que admiten y resisten los fenoacutemenos provocados
por el colapso
El anaacutelisis de este apartado se centraraacute principalmente en el estudio de las fundaciones
superficiales en suelos potencialmente colapsables ya que el otro gran grupo de soluciones
fundaciones profundas mediante pilotes seraacute objeto de un examen detallado en los
apartados siguientes
La lista de estructuras que se asientan directamente sobre mantos de suelos potencialmente
colapsables es amplia entre ellas pueden sentildealarse viviendas unifamiliares construcciones
transitorias galpones ductos enterrados canales caminos etc
Las fundaciones directas sobre suelos colapsables pueden ser divididas en dos grupos
a) Fundaciones riacutegidas utilizadas principalmente en estructuras livianas y con cargas
puntuales por ejemplo torres de liacuteneas de alta tensioacuten columnas de naves industriales o
depoacutesitos En general este tipo de estructuras tienen algunos rasgos comunes como son por
ejemplo cargas verticales bajas cargas horizontales importantes y en general suelen
aceptar asentamientos admisibles mayores
b) Fundaciones de baja rigidez longitudinal en este caso se trata de estructuras con cargas
lineales (muros de carga canales etc) con baja rigidez en el sentido de las cargas Este tipo
de estructuras son sensibles a humedecimientos localizados del terreno que generan
asientos diferenciales importantes En general las medidas que suelen tomarse para
disminuir los efectos de los asientos diferenciales son las siguientes disentildeo de elementos
que rigidicen la estructura (Clemence Y Finbarr 1981) y el disentildeo de elementos
constructivos que eviten
RECAPITULACIOacuteN
Definido el concepto de colapso el estudio se ha enfocado al anaacutelisis de los suelos
colapsables por humedecimiento En esta clase particular de suelos metaestables el agente
externo que desencadena el fenoacutemeno de colapso es el agua En estos suelos un incremento
de humedad puede provocar una disminucioacuten o anulacioacuten de las fuerzas que vinculan unas
partiacuteculas con otras y por lo tanto cambiar el estado de equilibrio en la estructura del suelo
El colapso de la estructura del suelo depende fundamentalmente de dos causas a) de la
importancia de los cambios provoca dos por el agua en los viacutenculos existentes entre las
partiacuteculas y b) del estado tensional en los viacutenculos O sea para que se produzca el colapso
es necesario un agente sensibilizante y un estado tensional capaz de provocar la des-
estabilizacioacuten de la estructura del suelo
Por este motivo los meacutetodos que mejor reflejan la susceptibilidad al colapso de un suelo
son aquellos basados en ensayos mecaacutenicos donde ambos factores estaacuten presentes
La gran subdivisioacuten que se hace a los suelos colapsables parte precisamente de verificar
coacutemo es el comportamiento del suelo en su estado tensional original o bajo su propio
peso Si se produce el colapso bajo este estado se indica que el suelo es verdaderamente
colapsable o autocolapsable en cambio si el fenoacutemeno no se produce se sentildeala que el
suelo es candicionalmente colapsable o colapsable bajo carga
En este contexto diversos investigadores introducen el concepto (tambieacuten tensional) de
Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) o Presioacuten de Fluencia Saturada (σf) como aquella
presioacuten a la cual se produce el colapso Desde un punto de vista teoacuterico esta presioacuten deberiacutea
ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero desde un punto de vista praacutectico se
asume que una pequentildea magnitud del colapso es permisible Por ejemplo las normas
Sovieacuteticas Lo toman igual al 100 las Chinas igual al 150 En cambio en Argentina se
utiliza maacutes la Presioacuten de Fluencia Saturada que se obtiene de forma similar a la Presioacuten de
Preconsolidacioacuten No obstante esta diferencia metodoloacutegica en ambos casos el concepto es
el mismo
Con respecto a las metodologiacuteas usadas para establecer la susceptibilidad al colapso de un
suelo o de un perfil de suelo han sido analizadas las que utilizan el concepto de Presioacuten
Inicial de Colapso y la magnitud del colapso Esta seleccioacuten se realizoacute fundamentalmente
por las siguientes causas primero porque se hacen en base a ensayos mecaacutenicos donde
intervienen el agente externo (el agua) y el estado tensional del suelo y segundo porque
permiten establecer ya sea a traveacutes de un perfil de colapsabilidad o la magnitud del
colapso coacutemo seraacute realmente el comportamiento del terreno ante las solicitaciones
producidas por la obra de ingenieriacutea
Los perfiles de colapsabilidad relacionan en profundidad el peso propio de las tierras con
la Presioacuten Inicial de Colapso esto permite determinar el espesor de suelos autocolapsables
o el espesor de los suelos que colapsaraacuten si ademaacutes del humedecimiento se aumenta el
estado tensional Estos perfiles son de gran ayuda al proyectista de fundaciones en suelos
colapsables dado que le permiten conocer en forma global la magnitud del problema al que
estaacute enfrentado No obstante su utilidad no termina alliacute sino que por el contrario estos
perfiles le permiten tomar decisiones sobre cuaacuteles son las soluciones ingenieriles maacutes
convenientes del proyecto Pues con su ayuda se podraacute seleccionar el meacutetodo de
mejoramiento del terreno la cota de fundacioacuten de una fundacioacuten profunda la magnitud de
la carga por rozamiento negativo etc
La determinacioacuten de la magnitud del colapso de un perfil de suelo usada como
metodologiacutea de clasificacioacuten tambieacuten es de utilidad en el disentildeo de construccioacuten de obras
de ingenieriacutea en suelos colapsables Sobre todo en la caracterizacioacuten del terreno de grandes
aacutereas ya sea en obras lineales (canales caminos etc) o puntuales (complejos fabriles obras
hidraacuteulicas etc) dado que cada perfil de suelo estaacute caracterizado por un paraacutemetro lo cual
permite el manejo de un nuacutemero importante de informacioacuten Obviamente esta metodologiacutea
tambieacuten es de gran use en cualquier tipo de obras independientemente de su tamantildeo a
importancia
En un abundante nuacutemero de proyectos no es suficiente haber realizado una caracterizacioacuten
o clasificacioacuten del terreno sino que es necesario determinar la magnitud de los
asentamientos que pueden producirse en las obras Los asentamientos por colapso depende
baacutesicamente de dos tipos de factores intriacutensecos y extriacutensecos
Se sentildealan como intriacutensecos aquellos factores propios del suelo como son sus propiedades
fiacutesicas y mecaacutenicas El comportamiento del suelo dependeraacute del tipo de estructura o la
forma en que estaacuten ordenadas las partiacuteculas del grado de compacidad del tipo de viacutenculos
que unen grano con grano etc Estos factores en general no se encuentran
homogeacuteneamente distribuidos por lo cual los paraacutemetros que definen sus propiedades
tenso-deformacionales pueden sufrir variaciones locales importantes
Los factores externos que influyen en la magnitud de los asentamientos son dos el aacuterea
inundada y el estado tensional Estos dos factores influyen considerablemente en la
magnitud de los asentamientos por colapso y por tal motivo deben ser analizados
especiacuteficamente en los caacutelculos Respecto al primero de los factores a pesar que se han
realizado importantes trabajos teoacutericos la informacioacuten experimental indica que todaviacutea
existe cierta indeterminacioacuten en su estimacioacuten Por tal motivo la influencia del aacuterea
inundada en la magnitud de los asentamientos se limita a realizar correcciones de tipo
empiacuterico En cuanto a la influencia que el estado tensional tiene en los asentamientos las
investigaciones se han centrado especialmente en el estudio de cargas externas (zapatas) en
la superficie del terreno
ENSAYOS ldquoin siturdquo Perforacioacuten y muestreoEnsayos ldquoin siturdquo
o Ensayo de penetracioacuten estandar (SPT)o Ensayo de penetracioacuten de cono (CPT + CPTu)o Dilatoacutemetro de placa plana (DMT)o Presuroacutemetro (PMT)o Corte en veleta (VST)10487131048713 Meacutetodos geofiacutesicoso Ondas siacutesmicas (P- S- R-waves)o Electromagneacuteticas (radar resistividad)
EQUIPOS AUTOPROPULSADOS
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)1048713El ensayo ldquoin siturdquo maacutes comuacuten en el mundo10487131902 - Coronel Gow de Raymond Pile Co1048713 Muestreador ciliacutendrico partido1048713 Norma ASTM D 15861048713 Martillo (140-lbs cae 30 pulgadas) (635-kg cae 076 metros)1048713 Tres incrementos de 6 pulgadas Suma de los dos uacuteltimos incrementos = N (golpespieacute)
Se obtiene suelo y
un nuacutemero
Muestra alterada
(Solo para
caraterizacioacuten)
Nuacutemero muy crudo
para el anaacutelisis
No aplicable en
Ventajas
arcillas blandas y
Limos
Variabilidad e
incertidumbre
se obtiene un nuacutemero
Sencillo y de bajo
Costo
Funciona en muchos
tipos de suelo
Se puede utilizar en
rocas blandas
Disponible
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Estos suelos en condiciones de no saturacioacuten o saturacioacuten parcial presentan continuamente un reacomodo radical de las partiacuteculas y una gran peacuterdida de volumen por remojo osea al entrar al estado de saturacioacuten completa La existencia de estos suelos en el mundo y las dificultades ocasionadas a las edificaciones cimentadas sobre ellos han sido reconocidos ampliamente Los depoacutesitos maacutes extensos de suelos colapsables son eoacutelicos o depoacutesitos transportados de arena y limos (loess)Se puenden encontrar comuacutenmente en las maacutergenes fluviales
Desventajas
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Depoacutesitos eoacutelicos Estos depoacutesitos consisten en materiales transportados por el viento el cual forma dunas depoacutesitos tipo loess playas eoacutelicas y grandes depoacutesitos de ceniza volcaacutenica
Depoacutesitos transportados por agua Consisten principalmente de depoacutesitos de sedimentos sueltos a carreados por el agua los cuales forman abanicos fluviales y flujos deslizantes Estos materiales pueden ser depositados por una avenida repentina o flujo de lodo derivado de pequentildeas cuencas colectoras sujetas a aguaceros poco frecuentes
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Suelos residuales Estos suelos son producto del intemperismo y la
desintegracioacuten y alteracioacuten mecaacutenica de rocas madres Las partiacuteculas de
material residual pueden variar de tamantildeo de grandes fragmentos de
gravas a arenas limos coloides y en algunos casos material orgaacutenico
La estructura del grano colapsable se ha desarrollado como producto de
la accioacuten disolvente sobre el material soluble y coloidal La lixiviacioacuten del
material soluble y del material fino conduce a una alta relacioacuten de vaciacuteos
y a una estructura inestable Otro tipo de suelo que muestra colapso al
remojo son aquellos derivados de tufo volcaacutenico
sulfato de calcio arenas sueltas cementadas por sal soluble arcillas
dispersivas y arcillas montmorilloniacuteticas ricas en sodio
CAUSAS QUE GENERARIacuteAN DICHO COMPORTAMIENTO- Estructura parcialmente saturada potencialmente inestable- Una componente de esfuerzo aplicado o existente lo suficientemente alta para desarrollar una condicioacuten metaestable- Un ligante resistente o un agente cementante para estabilizar contactos intergranulares el cual se reduce por remojo ocasionando el colapso La mayoriacutea de suelos colapsables involucra la accioacuten de partiacuteculas arcillosas en los enlaces entre los granos gruesos de arena-Agentes cementantes tales como oacutexido de hierro carbonato de calcio o la soldadura de granos en contacto proporcionan esfuerzos resistentes para muchos suelos colapsables La accioacuten de este cementante es frecuentemente el agente principal de colapso en loess El grado al cual el agente cementante pierde su efectividad depende del grado de contaminacioacuten del ingreso del agua y del grado de disolucioacuten del agente cementante involucrado
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
CONSOLIDOacuteMETRO PARA ENSAYO DE COLAPSO
Se procede a cortar el suelo de acuerdo con las dimensiones del anillo
del ensayo de consolidacioacuten unidimensional Determinar sus
propiedades fiacutesicas tales como humedad natural peso volumen
gravedad especiacutefica de soacutelidos liacutemites de consistencia distribucioacuten
granulomeacutetrica seguacuten las normas
Se instala la muestra en el anillo del consolidoacutemetro despueacutes de haber
determinado el peso inicial de la masa huacutemeda y altura de la muestra y
fijar el conjunto anillo-muestra en el consolidoacutemetro Aplicar una carga
de contacto 005 kgcm2 (5 Kpa) despueacutes de 5 min tomar lectura del
deformiacutemetro aplicar incrementos de carga a cada hora hasta que se
aplique la presioacuten vertical apropiada Los incrementos de carga seraacuten
012 025 050 100 200 etc Kgcm2 (12 25 50 100 200 etc) o
cargas de acuerdo al meacutetodo de ensayo ASTM D2435 registrar la
deformacioacuten antes de incrementar una nueva carga
Determinacioacuten del potencial de colapso
donde
di = lectura del dial con el esfuerzo adecuado antes de la saturacioacuten (mm)
df = lectura del dial bajo el esfuerzo adecuado despueacutes del humedecimiento (mm)
ho = altura inicial de la muestra (mm)
Tmbieacuten se puede evalua en teacuterminos de relacioacuten de vaciacuteos
dondeΔe = cambio de relacioacuten de vaciacuteos bajo el esfuerzo adecuado antes y despueacutes de la inundacioacuteneo = relacioacuten de vaciacuteo inicialLa evaluacioacuten de un suelo colapsable seraacute de acuerdo a la siguiente tablaCon todo lo epxlicado concluimos que el colapso de los suelos es la disminucioacuten moderada de volumen cuando estaacute con bajo contenido de humedad y una gran peacuterdida cuando estaacute sumergido y la magnitud de asentamiento depende del contenido de humedad del suelo En estado sumergido y bajo la aplicacioacuten de cargas verticales los suelos colapsables presentan un mayor asentamiento Los suelos colapsables existen en todo el mundo principalmente en la regiones aacuteridas y semiaacuteridas nuevamente comentando que los depoacutesitos eoacutelicos coluviales residuales tubos volcaacutenicos etc son suelos que pueden ser colapsables
Definicioacuten de colapso Se definen como colapso a cualquier disminucioacuten raacutepida de volumen del suelo producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factoresbull Contenido de humedad (w) bull Grado de saturacioacuten (Sr) bull Tensioacuten media actuante (τ) bull Tensioacuten de corte (σ) bull Presioacuten de poros (u)
TIPOS DE SUELOS COLAPSABLESLos tipos de suelos colapsables son
- Suelos aluviales y coluviales ndash Depositados en ambientes Semi-deseacuterticos por flujos maacutes o menos torrenciales- Suelos eoacutelicos ndash Depositados por el viento son arenas y limos arenosos con escaso cemento arcilloso en una estructura suelta o inestable
- Cenizas volcaacutenicas ndash Provenientes de cenizas arrojadas al aire por actividad volcaacutenica explosiva- Suelos residuales ndash Derivados de la descomposicioacuten in ndash situ de minerales de ciertas rocas son luego lixiviados por el agua y pierden su cemento
CONSECUENCIAS EN CIMENTACIONES
Patologiacuteas en cimentaciones Posibles causas
Introduccioacuten
De todos los posibles tipos de patologiacutea que puede sufrir la edificacioacuten las estadiacutesticas demuestran que son las patologiacuteas ligadas a las cimentaciones las que mayores costes globales conllevan Ademaacutes tienen gran repercusioacuten social lo que las hace maacutes notorias por la complejidad propia de su reparacioacuten porque suponen una fuerte alteracioacuten y hasta interrupcioacuten del uso del inmueble y porque suelen involucrar a colindantes e incluso poderes puacuteblicos Urge como en ninguacuten otro caso determinar las causas y cuanto antes dar una solucioacuten al problema
Causas intriacutensecas de fallos de cimentacioacuten
Se agrupan aquiacute los fallos de cimentacioacuten consecuencia de la interaccioacuten entre el terreno y la propia cimentacioacuten de la construccioacuten afectada
Defectos de proyecto
Son errores de concepcioacuten de disentildeo o caacutelculo del proyecto Son errores previsibles por lo que si se tienen en cuenta en el disentildeo y caacutelculo de la edificacioacuten el riesgo de que provoquen dantildeos se minimizaEnumeramos aquiacute no todas pero siacute algunas de las posibles causas de problemas derivadas del proyectobull Falta de capacidad de carga cimentacioacuten insuficiente o capacidad
de carga del suelo insuficientebull Esfuerzos no contemplados por ej por olvido de algunas
sobrecargas de explotacioacutenbull Conocimiento insuficiente del suelo Lo que deriva en la ignorancia
de riesgos especiales geoteacutecnicos Las causas pueden ser escasez de reconocimientos previos del terreno mala interpretacioacuten de los mismos no consideracioacuten de los fenoacutemenos de agresividad etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Cobra importancia en terrenos con especiales caracteriacutesticas
Arcillas expansivas
Suelos colapsables
Rellenos antroacutepicos
Suelos blandos naturales
Infravaloracioacuten del riesgo geoteacutecnico conocido eacuteste Casos asiacute pueden ser desprecio de los efectos que produce la falta de homogeneidad de un suelo o las distintas profundidades de aparicioacuten de la roca en planta desprecio de los efectos de la potencial expansividad o de posible subpresioacuten o fenoacutemenos de subsidencias procesos de disolucioacuten etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONESbull Defectos en la evaluacioacuten del terreno asientos calculados no
tolerables por la estructura esfuerzos paraacutesitos en pilotes (olvido del efecto de asiento de terrenos flojos o rellenos recientes) etc
bull Efecto grupo en pilotes defectuosa estimacioacuten del efecto grupo en pilotes flotantes no consideracioacuten de los esfuerzos laterales o del rozamiento negativo etc
bull Ausencia de consideracioacuten del bulbo de tensiones de la cimentacioacuten propia y su alcance Pero tambieacuten de cimentaciones colindantes que podriacutean suponer una carga oblicua sobre nuestra cimentacioacuten habraacute que considerarla en caacutelculo y prever un proceso constructivo adecuado (no vayamos a provocar dantildeos a otras edificaciones)
bull Ignorancia de las condiciones de contorno es decir no consideracioacuten de las condiciones del entorno de la estructura
proyectada posibles socavaciones arrastres descalces agotamientos rebajamientos de nivel freaacutetico etc
bull Heterogeneidades distribucioacuten irregular de las cargas o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentacioacuten
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Defectos de ejecucioacuten
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecucioacuten de eacutestos Los defectos de ejecucioacuten normalmente responden a un deficiente Control de Calidad Por tanto en principio son evitablesAlgunos errores de ejecucioacuten podriacutean serbull Apreciacioacuten erroacutenea de los estratos resistentes confundidos con
capas de poco espesor bolos erraacuteticos etcbull Errores de replanteo bull Mala calidad de los materiales en especial hormigones Deterioro
de zapatas losas o muros por escasa calidad de los materiales grietas de retraccioacuten por mala dosificacioacuten del hormigoacuten materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto etc
bull Degradacioacuten del material suele ir unido al anterior hormigoacuten no resistente a la agresividad del terreno recubrimientos insuficientes madera metal etc
bullCAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Lavado del hormigoacuten en cimentaciones superficiales o profundas colocado en presencia de aguas en movimiento
Errores en la colocacioacuten de armaduras confusioacuten de diaacutemetros de armado ausencia de separadores etc
Problemas de fraguado unidos a errores de vertido de dosificacioacuten de curado
Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio cortadas lavadas) o de baja calidad y excesiva carga portante de caacutelculo
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
emulsiones asfaacutelticas sales (NaCl Nat C03 NaPO3) etc Estos meacutetodos de estabilizacioacuten
son tambieacuten usuales en otros tipos de suelos y son de amplia utilizacioacuten en todo tipo de
obras de ingenieriacutea civil por tal motivo no insistiremos en ellos Por el contrario los
meacutetodos de estabilizacioacuten profunda aunque tambieacuten se han utilizado en otros tipos de
suelos muchos de ellos se han desarrollado y usado especiacuteficamente para eliminar o
disminuir la susceptibilidad al colapso en espesores importantes de suelo A continuacioacuten
se presentan algunos de ellos
Inyecciones de agentes quiacutemicos Las investigaciones y las realizaciones en este tipo de
estabilizaciones se ha desarrollado principalmente en la Unioacuten Sovieacutetica Seguacuten Mitchell
(1981) la razoacuten principal por la cual estos meacutetodos no se han extendido universalmente se
debe principalmente a los altos costos frente a otros tipos de estabilizaciones Sin embargo
Esvtatiev (1988) da cuenta de la existencia en la URSS de maacutes de 800 proyectos en donde
se han utilizado satisfactoriamente p ej el meacutetodo de silicatizacioacuten) Esto ha permitido un
continuo mejoramiento de la tecnologiacutea una reduccioacuten de los costos y una abundante
normativa en la regulacioacuten de su uso El agente quiacutemico maacutes utilizado por su bajo costo
frente a otros agentes quiacutemicos es el Silicato de Sodio El meacutetodo consiste en inyectar en
todo el espesor de suelo a tratar una solucioacuten de silicato de sodio (Densidad = 1 10 a 1 04
gcm3) a traveacutes de un tubo inyector de 42 mm de diaacutemetro con perforaciones de 3 mm
protegidas por un manguito de goma La inyeccioacuten se realiza a una presioacuten de 20 a 40
Kgcm2 y una descarga de 48 litros por minuto (Zvyagin et al 1978) La silicatizacioacuten del
suelo es soacutelo posible en un medio fuertemente alcalino Seguacuten Sokolovic (1973) se logra
una mejor eficiencia mediante una pre y post gasificacioacuten con carbonato de calcio Luego
de la inyeccioacuten tres son los cambios que se observan en el suelo un aumento significativo
de la resistencia a la compresioacuten (superior a 20 Kgcm2 ) una eliminacioacuten de la
susceptibilidad al colapso y una disminucioacuten de la permeabilidad Otro de los tratamientos
con agentes quiacutemicos es la inyeccioacuten de amoniacuteaco La mejora en el suelo es inferior al
tratamiento por silicatizacioacuten ademaacutes presenta la desventaja de ser un elemento toacutexico y su
utilizacioacuten requiere medidas especiales de proteccioacuten (Sokolovic 1973)
Estabilizacioacuten teacutermica Esta teacutecnica comenzoacute a desarroIlarse en la URSS en la deacutecada de
los antildeos 50 y ha sido utilizada exitosamente en un importante nuacutemero de emprendimientos
Seguacuten Esvtatiev (1988) la aplicacioacuten de este meacutetodo es teacutecnica y econoacutemicamente
aconsejable en los siguientes casos a) en la estabilizacioacuten de fundaciones existentes de
estructuras altas como chimeneas tanques de agua b) en la paralizacioacuten de los
asentamientos en construcciones existentes provocados por el colapso del suelo Las
propiedades de los minerales arcillosos cambian cuando eacutestos son sometidos a altas
temperaturas lo cual genera un aumento importante de la resistencia y por ende la
eliminacioacuten de la susceptibilidad al colapso del suelo La tecnologiacutea ha ido variando y
mejorando su eficiencia a lo largo de estas deacutecadas No obstante la variedad de meacutetodos
casi todos ellos consisten en la introduccioacuten de un quemador de fuel o gas dentro de un pre
pozo de 020 metros de diaacutemetro con una presioacuten de aire de 20 a 30 Kgcm2 De esta
forma al cabo de 10 a 15 diacuteas se consigue una columna estabilizada de suelo de 20 a 30
metros y una profundidad de 10 a 15 metros (Beles y Stanculescu 1958)
Estabilizacioacuten mediante mezclado mecaacutenico con agentes cementantes El objetivo de este
tipo de estabiacutelizacioacuten es la creacioacuten de columnas o pilotes de suelo con alta resistencia y
rigidez que permitan la transferencia de las cargas a mantos maacutes profundos y estables
Varios son los meacutetodos constructivos que pueden agruparse dentro de este grupo Los
subdividiremos en los siguientes subgrupos dependiendo del lugar en donde se realiza la
mezcla del suelo con el agente cementante
1 La mezcla del suelo y el agente cementante se realiza en superficie En este caso la
excavacioacuten se puede realizar bien utilizando la teacutecnica constructiva empleada en los pilotes
de suelo (hinca) o bien usar teacutecnicas usuales de perforacioacuten La mezcla deiexcl suelo con el
agente cementante (preferentemente Cemento Portland) puede ser fluida (suelo cemento
plaacutestico) a introducirse dentro de la excavacioacuten en forma de pastones o bien mezclar el
suelo y elcemento con porcentaje de humedad oacuteptimo a introducirlos en la perforacioacuten en
tongadas (100 a 200 Kg) las cuales posteriormente son compactadas dentro de la misma
excavacioacuten Por lo tanto existen cuatro variantes seguacuten sea el tipo de excavacioacuten y el tipo
de mezcla
2 La mezcla del suelo y el cemento se realiza en el mismo proceso de perforacioacuten En este
caso la mezcla del agente cementante se realiza con el propio suelo La mezcla puede
realizarse mediante uacutetiles especiales que van mezclando el suelo con una lechada de
cemento o bien usar la teacutecnica del jet grouting mediante un chorro de lechada a alta presioacuten
Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
Este tipo de estabilizacioacuten se realiza principalmente en terrenos con suelos potencialmente
colapsables en los cuales la presencia de cargas adicionales en superficie puede generar
asentamientos adicionales ante un incremento de la humedad del suelo Asiacute una parte del
suelo colapsable superficial ubicado directamente debajo de las fundaciones es excavado
extraiacutedo y reemplazado por otro material maacutes competente Los materiales generalmente
utilizados son los siguientes el mismo suelo extraiacutedo compactado y eventualmente
estabilizado granulomeacutetricamente arena compactada o suelo cemento compactado La
eleccioacuten del tipo de material estaacute condicionado generalmente por variables teacutecnico
econoacutemicas Los espesores de estos mantos son variables (1 a 4 m) dependiendo del tipo de
cargas y de las caracteriacutesticas del proyecto Por ejemplo en algunos proyectos los
condicionantes pueden ser los asentamientos diferenciales (edificios) en cambio en otros
(canales) no soacutelo importa disminuir la probabilidad que se produzca el colapso sino
tambieacuten lograr una capa de suelo maacutes impermeable Este tipo de metodologiacutea ha sido
utilizada con eacutexito en numerosos paiacuteses y en innumerables tipos de obras Tambieacuten es
frecuente el empleo de esta metodologiacutea en forma conjunta con otro tipo de estabilizacioacuten
profunda cuando se presentan mantos de suelos colapsables profundos y con espesores
muy dispares
113 Medidas conducentes a evitar la iniciacioacuten del colapso
Arriba se sentildealaron los tipos de humedecimientos que seguacuten Goldstein (1969) pueden
presentarse en una masa de suelo
a) humedecimiento localizado por rotura de conducciones hidraacuteulicas o infiltraciones de
aguas de lluvia
b) humedecimiento extenso causado por roturas de canales o efluentes industriales
c) ascenso del nivel freaacutetico
d) aumento gradual y lento del contenido de humedad por condensacioacuten del vapor de agua
provocados por condiciones ambientales
Muchos de estos tipos de humedecimientos pueden ser prevenidos principalmente los
primeros pues en general eacutestos son debidos a fallas o roturas de las instalaciones de la
misma construccioacuten En cambio los otros tipos de humedecimientos estaacuten condicionados
por factores externos al proyecto como por ejemplo puede ser el ascenso del nivel freaacutetico
o la rotura de un canal cercano y ajeno al proyecto La accioacuten del proyectista debe estar
encaminada principalmente a impedir dentro de los liacutemites del proyecto la generacioacuten de
estos humedecimientos provocados por elementos de la propia construccioacuten Robinson y
Narkiewicz (1982) sugieren las siguientes medidas de proteccioacuten contra el humedecimiento
de edificios
a) Pendientes adecuadas en la superficie del terreno que rodea a la construccioacuten de modo
que no se produzcan embalsamientos de agua en las cercaniacuteas de las fundaciones y que
cualquier peacuterdida de agua pueda ser eliminada con rapidez
b) Canalizacioacuten de todos los desaguumles de techos y patios hacia el exterior de la
construccioacuten
c) Instalacioacuten de membranas impermeables o pavimentacioacuten de la superase que rodea a la
construccioacuten de modo de limitar la infiltracioacuten de agua en el suelo adyacente a las
construcciones
d) Encerrar las conducciones de agua o efluentes cloacales dentro de conductos de faacutecil
acceso a efectos de detectar posibles peacuterdidas
Algunas de estas medidas requieren una serie de medidas de control y mantenimiento
durante la vida uacutetil de la obra de manera que perioacutedicamente se realicen inspecciones a las
instalaciones y puedan detectarse peacuterdidas o dantildeos en las mismas Tambieacuten es aconsejable
que los propietarios de la obra conozcan perfectamente los riegos a que estaacute expuesta la
misma de modo que su actividad yo descuidos no inicie procesos de humedecimiento del
terreno
Las medidas de proteccioacuten en otros tipos de obras civiles (canales o caminos) tienen la
misma filosofiacutea es decir elementos de proteccioacuten que impidan o dificulten la entrada del
agua en el terreno de fundacioacuten Asiacute por ejemplo en las obras lineales se debe prestar una
especial atencioacuten al disentildeo del sistema de alcantarillado y de desaguumles En algunos casos
estas obras suelen seguir parcialmente las curvas de nivel del terreno convirtieacutendose en
verdaderas presas que impiden el natural escurrimiento de las aguas provocando la
acumulacioacuten de agua en su entorno lo que genera un humedecimiento generalizado del
terreno de fundacioacuten con los consecuentes dantildeos en la obra
Es frecuente que en ciertos tipos de obras como viviendas unifamiliares de una planta o
incluso caminos y canales las uacutenicas medidas a adoptar sean las presentadas en este
apartado ya que la utilizacioacuten de teacutecnicas de mejoramiento o fundaciones profundas
resultan prohibitivas En realidad la mayoriacutea de las obras aludidas se construyen admitiendo
el riesgo de un posible colapso del terreno El buen comportamiento que han tenido la
mayoriacutea de ellas se debe fundamentalmente a que no se ha producido ninguacuten tipo de
humedecimiento En contraste los dantildeos son serios en aquellas obras que los han sufrido
Por todo ello es un deber de los investigadores a ingenieros buscar nuevas soluciones
econoacutemicas que permitan disminuir los riesgos y por ende los dantildeos en este tipo de obras
Uno de los caminos en tal sentido es el estudio de estructuras que absorban o minimicen
los posibles asentamientos diferenciales provocados por el humedecimiento localizado del
suelo sin un aumento excesivo de los costos
114 Estructuras yo fundaciones que admiten y resisten los fenoacutemenos provocados
por el colapso
El anaacutelisis de este apartado se centraraacute principalmente en el estudio de las fundaciones
superficiales en suelos potencialmente colapsables ya que el otro gran grupo de soluciones
fundaciones profundas mediante pilotes seraacute objeto de un examen detallado en los
apartados siguientes
La lista de estructuras que se asientan directamente sobre mantos de suelos potencialmente
colapsables es amplia entre ellas pueden sentildealarse viviendas unifamiliares construcciones
transitorias galpones ductos enterrados canales caminos etc
Las fundaciones directas sobre suelos colapsables pueden ser divididas en dos grupos
a) Fundaciones riacutegidas utilizadas principalmente en estructuras livianas y con cargas
puntuales por ejemplo torres de liacuteneas de alta tensioacuten columnas de naves industriales o
depoacutesitos En general este tipo de estructuras tienen algunos rasgos comunes como son por
ejemplo cargas verticales bajas cargas horizontales importantes y en general suelen
aceptar asentamientos admisibles mayores
b) Fundaciones de baja rigidez longitudinal en este caso se trata de estructuras con cargas
lineales (muros de carga canales etc) con baja rigidez en el sentido de las cargas Este tipo
de estructuras son sensibles a humedecimientos localizados del terreno que generan
asientos diferenciales importantes En general las medidas que suelen tomarse para
disminuir los efectos de los asientos diferenciales son las siguientes disentildeo de elementos
que rigidicen la estructura (Clemence Y Finbarr 1981) y el disentildeo de elementos
constructivos que eviten
RECAPITULACIOacuteN
Definido el concepto de colapso el estudio se ha enfocado al anaacutelisis de los suelos
colapsables por humedecimiento En esta clase particular de suelos metaestables el agente
externo que desencadena el fenoacutemeno de colapso es el agua En estos suelos un incremento
de humedad puede provocar una disminucioacuten o anulacioacuten de las fuerzas que vinculan unas
partiacuteculas con otras y por lo tanto cambiar el estado de equilibrio en la estructura del suelo
El colapso de la estructura del suelo depende fundamentalmente de dos causas a) de la
importancia de los cambios provoca dos por el agua en los viacutenculos existentes entre las
partiacuteculas y b) del estado tensional en los viacutenculos O sea para que se produzca el colapso
es necesario un agente sensibilizante y un estado tensional capaz de provocar la des-
estabilizacioacuten de la estructura del suelo
Por este motivo los meacutetodos que mejor reflejan la susceptibilidad al colapso de un suelo
son aquellos basados en ensayos mecaacutenicos donde ambos factores estaacuten presentes
La gran subdivisioacuten que se hace a los suelos colapsables parte precisamente de verificar
coacutemo es el comportamiento del suelo en su estado tensional original o bajo su propio
peso Si se produce el colapso bajo este estado se indica que el suelo es verdaderamente
colapsable o autocolapsable en cambio si el fenoacutemeno no se produce se sentildeala que el
suelo es candicionalmente colapsable o colapsable bajo carga
En este contexto diversos investigadores introducen el concepto (tambieacuten tensional) de
Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) o Presioacuten de Fluencia Saturada (σf) como aquella
presioacuten a la cual se produce el colapso Desde un punto de vista teoacuterico esta presioacuten deberiacutea
ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero desde un punto de vista praacutectico se
asume que una pequentildea magnitud del colapso es permisible Por ejemplo las normas
Sovieacuteticas Lo toman igual al 100 las Chinas igual al 150 En cambio en Argentina se
utiliza maacutes la Presioacuten de Fluencia Saturada que se obtiene de forma similar a la Presioacuten de
Preconsolidacioacuten No obstante esta diferencia metodoloacutegica en ambos casos el concepto es
el mismo
Con respecto a las metodologiacuteas usadas para establecer la susceptibilidad al colapso de un
suelo o de un perfil de suelo han sido analizadas las que utilizan el concepto de Presioacuten
Inicial de Colapso y la magnitud del colapso Esta seleccioacuten se realizoacute fundamentalmente
por las siguientes causas primero porque se hacen en base a ensayos mecaacutenicos donde
intervienen el agente externo (el agua) y el estado tensional del suelo y segundo porque
permiten establecer ya sea a traveacutes de un perfil de colapsabilidad o la magnitud del
colapso coacutemo seraacute realmente el comportamiento del terreno ante las solicitaciones
producidas por la obra de ingenieriacutea
Los perfiles de colapsabilidad relacionan en profundidad el peso propio de las tierras con
la Presioacuten Inicial de Colapso esto permite determinar el espesor de suelos autocolapsables
o el espesor de los suelos que colapsaraacuten si ademaacutes del humedecimiento se aumenta el
estado tensional Estos perfiles son de gran ayuda al proyectista de fundaciones en suelos
colapsables dado que le permiten conocer en forma global la magnitud del problema al que
estaacute enfrentado No obstante su utilidad no termina alliacute sino que por el contrario estos
perfiles le permiten tomar decisiones sobre cuaacuteles son las soluciones ingenieriles maacutes
convenientes del proyecto Pues con su ayuda se podraacute seleccionar el meacutetodo de
mejoramiento del terreno la cota de fundacioacuten de una fundacioacuten profunda la magnitud de
la carga por rozamiento negativo etc
La determinacioacuten de la magnitud del colapso de un perfil de suelo usada como
metodologiacutea de clasificacioacuten tambieacuten es de utilidad en el disentildeo de construccioacuten de obras
de ingenieriacutea en suelos colapsables Sobre todo en la caracterizacioacuten del terreno de grandes
aacutereas ya sea en obras lineales (canales caminos etc) o puntuales (complejos fabriles obras
hidraacuteulicas etc) dado que cada perfil de suelo estaacute caracterizado por un paraacutemetro lo cual
permite el manejo de un nuacutemero importante de informacioacuten Obviamente esta metodologiacutea
tambieacuten es de gran use en cualquier tipo de obras independientemente de su tamantildeo a
importancia
En un abundante nuacutemero de proyectos no es suficiente haber realizado una caracterizacioacuten
o clasificacioacuten del terreno sino que es necesario determinar la magnitud de los
asentamientos que pueden producirse en las obras Los asentamientos por colapso depende
baacutesicamente de dos tipos de factores intriacutensecos y extriacutensecos
Se sentildealan como intriacutensecos aquellos factores propios del suelo como son sus propiedades
fiacutesicas y mecaacutenicas El comportamiento del suelo dependeraacute del tipo de estructura o la
forma en que estaacuten ordenadas las partiacuteculas del grado de compacidad del tipo de viacutenculos
que unen grano con grano etc Estos factores en general no se encuentran
homogeacuteneamente distribuidos por lo cual los paraacutemetros que definen sus propiedades
tenso-deformacionales pueden sufrir variaciones locales importantes
Los factores externos que influyen en la magnitud de los asentamientos son dos el aacuterea
inundada y el estado tensional Estos dos factores influyen considerablemente en la
magnitud de los asentamientos por colapso y por tal motivo deben ser analizados
especiacuteficamente en los caacutelculos Respecto al primero de los factores a pesar que se han
realizado importantes trabajos teoacutericos la informacioacuten experimental indica que todaviacutea
existe cierta indeterminacioacuten en su estimacioacuten Por tal motivo la influencia del aacuterea
inundada en la magnitud de los asentamientos se limita a realizar correcciones de tipo
empiacuterico En cuanto a la influencia que el estado tensional tiene en los asentamientos las
investigaciones se han centrado especialmente en el estudio de cargas externas (zapatas) en
la superficie del terreno
ENSAYOS ldquoin siturdquo Perforacioacuten y muestreoEnsayos ldquoin siturdquo
o Ensayo de penetracioacuten estandar (SPT)o Ensayo de penetracioacuten de cono (CPT + CPTu)o Dilatoacutemetro de placa plana (DMT)o Presuroacutemetro (PMT)o Corte en veleta (VST)10487131048713 Meacutetodos geofiacutesicoso Ondas siacutesmicas (P- S- R-waves)o Electromagneacuteticas (radar resistividad)
EQUIPOS AUTOPROPULSADOS
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)1048713El ensayo ldquoin siturdquo maacutes comuacuten en el mundo10487131902 - Coronel Gow de Raymond Pile Co1048713 Muestreador ciliacutendrico partido1048713 Norma ASTM D 15861048713 Martillo (140-lbs cae 30 pulgadas) (635-kg cae 076 metros)1048713 Tres incrementos de 6 pulgadas Suma de los dos uacuteltimos incrementos = N (golpespieacute)
Se obtiene suelo y
un nuacutemero
Muestra alterada
(Solo para
caraterizacioacuten)
Nuacutemero muy crudo
para el anaacutelisis
No aplicable en
Ventajas
arcillas blandas y
Limos
Variabilidad e
incertidumbre
se obtiene un nuacutemero
Sencillo y de bajo
Costo
Funciona en muchos
tipos de suelo
Se puede utilizar en
rocas blandas
Disponible
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Estos suelos en condiciones de no saturacioacuten o saturacioacuten parcial presentan continuamente un reacomodo radical de las partiacuteculas y una gran peacuterdida de volumen por remojo osea al entrar al estado de saturacioacuten completa La existencia de estos suelos en el mundo y las dificultades ocasionadas a las edificaciones cimentadas sobre ellos han sido reconocidos ampliamente Los depoacutesitos maacutes extensos de suelos colapsables son eoacutelicos o depoacutesitos transportados de arena y limos (loess)Se puenden encontrar comuacutenmente en las maacutergenes fluviales
Desventajas
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Depoacutesitos eoacutelicos Estos depoacutesitos consisten en materiales transportados por el viento el cual forma dunas depoacutesitos tipo loess playas eoacutelicas y grandes depoacutesitos de ceniza volcaacutenica
Depoacutesitos transportados por agua Consisten principalmente de depoacutesitos de sedimentos sueltos a carreados por el agua los cuales forman abanicos fluviales y flujos deslizantes Estos materiales pueden ser depositados por una avenida repentina o flujo de lodo derivado de pequentildeas cuencas colectoras sujetas a aguaceros poco frecuentes
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Suelos residuales Estos suelos son producto del intemperismo y la
desintegracioacuten y alteracioacuten mecaacutenica de rocas madres Las partiacuteculas de
material residual pueden variar de tamantildeo de grandes fragmentos de
gravas a arenas limos coloides y en algunos casos material orgaacutenico
La estructura del grano colapsable se ha desarrollado como producto de
la accioacuten disolvente sobre el material soluble y coloidal La lixiviacioacuten del
material soluble y del material fino conduce a una alta relacioacuten de vaciacuteos
y a una estructura inestable Otro tipo de suelo que muestra colapso al
remojo son aquellos derivados de tufo volcaacutenico
sulfato de calcio arenas sueltas cementadas por sal soluble arcillas
dispersivas y arcillas montmorilloniacuteticas ricas en sodio
CAUSAS QUE GENERARIacuteAN DICHO COMPORTAMIENTO- Estructura parcialmente saturada potencialmente inestable- Una componente de esfuerzo aplicado o existente lo suficientemente alta para desarrollar una condicioacuten metaestable- Un ligante resistente o un agente cementante para estabilizar contactos intergranulares el cual se reduce por remojo ocasionando el colapso La mayoriacutea de suelos colapsables involucra la accioacuten de partiacuteculas arcillosas en los enlaces entre los granos gruesos de arena-Agentes cementantes tales como oacutexido de hierro carbonato de calcio o la soldadura de granos en contacto proporcionan esfuerzos resistentes para muchos suelos colapsables La accioacuten de este cementante es frecuentemente el agente principal de colapso en loess El grado al cual el agente cementante pierde su efectividad depende del grado de contaminacioacuten del ingreso del agua y del grado de disolucioacuten del agente cementante involucrado
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
CONSOLIDOacuteMETRO PARA ENSAYO DE COLAPSO
Se procede a cortar el suelo de acuerdo con las dimensiones del anillo
del ensayo de consolidacioacuten unidimensional Determinar sus
propiedades fiacutesicas tales como humedad natural peso volumen
gravedad especiacutefica de soacutelidos liacutemites de consistencia distribucioacuten
granulomeacutetrica seguacuten las normas
Se instala la muestra en el anillo del consolidoacutemetro despueacutes de haber
determinado el peso inicial de la masa huacutemeda y altura de la muestra y
fijar el conjunto anillo-muestra en el consolidoacutemetro Aplicar una carga
de contacto 005 kgcm2 (5 Kpa) despueacutes de 5 min tomar lectura del
deformiacutemetro aplicar incrementos de carga a cada hora hasta que se
aplique la presioacuten vertical apropiada Los incrementos de carga seraacuten
012 025 050 100 200 etc Kgcm2 (12 25 50 100 200 etc) o
cargas de acuerdo al meacutetodo de ensayo ASTM D2435 registrar la
deformacioacuten antes de incrementar una nueva carga
Determinacioacuten del potencial de colapso
donde
di = lectura del dial con el esfuerzo adecuado antes de la saturacioacuten (mm)
df = lectura del dial bajo el esfuerzo adecuado despueacutes del humedecimiento (mm)
ho = altura inicial de la muestra (mm)
Tmbieacuten se puede evalua en teacuterminos de relacioacuten de vaciacuteos
dondeΔe = cambio de relacioacuten de vaciacuteos bajo el esfuerzo adecuado antes y despueacutes de la inundacioacuteneo = relacioacuten de vaciacuteo inicialLa evaluacioacuten de un suelo colapsable seraacute de acuerdo a la siguiente tablaCon todo lo epxlicado concluimos que el colapso de los suelos es la disminucioacuten moderada de volumen cuando estaacute con bajo contenido de humedad y una gran peacuterdida cuando estaacute sumergido y la magnitud de asentamiento depende del contenido de humedad del suelo En estado sumergido y bajo la aplicacioacuten de cargas verticales los suelos colapsables presentan un mayor asentamiento Los suelos colapsables existen en todo el mundo principalmente en la regiones aacuteridas y semiaacuteridas nuevamente comentando que los depoacutesitos eoacutelicos coluviales residuales tubos volcaacutenicos etc son suelos que pueden ser colapsables
Definicioacuten de colapso Se definen como colapso a cualquier disminucioacuten raacutepida de volumen del suelo producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factoresbull Contenido de humedad (w) bull Grado de saturacioacuten (Sr) bull Tensioacuten media actuante (τ) bull Tensioacuten de corte (σ) bull Presioacuten de poros (u)
TIPOS DE SUELOS COLAPSABLESLos tipos de suelos colapsables son
- Suelos aluviales y coluviales ndash Depositados en ambientes Semi-deseacuterticos por flujos maacutes o menos torrenciales- Suelos eoacutelicos ndash Depositados por el viento son arenas y limos arenosos con escaso cemento arcilloso en una estructura suelta o inestable
- Cenizas volcaacutenicas ndash Provenientes de cenizas arrojadas al aire por actividad volcaacutenica explosiva- Suelos residuales ndash Derivados de la descomposicioacuten in ndash situ de minerales de ciertas rocas son luego lixiviados por el agua y pierden su cemento
CONSECUENCIAS EN CIMENTACIONES
Patologiacuteas en cimentaciones Posibles causas
Introduccioacuten
De todos los posibles tipos de patologiacutea que puede sufrir la edificacioacuten las estadiacutesticas demuestran que son las patologiacuteas ligadas a las cimentaciones las que mayores costes globales conllevan Ademaacutes tienen gran repercusioacuten social lo que las hace maacutes notorias por la complejidad propia de su reparacioacuten porque suponen una fuerte alteracioacuten y hasta interrupcioacuten del uso del inmueble y porque suelen involucrar a colindantes e incluso poderes puacuteblicos Urge como en ninguacuten otro caso determinar las causas y cuanto antes dar una solucioacuten al problema
Causas intriacutensecas de fallos de cimentacioacuten
Se agrupan aquiacute los fallos de cimentacioacuten consecuencia de la interaccioacuten entre el terreno y la propia cimentacioacuten de la construccioacuten afectada
Defectos de proyecto
Son errores de concepcioacuten de disentildeo o caacutelculo del proyecto Son errores previsibles por lo que si se tienen en cuenta en el disentildeo y caacutelculo de la edificacioacuten el riesgo de que provoquen dantildeos se minimizaEnumeramos aquiacute no todas pero siacute algunas de las posibles causas de problemas derivadas del proyectobull Falta de capacidad de carga cimentacioacuten insuficiente o capacidad
de carga del suelo insuficientebull Esfuerzos no contemplados por ej por olvido de algunas
sobrecargas de explotacioacutenbull Conocimiento insuficiente del suelo Lo que deriva en la ignorancia
de riesgos especiales geoteacutecnicos Las causas pueden ser escasez de reconocimientos previos del terreno mala interpretacioacuten de los mismos no consideracioacuten de los fenoacutemenos de agresividad etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Cobra importancia en terrenos con especiales caracteriacutesticas
Arcillas expansivas
Suelos colapsables
Rellenos antroacutepicos
Suelos blandos naturales
Infravaloracioacuten del riesgo geoteacutecnico conocido eacuteste Casos asiacute pueden ser desprecio de los efectos que produce la falta de homogeneidad de un suelo o las distintas profundidades de aparicioacuten de la roca en planta desprecio de los efectos de la potencial expansividad o de posible subpresioacuten o fenoacutemenos de subsidencias procesos de disolucioacuten etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONESbull Defectos en la evaluacioacuten del terreno asientos calculados no
tolerables por la estructura esfuerzos paraacutesitos en pilotes (olvido del efecto de asiento de terrenos flojos o rellenos recientes) etc
bull Efecto grupo en pilotes defectuosa estimacioacuten del efecto grupo en pilotes flotantes no consideracioacuten de los esfuerzos laterales o del rozamiento negativo etc
bull Ausencia de consideracioacuten del bulbo de tensiones de la cimentacioacuten propia y su alcance Pero tambieacuten de cimentaciones colindantes que podriacutean suponer una carga oblicua sobre nuestra cimentacioacuten habraacute que considerarla en caacutelculo y prever un proceso constructivo adecuado (no vayamos a provocar dantildeos a otras edificaciones)
bull Ignorancia de las condiciones de contorno es decir no consideracioacuten de las condiciones del entorno de la estructura
proyectada posibles socavaciones arrastres descalces agotamientos rebajamientos de nivel freaacutetico etc
bull Heterogeneidades distribucioacuten irregular de las cargas o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentacioacuten
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Defectos de ejecucioacuten
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecucioacuten de eacutestos Los defectos de ejecucioacuten normalmente responden a un deficiente Control de Calidad Por tanto en principio son evitablesAlgunos errores de ejecucioacuten podriacutean serbull Apreciacioacuten erroacutenea de los estratos resistentes confundidos con
capas de poco espesor bolos erraacuteticos etcbull Errores de replanteo bull Mala calidad de los materiales en especial hormigones Deterioro
de zapatas losas o muros por escasa calidad de los materiales grietas de retraccioacuten por mala dosificacioacuten del hormigoacuten materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto etc
bull Degradacioacuten del material suele ir unido al anterior hormigoacuten no resistente a la agresividad del terreno recubrimientos insuficientes madera metal etc
bullCAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Lavado del hormigoacuten en cimentaciones superficiales o profundas colocado en presencia de aguas en movimiento
Errores en la colocacioacuten de armaduras confusioacuten de diaacutemetros de armado ausencia de separadores etc
Problemas de fraguado unidos a errores de vertido de dosificacioacuten de curado
Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio cortadas lavadas) o de baja calidad y excesiva carga portante de caacutelculo
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
Seguacuten Esvtatiev (1988) la aplicacioacuten de este meacutetodo es teacutecnica y econoacutemicamente
aconsejable en los siguientes casos a) en la estabilizacioacuten de fundaciones existentes de
estructuras altas como chimeneas tanques de agua b) en la paralizacioacuten de los
asentamientos en construcciones existentes provocados por el colapso del suelo Las
propiedades de los minerales arcillosos cambian cuando eacutestos son sometidos a altas
temperaturas lo cual genera un aumento importante de la resistencia y por ende la
eliminacioacuten de la susceptibilidad al colapso del suelo La tecnologiacutea ha ido variando y
mejorando su eficiencia a lo largo de estas deacutecadas No obstante la variedad de meacutetodos
casi todos ellos consisten en la introduccioacuten de un quemador de fuel o gas dentro de un pre
pozo de 020 metros de diaacutemetro con una presioacuten de aire de 20 a 30 Kgcm2 De esta
forma al cabo de 10 a 15 diacuteas se consigue una columna estabilizada de suelo de 20 a 30
metros y una profundidad de 10 a 15 metros (Beles y Stanculescu 1958)
Estabilizacioacuten mediante mezclado mecaacutenico con agentes cementantes El objetivo de este
tipo de estabiacutelizacioacuten es la creacioacuten de columnas o pilotes de suelo con alta resistencia y
rigidez que permitan la transferencia de las cargas a mantos maacutes profundos y estables
Varios son los meacutetodos constructivos que pueden agruparse dentro de este grupo Los
subdividiremos en los siguientes subgrupos dependiendo del lugar en donde se realiza la
mezcla del suelo con el agente cementante
1 La mezcla del suelo y el agente cementante se realiza en superficie En este caso la
excavacioacuten se puede realizar bien utilizando la teacutecnica constructiva empleada en los pilotes
de suelo (hinca) o bien usar teacutecnicas usuales de perforacioacuten La mezcla deiexcl suelo con el
agente cementante (preferentemente Cemento Portland) puede ser fluida (suelo cemento
plaacutestico) a introducirse dentro de la excavacioacuten en forma de pastones o bien mezclar el
suelo y elcemento con porcentaje de humedad oacuteptimo a introducirlos en la perforacioacuten en
tongadas (100 a 200 Kg) las cuales posteriormente son compactadas dentro de la misma
excavacioacuten Por lo tanto existen cuatro variantes seguacuten sea el tipo de excavacioacuten y el tipo
de mezcla
2 La mezcla del suelo y el cemento se realiza en el mismo proceso de perforacioacuten En este
caso la mezcla del agente cementante se realiza con el propio suelo La mezcla puede
realizarse mediante uacutetiles especiales que van mezclando el suelo con una lechada de
cemento o bien usar la teacutecnica del jet grouting mediante un chorro de lechada a alta presioacuten
Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
Este tipo de estabilizacioacuten se realiza principalmente en terrenos con suelos potencialmente
colapsables en los cuales la presencia de cargas adicionales en superficie puede generar
asentamientos adicionales ante un incremento de la humedad del suelo Asiacute una parte del
suelo colapsable superficial ubicado directamente debajo de las fundaciones es excavado
extraiacutedo y reemplazado por otro material maacutes competente Los materiales generalmente
utilizados son los siguientes el mismo suelo extraiacutedo compactado y eventualmente
estabilizado granulomeacutetricamente arena compactada o suelo cemento compactado La
eleccioacuten del tipo de material estaacute condicionado generalmente por variables teacutecnico
econoacutemicas Los espesores de estos mantos son variables (1 a 4 m) dependiendo del tipo de
cargas y de las caracteriacutesticas del proyecto Por ejemplo en algunos proyectos los
condicionantes pueden ser los asentamientos diferenciales (edificios) en cambio en otros
(canales) no soacutelo importa disminuir la probabilidad que se produzca el colapso sino
tambieacuten lograr una capa de suelo maacutes impermeable Este tipo de metodologiacutea ha sido
utilizada con eacutexito en numerosos paiacuteses y en innumerables tipos de obras Tambieacuten es
frecuente el empleo de esta metodologiacutea en forma conjunta con otro tipo de estabilizacioacuten
profunda cuando se presentan mantos de suelos colapsables profundos y con espesores
muy dispares
113 Medidas conducentes a evitar la iniciacioacuten del colapso
Arriba se sentildealaron los tipos de humedecimientos que seguacuten Goldstein (1969) pueden
presentarse en una masa de suelo
a) humedecimiento localizado por rotura de conducciones hidraacuteulicas o infiltraciones de
aguas de lluvia
b) humedecimiento extenso causado por roturas de canales o efluentes industriales
c) ascenso del nivel freaacutetico
d) aumento gradual y lento del contenido de humedad por condensacioacuten del vapor de agua
provocados por condiciones ambientales
Muchos de estos tipos de humedecimientos pueden ser prevenidos principalmente los
primeros pues en general eacutestos son debidos a fallas o roturas de las instalaciones de la
misma construccioacuten En cambio los otros tipos de humedecimientos estaacuten condicionados
por factores externos al proyecto como por ejemplo puede ser el ascenso del nivel freaacutetico
o la rotura de un canal cercano y ajeno al proyecto La accioacuten del proyectista debe estar
encaminada principalmente a impedir dentro de los liacutemites del proyecto la generacioacuten de
estos humedecimientos provocados por elementos de la propia construccioacuten Robinson y
Narkiewicz (1982) sugieren las siguientes medidas de proteccioacuten contra el humedecimiento
de edificios
a) Pendientes adecuadas en la superficie del terreno que rodea a la construccioacuten de modo
que no se produzcan embalsamientos de agua en las cercaniacuteas de las fundaciones y que
cualquier peacuterdida de agua pueda ser eliminada con rapidez
b) Canalizacioacuten de todos los desaguumles de techos y patios hacia el exterior de la
construccioacuten
c) Instalacioacuten de membranas impermeables o pavimentacioacuten de la superase que rodea a la
construccioacuten de modo de limitar la infiltracioacuten de agua en el suelo adyacente a las
construcciones
d) Encerrar las conducciones de agua o efluentes cloacales dentro de conductos de faacutecil
acceso a efectos de detectar posibles peacuterdidas
Algunas de estas medidas requieren una serie de medidas de control y mantenimiento
durante la vida uacutetil de la obra de manera que perioacutedicamente se realicen inspecciones a las
instalaciones y puedan detectarse peacuterdidas o dantildeos en las mismas Tambieacuten es aconsejable
que los propietarios de la obra conozcan perfectamente los riegos a que estaacute expuesta la
misma de modo que su actividad yo descuidos no inicie procesos de humedecimiento del
terreno
Las medidas de proteccioacuten en otros tipos de obras civiles (canales o caminos) tienen la
misma filosofiacutea es decir elementos de proteccioacuten que impidan o dificulten la entrada del
agua en el terreno de fundacioacuten Asiacute por ejemplo en las obras lineales se debe prestar una
especial atencioacuten al disentildeo del sistema de alcantarillado y de desaguumles En algunos casos
estas obras suelen seguir parcialmente las curvas de nivel del terreno convirtieacutendose en
verdaderas presas que impiden el natural escurrimiento de las aguas provocando la
acumulacioacuten de agua en su entorno lo que genera un humedecimiento generalizado del
terreno de fundacioacuten con los consecuentes dantildeos en la obra
Es frecuente que en ciertos tipos de obras como viviendas unifamiliares de una planta o
incluso caminos y canales las uacutenicas medidas a adoptar sean las presentadas en este
apartado ya que la utilizacioacuten de teacutecnicas de mejoramiento o fundaciones profundas
resultan prohibitivas En realidad la mayoriacutea de las obras aludidas se construyen admitiendo
el riesgo de un posible colapso del terreno El buen comportamiento que han tenido la
mayoriacutea de ellas se debe fundamentalmente a que no se ha producido ninguacuten tipo de
humedecimiento En contraste los dantildeos son serios en aquellas obras que los han sufrido
Por todo ello es un deber de los investigadores a ingenieros buscar nuevas soluciones
econoacutemicas que permitan disminuir los riesgos y por ende los dantildeos en este tipo de obras
Uno de los caminos en tal sentido es el estudio de estructuras que absorban o minimicen
los posibles asentamientos diferenciales provocados por el humedecimiento localizado del
suelo sin un aumento excesivo de los costos
114 Estructuras yo fundaciones que admiten y resisten los fenoacutemenos provocados
por el colapso
El anaacutelisis de este apartado se centraraacute principalmente en el estudio de las fundaciones
superficiales en suelos potencialmente colapsables ya que el otro gran grupo de soluciones
fundaciones profundas mediante pilotes seraacute objeto de un examen detallado en los
apartados siguientes
La lista de estructuras que se asientan directamente sobre mantos de suelos potencialmente
colapsables es amplia entre ellas pueden sentildealarse viviendas unifamiliares construcciones
transitorias galpones ductos enterrados canales caminos etc
Las fundaciones directas sobre suelos colapsables pueden ser divididas en dos grupos
a) Fundaciones riacutegidas utilizadas principalmente en estructuras livianas y con cargas
puntuales por ejemplo torres de liacuteneas de alta tensioacuten columnas de naves industriales o
depoacutesitos En general este tipo de estructuras tienen algunos rasgos comunes como son por
ejemplo cargas verticales bajas cargas horizontales importantes y en general suelen
aceptar asentamientos admisibles mayores
b) Fundaciones de baja rigidez longitudinal en este caso se trata de estructuras con cargas
lineales (muros de carga canales etc) con baja rigidez en el sentido de las cargas Este tipo
de estructuras son sensibles a humedecimientos localizados del terreno que generan
asientos diferenciales importantes En general las medidas que suelen tomarse para
disminuir los efectos de los asientos diferenciales son las siguientes disentildeo de elementos
que rigidicen la estructura (Clemence Y Finbarr 1981) y el disentildeo de elementos
constructivos que eviten
RECAPITULACIOacuteN
Definido el concepto de colapso el estudio se ha enfocado al anaacutelisis de los suelos
colapsables por humedecimiento En esta clase particular de suelos metaestables el agente
externo que desencadena el fenoacutemeno de colapso es el agua En estos suelos un incremento
de humedad puede provocar una disminucioacuten o anulacioacuten de las fuerzas que vinculan unas
partiacuteculas con otras y por lo tanto cambiar el estado de equilibrio en la estructura del suelo
El colapso de la estructura del suelo depende fundamentalmente de dos causas a) de la
importancia de los cambios provoca dos por el agua en los viacutenculos existentes entre las
partiacuteculas y b) del estado tensional en los viacutenculos O sea para que se produzca el colapso
es necesario un agente sensibilizante y un estado tensional capaz de provocar la des-
estabilizacioacuten de la estructura del suelo
Por este motivo los meacutetodos que mejor reflejan la susceptibilidad al colapso de un suelo
son aquellos basados en ensayos mecaacutenicos donde ambos factores estaacuten presentes
La gran subdivisioacuten que se hace a los suelos colapsables parte precisamente de verificar
coacutemo es el comportamiento del suelo en su estado tensional original o bajo su propio
peso Si se produce el colapso bajo este estado se indica que el suelo es verdaderamente
colapsable o autocolapsable en cambio si el fenoacutemeno no se produce se sentildeala que el
suelo es candicionalmente colapsable o colapsable bajo carga
En este contexto diversos investigadores introducen el concepto (tambieacuten tensional) de
Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) o Presioacuten de Fluencia Saturada (σf) como aquella
presioacuten a la cual se produce el colapso Desde un punto de vista teoacuterico esta presioacuten deberiacutea
ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero desde un punto de vista praacutectico se
asume que una pequentildea magnitud del colapso es permisible Por ejemplo las normas
Sovieacuteticas Lo toman igual al 100 las Chinas igual al 150 En cambio en Argentina se
utiliza maacutes la Presioacuten de Fluencia Saturada que se obtiene de forma similar a la Presioacuten de
Preconsolidacioacuten No obstante esta diferencia metodoloacutegica en ambos casos el concepto es
el mismo
Con respecto a las metodologiacuteas usadas para establecer la susceptibilidad al colapso de un
suelo o de un perfil de suelo han sido analizadas las que utilizan el concepto de Presioacuten
Inicial de Colapso y la magnitud del colapso Esta seleccioacuten se realizoacute fundamentalmente
por las siguientes causas primero porque se hacen en base a ensayos mecaacutenicos donde
intervienen el agente externo (el agua) y el estado tensional del suelo y segundo porque
permiten establecer ya sea a traveacutes de un perfil de colapsabilidad o la magnitud del
colapso coacutemo seraacute realmente el comportamiento del terreno ante las solicitaciones
producidas por la obra de ingenieriacutea
Los perfiles de colapsabilidad relacionan en profundidad el peso propio de las tierras con
la Presioacuten Inicial de Colapso esto permite determinar el espesor de suelos autocolapsables
o el espesor de los suelos que colapsaraacuten si ademaacutes del humedecimiento se aumenta el
estado tensional Estos perfiles son de gran ayuda al proyectista de fundaciones en suelos
colapsables dado que le permiten conocer en forma global la magnitud del problema al que
estaacute enfrentado No obstante su utilidad no termina alliacute sino que por el contrario estos
perfiles le permiten tomar decisiones sobre cuaacuteles son las soluciones ingenieriles maacutes
convenientes del proyecto Pues con su ayuda se podraacute seleccionar el meacutetodo de
mejoramiento del terreno la cota de fundacioacuten de una fundacioacuten profunda la magnitud de
la carga por rozamiento negativo etc
La determinacioacuten de la magnitud del colapso de un perfil de suelo usada como
metodologiacutea de clasificacioacuten tambieacuten es de utilidad en el disentildeo de construccioacuten de obras
de ingenieriacutea en suelos colapsables Sobre todo en la caracterizacioacuten del terreno de grandes
aacutereas ya sea en obras lineales (canales caminos etc) o puntuales (complejos fabriles obras
hidraacuteulicas etc) dado que cada perfil de suelo estaacute caracterizado por un paraacutemetro lo cual
permite el manejo de un nuacutemero importante de informacioacuten Obviamente esta metodologiacutea
tambieacuten es de gran use en cualquier tipo de obras independientemente de su tamantildeo a
importancia
En un abundante nuacutemero de proyectos no es suficiente haber realizado una caracterizacioacuten
o clasificacioacuten del terreno sino que es necesario determinar la magnitud de los
asentamientos que pueden producirse en las obras Los asentamientos por colapso depende
baacutesicamente de dos tipos de factores intriacutensecos y extriacutensecos
Se sentildealan como intriacutensecos aquellos factores propios del suelo como son sus propiedades
fiacutesicas y mecaacutenicas El comportamiento del suelo dependeraacute del tipo de estructura o la
forma en que estaacuten ordenadas las partiacuteculas del grado de compacidad del tipo de viacutenculos
que unen grano con grano etc Estos factores en general no se encuentran
homogeacuteneamente distribuidos por lo cual los paraacutemetros que definen sus propiedades
tenso-deformacionales pueden sufrir variaciones locales importantes
Los factores externos que influyen en la magnitud de los asentamientos son dos el aacuterea
inundada y el estado tensional Estos dos factores influyen considerablemente en la
magnitud de los asentamientos por colapso y por tal motivo deben ser analizados
especiacuteficamente en los caacutelculos Respecto al primero de los factores a pesar que se han
realizado importantes trabajos teoacutericos la informacioacuten experimental indica que todaviacutea
existe cierta indeterminacioacuten en su estimacioacuten Por tal motivo la influencia del aacuterea
inundada en la magnitud de los asentamientos se limita a realizar correcciones de tipo
empiacuterico En cuanto a la influencia que el estado tensional tiene en los asentamientos las
investigaciones se han centrado especialmente en el estudio de cargas externas (zapatas) en
la superficie del terreno
ENSAYOS ldquoin siturdquo Perforacioacuten y muestreoEnsayos ldquoin siturdquo
o Ensayo de penetracioacuten estandar (SPT)o Ensayo de penetracioacuten de cono (CPT + CPTu)o Dilatoacutemetro de placa plana (DMT)o Presuroacutemetro (PMT)o Corte en veleta (VST)10487131048713 Meacutetodos geofiacutesicoso Ondas siacutesmicas (P- S- R-waves)o Electromagneacuteticas (radar resistividad)
EQUIPOS AUTOPROPULSADOS
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)1048713El ensayo ldquoin siturdquo maacutes comuacuten en el mundo10487131902 - Coronel Gow de Raymond Pile Co1048713 Muestreador ciliacutendrico partido1048713 Norma ASTM D 15861048713 Martillo (140-lbs cae 30 pulgadas) (635-kg cae 076 metros)1048713 Tres incrementos de 6 pulgadas Suma de los dos uacuteltimos incrementos = N (golpespieacute)
Se obtiene suelo y
un nuacutemero
Muestra alterada
(Solo para
caraterizacioacuten)
Nuacutemero muy crudo
para el anaacutelisis
No aplicable en
Ventajas
arcillas blandas y
Limos
Variabilidad e
incertidumbre
se obtiene un nuacutemero
Sencillo y de bajo
Costo
Funciona en muchos
tipos de suelo
Se puede utilizar en
rocas blandas
Disponible
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Estos suelos en condiciones de no saturacioacuten o saturacioacuten parcial presentan continuamente un reacomodo radical de las partiacuteculas y una gran peacuterdida de volumen por remojo osea al entrar al estado de saturacioacuten completa La existencia de estos suelos en el mundo y las dificultades ocasionadas a las edificaciones cimentadas sobre ellos han sido reconocidos ampliamente Los depoacutesitos maacutes extensos de suelos colapsables son eoacutelicos o depoacutesitos transportados de arena y limos (loess)Se puenden encontrar comuacutenmente en las maacutergenes fluviales
Desventajas
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Depoacutesitos eoacutelicos Estos depoacutesitos consisten en materiales transportados por el viento el cual forma dunas depoacutesitos tipo loess playas eoacutelicas y grandes depoacutesitos de ceniza volcaacutenica
Depoacutesitos transportados por agua Consisten principalmente de depoacutesitos de sedimentos sueltos a carreados por el agua los cuales forman abanicos fluviales y flujos deslizantes Estos materiales pueden ser depositados por una avenida repentina o flujo de lodo derivado de pequentildeas cuencas colectoras sujetas a aguaceros poco frecuentes
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Suelos residuales Estos suelos son producto del intemperismo y la
desintegracioacuten y alteracioacuten mecaacutenica de rocas madres Las partiacuteculas de
material residual pueden variar de tamantildeo de grandes fragmentos de
gravas a arenas limos coloides y en algunos casos material orgaacutenico
La estructura del grano colapsable se ha desarrollado como producto de
la accioacuten disolvente sobre el material soluble y coloidal La lixiviacioacuten del
material soluble y del material fino conduce a una alta relacioacuten de vaciacuteos
y a una estructura inestable Otro tipo de suelo que muestra colapso al
remojo son aquellos derivados de tufo volcaacutenico
sulfato de calcio arenas sueltas cementadas por sal soluble arcillas
dispersivas y arcillas montmorilloniacuteticas ricas en sodio
CAUSAS QUE GENERARIacuteAN DICHO COMPORTAMIENTO- Estructura parcialmente saturada potencialmente inestable- Una componente de esfuerzo aplicado o existente lo suficientemente alta para desarrollar una condicioacuten metaestable- Un ligante resistente o un agente cementante para estabilizar contactos intergranulares el cual se reduce por remojo ocasionando el colapso La mayoriacutea de suelos colapsables involucra la accioacuten de partiacuteculas arcillosas en los enlaces entre los granos gruesos de arena-Agentes cementantes tales como oacutexido de hierro carbonato de calcio o la soldadura de granos en contacto proporcionan esfuerzos resistentes para muchos suelos colapsables La accioacuten de este cementante es frecuentemente el agente principal de colapso en loess El grado al cual el agente cementante pierde su efectividad depende del grado de contaminacioacuten del ingreso del agua y del grado de disolucioacuten del agente cementante involucrado
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
CONSOLIDOacuteMETRO PARA ENSAYO DE COLAPSO
Se procede a cortar el suelo de acuerdo con las dimensiones del anillo
del ensayo de consolidacioacuten unidimensional Determinar sus
propiedades fiacutesicas tales como humedad natural peso volumen
gravedad especiacutefica de soacutelidos liacutemites de consistencia distribucioacuten
granulomeacutetrica seguacuten las normas
Se instala la muestra en el anillo del consolidoacutemetro despueacutes de haber
determinado el peso inicial de la masa huacutemeda y altura de la muestra y
fijar el conjunto anillo-muestra en el consolidoacutemetro Aplicar una carga
de contacto 005 kgcm2 (5 Kpa) despueacutes de 5 min tomar lectura del
deformiacutemetro aplicar incrementos de carga a cada hora hasta que se
aplique la presioacuten vertical apropiada Los incrementos de carga seraacuten
012 025 050 100 200 etc Kgcm2 (12 25 50 100 200 etc) o
cargas de acuerdo al meacutetodo de ensayo ASTM D2435 registrar la
deformacioacuten antes de incrementar una nueva carga
Determinacioacuten del potencial de colapso
donde
di = lectura del dial con el esfuerzo adecuado antes de la saturacioacuten (mm)
df = lectura del dial bajo el esfuerzo adecuado despueacutes del humedecimiento (mm)
ho = altura inicial de la muestra (mm)
Tmbieacuten se puede evalua en teacuterminos de relacioacuten de vaciacuteos
dondeΔe = cambio de relacioacuten de vaciacuteos bajo el esfuerzo adecuado antes y despueacutes de la inundacioacuteneo = relacioacuten de vaciacuteo inicialLa evaluacioacuten de un suelo colapsable seraacute de acuerdo a la siguiente tablaCon todo lo epxlicado concluimos que el colapso de los suelos es la disminucioacuten moderada de volumen cuando estaacute con bajo contenido de humedad y una gran peacuterdida cuando estaacute sumergido y la magnitud de asentamiento depende del contenido de humedad del suelo En estado sumergido y bajo la aplicacioacuten de cargas verticales los suelos colapsables presentan un mayor asentamiento Los suelos colapsables existen en todo el mundo principalmente en la regiones aacuteridas y semiaacuteridas nuevamente comentando que los depoacutesitos eoacutelicos coluviales residuales tubos volcaacutenicos etc son suelos que pueden ser colapsables
Definicioacuten de colapso Se definen como colapso a cualquier disminucioacuten raacutepida de volumen del suelo producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factoresbull Contenido de humedad (w) bull Grado de saturacioacuten (Sr) bull Tensioacuten media actuante (τ) bull Tensioacuten de corte (σ) bull Presioacuten de poros (u)
TIPOS DE SUELOS COLAPSABLESLos tipos de suelos colapsables son
- Suelos aluviales y coluviales ndash Depositados en ambientes Semi-deseacuterticos por flujos maacutes o menos torrenciales- Suelos eoacutelicos ndash Depositados por el viento son arenas y limos arenosos con escaso cemento arcilloso en una estructura suelta o inestable
- Cenizas volcaacutenicas ndash Provenientes de cenizas arrojadas al aire por actividad volcaacutenica explosiva- Suelos residuales ndash Derivados de la descomposicioacuten in ndash situ de minerales de ciertas rocas son luego lixiviados por el agua y pierden su cemento
CONSECUENCIAS EN CIMENTACIONES
Patologiacuteas en cimentaciones Posibles causas
Introduccioacuten
De todos los posibles tipos de patologiacutea que puede sufrir la edificacioacuten las estadiacutesticas demuestran que son las patologiacuteas ligadas a las cimentaciones las que mayores costes globales conllevan Ademaacutes tienen gran repercusioacuten social lo que las hace maacutes notorias por la complejidad propia de su reparacioacuten porque suponen una fuerte alteracioacuten y hasta interrupcioacuten del uso del inmueble y porque suelen involucrar a colindantes e incluso poderes puacuteblicos Urge como en ninguacuten otro caso determinar las causas y cuanto antes dar una solucioacuten al problema
Causas intriacutensecas de fallos de cimentacioacuten
Se agrupan aquiacute los fallos de cimentacioacuten consecuencia de la interaccioacuten entre el terreno y la propia cimentacioacuten de la construccioacuten afectada
Defectos de proyecto
Son errores de concepcioacuten de disentildeo o caacutelculo del proyecto Son errores previsibles por lo que si se tienen en cuenta en el disentildeo y caacutelculo de la edificacioacuten el riesgo de que provoquen dantildeos se minimizaEnumeramos aquiacute no todas pero siacute algunas de las posibles causas de problemas derivadas del proyectobull Falta de capacidad de carga cimentacioacuten insuficiente o capacidad
de carga del suelo insuficientebull Esfuerzos no contemplados por ej por olvido de algunas
sobrecargas de explotacioacutenbull Conocimiento insuficiente del suelo Lo que deriva en la ignorancia
de riesgos especiales geoteacutecnicos Las causas pueden ser escasez de reconocimientos previos del terreno mala interpretacioacuten de los mismos no consideracioacuten de los fenoacutemenos de agresividad etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Cobra importancia en terrenos con especiales caracteriacutesticas
Arcillas expansivas
Suelos colapsables
Rellenos antroacutepicos
Suelos blandos naturales
Infravaloracioacuten del riesgo geoteacutecnico conocido eacuteste Casos asiacute pueden ser desprecio de los efectos que produce la falta de homogeneidad de un suelo o las distintas profundidades de aparicioacuten de la roca en planta desprecio de los efectos de la potencial expansividad o de posible subpresioacuten o fenoacutemenos de subsidencias procesos de disolucioacuten etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONESbull Defectos en la evaluacioacuten del terreno asientos calculados no
tolerables por la estructura esfuerzos paraacutesitos en pilotes (olvido del efecto de asiento de terrenos flojos o rellenos recientes) etc
bull Efecto grupo en pilotes defectuosa estimacioacuten del efecto grupo en pilotes flotantes no consideracioacuten de los esfuerzos laterales o del rozamiento negativo etc
bull Ausencia de consideracioacuten del bulbo de tensiones de la cimentacioacuten propia y su alcance Pero tambieacuten de cimentaciones colindantes que podriacutean suponer una carga oblicua sobre nuestra cimentacioacuten habraacute que considerarla en caacutelculo y prever un proceso constructivo adecuado (no vayamos a provocar dantildeos a otras edificaciones)
bull Ignorancia de las condiciones de contorno es decir no consideracioacuten de las condiciones del entorno de la estructura
proyectada posibles socavaciones arrastres descalces agotamientos rebajamientos de nivel freaacutetico etc
bull Heterogeneidades distribucioacuten irregular de las cargas o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentacioacuten
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Defectos de ejecucioacuten
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecucioacuten de eacutestos Los defectos de ejecucioacuten normalmente responden a un deficiente Control de Calidad Por tanto en principio son evitablesAlgunos errores de ejecucioacuten podriacutean serbull Apreciacioacuten erroacutenea de los estratos resistentes confundidos con
capas de poco espesor bolos erraacuteticos etcbull Errores de replanteo bull Mala calidad de los materiales en especial hormigones Deterioro
de zapatas losas o muros por escasa calidad de los materiales grietas de retraccioacuten por mala dosificacioacuten del hormigoacuten materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto etc
bull Degradacioacuten del material suele ir unido al anterior hormigoacuten no resistente a la agresividad del terreno recubrimientos insuficientes madera metal etc
bullCAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Lavado del hormigoacuten en cimentaciones superficiales o profundas colocado en presencia de aguas en movimiento
Errores en la colocacioacuten de armaduras confusioacuten de diaacutemetros de armado ausencia de separadores etc
Problemas de fraguado unidos a errores de vertido de dosificacioacuten de curado
Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio cortadas lavadas) o de baja calidad y excesiva carga portante de caacutelculo
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
Meacutetodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no
colapsable
Este tipo de estabilizacioacuten se realiza principalmente en terrenos con suelos potencialmente
colapsables en los cuales la presencia de cargas adicionales en superficie puede generar
asentamientos adicionales ante un incremento de la humedad del suelo Asiacute una parte del
suelo colapsable superficial ubicado directamente debajo de las fundaciones es excavado
extraiacutedo y reemplazado por otro material maacutes competente Los materiales generalmente
utilizados son los siguientes el mismo suelo extraiacutedo compactado y eventualmente
estabilizado granulomeacutetricamente arena compactada o suelo cemento compactado La
eleccioacuten del tipo de material estaacute condicionado generalmente por variables teacutecnico
econoacutemicas Los espesores de estos mantos son variables (1 a 4 m) dependiendo del tipo de
cargas y de las caracteriacutesticas del proyecto Por ejemplo en algunos proyectos los
condicionantes pueden ser los asentamientos diferenciales (edificios) en cambio en otros
(canales) no soacutelo importa disminuir la probabilidad que se produzca el colapso sino
tambieacuten lograr una capa de suelo maacutes impermeable Este tipo de metodologiacutea ha sido
utilizada con eacutexito en numerosos paiacuteses y en innumerables tipos de obras Tambieacuten es
frecuente el empleo de esta metodologiacutea en forma conjunta con otro tipo de estabilizacioacuten
profunda cuando se presentan mantos de suelos colapsables profundos y con espesores
muy dispares
113 Medidas conducentes a evitar la iniciacioacuten del colapso
Arriba se sentildealaron los tipos de humedecimientos que seguacuten Goldstein (1969) pueden
presentarse en una masa de suelo
a) humedecimiento localizado por rotura de conducciones hidraacuteulicas o infiltraciones de
aguas de lluvia
b) humedecimiento extenso causado por roturas de canales o efluentes industriales
c) ascenso del nivel freaacutetico
d) aumento gradual y lento del contenido de humedad por condensacioacuten del vapor de agua
provocados por condiciones ambientales
Muchos de estos tipos de humedecimientos pueden ser prevenidos principalmente los
primeros pues en general eacutestos son debidos a fallas o roturas de las instalaciones de la
misma construccioacuten En cambio los otros tipos de humedecimientos estaacuten condicionados
por factores externos al proyecto como por ejemplo puede ser el ascenso del nivel freaacutetico
o la rotura de un canal cercano y ajeno al proyecto La accioacuten del proyectista debe estar
encaminada principalmente a impedir dentro de los liacutemites del proyecto la generacioacuten de
estos humedecimientos provocados por elementos de la propia construccioacuten Robinson y
Narkiewicz (1982) sugieren las siguientes medidas de proteccioacuten contra el humedecimiento
de edificios
a) Pendientes adecuadas en la superficie del terreno que rodea a la construccioacuten de modo
que no se produzcan embalsamientos de agua en las cercaniacuteas de las fundaciones y que
cualquier peacuterdida de agua pueda ser eliminada con rapidez
b) Canalizacioacuten de todos los desaguumles de techos y patios hacia el exterior de la
construccioacuten
c) Instalacioacuten de membranas impermeables o pavimentacioacuten de la superase que rodea a la
construccioacuten de modo de limitar la infiltracioacuten de agua en el suelo adyacente a las
construcciones
d) Encerrar las conducciones de agua o efluentes cloacales dentro de conductos de faacutecil
acceso a efectos de detectar posibles peacuterdidas
Algunas de estas medidas requieren una serie de medidas de control y mantenimiento
durante la vida uacutetil de la obra de manera que perioacutedicamente se realicen inspecciones a las
instalaciones y puedan detectarse peacuterdidas o dantildeos en las mismas Tambieacuten es aconsejable
que los propietarios de la obra conozcan perfectamente los riegos a que estaacute expuesta la
misma de modo que su actividad yo descuidos no inicie procesos de humedecimiento del
terreno
Las medidas de proteccioacuten en otros tipos de obras civiles (canales o caminos) tienen la
misma filosofiacutea es decir elementos de proteccioacuten que impidan o dificulten la entrada del
agua en el terreno de fundacioacuten Asiacute por ejemplo en las obras lineales se debe prestar una
especial atencioacuten al disentildeo del sistema de alcantarillado y de desaguumles En algunos casos
estas obras suelen seguir parcialmente las curvas de nivel del terreno convirtieacutendose en
verdaderas presas que impiden el natural escurrimiento de las aguas provocando la
acumulacioacuten de agua en su entorno lo que genera un humedecimiento generalizado del
terreno de fundacioacuten con los consecuentes dantildeos en la obra
Es frecuente que en ciertos tipos de obras como viviendas unifamiliares de una planta o
incluso caminos y canales las uacutenicas medidas a adoptar sean las presentadas en este
apartado ya que la utilizacioacuten de teacutecnicas de mejoramiento o fundaciones profundas
resultan prohibitivas En realidad la mayoriacutea de las obras aludidas se construyen admitiendo
el riesgo de un posible colapso del terreno El buen comportamiento que han tenido la
mayoriacutea de ellas se debe fundamentalmente a que no se ha producido ninguacuten tipo de
humedecimiento En contraste los dantildeos son serios en aquellas obras que los han sufrido
Por todo ello es un deber de los investigadores a ingenieros buscar nuevas soluciones
econoacutemicas que permitan disminuir los riesgos y por ende los dantildeos en este tipo de obras
Uno de los caminos en tal sentido es el estudio de estructuras que absorban o minimicen
los posibles asentamientos diferenciales provocados por el humedecimiento localizado del
suelo sin un aumento excesivo de los costos
114 Estructuras yo fundaciones que admiten y resisten los fenoacutemenos provocados
por el colapso
El anaacutelisis de este apartado se centraraacute principalmente en el estudio de las fundaciones
superficiales en suelos potencialmente colapsables ya que el otro gran grupo de soluciones
fundaciones profundas mediante pilotes seraacute objeto de un examen detallado en los
apartados siguientes
La lista de estructuras que se asientan directamente sobre mantos de suelos potencialmente
colapsables es amplia entre ellas pueden sentildealarse viviendas unifamiliares construcciones
transitorias galpones ductos enterrados canales caminos etc
Las fundaciones directas sobre suelos colapsables pueden ser divididas en dos grupos
a) Fundaciones riacutegidas utilizadas principalmente en estructuras livianas y con cargas
puntuales por ejemplo torres de liacuteneas de alta tensioacuten columnas de naves industriales o
depoacutesitos En general este tipo de estructuras tienen algunos rasgos comunes como son por
ejemplo cargas verticales bajas cargas horizontales importantes y en general suelen
aceptar asentamientos admisibles mayores
b) Fundaciones de baja rigidez longitudinal en este caso se trata de estructuras con cargas
lineales (muros de carga canales etc) con baja rigidez en el sentido de las cargas Este tipo
de estructuras son sensibles a humedecimientos localizados del terreno que generan
asientos diferenciales importantes En general las medidas que suelen tomarse para
disminuir los efectos de los asientos diferenciales son las siguientes disentildeo de elementos
que rigidicen la estructura (Clemence Y Finbarr 1981) y el disentildeo de elementos
constructivos que eviten
RECAPITULACIOacuteN
Definido el concepto de colapso el estudio se ha enfocado al anaacutelisis de los suelos
colapsables por humedecimiento En esta clase particular de suelos metaestables el agente
externo que desencadena el fenoacutemeno de colapso es el agua En estos suelos un incremento
de humedad puede provocar una disminucioacuten o anulacioacuten de las fuerzas que vinculan unas
partiacuteculas con otras y por lo tanto cambiar el estado de equilibrio en la estructura del suelo
El colapso de la estructura del suelo depende fundamentalmente de dos causas a) de la
importancia de los cambios provoca dos por el agua en los viacutenculos existentes entre las
partiacuteculas y b) del estado tensional en los viacutenculos O sea para que se produzca el colapso
es necesario un agente sensibilizante y un estado tensional capaz de provocar la des-
estabilizacioacuten de la estructura del suelo
Por este motivo los meacutetodos que mejor reflejan la susceptibilidad al colapso de un suelo
son aquellos basados en ensayos mecaacutenicos donde ambos factores estaacuten presentes
La gran subdivisioacuten que se hace a los suelos colapsables parte precisamente de verificar
coacutemo es el comportamiento del suelo en su estado tensional original o bajo su propio
peso Si se produce el colapso bajo este estado se indica que el suelo es verdaderamente
colapsable o autocolapsable en cambio si el fenoacutemeno no se produce se sentildeala que el
suelo es candicionalmente colapsable o colapsable bajo carga
En este contexto diversos investigadores introducen el concepto (tambieacuten tensional) de
Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) o Presioacuten de Fluencia Saturada (σf) como aquella
presioacuten a la cual se produce el colapso Desde un punto de vista teoacuterico esta presioacuten deberiacutea
ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero desde un punto de vista praacutectico se
asume que una pequentildea magnitud del colapso es permisible Por ejemplo las normas
Sovieacuteticas Lo toman igual al 100 las Chinas igual al 150 En cambio en Argentina se
utiliza maacutes la Presioacuten de Fluencia Saturada que se obtiene de forma similar a la Presioacuten de
Preconsolidacioacuten No obstante esta diferencia metodoloacutegica en ambos casos el concepto es
el mismo
Con respecto a las metodologiacuteas usadas para establecer la susceptibilidad al colapso de un
suelo o de un perfil de suelo han sido analizadas las que utilizan el concepto de Presioacuten
Inicial de Colapso y la magnitud del colapso Esta seleccioacuten se realizoacute fundamentalmente
por las siguientes causas primero porque se hacen en base a ensayos mecaacutenicos donde
intervienen el agente externo (el agua) y el estado tensional del suelo y segundo porque
permiten establecer ya sea a traveacutes de un perfil de colapsabilidad o la magnitud del
colapso coacutemo seraacute realmente el comportamiento del terreno ante las solicitaciones
producidas por la obra de ingenieriacutea
Los perfiles de colapsabilidad relacionan en profundidad el peso propio de las tierras con
la Presioacuten Inicial de Colapso esto permite determinar el espesor de suelos autocolapsables
o el espesor de los suelos que colapsaraacuten si ademaacutes del humedecimiento se aumenta el
estado tensional Estos perfiles son de gran ayuda al proyectista de fundaciones en suelos
colapsables dado que le permiten conocer en forma global la magnitud del problema al que
estaacute enfrentado No obstante su utilidad no termina alliacute sino que por el contrario estos
perfiles le permiten tomar decisiones sobre cuaacuteles son las soluciones ingenieriles maacutes
convenientes del proyecto Pues con su ayuda se podraacute seleccionar el meacutetodo de
mejoramiento del terreno la cota de fundacioacuten de una fundacioacuten profunda la magnitud de
la carga por rozamiento negativo etc
La determinacioacuten de la magnitud del colapso de un perfil de suelo usada como
metodologiacutea de clasificacioacuten tambieacuten es de utilidad en el disentildeo de construccioacuten de obras
de ingenieriacutea en suelos colapsables Sobre todo en la caracterizacioacuten del terreno de grandes
aacutereas ya sea en obras lineales (canales caminos etc) o puntuales (complejos fabriles obras
hidraacuteulicas etc) dado que cada perfil de suelo estaacute caracterizado por un paraacutemetro lo cual
permite el manejo de un nuacutemero importante de informacioacuten Obviamente esta metodologiacutea
tambieacuten es de gran use en cualquier tipo de obras independientemente de su tamantildeo a
importancia
En un abundante nuacutemero de proyectos no es suficiente haber realizado una caracterizacioacuten
o clasificacioacuten del terreno sino que es necesario determinar la magnitud de los
asentamientos que pueden producirse en las obras Los asentamientos por colapso depende
baacutesicamente de dos tipos de factores intriacutensecos y extriacutensecos
Se sentildealan como intriacutensecos aquellos factores propios del suelo como son sus propiedades
fiacutesicas y mecaacutenicas El comportamiento del suelo dependeraacute del tipo de estructura o la
forma en que estaacuten ordenadas las partiacuteculas del grado de compacidad del tipo de viacutenculos
que unen grano con grano etc Estos factores en general no se encuentran
homogeacuteneamente distribuidos por lo cual los paraacutemetros que definen sus propiedades
tenso-deformacionales pueden sufrir variaciones locales importantes
Los factores externos que influyen en la magnitud de los asentamientos son dos el aacuterea
inundada y el estado tensional Estos dos factores influyen considerablemente en la
magnitud de los asentamientos por colapso y por tal motivo deben ser analizados
especiacuteficamente en los caacutelculos Respecto al primero de los factores a pesar que se han
realizado importantes trabajos teoacutericos la informacioacuten experimental indica que todaviacutea
existe cierta indeterminacioacuten en su estimacioacuten Por tal motivo la influencia del aacuterea
inundada en la magnitud de los asentamientos se limita a realizar correcciones de tipo
empiacuterico En cuanto a la influencia que el estado tensional tiene en los asentamientos las
investigaciones se han centrado especialmente en el estudio de cargas externas (zapatas) en
la superficie del terreno
ENSAYOS ldquoin siturdquo Perforacioacuten y muestreoEnsayos ldquoin siturdquo
o Ensayo de penetracioacuten estandar (SPT)o Ensayo de penetracioacuten de cono (CPT + CPTu)o Dilatoacutemetro de placa plana (DMT)o Presuroacutemetro (PMT)o Corte en veleta (VST)10487131048713 Meacutetodos geofiacutesicoso Ondas siacutesmicas (P- S- R-waves)o Electromagneacuteticas (radar resistividad)
EQUIPOS AUTOPROPULSADOS
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)1048713El ensayo ldquoin siturdquo maacutes comuacuten en el mundo10487131902 - Coronel Gow de Raymond Pile Co1048713 Muestreador ciliacutendrico partido1048713 Norma ASTM D 15861048713 Martillo (140-lbs cae 30 pulgadas) (635-kg cae 076 metros)1048713 Tres incrementos de 6 pulgadas Suma de los dos uacuteltimos incrementos = N (golpespieacute)
Se obtiene suelo y
un nuacutemero
Muestra alterada
(Solo para
caraterizacioacuten)
Nuacutemero muy crudo
para el anaacutelisis
No aplicable en
Ventajas
arcillas blandas y
Limos
Variabilidad e
incertidumbre
se obtiene un nuacutemero
Sencillo y de bajo
Costo
Funciona en muchos
tipos de suelo
Se puede utilizar en
rocas blandas
Disponible
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Estos suelos en condiciones de no saturacioacuten o saturacioacuten parcial presentan continuamente un reacomodo radical de las partiacuteculas y una gran peacuterdida de volumen por remojo osea al entrar al estado de saturacioacuten completa La existencia de estos suelos en el mundo y las dificultades ocasionadas a las edificaciones cimentadas sobre ellos han sido reconocidos ampliamente Los depoacutesitos maacutes extensos de suelos colapsables son eoacutelicos o depoacutesitos transportados de arena y limos (loess)Se puenden encontrar comuacutenmente en las maacutergenes fluviales
Desventajas
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Depoacutesitos eoacutelicos Estos depoacutesitos consisten en materiales transportados por el viento el cual forma dunas depoacutesitos tipo loess playas eoacutelicas y grandes depoacutesitos de ceniza volcaacutenica
Depoacutesitos transportados por agua Consisten principalmente de depoacutesitos de sedimentos sueltos a carreados por el agua los cuales forman abanicos fluviales y flujos deslizantes Estos materiales pueden ser depositados por una avenida repentina o flujo de lodo derivado de pequentildeas cuencas colectoras sujetas a aguaceros poco frecuentes
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Suelos residuales Estos suelos son producto del intemperismo y la
desintegracioacuten y alteracioacuten mecaacutenica de rocas madres Las partiacuteculas de
material residual pueden variar de tamantildeo de grandes fragmentos de
gravas a arenas limos coloides y en algunos casos material orgaacutenico
La estructura del grano colapsable se ha desarrollado como producto de
la accioacuten disolvente sobre el material soluble y coloidal La lixiviacioacuten del
material soluble y del material fino conduce a una alta relacioacuten de vaciacuteos
y a una estructura inestable Otro tipo de suelo que muestra colapso al
remojo son aquellos derivados de tufo volcaacutenico
sulfato de calcio arenas sueltas cementadas por sal soluble arcillas
dispersivas y arcillas montmorilloniacuteticas ricas en sodio
CAUSAS QUE GENERARIacuteAN DICHO COMPORTAMIENTO- Estructura parcialmente saturada potencialmente inestable- Una componente de esfuerzo aplicado o existente lo suficientemente alta para desarrollar una condicioacuten metaestable- Un ligante resistente o un agente cementante para estabilizar contactos intergranulares el cual se reduce por remojo ocasionando el colapso La mayoriacutea de suelos colapsables involucra la accioacuten de partiacuteculas arcillosas en los enlaces entre los granos gruesos de arena-Agentes cementantes tales como oacutexido de hierro carbonato de calcio o la soldadura de granos en contacto proporcionan esfuerzos resistentes para muchos suelos colapsables La accioacuten de este cementante es frecuentemente el agente principal de colapso en loess El grado al cual el agente cementante pierde su efectividad depende del grado de contaminacioacuten del ingreso del agua y del grado de disolucioacuten del agente cementante involucrado
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
CONSOLIDOacuteMETRO PARA ENSAYO DE COLAPSO
Se procede a cortar el suelo de acuerdo con las dimensiones del anillo
del ensayo de consolidacioacuten unidimensional Determinar sus
propiedades fiacutesicas tales como humedad natural peso volumen
gravedad especiacutefica de soacutelidos liacutemites de consistencia distribucioacuten
granulomeacutetrica seguacuten las normas
Se instala la muestra en el anillo del consolidoacutemetro despueacutes de haber
determinado el peso inicial de la masa huacutemeda y altura de la muestra y
fijar el conjunto anillo-muestra en el consolidoacutemetro Aplicar una carga
de contacto 005 kgcm2 (5 Kpa) despueacutes de 5 min tomar lectura del
deformiacutemetro aplicar incrementos de carga a cada hora hasta que se
aplique la presioacuten vertical apropiada Los incrementos de carga seraacuten
012 025 050 100 200 etc Kgcm2 (12 25 50 100 200 etc) o
cargas de acuerdo al meacutetodo de ensayo ASTM D2435 registrar la
deformacioacuten antes de incrementar una nueva carga
Determinacioacuten del potencial de colapso
donde
di = lectura del dial con el esfuerzo adecuado antes de la saturacioacuten (mm)
df = lectura del dial bajo el esfuerzo adecuado despueacutes del humedecimiento (mm)
ho = altura inicial de la muestra (mm)
Tmbieacuten se puede evalua en teacuterminos de relacioacuten de vaciacuteos
dondeΔe = cambio de relacioacuten de vaciacuteos bajo el esfuerzo adecuado antes y despueacutes de la inundacioacuteneo = relacioacuten de vaciacuteo inicialLa evaluacioacuten de un suelo colapsable seraacute de acuerdo a la siguiente tablaCon todo lo epxlicado concluimos que el colapso de los suelos es la disminucioacuten moderada de volumen cuando estaacute con bajo contenido de humedad y una gran peacuterdida cuando estaacute sumergido y la magnitud de asentamiento depende del contenido de humedad del suelo En estado sumergido y bajo la aplicacioacuten de cargas verticales los suelos colapsables presentan un mayor asentamiento Los suelos colapsables existen en todo el mundo principalmente en la regiones aacuteridas y semiaacuteridas nuevamente comentando que los depoacutesitos eoacutelicos coluviales residuales tubos volcaacutenicos etc son suelos que pueden ser colapsables
Definicioacuten de colapso Se definen como colapso a cualquier disminucioacuten raacutepida de volumen del suelo producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factoresbull Contenido de humedad (w) bull Grado de saturacioacuten (Sr) bull Tensioacuten media actuante (τ) bull Tensioacuten de corte (σ) bull Presioacuten de poros (u)
TIPOS DE SUELOS COLAPSABLESLos tipos de suelos colapsables son
- Suelos aluviales y coluviales ndash Depositados en ambientes Semi-deseacuterticos por flujos maacutes o menos torrenciales- Suelos eoacutelicos ndash Depositados por el viento son arenas y limos arenosos con escaso cemento arcilloso en una estructura suelta o inestable
- Cenizas volcaacutenicas ndash Provenientes de cenizas arrojadas al aire por actividad volcaacutenica explosiva- Suelos residuales ndash Derivados de la descomposicioacuten in ndash situ de minerales de ciertas rocas son luego lixiviados por el agua y pierden su cemento
CONSECUENCIAS EN CIMENTACIONES
Patologiacuteas en cimentaciones Posibles causas
Introduccioacuten
De todos los posibles tipos de patologiacutea que puede sufrir la edificacioacuten las estadiacutesticas demuestran que son las patologiacuteas ligadas a las cimentaciones las que mayores costes globales conllevan Ademaacutes tienen gran repercusioacuten social lo que las hace maacutes notorias por la complejidad propia de su reparacioacuten porque suponen una fuerte alteracioacuten y hasta interrupcioacuten del uso del inmueble y porque suelen involucrar a colindantes e incluso poderes puacuteblicos Urge como en ninguacuten otro caso determinar las causas y cuanto antes dar una solucioacuten al problema
Causas intriacutensecas de fallos de cimentacioacuten
Se agrupan aquiacute los fallos de cimentacioacuten consecuencia de la interaccioacuten entre el terreno y la propia cimentacioacuten de la construccioacuten afectada
Defectos de proyecto
Son errores de concepcioacuten de disentildeo o caacutelculo del proyecto Son errores previsibles por lo que si se tienen en cuenta en el disentildeo y caacutelculo de la edificacioacuten el riesgo de que provoquen dantildeos se minimizaEnumeramos aquiacute no todas pero siacute algunas de las posibles causas de problemas derivadas del proyectobull Falta de capacidad de carga cimentacioacuten insuficiente o capacidad
de carga del suelo insuficientebull Esfuerzos no contemplados por ej por olvido de algunas
sobrecargas de explotacioacutenbull Conocimiento insuficiente del suelo Lo que deriva en la ignorancia
de riesgos especiales geoteacutecnicos Las causas pueden ser escasez de reconocimientos previos del terreno mala interpretacioacuten de los mismos no consideracioacuten de los fenoacutemenos de agresividad etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Cobra importancia en terrenos con especiales caracteriacutesticas
Arcillas expansivas
Suelos colapsables
Rellenos antroacutepicos
Suelos blandos naturales
Infravaloracioacuten del riesgo geoteacutecnico conocido eacuteste Casos asiacute pueden ser desprecio de los efectos que produce la falta de homogeneidad de un suelo o las distintas profundidades de aparicioacuten de la roca en planta desprecio de los efectos de la potencial expansividad o de posible subpresioacuten o fenoacutemenos de subsidencias procesos de disolucioacuten etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONESbull Defectos en la evaluacioacuten del terreno asientos calculados no
tolerables por la estructura esfuerzos paraacutesitos en pilotes (olvido del efecto de asiento de terrenos flojos o rellenos recientes) etc
bull Efecto grupo en pilotes defectuosa estimacioacuten del efecto grupo en pilotes flotantes no consideracioacuten de los esfuerzos laterales o del rozamiento negativo etc
bull Ausencia de consideracioacuten del bulbo de tensiones de la cimentacioacuten propia y su alcance Pero tambieacuten de cimentaciones colindantes que podriacutean suponer una carga oblicua sobre nuestra cimentacioacuten habraacute que considerarla en caacutelculo y prever un proceso constructivo adecuado (no vayamos a provocar dantildeos a otras edificaciones)
bull Ignorancia de las condiciones de contorno es decir no consideracioacuten de las condiciones del entorno de la estructura
proyectada posibles socavaciones arrastres descalces agotamientos rebajamientos de nivel freaacutetico etc
bull Heterogeneidades distribucioacuten irregular de las cargas o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentacioacuten
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Defectos de ejecucioacuten
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecucioacuten de eacutestos Los defectos de ejecucioacuten normalmente responden a un deficiente Control de Calidad Por tanto en principio son evitablesAlgunos errores de ejecucioacuten podriacutean serbull Apreciacioacuten erroacutenea de los estratos resistentes confundidos con
capas de poco espesor bolos erraacuteticos etcbull Errores de replanteo bull Mala calidad de los materiales en especial hormigones Deterioro
de zapatas losas o muros por escasa calidad de los materiales grietas de retraccioacuten por mala dosificacioacuten del hormigoacuten materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto etc
bull Degradacioacuten del material suele ir unido al anterior hormigoacuten no resistente a la agresividad del terreno recubrimientos insuficientes madera metal etc
bullCAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Lavado del hormigoacuten en cimentaciones superficiales o profundas colocado en presencia de aguas en movimiento
Errores en la colocacioacuten de armaduras confusioacuten de diaacutemetros de armado ausencia de separadores etc
Problemas de fraguado unidos a errores de vertido de dosificacioacuten de curado
Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio cortadas lavadas) o de baja calidad y excesiva carga portante de caacutelculo
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
por factores externos al proyecto como por ejemplo puede ser el ascenso del nivel freaacutetico
o la rotura de un canal cercano y ajeno al proyecto La accioacuten del proyectista debe estar
encaminada principalmente a impedir dentro de los liacutemites del proyecto la generacioacuten de
estos humedecimientos provocados por elementos de la propia construccioacuten Robinson y
Narkiewicz (1982) sugieren las siguientes medidas de proteccioacuten contra el humedecimiento
de edificios
a) Pendientes adecuadas en la superficie del terreno que rodea a la construccioacuten de modo
que no se produzcan embalsamientos de agua en las cercaniacuteas de las fundaciones y que
cualquier peacuterdida de agua pueda ser eliminada con rapidez
b) Canalizacioacuten de todos los desaguumles de techos y patios hacia el exterior de la
construccioacuten
c) Instalacioacuten de membranas impermeables o pavimentacioacuten de la superase que rodea a la
construccioacuten de modo de limitar la infiltracioacuten de agua en el suelo adyacente a las
construcciones
d) Encerrar las conducciones de agua o efluentes cloacales dentro de conductos de faacutecil
acceso a efectos de detectar posibles peacuterdidas
Algunas de estas medidas requieren una serie de medidas de control y mantenimiento
durante la vida uacutetil de la obra de manera que perioacutedicamente se realicen inspecciones a las
instalaciones y puedan detectarse peacuterdidas o dantildeos en las mismas Tambieacuten es aconsejable
que los propietarios de la obra conozcan perfectamente los riegos a que estaacute expuesta la
misma de modo que su actividad yo descuidos no inicie procesos de humedecimiento del
terreno
Las medidas de proteccioacuten en otros tipos de obras civiles (canales o caminos) tienen la
misma filosofiacutea es decir elementos de proteccioacuten que impidan o dificulten la entrada del
agua en el terreno de fundacioacuten Asiacute por ejemplo en las obras lineales se debe prestar una
especial atencioacuten al disentildeo del sistema de alcantarillado y de desaguumles En algunos casos
estas obras suelen seguir parcialmente las curvas de nivel del terreno convirtieacutendose en
verdaderas presas que impiden el natural escurrimiento de las aguas provocando la
acumulacioacuten de agua en su entorno lo que genera un humedecimiento generalizado del
terreno de fundacioacuten con los consecuentes dantildeos en la obra
Es frecuente que en ciertos tipos de obras como viviendas unifamiliares de una planta o
incluso caminos y canales las uacutenicas medidas a adoptar sean las presentadas en este
apartado ya que la utilizacioacuten de teacutecnicas de mejoramiento o fundaciones profundas
resultan prohibitivas En realidad la mayoriacutea de las obras aludidas se construyen admitiendo
el riesgo de un posible colapso del terreno El buen comportamiento que han tenido la
mayoriacutea de ellas se debe fundamentalmente a que no se ha producido ninguacuten tipo de
humedecimiento En contraste los dantildeos son serios en aquellas obras que los han sufrido
Por todo ello es un deber de los investigadores a ingenieros buscar nuevas soluciones
econoacutemicas que permitan disminuir los riesgos y por ende los dantildeos en este tipo de obras
Uno de los caminos en tal sentido es el estudio de estructuras que absorban o minimicen
los posibles asentamientos diferenciales provocados por el humedecimiento localizado del
suelo sin un aumento excesivo de los costos
114 Estructuras yo fundaciones que admiten y resisten los fenoacutemenos provocados
por el colapso
El anaacutelisis de este apartado se centraraacute principalmente en el estudio de las fundaciones
superficiales en suelos potencialmente colapsables ya que el otro gran grupo de soluciones
fundaciones profundas mediante pilotes seraacute objeto de un examen detallado en los
apartados siguientes
La lista de estructuras que se asientan directamente sobre mantos de suelos potencialmente
colapsables es amplia entre ellas pueden sentildealarse viviendas unifamiliares construcciones
transitorias galpones ductos enterrados canales caminos etc
Las fundaciones directas sobre suelos colapsables pueden ser divididas en dos grupos
a) Fundaciones riacutegidas utilizadas principalmente en estructuras livianas y con cargas
puntuales por ejemplo torres de liacuteneas de alta tensioacuten columnas de naves industriales o
depoacutesitos En general este tipo de estructuras tienen algunos rasgos comunes como son por
ejemplo cargas verticales bajas cargas horizontales importantes y en general suelen
aceptar asentamientos admisibles mayores
b) Fundaciones de baja rigidez longitudinal en este caso se trata de estructuras con cargas
lineales (muros de carga canales etc) con baja rigidez en el sentido de las cargas Este tipo
de estructuras son sensibles a humedecimientos localizados del terreno que generan
asientos diferenciales importantes En general las medidas que suelen tomarse para
disminuir los efectos de los asientos diferenciales son las siguientes disentildeo de elementos
que rigidicen la estructura (Clemence Y Finbarr 1981) y el disentildeo de elementos
constructivos que eviten
RECAPITULACIOacuteN
Definido el concepto de colapso el estudio se ha enfocado al anaacutelisis de los suelos
colapsables por humedecimiento En esta clase particular de suelos metaestables el agente
externo que desencadena el fenoacutemeno de colapso es el agua En estos suelos un incremento
de humedad puede provocar una disminucioacuten o anulacioacuten de las fuerzas que vinculan unas
partiacuteculas con otras y por lo tanto cambiar el estado de equilibrio en la estructura del suelo
El colapso de la estructura del suelo depende fundamentalmente de dos causas a) de la
importancia de los cambios provoca dos por el agua en los viacutenculos existentes entre las
partiacuteculas y b) del estado tensional en los viacutenculos O sea para que se produzca el colapso
es necesario un agente sensibilizante y un estado tensional capaz de provocar la des-
estabilizacioacuten de la estructura del suelo
Por este motivo los meacutetodos que mejor reflejan la susceptibilidad al colapso de un suelo
son aquellos basados en ensayos mecaacutenicos donde ambos factores estaacuten presentes
La gran subdivisioacuten que se hace a los suelos colapsables parte precisamente de verificar
coacutemo es el comportamiento del suelo en su estado tensional original o bajo su propio
peso Si se produce el colapso bajo este estado se indica que el suelo es verdaderamente
colapsable o autocolapsable en cambio si el fenoacutemeno no se produce se sentildeala que el
suelo es candicionalmente colapsable o colapsable bajo carga
En este contexto diversos investigadores introducen el concepto (tambieacuten tensional) de
Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) o Presioacuten de Fluencia Saturada (σf) como aquella
presioacuten a la cual se produce el colapso Desde un punto de vista teoacuterico esta presioacuten deberiacutea
ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero desde un punto de vista praacutectico se
asume que una pequentildea magnitud del colapso es permisible Por ejemplo las normas
Sovieacuteticas Lo toman igual al 100 las Chinas igual al 150 En cambio en Argentina se
utiliza maacutes la Presioacuten de Fluencia Saturada que se obtiene de forma similar a la Presioacuten de
Preconsolidacioacuten No obstante esta diferencia metodoloacutegica en ambos casos el concepto es
el mismo
Con respecto a las metodologiacuteas usadas para establecer la susceptibilidad al colapso de un
suelo o de un perfil de suelo han sido analizadas las que utilizan el concepto de Presioacuten
Inicial de Colapso y la magnitud del colapso Esta seleccioacuten se realizoacute fundamentalmente
por las siguientes causas primero porque se hacen en base a ensayos mecaacutenicos donde
intervienen el agente externo (el agua) y el estado tensional del suelo y segundo porque
permiten establecer ya sea a traveacutes de un perfil de colapsabilidad o la magnitud del
colapso coacutemo seraacute realmente el comportamiento del terreno ante las solicitaciones
producidas por la obra de ingenieriacutea
Los perfiles de colapsabilidad relacionan en profundidad el peso propio de las tierras con
la Presioacuten Inicial de Colapso esto permite determinar el espesor de suelos autocolapsables
o el espesor de los suelos que colapsaraacuten si ademaacutes del humedecimiento se aumenta el
estado tensional Estos perfiles son de gran ayuda al proyectista de fundaciones en suelos
colapsables dado que le permiten conocer en forma global la magnitud del problema al que
estaacute enfrentado No obstante su utilidad no termina alliacute sino que por el contrario estos
perfiles le permiten tomar decisiones sobre cuaacuteles son las soluciones ingenieriles maacutes
convenientes del proyecto Pues con su ayuda se podraacute seleccionar el meacutetodo de
mejoramiento del terreno la cota de fundacioacuten de una fundacioacuten profunda la magnitud de
la carga por rozamiento negativo etc
La determinacioacuten de la magnitud del colapso de un perfil de suelo usada como
metodologiacutea de clasificacioacuten tambieacuten es de utilidad en el disentildeo de construccioacuten de obras
de ingenieriacutea en suelos colapsables Sobre todo en la caracterizacioacuten del terreno de grandes
aacutereas ya sea en obras lineales (canales caminos etc) o puntuales (complejos fabriles obras
hidraacuteulicas etc) dado que cada perfil de suelo estaacute caracterizado por un paraacutemetro lo cual
permite el manejo de un nuacutemero importante de informacioacuten Obviamente esta metodologiacutea
tambieacuten es de gran use en cualquier tipo de obras independientemente de su tamantildeo a
importancia
En un abundante nuacutemero de proyectos no es suficiente haber realizado una caracterizacioacuten
o clasificacioacuten del terreno sino que es necesario determinar la magnitud de los
asentamientos que pueden producirse en las obras Los asentamientos por colapso depende
baacutesicamente de dos tipos de factores intriacutensecos y extriacutensecos
Se sentildealan como intriacutensecos aquellos factores propios del suelo como son sus propiedades
fiacutesicas y mecaacutenicas El comportamiento del suelo dependeraacute del tipo de estructura o la
forma en que estaacuten ordenadas las partiacuteculas del grado de compacidad del tipo de viacutenculos
que unen grano con grano etc Estos factores en general no se encuentran
homogeacuteneamente distribuidos por lo cual los paraacutemetros que definen sus propiedades
tenso-deformacionales pueden sufrir variaciones locales importantes
Los factores externos que influyen en la magnitud de los asentamientos son dos el aacuterea
inundada y el estado tensional Estos dos factores influyen considerablemente en la
magnitud de los asentamientos por colapso y por tal motivo deben ser analizados
especiacuteficamente en los caacutelculos Respecto al primero de los factores a pesar que se han
realizado importantes trabajos teoacutericos la informacioacuten experimental indica que todaviacutea
existe cierta indeterminacioacuten en su estimacioacuten Por tal motivo la influencia del aacuterea
inundada en la magnitud de los asentamientos se limita a realizar correcciones de tipo
empiacuterico En cuanto a la influencia que el estado tensional tiene en los asentamientos las
investigaciones se han centrado especialmente en el estudio de cargas externas (zapatas) en
la superficie del terreno
ENSAYOS ldquoin siturdquo Perforacioacuten y muestreoEnsayos ldquoin siturdquo
o Ensayo de penetracioacuten estandar (SPT)o Ensayo de penetracioacuten de cono (CPT + CPTu)o Dilatoacutemetro de placa plana (DMT)o Presuroacutemetro (PMT)o Corte en veleta (VST)10487131048713 Meacutetodos geofiacutesicoso Ondas siacutesmicas (P- S- R-waves)o Electromagneacuteticas (radar resistividad)
EQUIPOS AUTOPROPULSADOS
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)1048713El ensayo ldquoin siturdquo maacutes comuacuten en el mundo10487131902 - Coronel Gow de Raymond Pile Co1048713 Muestreador ciliacutendrico partido1048713 Norma ASTM D 15861048713 Martillo (140-lbs cae 30 pulgadas) (635-kg cae 076 metros)1048713 Tres incrementos de 6 pulgadas Suma de los dos uacuteltimos incrementos = N (golpespieacute)
Se obtiene suelo y
un nuacutemero
Muestra alterada
(Solo para
caraterizacioacuten)
Nuacutemero muy crudo
para el anaacutelisis
No aplicable en
Ventajas
arcillas blandas y
Limos
Variabilidad e
incertidumbre
se obtiene un nuacutemero
Sencillo y de bajo
Costo
Funciona en muchos
tipos de suelo
Se puede utilizar en
rocas blandas
Disponible
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Estos suelos en condiciones de no saturacioacuten o saturacioacuten parcial presentan continuamente un reacomodo radical de las partiacuteculas y una gran peacuterdida de volumen por remojo osea al entrar al estado de saturacioacuten completa La existencia de estos suelos en el mundo y las dificultades ocasionadas a las edificaciones cimentadas sobre ellos han sido reconocidos ampliamente Los depoacutesitos maacutes extensos de suelos colapsables son eoacutelicos o depoacutesitos transportados de arena y limos (loess)Se puenden encontrar comuacutenmente en las maacutergenes fluviales
Desventajas
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Depoacutesitos eoacutelicos Estos depoacutesitos consisten en materiales transportados por el viento el cual forma dunas depoacutesitos tipo loess playas eoacutelicas y grandes depoacutesitos de ceniza volcaacutenica
Depoacutesitos transportados por agua Consisten principalmente de depoacutesitos de sedimentos sueltos a carreados por el agua los cuales forman abanicos fluviales y flujos deslizantes Estos materiales pueden ser depositados por una avenida repentina o flujo de lodo derivado de pequentildeas cuencas colectoras sujetas a aguaceros poco frecuentes
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Suelos residuales Estos suelos son producto del intemperismo y la
desintegracioacuten y alteracioacuten mecaacutenica de rocas madres Las partiacuteculas de
material residual pueden variar de tamantildeo de grandes fragmentos de
gravas a arenas limos coloides y en algunos casos material orgaacutenico
La estructura del grano colapsable se ha desarrollado como producto de
la accioacuten disolvente sobre el material soluble y coloidal La lixiviacioacuten del
material soluble y del material fino conduce a una alta relacioacuten de vaciacuteos
y a una estructura inestable Otro tipo de suelo que muestra colapso al
remojo son aquellos derivados de tufo volcaacutenico
sulfato de calcio arenas sueltas cementadas por sal soluble arcillas
dispersivas y arcillas montmorilloniacuteticas ricas en sodio
CAUSAS QUE GENERARIacuteAN DICHO COMPORTAMIENTO- Estructura parcialmente saturada potencialmente inestable- Una componente de esfuerzo aplicado o existente lo suficientemente alta para desarrollar una condicioacuten metaestable- Un ligante resistente o un agente cementante para estabilizar contactos intergranulares el cual se reduce por remojo ocasionando el colapso La mayoriacutea de suelos colapsables involucra la accioacuten de partiacuteculas arcillosas en los enlaces entre los granos gruesos de arena-Agentes cementantes tales como oacutexido de hierro carbonato de calcio o la soldadura de granos en contacto proporcionan esfuerzos resistentes para muchos suelos colapsables La accioacuten de este cementante es frecuentemente el agente principal de colapso en loess El grado al cual el agente cementante pierde su efectividad depende del grado de contaminacioacuten del ingreso del agua y del grado de disolucioacuten del agente cementante involucrado
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
CONSOLIDOacuteMETRO PARA ENSAYO DE COLAPSO
Se procede a cortar el suelo de acuerdo con las dimensiones del anillo
del ensayo de consolidacioacuten unidimensional Determinar sus
propiedades fiacutesicas tales como humedad natural peso volumen
gravedad especiacutefica de soacutelidos liacutemites de consistencia distribucioacuten
granulomeacutetrica seguacuten las normas
Se instala la muestra en el anillo del consolidoacutemetro despueacutes de haber
determinado el peso inicial de la masa huacutemeda y altura de la muestra y
fijar el conjunto anillo-muestra en el consolidoacutemetro Aplicar una carga
de contacto 005 kgcm2 (5 Kpa) despueacutes de 5 min tomar lectura del
deformiacutemetro aplicar incrementos de carga a cada hora hasta que se
aplique la presioacuten vertical apropiada Los incrementos de carga seraacuten
012 025 050 100 200 etc Kgcm2 (12 25 50 100 200 etc) o
cargas de acuerdo al meacutetodo de ensayo ASTM D2435 registrar la
deformacioacuten antes de incrementar una nueva carga
Determinacioacuten del potencial de colapso
donde
di = lectura del dial con el esfuerzo adecuado antes de la saturacioacuten (mm)
df = lectura del dial bajo el esfuerzo adecuado despueacutes del humedecimiento (mm)
ho = altura inicial de la muestra (mm)
Tmbieacuten se puede evalua en teacuterminos de relacioacuten de vaciacuteos
dondeΔe = cambio de relacioacuten de vaciacuteos bajo el esfuerzo adecuado antes y despueacutes de la inundacioacuteneo = relacioacuten de vaciacuteo inicialLa evaluacioacuten de un suelo colapsable seraacute de acuerdo a la siguiente tablaCon todo lo epxlicado concluimos que el colapso de los suelos es la disminucioacuten moderada de volumen cuando estaacute con bajo contenido de humedad y una gran peacuterdida cuando estaacute sumergido y la magnitud de asentamiento depende del contenido de humedad del suelo En estado sumergido y bajo la aplicacioacuten de cargas verticales los suelos colapsables presentan un mayor asentamiento Los suelos colapsables existen en todo el mundo principalmente en la regiones aacuteridas y semiaacuteridas nuevamente comentando que los depoacutesitos eoacutelicos coluviales residuales tubos volcaacutenicos etc son suelos que pueden ser colapsables
Definicioacuten de colapso Se definen como colapso a cualquier disminucioacuten raacutepida de volumen del suelo producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factoresbull Contenido de humedad (w) bull Grado de saturacioacuten (Sr) bull Tensioacuten media actuante (τ) bull Tensioacuten de corte (σ) bull Presioacuten de poros (u)
TIPOS DE SUELOS COLAPSABLESLos tipos de suelos colapsables son
- Suelos aluviales y coluviales ndash Depositados en ambientes Semi-deseacuterticos por flujos maacutes o menos torrenciales- Suelos eoacutelicos ndash Depositados por el viento son arenas y limos arenosos con escaso cemento arcilloso en una estructura suelta o inestable
- Cenizas volcaacutenicas ndash Provenientes de cenizas arrojadas al aire por actividad volcaacutenica explosiva- Suelos residuales ndash Derivados de la descomposicioacuten in ndash situ de minerales de ciertas rocas son luego lixiviados por el agua y pierden su cemento
CONSECUENCIAS EN CIMENTACIONES
Patologiacuteas en cimentaciones Posibles causas
Introduccioacuten
De todos los posibles tipos de patologiacutea que puede sufrir la edificacioacuten las estadiacutesticas demuestran que son las patologiacuteas ligadas a las cimentaciones las que mayores costes globales conllevan Ademaacutes tienen gran repercusioacuten social lo que las hace maacutes notorias por la complejidad propia de su reparacioacuten porque suponen una fuerte alteracioacuten y hasta interrupcioacuten del uso del inmueble y porque suelen involucrar a colindantes e incluso poderes puacuteblicos Urge como en ninguacuten otro caso determinar las causas y cuanto antes dar una solucioacuten al problema
Causas intriacutensecas de fallos de cimentacioacuten
Se agrupan aquiacute los fallos de cimentacioacuten consecuencia de la interaccioacuten entre el terreno y la propia cimentacioacuten de la construccioacuten afectada
Defectos de proyecto
Son errores de concepcioacuten de disentildeo o caacutelculo del proyecto Son errores previsibles por lo que si se tienen en cuenta en el disentildeo y caacutelculo de la edificacioacuten el riesgo de que provoquen dantildeos se minimizaEnumeramos aquiacute no todas pero siacute algunas de las posibles causas de problemas derivadas del proyectobull Falta de capacidad de carga cimentacioacuten insuficiente o capacidad
de carga del suelo insuficientebull Esfuerzos no contemplados por ej por olvido de algunas
sobrecargas de explotacioacutenbull Conocimiento insuficiente del suelo Lo que deriva en la ignorancia
de riesgos especiales geoteacutecnicos Las causas pueden ser escasez de reconocimientos previos del terreno mala interpretacioacuten de los mismos no consideracioacuten de los fenoacutemenos de agresividad etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Cobra importancia en terrenos con especiales caracteriacutesticas
Arcillas expansivas
Suelos colapsables
Rellenos antroacutepicos
Suelos blandos naturales
Infravaloracioacuten del riesgo geoteacutecnico conocido eacuteste Casos asiacute pueden ser desprecio de los efectos que produce la falta de homogeneidad de un suelo o las distintas profundidades de aparicioacuten de la roca en planta desprecio de los efectos de la potencial expansividad o de posible subpresioacuten o fenoacutemenos de subsidencias procesos de disolucioacuten etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONESbull Defectos en la evaluacioacuten del terreno asientos calculados no
tolerables por la estructura esfuerzos paraacutesitos en pilotes (olvido del efecto de asiento de terrenos flojos o rellenos recientes) etc
bull Efecto grupo en pilotes defectuosa estimacioacuten del efecto grupo en pilotes flotantes no consideracioacuten de los esfuerzos laterales o del rozamiento negativo etc
bull Ausencia de consideracioacuten del bulbo de tensiones de la cimentacioacuten propia y su alcance Pero tambieacuten de cimentaciones colindantes que podriacutean suponer una carga oblicua sobre nuestra cimentacioacuten habraacute que considerarla en caacutelculo y prever un proceso constructivo adecuado (no vayamos a provocar dantildeos a otras edificaciones)
bull Ignorancia de las condiciones de contorno es decir no consideracioacuten de las condiciones del entorno de la estructura
proyectada posibles socavaciones arrastres descalces agotamientos rebajamientos de nivel freaacutetico etc
bull Heterogeneidades distribucioacuten irregular de las cargas o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentacioacuten
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Defectos de ejecucioacuten
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecucioacuten de eacutestos Los defectos de ejecucioacuten normalmente responden a un deficiente Control de Calidad Por tanto en principio son evitablesAlgunos errores de ejecucioacuten podriacutean serbull Apreciacioacuten erroacutenea de los estratos resistentes confundidos con
capas de poco espesor bolos erraacuteticos etcbull Errores de replanteo bull Mala calidad de los materiales en especial hormigones Deterioro
de zapatas losas o muros por escasa calidad de los materiales grietas de retraccioacuten por mala dosificacioacuten del hormigoacuten materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto etc
bull Degradacioacuten del material suele ir unido al anterior hormigoacuten no resistente a la agresividad del terreno recubrimientos insuficientes madera metal etc
bullCAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Lavado del hormigoacuten en cimentaciones superficiales o profundas colocado en presencia de aguas en movimiento
Errores en la colocacioacuten de armaduras confusioacuten de diaacutemetros de armado ausencia de separadores etc
Problemas de fraguado unidos a errores de vertido de dosificacioacuten de curado
Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio cortadas lavadas) o de baja calidad y excesiva carga portante de caacutelculo
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
Es frecuente que en ciertos tipos de obras como viviendas unifamiliares de una planta o
incluso caminos y canales las uacutenicas medidas a adoptar sean las presentadas en este
apartado ya que la utilizacioacuten de teacutecnicas de mejoramiento o fundaciones profundas
resultan prohibitivas En realidad la mayoriacutea de las obras aludidas se construyen admitiendo
el riesgo de un posible colapso del terreno El buen comportamiento que han tenido la
mayoriacutea de ellas se debe fundamentalmente a que no se ha producido ninguacuten tipo de
humedecimiento En contraste los dantildeos son serios en aquellas obras que los han sufrido
Por todo ello es un deber de los investigadores a ingenieros buscar nuevas soluciones
econoacutemicas que permitan disminuir los riesgos y por ende los dantildeos en este tipo de obras
Uno de los caminos en tal sentido es el estudio de estructuras que absorban o minimicen
los posibles asentamientos diferenciales provocados por el humedecimiento localizado del
suelo sin un aumento excesivo de los costos
114 Estructuras yo fundaciones que admiten y resisten los fenoacutemenos provocados
por el colapso
El anaacutelisis de este apartado se centraraacute principalmente en el estudio de las fundaciones
superficiales en suelos potencialmente colapsables ya que el otro gran grupo de soluciones
fundaciones profundas mediante pilotes seraacute objeto de un examen detallado en los
apartados siguientes
La lista de estructuras que se asientan directamente sobre mantos de suelos potencialmente
colapsables es amplia entre ellas pueden sentildealarse viviendas unifamiliares construcciones
transitorias galpones ductos enterrados canales caminos etc
Las fundaciones directas sobre suelos colapsables pueden ser divididas en dos grupos
a) Fundaciones riacutegidas utilizadas principalmente en estructuras livianas y con cargas
puntuales por ejemplo torres de liacuteneas de alta tensioacuten columnas de naves industriales o
depoacutesitos En general este tipo de estructuras tienen algunos rasgos comunes como son por
ejemplo cargas verticales bajas cargas horizontales importantes y en general suelen
aceptar asentamientos admisibles mayores
b) Fundaciones de baja rigidez longitudinal en este caso se trata de estructuras con cargas
lineales (muros de carga canales etc) con baja rigidez en el sentido de las cargas Este tipo
de estructuras son sensibles a humedecimientos localizados del terreno que generan
asientos diferenciales importantes En general las medidas que suelen tomarse para
disminuir los efectos de los asientos diferenciales son las siguientes disentildeo de elementos
que rigidicen la estructura (Clemence Y Finbarr 1981) y el disentildeo de elementos
constructivos que eviten
RECAPITULACIOacuteN
Definido el concepto de colapso el estudio se ha enfocado al anaacutelisis de los suelos
colapsables por humedecimiento En esta clase particular de suelos metaestables el agente
externo que desencadena el fenoacutemeno de colapso es el agua En estos suelos un incremento
de humedad puede provocar una disminucioacuten o anulacioacuten de las fuerzas que vinculan unas
partiacuteculas con otras y por lo tanto cambiar el estado de equilibrio en la estructura del suelo
El colapso de la estructura del suelo depende fundamentalmente de dos causas a) de la
importancia de los cambios provoca dos por el agua en los viacutenculos existentes entre las
partiacuteculas y b) del estado tensional en los viacutenculos O sea para que se produzca el colapso
es necesario un agente sensibilizante y un estado tensional capaz de provocar la des-
estabilizacioacuten de la estructura del suelo
Por este motivo los meacutetodos que mejor reflejan la susceptibilidad al colapso de un suelo
son aquellos basados en ensayos mecaacutenicos donde ambos factores estaacuten presentes
La gran subdivisioacuten que se hace a los suelos colapsables parte precisamente de verificar
coacutemo es el comportamiento del suelo en su estado tensional original o bajo su propio
peso Si se produce el colapso bajo este estado se indica que el suelo es verdaderamente
colapsable o autocolapsable en cambio si el fenoacutemeno no se produce se sentildeala que el
suelo es candicionalmente colapsable o colapsable bajo carga
En este contexto diversos investigadores introducen el concepto (tambieacuten tensional) de
Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) o Presioacuten de Fluencia Saturada (σf) como aquella
presioacuten a la cual se produce el colapso Desde un punto de vista teoacuterico esta presioacuten deberiacutea
ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero desde un punto de vista praacutectico se
asume que una pequentildea magnitud del colapso es permisible Por ejemplo las normas
Sovieacuteticas Lo toman igual al 100 las Chinas igual al 150 En cambio en Argentina se
utiliza maacutes la Presioacuten de Fluencia Saturada que se obtiene de forma similar a la Presioacuten de
Preconsolidacioacuten No obstante esta diferencia metodoloacutegica en ambos casos el concepto es
el mismo
Con respecto a las metodologiacuteas usadas para establecer la susceptibilidad al colapso de un
suelo o de un perfil de suelo han sido analizadas las que utilizan el concepto de Presioacuten
Inicial de Colapso y la magnitud del colapso Esta seleccioacuten se realizoacute fundamentalmente
por las siguientes causas primero porque se hacen en base a ensayos mecaacutenicos donde
intervienen el agente externo (el agua) y el estado tensional del suelo y segundo porque
permiten establecer ya sea a traveacutes de un perfil de colapsabilidad o la magnitud del
colapso coacutemo seraacute realmente el comportamiento del terreno ante las solicitaciones
producidas por la obra de ingenieriacutea
Los perfiles de colapsabilidad relacionan en profundidad el peso propio de las tierras con
la Presioacuten Inicial de Colapso esto permite determinar el espesor de suelos autocolapsables
o el espesor de los suelos que colapsaraacuten si ademaacutes del humedecimiento se aumenta el
estado tensional Estos perfiles son de gran ayuda al proyectista de fundaciones en suelos
colapsables dado que le permiten conocer en forma global la magnitud del problema al que
estaacute enfrentado No obstante su utilidad no termina alliacute sino que por el contrario estos
perfiles le permiten tomar decisiones sobre cuaacuteles son las soluciones ingenieriles maacutes
convenientes del proyecto Pues con su ayuda se podraacute seleccionar el meacutetodo de
mejoramiento del terreno la cota de fundacioacuten de una fundacioacuten profunda la magnitud de
la carga por rozamiento negativo etc
La determinacioacuten de la magnitud del colapso de un perfil de suelo usada como
metodologiacutea de clasificacioacuten tambieacuten es de utilidad en el disentildeo de construccioacuten de obras
de ingenieriacutea en suelos colapsables Sobre todo en la caracterizacioacuten del terreno de grandes
aacutereas ya sea en obras lineales (canales caminos etc) o puntuales (complejos fabriles obras
hidraacuteulicas etc) dado que cada perfil de suelo estaacute caracterizado por un paraacutemetro lo cual
permite el manejo de un nuacutemero importante de informacioacuten Obviamente esta metodologiacutea
tambieacuten es de gran use en cualquier tipo de obras independientemente de su tamantildeo a
importancia
En un abundante nuacutemero de proyectos no es suficiente haber realizado una caracterizacioacuten
o clasificacioacuten del terreno sino que es necesario determinar la magnitud de los
asentamientos que pueden producirse en las obras Los asentamientos por colapso depende
baacutesicamente de dos tipos de factores intriacutensecos y extriacutensecos
Se sentildealan como intriacutensecos aquellos factores propios del suelo como son sus propiedades
fiacutesicas y mecaacutenicas El comportamiento del suelo dependeraacute del tipo de estructura o la
forma en que estaacuten ordenadas las partiacuteculas del grado de compacidad del tipo de viacutenculos
que unen grano con grano etc Estos factores en general no se encuentran
homogeacuteneamente distribuidos por lo cual los paraacutemetros que definen sus propiedades
tenso-deformacionales pueden sufrir variaciones locales importantes
Los factores externos que influyen en la magnitud de los asentamientos son dos el aacuterea
inundada y el estado tensional Estos dos factores influyen considerablemente en la
magnitud de los asentamientos por colapso y por tal motivo deben ser analizados
especiacuteficamente en los caacutelculos Respecto al primero de los factores a pesar que se han
realizado importantes trabajos teoacutericos la informacioacuten experimental indica que todaviacutea
existe cierta indeterminacioacuten en su estimacioacuten Por tal motivo la influencia del aacuterea
inundada en la magnitud de los asentamientos se limita a realizar correcciones de tipo
empiacuterico En cuanto a la influencia que el estado tensional tiene en los asentamientos las
investigaciones se han centrado especialmente en el estudio de cargas externas (zapatas) en
la superficie del terreno
ENSAYOS ldquoin siturdquo Perforacioacuten y muestreoEnsayos ldquoin siturdquo
o Ensayo de penetracioacuten estandar (SPT)o Ensayo de penetracioacuten de cono (CPT + CPTu)o Dilatoacutemetro de placa plana (DMT)o Presuroacutemetro (PMT)o Corte en veleta (VST)10487131048713 Meacutetodos geofiacutesicoso Ondas siacutesmicas (P- S- R-waves)o Electromagneacuteticas (radar resistividad)
EQUIPOS AUTOPROPULSADOS
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)1048713El ensayo ldquoin siturdquo maacutes comuacuten en el mundo10487131902 - Coronel Gow de Raymond Pile Co1048713 Muestreador ciliacutendrico partido1048713 Norma ASTM D 15861048713 Martillo (140-lbs cae 30 pulgadas) (635-kg cae 076 metros)1048713 Tres incrementos de 6 pulgadas Suma de los dos uacuteltimos incrementos = N (golpespieacute)
Se obtiene suelo y
un nuacutemero
Muestra alterada
(Solo para
caraterizacioacuten)
Nuacutemero muy crudo
para el anaacutelisis
No aplicable en
Ventajas
arcillas blandas y
Limos
Variabilidad e
incertidumbre
se obtiene un nuacutemero
Sencillo y de bajo
Costo
Funciona en muchos
tipos de suelo
Se puede utilizar en
rocas blandas
Disponible
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Estos suelos en condiciones de no saturacioacuten o saturacioacuten parcial presentan continuamente un reacomodo radical de las partiacuteculas y una gran peacuterdida de volumen por remojo osea al entrar al estado de saturacioacuten completa La existencia de estos suelos en el mundo y las dificultades ocasionadas a las edificaciones cimentadas sobre ellos han sido reconocidos ampliamente Los depoacutesitos maacutes extensos de suelos colapsables son eoacutelicos o depoacutesitos transportados de arena y limos (loess)Se puenden encontrar comuacutenmente en las maacutergenes fluviales
Desventajas
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Depoacutesitos eoacutelicos Estos depoacutesitos consisten en materiales transportados por el viento el cual forma dunas depoacutesitos tipo loess playas eoacutelicas y grandes depoacutesitos de ceniza volcaacutenica
Depoacutesitos transportados por agua Consisten principalmente de depoacutesitos de sedimentos sueltos a carreados por el agua los cuales forman abanicos fluviales y flujos deslizantes Estos materiales pueden ser depositados por una avenida repentina o flujo de lodo derivado de pequentildeas cuencas colectoras sujetas a aguaceros poco frecuentes
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Suelos residuales Estos suelos son producto del intemperismo y la
desintegracioacuten y alteracioacuten mecaacutenica de rocas madres Las partiacuteculas de
material residual pueden variar de tamantildeo de grandes fragmentos de
gravas a arenas limos coloides y en algunos casos material orgaacutenico
La estructura del grano colapsable se ha desarrollado como producto de
la accioacuten disolvente sobre el material soluble y coloidal La lixiviacioacuten del
material soluble y del material fino conduce a una alta relacioacuten de vaciacuteos
y a una estructura inestable Otro tipo de suelo que muestra colapso al
remojo son aquellos derivados de tufo volcaacutenico
sulfato de calcio arenas sueltas cementadas por sal soluble arcillas
dispersivas y arcillas montmorilloniacuteticas ricas en sodio
CAUSAS QUE GENERARIacuteAN DICHO COMPORTAMIENTO- Estructura parcialmente saturada potencialmente inestable- Una componente de esfuerzo aplicado o existente lo suficientemente alta para desarrollar una condicioacuten metaestable- Un ligante resistente o un agente cementante para estabilizar contactos intergranulares el cual se reduce por remojo ocasionando el colapso La mayoriacutea de suelos colapsables involucra la accioacuten de partiacuteculas arcillosas en los enlaces entre los granos gruesos de arena-Agentes cementantes tales como oacutexido de hierro carbonato de calcio o la soldadura de granos en contacto proporcionan esfuerzos resistentes para muchos suelos colapsables La accioacuten de este cementante es frecuentemente el agente principal de colapso en loess El grado al cual el agente cementante pierde su efectividad depende del grado de contaminacioacuten del ingreso del agua y del grado de disolucioacuten del agente cementante involucrado
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
CONSOLIDOacuteMETRO PARA ENSAYO DE COLAPSO
Se procede a cortar el suelo de acuerdo con las dimensiones del anillo
del ensayo de consolidacioacuten unidimensional Determinar sus
propiedades fiacutesicas tales como humedad natural peso volumen
gravedad especiacutefica de soacutelidos liacutemites de consistencia distribucioacuten
granulomeacutetrica seguacuten las normas
Se instala la muestra en el anillo del consolidoacutemetro despueacutes de haber
determinado el peso inicial de la masa huacutemeda y altura de la muestra y
fijar el conjunto anillo-muestra en el consolidoacutemetro Aplicar una carga
de contacto 005 kgcm2 (5 Kpa) despueacutes de 5 min tomar lectura del
deformiacutemetro aplicar incrementos de carga a cada hora hasta que se
aplique la presioacuten vertical apropiada Los incrementos de carga seraacuten
012 025 050 100 200 etc Kgcm2 (12 25 50 100 200 etc) o
cargas de acuerdo al meacutetodo de ensayo ASTM D2435 registrar la
deformacioacuten antes de incrementar una nueva carga
Determinacioacuten del potencial de colapso
donde
di = lectura del dial con el esfuerzo adecuado antes de la saturacioacuten (mm)
df = lectura del dial bajo el esfuerzo adecuado despueacutes del humedecimiento (mm)
ho = altura inicial de la muestra (mm)
Tmbieacuten se puede evalua en teacuterminos de relacioacuten de vaciacuteos
dondeΔe = cambio de relacioacuten de vaciacuteos bajo el esfuerzo adecuado antes y despueacutes de la inundacioacuteneo = relacioacuten de vaciacuteo inicialLa evaluacioacuten de un suelo colapsable seraacute de acuerdo a la siguiente tablaCon todo lo epxlicado concluimos que el colapso de los suelos es la disminucioacuten moderada de volumen cuando estaacute con bajo contenido de humedad y una gran peacuterdida cuando estaacute sumergido y la magnitud de asentamiento depende del contenido de humedad del suelo En estado sumergido y bajo la aplicacioacuten de cargas verticales los suelos colapsables presentan un mayor asentamiento Los suelos colapsables existen en todo el mundo principalmente en la regiones aacuteridas y semiaacuteridas nuevamente comentando que los depoacutesitos eoacutelicos coluviales residuales tubos volcaacutenicos etc son suelos que pueden ser colapsables
Definicioacuten de colapso Se definen como colapso a cualquier disminucioacuten raacutepida de volumen del suelo producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factoresbull Contenido de humedad (w) bull Grado de saturacioacuten (Sr) bull Tensioacuten media actuante (τ) bull Tensioacuten de corte (σ) bull Presioacuten de poros (u)
TIPOS DE SUELOS COLAPSABLESLos tipos de suelos colapsables son
- Suelos aluviales y coluviales ndash Depositados en ambientes Semi-deseacuterticos por flujos maacutes o menos torrenciales- Suelos eoacutelicos ndash Depositados por el viento son arenas y limos arenosos con escaso cemento arcilloso en una estructura suelta o inestable
- Cenizas volcaacutenicas ndash Provenientes de cenizas arrojadas al aire por actividad volcaacutenica explosiva- Suelos residuales ndash Derivados de la descomposicioacuten in ndash situ de minerales de ciertas rocas son luego lixiviados por el agua y pierden su cemento
CONSECUENCIAS EN CIMENTACIONES
Patologiacuteas en cimentaciones Posibles causas
Introduccioacuten
De todos los posibles tipos de patologiacutea que puede sufrir la edificacioacuten las estadiacutesticas demuestran que son las patologiacuteas ligadas a las cimentaciones las que mayores costes globales conllevan Ademaacutes tienen gran repercusioacuten social lo que las hace maacutes notorias por la complejidad propia de su reparacioacuten porque suponen una fuerte alteracioacuten y hasta interrupcioacuten del uso del inmueble y porque suelen involucrar a colindantes e incluso poderes puacuteblicos Urge como en ninguacuten otro caso determinar las causas y cuanto antes dar una solucioacuten al problema
Causas intriacutensecas de fallos de cimentacioacuten
Se agrupan aquiacute los fallos de cimentacioacuten consecuencia de la interaccioacuten entre el terreno y la propia cimentacioacuten de la construccioacuten afectada
Defectos de proyecto
Son errores de concepcioacuten de disentildeo o caacutelculo del proyecto Son errores previsibles por lo que si se tienen en cuenta en el disentildeo y caacutelculo de la edificacioacuten el riesgo de que provoquen dantildeos se minimizaEnumeramos aquiacute no todas pero siacute algunas de las posibles causas de problemas derivadas del proyectobull Falta de capacidad de carga cimentacioacuten insuficiente o capacidad
de carga del suelo insuficientebull Esfuerzos no contemplados por ej por olvido de algunas
sobrecargas de explotacioacutenbull Conocimiento insuficiente del suelo Lo que deriva en la ignorancia
de riesgos especiales geoteacutecnicos Las causas pueden ser escasez de reconocimientos previos del terreno mala interpretacioacuten de los mismos no consideracioacuten de los fenoacutemenos de agresividad etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Cobra importancia en terrenos con especiales caracteriacutesticas
Arcillas expansivas
Suelos colapsables
Rellenos antroacutepicos
Suelos blandos naturales
Infravaloracioacuten del riesgo geoteacutecnico conocido eacuteste Casos asiacute pueden ser desprecio de los efectos que produce la falta de homogeneidad de un suelo o las distintas profundidades de aparicioacuten de la roca en planta desprecio de los efectos de la potencial expansividad o de posible subpresioacuten o fenoacutemenos de subsidencias procesos de disolucioacuten etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONESbull Defectos en la evaluacioacuten del terreno asientos calculados no
tolerables por la estructura esfuerzos paraacutesitos en pilotes (olvido del efecto de asiento de terrenos flojos o rellenos recientes) etc
bull Efecto grupo en pilotes defectuosa estimacioacuten del efecto grupo en pilotes flotantes no consideracioacuten de los esfuerzos laterales o del rozamiento negativo etc
bull Ausencia de consideracioacuten del bulbo de tensiones de la cimentacioacuten propia y su alcance Pero tambieacuten de cimentaciones colindantes que podriacutean suponer una carga oblicua sobre nuestra cimentacioacuten habraacute que considerarla en caacutelculo y prever un proceso constructivo adecuado (no vayamos a provocar dantildeos a otras edificaciones)
bull Ignorancia de las condiciones de contorno es decir no consideracioacuten de las condiciones del entorno de la estructura
proyectada posibles socavaciones arrastres descalces agotamientos rebajamientos de nivel freaacutetico etc
bull Heterogeneidades distribucioacuten irregular de las cargas o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentacioacuten
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Defectos de ejecucioacuten
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecucioacuten de eacutestos Los defectos de ejecucioacuten normalmente responden a un deficiente Control de Calidad Por tanto en principio son evitablesAlgunos errores de ejecucioacuten podriacutean serbull Apreciacioacuten erroacutenea de los estratos resistentes confundidos con
capas de poco espesor bolos erraacuteticos etcbull Errores de replanteo bull Mala calidad de los materiales en especial hormigones Deterioro
de zapatas losas o muros por escasa calidad de los materiales grietas de retraccioacuten por mala dosificacioacuten del hormigoacuten materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto etc
bull Degradacioacuten del material suele ir unido al anterior hormigoacuten no resistente a la agresividad del terreno recubrimientos insuficientes madera metal etc
bullCAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Lavado del hormigoacuten en cimentaciones superficiales o profundas colocado en presencia de aguas en movimiento
Errores en la colocacioacuten de armaduras confusioacuten de diaacutemetros de armado ausencia de separadores etc
Problemas de fraguado unidos a errores de vertido de dosificacioacuten de curado
Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio cortadas lavadas) o de baja calidad y excesiva carga portante de caacutelculo
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
disminuir los efectos de los asientos diferenciales son las siguientes disentildeo de elementos
que rigidicen la estructura (Clemence Y Finbarr 1981) y el disentildeo de elementos
constructivos que eviten
RECAPITULACIOacuteN
Definido el concepto de colapso el estudio se ha enfocado al anaacutelisis de los suelos
colapsables por humedecimiento En esta clase particular de suelos metaestables el agente
externo que desencadena el fenoacutemeno de colapso es el agua En estos suelos un incremento
de humedad puede provocar una disminucioacuten o anulacioacuten de las fuerzas que vinculan unas
partiacuteculas con otras y por lo tanto cambiar el estado de equilibrio en la estructura del suelo
El colapso de la estructura del suelo depende fundamentalmente de dos causas a) de la
importancia de los cambios provoca dos por el agua en los viacutenculos existentes entre las
partiacuteculas y b) del estado tensional en los viacutenculos O sea para que se produzca el colapso
es necesario un agente sensibilizante y un estado tensional capaz de provocar la des-
estabilizacioacuten de la estructura del suelo
Por este motivo los meacutetodos que mejor reflejan la susceptibilidad al colapso de un suelo
son aquellos basados en ensayos mecaacutenicos donde ambos factores estaacuten presentes
La gran subdivisioacuten que se hace a los suelos colapsables parte precisamente de verificar
coacutemo es el comportamiento del suelo en su estado tensional original o bajo su propio
peso Si se produce el colapso bajo este estado se indica que el suelo es verdaderamente
colapsable o autocolapsable en cambio si el fenoacutemeno no se produce se sentildeala que el
suelo es candicionalmente colapsable o colapsable bajo carga
En este contexto diversos investigadores introducen el concepto (tambieacuten tensional) de
Presioacuten Inicial de Colapso (σicol) o Presioacuten de Fluencia Saturada (σf) como aquella
presioacuten a la cual se produce el colapso Desde un punto de vista teoacuterico esta presioacuten deberiacutea
ser aquella para la cual el colapso es igual a cero pero desde un punto de vista praacutectico se
asume que una pequentildea magnitud del colapso es permisible Por ejemplo las normas
Sovieacuteticas Lo toman igual al 100 las Chinas igual al 150 En cambio en Argentina se
utiliza maacutes la Presioacuten de Fluencia Saturada que se obtiene de forma similar a la Presioacuten de
Preconsolidacioacuten No obstante esta diferencia metodoloacutegica en ambos casos el concepto es
el mismo
Con respecto a las metodologiacuteas usadas para establecer la susceptibilidad al colapso de un
suelo o de un perfil de suelo han sido analizadas las que utilizan el concepto de Presioacuten
Inicial de Colapso y la magnitud del colapso Esta seleccioacuten se realizoacute fundamentalmente
por las siguientes causas primero porque se hacen en base a ensayos mecaacutenicos donde
intervienen el agente externo (el agua) y el estado tensional del suelo y segundo porque
permiten establecer ya sea a traveacutes de un perfil de colapsabilidad o la magnitud del
colapso coacutemo seraacute realmente el comportamiento del terreno ante las solicitaciones
producidas por la obra de ingenieriacutea
Los perfiles de colapsabilidad relacionan en profundidad el peso propio de las tierras con
la Presioacuten Inicial de Colapso esto permite determinar el espesor de suelos autocolapsables
o el espesor de los suelos que colapsaraacuten si ademaacutes del humedecimiento se aumenta el
estado tensional Estos perfiles son de gran ayuda al proyectista de fundaciones en suelos
colapsables dado que le permiten conocer en forma global la magnitud del problema al que
estaacute enfrentado No obstante su utilidad no termina alliacute sino que por el contrario estos
perfiles le permiten tomar decisiones sobre cuaacuteles son las soluciones ingenieriles maacutes
convenientes del proyecto Pues con su ayuda se podraacute seleccionar el meacutetodo de
mejoramiento del terreno la cota de fundacioacuten de una fundacioacuten profunda la magnitud de
la carga por rozamiento negativo etc
La determinacioacuten de la magnitud del colapso de un perfil de suelo usada como
metodologiacutea de clasificacioacuten tambieacuten es de utilidad en el disentildeo de construccioacuten de obras
de ingenieriacutea en suelos colapsables Sobre todo en la caracterizacioacuten del terreno de grandes
aacutereas ya sea en obras lineales (canales caminos etc) o puntuales (complejos fabriles obras
hidraacuteulicas etc) dado que cada perfil de suelo estaacute caracterizado por un paraacutemetro lo cual
permite el manejo de un nuacutemero importante de informacioacuten Obviamente esta metodologiacutea
tambieacuten es de gran use en cualquier tipo de obras independientemente de su tamantildeo a
importancia
En un abundante nuacutemero de proyectos no es suficiente haber realizado una caracterizacioacuten
o clasificacioacuten del terreno sino que es necesario determinar la magnitud de los
asentamientos que pueden producirse en las obras Los asentamientos por colapso depende
baacutesicamente de dos tipos de factores intriacutensecos y extriacutensecos
Se sentildealan como intriacutensecos aquellos factores propios del suelo como son sus propiedades
fiacutesicas y mecaacutenicas El comportamiento del suelo dependeraacute del tipo de estructura o la
forma en que estaacuten ordenadas las partiacuteculas del grado de compacidad del tipo de viacutenculos
que unen grano con grano etc Estos factores en general no se encuentran
homogeacuteneamente distribuidos por lo cual los paraacutemetros que definen sus propiedades
tenso-deformacionales pueden sufrir variaciones locales importantes
Los factores externos que influyen en la magnitud de los asentamientos son dos el aacuterea
inundada y el estado tensional Estos dos factores influyen considerablemente en la
magnitud de los asentamientos por colapso y por tal motivo deben ser analizados
especiacuteficamente en los caacutelculos Respecto al primero de los factores a pesar que se han
realizado importantes trabajos teoacutericos la informacioacuten experimental indica que todaviacutea
existe cierta indeterminacioacuten en su estimacioacuten Por tal motivo la influencia del aacuterea
inundada en la magnitud de los asentamientos se limita a realizar correcciones de tipo
empiacuterico En cuanto a la influencia que el estado tensional tiene en los asentamientos las
investigaciones se han centrado especialmente en el estudio de cargas externas (zapatas) en
la superficie del terreno
ENSAYOS ldquoin siturdquo Perforacioacuten y muestreoEnsayos ldquoin siturdquo
o Ensayo de penetracioacuten estandar (SPT)o Ensayo de penetracioacuten de cono (CPT + CPTu)o Dilatoacutemetro de placa plana (DMT)o Presuroacutemetro (PMT)o Corte en veleta (VST)10487131048713 Meacutetodos geofiacutesicoso Ondas siacutesmicas (P- S- R-waves)o Electromagneacuteticas (radar resistividad)
EQUIPOS AUTOPROPULSADOS
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)1048713El ensayo ldquoin siturdquo maacutes comuacuten en el mundo10487131902 - Coronel Gow de Raymond Pile Co1048713 Muestreador ciliacutendrico partido1048713 Norma ASTM D 15861048713 Martillo (140-lbs cae 30 pulgadas) (635-kg cae 076 metros)1048713 Tres incrementos de 6 pulgadas Suma de los dos uacuteltimos incrementos = N (golpespieacute)
Se obtiene suelo y
un nuacutemero
Muestra alterada
(Solo para
caraterizacioacuten)
Nuacutemero muy crudo
para el anaacutelisis
No aplicable en
Ventajas
arcillas blandas y
Limos
Variabilidad e
incertidumbre
se obtiene un nuacutemero
Sencillo y de bajo
Costo
Funciona en muchos
tipos de suelo
Se puede utilizar en
rocas blandas
Disponible
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Estos suelos en condiciones de no saturacioacuten o saturacioacuten parcial presentan continuamente un reacomodo radical de las partiacuteculas y una gran peacuterdida de volumen por remojo osea al entrar al estado de saturacioacuten completa La existencia de estos suelos en el mundo y las dificultades ocasionadas a las edificaciones cimentadas sobre ellos han sido reconocidos ampliamente Los depoacutesitos maacutes extensos de suelos colapsables son eoacutelicos o depoacutesitos transportados de arena y limos (loess)Se puenden encontrar comuacutenmente en las maacutergenes fluviales
Desventajas
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Depoacutesitos eoacutelicos Estos depoacutesitos consisten en materiales transportados por el viento el cual forma dunas depoacutesitos tipo loess playas eoacutelicas y grandes depoacutesitos de ceniza volcaacutenica
Depoacutesitos transportados por agua Consisten principalmente de depoacutesitos de sedimentos sueltos a carreados por el agua los cuales forman abanicos fluviales y flujos deslizantes Estos materiales pueden ser depositados por una avenida repentina o flujo de lodo derivado de pequentildeas cuencas colectoras sujetas a aguaceros poco frecuentes
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Suelos residuales Estos suelos son producto del intemperismo y la
desintegracioacuten y alteracioacuten mecaacutenica de rocas madres Las partiacuteculas de
material residual pueden variar de tamantildeo de grandes fragmentos de
gravas a arenas limos coloides y en algunos casos material orgaacutenico
La estructura del grano colapsable se ha desarrollado como producto de
la accioacuten disolvente sobre el material soluble y coloidal La lixiviacioacuten del
material soluble y del material fino conduce a una alta relacioacuten de vaciacuteos
y a una estructura inestable Otro tipo de suelo que muestra colapso al
remojo son aquellos derivados de tufo volcaacutenico
sulfato de calcio arenas sueltas cementadas por sal soluble arcillas
dispersivas y arcillas montmorilloniacuteticas ricas en sodio
CAUSAS QUE GENERARIacuteAN DICHO COMPORTAMIENTO- Estructura parcialmente saturada potencialmente inestable- Una componente de esfuerzo aplicado o existente lo suficientemente alta para desarrollar una condicioacuten metaestable- Un ligante resistente o un agente cementante para estabilizar contactos intergranulares el cual se reduce por remojo ocasionando el colapso La mayoriacutea de suelos colapsables involucra la accioacuten de partiacuteculas arcillosas en los enlaces entre los granos gruesos de arena-Agentes cementantes tales como oacutexido de hierro carbonato de calcio o la soldadura de granos en contacto proporcionan esfuerzos resistentes para muchos suelos colapsables La accioacuten de este cementante es frecuentemente el agente principal de colapso en loess El grado al cual el agente cementante pierde su efectividad depende del grado de contaminacioacuten del ingreso del agua y del grado de disolucioacuten del agente cementante involucrado
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
CONSOLIDOacuteMETRO PARA ENSAYO DE COLAPSO
Se procede a cortar el suelo de acuerdo con las dimensiones del anillo
del ensayo de consolidacioacuten unidimensional Determinar sus
propiedades fiacutesicas tales como humedad natural peso volumen
gravedad especiacutefica de soacutelidos liacutemites de consistencia distribucioacuten
granulomeacutetrica seguacuten las normas
Se instala la muestra en el anillo del consolidoacutemetro despueacutes de haber
determinado el peso inicial de la masa huacutemeda y altura de la muestra y
fijar el conjunto anillo-muestra en el consolidoacutemetro Aplicar una carga
de contacto 005 kgcm2 (5 Kpa) despueacutes de 5 min tomar lectura del
deformiacutemetro aplicar incrementos de carga a cada hora hasta que se
aplique la presioacuten vertical apropiada Los incrementos de carga seraacuten
012 025 050 100 200 etc Kgcm2 (12 25 50 100 200 etc) o
cargas de acuerdo al meacutetodo de ensayo ASTM D2435 registrar la
deformacioacuten antes de incrementar una nueva carga
Determinacioacuten del potencial de colapso
donde
di = lectura del dial con el esfuerzo adecuado antes de la saturacioacuten (mm)
df = lectura del dial bajo el esfuerzo adecuado despueacutes del humedecimiento (mm)
ho = altura inicial de la muestra (mm)
Tmbieacuten se puede evalua en teacuterminos de relacioacuten de vaciacuteos
dondeΔe = cambio de relacioacuten de vaciacuteos bajo el esfuerzo adecuado antes y despueacutes de la inundacioacuteneo = relacioacuten de vaciacuteo inicialLa evaluacioacuten de un suelo colapsable seraacute de acuerdo a la siguiente tablaCon todo lo epxlicado concluimos que el colapso de los suelos es la disminucioacuten moderada de volumen cuando estaacute con bajo contenido de humedad y una gran peacuterdida cuando estaacute sumergido y la magnitud de asentamiento depende del contenido de humedad del suelo En estado sumergido y bajo la aplicacioacuten de cargas verticales los suelos colapsables presentan un mayor asentamiento Los suelos colapsables existen en todo el mundo principalmente en la regiones aacuteridas y semiaacuteridas nuevamente comentando que los depoacutesitos eoacutelicos coluviales residuales tubos volcaacutenicos etc son suelos que pueden ser colapsables
Definicioacuten de colapso Se definen como colapso a cualquier disminucioacuten raacutepida de volumen del suelo producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factoresbull Contenido de humedad (w) bull Grado de saturacioacuten (Sr) bull Tensioacuten media actuante (τ) bull Tensioacuten de corte (σ) bull Presioacuten de poros (u)
TIPOS DE SUELOS COLAPSABLESLos tipos de suelos colapsables son
- Suelos aluviales y coluviales ndash Depositados en ambientes Semi-deseacuterticos por flujos maacutes o menos torrenciales- Suelos eoacutelicos ndash Depositados por el viento son arenas y limos arenosos con escaso cemento arcilloso en una estructura suelta o inestable
- Cenizas volcaacutenicas ndash Provenientes de cenizas arrojadas al aire por actividad volcaacutenica explosiva- Suelos residuales ndash Derivados de la descomposicioacuten in ndash situ de minerales de ciertas rocas son luego lixiviados por el agua y pierden su cemento
CONSECUENCIAS EN CIMENTACIONES
Patologiacuteas en cimentaciones Posibles causas
Introduccioacuten
De todos los posibles tipos de patologiacutea que puede sufrir la edificacioacuten las estadiacutesticas demuestran que son las patologiacuteas ligadas a las cimentaciones las que mayores costes globales conllevan Ademaacutes tienen gran repercusioacuten social lo que las hace maacutes notorias por la complejidad propia de su reparacioacuten porque suponen una fuerte alteracioacuten y hasta interrupcioacuten del uso del inmueble y porque suelen involucrar a colindantes e incluso poderes puacuteblicos Urge como en ninguacuten otro caso determinar las causas y cuanto antes dar una solucioacuten al problema
Causas intriacutensecas de fallos de cimentacioacuten
Se agrupan aquiacute los fallos de cimentacioacuten consecuencia de la interaccioacuten entre el terreno y la propia cimentacioacuten de la construccioacuten afectada
Defectos de proyecto
Son errores de concepcioacuten de disentildeo o caacutelculo del proyecto Son errores previsibles por lo que si se tienen en cuenta en el disentildeo y caacutelculo de la edificacioacuten el riesgo de que provoquen dantildeos se minimizaEnumeramos aquiacute no todas pero siacute algunas de las posibles causas de problemas derivadas del proyectobull Falta de capacidad de carga cimentacioacuten insuficiente o capacidad
de carga del suelo insuficientebull Esfuerzos no contemplados por ej por olvido de algunas
sobrecargas de explotacioacutenbull Conocimiento insuficiente del suelo Lo que deriva en la ignorancia
de riesgos especiales geoteacutecnicos Las causas pueden ser escasez de reconocimientos previos del terreno mala interpretacioacuten de los mismos no consideracioacuten de los fenoacutemenos de agresividad etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Cobra importancia en terrenos con especiales caracteriacutesticas
Arcillas expansivas
Suelos colapsables
Rellenos antroacutepicos
Suelos blandos naturales
Infravaloracioacuten del riesgo geoteacutecnico conocido eacuteste Casos asiacute pueden ser desprecio de los efectos que produce la falta de homogeneidad de un suelo o las distintas profundidades de aparicioacuten de la roca en planta desprecio de los efectos de la potencial expansividad o de posible subpresioacuten o fenoacutemenos de subsidencias procesos de disolucioacuten etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONESbull Defectos en la evaluacioacuten del terreno asientos calculados no
tolerables por la estructura esfuerzos paraacutesitos en pilotes (olvido del efecto de asiento de terrenos flojos o rellenos recientes) etc
bull Efecto grupo en pilotes defectuosa estimacioacuten del efecto grupo en pilotes flotantes no consideracioacuten de los esfuerzos laterales o del rozamiento negativo etc
bull Ausencia de consideracioacuten del bulbo de tensiones de la cimentacioacuten propia y su alcance Pero tambieacuten de cimentaciones colindantes que podriacutean suponer una carga oblicua sobre nuestra cimentacioacuten habraacute que considerarla en caacutelculo y prever un proceso constructivo adecuado (no vayamos a provocar dantildeos a otras edificaciones)
bull Ignorancia de las condiciones de contorno es decir no consideracioacuten de las condiciones del entorno de la estructura
proyectada posibles socavaciones arrastres descalces agotamientos rebajamientos de nivel freaacutetico etc
bull Heterogeneidades distribucioacuten irregular de las cargas o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentacioacuten
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Defectos de ejecucioacuten
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecucioacuten de eacutestos Los defectos de ejecucioacuten normalmente responden a un deficiente Control de Calidad Por tanto en principio son evitablesAlgunos errores de ejecucioacuten podriacutean serbull Apreciacioacuten erroacutenea de los estratos resistentes confundidos con
capas de poco espesor bolos erraacuteticos etcbull Errores de replanteo bull Mala calidad de los materiales en especial hormigones Deterioro
de zapatas losas o muros por escasa calidad de los materiales grietas de retraccioacuten por mala dosificacioacuten del hormigoacuten materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto etc
bull Degradacioacuten del material suele ir unido al anterior hormigoacuten no resistente a la agresividad del terreno recubrimientos insuficientes madera metal etc
bullCAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Lavado del hormigoacuten en cimentaciones superficiales o profundas colocado en presencia de aguas en movimiento
Errores en la colocacioacuten de armaduras confusioacuten de diaacutemetros de armado ausencia de separadores etc
Problemas de fraguado unidos a errores de vertido de dosificacioacuten de curado
Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio cortadas lavadas) o de baja calidad y excesiva carga portante de caacutelculo
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
Con respecto a las metodologiacuteas usadas para establecer la susceptibilidad al colapso de un
suelo o de un perfil de suelo han sido analizadas las que utilizan el concepto de Presioacuten
Inicial de Colapso y la magnitud del colapso Esta seleccioacuten se realizoacute fundamentalmente
por las siguientes causas primero porque se hacen en base a ensayos mecaacutenicos donde
intervienen el agente externo (el agua) y el estado tensional del suelo y segundo porque
permiten establecer ya sea a traveacutes de un perfil de colapsabilidad o la magnitud del
colapso coacutemo seraacute realmente el comportamiento del terreno ante las solicitaciones
producidas por la obra de ingenieriacutea
Los perfiles de colapsabilidad relacionan en profundidad el peso propio de las tierras con
la Presioacuten Inicial de Colapso esto permite determinar el espesor de suelos autocolapsables
o el espesor de los suelos que colapsaraacuten si ademaacutes del humedecimiento se aumenta el
estado tensional Estos perfiles son de gran ayuda al proyectista de fundaciones en suelos
colapsables dado que le permiten conocer en forma global la magnitud del problema al que
estaacute enfrentado No obstante su utilidad no termina alliacute sino que por el contrario estos
perfiles le permiten tomar decisiones sobre cuaacuteles son las soluciones ingenieriles maacutes
convenientes del proyecto Pues con su ayuda se podraacute seleccionar el meacutetodo de
mejoramiento del terreno la cota de fundacioacuten de una fundacioacuten profunda la magnitud de
la carga por rozamiento negativo etc
La determinacioacuten de la magnitud del colapso de un perfil de suelo usada como
metodologiacutea de clasificacioacuten tambieacuten es de utilidad en el disentildeo de construccioacuten de obras
de ingenieriacutea en suelos colapsables Sobre todo en la caracterizacioacuten del terreno de grandes
aacutereas ya sea en obras lineales (canales caminos etc) o puntuales (complejos fabriles obras
hidraacuteulicas etc) dado que cada perfil de suelo estaacute caracterizado por un paraacutemetro lo cual
permite el manejo de un nuacutemero importante de informacioacuten Obviamente esta metodologiacutea
tambieacuten es de gran use en cualquier tipo de obras independientemente de su tamantildeo a
importancia
En un abundante nuacutemero de proyectos no es suficiente haber realizado una caracterizacioacuten
o clasificacioacuten del terreno sino que es necesario determinar la magnitud de los
asentamientos que pueden producirse en las obras Los asentamientos por colapso depende
baacutesicamente de dos tipos de factores intriacutensecos y extriacutensecos
Se sentildealan como intriacutensecos aquellos factores propios del suelo como son sus propiedades
fiacutesicas y mecaacutenicas El comportamiento del suelo dependeraacute del tipo de estructura o la
forma en que estaacuten ordenadas las partiacuteculas del grado de compacidad del tipo de viacutenculos
que unen grano con grano etc Estos factores en general no se encuentran
homogeacuteneamente distribuidos por lo cual los paraacutemetros que definen sus propiedades
tenso-deformacionales pueden sufrir variaciones locales importantes
Los factores externos que influyen en la magnitud de los asentamientos son dos el aacuterea
inundada y el estado tensional Estos dos factores influyen considerablemente en la
magnitud de los asentamientos por colapso y por tal motivo deben ser analizados
especiacuteficamente en los caacutelculos Respecto al primero de los factores a pesar que se han
realizado importantes trabajos teoacutericos la informacioacuten experimental indica que todaviacutea
existe cierta indeterminacioacuten en su estimacioacuten Por tal motivo la influencia del aacuterea
inundada en la magnitud de los asentamientos se limita a realizar correcciones de tipo
empiacuterico En cuanto a la influencia que el estado tensional tiene en los asentamientos las
investigaciones se han centrado especialmente en el estudio de cargas externas (zapatas) en
la superficie del terreno
ENSAYOS ldquoin siturdquo Perforacioacuten y muestreoEnsayos ldquoin siturdquo
o Ensayo de penetracioacuten estandar (SPT)o Ensayo de penetracioacuten de cono (CPT + CPTu)o Dilatoacutemetro de placa plana (DMT)o Presuroacutemetro (PMT)o Corte en veleta (VST)10487131048713 Meacutetodos geofiacutesicoso Ondas siacutesmicas (P- S- R-waves)o Electromagneacuteticas (radar resistividad)
EQUIPOS AUTOPROPULSADOS
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)1048713El ensayo ldquoin siturdquo maacutes comuacuten en el mundo10487131902 - Coronel Gow de Raymond Pile Co1048713 Muestreador ciliacutendrico partido1048713 Norma ASTM D 15861048713 Martillo (140-lbs cae 30 pulgadas) (635-kg cae 076 metros)1048713 Tres incrementos de 6 pulgadas Suma de los dos uacuteltimos incrementos = N (golpespieacute)
Se obtiene suelo y
un nuacutemero
Muestra alterada
(Solo para
caraterizacioacuten)
Nuacutemero muy crudo
para el anaacutelisis
No aplicable en
Ventajas
arcillas blandas y
Limos
Variabilidad e
incertidumbre
se obtiene un nuacutemero
Sencillo y de bajo
Costo
Funciona en muchos
tipos de suelo
Se puede utilizar en
rocas blandas
Disponible
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Estos suelos en condiciones de no saturacioacuten o saturacioacuten parcial presentan continuamente un reacomodo radical de las partiacuteculas y una gran peacuterdida de volumen por remojo osea al entrar al estado de saturacioacuten completa La existencia de estos suelos en el mundo y las dificultades ocasionadas a las edificaciones cimentadas sobre ellos han sido reconocidos ampliamente Los depoacutesitos maacutes extensos de suelos colapsables son eoacutelicos o depoacutesitos transportados de arena y limos (loess)Se puenden encontrar comuacutenmente en las maacutergenes fluviales
Desventajas
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Depoacutesitos eoacutelicos Estos depoacutesitos consisten en materiales transportados por el viento el cual forma dunas depoacutesitos tipo loess playas eoacutelicas y grandes depoacutesitos de ceniza volcaacutenica
Depoacutesitos transportados por agua Consisten principalmente de depoacutesitos de sedimentos sueltos a carreados por el agua los cuales forman abanicos fluviales y flujos deslizantes Estos materiales pueden ser depositados por una avenida repentina o flujo de lodo derivado de pequentildeas cuencas colectoras sujetas a aguaceros poco frecuentes
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Suelos residuales Estos suelos son producto del intemperismo y la
desintegracioacuten y alteracioacuten mecaacutenica de rocas madres Las partiacuteculas de
material residual pueden variar de tamantildeo de grandes fragmentos de
gravas a arenas limos coloides y en algunos casos material orgaacutenico
La estructura del grano colapsable se ha desarrollado como producto de
la accioacuten disolvente sobre el material soluble y coloidal La lixiviacioacuten del
material soluble y del material fino conduce a una alta relacioacuten de vaciacuteos
y a una estructura inestable Otro tipo de suelo que muestra colapso al
remojo son aquellos derivados de tufo volcaacutenico
sulfato de calcio arenas sueltas cementadas por sal soluble arcillas
dispersivas y arcillas montmorilloniacuteticas ricas en sodio
CAUSAS QUE GENERARIacuteAN DICHO COMPORTAMIENTO- Estructura parcialmente saturada potencialmente inestable- Una componente de esfuerzo aplicado o existente lo suficientemente alta para desarrollar una condicioacuten metaestable- Un ligante resistente o un agente cementante para estabilizar contactos intergranulares el cual se reduce por remojo ocasionando el colapso La mayoriacutea de suelos colapsables involucra la accioacuten de partiacuteculas arcillosas en los enlaces entre los granos gruesos de arena-Agentes cementantes tales como oacutexido de hierro carbonato de calcio o la soldadura de granos en contacto proporcionan esfuerzos resistentes para muchos suelos colapsables La accioacuten de este cementante es frecuentemente el agente principal de colapso en loess El grado al cual el agente cementante pierde su efectividad depende del grado de contaminacioacuten del ingreso del agua y del grado de disolucioacuten del agente cementante involucrado
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
CONSOLIDOacuteMETRO PARA ENSAYO DE COLAPSO
Se procede a cortar el suelo de acuerdo con las dimensiones del anillo
del ensayo de consolidacioacuten unidimensional Determinar sus
propiedades fiacutesicas tales como humedad natural peso volumen
gravedad especiacutefica de soacutelidos liacutemites de consistencia distribucioacuten
granulomeacutetrica seguacuten las normas
Se instala la muestra en el anillo del consolidoacutemetro despueacutes de haber
determinado el peso inicial de la masa huacutemeda y altura de la muestra y
fijar el conjunto anillo-muestra en el consolidoacutemetro Aplicar una carga
de contacto 005 kgcm2 (5 Kpa) despueacutes de 5 min tomar lectura del
deformiacutemetro aplicar incrementos de carga a cada hora hasta que se
aplique la presioacuten vertical apropiada Los incrementos de carga seraacuten
012 025 050 100 200 etc Kgcm2 (12 25 50 100 200 etc) o
cargas de acuerdo al meacutetodo de ensayo ASTM D2435 registrar la
deformacioacuten antes de incrementar una nueva carga
Determinacioacuten del potencial de colapso
donde
di = lectura del dial con el esfuerzo adecuado antes de la saturacioacuten (mm)
df = lectura del dial bajo el esfuerzo adecuado despueacutes del humedecimiento (mm)
ho = altura inicial de la muestra (mm)
Tmbieacuten se puede evalua en teacuterminos de relacioacuten de vaciacuteos
dondeΔe = cambio de relacioacuten de vaciacuteos bajo el esfuerzo adecuado antes y despueacutes de la inundacioacuteneo = relacioacuten de vaciacuteo inicialLa evaluacioacuten de un suelo colapsable seraacute de acuerdo a la siguiente tablaCon todo lo epxlicado concluimos que el colapso de los suelos es la disminucioacuten moderada de volumen cuando estaacute con bajo contenido de humedad y una gran peacuterdida cuando estaacute sumergido y la magnitud de asentamiento depende del contenido de humedad del suelo En estado sumergido y bajo la aplicacioacuten de cargas verticales los suelos colapsables presentan un mayor asentamiento Los suelos colapsables existen en todo el mundo principalmente en la regiones aacuteridas y semiaacuteridas nuevamente comentando que los depoacutesitos eoacutelicos coluviales residuales tubos volcaacutenicos etc son suelos que pueden ser colapsables
Definicioacuten de colapso Se definen como colapso a cualquier disminucioacuten raacutepida de volumen del suelo producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factoresbull Contenido de humedad (w) bull Grado de saturacioacuten (Sr) bull Tensioacuten media actuante (τ) bull Tensioacuten de corte (σ) bull Presioacuten de poros (u)
TIPOS DE SUELOS COLAPSABLESLos tipos de suelos colapsables son
- Suelos aluviales y coluviales ndash Depositados en ambientes Semi-deseacuterticos por flujos maacutes o menos torrenciales- Suelos eoacutelicos ndash Depositados por el viento son arenas y limos arenosos con escaso cemento arcilloso en una estructura suelta o inestable
- Cenizas volcaacutenicas ndash Provenientes de cenizas arrojadas al aire por actividad volcaacutenica explosiva- Suelos residuales ndash Derivados de la descomposicioacuten in ndash situ de minerales de ciertas rocas son luego lixiviados por el agua y pierden su cemento
CONSECUENCIAS EN CIMENTACIONES
Patologiacuteas en cimentaciones Posibles causas
Introduccioacuten
De todos los posibles tipos de patologiacutea que puede sufrir la edificacioacuten las estadiacutesticas demuestran que son las patologiacuteas ligadas a las cimentaciones las que mayores costes globales conllevan Ademaacutes tienen gran repercusioacuten social lo que las hace maacutes notorias por la complejidad propia de su reparacioacuten porque suponen una fuerte alteracioacuten y hasta interrupcioacuten del uso del inmueble y porque suelen involucrar a colindantes e incluso poderes puacuteblicos Urge como en ninguacuten otro caso determinar las causas y cuanto antes dar una solucioacuten al problema
Causas intriacutensecas de fallos de cimentacioacuten
Se agrupan aquiacute los fallos de cimentacioacuten consecuencia de la interaccioacuten entre el terreno y la propia cimentacioacuten de la construccioacuten afectada
Defectos de proyecto
Son errores de concepcioacuten de disentildeo o caacutelculo del proyecto Son errores previsibles por lo que si se tienen en cuenta en el disentildeo y caacutelculo de la edificacioacuten el riesgo de que provoquen dantildeos se minimizaEnumeramos aquiacute no todas pero siacute algunas de las posibles causas de problemas derivadas del proyectobull Falta de capacidad de carga cimentacioacuten insuficiente o capacidad
de carga del suelo insuficientebull Esfuerzos no contemplados por ej por olvido de algunas
sobrecargas de explotacioacutenbull Conocimiento insuficiente del suelo Lo que deriva en la ignorancia
de riesgos especiales geoteacutecnicos Las causas pueden ser escasez de reconocimientos previos del terreno mala interpretacioacuten de los mismos no consideracioacuten de los fenoacutemenos de agresividad etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Cobra importancia en terrenos con especiales caracteriacutesticas
Arcillas expansivas
Suelos colapsables
Rellenos antroacutepicos
Suelos blandos naturales
Infravaloracioacuten del riesgo geoteacutecnico conocido eacuteste Casos asiacute pueden ser desprecio de los efectos que produce la falta de homogeneidad de un suelo o las distintas profundidades de aparicioacuten de la roca en planta desprecio de los efectos de la potencial expansividad o de posible subpresioacuten o fenoacutemenos de subsidencias procesos de disolucioacuten etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONESbull Defectos en la evaluacioacuten del terreno asientos calculados no
tolerables por la estructura esfuerzos paraacutesitos en pilotes (olvido del efecto de asiento de terrenos flojos o rellenos recientes) etc
bull Efecto grupo en pilotes defectuosa estimacioacuten del efecto grupo en pilotes flotantes no consideracioacuten de los esfuerzos laterales o del rozamiento negativo etc
bull Ausencia de consideracioacuten del bulbo de tensiones de la cimentacioacuten propia y su alcance Pero tambieacuten de cimentaciones colindantes que podriacutean suponer una carga oblicua sobre nuestra cimentacioacuten habraacute que considerarla en caacutelculo y prever un proceso constructivo adecuado (no vayamos a provocar dantildeos a otras edificaciones)
bull Ignorancia de las condiciones de contorno es decir no consideracioacuten de las condiciones del entorno de la estructura
proyectada posibles socavaciones arrastres descalces agotamientos rebajamientos de nivel freaacutetico etc
bull Heterogeneidades distribucioacuten irregular de las cargas o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentacioacuten
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Defectos de ejecucioacuten
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecucioacuten de eacutestos Los defectos de ejecucioacuten normalmente responden a un deficiente Control de Calidad Por tanto en principio son evitablesAlgunos errores de ejecucioacuten podriacutean serbull Apreciacioacuten erroacutenea de los estratos resistentes confundidos con
capas de poco espesor bolos erraacuteticos etcbull Errores de replanteo bull Mala calidad de los materiales en especial hormigones Deterioro
de zapatas losas o muros por escasa calidad de los materiales grietas de retraccioacuten por mala dosificacioacuten del hormigoacuten materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto etc
bull Degradacioacuten del material suele ir unido al anterior hormigoacuten no resistente a la agresividad del terreno recubrimientos insuficientes madera metal etc
bullCAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Lavado del hormigoacuten en cimentaciones superficiales o profundas colocado en presencia de aguas en movimiento
Errores en la colocacioacuten de armaduras confusioacuten de diaacutemetros de armado ausencia de separadores etc
Problemas de fraguado unidos a errores de vertido de dosificacioacuten de curado
Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio cortadas lavadas) o de baja calidad y excesiva carga portante de caacutelculo
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
Se sentildealan como intriacutensecos aquellos factores propios del suelo como son sus propiedades
fiacutesicas y mecaacutenicas El comportamiento del suelo dependeraacute del tipo de estructura o la
forma en que estaacuten ordenadas las partiacuteculas del grado de compacidad del tipo de viacutenculos
que unen grano con grano etc Estos factores en general no se encuentran
homogeacuteneamente distribuidos por lo cual los paraacutemetros que definen sus propiedades
tenso-deformacionales pueden sufrir variaciones locales importantes
Los factores externos que influyen en la magnitud de los asentamientos son dos el aacuterea
inundada y el estado tensional Estos dos factores influyen considerablemente en la
magnitud de los asentamientos por colapso y por tal motivo deben ser analizados
especiacuteficamente en los caacutelculos Respecto al primero de los factores a pesar que se han
realizado importantes trabajos teoacutericos la informacioacuten experimental indica que todaviacutea
existe cierta indeterminacioacuten en su estimacioacuten Por tal motivo la influencia del aacuterea
inundada en la magnitud de los asentamientos se limita a realizar correcciones de tipo
empiacuterico En cuanto a la influencia que el estado tensional tiene en los asentamientos las
investigaciones se han centrado especialmente en el estudio de cargas externas (zapatas) en
la superficie del terreno
ENSAYOS ldquoin siturdquo Perforacioacuten y muestreoEnsayos ldquoin siturdquo
o Ensayo de penetracioacuten estandar (SPT)o Ensayo de penetracioacuten de cono (CPT + CPTu)o Dilatoacutemetro de placa plana (DMT)o Presuroacutemetro (PMT)o Corte en veleta (VST)10487131048713 Meacutetodos geofiacutesicoso Ondas siacutesmicas (P- S- R-waves)o Electromagneacuteticas (radar resistividad)
EQUIPOS AUTOPROPULSADOS
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)1048713El ensayo ldquoin siturdquo maacutes comuacuten en el mundo10487131902 - Coronel Gow de Raymond Pile Co1048713 Muestreador ciliacutendrico partido1048713 Norma ASTM D 15861048713 Martillo (140-lbs cae 30 pulgadas) (635-kg cae 076 metros)1048713 Tres incrementos de 6 pulgadas Suma de los dos uacuteltimos incrementos = N (golpespieacute)
Se obtiene suelo y
un nuacutemero
Muestra alterada
(Solo para
caraterizacioacuten)
Nuacutemero muy crudo
para el anaacutelisis
No aplicable en
Ventajas
arcillas blandas y
Limos
Variabilidad e
incertidumbre
se obtiene un nuacutemero
Sencillo y de bajo
Costo
Funciona en muchos
tipos de suelo
Se puede utilizar en
rocas blandas
Disponible
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Estos suelos en condiciones de no saturacioacuten o saturacioacuten parcial presentan continuamente un reacomodo radical de las partiacuteculas y una gran peacuterdida de volumen por remojo osea al entrar al estado de saturacioacuten completa La existencia de estos suelos en el mundo y las dificultades ocasionadas a las edificaciones cimentadas sobre ellos han sido reconocidos ampliamente Los depoacutesitos maacutes extensos de suelos colapsables son eoacutelicos o depoacutesitos transportados de arena y limos (loess)Se puenden encontrar comuacutenmente en las maacutergenes fluviales
Desventajas
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Depoacutesitos eoacutelicos Estos depoacutesitos consisten en materiales transportados por el viento el cual forma dunas depoacutesitos tipo loess playas eoacutelicas y grandes depoacutesitos de ceniza volcaacutenica
Depoacutesitos transportados por agua Consisten principalmente de depoacutesitos de sedimentos sueltos a carreados por el agua los cuales forman abanicos fluviales y flujos deslizantes Estos materiales pueden ser depositados por una avenida repentina o flujo de lodo derivado de pequentildeas cuencas colectoras sujetas a aguaceros poco frecuentes
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Suelos residuales Estos suelos son producto del intemperismo y la
desintegracioacuten y alteracioacuten mecaacutenica de rocas madres Las partiacuteculas de
material residual pueden variar de tamantildeo de grandes fragmentos de
gravas a arenas limos coloides y en algunos casos material orgaacutenico
La estructura del grano colapsable se ha desarrollado como producto de
la accioacuten disolvente sobre el material soluble y coloidal La lixiviacioacuten del
material soluble y del material fino conduce a una alta relacioacuten de vaciacuteos
y a una estructura inestable Otro tipo de suelo que muestra colapso al
remojo son aquellos derivados de tufo volcaacutenico
sulfato de calcio arenas sueltas cementadas por sal soluble arcillas
dispersivas y arcillas montmorilloniacuteticas ricas en sodio
CAUSAS QUE GENERARIacuteAN DICHO COMPORTAMIENTO- Estructura parcialmente saturada potencialmente inestable- Una componente de esfuerzo aplicado o existente lo suficientemente alta para desarrollar una condicioacuten metaestable- Un ligante resistente o un agente cementante para estabilizar contactos intergranulares el cual se reduce por remojo ocasionando el colapso La mayoriacutea de suelos colapsables involucra la accioacuten de partiacuteculas arcillosas en los enlaces entre los granos gruesos de arena-Agentes cementantes tales como oacutexido de hierro carbonato de calcio o la soldadura de granos en contacto proporcionan esfuerzos resistentes para muchos suelos colapsables La accioacuten de este cementante es frecuentemente el agente principal de colapso en loess El grado al cual el agente cementante pierde su efectividad depende del grado de contaminacioacuten del ingreso del agua y del grado de disolucioacuten del agente cementante involucrado
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
CONSOLIDOacuteMETRO PARA ENSAYO DE COLAPSO
Se procede a cortar el suelo de acuerdo con las dimensiones del anillo
del ensayo de consolidacioacuten unidimensional Determinar sus
propiedades fiacutesicas tales como humedad natural peso volumen
gravedad especiacutefica de soacutelidos liacutemites de consistencia distribucioacuten
granulomeacutetrica seguacuten las normas
Se instala la muestra en el anillo del consolidoacutemetro despueacutes de haber
determinado el peso inicial de la masa huacutemeda y altura de la muestra y
fijar el conjunto anillo-muestra en el consolidoacutemetro Aplicar una carga
de contacto 005 kgcm2 (5 Kpa) despueacutes de 5 min tomar lectura del
deformiacutemetro aplicar incrementos de carga a cada hora hasta que se
aplique la presioacuten vertical apropiada Los incrementos de carga seraacuten
012 025 050 100 200 etc Kgcm2 (12 25 50 100 200 etc) o
cargas de acuerdo al meacutetodo de ensayo ASTM D2435 registrar la
deformacioacuten antes de incrementar una nueva carga
Determinacioacuten del potencial de colapso
donde
di = lectura del dial con el esfuerzo adecuado antes de la saturacioacuten (mm)
df = lectura del dial bajo el esfuerzo adecuado despueacutes del humedecimiento (mm)
ho = altura inicial de la muestra (mm)
Tmbieacuten se puede evalua en teacuterminos de relacioacuten de vaciacuteos
dondeΔe = cambio de relacioacuten de vaciacuteos bajo el esfuerzo adecuado antes y despueacutes de la inundacioacuteneo = relacioacuten de vaciacuteo inicialLa evaluacioacuten de un suelo colapsable seraacute de acuerdo a la siguiente tablaCon todo lo epxlicado concluimos que el colapso de los suelos es la disminucioacuten moderada de volumen cuando estaacute con bajo contenido de humedad y una gran peacuterdida cuando estaacute sumergido y la magnitud de asentamiento depende del contenido de humedad del suelo En estado sumergido y bajo la aplicacioacuten de cargas verticales los suelos colapsables presentan un mayor asentamiento Los suelos colapsables existen en todo el mundo principalmente en la regiones aacuteridas y semiaacuteridas nuevamente comentando que los depoacutesitos eoacutelicos coluviales residuales tubos volcaacutenicos etc son suelos que pueden ser colapsables
Definicioacuten de colapso Se definen como colapso a cualquier disminucioacuten raacutepida de volumen del suelo producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factoresbull Contenido de humedad (w) bull Grado de saturacioacuten (Sr) bull Tensioacuten media actuante (τ) bull Tensioacuten de corte (σ) bull Presioacuten de poros (u)
TIPOS DE SUELOS COLAPSABLESLos tipos de suelos colapsables son
- Suelos aluviales y coluviales ndash Depositados en ambientes Semi-deseacuterticos por flujos maacutes o menos torrenciales- Suelos eoacutelicos ndash Depositados por el viento son arenas y limos arenosos con escaso cemento arcilloso en una estructura suelta o inestable
- Cenizas volcaacutenicas ndash Provenientes de cenizas arrojadas al aire por actividad volcaacutenica explosiva- Suelos residuales ndash Derivados de la descomposicioacuten in ndash situ de minerales de ciertas rocas son luego lixiviados por el agua y pierden su cemento
CONSECUENCIAS EN CIMENTACIONES
Patologiacuteas en cimentaciones Posibles causas
Introduccioacuten
De todos los posibles tipos de patologiacutea que puede sufrir la edificacioacuten las estadiacutesticas demuestran que son las patologiacuteas ligadas a las cimentaciones las que mayores costes globales conllevan Ademaacutes tienen gran repercusioacuten social lo que las hace maacutes notorias por la complejidad propia de su reparacioacuten porque suponen una fuerte alteracioacuten y hasta interrupcioacuten del uso del inmueble y porque suelen involucrar a colindantes e incluso poderes puacuteblicos Urge como en ninguacuten otro caso determinar las causas y cuanto antes dar una solucioacuten al problema
Causas intriacutensecas de fallos de cimentacioacuten
Se agrupan aquiacute los fallos de cimentacioacuten consecuencia de la interaccioacuten entre el terreno y la propia cimentacioacuten de la construccioacuten afectada
Defectos de proyecto
Son errores de concepcioacuten de disentildeo o caacutelculo del proyecto Son errores previsibles por lo que si se tienen en cuenta en el disentildeo y caacutelculo de la edificacioacuten el riesgo de que provoquen dantildeos se minimizaEnumeramos aquiacute no todas pero siacute algunas de las posibles causas de problemas derivadas del proyectobull Falta de capacidad de carga cimentacioacuten insuficiente o capacidad
de carga del suelo insuficientebull Esfuerzos no contemplados por ej por olvido de algunas
sobrecargas de explotacioacutenbull Conocimiento insuficiente del suelo Lo que deriva en la ignorancia
de riesgos especiales geoteacutecnicos Las causas pueden ser escasez de reconocimientos previos del terreno mala interpretacioacuten de los mismos no consideracioacuten de los fenoacutemenos de agresividad etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Cobra importancia en terrenos con especiales caracteriacutesticas
Arcillas expansivas
Suelos colapsables
Rellenos antroacutepicos
Suelos blandos naturales
Infravaloracioacuten del riesgo geoteacutecnico conocido eacuteste Casos asiacute pueden ser desprecio de los efectos que produce la falta de homogeneidad de un suelo o las distintas profundidades de aparicioacuten de la roca en planta desprecio de los efectos de la potencial expansividad o de posible subpresioacuten o fenoacutemenos de subsidencias procesos de disolucioacuten etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONESbull Defectos en la evaluacioacuten del terreno asientos calculados no
tolerables por la estructura esfuerzos paraacutesitos en pilotes (olvido del efecto de asiento de terrenos flojos o rellenos recientes) etc
bull Efecto grupo en pilotes defectuosa estimacioacuten del efecto grupo en pilotes flotantes no consideracioacuten de los esfuerzos laterales o del rozamiento negativo etc
bull Ausencia de consideracioacuten del bulbo de tensiones de la cimentacioacuten propia y su alcance Pero tambieacuten de cimentaciones colindantes que podriacutean suponer una carga oblicua sobre nuestra cimentacioacuten habraacute que considerarla en caacutelculo y prever un proceso constructivo adecuado (no vayamos a provocar dantildeos a otras edificaciones)
bull Ignorancia de las condiciones de contorno es decir no consideracioacuten de las condiciones del entorno de la estructura
proyectada posibles socavaciones arrastres descalces agotamientos rebajamientos de nivel freaacutetico etc
bull Heterogeneidades distribucioacuten irregular de las cargas o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentacioacuten
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Defectos de ejecucioacuten
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecucioacuten de eacutestos Los defectos de ejecucioacuten normalmente responden a un deficiente Control de Calidad Por tanto en principio son evitablesAlgunos errores de ejecucioacuten podriacutean serbull Apreciacioacuten erroacutenea de los estratos resistentes confundidos con
capas de poco espesor bolos erraacuteticos etcbull Errores de replanteo bull Mala calidad de los materiales en especial hormigones Deterioro
de zapatas losas o muros por escasa calidad de los materiales grietas de retraccioacuten por mala dosificacioacuten del hormigoacuten materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto etc
bull Degradacioacuten del material suele ir unido al anterior hormigoacuten no resistente a la agresividad del terreno recubrimientos insuficientes madera metal etc
bullCAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Lavado del hormigoacuten en cimentaciones superficiales o profundas colocado en presencia de aguas en movimiento
Errores en la colocacioacuten de armaduras confusioacuten de diaacutemetros de armado ausencia de separadores etc
Problemas de fraguado unidos a errores de vertido de dosificacioacuten de curado
Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio cortadas lavadas) o de baja calidad y excesiva carga portante de caacutelculo
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
ENSAYOS ldquoin siturdquo Perforacioacuten y muestreoEnsayos ldquoin siturdquo
o Ensayo de penetracioacuten estandar (SPT)o Ensayo de penetracioacuten de cono (CPT + CPTu)o Dilatoacutemetro de placa plana (DMT)o Presuroacutemetro (PMT)o Corte en veleta (VST)10487131048713 Meacutetodos geofiacutesicoso Ondas siacutesmicas (P- S- R-waves)o Electromagneacuteticas (radar resistividad)
EQUIPOS AUTOPROPULSADOS
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)1048713El ensayo ldquoin siturdquo maacutes comuacuten en el mundo10487131902 - Coronel Gow de Raymond Pile Co1048713 Muestreador ciliacutendrico partido1048713 Norma ASTM D 15861048713 Martillo (140-lbs cae 30 pulgadas) (635-kg cae 076 metros)1048713 Tres incrementos de 6 pulgadas Suma de los dos uacuteltimos incrementos = N (golpespieacute)
Se obtiene suelo y
un nuacutemero
Muestra alterada
(Solo para
caraterizacioacuten)
Nuacutemero muy crudo
para el anaacutelisis
No aplicable en
Ventajas
arcillas blandas y
Limos
Variabilidad e
incertidumbre
se obtiene un nuacutemero
Sencillo y de bajo
Costo
Funciona en muchos
tipos de suelo
Se puede utilizar en
rocas blandas
Disponible
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Estos suelos en condiciones de no saturacioacuten o saturacioacuten parcial presentan continuamente un reacomodo radical de las partiacuteculas y una gran peacuterdida de volumen por remojo osea al entrar al estado de saturacioacuten completa La existencia de estos suelos en el mundo y las dificultades ocasionadas a las edificaciones cimentadas sobre ellos han sido reconocidos ampliamente Los depoacutesitos maacutes extensos de suelos colapsables son eoacutelicos o depoacutesitos transportados de arena y limos (loess)Se puenden encontrar comuacutenmente en las maacutergenes fluviales
Desventajas
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Depoacutesitos eoacutelicos Estos depoacutesitos consisten en materiales transportados por el viento el cual forma dunas depoacutesitos tipo loess playas eoacutelicas y grandes depoacutesitos de ceniza volcaacutenica
Depoacutesitos transportados por agua Consisten principalmente de depoacutesitos de sedimentos sueltos a carreados por el agua los cuales forman abanicos fluviales y flujos deslizantes Estos materiales pueden ser depositados por una avenida repentina o flujo de lodo derivado de pequentildeas cuencas colectoras sujetas a aguaceros poco frecuentes
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Suelos residuales Estos suelos son producto del intemperismo y la
desintegracioacuten y alteracioacuten mecaacutenica de rocas madres Las partiacuteculas de
material residual pueden variar de tamantildeo de grandes fragmentos de
gravas a arenas limos coloides y en algunos casos material orgaacutenico
La estructura del grano colapsable se ha desarrollado como producto de
la accioacuten disolvente sobre el material soluble y coloidal La lixiviacioacuten del
material soluble y del material fino conduce a una alta relacioacuten de vaciacuteos
y a una estructura inestable Otro tipo de suelo que muestra colapso al
remojo son aquellos derivados de tufo volcaacutenico
sulfato de calcio arenas sueltas cementadas por sal soluble arcillas
dispersivas y arcillas montmorilloniacuteticas ricas en sodio
CAUSAS QUE GENERARIacuteAN DICHO COMPORTAMIENTO- Estructura parcialmente saturada potencialmente inestable- Una componente de esfuerzo aplicado o existente lo suficientemente alta para desarrollar una condicioacuten metaestable- Un ligante resistente o un agente cementante para estabilizar contactos intergranulares el cual se reduce por remojo ocasionando el colapso La mayoriacutea de suelos colapsables involucra la accioacuten de partiacuteculas arcillosas en los enlaces entre los granos gruesos de arena-Agentes cementantes tales como oacutexido de hierro carbonato de calcio o la soldadura de granos en contacto proporcionan esfuerzos resistentes para muchos suelos colapsables La accioacuten de este cementante es frecuentemente el agente principal de colapso en loess El grado al cual el agente cementante pierde su efectividad depende del grado de contaminacioacuten del ingreso del agua y del grado de disolucioacuten del agente cementante involucrado
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
CONSOLIDOacuteMETRO PARA ENSAYO DE COLAPSO
Se procede a cortar el suelo de acuerdo con las dimensiones del anillo
del ensayo de consolidacioacuten unidimensional Determinar sus
propiedades fiacutesicas tales como humedad natural peso volumen
gravedad especiacutefica de soacutelidos liacutemites de consistencia distribucioacuten
granulomeacutetrica seguacuten las normas
Se instala la muestra en el anillo del consolidoacutemetro despueacutes de haber
determinado el peso inicial de la masa huacutemeda y altura de la muestra y
fijar el conjunto anillo-muestra en el consolidoacutemetro Aplicar una carga
de contacto 005 kgcm2 (5 Kpa) despueacutes de 5 min tomar lectura del
deformiacutemetro aplicar incrementos de carga a cada hora hasta que se
aplique la presioacuten vertical apropiada Los incrementos de carga seraacuten
012 025 050 100 200 etc Kgcm2 (12 25 50 100 200 etc) o
cargas de acuerdo al meacutetodo de ensayo ASTM D2435 registrar la
deformacioacuten antes de incrementar una nueva carga
Determinacioacuten del potencial de colapso
donde
di = lectura del dial con el esfuerzo adecuado antes de la saturacioacuten (mm)
df = lectura del dial bajo el esfuerzo adecuado despueacutes del humedecimiento (mm)
ho = altura inicial de la muestra (mm)
Tmbieacuten se puede evalua en teacuterminos de relacioacuten de vaciacuteos
dondeΔe = cambio de relacioacuten de vaciacuteos bajo el esfuerzo adecuado antes y despueacutes de la inundacioacuteneo = relacioacuten de vaciacuteo inicialLa evaluacioacuten de un suelo colapsable seraacute de acuerdo a la siguiente tablaCon todo lo epxlicado concluimos que el colapso de los suelos es la disminucioacuten moderada de volumen cuando estaacute con bajo contenido de humedad y una gran peacuterdida cuando estaacute sumergido y la magnitud de asentamiento depende del contenido de humedad del suelo En estado sumergido y bajo la aplicacioacuten de cargas verticales los suelos colapsables presentan un mayor asentamiento Los suelos colapsables existen en todo el mundo principalmente en la regiones aacuteridas y semiaacuteridas nuevamente comentando que los depoacutesitos eoacutelicos coluviales residuales tubos volcaacutenicos etc son suelos que pueden ser colapsables
Definicioacuten de colapso Se definen como colapso a cualquier disminucioacuten raacutepida de volumen del suelo producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factoresbull Contenido de humedad (w) bull Grado de saturacioacuten (Sr) bull Tensioacuten media actuante (τ) bull Tensioacuten de corte (σ) bull Presioacuten de poros (u)
TIPOS DE SUELOS COLAPSABLESLos tipos de suelos colapsables son
- Suelos aluviales y coluviales ndash Depositados en ambientes Semi-deseacuterticos por flujos maacutes o menos torrenciales- Suelos eoacutelicos ndash Depositados por el viento son arenas y limos arenosos con escaso cemento arcilloso en una estructura suelta o inestable
- Cenizas volcaacutenicas ndash Provenientes de cenizas arrojadas al aire por actividad volcaacutenica explosiva- Suelos residuales ndash Derivados de la descomposicioacuten in ndash situ de minerales de ciertas rocas son luego lixiviados por el agua y pierden su cemento
CONSECUENCIAS EN CIMENTACIONES
Patologiacuteas en cimentaciones Posibles causas
Introduccioacuten
De todos los posibles tipos de patologiacutea que puede sufrir la edificacioacuten las estadiacutesticas demuestran que son las patologiacuteas ligadas a las cimentaciones las que mayores costes globales conllevan Ademaacutes tienen gran repercusioacuten social lo que las hace maacutes notorias por la complejidad propia de su reparacioacuten porque suponen una fuerte alteracioacuten y hasta interrupcioacuten del uso del inmueble y porque suelen involucrar a colindantes e incluso poderes puacuteblicos Urge como en ninguacuten otro caso determinar las causas y cuanto antes dar una solucioacuten al problema
Causas intriacutensecas de fallos de cimentacioacuten
Se agrupan aquiacute los fallos de cimentacioacuten consecuencia de la interaccioacuten entre el terreno y la propia cimentacioacuten de la construccioacuten afectada
Defectos de proyecto
Son errores de concepcioacuten de disentildeo o caacutelculo del proyecto Son errores previsibles por lo que si se tienen en cuenta en el disentildeo y caacutelculo de la edificacioacuten el riesgo de que provoquen dantildeos se minimizaEnumeramos aquiacute no todas pero siacute algunas de las posibles causas de problemas derivadas del proyectobull Falta de capacidad de carga cimentacioacuten insuficiente o capacidad
de carga del suelo insuficientebull Esfuerzos no contemplados por ej por olvido de algunas
sobrecargas de explotacioacutenbull Conocimiento insuficiente del suelo Lo que deriva en la ignorancia
de riesgos especiales geoteacutecnicos Las causas pueden ser escasez de reconocimientos previos del terreno mala interpretacioacuten de los mismos no consideracioacuten de los fenoacutemenos de agresividad etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Cobra importancia en terrenos con especiales caracteriacutesticas
Arcillas expansivas
Suelos colapsables
Rellenos antroacutepicos
Suelos blandos naturales
Infravaloracioacuten del riesgo geoteacutecnico conocido eacuteste Casos asiacute pueden ser desprecio de los efectos que produce la falta de homogeneidad de un suelo o las distintas profundidades de aparicioacuten de la roca en planta desprecio de los efectos de la potencial expansividad o de posible subpresioacuten o fenoacutemenos de subsidencias procesos de disolucioacuten etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONESbull Defectos en la evaluacioacuten del terreno asientos calculados no
tolerables por la estructura esfuerzos paraacutesitos en pilotes (olvido del efecto de asiento de terrenos flojos o rellenos recientes) etc
bull Efecto grupo en pilotes defectuosa estimacioacuten del efecto grupo en pilotes flotantes no consideracioacuten de los esfuerzos laterales o del rozamiento negativo etc
bull Ausencia de consideracioacuten del bulbo de tensiones de la cimentacioacuten propia y su alcance Pero tambieacuten de cimentaciones colindantes que podriacutean suponer una carga oblicua sobre nuestra cimentacioacuten habraacute que considerarla en caacutelculo y prever un proceso constructivo adecuado (no vayamos a provocar dantildeos a otras edificaciones)
bull Ignorancia de las condiciones de contorno es decir no consideracioacuten de las condiciones del entorno de la estructura
proyectada posibles socavaciones arrastres descalces agotamientos rebajamientos de nivel freaacutetico etc
bull Heterogeneidades distribucioacuten irregular de las cargas o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentacioacuten
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Defectos de ejecucioacuten
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecucioacuten de eacutestos Los defectos de ejecucioacuten normalmente responden a un deficiente Control de Calidad Por tanto en principio son evitablesAlgunos errores de ejecucioacuten podriacutean serbull Apreciacioacuten erroacutenea de los estratos resistentes confundidos con
capas de poco espesor bolos erraacuteticos etcbull Errores de replanteo bull Mala calidad de los materiales en especial hormigones Deterioro
de zapatas losas o muros por escasa calidad de los materiales grietas de retraccioacuten por mala dosificacioacuten del hormigoacuten materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto etc
bull Degradacioacuten del material suele ir unido al anterior hormigoacuten no resistente a la agresividad del terreno recubrimientos insuficientes madera metal etc
bullCAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Lavado del hormigoacuten en cimentaciones superficiales o profundas colocado en presencia de aguas en movimiento
Errores en la colocacioacuten de armaduras confusioacuten de diaacutemetros de armado ausencia de separadores etc
Problemas de fraguado unidos a errores de vertido de dosificacioacuten de curado
Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio cortadas lavadas) o de baja calidad y excesiva carga portante de caacutelculo
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)1048713El ensayo ldquoin siturdquo maacutes comuacuten en el mundo10487131902 - Coronel Gow de Raymond Pile Co1048713 Muestreador ciliacutendrico partido1048713 Norma ASTM D 15861048713 Martillo (140-lbs cae 30 pulgadas) (635-kg cae 076 metros)1048713 Tres incrementos de 6 pulgadas Suma de los dos uacuteltimos incrementos = N (golpespieacute)
Se obtiene suelo y
un nuacutemero
Muestra alterada
(Solo para
caraterizacioacuten)
Nuacutemero muy crudo
para el anaacutelisis
No aplicable en
Ventajas
arcillas blandas y
Limos
Variabilidad e
incertidumbre
se obtiene un nuacutemero
Sencillo y de bajo
Costo
Funciona en muchos
tipos de suelo
Se puede utilizar en
rocas blandas
Disponible
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Estos suelos en condiciones de no saturacioacuten o saturacioacuten parcial presentan continuamente un reacomodo radical de las partiacuteculas y una gran peacuterdida de volumen por remojo osea al entrar al estado de saturacioacuten completa La existencia de estos suelos en el mundo y las dificultades ocasionadas a las edificaciones cimentadas sobre ellos han sido reconocidos ampliamente Los depoacutesitos maacutes extensos de suelos colapsables son eoacutelicos o depoacutesitos transportados de arena y limos (loess)Se puenden encontrar comuacutenmente en las maacutergenes fluviales
Desventajas
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Depoacutesitos eoacutelicos Estos depoacutesitos consisten en materiales transportados por el viento el cual forma dunas depoacutesitos tipo loess playas eoacutelicas y grandes depoacutesitos de ceniza volcaacutenica
Depoacutesitos transportados por agua Consisten principalmente de depoacutesitos de sedimentos sueltos a carreados por el agua los cuales forman abanicos fluviales y flujos deslizantes Estos materiales pueden ser depositados por una avenida repentina o flujo de lodo derivado de pequentildeas cuencas colectoras sujetas a aguaceros poco frecuentes
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Suelos residuales Estos suelos son producto del intemperismo y la
desintegracioacuten y alteracioacuten mecaacutenica de rocas madres Las partiacuteculas de
material residual pueden variar de tamantildeo de grandes fragmentos de
gravas a arenas limos coloides y en algunos casos material orgaacutenico
La estructura del grano colapsable se ha desarrollado como producto de
la accioacuten disolvente sobre el material soluble y coloidal La lixiviacioacuten del
material soluble y del material fino conduce a una alta relacioacuten de vaciacuteos
y a una estructura inestable Otro tipo de suelo que muestra colapso al
remojo son aquellos derivados de tufo volcaacutenico
sulfato de calcio arenas sueltas cementadas por sal soluble arcillas
dispersivas y arcillas montmorilloniacuteticas ricas en sodio
CAUSAS QUE GENERARIacuteAN DICHO COMPORTAMIENTO- Estructura parcialmente saturada potencialmente inestable- Una componente de esfuerzo aplicado o existente lo suficientemente alta para desarrollar una condicioacuten metaestable- Un ligante resistente o un agente cementante para estabilizar contactos intergranulares el cual se reduce por remojo ocasionando el colapso La mayoriacutea de suelos colapsables involucra la accioacuten de partiacuteculas arcillosas en los enlaces entre los granos gruesos de arena-Agentes cementantes tales como oacutexido de hierro carbonato de calcio o la soldadura de granos en contacto proporcionan esfuerzos resistentes para muchos suelos colapsables La accioacuten de este cementante es frecuentemente el agente principal de colapso en loess El grado al cual el agente cementante pierde su efectividad depende del grado de contaminacioacuten del ingreso del agua y del grado de disolucioacuten del agente cementante involucrado
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
CONSOLIDOacuteMETRO PARA ENSAYO DE COLAPSO
Se procede a cortar el suelo de acuerdo con las dimensiones del anillo
del ensayo de consolidacioacuten unidimensional Determinar sus
propiedades fiacutesicas tales como humedad natural peso volumen
gravedad especiacutefica de soacutelidos liacutemites de consistencia distribucioacuten
granulomeacutetrica seguacuten las normas
Se instala la muestra en el anillo del consolidoacutemetro despueacutes de haber
determinado el peso inicial de la masa huacutemeda y altura de la muestra y
fijar el conjunto anillo-muestra en el consolidoacutemetro Aplicar una carga
de contacto 005 kgcm2 (5 Kpa) despueacutes de 5 min tomar lectura del
deformiacutemetro aplicar incrementos de carga a cada hora hasta que se
aplique la presioacuten vertical apropiada Los incrementos de carga seraacuten
012 025 050 100 200 etc Kgcm2 (12 25 50 100 200 etc) o
cargas de acuerdo al meacutetodo de ensayo ASTM D2435 registrar la
deformacioacuten antes de incrementar una nueva carga
Determinacioacuten del potencial de colapso
donde
di = lectura del dial con el esfuerzo adecuado antes de la saturacioacuten (mm)
df = lectura del dial bajo el esfuerzo adecuado despueacutes del humedecimiento (mm)
ho = altura inicial de la muestra (mm)
Tmbieacuten se puede evalua en teacuterminos de relacioacuten de vaciacuteos
dondeΔe = cambio de relacioacuten de vaciacuteos bajo el esfuerzo adecuado antes y despueacutes de la inundacioacuteneo = relacioacuten de vaciacuteo inicialLa evaluacioacuten de un suelo colapsable seraacute de acuerdo a la siguiente tablaCon todo lo epxlicado concluimos que el colapso de los suelos es la disminucioacuten moderada de volumen cuando estaacute con bajo contenido de humedad y una gran peacuterdida cuando estaacute sumergido y la magnitud de asentamiento depende del contenido de humedad del suelo En estado sumergido y bajo la aplicacioacuten de cargas verticales los suelos colapsables presentan un mayor asentamiento Los suelos colapsables existen en todo el mundo principalmente en la regiones aacuteridas y semiaacuteridas nuevamente comentando que los depoacutesitos eoacutelicos coluviales residuales tubos volcaacutenicos etc son suelos que pueden ser colapsables
Definicioacuten de colapso Se definen como colapso a cualquier disminucioacuten raacutepida de volumen del suelo producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factoresbull Contenido de humedad (w) bull Grado de saturacioacuten (Sr) bull Tensioacuten media actuante (τ) bull Tensioacuten de corte (σ) bull Presioacuten de poros (u)
TIPOS DE SUELOS COLAPSABLESLos tipos de suelos colapsables son
- Suelos aluviales y coluviales ndash Depositados en ambientes Semi-deseacuterticos por flujos maacutes o menos torrenciales- Suelos eoacutelicos ndash Depositados por el viento son arenas y limos arenosos con escaso cemento arcilloso en una estructura suelta o inestable
- Cenizas volcaacutenicas ndash Provenientes de cenizas arrojadas al aire por actividad volcaacutenica explosiva- Suelos residuales ndash Derivados de la descomposicioacuten in ndash situ de minerales de ciertas rocas son luego lixiviados por el agua y pierden su cemento
CONSECUENCIAS EN CIMENTACIONES
Patologiacuteas en cimentaciones Posibles causas
Introduccioacuten
De todos los posibles tipos de patologiacutea que puede sufrir la edificacioacuten las estadiacutesticas demuestran que son las patologiacuteas ligadas a las cimentaciones las que mayores costes globales conllevan Ademaacutes tienen gran repercusioacuten social lo que las hace maacutes notorias por la complejidad propia de su reparacioacuten porque suponen una fuerte alteracioacuten y hasta interrupcioacuten del uso del inmueble y porque suelen involucrar a colindantes e incluso poderes puacuteblicos Urge como en ninguacuten otro caso determinar las causas y cuanto antes dar una solucioacuten al problema
Causas intriacutensecas de fallos de cimentacioacuten
Se agrupan aquiacute los fallos de cimentacioacuten consecuencia de la interaccioacuten entre el terreno y la propia cimentacioacuten de la construccioacuten afectada
Defectos de proyecto
Son errores de concepcioacuten de disentildeo o caacutelculo del proyecto Son errores previsibles por lo que si se tienen en cuenta en el disentildeo y caacutelculo de la edificacioacuten el riesgo de que provoquen dantildeos se minimizaEnumeramos aquiacute no todas pero siacute algunas de las posibles causas de problemas derivadas del proyectobull Falta de capacidad de carga cimentacioacuten insuficiente o capacidad
de carga del suelo insuficientebull Esfuerzos no contemplados por ej por olvido de algunas
sobrecargas de explotacioacutenbull Conocimiento insuficiente del suelo Lo que deriva en la ignorancia
de riesgos especiales geoteacutecnicos Las causas pueden ser escasez de reconocimientos previos del terreno mala interpretacioacuten de los mismos no consideracioacuten de los fenoacutemenos de agresividad etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Cobra importancia en terrenos con especiales caracteriacutesticas
Arcillas expansivas
Suelos colapsables
Rellenos antroacutepicos
Suelos blandos naturales
Infravaloracioacuten del riesgo geoteacutecnico conocido eacuteste Casos asiacute pueden ser desprecio de los efectos que produce la falta de homogeneidad de un suelo o las distintas profundidades de aparicioacuten de la roca en planta desprecio de los efectos de la potencial expansividad o de posible subpresioacuten o fenoacutemenos de subsidencias procesos de disolucioacuten etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONESbull Defectos en la evaluacioacuten del terreno asientos calculados no
tolerables por la estructura esfuerzos paraacutesitos en pilotes (olvido del efecto de asiento de terrenos flojos o rellenos recientes) etc
bull Efecto grupo en pilotes defectuosa estimacioacuten del efecto grupo en pilotes flotantes no consideracioacuten de los esfuerzos laterales o del rozamiento negativo etc
bull Ausencia de consideracioacuten del bulbo de tensiones de la cimentacioacuten propia y su alcance Pero tambieacuten de cimentaciones colindantes que podriacutean suponer una carga oblicua sobre nuestra cimentacioacuten habraacute que considerarla en caacutelculo y prever un proceso constructivo adecuado (no vayamos a provocar dantildeos a otras edificaciones)
bull Ignorancia de las condiciones de contorno es decir no consideracioacuten de las condiciones del entorno de la estructura
proyectada posibles socavaciones arrastres descalces agotamientos rebajamientos de nivel freaacutetico etc
bull Heterogeneidades distribucioacuten irregular de las cargas o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentacioacuten
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Defectos de ejecucioacuten
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecucioacuten de eacutestos Los defectos de ejecucioacuten normalmente responden a un deficiente Control de Calidad Por tanto en principio son evitablesAlgunos errores de ejecucioacuten podriacutean serbull Apreciacioacuten erroacutenea de los estratos resistentes confundidos con
capas de poco espesor bolos erraacuteticos etcbull Errores de replanteo bull Mala calidad de los materiales en especial hormigones Deterioro
de zapatas losas o muros por escasa calidad de los materiales grietas de retraccioacuten por mala dosificacioacuten del hormigoacuten materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto etc
bull Degradacioacuten del material suele ir unido al anterior hormigoacuten no resistente a la agresividad del terreno recubrimientos insuficientes madera metal etc
bullCAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Lavado del hormigoacuten en cimentaciones superficiales o profundas colocado en presencia de aguas en movimiento
Errores en la colocacioacuten de armaduras confusioacuten de diaacutemetros de armado ausencia de separadores etc
Problemas de fraguado unidos a errores de vertido de dosificacioacuten de curado
Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio cortadas lavadas) o de baja calidad y excesiva carga portante de caacutelculo
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR(SPT)1048713El ensayo ldquoin siturdquo maacutes comuacuten en el mundo10487131902 - Coronel Gow de Raymond Pile Co1048713 Muestreador ciliacutendrico partido1048713 Norma ASTM D 15861048713 Martillo (140-lbs cae 30 pulgadas) (635-kg cae 076 metros)1048713 Tres incrementos de 6 pulgadas Suma de los dos uacuteltimos incrementos = N (golpespieacute)
Se obtiene suelo y
un nuacutemero
Muestra alterada
(Solo para
caraterizacioacuten)
Nuacutemero muy crudo
para el anaacutelisis
No aplicable en
Ventajas
arcillas blandas y
Limos
Variabilidad e
incertidumbre
se obtiene un nuacutemero
Sencillo y de bajo
Costo
Funciona en muchos
tipos de suelo
Se puede utilizar en
rocas blandas
Disponible
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Estos suelos en condiciones de no saturacioacuten o saturacioacuten parcial presentan continuamente un reacomodo radical de las partiacuteculas y una gran peacuterdida de volumen por remojo osea al entrar al estado de saturacioacuten completa La existencia de estos suelos en el mundo y las dificultades ocasionadas a las edificaciones cimentadas sobre ellos han sido reconocidos ampliamente Los depoacutesitos maacutes extensos de suelos colapsables son eoacutelicos o depoacutesitos transportados de arena y limos (loess)Se puenden encontrar comuacutenmente en las maacutergenes fluviales
Desventajas
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Depoacutesitos eoacutelicos Estos depoacutesitos consisten en materiales transportados por el viento el cual forma dunas depoacutesitos tipo loess playas eoacutelicas y grandes depoacutesitos de ceniza volcaacutenica
Depoacutesitos transportados por agua Consisten principalmente de depoacutesitos de sedimentos sueltos a carreados por el agua los cuales forman abanicos fluviales y flujos deslizantes Estos materiales pueden ser depositados por una avenida repentina o flujo de lodo derivado de pequentildeas cuencas colectoras sujetas a aguaceros poco frecuentes
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Suelos residuales Estos suelos son producto del intemperismo y la
desintegracioacuten y alteracioacuten mecaacutenica de rocas madres Las partiacuteculas de
material residual pueden variar de tamantildeo de grandes fragmentos de
gravas a arenas limos coloides y en algunos casos material orgaacutenico
La estructura del grano colapsable se ha desarrollado como producto de
la accioacuten disolvente sobre el material soluble y coloidal La lixiviacioacuten del
material soluble y del material fino conduce a una alta relacioacuten de vaciacuteos
y a una estructura inestable Otro tipo de suelo que muestra colapso al
remojo son aquellos derivados de tufo volcaacutenico
sulfato de calcio arenas sueltas cementadas por sal soluble arcillas
dispersivas y arcillas montmorilloniacuteticas ricas en sodio
CAUSAS QUE GENERARIacuteAN DICHO COMPORTAMIENTO- Estructura parcialmente saturada potencialmente inestable- Una componente de esfuerzo aplicado o existente lo suficientemente alta para desarrollar una condicioacuten metaestable- Un ligante resistente o un agente cementante para estabilizar contactos intergranulares el cual se reduce por remojo ocasionando el colapso La mayoriacutea de suelos colapsables involucra la accioacuten de partiacuteculas arcillosas en los enlaces entre los granos gruesos de arena-Agentes cementantes tales como oacutexido de hierro carbonato de calcio o la soldadura de granos en contacto proporcionan esfuerzos resistentes para muchos suelos colapsables La accioacuten de este cementante es frecuentemente el agente principal de colapso en loess El grado al cual el agente cementante pierde su efectividad depende del grado de contaminacioacuten del ingreso del agua y del grado de disolucioacuten del agente cementante involucrado
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
CONSOLIDOacuteMETRO PARA ENSAYO DE COLAPSO
Se procede a cortar el suelo de acuerdo con las dimensiones del anillo
del ensayo de consolidacioacuten unidimensional Determinar sus
propiedades fiacutesicas tales como humedad natural peso volumen
gravedad especiacutefica de soacutelidos liacutemites de consistencia distribucioacuten
granulomeacutetrica seguacuten las normas
Se instala la muestra en el anillo del consolidoacutemetro despueacutes de haber
determinado el peso inicial de la masa huacutemeda y altura de la muestra y
fijar el conjunto anillo-muestra en el consolidoacutemetro Aplicar una carga
de contacto 005 kgcm2 (5 Kpa) despueacutes de 5 min tomar lectura del
deformiacutemetro aplicar incrementos de carga a cada hora hasta que se
aplique la presioacuten vertical apropiada Los incrementos de carga seraacuten
012 025 050 100 200 etc Kgcm2 (12 25 50 100 200 etc) o
cargas de acuerdo al meacutetodo de ensayo ASTM D2435 registrar la
deformacioacuten antes de incrementar una nueva carga
Determinacioacuten del potencial de colapso
donde
di = lectura del dial con el esfuerzo adecuado antes de la saturacioacuten (mm)
df = lectura del dial bajo el esfuerzo adecuado despueacutes del humedecimiento (mm)
ho = altura inicial de la muestra (mm)
Tmbieacuten se puede evalua en teacuterminos de relacioacuten de vaciacuteos
dondeΔe = cambio de relacioacuten de vaciacuteos bajo el esfuerzo adecuado antes y despueacutes de la inundacioacuteneo = relacioacuten de vaciacuteo inicialLa evaluacioacuten de un suelo colapsable seraacute de acuerdo a la siguiente tablaCon todo lo epxlicado concluimos que el colapso de los suelos es la disminucioacuten moderada de volumen cuando estaacute con bajo contenido de humedad y una gran peacuterdida cuando estaacute sumergido y la magnitud de asentamiento depende del contenido de humedad del suelo En estado sumergido y bajo la aplicacioacuten de cargas verticales los suelos colapsables presentan un mayor asentamiento Los suelos colapsables existen en todo el mundo principalmente en la regiones aacuteridas y semiaacuteridas nuevamente comentando que los depoacutesitos eoacutelicos coluviales residuales tubos volcaacutenicos etc son suelos que pueden ser colapsables
Definicioacuten de colapso Se definen como colapso a cualquier disminucioacuten raacutepida de volumen del suelo producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factoresbull Contenido de humedad (w) bull Grado de saturacioacuten (Sr) bull Tensioacuten media actuante (τ) bull Tensioacuten de corte (σ) bull Presioacuten de poros (u)
TIPOS DE SUELOS COLAPSABLESLos tipos de suelos colapsables son
- Suelos aluviales y coluviales ndash Depositados en ambientes Semi-deseacuterticos por flujos maacutes o menos torrenciales- Suelos eoacutelicos ndash Depositados por el viento son arenas y limos arenosos con escaso cemento arcilloso en una estructura suelta o inestable
- Cenizas volcaacutenicas ndash Provenientes de cenizas arrojadas al aire por actividad volcaacutenica explosiva- Suelos residuales ndash Derivados de la descomposicioacuten in ndash situ de minerales de ciertas rocas son luego lixiviados por el agua y pierden su cemento
CONSECUENCIAS EN CIMENTACIONES
Patologiacuteas en cimentaciones Posibles causas
Introduccioacuten
De todos los posibles tipos de patologiacutea que puede sufrir la edificacioacuten las estadiacutesticas demuestran que son las patologiacuteas ligadas a las cimentaciones las que mayores costes globales conllevan Ademaacutes tienen gran repercusioacuten social lo que las hace maacutes notorias por la complejidad propia de su reparacioacuten porque suponen una fuerte alteracioacuten y hasta interrupcioacuten del uso del inmueble y porque suelen involucrar a colindantes e incluso poderes puacuteblicos Urge como en ninguacuten otro caso determinar las causas y cuanto antes dar una solucioacuten al problema
Causas intriacutensecas de fallos de cimentacioacuten
Se agrupan aquiacute los fallos de cimentacioacuten consecuencia de la interaccioacuten entre el terreno y la propia cimentacioacuten de la construccioacuten afectada
Defectos de proyecto
Son errores de concepcioacuten de disentildeo o caacutelculo del proyecto Son errores previsibles por lo que si se tienen en cuenta en el disentildeo y caacutelculo de la edificacioacuten el riesgo de que provoquen dantildeos se minimizaEnumeramos aquiacute no todas pero siacute algunas de las posibles causas de problemas derivadas del proyectobull Falta de capacidad de carga cimentacioacuten insuficiente o capacidad
de carga del suelo insuficientebull Esfuerzos no contemplados por ej por olvido de algunas
sobrecargas de explotacioacutenbull Conocimiento insuficiente del suelo Lo que deriva en la ignorancia
de riesgos especiales geoteacutecnicos Las causas pueden ser escasez de reconocimientos previos del terreno mala interpretacioacuten de los mismos no consideracioacuten de los fenoacutemenos de agresividad etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Cobra importancia en terrenos con especiales caracteriacutesticas
Arcillas expansivas
Suelos colapsables
Rellenos antroacutepicos
Suelos blandos naturales
Infravaloracioacuten del riesgo geoteacutecnico conocido eacuteste Casos asiacute pueden ser desprecio de los efectos que produce la falta de homogeneidad de un suelo o las distintas profundidades de aparicioacuten de la roca en planta desprecio de los efectos de la potencial expansividad o de posible subpresioacuten o fenoacutemenos de subsidencias procesos de disolucioacuten etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONESbull Defectos en la evaluacioacuten del terreno asientos calculados no
tolerables por la estructura esfuerzos paraacutesitos en pilotes (olvido del efecto de asiento de terrenos flojos o rellenos recientes) etc
bull Efecto grupo en pilotes defectuosa estimacioacuten del efecto grupo en pilotes flotantes no consideracioacuten de los esfuerzos laterales o del rozamiento negativo etc
bull Ausencia de consideracioacuten del bulbo de tensiones de la cimentacioacuten propia y su alcance Pero tambieacuten de cimentaciones colindantes que podriacutean suponer una carga oblicua sobre nuestra cimentacioacuten habraacute que considerarla en caacutelculo y prever un proceso constructivo adecuado (no vayamos a provocar dantildeos a otras edificaciones)
bull Ignorancia de las condiciones de contorno es decir no consideracioacuten de las condiciones del entorno de la estructura
proyectada posibles socavaciones arrastres descalces agotamientos rebajamientos de nivel freaacutetico etc
bull Heterogeneidades distribucioacuten irregular de las cargas o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentacioacuten
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Defectos de ejecucioacuten
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecucioacuten de eacutestos Los defectos de ejecucioacuten normalmente responden a un deficiente Control de Calidad Por tanto en principio son evitablesAlgunos errores de ejecucioacuten podriacutean serbull Apreciacioacuten erroacutenea de los estratos resistentes confundidos con
capas de poco espesor bolos erraacuteticos etcbull Errores de replanteo bull Mala calidad de los materiales en especial hormigones Deterioro
de zapatas losas o muros por escasa calidad de los materiales grietas de retraccioacuten por mala dosificacioacuten del hormigoacuten materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto etc
bull Degradacioacuten del material suele ir unido al anterior hormigoacuten no resistente a la agresividad del terreno recubrimientos insuficientes madera metal etc
bullCAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Lavado del hormigoacuten en cimentaciones superficiales o profundas colocado en presencia de aguas en movimiento
Errores en la colocacioacuten de armaduras confusioacuten de diaacutemetros de armado ausencia de separadores etc
Problemas de fraguado unidos a errores de vertido de dosificacioacuten de curado
Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio cortadas lavadas) o de baja calidad y excesiva carga portante de caacutelculo
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
Se obtiene suelo y
un nuacutemero
Muestra alterada
(Solo para
caraterizacioacuten)
Nuacutemero muy crudo
para el anaacutelisis
No aplicable en
Ventajas
arcillas blandas y
Limos
Variabilidad e
incertidumbre
se obtiene un nuacutemero
Sencillo y de bajo
Costo
Funciona en muchos
tipos de suelo
Se puede utilizar en
rocas blandas
Disponible
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Estos suelos en condiciones de no saturacioacuten o saturacioacuten parcial presentan continuamente un reacomodo radical de las partiacuteculas y una gran peacuterdida de volumen por remojo osea al entrar al estado de saturacioacuten completa La existencia de estos suelos en el mundo y las dificultades ocasionadas a las edificaciones cimentadas sobre ellos han sido reconocidos ampliamente Los depoacutesitos maacutes extensos de suelos colapsables son eoacutelicos o depoacutesitos transportados de arena y limos (loess)Se puenden encontrar comuacutenmente en las maacutergenes fluviales
Desventajas
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Depoacutesitos eoacutelicos Estos depoacutesitos consisten en materiales transportados por el viento el cual forma dunas depoacutesitos tipo loess playas eoacutelicas y grandes depoacutesitos de ceniza volcaacutenica
Depoacutesitos transportados por agua Consisten principalmente de depoacutesitos de sedimentos sueltos a carreados por el agua los cuales forman abanicos fluviales y flujos deslizantes Estos materiales pueden ser depositados por una avenida repentina o flujo de lodo derivado de pequentildeas cuencas colectoras sujetas a aguaceros poco frecuentes
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Suelos residuales Estos suelos son producto del intemperismo y la
desintegracioacuten y alteracioacuten mecaacutenica de rocas madres Las partiacuteculas de
material residual pueden variar de tamantildeo de grandes fragmentos de
gravas a arenas limos coloides y en algunos casos material orgaacutenico
La estructura del grano colapsable se ha desarrollado como producto de
la accioacuten disolvente sobre el material soluble y coloidal La lixiviacioacuten del
material soluble y del material fino conduce a una alta relacioacuten de vaciacuteos
y a una estructura inestable Otro tipo de suelo que muestra colapso al
remojo son aquellos derivados de tufo volcaacutenico
sulfato de calcio arenas sueltas cementadas por sal soluble arcillas
dispersivas y arcillas montmorilloniacuteticas ricas en sodio
CAUSAS QUE GENERARIacuteAN DICHO COMPORTAMIENTO- Estructura parcialmente saturada potencialmente inestable- Una componente de esfuerzo aplicado o existente lo suficientemente alta para desarrollar una condicioacuten metaestable- Un ligante resistente o un agente cementante para estabilizar contactos intergranulares el cual se reduce por remojo ocasionando el colapso La mayoriacutea de suelos colapsables involucra la accioacuten de partiacuteculas arcillosas en los enlaces entre los granos gruesos de arena-Agentes cementantes tales como oacutexido de hierro carbonato de calcio o la soldadura de granos en contacto proporcionan esfuerzos resistentes para muchos suelos colapsables La accioacuten de este cementante es frecuentemente el agente principal de colapso en loess El grado al cual el agente cementante pierde su efectividad depende del grado de contaminacioacuten del ingreso del agua y del grado de disolucioacuten del agente cementante involucrado
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
CONSOLIDOacuteMETRO PARA ENSAYO DE COLAPSO
Se procede a cortar el suelo de acuerdo con las dimensiones del anillo
del ensayo de consolidacioacuten unidimensional Determinar sus
propiedades fiacutesicas tales como humedad natural peso volumen
gravedad especiacutefica de soacutelidos liacutemites de consistencia distribucioacuten
granulomeacutetrica seguacuten las normas
Se instala la muestra en el anillo del consolidoacutemetro despueacutes de haber
determinado el peso inicial de la masa huacutemeda y altura de la muestra y
fijar el conjunto anillo-muestra en el consolidoacutemetro Aplicar una carga
de contacto 005 kgcm2 (5 Kpa) despueacutes de 5 min tomar lectura del
deformiacutemetro aplicar incrementos de carga a cada hora hasta que se
aplique la presioacuten vertical apropiada Los incrementos de carga seraacuten
012 025 050 100 200 etc Kgcm2 (12 25 50 100 200 etc) o
cargas de acuerdo al meacutetodo de ensayo ASTM D2435 registrar la
deformacioacuten antes de incrementar una nueva carga
Determinacioacuten del potencial de colapso
donde
di = lectura del dial con el esfuerzo adecuado antes de la saturacioacuten (mm)
df = lectura del dial bajo el esfuerzo adecuado despueacutes del humedecimiento (mm)
ho = altura inicial de la muestra (mm)
Tmbieacuten se puede evalua en teacuterminos de relacioacuten de vaciacuteos
dondeΔe = cambio de relacioacuten de vaciacuteos bajo el esfuerzo adecuado antes y despueacutes de la inundacioacuteneo = relacioacuten de vaciacuteo inicialLa evaluacioacuten de un suelo colapsable seraacute de acuerdo a la siguiente tablaCon todo lo epxlicado concluimos que el colapso de los suelos es la disminucioacuten moderada de volumen cuando estaacute con bajo contenido de humedad y una gran peacuterdida cuando estaacute sumergido y la magnitud de asentamiento depende del contenido de humedad del suelo En estado sumergido y bajo la aplicacioacuten de cargas verticales los suelos colapsables presentan un mayor asentamiento Los suelos colapsables existen en todo el mundo principalmente en la regiones aacuteridas y semiaacuteridas nuevamente comentando que los depoacutesitos eoacutelicos coluviales residuales tubos volcaacutenicos etc son suelos que pueden ser colapsables
Definicioacuten de colapso Se definen como colapso a cualquier disminucioacuten raacutepida de volumen del suelo producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factoresbull Contenido de humedad (w) bull Grado de saturacioacuten (Sr) bull Tensioacuten media actuante (τ) bull Tensioacuten de corte (σ) bull Presioacuten de poros (u)
TIPOS DE SUELOS COLAPSABLESLos tipos de suelos colapsables son
- Suelos aluviales y coluviales ndash Depositados en ambientes Semi-deseacuterticos por flujos maacutes o menos torrenciales- Suelos eoacutelicos ndash Depositados por el viento son arenas y limos arenosos con escaso cemento arcilloso en una estructura suelta o inestable
- Cenizas volcaacutenicas ndash Provenientes de cenizas arrojadas al aire por actividad volcaacutenica explosiva- Suelos residuales ndash Derivados de la descomposicioacuten in ndash situ de minerales de ciertas rocas son luego lixiviados por el agua y pierden su cemento
CONSECUENCIAS EN CIMENTACIONES
Patologiacuteas en cimentaciones Posibles causas
Introduccioacuten
De todos los posibles tipos de patologiacutea que puede sufrir la edificacioacuten las estadiacutesticas demuestran que son las patologiacuteas ligadas a las cimentaciones las que mayores costes globales conllevan Ademaacutes tienen gran repercusioacuten social lo que las hace maacutes notorias por la complejidad propia de su reparacioacuten porque suponen una fuerte alteracioacuten y hasta interrupcioacuten del uso del inmueble y porque suelen involucrar a colindantes e incluso poderes puacuteblicos Urge como en ninguacuten otro caso determinar las causas y cuanto antes dar una solucioacuten al problema
Causas intriacutensecas de fallos de cimentacioacuten
Se agrupan aquiacute los fallos de cimentacioacuten consecuencia de la interaccioacuten entre el terreno y la propia cimentacioacuten de la construccioacuten afectada
Defectos de proyecto
Son errores de concepcioacuten de disentildeo o caacutelculo del proyecto Son errores previsibles por lo que si se tienen en cuenta en el disentildeo y caacutelculo de la edificacioacuten el riesgo de que provoquen dantildeos se minimizaEnumeramos aquiacute no todas pero siacute algunas de las posibles causas de problemas derivadas del proyectobull Falta de capacidad de carga cimentacioacuten insuficiente o capacidad
de carga del suelo insuficientebull Esfuerzos no contemplados por ej por olvido de algunas
sobrecargas de explotacioacutenbull Conocimiento insuficiente del suelo Lo que deriva en la ignorancia
de riesgos especiales geoteacutecnicos Las causas pueden ser escasez de reconocimientos previos del terreno mala interpretacioacuten de los mismos no consideracioacuten de los fenoacutemenos de agresividad etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Cobra importancia en terrenos con especiales caracteriacutesticas
Arcillas expansivas
Suelos colapsables
Rellenos antroacutepicos
Suelos blandos naturales
Infravaloracioacuten del riesgo geoteacutecnico conocido eacuteste Casos asiacute pueden ser desprecio de los efectos que produce la falta de homogeneidad de un suelo o las distintas profundidades de aparicioacuten de la roca en planta desprecio de los efectos de la potencial expansividad o de posible subpresioacuten o fenoacutemenos de subsidencias procesos de disolucioacuten etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONESbull Defectos en la evaluacioacuten del terreno asientos calculados no
tolerables por la estructura esfuerzos paraacutesitos en pilotes (olvido del efecto de asiento de terrenos flojos o rellenos recientes) etc
bull Efecto grupo en pilotes defectuosa estimacioacuten del efecto grupo en pilotes flotantes no consideracioacuten de los esfuerzos laterales o del rozamiento negativo etc
bull Ausencia de consideracioacuten del bulbo de tensiones de la cimentacioacuten propia y su alcance Pero tambieacuten de cimentaciones colindantes que podriacutean suponer una carga oblicua sobre nuestra cimentacioacuten habraacute que considerarla en caacutelculo y prever un proceso constructivo adecuado (no vayamos a provocar dantildeos a otras edificaciones)
bull Ignorancia de las condiciones de contorno es decir no consideracioacuten de las condiciones del entorno de la estructura
proyectada posibles socavaciones arrastres descalces agotamientos rebajamientos de nivel freaacutetico etc
bull Heterogeneidades distribucioacuten irregular de las cargas o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentacioacuten
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Defectos de ejecucioacuten
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecucioacuten de eacutestos Los defectos de ejecucioacuten normalmente responden a un deficiente Control de Calidad Por tanto en principio son evitablesAlgunos errores de ejecucioacuten podriacutean serbull Apreciacioacuten erroacutenea de los estratos resistentes confundidos con
capas de poco espesor bolos erraacuteticos etcbull Errores de replanteo bull Mala calidad de los materiales en especial hormigones Deterioro
de zapatas losas o muros por escasa calidad de los materiales grietas de retraccioacuten por mala dosificacioacuten del hormigoacuten materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto etc
bull Degradacioacuten del material suele ir unido al anterior hormigoacuten no resistente a la agresividad del terreno recubrimientos insuficientes madera metal etc
bullCAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Lavado del hormigoacuten en cimentaciones superficiales o profundas colocado en presencia de aguas en movimiento
Errores en la colocacioacuten de armaduras confusioacuten de diaacutemetros de armado ausencia de separadores etc
Problemas de fraguado unidos a errores de vertido de dosificacioacuten de curado
Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio cortadas lavadas) o de baja calidad y excesiva carga portante de caacutelculo
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
arcillas blandas y
Limos
Variabilidad e
incertidumbre
se obtiene un nuacutemero
Sencillo y de bajo
Costo
Funciona en muchos
tipos de suelo
Se puede utilizar en
rocas blandas
Disponible
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Estos suelos en condiciones de no saturacioacuten o saturacioacuten parcial presentan continuamente un reacomodo radical de las partiacuteculas y una gran peacuterdida de volumen por remojo osea al entrar al estado de saturacioacuten completa La existencia de estos suelos en el mundo y las dificultades ocasionadas a las edificaciones cimentadas sobre ellos han sido reconocidos ampliamente Los depoacutesitos maacutes extensos de suelos colapsables son eoacutelicos o depoacutesitos transportados de arena y limos (loess)Se puenden encontrar comuacutenmente en las maacutergenes fluviales
Desventajas
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Depoacutesitos eoacutelicos Estos depoacutesitos consisten en materiales transportados por el viento el cual forma dunas depoacutesitos tipo loess playas eoacutelicas y grandes depoacutesitos de ceniza volcaacutenica
Depoacutesitos transportados por agua Consisten principalmente de depoacutesitos de sedimentos sueltos a carreados por el agua los cuales forman abanicos fluviales y flujos deslizantes Estos materiales pueden ser depositados por una avenida repentina o flujo de lodo derivado de pequentildeas cuencas colectoras sujetas a aguaceros poco frecuentes
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Suelos residuales Estos suelos son producto del intemperismo y la
desintegracioacuten y alteracioacuten mecaacutenica de rocas madres Las partiacuteculas de
material residual pueden variar de tamantildeo de grandes fragmentos de
gravas a arenas limos coloides y en algunos casos material orgaacutenico
La estructura del grano colapsable se ha desarrollado como producto de
la accioacuten disolvente sobre el material soluble y coloidal La lixiviacioacuten del
material soluble y del material fino conduce a una alta relacioacuten de vaciacuteos
y a una estructura inestable Otro tipo de suelo que muestra colapso al
remojo son aquellos derivados de tufo volcaacutenico
sulfato de calcio arenas sueltas cementadas por sal soluble arcillas
dispersivas y arcillas montmorilloniacuteticas ricas en sodio
CAUSAS QUE GENERARIacuteAN DICHO COMPORTAMIENTO- Estructura parcialmente saturada potencialmente inestable- Una componente de esfuerzo aplicado o existente lo suficientemente alta para desarrollar una condicioacuten metaestable- Un ligante resistente o un agente cementante para estabilizar contactos intergranulares el cual se reduce por remojo ocasionando el colapso La mayoriacutea de suelos colapsables involucra la accioacuten de partiacuteculas arcillosas en los enlaces entre los granos gruesos de arena-Agentes cementantes tales como oacutexido de hierro carbonato de calcio o la soldadura de granos en contacto proporcionan esfuerzos resistentes para muchos suelos colapsables La accioacuten de este cementante es frecuentemente el agente principal de colapso en loess El grado al cual el agente cementante pierde su efectividad depende del grado de contaminacioacuten del ingreso del agua y del grado de disolucioacuten del agente cementante involucrado
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
CONSOLIDOacuteMETRO PARA ENSAYO DE COLAPSO
Se procede a cortar el suelo de acuerdo con las dimensiones del anillo
del ensayo de consolidacioacuten unidimensional Determinar sus
propiedades fiacutesicas tales como humedad natural peso volumen
gravedad especiacutefica de soacutelidos liacutemites de consistencia distribucioacuten
granulomeacutetrica seguacuten las normas
Se instala la muestra en el anillo del consolidoacutemetro despueacutes de haber
determinado el peso inicial de la masa huacutemeda y altura de la muestra y
fijar el conjunto anillo-muestra en el consolidoacutemetro Aplicar una carga
de contacto 005 kgcm2 (5 Kpa) despueacutes de 5 min tomar lectura del
deformiacutemetro aplicar incrementos de carga a cada hora hasta que se
aplique la presioacuten vertical apropiada Los incrementos de carga seraacuten
012 025 050 100 200 etc Kgcm2 (12 25 50 100 200 etc) o
cargas de acuerdo al meacutetodo de ensayo ASTM D2435 registrar la
deformacioacuten antes de incrementar una nueva carga
Determinacioacuten del potencial de colapso
donde
di = lectura del dial con el esfuerzo adecuado antes de la saturacioacuten (mm)
df = lectura del dial bajo el esfuerzo adecuado despueacutes del humedecimiento (mm)
ho = altura inicial de la muestra (mm)
Tmbieacuten se puede evalua en teacuterminos de relacioacuten de vaciacuteos
dondeΔe = cambio de relacioacuten de vaciacuteos bajo el esfuerzo adecuado antes y despueacutes de la inundacioacuteneo = relacioacuten de vaciacuteo inicialLa evaluacioacuten de un suelo colapsable seraacute de acuerdo a la siguiente tablaCon todo lo epxlicado concluimos que el colapso de los suelos es la disminucioacuten moderada de volumen cuando estaacute con bajo contenido de humedad y una gran peacuterdida cuando estaacute sumergido y la magnitud de asentamiento depende del contenido de humedad del suelo En estado sumergido y bajo la aplicacioacuten de cargas verticales los suelos colapsables presentan un mayor asentamiento Los suelos colapsables existen en todo el mundo principalmente en la regiones aacuteridas y semiaacuteridas nuevamente comentando que los depoacutesitos eoacutelicos coluviales residuales tubos volcaacutenicos etc son suelos que pueden ser colapsables
Definicioacuten de colapso Se definen como colapso a cualquier disminucioacuten raacutepida de volumen del suelo producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factoresbull Contenido de humedad (w) bull Grado de saturacioacuten (Sr) bull Tensioacuten media actuante (τ) bull Tensioacuten de corte (σ) bull Presioacuten de poros (u)
TIPOS DE SUELOS COLAPSABLESLos tipos de suelos colapsables son
- Suelos aluviales y coluviales ndash Depositados en ambientes Semi-deseacuterticos por flujos maacutes o menos torrenciales- Suelos eoacutelicos ndash Depositados por el viento son arenas y limos arenosos con escaso cemento arcilloso en una estructura suelta o inestable
- Cenizas volcaacutenicas ndash Provenientes de cenizas arrojadas al aire por actividad volcaacutenica explosiva- Suelos residuales ndash Derivados de la descomposicioacuten in ndash situ de minerales de ciertas rocas son luego lixiviados por el agua y pierden su cemento
CONSECUENCIAS EN CIMENTACIONES
Patologiacuteas en cimentaciones Posibles causas
Introduccioacuten
De todos los posibles tipos de patologiacutea que puede sufrir la edificacioacuten las estadiacutesticas demuestran que son las patologiacuteas ligadas a las cimentaciones las que mayores costes globales conllevan Ademaacutes tienen gran repercusioacuten social lo que las hace maacutes notorias por la complejidad propia de su reparacioacuten porque suponen una fuerte alteracioacuten y hasta interrupcioacuten del uso del inmueble y porque suelen involucrar a colindantes e incluso poderes puacuteblicos Urge como en ninguacuten otro caso determinar las causas y cuanto antes dar una solucioacuten al problema
Causas intriacutensecas de fallos de cimentacioacuten
Se agrupan aquiacute los fallos de cimentacioacuten consecuencia de la interaccioacuten entre el terreno y la propia cimentacioacuten de la construccioacuten afectada
Defectos de proyecto
Son errores de concepcioacuten de disentildeo o caacutelculo del proyecto Son errores previsibles por lo que si se tienen en cuenta en el disentildeo y caacutelculo de la edificacioacuten el riesgo de que provoquen dantildeos se minimizaEnumeramos aquiacute no todas pero siacute algunas de las posibles causas de problemas derivadas del proyectobull Falta de capacidad de carga cimentacioacuten insuficiente o capacidad
de carga del suelo insuficientebull Esfuerzos no contemplados por ej por olvido de algunas
sobrecargas de explotacioacutenbull Conocimiento insuficiente del suelo Lo que deriva en la ignorancia
de riesgos especiales geoteacutecnicos Las causas pueden ser escasez de reconocimientos previos del terreno mala interpretacioacuten de los mismos no consideracioacuten de los fenoacutemenos de agresividad etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Cobra importancia en terrenos con especiales caracteriacutesticas
Arcillas expansivas
Suelos colapsables
Rellenos antroacutepicos
Suelos blandos naturales
Infravaloracioacuten del riesgo geoteacutecnico conocido eacuteste Casos asiacute pueden ser desprecio de los efectos que produce la falta de homogeneidad de un suelo o las distintas profundidades de aparicioacuten de la roca en planta desprecio de los efectos de la potencial expansividad o de posible subpresioacuten o fenoacutemenos de subsidencias procesos de disolucioacuten etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONESbull Defectos en la evaluacioacuten del terreno asientos calculados no
tolerables por la estructura esfuerzos paraacutesitos en pilotes (olvido del efecto de asiento de terrenos flojos o rellenos recientes) etc
bull Efecto grupo en pilotes defectuosa estimacioacuten del efecto grupo en pilotes flotantes no consideracioacuten de los esfuerzos laterales o del rozamiento negativo etc
bull Ausencia de consideracioacuten del bulbo de tensiones de la cimentacioacuten propia y su alcance Pero tambieacuten de cimentaciones colindantes que podriacutean suponer una carga oblicua sobre nuestra cimentacioacuten habraacute que considerarla en caacutelculo y prever un proceso constructivo adecuado (no vayamos a provocar dantildeos a otras edificaciones)
bull Ignorancia de las condiciones de contorno es decir no consideracioacuten de las condiciones del entorno de la estructura
proyectada posibles socavaciones arrastres descalces agotamientos rebajamientos de nivel freaacutetico etc
bull Heterogeneidades distribucioacuten irregular de las cargas o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentacioacuten
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Defectos de ejecucioacuten
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecucioacuten de eacutestos Los defectos de ejecucioacuten normalmente responden a un deficiente Control de Calidad Por tanto en principio son evitablesAlgunos errores de ejecucioacuten podriacutean serbull Apreciacioacuten erroacutenea de los estratos resistentes confundidos con
capas de poco espesor bolos erraacuteticos etcbull Errores de replanteo bull Mala calidad de los materiales en especial hormigones Deterioro
de zapatas losas o muros por escasa calidad de los materiales grietas de retraccioacuten por mala dosificacioacuten del hormigoacuten materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto etc
bull Degradacioacuten del material suele ir unido al anterior hormigoacuten no resistente a la agresividad del terreno recubrimientos insuficientes madera metal etc
bullCAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Lavado del hormigoacuten en cimentaciones superficiales o profundas colocado en presencia de aguas en movimiento
Errores en la colocacioacuten de armaduras confusioacuten de diaacutemetros de armado ausencia de separadores etc
Problemas de fraguado unidos a errores de vertido de dosificacioacuten de curado
Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio cortadas lavadas) o de baja calidad y excesiva carga portante de caacutelculo
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Depoacutesitos eoacutelicos Estos depoacutesitos consisten en materiales transportados por el viento el cual forma dunas depoacutesitos tipo loess playas eoacutelicas y grandes depoacutesitos de ceniza volcaacutenica
Depoacutesitos transportados por agua Consisten principalmente de depoacutesitos de sedimentos sueltos a carreados por el agua los cuales forman abanicos fluviales y flujos deslizantes Estos materiales pueden ser depositados por una avenida repentina o flujo de lodo derivado de pequentildeas cuencas colectoras sujetas a aguaceros poco frecuentes
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Suelos residuales Estos suelos son producto del intemperismo y la
desintegracioacuten y alteracioacuten mecaacutenica de rocas madres Las partiacuteculas de
material residual pueden variar de tamantildeo de grandes fragmentos de
gravas a arenas limos coloides y en algunos casos material orgaacutenico
La estructura del grano colapsable se ha desarrollado como producto de
la accioacuten disolvente sobre el material soluble y coloidal La lixiviacioacuten del
material soluble y del material fino conduce a una alta relacioacuten de vaciacuteos
y a una estructura inestable Otro tipo de suelo que muestra colapso al
remojo son aquellos derivados de tufo volcaacutenico
sulfato de calcio arenas sueltas cementadas por sal soluble arcillas
dispersivas y arcillas montmorilloniacuteticas ricas en sodio
CAUSAS QUE GENERARIacuteAN DICHO COMPORTAMIENTO- Estructura parcialmente saturada potencialmente inestable- Una componente de esfuerzo aplicado o existente lo suficientemente alta para desarrollar una condicioacuten metaestable- Un ligante resistente o un agente cementante para estabilizar contactos intergranulares el cual se reduce por remojo ocasionando el colapso La mayoriacutea de suelos colapsables involucra la accioacuten de partiacuteculas arcillosas en los enlaces entre los granos gruesos de arena-Agentes cementantes tales como oacutexido de hierro carbonato de calcio o la soldadura de granos en contacto proporcionan esfuerzos resistentes para muchos suelos colapsables La accioacuten de este cementante es frecuentemente el agente principal de colapso en loess El grado al cual el agente cementante pierde su efectividad depende del grado de contaminacioacuten del ingreso del agua y del grado de disolucioacuten del agente cementante involucrado
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
CONSOLIDOacuteMETRO PARA ENSAYO DE COLAPSO
Se procede a cortar el suelo de acuerdo con las dimensiones del anillo
del ensayo de consolidacioacuten unidimensional Determinar sus
propiedades fiacutesicas tales como humedad natural peso volumen
gravedad especiacutefica de soacutelidos liacutemites de consistencia distribucioacuten
granulomeacutetrica seguacuten las normas
Se instala la muestra en el anillo del consolidoacutemetro despueacutes de haber
determinado el peso inicial de la masa huacutemeda y altura de la muestra y
fijar el conjunto anillo-muestra en el consolidoacutemetro Aplicar una carga
de contacto 005 kgcm2 (5 Kpa) despueacutes de 5 min tomar lectura del
deformiacutemetro aplicar incrementos de carga a cada hora hasta que se
aplique la presioacuten vertical apropiada Los incrementos de carga seraacuten
012 025 050 100 200 etc Kgcm2 (12 25 50 100 200 etc) o
cargas de acuerdo al meacutetodo de ensayo ASTM D2435 registrar la
deformacioacuten antes de incrementar una nueva carga
Determinacioacuten del potencial de colapso
donde
di = lectura del dial con el esfuerzo adecuado antes de la saturacioacuten (mm)
df = lectura del dial bajo el esfuerzo adecuado despueacutes del humedecimiento (mm)
ho = altura inicial de la muestra (mm)
Tmbieacuten se puede evalua en teacuterminos de relacioacuten de vaciacuteos
dondeΔe = cambio de relacioacuten de vaciacuteos bajo el esfuerzo adecuado antes y despueacutes de la inundacioacuteneo = relacioacuten de vaciacuteo inicialLa evaluacioacuten de un suelo colapsable seraacute de acuerdo a la siguiente tablaCon todo lo epxlicado concluimos que el colapso de los suelos es la disminucioacuten moderada de volumen cuando estaacute con bajo contenido de humedad y una gran peacuterdida cuando estaacute sumergido y la magnitud de asentamiento depende del contenido de humedad del suelo En estado sumergido y bajo la aplicacioacuten de cargas verticales los suelos colapsables presentan un mayor asentamiento Los suelos colapsables existen en todo el mundo principalmente en la regiones aacuteridas y semiaacuteridas nuevamente comentando que los depoacutesitos eoacutelicos coluviales residuales tubos volcaacutenicos etc son suelos que pueden ser colapsables
Definicioacuten de colapso Se definen como colapso a cualquier disminucioacuten raacutepida de volumen del suelo producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factoresbull Contenido de humedad (w) bull Grado de saturacioacuten (Sr) bull Tensioacuten media actuante (τ) bull Tensioacuten de corte (σ) bull Presioacuten de poros (u)
TIPOS DE SUELOS COLAPSABLESLos tipos de suelos colapsables son
- Suelos aluviales y coluviales ndash Depositados en ambientes Semi-deseacuterticos por flujos maacutes o menos torrenciales- Suelos eoacutelicos ndash Depositados por el viento son arenas y limos arenosos con escaso cemento arcilloso en una estructura suelta o inestable
- Cenizas volcaacutenicas ndash Provenientes de cenizas arrojadas al aire por actividad volcaacutenica explosiva- Suelos residuales ndash Derivados de la descomposicioacuten in ndash situ de minerales de ciertas rocas son luego lixiviados por el agua y pierden su cemento
CONSECUENCIAS EN CIMENTACIONES
Patologiacuteas en cimentaciones Posibles causas
Introduccioacuten
De todos los posibles tipos de patologiacutea que puede sufrir la edificacioacuten las estadiacutesticas demuestran que son las patologiacuteas ligadas a las cimentaciones las que mayores costes globales conllevan Ademaacutes tienen gran repercusioacuten social lo que las hace maacutes notorias por la complejidad propia de su reparacioacuten porque suponen una fuerte alteracioacuten y hasta interrupcioacuten del uso del inmueble y porque suelen involucrar a colindantes e incluso poderes puacuteblicos Urge como en ninguacuten otro caso determinar las causas y cuanto antes dar una solucioacuten al problema
Causas intriacutensecas de fallos de cimentacioacuten
Se agrupan aquiacute los fallos de cimentacioacuten consecuencia de la interaccioacuten entre el terreno y la propia cimentacioacuten de la construccioacuten afectada
Defectos de proyecto
Son errores de concepcioacuten de disentildeo o caacutelculo del proyecto Son errores previsibles por lo que si se tienen en cuenta en el disentildeo y caacutelculo de la edificacioacuten el riesgo de que provoquen dantildeos se minimizaEnumeramos aquiacute no todas pero siacute algunas de las posibles causas de problemas derivadas del proyectobull Falta de capacidad de carga cimentacioacuten insuficiente o capacidad
de carga del suelo insuficientebull Esfuerzos no contemplados por ej por olvido de algunas
sobrecargas de explotacioacutenbull Conocimiento insuficiente del suelo Lo que deriva en la ignorancia
de riesgos especiales geoteacutecnicos Las causas pueden ser escasez de reconocimientos previos del terreno mala interpretacioacuten de los mismos no consideracioacuten de los fenoacutemenos de agresividad etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Cobra importancia en terrenos con especiales caracteriacutesticas
Arcillas expansivas
Suelos colapsables
Rellenos antroacutepicos
Suelos blandos naturales
Infravaloracioacuten del riesgo geoteacutecnico conocido eacuteste Casos asiacute pueden ser desprecio de los efectos que produce la falta de homogeneidad de un suelo o las distintas profundidades de aparicioacuten de la roca en planta desprecio de los efectos de la potencial expansividad o de posible subpresioacuten o fenoacutemenos de subsidencias procesos de disolucioacuten etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONESbull Defectos en la evaluacioacuten del terreno asientos calculados no
tolerables por la estructura esfuerzos paraacutesitos en pilotes (olvido del efecto de asiento de terrenos flojos o rellenos recientes) etc
bull Efecto grupo en pilotes defectuosa estimacioacuten del efecto grupo en pilotes flotantes no consideracioacuten de los esfuerzos laterales o del rozamiento negativo etc
bull Ausencia de consideracioacuten del bulbo de tensiones de la cimentacioacuten propia y su alcance Pero tambieacuten de cimentaciones colindantes que podriacutean suponer una carga oblicua sobre nuestra cimentacioacuten habraacute que considerarla en caacutelculo y prever un proceso constructivo adecuado (no vayamos a provocar dantildeos a otras edificaciones)
bull Ignorancia de las condiciones de contorno es decir no consideracioacuten de las condiciones del entorno de la estructura
proyectada posibles socavaciones arrastres descalces agotamientos rebajamientos de nivel freaacutetico etc
bull Heterogeneidades distribucioacuten irregular de las cargas o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentacioacuten
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Defectos de ejecucioacuten
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecucioacuten de eacutestos Los defectos de ejecucioacuten normalmente responden a un deficiente Control de Calidad Por tanto en principio son evitablesAlgunos errores de ejecucioacuten podriacutean serbull Apreciacioacuten erroacutenea de los estratos resistentes confundidos con
capas de poco espesor bolos erraacuteticos etcbull Errores de replanteo bull Mala calidad de los materiales en especial hormigones Deterioro
de zapatas losas o muros por escasa calidad de los materiales grietas de retraccioacuten por mala dosificacioacuten del hormigoacuten materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto etc
bull Degradacioacuten del material suele ir unido al anterior hormigoacuten no resistente a la agresividad del terreno recubrimientos insuficientes madera metal etc
bullCAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Lavado del hormigoacuten en cimentaciones superficiales o profundas colocado en presencia de aguas en movimiento
Errores en la colocacioacuten de armaduras confusioacuten de diaacutemetros de armado ausencia de separadores etc
Problemas de fraguado unidos a errores de vertido de dosificacioacuten de curado
Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio cortadas lavadas) o de baja calidad y excesiva carga portante de caacutelculo
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Depoacutesitos eoacutelicos Estos depoacutesitos consisten en materiales transportados por el viento el cual forma dunas depoacutesitos tipo loess playas eoacutelicas y grandes depoacutesitos de ceniza volcaacutenica
Depoacutesitos transportados por agua Consisten principalmente de depoacutesitos de sedimentos sueltos a carreados por el agua los cuales forman abanicos fluviales y flujos deslizantes Estos materiales pueden ser depositados por una avenida repentina o flujo de lodo derivado de pequentildeas cuencas colectoras sujetas a aguaceros poco frecuentes
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Suelos residuales Estos suelos son producto del intemperismo y la
desintegracioacuten y alteracioacuten mecaacutenica de rocas madres Las partiacuteculas de
material residual pueden variar de tamantildeo de grandes fragmentos de
gravas a arenas limos coloides y en algunos casos material orgaacutenico
La estructura del grano colapsable se ha desarrollado como producto de
la accioacuten disolvente sobre el material soluble y coloidal La lixiviacioacuten del
material soluble y del material fino conduce a una alta relacioacuten de vaciacuteos
y a una estructura inestable Otro tipo de suelo que muestra colapso al
remojo son aquellos derivados de tufo volcaacutenico
sulfato de calcio arenas sueltas cementadas por sal soluble arcillas
dispersivas y arcillas montmorilloniacuteticas ricas en sodio
CAUSAS QUE GENERARIacuteAN DICHO COMPORTAMIENTO- Estructura parcialmente saturada potencialmente inestable- Una componente de esfuerzo aplicado o existente lo suficientemente alta para desarrollar una condicioacuten metaestable- Un ligante resistente o un agente cementante para estabilizar contactos intergranulares el cual se reduce por remojo ocasionando el colapso La mayoriacutea de suelos colapsables involucra la accioacuten de partiacuteculas arcillosas en los enlaces entre los granos gruesos de arena-Agentes cementantes tales como oacutexido de hierro carbonato de calcio o la soldadura de granos en contacto proporcionan esfuerzos resistentes para muchos suelos colapsables La accioacuten de este cementante es frecuentemente el agente principal de colapso en loess El grado al cual el agente cementante pierde su efectividad depende del grado de contaminacioacuten del ingreso del agua y del grado de disolucioacuten del agente cementante involucrado
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
CONSOLIDOacuteMETRO PARA ENSAYO DE COLAPSO
Se procede a cortar el suelo de acuerdo con las dimensiones del anillo
del ensayo de consolidacioacuten unidimensional Determinar sus
propiedades fiacutesicas tales como humedad natural peso volumen
gravedad especiacutefica de soacutelidos liacutemites de consistencia distribucioacuten
granulomeacutetrica seguacuten las normas
Se instala la muestra en el anillo del consolidoacutemetro despueacutes de haber
determinado el peso inicial de la masa huacutemeda y altura de la muestra y
fijar el conjunto anillo-muestra en el consolidoacutemetro Aplicar una carga
de contacto 005 kgcm2 (5 Kpa) despueacutes de 5 min tomar lectura del
deformiacutemetro aplicar incrementos de carga a cada hora hasta que se
aplique la presioacuten vertical apropiada Los incrementos de carga seraacuten
012 025 050 100 200 etc Kgcm2 (12 25 50 100 200 etc) o
cargas de acuerdo al meacutetodo de ensayo ASTM D2435 registrar la
deformacioacuten antes de incrementar una nueva carga
Determinacioacuten del potencial de colapso
donde
di = lectura del dial con el esfuerzo adecuado antes de la saturacioacuten (mm)
df = lectura del dial bajo el esfuerzo adecuado despueacutes del humedecimiento (mm)
ho = altura inicial de la muestra (mm)
Tmbieacuten se puede evalua en teacuterminos de relacioacuten de vaciacuteos
dondeΔe = cambio de relacioacuten de vaciacuteos bajo el esfuerzo adecuado antes y despueacutes de la inundacioacuteneo = relacioacuten de vaciacuteo inicialLa evaluacioacuten de un suelo colapsable seraacute de acuerdo a la siguiente tablaCon todo lo epxlicado concluimos que el colapso de los suelos es la disminucioacuten moderada de volumen cuando estaacute con bajo contenido de humedad y una gran peacuterdida cuando estaacute sumergido y la magnitud de asentamiento depende del contenido de humedad del suelo En estado sumergido y bajo la aplicacioacuten de cargas verticales los suelos colapsables presentan un mayor asentamiento Los suelos colapsables existen en todo el mundo principalmente en la regiones aacuteridas y semiaacuteridas nuevamente comentando que los depoacutesitos eoacutelicos coluviales residuales tubos volcaacutenicos etc son suelos que pueden ser colapsables
Definicioacuten de colapso Se definen como colapso a cualquier disminucioacuten raacutepida de volumen del suelo producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factoresbull Contenido de humedad (w) bull Grado de saturacioacuten (Sr) bull Tensioacuten media actuante (τ) bull Tensioacuten de corte (σ) bull Presioacuten de poros (u)
TIPOS DE SUELOS COLAPSABLESLos tipos de suelos colapsables son
- Suelos aluviales y coluviales ndash Depositados en ambientes Semi-deseacuterticos por flujos maacutes o menos torrenciales- Suelos eoacutelicos ndash Depositados por el viento son arenas y limos arenosos con escaso cemento arcilloso en una estructura suelta o inestable
- Cenizas volcaacutenicas ndash Provenientes de cenizas arrojadas al aire por actividad volcaacutenica explosiva- Suelos residuales ndash Derivados de la descomposicioacuten in ndash situ de minerales de ciertas rocas son luego lixiviados por el agua y pierden su cemento
CONSECUENCIAS EN CIMENTACIONES
Patologiacuteas en cimentaciones Posibles causas
Introduccioacuten
De todos los posibles tipos de patologiacutea que puede sufrir la edificacioacuten las estadiacutesticas demuestran que son las patologiacuteas ligadas a las cimentaciones las que mayores costes globales conllevan Ademaacutes tienen gran repercusioacuten social lo que las hace maacutes notorias por la complejidad propia de su reparacioacuten porque suponen una fuerte alteracioacuten y hasta interrupcioacuten del uso del inmueble y porque suelen involucrar a colindantes e incluso poderes puacuteblicos Urge como en ninguacuten otro caso determinar las causas y cuanto antes dar una solucioacuten al problema
Causas intriacutensecas de fallos de cimentacioacuten
Se agrupan aquiacute los fallos de cimentacioacuten consecuencia de la interaccioacuten entre el terreno y la propia cimentacioacuten de la construccioacuten afectada
Defectos de proyecto
Son errores de concepcioacuten de disentildeo o caacutelculo del proyecto Son errores previsibles por lo que si se tienen en cuenta en el disentildeo y caacutelculo de la edificacioacuten el riesgo de que provoquen dantildeos se minimizaEnumeramos aquiacute no todas pero siacute algunas de las posibles causas de problemas derivadas del proyectobull Falta de capacidad de carga cimentacioacuten insuficiente o capacidad
de carga del suelo insuficientebull Esfuerzos no contemplados por ej por olvido de algunas
sobrecargas de explotacioacutenbull Conocimiento insuficiente del suelo Lo que deriva en la ignorancia
de riesgos especiales geoteacutecnicos Las causas pueden ser escasez de reconocimientos previos del terreno mala interpretacioacuten de los mismos no consideracioacuten de los fenoacutemenos de agresividad etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Cobra importancia en terrenos con especiales caracteriacutesticas
Arcillas expansivas
Suelos colapsables
Rellenos antroacutepicos
Suelos blandos naturales
Infravaloracioacuten del riesgo geoteacutecnico conocido eacuteste Casos asiacute pueden ser desprecio de los efectos que produce la falta de homogeneidad de un suelo o las distintas profundidades de aparicioacuten de la roca en planta desprecio de los efectos de la potencial expansividad o de posible subpresioacuten o fenoacutemenos de subsidencias procesos de disolucioacuten etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONESbull Defectos en la evaluacioacuten del terreno asientos calculados no
tolerables por la estructura esfuerzos paraacutesitos en pilotes (olvido del efecto de asiento de terrenos flojos o rellenos recientes) etc
bull Efecto grupo en pilotes defectuosa estimacioacuten del efecto grupo en pilotes flotantes no consideracioacuten de los esfuerzos laterales o del rozamiento negativo etc
bull Ausencia de consideracioacuten del bulbo de tensiones de la cimentacioacuten propia y su alcance Pero tambieacuten de cimentaciones colindantes que podriacutean suponer una carga oblicua sobre nuestra cimentacioacuten habraacute que considerarla en caacutelculo y prever un proceso constructivo adecuado (no vayamos a provocar dantildeos a otras edificaciones)
bull Ignorancia de las condiciones de contorno es decir no consideracioacuten de las condiciones del entorno de la estructura
proyectada posibles socavaciones arrastres descalces agotamientos rebajamientos de nivel freaacutetico etc
bull Heterogeneidades distribucioacuten irregular de las cargas o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentacioacuten
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Defectos de ejecucioacuten
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecucioacuten de eacutestos Los defectos de ejecucioacuten normalmente responden a un deficiente Control de Calidad Por tanto en principio son evitablesAlgunos errores de ejecucioacuten podriacutean serbull Apreciacioacuten erroacutenea de los estratos resistentes confundidos con
capas de poco espesor bolos erraacuteticos etcbull Errores de replanteo bull Mala calidad de los materiales en especial hormigones Deterioro
de zapatas losas o muros por escasa calidad de los materiales grietas de retraccioacuten por mala dosificacioacuten del hormigoacuten materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto etc
bull Degradacioacuten del material suele ir unido al anterior hormigoacuten no resistente a la agresividad del terreno recubrimientos insuficientes madera metal etc
bullCAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Lavado del hormigoacuten en cimentaciones superficiales o profundas colocado en presencia de aguas en movimiento
Errores en la colocacioacuten de armaduras confusioacuten de diaacutemetros de armado ausencia de separadores etc
Problemas de fraguado unidos a errores de vertido de dosificacioacuten de curado
Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio cortadas lavadas) o de baja calidad y excesiva carga portante de caacutelculo
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
Depoacutesitos eoacutelicos Estos depoacutesitos consisten en materiales transportados por el viento el cual forma dunas depoacutesitos tipo loess playas eoacutelicas y grandes depoacutesitos de ceniza volcaacutenica
Depoacutesitos transportados por agua Consisten principalmente de depoacutesitos de sedimentos sueltos a carreados por el agua los cuales forman abanicos fluviales y flujos deslizantes Estos materiales pueden ser depositados por una avenida repentina o flujo de lodo derivado de pequentildeas cuencas colectoras sujetas a aguaceros poco frecuentes
CARACTERIZACIOacuteN Y ENSAYOS EN SUELOS COLAPSABLES
Suelos residuales Estos suelos son producto del intemperismo y la
desintegracioacuten y alteracioacuten mecaacutenica de rocas madres Las partiacuteculas de
material residual pueden variar de tamantildeo de grandes fragmentos de
gravas a arenas limos coloides y en algunos casos material orgaacutenico
La estructura del grano colapsable se ha desarrollado como producto de
la accioacuten disolvente sobre el material soluble y coloidal La lixiviacioacuten del
material soluble y del material fino conduce a una alta relacioacuten de vaciacuteos
y a una estructura inestable Otro tipo de suelo que muestra colapso al
remojo son aquellos derivados de tufo volcaacutenico
sulfato de calcio arenas sueltas cementadas por sal soluble arcillas
dispersivas y arcillas montmorilloniacuteticas ricas en sodio
CAUSAS QUE GENERARIacuteAN DICHO COMPORTAMIENTO- Estructura parcialmente saturada potencialmente inestable- Una componente de esfuerzo aplicado o existente lo suficientemente alta para desarrollar una condicioacuten metaestable- Un ligante resistente o un agente cementante para estabilizar contactos intergranulares el cual se reduce por remojo ocasionando el colapso La mayoriacutea de suelos colapsables involucra la accioacuten de partiacuteculas arcillosas en los enlaces entre los granos gruesos de arena-Agentes cementantes tales como oacutexido de hierro carbonato de calcio o la soldadura de granos en contacto proporcionan esfuerzos resistentes para muchos suelos colapsables La accioacuten de este cementante es frecuentemente el agente principal de colapso en loess El grado al cual el agente cementante pierde su efectividad depende del grado de contaminacioacuten del ingreso del agua y del grado de disolucioacuten del agente cementante involucrado
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
CONSOLIDOacuteMETRO PARA ENSAYO DE COLAPSO
Se procede a cortar el suelo de acuerdo con las dimensiones del anillo
del ensayo de consolidacioacuten unidimensional Determinar sus
propiedades fiacutesicas tales como humedad natural peso volumen
gravedad especiacutefica de soacutelidos liacutemites de consistencia distribucioacuten
granulomeacutetrica seguacuten las normas
Se instala la muestra en el anillo del consolidoacutemetro despueacutes de haber
determinado el peso inicial de la masa huacutemeda y altura de la muestra y
fijar el conjunto anillo-muestra en el consolidoacutemetro Aplicar una carga
de contacto 005 kgcm2 (5 Kpa) despueacutes de 5 min tomar lectura del
deformiacutemetro aplicar incrementos de carga a cada hora hasta que se
aplique la presioacuten vertical apropiada Los incrementos de carga seraacuten
012 025 050 100 200 etc Kgcm2 (12 25 50 100 200 etc) o
cargas de acuerdo al meacutetodo de ensayo ASTM D2435 registrar la
deformacioacuten antes de incrementar una nueva carga
Determinacioacuten del potencial de colapso
donde
di = lectura del dial con el esfuerzo adecuado antes de la saturacioacuten (mm)
df = lectura del dial bajo el esfuerzo adecuado despueacutes del humedecimiento (mm)
ho = altura inicial de la muestra (mm)
Tmbieacuten se puede evalua en teacuterminos de relacioacuten de vaciacuteos
dondeΔe = cambio de relacioacuten de vaciacuteos bajo el esfuerzo adecuado antes y despueacutes de la inundacioacuteneo = relacioacuten de vaciacuteo inicialLa evaluacioacuten de un suelo colapsable seraacute de acuerdo a la siguiente tablaCon todo lo epxlicado concluimos que el colapso de los suelos es la disminucioacuten moderada de volumen cuando estaacute con bajo contenido de humedad y una gran peacuterdida cuando estaacute sumergido y la magnitud de asentamiento depende del contenido de humedad del suelo En estado sumergido y bajo la aplicacioacuten de cargas verticales los suelos colapsables presentan un mayor asentamiento Los suelos colapsables existen en todo el mundo principalmente en la regiones aacuteridas y semiaacuteridas nuevamente comentando que los depoacutesitos eoacutelicos coluviales residuales tubos volcaacutenicos etc son suelos que pueden ser colapsables
Definicioacuten de colapso Se definen como colapso a cualquier disminucioacuten raacutepida de volumen del suelo producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factoresbull Contenido de humedad (w) bull Grado de saturacioacuten (Sr) bull Tensioacuten media actuante (τ) bull Tensioacuten de corte (σ) bull Presioacuten de poros (u)
TIPOS DE SUELOS COLAPSABLESLos tipos de suelos colapsables son
- Suelos aluviales y coluviales ndash Depositados en ambientes Semi-deseacuterticos por flujos maacutes o menos torrenciales- Suelos eoacutelicos ndash Depositados por el viento son arenas y limos arenosos con escaso cemento arcilloso en una estructura suelta o inestable
- Cenizas volcaacutenicas ndash Provenientes de cenizas arrojadas al aire por actividad volcaacutenica explosiva- Suelos residuales ndash Derivados de la descomposicioacuten in ndash situ de minerales de ciertas rocas son luego lixiviados por el agua y pierden su cemento
CONSECUENCIAS EN CIMENTACIONES
Patologiacuteas en cimentaciones Posibles causas
Introduccioacuten
De todos los posibles tipos de patologiacutea que puede sufrir la edificacioacuten las estadiacutesticas demuestran que son las patologiacuteas ligadas a las cimentaciones las que mayores costes globales conllevan Ademaacutes tienen gran repercusioacuten social lo que las hace maacutes notorias por la complejidad propia de su reparacioacuten porque suponen una fuerte alteracioacuten y hasta interrupcioacuten del uso del inmueble y porque suelen involucrar a colindantes e incluso poderes puacuteblicos Urge como en ninguacuten otro caso determinar las causas y cuanto antes dar una solucioacuten al problema
Causas intriacutensecas de fallos de cimentacioacuten
Se agrupan aquiacute los fallos de cimentacioacuten consecuencia de la interaccioacuten entre el terreno y la propia cimentacioacuten de la construccioacuten afectada
Defectos de proyecto
Son errores de concepcioacuten de disentildeo o caacutelculo del proyecto Son errores previsibles por lo que si se tienen en cuenta en el disentildeo y caacutelculo de la edificacioacuten el riesgo de que provoquen dantildeos se minimizaEnumeramos aquiacute no todas pero siacute algunas de las posibles causas de problemas derivadas del proyectobull Falta de capacidad de carga cimentacioacuten insuficiente o capacidad
de carga del suelo insuficientebull Esfuerzos no contemplados por ej por olvido de algunas
sobrecargas de explotacioacutenbull Conocimiento insuficiente del suelo Lo que deriva en la ignorancia
de riesgos especiales geoteacutecnicos Las causas pueden ser escasez de reconocimientos previos del terreno mala interpretacioacuten de los mismos no consideracioacuten de los fenoacutemenos de agresividad etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Cobra importancia en terrenos con especiales caracteriacutesticas
Arcillas expansivas
Suelos colapsables
Rellenos antroacutepicos
Suelos blandos naturales
Infravaloracioacuten del riesgo geoteacutecnico conocido eacuteste Casos asiacute pueden ser desprecio de los efectos que produce la falta de homogeneidad de un suelo o las distintas profundidades de aparicioacuten de la roca en planta desprecio de los efectos de la potencial expansividad o de posible subpresioacuten o fenoacutemenos de subsidencias procesos de disolucioacuten etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONESbull Defectos en la evaluacioacuten del terreno asientos calculados no
tolerables por la estructura esfuerzos paraacutesitos en pilotes (olvido del efecto de asiento de terrenos flojos o rellenos recientes) etc
bull Efecto grupo en pilotes defectuosa estimacioacuten del efecto grupo en pilotes flotantes no consideracioacuten de los esfuerzos laterales o del rozamiento negativo etc
bull Ausencia de consideracioacuten del bulbo de tensiones de la cimentacioacuten propia y su alcance Pero tambieacuten de cimentaciones colindantes que podriacutean suponer una carga oblicua sobre nuestra cimentacioacuten habraacute que considerarla en caacutelculo y prever un proceso constructivo adecuado (no vayamos a provocar dantildeos a otras edificaciones)
bull Ignorancia de las condiciones de contorno es decir no consideracioacuten de las condiciones del entorno de la estructura
proyectada posibles socavaciones arrastres descalces agotamientos rebajamientos de nivel freaacutetico etc
bull Heterogeneidades distribucioacuten irregular de las cargas o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentacioacuten
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Defectos de ejecucioacuten
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecucioacuten de eacutestos Los defectos de ejecucioacuten normalmente responden a un deficiente Control de Calidad Por tanto en principio son evitablesAlgunos errores de ejecucioacuten podriacutean serbull Apreciacioacuten erroacutenea de los estratos resistentes confundidos con
capas de poco espesor bolos erraacuteticos etcbull Errores de replanteo bull Mala calidad de los materiales en especial hormigones Deterioro
de zapatas losas o muros por escasa calidad de los materiales grietas de retraccioacuten por mala dosificacioacuten del hormigoacuten materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto etc
bull Degradacioacuten del material suele ir unido al anterior hormigoacuten no resistente a la agresividad del terreno recubrimientos insuficientes madera metal etc
bullCAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Lavado del hormigoacuten en cimentaciones superficiales o profundas colocado en presencia de aguas en movimiento
Errores en la colocacioacuten de armaduras confusioacuten de diaacutemetros de armado ausencia de separadores etc
Problemas de fraguado unidos a errores de vertido de dosificacioacuten de curado
Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio cortadas lavadas) o de baja calidad y excesiva carga portante de caacutelculo
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
Suelos residuales Estos suelos son producto del intemperismo y la
desintegracioacuten y alteracioacuten mecaacutenica de rocas madres Las partiacuteculas de
material residual pueden variar de tamantildeo de grandes fragmentos de
gravas a arenas limos coloides y en algunos casos material orgaacutenico
La estructura del grano colapsable se ha desarrollado como producto de
la accioacuten disolvente sobre el material soluble y coloidal La lixiviacioacuten del
material soluble y del material fino conduce a una alta relacioacuten de vaciacuteos
y a una estructura inestable Otro tipo de suelo que muestra colapso al
remojo son aquellos derivados de tufo volcaacutenico
sulfato de calcio arenas sueltas cementadas por sal soluble arcillas
dispersivas y arcillas montmorilloniacuteticas ricas en sodio
CAUSAS QUE GENERARIacuteAN DICHO COMPORTAMIENTO- Estructura parcialmente saturada potencialmente inestable- Una componente de esfuerzo aplicado o existente lo suficientemente alta para desarrollar una condicioacuten metaestable- Un ligante resistente o un agente cementante para estabilizar contactos intergranulares el cual se reduce por remojo ocasionando el colapso La mayoriacutea de suelos colapsables involucra la accioacuten de partiacuteculas arcillosas en los enlaces entre los granos gruesos de arena-Agentes cementantes tales como oacutexido de hierro carbonato de calcio o la soldadura de granos en contacto proporcionan esfuerzos resistentes para muchos suelos colapsables La accioacuten de este cementante es frecuentemente el agente principal de colapso en loess El grado al cual el agente cementante pierde su efectividad depende del grado de contaminacioacuten del ingreso del agua y del grado de disolucioacuten del agente cementante involucrado
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
CONSOLIDOacuteMETRO PARA ENSAYO DE COLAPSO
Se procede a cortar el suelo de acuerdo con las dimensiones del anillo
del ensayo de consolidacioacuten unidimensional Determinar sus
propiedades fiacutesicas tales como humedad natural peso volumen
gravedad especiacutefica de soacutelidos liacutemites de consistencia distribucioacuten
granulomeacutetrica seguacuten las normas
Se instala la muestra en el anillo del consolidoacutemetro despueacutes de haber
determinado el peso inicial de la masa huacutemeda y altura de la muestra y
fijar el conjunto anillo-muestra en el consolidoacutemetro Aplicar una carga
de contacto 005 kgcm2 (5 Kpa) despueacutes de 5 min tomar lectura del
deformiacutemetro aplicar incrementos de carga a cada hora hasta que se
aplique la presioacuten vertical apropiada Los incrementos de carga seraacuten
012 025 050 100 200 etc Kgcm2 (12 25 50 100 200 etc) o
cargas de acuerdo al meacutetodo de ensayo ASTM D2435 registrar la
deformacioacuten antes de incrementar una nueva carga
Determinacioacuten del potencial de colapso
donde
di = lectura del dial con el esfuerzo adecuado antes de la saturacioacuten (mm)
df = lectura del dial bajo el esfuerzo adecuado despueacutes del humedecimiento (mm)
ho = altura inicial de la muestra (mm)
Tmbieacuten se puede evalua en teacuterminos de relacioacuten de vaciacuteos
dondeΔe = cambio de relacioacuten de vaciacuteos bajo el esfuerzo adecuado antes y despueacutes de la inundacioacuteneo = relacioacuten de vaciacuteo inicialLa evaluacioacuten de un suelo colapsable seraacute de acuerdo a la siguiente tablaCon todo lo epxlicado concluimos que el colapso de los suelos es la disminucioacuten moderada de volumen cuando estaacute con bajo contenido de humedad y una gran peacuterdida cuando estaacute sumergido y la magnitud de asentamiento depende del contenido de humedad del suelo En estado sumergido y bajo la aplicacioacuten de cargas verticales los suelos colapsables presentan un mayor asentamiento Los suelos colapsables existen en todo el mundo principalmente en la regiones aacuteridas y semiaacuteridas nuevamente comentando que los depoacutesitos eoacutelicos coluviales residuales tubos volcaacutenicos etc son suelos que pueden ser colapsables
Definicioacuten de colapso Se definen como colapso a cualquier disminucioacuten raacutepida de volumen del suelo producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factoresbull Contenido de humedad (w) bull Grado de saturacioacuten (Sr) bull Tensioacuten media actuante (τ) bull Tensioacuten de corte (σ) bull Presioacuten de poros (u)
TIPOS DE SUELOS COLAPSABLESLos tipos de suelos colapsables son
- Suelos aluviales y coluviales ndash Depositados en ambientes Semi-deseacuterticos por flujos maacutes o menos torrenciales- Suelos eoacutelicos ndash Depositados por el viento son arenas y limos arenosos con escaso cemento arcilloso en una estructura suelta o inestable
- Cenizas volcaacutenicas ndash Provenientes de cenizas arrojadas al aire por actividad volcaacutenica explosiva- Suelos residuales ndash Derivados de la descomposicioacuten in ndash situ de minerales de ciertas rocas son luego lixiviados por el agua y pierden su cemento
CONSECUENCIAS EN CIMENTACIONES
Patologiacuteas en cimentaciones Posibles causas
Introduccioacuten
De todos los posibles tipos de patologiacutea que puede sufrir la edificacioacuten las estadiacutesticas demuestran que son las patologiacuteas ligadas a las cimentaciones las que mayores costes globales conllevan Ademaacutes tienen gran repercusioacuten social lo que las hace maacutes notorias por la complejidad propia de su reparacioacuten porque suponen una fuerte alteracioacuten y hasta interrupcioacuten del uso del inmueble y porque suelen involucrar a colindantes e incluso poderes puacuteblicos Urge como en ninguacuten otro caso determinar las causas y cuanto antes dar una solucioacuten al problema
Causas intriacutensecas de fallos de cimentacioacuten
Se agrupan aquiacute los fallos de cimentacioacuten consecuencia de la interaccioacuten entre el terreno y la propia cimentacioacuten de la construccioacuten afectada
Defectos de proyecto
Son errores de concepcioacuten de disentildeo o caacutelculo del proyecto Son errores previsibles por lo que si se tienen en cuenta en el disentildeo y caacutelculo de la edificacioacuten el riesgo de que provoquen dantildeos se minimizaEnumeramos aquiacute no todas pero siacute algunas de las posibles causas de problemas derivadas del proyectobull Falta de capacidad de carga cimentacioacuten insuficiente o capacidad
de carga del suelo insuficientebull Esfuerzos no contemplados por ej por olvido de algunas
sobrecargas de explotacioacutenbull Conocimiento insuficiente del suelo Lo que deriva en la ignorancia
de riesgos especiales geoteacutecnicos Las causas pueden ser escasez de reconocimientos previos del terreno mala interpretacioacuten de los mismos no consideracioacuten de los fenoacutemenos de agresividad etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Cobra importancia en terrenos con especiales caracteriacutesticas
Arcillas expansivas
Suelos colapsables
Rellenos antroacutepicos
Suelos blandos naturales
Infravaloracioacuten del riesgo geoteacutecnico conocido eacuteste Casos asiacute pueden ser desprecio de los efectos que produce la falta de homogeneidad de un suelo o las distintas profundidades de aparicioacuten de la roca en planta desprecio de los efectos de la potencial expansividad o de posible subpresioacuten o fenoacutemenos de subsidencias procesos de disolucioacuten etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONESbull Defectos en la evaluacioacuten del terreno asientos calculados no
tolerables por la estructura esfuerzos paraacutesitos en pilotes (olvido del efecto de asiento de terrenos flojos o rellenos recientes) etc
bull Efecto grupo en pilotes defectuosa estimacioacuten del efecto grupo en pilotes flotantes no consideracioacuten de los esfuerzos laterales o del rozamiento negativo etc
bull Ausencia de consideracioacuten del bulbo de tensiones de la cimentacioacuten propia y su alcance Pero tambieacuten de cimentaciones colindantes que podriacutean suponer una carga oblicua sobre nuestra cimentacioacuten habraacute que considerarla en caacutelculo y prever un proceso constructivo adecuado (no vayamos a provocar dantildeos a otras edificaciones)
bull Ignorancia de las condiciones de contorno es decir no consideracioacuten de las condiciones del entorno de la estructura
proyectada posibles socavaciones arrastres descalces agotamientos rebajamientos de nivel freaacutetico etc
bull Heterogeneidades distribucioacuten irregular de las cargas o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentacioacuten
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Defectos de ejecucioacuten
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecucioacuten de eacutestos Los defectos de ejecucioacuten normalmente responden a un deficiente Control de Calidad Por tanto en principio son evitablesAlgunos errores de ejecucioacuten podriacutean serbull Apreciacioacuten erroacutenea de los estratos resistentes confundidos con
capas de poco espesor bolos erraacuteticos etcbull Errores de replanteo bull Mala calidad de los materiales en especial hormigones Deterioro
de zapatas losas o muros por escasa calidad de los materiales grietas de retraccioacuten por mala dosificacioacuten del hormigoacuten materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto etc
bull Degradacioacuten del material suele ir unido al anterior hormigoacuten no resistente a la agresividad del terreno recubrimientos insuficientes madera metal etc
bullCAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Lavado del hormigoacuten en cimentaciones superficiales o profundas colocado en presencia de aguas en movimiento
Errores en la colocacioacuten de armaduras confusioacuten de diaacutemetros de armado ausencia de separadores etc
Problemas de fraguado unidos a errores de vertido de dosificacioacuten de curado
Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio cortadas lavadas) o de baja calidad y excesiva carga portante de caacutelculo
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
CAUSAS QUE GENERARIacuteAN DICHO COMPORTAMIENTO- Estructura parcialmente saturada potencialmente inestable- Una componente de esfuerzo aplicado o existente lo suficientemente alta para desarrollar una condicioacuten metaestable- Un ligante resistente o un agente cementante para estabilizar contactos intergranulares el cual se reduce por remojo ocasionando el colapso La mayoriacutea de suelos colapsables involucra la accioacuten de partiacuteculas arcillosas en los enlaces entre los granos gruesos de arena-Agentes cementantes tales como oacutexido de hierro carbonato de calcio o la soldadura de granos en contacto proporcionan esfuerzos resistentes para muchos suelos colapsables La accioacuten de este cementante es frecuentemente el agente principal de colapso en loess El grado al cual el agente cementante pierde su efectividad depende del grado de contaminacioacuten del ingreso del agua y del grado de disolucioacuten del agente cementante involucrado
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
CONSOLIDOacuteMETRO PARA ENSAYO DE COLAPSO
Se procede a cortar el suelo de acuerdo con las dimensiones del anillo
del ensayo de consolidacioacuten unidimensional Determinar sus
propiedades fiacutesicas tales como humedad natural peso volumen
gravedad especiacutefica de soacutelidos liacutemites de consistencia distribucioacuten
granulomeacutetrica seguacuten las normas
Se instala la muestra en el anillo del consolidoacutemetro despueacutes de haber
determinado el peso inicial de la masa huacutemeda y altura de la muestra y
fijar el conjunto anillo-muestra en el consolidoacutemetro Aplicar una carga
de contacto 005 kgcm2 (5 Kpa) despueacutes de 5 min tomar lectura del
deformiacutemetro aplicar incrementos de carga a cada hora hasta que se
aplique la presioacuten vertical apropiada Los incrementos de carga seraacuten
012 025 050 100 200 etc Kgcm2 (12 25 50 100 200 etc) o
cargas de acuerdo al meacutetodo de ensayo ASTM D2435 registrar la
deformacioacuten antes de incrementar una nueva carga
Determinacioacuten del potencial de colapso
donde
di = lectura del dial con el esfuerzo adecuado antes de la saturacioacuten (mm)
df = lectura del dial bajo el esfuerzo adecuado despueacutes del humedecimiento (mm)
ho = altura inicial de la muestra (mm)
Tmbieacuten se puede evalua en teacuterminos de relacioacuten de vaciacuteos
dondeΔe = cambio de relacioacuten de vaciacuteos bajo el esfuerzo adecuado antes y despueacutes de la inundacioacuteneo = relacioacuten de vaciacuteo inicialLa evaluacioacuten de un suelo colapsable seraacute de acuerdo a la siguiente tablaCon todo lo epxlicado concluimos que el colapso de los suelos es la disminucioacuten moderada de volumen cuando estaacute con bajo contenido de humedad y una gran peacuterdida cuando estaacute sumergido y la magnitud de asentamiento depende del contenido de humedad del suelo En estado sumergido y bajo la aplicacioacuten de cargas verticales los suelos colapsables presentan un mayor asentamiento Los suelos colapsables existen en todo el mundo principalmente en la regiones aacuteridas y semiaacuteridas nuevamente comentando que los depoacutesitos eoacutelicos coluviales residuales tubos volcaacutenicos etc son suelos que pueden ser colapsables
Definicioacuten de colapso Se definen como colapso a cualquier disminucioacuten raacutepida de volumen del suelo producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factoresbull Contenido de humedad (w) bull Grado de saturacioacuten (Sr) bull Tensioacuten media actuante (τ) bull Tensioacuten de corte (σ) bull Presioacuten de poros (u)
TIPOS DE SUELOS COLAPSABLESLos tipos de suelos colapsables son
- Suelos aluviales y coluviales ndash Depositados en ambientes Semi-deseacuterticos por flujos maacutes o menos torrenciales- Suelos eoacutelicos ndash Depositados por el viento son arenas y limos arenosos con escaso cemento arcilloso en una estructura suelta o inestable
- Cenizas volcaacutenicas ndash Provenientes de cenizas arrojadas al aire por actividad volcaacutenica explosiva- Suelos residuales ndash Derivados de la descomposicioacuten in ndash situ de minerales de ciertas rocas son luego lixiviados por el agua y pierden su cemento
CONSECUENCIAS EN CIMENTACIONES
Patologiacuteas en cimentaciones Posibles causas
Introduccioacuten
De todos los posibles tipos de patologiacutea que puede sufrir la edificacioacuten las estadiacutesticas demuestran que son las patologiacuteas ligadas a las cimentaciones las que mayores costes globales conllevan Ademaacutes tienen gran repercusioacuten social lo que las hace maacutes notorias por la complejidad propia de su reparacioacuten porque suponen una fuerte alteracioacuten y hasta interrupcioacuten del uso del inmueble y porque suelen involucrar a colindantes e incluso poderes puacuteblicos Urge como en ninguacuten otro caso determinar las causas y cuanto antes dar una solucioacuten al problema
Causas intriacutensecas de fallos de cimentacioacuten
Se agrupan aquiacute los fallos de cimentacioacuten consecuencia de la interaccioacuten entre el terreno y la propia cimentacioacuten de la construccioacuten afectada
Defectos de proyecto
Son errores de concepcioacuten de disentildeo o caacutelculo del proyecto Son errores previsibles por lo que si se tienen en cuenta en el disentildeo y caacutelculo de la edificacioacuten el riesgo de que provoquen dantildeos se minimizaEnumeramos aquiacute no todas pero siacute algunas de las posibles causas de problemas derivadas del proyectobull Falta de capacidad de carga cimentacioacuten insuficiente o capacidad
de carga del suelo insuficientebull Esfuerzos no contemplados por ej por olvido de algunas
sobrecargas de explotacioacutenbull Conocimiento insuficiente del suelo Lo que deriva en la ignorancia
de riesgos especiales geoteacutecnicos Las causas pueden ser escasez de reconocimientos previos del terreno mala interpretacioacuten de los mismos no consideracioacuten de los fenoacutemenos de agresividad etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Cobra importancia en terrenos con especiales caracteriacutesticas
Arcillas expansivas
Suelos colapsables
Rellenos antroacutepicos
Suelos blandos naturales
Infravaloracioacuten del riesgo geoteacutecnico conocido eacuteste Casos asiacute pueden ser desprecio de los efectos que produce la falta de homogeneidad de un suelo o las distintas profundidades de aparicioacuten de la roca en planta desprecio de los efectos de la potencial expansividad o de posible subpresioacuten o fenoacutemenos de subsidencias procesos de disolucioacuten etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONESbull Defectos en la evaluacioacuten del terreno asientos calculados no
tolerables por la estructura esfuerzos paraacutesitos en pilotes (olvido del efecto de asiento de terrenos flojos o rellenos recientes) etc
bull Efecto grupo en pilotes defectuosa estimacioacuten del efecto grupo en pilotes flotantes no consideracioacuten de los esfuerzos laterales o del rozamiento negativo etc
bull Ausencia de consideracioacuten del bulbo de tensiones de la cimentacioacuten propia y su alcance Pero tambieacuten de cimentaciones colindantes que podriacutean suponer una carga oblicua sobre nuestra cimentacioacuten habraacute que considerarla en caacutelculo y prever un proceso constructivo adecuado (no vayamos a provocar dantildeos a otras edificaciones)
bull Ignorancia de las condiciones de contorno es decir no consideracioacuten de las condiciones del entorno de la estructura
proyectada posibles socavaciones arrastres descalces agotamientos rebajamientos de nivel freaacutetico etc
bull Heterogeneidades distribucioacuten irregular de las cargas o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentacioacuten
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Defectos de ejecucioacuten
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecucioacuten de eacutestos Los defectos de ejecucioacuten normalmente responden a un deficiente Control de Calidad Por tanto en principio son evitablesAlgunos errores de ejecucioacuten podriacutean serbull Apreciacioacuten erroacutenea de los estratos resistentes confundidos con
capas de poco espesor bolos erraacuteticos etcbull Errores de replanteo bull Mala calidad de los materiales en especial hormigones Deterioro
de zapatas losas o muros por escasa calidad de los materiales grietas de retraccioacuten por mala dosificacioacuten del hormigoacuten materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto etc
bull Degradacioacuten del material suele ir unido al anterior hormigoacuten no resistente a la agresividad del terreno recubrimientos insuficientes madera metal etc
bullCAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Lavado del hormigoacuten en cimentaciones superficiales o profundas colocado en presencia de aguas en movimiento
Errores en la colocacioacuten de armaduras confusioacuten de diaacutemetros de armado ausencia de separadores etc
Problemas de fraguado unidos a errores de vertido de dosificacioacuten de curado
Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio cortadas lavadas) o de baja calidad y excesiva carga portante de caacutelculo
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
ENSAYOS E INSTRUMENTACIOacuteNLos aparatos seraacuten de acuerdo a los requerimientos del ensayo de consolidacioacuten unidimensional ASTM D2435 Los discos porosos y papel filtro que cumpla el requerimiento del ensayo de consolidacioacuten La muestra debe ser relativamente inalterada Para determinar el potencial de colapso (Ic) las muestras deben ser tomadas utilizando meacutetodo secos como son el barreno de doble y bloques extraiacutedos manualmente
CONSOLIDOacuteMETRO PARA ENSAYO DE COLAPSO
Se procede a cortar el suelo de acuerdo con las dimensiones del anillo
del ensayo de consolidacioacuten unidimensional Determinar sus
propiedades fiacutesicas tales como humedad natural peso volumen
gravedad especiacutefica de soacutelidos liacutemites de consistencia distribucioacuten
granulomeacutetrica seguacuten las normas
Se instala la muestra en el anillo del consolidoacutemetro despueacutes de haber
determinado el peso inicial de la masa huacutemeda y altura de la muestra y
fijar el conjunto anillo-muestra en el consolidoacutemetro Aplicar una carga
de contacto 005 kgcm2 (5 Kpa) despueacutes de 5 min tomar lectura del
deformiacutemetro aplicar incrementos de carga a cada hora hasta que se
aplique la presioacuten vertical apropiada Los incrementos de carga seraacuten
012 025 050 100 200 etc Kgcm2 (12 25 50 100 200 etc) o
cargas de acuerdo al meacutetodo de ensayo ASTM D2435 registrar la
deformacioacuten antes de incrementar una nueva carga
Determinacioacuten del potencial de colapso
donde
di = lectura del dial con el esfuerzo adecuado antes de la saturacioacuten (mm)
df = lectura del dial bajo el esfuerzo adecuado despueacutes del humedecimiento (mm)
ho = altura inicial de la muestra (mm)
Tmbieacuten se puede evalua en teacuterminos de relacioacuten de vaciacuteos
dondeΔe = cambio de relacioacuten de vaciacuteos bajo el esfuerzo adecuado antes y despueacutes de la inundacioacuteneo = relacioacuten de vaciacuteo inicialLa evaluacioacuten de un suelo colapsable seraacute de acuerdo a la siguiente tablaCon todo lo epxlicado concluimos que el colapso de los suelos es la disminucioacuten moderada de volumen cuando estaacute con bajo contenido de humedad y una gran peacuterdida cuando estaacute sumergido y la magnitud de asentamiento depende del contenido de humedad del suelo En estado sumergido y bajo la aplicacioacuten de cargas verticales los suelos colapsables presentan un mayor asentamiento Los suelos colapsables existen en todo el mundo principalmente en la regiones aacuteridas y semiaacuteridas nuevamente comentando que los depoacutesitos eoacutelicos coluviales residuales tubos volcaacutenicos etc son suelos que pueden ser colapsables
Definicioacuten de colapso Se definen como colapso a cualquier disminucioacuten raacutepida de volumen del suelo producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factoresbull Contenido de humedad (w) bull Grado de saturacioacuten (Sr) bull Tensioacuten media actuante (τ) bull Tensioacuten de corte (σ) bull Presioacuten de poros (u)
TIPOS DE SUELOS COLAPSABLESLos tipos de suelos colapsables son
- Suelos aluviales y coluviales ndash Depositados en ambientes Semi-deseacuterticos por flujos maacutes o menos torrenciales- Suelos eoacutelicos ndash Depositados por el viento son arenas y limos arenosos con escaso cemento arcilloso en una estructura suelta o inestable
- Cenizas volcaacutenicas ndash Provenientes de cenizas arrojadas al aire por actividad volcaacutenica explosiva- Suelos residuales ndash Derivados de la descomposicioacuten in ndash situ de minerales de ciertas rocas son luego lixiviados por el agua y pierden su cemento
CONSECUENCIAS EN CIMENTACIONES
Patologiacuteas en cimentaciones Posibles causas
Introduccioacuten
De todos los posibles tipos de patologiacutea que puede sufrir la edificacioacuten las estadiacutesticas demuestran que son las patologiacuteas ligadas a las cimentaciones las que mayores costes globales conllevan Ademaacutes tienen gran repercusioacuten social lo que las hace maacutes notorias por la complejidad propia de su reparacioacuten porque suponen una fuerte alteracioacuten y hasta interrupcioacuten del uso del inmueble y porque suelen involucrar a colindantes e incluso poderes puacuteblicos Urge como en ninguacuten otro caso determinar las causas y cuanto antes dar una solucioacuten al problema
Causas intriacutensecas de fallos de cimentacioacuten
Se agrupan aquiacute los fallos de cimentacioacuten consecuencia de la interaccioacuten entre el terreno y la propia cimentacioacuten de la construccioacuten afectada
Defectos de proyecto
Son errores de concepcioacuten de disentildeo o caacutelculo del proyecto Son errores previsibles por lo que si se tienen en cuenta en el disentildeo y caacutelculo de la edificacioacuten el riesgo de que provoquen dantildeos se minimizaEnumeramos aquiacute no todas pero siacute algunas de las posibles causas de problemas derivadas del proyectobull Falta de capacidad de carga cimentacioacuten insuficiente o capacidad
de carga del suelo insuficientebull Esfuerzos no contemplados por ej por olvido de algunas
sobrecargas de explotacioacutenbull Conocimiento insuficiente del suelo Lo que deriva en la ignorancia
de riesgos especiales geoteacutecnicos Las causas pueden ser escasez de reconocimientos previos del terreno mala interpretacioacuten de los mismos no consideracioacuten de los fenoacutemenos de agresividad etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Cobra importancia en terrenos con especiales caracteriacutesticas
Arcillas expansivas
Suelos colapsables
Rellenos antroacutepicos
Suelos blandos naturales
Infravaloracioacuten del riesgo geoteacutecnico conocido eacuteste Casos asiacute pueden ser desprecio de los efectos que produce la falta de homogeneidad de un suelo o las distintas profundidades de aparicioacuten de la roca en planta desprecio de los efectos de la potencial expansividad o de posible subpresioacuten o fenoacutemenos de subsidencias procesos de disolucioacuten etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONESbull Defectos en la evaluacioacuten del terreno asientos calculados no
tolerables por la estructura esfuerzos paraacutesitos en pilotes (olvido del efecto de asiento de terrenos flojos o rellenos recientes) etc
bull Efecto grupo en pilotes defectuosa estimacioacuten del efecto grupo en pilotes flotantes no consideracioacuten de los esfuerzos laterales o del rozamiento negativo etc
bull Ausencia de consideracioacuten del bulbo de tensiones de la cimentacioacuten propia y su alcance Pero tambieacuten de cimentaciones colindantes que podriacutean suponer una carga oblicua sobre nuestra cimentacioacuten habraacute que considerarla en caacutelculo y prever un proceso constructivo adecuado (no vayamos a provocar dantildeos a otras edificaciones)
bull Ignorancia de las condiciones de contorno es decir no consideracioacuten de las condiciones del entorno de la estructura
proyectada posibles socavaciones arrastres descalces agotamientos rebajamientos de nivel freaacutetico etc
bull Heterogeneidades distribucioacuten irregular de las cargas o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentacioacuten
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Defectos de ejecucioacuten
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecucioacuten de eacutestos Los defectos de ejecucioacuten normalmente responden a un deficiente Control de Calidad Por tanto en principio son evitablesAlgunos errores de ejecucioacuten podriacutean serbull Apreciacioacuten erroacutenea de los estratos resistentes confundidos con
capas de poco espesor bolos erraacuteticos etcbull Errores de replanteo bull Mala calidad de los materiales en especial hormigones Deterioro
de zapatas losas o muros por escasa calidad de los materiales grietas de retraccioacuten por mala dosificacioacuten del hormigoacuten materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto etc
bull Degradacioacuten del material suele ir unido al anterior hormigoacuten no resistente a la agresividad del terreno recubrimientos insuficientes madera metal etc
bullCAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Lavado del hormigoacuten en cimentaciones superficiales o profundas colocado en presencia de aguas en movimiento
Errores en la colocacioacuten de armaduras confusioacuten de diaacutemetros de armado ausencia de separadores etc
Problemas de fraguado unidos a errores de vertido de dosificacioacuten de curado
Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio cortadas lavadas) o de baja calidad y excesiva carga portante de caacutelculo
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
deformiacutemetro aplicar incrementos de carga a cada hora hasta que se
aplique la presioacuten vertical apropiada Los incrementos de carga seraacuten
012 025 050 100 200 etc Kgcm2 (12 25 50 100 200 etc) o
cargas de acuerdo al meacutetodo de ensayo ASTM D2435 registrar la
deformacioacuten antes de incrementar una nueva carga
Determinacioacuten del potencial de colapso
donde
di = lectura del dial con el esfuerzo adecuado antes de la saturacioacuten (mm)
df = lectura del dial bajo el esfuerzo adecuado despueacutes del humedecimiento (mm)
ho = altura inicial de la muestra (mm)
Tmbieacuten se puede evalua en teacuterminos de relacioacuten de vaciacuteos
dondeΔe = cambio de relacioacuten de vaciacuteos bajo el esfuerzo adecuado antes y despueacutes de la inundacioacuteneo = relacioacuten de vaciacuteo inicialLa evaluacioacuten de un suelo colapsable seraacute de acuerdo a la siguiente tablaCon todo lo epxlicado concluimos que el colapso de los suelos es la disminucioacuten moderada de volumen cuando estaacute con bajo contenido de humedad y una gran peacuterdida cuando estaacute sumergido y la magnitud de asentamiento depende del contenido de humedad del suelo En estado sumergido y bajo la aplicacioacuten de cargas verticales los suelos colapsables presentan un mayor asentamiento Los suelos colapsables existen en todo el mundo principalmente en la regiones aacuteridas y semiaacuteridas nuevamente comentando que los depoacutesitos eoacutelicos coluviales residuales tubos volcaacutenicos etc son suelos que pueden ser colapsables
Definicioacuten de colapso Se definen como colapso a cualquier disminucioacuten raacutepida de volumen del suelo producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factoresbull Contenido de humedad (w) bull Grado de saturacioacuten (Sr) bull Tensioacuten media actuante (τ) bull Tensioacuten de corte (σ) bull Presioacuten de poros (u)
TIPOS DE SUELOS COLAPSABLESLos tipos de suelos colapsables son
- Suelos aluviales y coluviales ndash Depositados en ambientes Semi-deseacuterticos por flujos maacutes o menos torrenciales- Suelos eoacutelicos ndash Depositados por el viento son arenas y limos arenosos con escaso cemento arcilloso en una estructura suelta o inestable
- Cenizas volcaacutenicas ndash Provenientes de cenizas arrojadas al aire por actividad volcaacutenica explosiva- Suelos residuales ndash Derivados de la descomposicioacuten in ndash situ de minerales de ciertas rocas son luego lixiviados por el agua y pierden su cemento
CONSECUENCIAS EN CIMENTACIONES
Patologiacuteas en cimentaciones Posibles causas
Introduccioacuten
De todos los posibles tipos de patologiacutea que puede sufrir la edificacioacuten las estadiacutesticas demuestran que son las patologiacuteas ligadas a las cimentaciones las que mayores costes globales conllevan Ademaacutes tienen gran repercusioacuten social lo que las hace maacutes notorias por la complejidad propia de su reparacioacuten porque suponen una fuerte alteracioacuten y hasta interrupcioacuten del uso del inmueble y porque suelen involucrar a colindantes e incluso poderes puacuteblicos Urge como en ninguacuten otro caso determinar las causas y cuanto antes dar una solucioacuten al problema
Causas intriacutensecas de fallos de cimentacioacuten
Se agrupan aquiacute los fallos de cimentacioacuten consecuencia de la interaccioacuten entre el terreno y la propia cimentacioacuten de la construccioacuten afectada
Defectos de proyecto
Son errores de concepcioacuten de disentildeo o caacutelculo del proyecto Son errores previsibles por lo que si se tienen en cuenta en el disentildeo y caacutelculo de la edificacioacuten el riesgo de que provoquen dantildeos se minimizaEnumeramos aquiacute no todas pero siacute algunas de las posibles causas de problemas derivadas del proyectobull Falta de capacidad de carga cimentacioacuten insuficiente o capacidad
de carga del suelo insuficientebull Esfuerzos no contemplados por ej por olvido de algunas
sobrecargas de explotacioacutenbull Conocimiento insuficiente del suelo Lo que deriva en la ignorancia
de riesgos especiales geoteacutecnicos Las causas pueden ser escasez de reconocimientos previos del terreno mala interpretacioacuten de los mismos no consideracioacuten de los fenoacutemenos de agresividad etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Cobra importancia en terrenos con especiales caracteriacutesticas
Arcillas expansivas
Suelos colapsables
Rellenos antroacutepicos
Suelos blandos naturales
Infravaloracioacuten del riesgo geoteacutecnico conocido eacuteste Casos asiacute pueden ser desprecio de los efectos que produce la falta de homogeneidad de un suelo o las distintas profundidades de aparicioacuten de la roca en planta desprecio de los efectos de la potencial expansividad o de posible subpresioacuten o fenoacutemenos de subsidencias procesos de disolucioacuten etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONESbull Defectos en la evaluacioacuten del terreno asientos calculados no
tolerables por la estructura esfuerzos paraacutesitos en pilotes (olvido del efecto de asiento de terrenos flojos o rellenos recientes) etc
bull Efecto grupo en pilotes defectuosa estimacioacuten del efecto grupo en pilotes flotantes no consideracioacuten de los esfuerzos laterales o del rozamiento negativo etc
bull Ausencia de consideracioacuten del bulbo de tensiones de la cimentacioacuten propia y su alcance Pero tambieacuten de cimentaciones colindantes que podriacutean suponer una carga oblicua sobre nuestra cimentacioacuten habraacute que considerarla en caacutelculo y prever un proceso constructivo adecuado (no vayamos a provocar dantildeos a otras edificaciones)
bull Ignorancia de las condiciones de contorno es decir no consideracioacuten de las condiciones del entorno de la estructura
proyectada posibles socavaciones arrastres descalces agotamientos rebajamientos de nivel freaacutetico etc
bull Heterogeneidades distribucioacuten irregular de las cargas o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentacioacuten
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Defectos de ejecucioacuten
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecucioacuten de eacutestos Los defectos de ejecucioacuten normalmente responden a un deficiente Control de Calidad Por tanto en principio son evitablesAlgunos errores de ejecucioacuten podriacutean serbull Apreciacioacuten erroacutenea de los estratos resistentes confundidos con
capas de poco espesor bolos erraacuteticos etcbull Errores de replanteo bull Mala calidad de los materiales en especial hormigones Deterioro
de zapatas losas o muros por escasa calidad de los materiales grietas de retraccioacuten por mala dosificacioacuten del hormigoacuten materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto etc
bull Degradacioacuten del material suele ir unido al anterior hormigoacuten no resistente a la agresividad del terreno recubrimientos insuficientes madera metal etc
bullCAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Lavado del hormigoacuten en cimentaciones superficiales o profundas colocado en presencia de aguas en movimiento
Errores en la colocacioacuten de armaduras confusioacuten de diaacutemetros de armado ausencia de separadores etc
Problemas de fraguado unidos a errores de vertido de dosificacioacuten de curado
Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio cortadas lavadas) o de baja calidad y excesiva carga portante de caacutelculo
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
df = lectura del dial bajo el esfuerzo adecuado despueacutes del humedecimiento (mm)
ho = altura inicial de la muestra (mm)
Tmbieacuten se puede evalua en teacuterminos de relacioacuten de vaciacuteos
dondeΔe = cambio de relacioacuten de vaciacuteos bajo el esfuerzo adecuado antes y despueacutes de la inundacioacuteneo = relacioacuten de vaciacuteo inicialLa evaluacioacuten de un suelo colapsable seraacute de acuerdo a la siguiente tablaCon todo lo epxlicado concluimos que el colapso de los suelos es la disminucioacuten moderada de volumen cuando estaacute con bajo contenido de humedad y una gran peacuterdida cuando estaacute sumergido y la magnitud de asentamiento depende del contenido de humedad del suelo En estado sumergido y bajo la aplicacioacuten de cargas verticales los suelos colapsables presentan un mayor asentamiento Los suelos colapsables existen en todo el mundo principalmente en la regiones aacuteridas y semiaacuteridas nuevamente comentando que los depoacutesitos eoacutelicos coluviales residuales tubos volcaacutenicos etc son suelos que pueden ser colapsables
Definicioacuten de colapso Se definen como colapso a cualquier disminucioacuten raacutepida de volumen del suelo producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factoresbull Contenido de humedad (w) bull Grado de saturacioacuten (Sr) bull Tensioacuten media actuante (τ) bull Tensioacuten de corte (σ) bull Presioacuten de poros (u)
TIPOS DE SUELOS COLAPSABLESLos tipos de suelos colapsables son
- Suelos aluviales y coluviales ndash Depositados en ambientes Semi-deseacuterticos por flujos maacutes o menos torrenciales- Suelos eoacutelicos ndash Depositados por el viento son arenas y limos arenosos con escaso cemento arcilloso en una estructura suelta o inestable
- Cenizas volcaacutenicas ndash Provenientes de cenizas arrojadas al aire por actividad volcaacutenica explosiva- Suelos residuales ndash Derivados de la descomposicioacuten in ndash situ de minerales de ciertas rocas son luego lixiviados por el agua y pierden su cemento
CONSECUENCIAS EN CIMENTACIONES
Patologiacuteas en cimentaciones Posibles causas
Introduccioacuten
De todos los posibles tipos de patologiacutea que puede sufrir la edificacioacuten las estadiacutesticas demuestran que son las patologiacuteas ligadas a las cimentaciones las que mayores costes globales conllevan Ademaacutes tienen gran repercusioacuten social lo que las hace maacutes notorias por la complejidad propia de su reparacioacuten porque suponen una fuerte alteracioacuten y hasta interrupcioacuten del uso del inmueble y porque suelen involucrar a colindantes e incluso poderes puacuteblicos Urge como en ninguacuten otro caso determinar las causas y cuanto antes dar una solucioacuten al problema
Causas intriacutensecas de fallos de cimentacioacuten
Se agrupan aquiacute los fallos de cimentacioacuten consecuencia de la interaccioacuten entre el terreno y la propia cimentacioacuten de la construccioacuten afectada
Defectos de proyecto
Son errores de concepcioacuten de disentildeo o caacutelculo del proyecto Son errores previsibles por lo que si se tienen en cuenta en el disentildeo y caacutelculo de la edificacioacuten el riesgo de que provoquen dantildeos se minimizaEnumeramos aquiacute no todas pero siacute algunas de las posibles causas de problemas derivadas del proyectobull Falta de capacidad de carga cimentacioacuten insuficiente o capacidad
de carga del suelo insuficientebull Esfuerzos no contemplados por ej por olvido de algunas
sobrecargas de explotacioacutenbull Conocimiento insuficiente del suelo Lo que deriva en la ignorancia
de riesgos especiales geoteacutecnicos Las causas pueden ser escasez de reconocimientos previos del terreno mala interpretacioacuten de los mismos no consideracioacuten de los fenoacutemenos de agresividad etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Cobra importancia en terrenos con especiales caracteriacutesticas
Arcillas expansivas
Suelos colapsables
Rellenos antroacutepicos
Suelos blandos naturales
Infravaloracioacuten del riesgo geoteacutecnico conocido eacuteste Casos asiacute pueden ser desprecio de los efectos que produce la falta de homogeneidad de un suelo o las distintas profundidades de aparicioacuten de la roca en planta desprecio de los efectos de la potencial expansividad o de posible subpresioacuten o fenoacutemenos de subsidencias procesos de disolucioacuten etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONESbull Defectos en la evaluacioacuten del terreno asientos calculados no
tolerables por la estructura esfuerzos paraacutesitos en pilotes (olvido del efecto de asiento de terrenos flojos o rellenos recientes) etc
bull Efecto grupo en pilotes defectuosa estimacioacuten del efecto grupo en pilotes flotantes no consideracioacuten de los esfuerzos laterales o del rozamiento negativo etc
bull Ausencia de consideracioacuten del bulbo de tensiones de la cimentacioacuten propia y su alcance Pero tambieacuten de cimentaciones colindantes que podriacutean suponer una carga oblicua sobre nuestra cimentacioacuten habraacute que considerarla en caacutelculo y prever un proceso constructivo adecuado (no vayamos a provocar dantildeos a otras edificaciones)
bull Ignorancia de las condiciones de contorno es decir no consideracioacuten de las condiciones del entorno de la estructura
proyectada posibles socavaciones arrastres descalces agotamientos rebajamientos de nivel freaacutetico etc
bull Heterogeneidades distribucioacuten irregular de las cargas o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentacioacuten
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Defectos de ejecucioacuten
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecucioacuten de eacutestos Los defectos de ejecucioacuten normalmente responden a un deficiente Control de Calidad Por tanto en principio son evitablesAlgunos errores de ejecucioacuten podriacutean serbull Apreciacioacuten erroacutenea de los estratos resistentes confundidos con
capas de poco espesor bolos erraacuteticos etcbull Errores de replanteo bull Mala calidad de los materiales en especial hormigones Deterioro
de zapatas losas o muros por escasa calidad de los materiales grietas de retraccioacuten por mala dosificacioacuten del hormigoacuten materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto etc
bull Degradacioacuten del material suele ir unido al anterior hormigoacuten no resistente a la agresividad del terreno recubrimientos insuficientes madera metal etc
bullCAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Lavado del hormigoacuten en cimentaciones superficiales o profundas colocado en presencia de aguas en movimiento
Errores en la colocacioacuten de armaduras confusioacuten de diaacutemetros de armado ausencia de separadores etc
Problemas de fraguado unidos a errores de vertido de dosificacioacuten de curado
Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio cortadas lavadas) o de baja calidad y excesiva carga portante de caacutelculo
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
- Suelos aluviales y coluviales ndash Depositados en ambientes Semi-deseacuterticos por flujos maacutes o menos torrenciales- Suelos eoacutelicos ndash Depositados por el viento son arenas y limos arenosos con escaso cemento arcilloso en una estructura suelta o inestable
- Cenizas volcaacutenicas ndash Provenientes de cenizas arrojadas al aire por actividad volcaacutenica explosiva- Suelos residuales ndash Derivados de la descomposicioacuten in ndash situ de minerales de ciertas rocas son luego lixiviados por el agua y pierden su cemento
CONSECUENCIAS EN CIMENTACIONES
Patologiacuteas en cimentaciones Posibles causas
Introduccioacuten
De todos los posibles tipos de patologiacutea que puede sufrir la edificacioacuten las estadiacutesticas demuestran que son las patologiacuteas ligadas a las cimentaciones las que mayores costes globales conllevan Ademaacutes tienen gran repercusioacuten social lo que las hace maacutes notorias por la complejidad propia de su reparacioacuten porque suponen una fuerte alteracioacuten y hasta interrupcioacuten del uso del inmueble y porque suelen involucrar a colindantes e incluso poderes puacuteblicos Urge como en ninguacuten otro caso determinar las causas y cuanto antes dar una solucioacuten al problema
Causas intriacutensecas de fallos de cimentacioacuten
Se agrupan aquiacute los fallos de cimentacioacuten consecuencia de la interaccioacuten entre el terreno y la propia cimentacioacuten de la construccioacuten afectada
Defectos de proyecto
Son errores de concepcioacuten de disentildeo o caacutelculo del proyecto Son errores previsibles por lo que si se tienen en cuenta en el disentildeo y caacutelculo de la edificacioacuten el riesgo de que provoquen dantildeos se minimizaEnumeramos aquiacute no todas pero siacute algunas de las posibles causas de problemas derivadas del proyectobull Falta de capacidad de carga cimentacioacuten insuficiente o capacidad
de carga del suelo insuficientebull Esfuerzos no contemplados por ej por olvido de algunas
sobrecargas de explotacioacutenbull Conocimiento insuficiente del suelo Lo que deriva en la ignorancia
de riesgos especiales geoteacutecnicos Las causas pueden ser escasez de reconocimientos previos del terreno mala interpretacioacuten de los mismos no consideracioacuten de los fenoacutemenos de agresividad etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Cobra importancia en terrenos con especiales caracteriacutesticas
Arcillas expansivas
Suelos colapsables
Rellenos antroacutepicos
Suelos blandos naturales
Infravaloracioacuten del riesgo geoteacutecnico conocido eacuteste Casos asiacute pueden ser desprecio de los efectos que produce la falta de homogeneidad de un suelo o las distintas profundidades de aparicioacuten de la roca en planta desprecio de los efectos de la potencial expansividad o de posible subpresioacuten o fenoacutemenos de subsidencias procesos de disolucioacuten etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONESbull Defectos en la evaluacioacuten del terreno asientos calculados no
tolerables por la estructura esfuerzos paraacutesitos en pilotes (olvido del efecto de asiento de terrenos flojos o rellenos recientes) etc
bull Efecto grupo en pilotes defectuosa estimacioacuten del efecto grupo en pilotes flotantes no consideracioacuten de los esfuerzos laterales o del rozamiento negativo etc
bull Ausencia de consideracioacuten del bulbo de tensiones de la cimentacioacuten propia y su alcance Pero tambieacuten de cimentaciones colindantes que podriacutean suponer una carga oblicua sobre nuestra cimentacioacuten habraacute que considerarla en caacutelculo y prever un proceso constructivo adecuado (no vayamos a provocar dantildeos a otras edificaciones)
bull Ignorancia de las condiciones de contorno es decir no consideracioacuten de las condiciones del entorno de la estructura
proyectada posibles socavaciones arrastres descalces agotamientos rebajamientos de nivel freaacutetico etc
bull Heterogeneidades distribucioacuten irregular de las cargas o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentacioacuten
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Defectos de ejecucioacuten
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecucioacuten de eacutestos Los defectos de ejecucioacuten normalmente responden a un deficiente Control de Calidad Por tanto en principio son evitablesAlgunos errores de ejecucioacuten podriacutean serbull Apreciacioacuten erroacutenea de los estratos resistentes confundidos con
capas de poco espesor bolos erraacuteticos etcbull Errores de replanteo bull Mala calidad de los materiales en especial hormigones Deterioro
de zapatas losas o muros por escasa calidad de los materiales grietas de retraccioacuten por mala dosificacioacuten del hormigoacuten materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto etc
bull Degradacioacuten del material suele ir unido al anterior hormigoacuten no resistente a la agresividad del terreno recubrimientos insuficientes madera metal etc
bullCAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Lavado del hormigoacuten en cimentaciones superficiales o profundas colocado en presencia de aguas en movimiento
Errores en la colocacioacuten de armaduras confusioacuten de diaacutemetros de armado ausencia de separadores etc
Problemas de fraguado unidos a errores de vertido de dosificacioacuten de curado
Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio cortadas lavadas) o de baja calidad y excesiva carga portante de caacutelculo
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
Defectos de proyecto
Son errores de concepcioacuten de disentildeo o caacutelculo del proyecto Son errores previsibles por lo que si se tienen en cuenta en el disentildeo y caacutelculo de la edificacioacuten el riesgo de que provoquen dantildeos se minimizaEnumeramos aquiacute no todas pero siacute algunas de las posibles causas de problemas derivadas del proyectobull Falta de capacidad de carga cimentacioacuten insuficiente o capacidad
de carga del suelo insuficientebull Esfuerzos no contemplados por ej por olvido de algunas
sobrecargas de explotacioacutenbull Conocimiento insuficiente del suelo Lo que deriva en la ignorancia
de riesgos especiales geoteacutecnicos Las causas pueden ser escasez de reconocimientos previos del terreno mala interpretacioacuten de los mismos no consideracioacuten de los fenoacutemenos de agresividad etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Cobra importancia en terrenos con especiales caracteriacutesticas
Arcillas expansivas
Suelos colapsables
Rellenos antroacutepicos
Suelos blandos naturales
Infravaloracioacuten del riesgo geoteacutecnico conocido eacuteste Casos asiacute pueden ser desprecio de los efectos que produce la falta de homogeneidad de un suelo o las distintas profundidades de aparicioacuten de la roca en planta desprecio de los efectos de la potencial expansividad o de posible subpresioacuten o fenoacutemenos de subsidencias procesos de disolucioacuten etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONESbull Defectos en la evaluacioacuten del terreno asientos calculados no
tolerables por la estructura esfuerzos paraacutesitos en pilotes (olvido del efecto de asiento de terrenos flojos o rellenos recientes) etc
bull Efecto grupo en pilotes defectuosa estimacioacuten del efecto grupo en pilotes flotantes no consideracioacuten de los esfuerzos laterales o del rozamiento negativo etc
bull Ausencia de consideracioacuten del bulbo de tensiones de la cimentacioacuten propia y su alcance Pero tambieacuten de cimentaciones colindantes que podriacutean suponer una carga oblicua sobre nuestra cimentacioacuten habraacute que considerarla en caacutelculo y prever un proceso constructivo adecuado (no vayamos a provocar dantildeos a otras edificaciones)
bull Ignorancia de las condiciones de contorno es decir no consideracioacuten de las condiciones del entorno de la estructura
proyectada posibles socavaciones arrastres descalces agotamientos rebajamientos de nivel freaacutetico etc
bull Heterogeneidades distribucioacuten irregular de las cargas o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentacioacuten
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Defectos de ejecucioacuten
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecucioacuten de eacutestos Los defectos de ejecucioacuten normalmente responden a un deficiente Control de Calidad Por tanto en principio son evitablesAlgunos errores de ejecucioacuten podriacutean serbull Apreciacioacuten erroacutenea de los estratos resistentes confundidos con
capas de poco espesor bolos erraacuteticos etcbull Errores de replanteo bull Mala calidad de los materiales en especial hormigones Deterioro
de zapatas losas o muros por escasa calidad de los materiales grietas de retraccioacuten por mala dosificacioacuten del hormigoacuten materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto etc
bull Degradacioacuten del material suele ir unido al anterior hormigoacuten no resistente a la agresividad del terreno recubrimientos insuficientes madera metal etc
bullCAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Lavado del hormigoacuten en cimentaciones superficiales o profundas colocado en presencia de aguas en movimiento
Errores en la colocacioacuten de armaduras confusioacuten de diaacutemetros de armado ausencia de separadores etc
Problemas de fraguado unidos a errores de vertido de dosificacioacuten de curado
Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio cortadas lavadas) o de baja calidad y excesiva carga portante de caacutelculo
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
Arcillas expansivas
Suelos colapsables
Rellenos antroacutepicos
Suelos blandos naturales
Infravaloracioacuten del riesgo geoteacutecnico conocido eacuteste Casos asiacute pueden ser desprecio de los efectos que produce la falta de homogeneidad de un suelo o las distintas profundidades de aparicioacuten de la roca en planta desprecio de los efectos de la potencial expansividad o de posible subpresioacuten o fenoacutemenos de subsidencias procesos de disolucioacuten etc
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONESbull Defectos en la evaluacioacuten del terreno asientos calculados no
tolerables por la estructura esfuerzos paraacutesitos en pilotes (olvido del efecto de asiento de terrenos flojos o rellenos recientes) etc
bull Efecto grupo en pilotes defectuosa estimacioacuten del efecto grupo en pilotes flotantes no consideracioacuten de los esfuerzos laterales o del rozamiento negativo etc
bull Ausencia de consideracioacuten del bulbo de tensiones de la cimentacioacuten propia y su alcance Pero tambieacuten de cimentaciones colindantes que podriacutean suponer una carga oblicua sobre nuestra cimentacioacuten habraacute que considerarla en caacutelculo y prever un proceso constructivo adecuado (no vayamos a provocar dantildeos a otras edificaciones)
bull Ignorancia de las condiciones de contorno es decir no consideracioacuten de las condiciones del entorno de la estructura
proyectada posibles socavaciones arrastres descalces agotamientos rebajamientos de nivel freaacutetico etc
bull Heterogeneidades distribucioacuten irregular de las cargas o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentacioacuten
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Defectos de ejecucioacuten
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecucioacuten de eacutestos Los defectos de ejecucioacuten normalmente responden a un deficiente Control de Calidad Por tanto en principio son evitablesAlgunos errores de ejecucioacuten podriacutean serbull Apreciacioacuten erroacutenea de los estratos resistentes confundidos con
capas de poco espesor bolos erraacuteticos etcbull Errores de replanteo bull Mala calidad de los materiales en especial hormigones Deterioro
de zapatas losas o muros por escasa calidad de los materiales grietas de retraccioacuten por mala dosificacioacuten del hormigoacuten materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto etc
bull Degradacioacuten del material suele ir unido al anterior hormigoacuten no resistente a la agresividad del terreno recubrimientos insuficientes madera metal etc
bullCAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Lavado del hormigoacuten en cimentaciones superficiales o profundas colocado en presencia de aguas en movimiento
Errores en la colocacioacuten de armaduras confusioacuten de diaacutemetros de armado ausencia de separadores etc
Problemas de fraguado unidos a errores de vertido de dosificacioacuten de curado
Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio cortadas lavadas) o de baja calidad y excesiva carga portante de caacutelculo
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
proyectada posibles socavaciones arrastres descalces agotamientos rebajamientos de nivel freaacutetico etc
bull Heterogeneidades distribucioacuten irregular de las cargas o excesiva excentricidad de las mismas a nivel de cimentacioacuten
CAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Defectos de ejecucioacuten
No deben confundirse con los errores de proyecto por ser ejecucioacuten de eacutestos Los defectos de ejecucioacuten normalmente responden a un deficiente Control de Calidad Por tanto en principio son evitablesAlgunos errores de ejecucioacuten podriacutean serbull Apreciacioacuten erroacutenea de los estratos resistentes confundidos con
capas de poco espesor bolos erraacuteticos etcbull Errores de replanteo bull Mala calidad de los materiales en especial hormigones Deterioro
de zapatas losas o muros por escasa calidad de los materiales grietas de retraccioacuten por mala dosificacioacuten del hormigoacuten materiales con resistencia inferior a la requerida en proyecto etc
bull Degradacioacuten del material suele ir unido al anterior hormigoacuten no resistente a la agresividad del terreno recubrimientos insuficientes madera metal etc
bullCAUSAS DEL COLAPSO EN CIMENTACIONES
Lavado del hormigoacuten en cimentaciones superficiales o profundas colocado en presencia de aguas en movimiento
Errores en la colocacioacuten de armaduras confusioacuten de diaacutemetros de armado ausencia de separadores etc
Problemas de fraguado unidos a errores de vertido de dosificacioacuten de curado
Cimentaciones profundas mal ejecutadas (fondo no bien limpio cortadas lavadas) o de baja calidad y excesiva carga portante de caacutelculo
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
Rotura o corte de pilotes rotos durante la hinca o pilotes hincados en arcilla blanda que no han sido rehincados debidamente fallo de los empalmes en pilotes de acero o de madera defectuosa extraccioacuten de la entubacioacuten en el caso de pilotes hormigonados in situ etc
Rellenos estructurales Defectos de compactaciones en cimentaciones sobre rellenos estructurales (sustituciones de terreno o mejoras de terreno)
Variaciones en las condiciones del entorno
Se trata aquiacute de las afecciones del entorno a la cimentacioacuten que tienen su origen en la actividad del hombre y por tanto no previsibles en proyectoEs imposible prever en el proyecto inicial modificaciones futuras y menos auacuten del entorno Sin embargo muchos de estos problemas se evitariacutean de considerarse adecuadamente cuando se proyectan esas
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
actuaciones posteriores Es el caso de excavaciones tuacuteneles o edificios de nueva construccioacuten en las proximidades de edificios existentesEs decir muchas veces estariacuteamos ante defectos del proyecto de la actuacioacuten posterior cuyas consecuencias se ven en preexistentes proacuteximos (en cuyo proyecto no podiacutean preverse evidentemente)
Para ilustrarlo con ejemplos vamos a enumerar aquiacute algunas posibles variaciones del entornobull Cargas adyacentes alteracioacuten general producida por construccioacuten
en las inmediacionesbull Induccioacuten de movimientos complementarios asientos
desplazamientos y girosbull En cimentaciones por pilotes empujes horizontales y rozamiento
negativobull Fenoacutemenos de inestabilidad y deslizamiento por socavaciones
arrastres erosiones
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
bull Inestabilidades y deslizamientos inducidos
bull Excavacioacuten y desmonte al pie de laderas
bull Excavaciones en la base de muros
bull Socavacioacuten
bull Supresioacuten de la vegetacioacuten
bull Modificacioacuten de la escorrentiacutea superficial
bull Excavaciones proacuteximas al aire libre o subterraacuteneas Produciendo
una disminucioacuten de la capacidad de carga de la cimentacioacuten
excesiva deformacioacuten del suelo asientos superficiales junto a
zanjas y taludes descalce de cimentacioacuten afeccioacuten al bulbo de
presiones etc
La afeccioacuten de las excavaciones a cielo abierto depende de varios factores a considerar si queremos disminuir el riesgo para las construcciones proacuteximas FundamentalmenteCaracteriacutesticas del terreno
Profundidad de la excavacioacuten
Distancia horizontal de la excavacioacuten a la edificacioacuten preexistente
Velocidad de excavacioacuten
Tiempo que permanece abierta
Rigidez de la contencioacuten y elementos de soporte lateral (anclajes entibacioacuten)
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
En el caso de las excavaciones en profundidad los factores a considerar fundamentalmente son -Caracteriacutesticas del terreno y estado tensional (cargas soportadas cimentaciones bajo las que discurriraacute profundidad bulbo de presiones ) -Sistema constructivo de la propia excavacioacuten maquinaria velocidad sostenimiento revestimiento etc -Variables determinantes del riesgo
D diaacutemetro de la excavacioacuten H profundidad de la excavacioacuten X distancia a edificios proacuteximos (medida a eje de la excavacioacuten)
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
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CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
Paraacutemetros a considerar en el proyecto de excavaciones profunda
Vibraciones y efectos dinaacutemicos Alteracioacuten de las condiciones de equilibrio del suelo producida por vibraciones o percusiones en las proximidades de la estructuraDependen del tipo de edificio y de las caracteriacutesticas de la vibracioacuten intensidad duracioacuten y frecuencia Sus efectos dependeraacuten del tipo de terreno (por ej tendraacute mayor afeccioacuten en arenas poco densas) y de si hay capas transmisoras costras vetas cementadas etcEstos son algunos de los efectos que pueden provocar sobre el terrenobull densificacioacuten de arenasbull sobrepresiones intersticiales en arcillasbull
Licuefaccioacuten de suelos limosos
Se han desarrollado criterios empiacutericos para su previsioacuten en el caso de impactos procesos de hinca como los de Artewell y Farmer (1973) De forma que se llega a determinar la magnitud de los dantildeos en funcioacuten de la velocidad de propagacioacuten de la vibracioacuten A tener en cuenta cuando se proyectan impactos como voladuras o hinca de pilotes
bull Dantildeos ligeros 10-15 mm sg
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
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PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
bull Dantildeos graves 80-150 mm sg middot Modificaciones del contenido de humedad y el nivel freaacutetico
La variacioacuten del nivel freaacutetico modifica las presiones efectivas sobre cimentaciones profundas y provoca fenoacutemenos de subsidencia subpresioacuten en el restoPuede tener muy diversos oriacutegenesbull Desaparicioacuten de bombeos de sistemas de riego o abastecimientobull Procesos de desecacioacuten como ejecucioacuten de pozos de bombeo
drenajes plantacioacuten de aacuterboles de desarrollo raacutepido etcbull Fugas antroacutepicas roturas o escapes de conducciones
subterraacuteneas canales piscinas colectoresbull La ejecucioacuten de tuacuteneles pantallas (soterramientos) pueden
producir bien un efecto ldquodrenrdquo o bien efecto de barrerabull Excavaciones que producen un rebajamiento del nivel freaacutetico en
obras
ALGUNAS RECOMENDACIONES EN TRABAJOS CON SUELOS
COLAPSABLES
-Corte y relleno compactado de capas superficiales
-Impermeabilizacioacuten y drenaje superficial
-Estabilizacion quiacutemica
-Uso de geomembranas de HDPE
-Pre-colapso mediante Inundacion previa (1-2 metros) oacute Apisonamiento
Dinaacutemico (3-5 metros)
CIMENTACIONES CON MATERIAL ARENAS SIN FINOS PLASTICOS ndash CONFORMACION DE TERRAPLEN PARA
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
CASA DE OFICINA DE 02 PISOS ndash DOMUS HOGARES DEL NORTE
Conformacion de terraplen en capas de020 cm con un control estricto de la humedad optima y un porcentaje de compactacion no menor del 100 de su MDS
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
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PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
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PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
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SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
Oficinas construidas
CONSIDERAIONES FINALES
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
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SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
El material fue de origen eolico su qad = 078 kgcm2 in situ al realizarle el tratamiento por capas y con humedad optima y con una compactacion no menor al 100 su capacidad portante llego a qad = 120 kgcm2
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PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
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SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
Oficinas construidas
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PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
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SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
PREVENCIOacuteN DE DANtildeOS
Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias
o Que el suelo tenga la potencialidad de colapso determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geoteacutecnico pertinente
o Que se den las condiciones de contorno adecuadas tales como cambios de humedad inundacioacuten o concentracioacuten de tensiones
Por tanto para prevenirlo habraacute queo Realizar una identificacioacuten geoteacutecnica adecuada que permita
definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables Para ello es preciso disponer de un estudio geoteacutecnico lo maacutes completo posible ya se trate de un estudio geoteacutecnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar
o Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes haciacuteamos referencia
o Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado drenajes adecuados tipologiacutea de cimentacioacuten adecuada preferentemente cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforacioacuten que superen los niveles colapsables y con consideracioacuten de rozamiento negativo acerados amplios mejoras de terreno etc)
CONSIDERAIONES FINALES
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
SE PUEDE APRECIAR UNA ESTRUCTURA QUE SUFRIO DANtildeO POR COLAPSO DE SU SUELO DE CIMENTACION POR AUMENTO DE HUMEDAD
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso
REPARACIOacuteN DE DANtildeOS
La teacutecnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificacioacuten con patologiacuteas desarrolladas a consecuencia de alguacuten fenoacutemeno de colapsabilidad son los micropilotes Dadas las particularidades de este tipo de suelos y su ldquosensibilidadrdquo al agua los micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco sin agua la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforacioacuten
Loacutegicamente en el desarrollo de las reparaciones de los dantildeos generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones especiacuteficas de la magnitud y el alcance de dichos dantildeos lo cual se determinaraacute para cada caso