trabajo cimentaciones especiales.doc

7/26/2019 trabajo cimentaciones especiales.doc

1/9

SUELOS COLAPSABLES

INTRODUCCIN

Muchos de los fenmenos que determinan el comportamiento de los suelos soncomplejos y no pueden siempre reducirse a causas puramente mecnicas, sinoque muchas veces intervienen factores de otra ndole (qumicos, ambientales,

etc.), provocando un comportamiento singular del terreno. n algunos suelos,estos factores !no mecnicos! tienen una importancia capital y son objeto de unestudio particular. "icho grupo de suelos es conocido gen#ricamente como!suelos estructuralmente inestables!.

$no de los principales fenmenos que afectan a algunos de estos suelos es el

colapso brusco de su estructura intergranular, denominndose a los suelos que

presentan estas caractersticas% suelos colapsables.

ANTECEDENTES

&os suelos colapsables son suelos no saturados que e'perimentan, cuando estnsujetos a saturacin, un reacomodo de sus partculas y un e'cesivo decremento

en su volumen con o sin la aplicacin de cargas e'ternas. &os problemas de

suelos colapsables no se presentan nicamente en ambientes des#rticos, sino

tambi#n pueden encontrarse en otros entornos geolgicos los suelos

compactados que se consideran estables pueden ser colapsables dependiendo

del intervalo en la aplicacin de la carga y otros factores. "e hecho, cualquier

suelo no saturado que no contenga minerales e'pansivos abundantes puede tener

caractersticas colapsables.

ste tipo de suelo tiene mayor importancia en obras hidrulicas que en otras obras

civiles, ya que aquellas siempre tienen que interactuar con el agua, cuya presencia

constituye el problema primordial. *simismo hay que tener en cuenta que elcambio climatolgico que se ha e'perimentado ha modificado las condiciones

hidrolgicas de los diferentes sitios, pues en +onas ridas se presentan periodos

de sequa prolongados que preceden lluvias escasas, pero a veces torrenciales

en +onas hmedas, los depsitos sedimentados producto de inundaciones

recientes pueden formar +onas de peligro potencial para periodos de tormenta

futuros. &os suelos colapsables son altamente inestables ante estos fenmenos

e'tremos.

Caractersticas comunes:eginatto (-//) se0ala que, en general, los suelos colapsables presentan una

serie de caractersticas comunes, tales como%

structura macroporosa, con ndice de vacios (e) entre relativamente alto a

muy alto.

1ranulometra predominantemente fina, con predominio de fracciones de limosy de arcilla. l tama0o de los granos es generalmente poco distribuido y conlos granos ms grandes escasamente meteori+ados.


2/9

&a mayora de las veces, la cantidad de la fraccin arcilla es relativamente

escasa, pero sin embargo, tiene una influencia importante en elcomportamiento mecnico de la estructura intergranular.

structura mal acomodada, con partculas de mayor tama0o separadas por

espacios abiertos, y unidas entre s por acumulaciones o !puentes! de material

predominantemente arcilloso. n muchos casos e'isten cristales de sales

solubles insertados en tales puentes o uniones arcillosas.

Definicin e co!a"so:2ur y 3isemam (-/4) definen como colapso a cualquier disminucin rpida devolumen del suelo, producida por el aumento de cualquiera de los siguientes

factores ()%

5ontenido de humedad (6)

1rado de saturacin (7r)

8ensin media actuante (9)

8ensin de corte (:) ;resin de poros (u)

econociendo por lo tanto que el colapso de la estructura del suelo puede

producirse por una variedad de procesos diferentes de la saturacin. eginatto

(-//) sugiere que, a esta lista de factores puede agregarse la interaccin qumica

entre el lquido saturante y la fraccin arcillosa.

* efectos de definir y diferenciar los distintos tipos de colapso $riel y 7errano

(-/4,-/


3/9

#ECANIS#O DEL COLAPSO

* continuacin, se anali+arn los diferentes mecanismos de colapso para distintas

estructuras de suelos, para lo cual se seguir, principalmente el trabajo de "udley

(-/>).

&as siguientes condiciones generales son las que establece "udley para que

ocurra el colapso%

-. &a estructura del suelo deber tener ciertas caractersticas, de modo tal que se

tienda a la ocurrencia de dicho fenmeno.

?. &as partculas estarn unidas entre s por fuer+as o materiales cementantesque son susceptibles, =tanto unas como otros= pueden ser anulados oreducidos cuando aumenta el contenido de humedad del suelo.

4. 5uando este soporte es reducido o anulado, las partculas del suelo desli+an o

ruedan, por una p#rdida de la resistencia al corte.

#$TODOS DE IDENTI%ICACIN

a) M#todo de campo7e toma una muestra de suelo y se divide en dos partes, se recortan ambas hastaque #stas tengan una forma regular y un mismo volumen. 7e satura una de lasdos con agua y se comparan ambas. 7i en la porcin saturada se observa unareduccin en su volumen, el suelo puede ser colapsable.

b) ;ropiedades de ndice7e han desarrollado varios m#todos de acuerdo a sus propiedades de ndice paraidentificar suelos colapsables.

elacin de vacos. 7e define como el coeficiente de colapso @d a la relacin entre

e&& y e>

@d A e&&Be>donde% e&& es la relacin de vacos en el estado de lmite lquido

e> es la relacin de vacos natural

5onsiderando este coeficiente el suelo es colapsable si @d se encuentra entre loslmites siguientes% >.C D @d D >.EC

&mite lquido. l lmite liquido se ha considerado como un indicador importante dela colapsabilidad del suelo. Folt+ y Filf (-G-) propusieron una carta que relaciona

el lmite lquido con el peso especfico seco .n la cual, se presentan curvas correspondientes a dos valores tpicos de lagravedad especfica 1s cada una de ellas separa dos +onas, una en la que lossuelos observados tienden a colapsarse y en la otra no tienen la tendenciaanterior.Fandy (-/4) propuso identificar la colapsabilidad de suelo de acuerdo con sucontenido de finos y defini para ello los criterios presentados en la tabla


4/9

8abla %5lasificacin de suelos colapsables en funcin del porcentaje de finos.

c);rueba de consolidacin

$na identificacin ms confiable se tiene llevando a cabo una prueba deconsolidacin. &a muestra de suelo, manteniendo su contenido de agua natural, secoloca en el anillo de consolidacin. &as cargas se aplican progresivamente hastaalcan+ar una presin de ?>> @;a. *l final de este incremento de carga, se satura lamuestra con agua y se le deja por un da. &a prueba se contina hasta alcan+ar lacarga m'ima programada.

C!asificacin e !os m&toos e ientificacin e sue!os co!a"sa'!es:n cuanto a los tipos de m#todos de identificacin propiamente dichos, varios han

sido los enfoques que se han propuesto. stos podran clasificarse en tres grupos%

M#todos basados en parmetros fsicos de identificacin de suelos, tales como

;eso $nitario, &mites de 5onsistencia, 1ranulometra, etc.

M#todos basados en ensayos mecnicos, principalmente en ensayosedom#tricos.

M#todos basados en la magnitud del colapso.

Mtodos basados en parmetros fsicos de suelos

n general, la mayora de estos m#todos de identificacin tienen ms bien uncarcter cualitativo que cuantitativo, pretendiendo ubicar el suelo anali+ado en

algunos de los grupos mencionados. &a clasificacin consiste, habitualmente enestablecer si el suelo es autocolapsable (colapsable bajo su propio peso) o bien sies condicionalmente colapsable (colapsable bajo carga e'terna).

Mtodos basados en ensayos edomtricos

stos m#todos estn basados en la ;resin Hnicial de 5olapso o ;resin deIluencia. &a determinacin del grupo al cual pertenece el suelo estudiado (auto

colapsable o colapsable bajo carga), se reali+a comparando la presin de tapada o

geosttica con la presin a la cual se produce el colapso.

Mtodos basados en la magnitud del asentamiento por colapso

&os m#todos basados en la magnitud del asentamiento por colapso se fundan endeterminar la magnitud del mismo de un perfil de suelos en un lugar determinado,

debido solamente a su peso propio.

SOLUCIONES IN(ENIERILES EN SUELOS COLAPSABLES

Contenio e finos )*+ Descri"cinD -G *ltamente colapsable

-G J ?< ;robablemente colapsable?< J 4? Marginalmente colapsable

K 4? Lo colapsable


5/9

l 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.

*itchison (-/4) divide a estas soluciones en%

a) 8ratamiento del suelo colapsable con vista a eliminar la tendencia al

colapso a lo largo de todo el estrato de suelos desmoronables.b) "ise0o de elementos constructivos que eliminen o disminuyan a lmites

ra+onables la posibilidad que se inicie el colapso.c) "ise0o de estructuras yBo cimentaciones insensibles a los asentamientos

provocados por el colapso, por ejemplo, fundaciones profundasapoyadas sobre un manto profundo no sujeto a los asentamientos por

humedecimiento.

l primer grupo de soluciones comprende los m#todos de mejoramiento de suelo,por medio de los cuales la susceptibilidad al colapso es eliminada, modificando laspropiedades resistentes del suelo mediante la compactacin o la cementacin de

los vnculos entre partculas.l segundo grupo incluye la adopcin de medidas constructivas tendientes a aislarel agua, de manera de evitar o disminuir la presencia de condiciones favorables alcolapso, admitiendo no obstante ciertos riesgos.el tercer grupo engloba tanto las soluciones tradicionales por medio defundaciones profundas, como el dise0o de estructuras con fundaciones directasinsensibles a los asentamientos diferenciales provocados por el colapso del suelo.n resumen, en el primer grupo de soluciones se interviene directamente en elsuelo, evitando as el colapso en el segundo grupo se intenta evitar que seprodu+ca el colapso, sin modificar el suelo y en el ltimo grupo se construyenestructuras yBo fundaciones que admitan y resistan los fenmenos provocados por

el colapso del suelo.

vstatiev (-EE) se0ala que los mejores resultados han sido alcan+ados con unaptima combinacin de las ventajas que individualmente tiene cada uno de los tresgrupos. &a e'periencia ha probado que las medidas constructivas y las medidasde aislacin del agua por s solas no pueden resolver todos los problemas deinestabilidad que provoca el colapso del suelo. *s, la adopcin de solucionese'clusivamente para la superestructura (por ejemplo% fundaciones profundas), sinun adecuado dise0o que eviten da0os en los otros elementos de la construccin,como pisos, desages, etc., han provocado serios da0os en estas partes de laconstruccin, que podran haber sido evitados aplicando medidas tendientes a

evitar el ingreso del agua en el terreno.

#e,oramiento e sue!os co!a"sa'!es


6/9

Consideraciones previasl objetivo principal de estas soluciones es eliminar o disminuir apreciablemente lasusceptibilidad al colapso del suelo, bien disminuyendo la porosidad del suelo(compactacin) o bien aumentando la resistencia estructural entre las partculasdel suelo (m#todos fsico=qumicos). vstatiev (-EE) propone lasiguiente clasificacin de los m#todos de estabili+acin de suelos, la cual puede

hacerse e'tensiva a suelos colapsables%

a) M#todos de mejoramiento de las propiedades del suelo porcompactacin.

b) M#todos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacinde su granulometra.

c) M#todos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacinde nuevos contactos cohesivos.

d) M#todos de mejoramiento por medio del reempla+o del suelo colapsablepor suelo no colapsable.

e) M#todos de mejoramiento que incorporan elementos resistentes a latraccin dentro del suelo.

f) 1eomembranas.

g) M#todos de mejoramiento de las propiedades del suelo por drenaje.h) 5orreccin de taludes y terraplenes.

Mtodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacin

ste grupo comprende varias de las metodologas usadas en suelos colapsablespara reducir los vacos, de modo de eliminar la colapsabilidad, reducir la

permeabilidad y aumentar la capacidad de carga. sto se reali+a utili+ando fuer+asestticas o dinmicas, o bien a trav#s de la inyeccin de lechadas

Compactacin dinmica% ste m#todo es adecuado para compactar mantos de

suelos colapsables superficiales con espesores menores a 4,C> metros. l m#todoconsiste en dejar caer en cada libre desde una altura de < a E metros, pilones de

4 a E 8n. sobre la superficie del terreno, a ra+n de -> a -G impactos en cadalugar (*belev y *belev, -/). l impacto genera una rotura de la estructura delsuelo, un aumento de la presin de poros y una compresin del aire presente enlos poros, produciendo un reacomodamiento de las partculas, dando comoresultado una estructura ms compacta. 7egn Malyshev et al (-E4) el contenidode humedad del suelo juega un papel importante, logrndose la m'ima eficienciacon un contenido de humedad cercano al &mite ;lstico. 7i el contenido dehumedad es menor a #ste, es necesario humedecer el espesor de suelo de modode alcan+ar una mejor eficacia. Narios son los factores que controlan los

resultados del m#todo, as por ejemplo el espesor compactado es funcinprincipalmente del peso y del dimetro del piln. n tanto el grado decompactacin est controlado por el nmero de impactos y la humedad del suelo.

l grado de compactacin no es uniforme a lo largo de todo el espesorcompactado, logrndose la m'ima densificacin a -,? a -,C veces el dimetro del


7/9

piln. 7in embargo, se pueden obtener ;esos $nitarios secos superiores a -,GtBm4en espesores de ?,C a 4,C m., lo cual en la mayora de los casos es suficientepara disminuir o anular la susceptibilidad al colapso del suelo. $na variante a estem#todo es reali+ar la compactacin solamente en los lugares donde actan lascargas y no en toda el rea de la construccin. ;or ejemplo, en casos defundaciones de muros de carga o fundacin de columnas, el mejoramiento delsuelo se logra densificando la +ona de influencia del bulbo de presiones, o sea la+ona donde los incrementos de presin pueden hacer colapsar el suelo.

Compactacin por medio de pequeos pilotes piramidales % n cierta forma estem#todo es una variante del m#todo anterior. 5onsiste en hincar un pilote piramidalde 4 a < metros de longitud, con una seccin transversal superior de G> ' G> a />' /> cm., y una seccin transversal inferior de -> ' -> cm. $na ve+ retirado elpilote la cavidad se rellena con hormign. ste tipo de metodologa da e'celentesresultados en reas en donde e'iste un espesor de suelos potencialmentecolapsables (no autocolapsables) de 4,> o m de profundidad, pero quecolapsarn si estn sometidos a los incrementos de carga transmitidos por lasconstrucciones. $na de las ventajas del m#todo es la completa mecani+acin detodas las operaciones. $na variante a este m#todo consiste en reali+ar la hinca

sobre una capa de piedra partida, dando como resultado un bulbo de suelocompactado alrededor de la capa de piedra, mejorando la capacidad de carga porla punta del pilote as construido.

Compactacin por pilotes de suelo% ste es uno de los m#todos ms usuales paracompactar espesores importantes (-E a ?> m.) de suelos lo#ssicos susceptibles alcolapso. l procedimiento consta de dos partes% primero se reali+a la perforacin ysegundo se llena la cavidad con suelo compactado. &a perforacin se reali+ausualmente mediante la hinca de un pilote metlico con base ensanchada (-,Cveces). n otra metodologa de reciente uso, la e'cavacin se hace de la siguienteforma% se perfora hasta la profundidad deseada un hoyo de E cm. de dimetro

dentro del cual se coloca una columna de e'plosivos, que luego de estallar creauna perforacin de apro'imadamente >,E> m de dimetro. "espu#s de efectuadaesta perforacin dinmica! la cavidad se rellena con suelo local, introducido entongadas de ->> a ?>> Og, que luego son compactadas dinmicamente por mediode un til especial. 5oncluidas ambas etapas quedan formadas columnas de suelocompactado con un dimetro apro'imado igual a dos veces el de la perforacin. lgrado de compactacin va decreciendo a medida que se aleja del centro de lacolumna, por tal motivo es importante conocer esta ley de decrecimiento paradise0ar correctamente la cuadrcula de pilotes de suelo. *l igual que en los otrosm#todos, la eficiencia del sistema aumenta en la medida que la humedad delsuelo natural y compactado se encuentre a una humedad cercana al &imite

;lstico. ;or tal motivo es usual que previo a la perforacin se realice unahumectacin del espesor de suelos a compactar. &as densidades alcan+adas sondel orden de -,/> a -,E> tBm4, que son suficientes para evitar el colapso por pesopropio y permiten el use del espesor compactado como manto de fundacin.

Compactacin por eplosiones de gas% sta relativamente nueva metodologa decompactar espesores de suelos colapsables consiste en introducir, a trav#s de unalan+a de agua a presin, una cmara de compresin que contiene una me+cla de


8/9

gas propano y o'geno, la cual se va elevando a medida que se producen unaserie de e'plosiones de la me+cla. "e este modo se va generando una columna-,?> -, m de suelo compactado ("ensidad de -,C> tBcm 4) (Martemyanov et al,-/).

Compactacin por !umedecimiento "#idrocompactacin$% n este caso se utili+a lapropia susceptibilidad del suelo a colapsar bajo peso propio. l m#todo msfrecuente de reali+ar la humectacin o saturacin del terreno, es a trav#s de

infiltracin del agua desde la superficie del terreno, para lo cual se efectane'cavaciones poco profundas (>, a >,E> m) o bien se construyen grandesestanques. n muchos casos a efectos de acelerar el ingreso del agua al terrenose construyen dentro del estanque, drenes de arena convenientementeespaciados. ste sistema ha sido empleado ampliamente en varias partes delmundo, por ejemplo en .$$. por 1ibbs y Para (-G/) y 5levenger (-CG) enumania por Pally et al (-GC,-G) en la $77 por &omi+e (-GE) y Mustafaef(-G/) en 5hina por &in y &iang (-E?) y en *rgentina por Moll et al (-/). *pesar de su amplia utili+acin y su bajo costo, el m#todo presenta una serie deinconvenientes% aparicin de grietas de traccin en el contorno del rea inundadae'istencia de importantes deformaciones posteriores al colapso necesidad de

recompactar los < C primeros metros utili+ando otro tipo de metodologa. &aefectividad de este m#todo se mejora sustancialmente si al mismo se lo combinacon otro m#todo de compactacin dinmica.

Compactacin por !umedecimiento previo y por eplosiones profundas% stem#todo fue desarrollado en al $nin 7ovi#tica por &ivinov (-/G) en la d#cada de

los G>. l espesor de suelos a compactar es previamente humedecido a trav#s deun sistema de drenes (cuadrcula de 4 ' 4 a C ' C m). &as cargas e'plosivas (C a /

Og.) son colocadas en el fondo de los mismos drenes o bien en tubos metlicoscolocados en perforaciones adicionales. &a cuadrcula con las cargas esapro'imadamente de < ' < m. n este procedimiento no es necesario la completasaturacin del suelo, que por ejemplo necesita el m#todo anterior. ;osterior al

humedecimiento se hacen estallar las cargas de toda un rea (?.>>> a C>.>>> m ?).&a e'plosin generan una onda de choque que hace licuar la estructura del suelo,lo cual permite un reacomodamiento de las partculas y un crecimiento de ladensidad del suelo. n ciertos casos es aconsejable la construccin de trincherasalrededor de la +ona a compactar a efectos de evitar la propagacin de grietasfuera de ella. &a e'plosin produce un importante a inmediato asentamiento de lasuperficie del terreno. &os asentamientos en general se estabili+an al cabo de 4 < semanas. ste tipo de m#todo es aconsejable cuando se desea compactargrandes volmenes de suelo, particularmente en grandes complejos industriales obien en obras hidroel#ctricas.

Mtodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacin de su

granulometra


9/9

n este apartado se incluyen aquellos m#todos de estabili+acin consistentes en

la me+cla y posterior compactacin de suelo colapsable con otros materiales

(arena, gravas) a efectos de conseguir mayor resistencia y mayor rigide+.

%stabili&acin mediante me&clado mecnico con agentes cementantes % l objetivode este tipo de establi+acin es la creacin de columnas o pilotes de suelo con

alta resistencia y rigide+, que permitan la transferencia de las cargas a mantos

ms profundos y estables. Narios son los m#todos constructivos que pueden

agruparse dentro de este grupo. &os subdividiremos en los siguientes subgrupos,dependiendo del lugar en donde se reali+a la me+cla del suelo con el agente

cementante.

-. &a me+cla del suelo y el agente cementante se reali+a en superficie. n este

caso la e'cavacin se puede reali+ar bien utili+ando la t#cnica constructivaempleada en los pilotes de suelo (hinca), o bien usar t#cnicas usuales de

perforacin. &a me+cla deQ suelo con el agente cementante (preferentemente

5emento ;ortland) puede ser fluida (suelo cemento plstico) a introducirsedentro de la e'cavacin en forma de pastones o bien me+clar el suelo y

elcemento con porcentaje de humedad ptimo a introducirlos en la perforacin

en tongadas (->> a ?>> Og) las cuales posteriormente son compactadas dentrode la misma e'cavacin. ;or lo tanto e'isten cuatro variantes segn sea el tipo

de e'cavacin y el tipo de me+cla.

?. &a me+cla del suelo y el cemento se reali+a en el mismo proceso de

perforacin. n este caso la me+cla del agente cementante se reali+a con el

propio suelo. &a me+cla puede reali+arse mediante tiles especiales que van

me+clando el suelo con una lechada de cemento o bien usar la t#cnica del jet

grouting mediante un chorro de lechada a alta presin.

Mtodos de mejoramiento por medio del reempla&o del suelo colapsable por suelo

no colapsableste tipo de estabili+acin se reali+a principalmente en terrenos con suelospotencialmente colapsables, en los cuales la presencia de cargas adicionales ensuperficie puede generar asentamientos adicionales ante un incremento de lahumedad del suelo. *s, una parte del suelo colapsable superficial, ubicadodirectamente debajo de las fundaciones, es e'cavado, e'trado y reempla+ado porotro material ms competente. &os materiales generalmente utili+ados son lossiguientes% el mismo suelo e'trado, compactado y eventualmente estabili+adogranulom#tricamente arena compactada o suelo cemento compactado. &aeleccin del tipo de material est condicionado generalmente por variables t#cnicoeconmicas. &os espesores de estos mantos son variables (- a < m) dependiendo

del tipo de cargas y de las caractersticas del proyecto. ;or ejemplo en algunosproyectos, los condicionantes pueden ser los asentamientos diferenciales(edificios), en cambio en otros (canales), no slo importa disminuir la probabilidadque se produ+ca el colapso, sino tambi#n lograr una capa de suelo msimpermeable.

trabajo cimentaciones especiales.doc

Documents