domingo, 25 de noviembre de 2012
domingo, 4 de noviembre de 2012
sábado, 13 de octubre de 2012
Suelos expansivos
Introducción
En
este tema hablaremos acerca de los suelos expansivos, los cuales son
suelos arcillosos inestables en presencia de humedad, ya que su
característica principal es experimentar cambios de volumen cuando varía
su contenido en líquido, esto significa que cuando un suelo está
compuesto de materiales muy susceptibles a desmoronarse con la presencia
de algún liquido (generalmente agua) y en caso de que hubiera una
edificación sobre esta zona con este tipo de suelos produciría que esta
tendiera a fracturarse produciendo grietas en las paredes o bien que la
cimentación cediera y que toda la edificación colapsara.
Este
problema surge desde que el hombre comenzó a construir edificaciones en
sus diferentes entornos, algunos de ellos no tuvieron este problema ya
que .la zona donde ellos habitaban no estaba compuesta por este tipo de
suelos, pero otros si lidiaron con este problema, desde hace mucho
tiempo se han investigado estos suelos, pero fue hace casi 94 años que
se esmero mas en el estudio de estos.
Como principales investigadores tenemos a:
- Lambe Whitman (1959)
- Fu H. Chen (1975)
- Brackley (1975)
La
necesidad por la que se empezó a investigar acerca de este tema es que
se estaba construyendo sin ninguna precaución sobre suelos expansivos,
provocando que muchas edificaciones cayeran, generando gastos
millonarios a los dueños de las edificaciones. Otra razón por la que se
empezó a investigar acerca de estos suelos es que los espacios en las
ciudades se están haciendo mucho más pequeños ya que la población crece
cada vez mas y mas al pasar de los años, creando la necesidad de que los
planificadores de las ciudades busquen alternativas para maximizar el
área de la ciudad.
Se
pueden tomar como antecedente histórico algunas construcciones que se
han colapsado por fuertes lluvias en diferentes ciudades del mundo a
través de los años.
Se
conocen como suelos expansivos aquellos que presentan expansiones o
contracciones, ósea cambios de volumen cuando varía su humedad o
contenido de agua. Los materiales de arcilla, tienen la capacidad de
absorber una gran cantidad de agua y retenerla debido a su estructura,
el agua produce el incremento del volumen en el material mencionado
anteriormente y también una drástica reducción del volumen cuando el
agua que retenía se seca.
Los
suelos expansivos resultan ser un gran problema para la construcción,
porque los incrementos del volumen no se presentan de una manera
uniforme, sino todo lo contrario al producirse incrementos en distintas
zonas y al momento de contraerse generan asentamientos, que pueden dañar
severamente las estructuras.
El
contenido de humedad es la cantidad de agua o humedad que se presenta
en un suelo, varía en un límite muy amplio, dependiendo de cada zona
geográfica. Se expresa como un porcentaje. El contenido de humedad es un
factor muy importante cuando se habla de la expansión de suelos ya que
nos puede indicar donde se podrían presentar expansión si tienen
materiales arcillosos.
Además
la humedad es el elemento que hace posible el fenómeno de la expansión,
ya que si no hay variación en el contenido de humedad del suelo, por
más montmorillonita que contenga una arcilla, no se presentará un cambio
en los valores volumétricos.
No es necesario que el suelo se sature de agua completamente para que se presente expansión del mismo.
Una
de las causas por las que se presentan los suelos expansivos son las
condiciones climáticas, que influyen de manera directa al comportamiento
de estos suelos. Una expansión se genera debido al agua, por lo que es
más propenso a encontrar suelos expansivos en áreas donde las lluvias
sean moderadas y frecuentes. Otro factor importante es la presencia de
aguas subterráneas que se filtran de la superficie.
Formas de identificar suelos expansivos.
Los
suelos expansivos se pueden identificar visualmente por varias
características, tienen alta plasticidad, si observamos el terreno
encontraremos grietas o rajaduras, esto se debe a la expansión y
contracción constante que sufre la superficie de estos suelos cuando hay
variación de la humedad.
La
identificación mineralógica es uno de las principales formas usadas
para ubicar suelos expansivos, los métodos más recomendados para la
identificación mineralógica son: difracción de rayos x, análisis térmico
diferencial, análisis químico, absorción de tinte y la microscopía
electrónica. Consisten en detectar la presencia de minerales arcillosos,
que pueden resultar ser expansivos. Sin embargo esta forma de
identificación no es muy útil para la práctica de ingeniería ya que
pueden llegar a ser muy costosos y requiere un amplio conocimiento.
Formas de identificar suelos expansivos.
Otra
forma es la determinación de propiedades básicas del suelo. Las
propiedades que se busca obtener son: límite líquido y plástico, límite
de contracción, contenido de coloides, expansión libre del suelo.
Los
suelos, según la naturaleza, cantidad de agua, presentan propiedades
para ser incluidos en el estado sólido, semisólido, plástico o
semilíquido. La cantidad de agua de un suelo así como el límite al que
se produce el cambio de estado varía de un suelo a otro. Los contenidos
de agua o humedad con los cuales se producen los cambios de estados, son
llamados límites de Atterberg.
Límite líquido: “es el límite entre los estados semi líquido y plástico”, según Atterberg.
Límite plástico: “es el límite entre los estados plástico y semisólido”, según Atterberg.
Límite
de contracción: “humedad máxima de un suelo para la cual una reducción
de la humedad no causa una variación del volumen del suelo”, según
Atterberg.
Identificación
por métodos indirectos que consisten en identificar el potencial
expansivo del suelo de forma cualitativa, la desventaja de este usar
este tipo de métodos es que obtenemos datos muy variables, que dependen
del tipo de suelo que es analizado.
Métodos
directos para la identificación de suelos expansivos, consisten en
saturar el suelo en diferentes condiciones de carga para poder medir la
expansión que presente y graficar las variaciones de hinchazón.
Se reconocen dos parámetros que definen el Potencial de Hinchamiento, los cuales son:
Presión
de hinchamiento (PS). Es la presión aplicada en laboratorio sobre una
muestra de suelo expansivo, se añaden cargas para no permitir el
hinchamiento, la presión máxima que hay que añadir para que no haya
hinchamiento, es decir se mantenga su volumen inicial es conocida como
presión de hinchamiento.
Hinchamiento
libre (Hc). Se expresa como el porcentaje de la elevación máxima,
cuando hay presión nula en relación a la longitud inicial.
Para
lograr medir estos parámetros se realizan pruebas de odómetro o
basadas en técnicas de succión, tratando de simular los factores que
pudieran ser relevantes al momento de presentarse este fenómeno de
manera natural. Para lograr dicho objetivo se han propuesto diversos
métodos experimentales. Resultando las diferentes predicciones precisas
al utilizar estos métodos, también existen algunas variables tales como:
tamaño y forma de la muestra, forma de simular las condiciones reales
en el edómetro, entre otras, las cuales hacen que se obtengan
diferencias en los resultados obtenidos y se creen discrepancias al
momento de tratar de predecir el comportamiento de los suelos.
Ante la presencia de suelos expansivos, las acciones más adecuadas son:
Reducir
o eliminar la expansión del suelo y actuar sobre la estructura y
mediante la selección de un diseño adecuado de cimentación.
Existen
diferentes formas para reducir o eliminar la expansión del suelo, una
de ellas es inundar el suelo antes de realizar una construcción, dicha
práctica es llamada “prehumectación del suelo”, en teoría al inundar el
suelo y saturarlo permitiéndole que se expanda hasta su máximo
potencial, manteniendo la humedad posteriormente, se deben evitar los
cambios volumétricos, por lo que no se tendrían daños en la estructura
después de construir. Se ha logrado determinar que la humedad de las
áreas cubiertas por losa, pavimento, etc., rara vez decrece.
Sin
embargo existen muchas desventajas para este método, es muy difícil que
se obtenga una variación uniforme en la humedad del suelo. Además los
suelos arcillosos que resultan ser los potencialmente expansivos son muy
difíciles de pre humectar, ya que el agua puede penetrar por diferentes
lados y obtener una humectación dispareja.
Otra
forma más efectiva es sustituir el material expansivo, esta alternativa
consiste en reemplazar el material expansivo por otro que no lo sea.
Los materiales que se pueden usar de relleno principalmente, no deben
ser expansivos, deben tener una cierta permeabilidad para evitar que el
agua llegue a los materiales arcillosos y expansivos subyacentes.
Con
la tecnología actual, la sustitución de suelos puede ser considerada
como una de las mejores opciones para eliminar el problema de suelos
expansivos.
Las
desventajas de esta alternativa son que para llevarlo a cabo se
necesita maquinaria pesada para poder remover el material expansivo y
del mismo modo para rellenar de material que no lo sea, lo cual podría
resultar muy costoso.
Otra
forma de reducir o eliminar totalmente distinta los suelos expansivos
es actuando sobre la estructura y el sistema de cimentación.
Estos
son algunos de los métodos principales para lograr que la cimentación
se adapte a las deformaciones que puedan resultar debido a los suelos
expansivos, esto se hace dando la rigidez o flexibilidad adecuada a la
estructura.
Fundaciones
superficiales en suelos expansivos: este tipo de cimentación también
llamadas zapatas, pueden ser usadas en subsuelos conformados por
materiales expansivos.
Zapatas corridas
Zapatas aisladas.
Conclusión
Como
conclusión acerca de este tema se puede decir que los suelos expansivos
son un tipo de suelos que está compuesto por materiales arcillosos que
al mezclarse con agua u algún otro líquido se expanden, generando un
fenómeno de hinchamiento en el suelo, esto hace que las partículas de
arcilla y los diferentes materiales por los que está compuesto el suelo
se encuentren a mayor distancia unas de otras así que si hay algo sobre
este se hundirá fácilmente, por ejemplo, si una casa es construida sobre
un suelo de este tipo será hundirá sobre el en algunas partes,
provocando que esta colapse, o se agriete por la diferencia de
resistencia del suelo.
Hay
diferentes formas de identificar estos suelos, por medio de rayos x,
haciendo un estudio de suelo, etc. Esto se hace para saber donde es
bueno o no construir una edificación, o bien si no es posible buscar
algún otro lugar donde construir por lo menos saber las medidas que se
requieren para poder construir y que esa edificación sea lo
suficientemente resistente para no colapsar. Por ejemplo: Se puede
reforzar la cimentación de una casa colocando polines de concreto que
vayan aún más profundo que la superficie, ya que el suelo está compuesto
por capas, las primeras son las más débiles, por lo tanto es necesario
ir más profundo para llegar a las capas sólidas y asi poder tener una
cimentación firme que resistirá los fenómenos ocasionados por los suelos
expansivos.
Sabemos
que este problema existe desde que el ser humano empezó a construir,
pero es hasta a principios del siglo XX que se le dio una gran
importancia al estudio a su estudio, ya que fue cuando se empezó a
revolucionar la construcción, construyendo edificios de grandes alturas
como los rascacielos de New York, o un ejemplo más reciente, el hotel de
7 estrellas en Dubái Burj al-Arab, la investigación de los suelos
expansivos fue determinante para la construcción de estos majestuosos
edificios.
El
impacto que este tema genera en la sociedad es de tamaño mundial ya que
en todo el mundo se tiene que construir debido al gran crecimiento
demográfico que estamos viviendo en la actualidad, cada año aumenta mas y
mas el número de personas en el mundo por lo tanto se tienen que hacer
más casas para que la gente pueda vivir en ellas, más hospitales para
que tengan buena salud, escuelas para la educación, etc.
Nuestra
opinión acerca de este tema es que es de una gran importancia para la
sociedad actual y lo será para la sociedad futura de nuestro planeta, ya
que mientras siga creciendo el número de personas en el mundo crecerán
también las necesidades, por lo que se tendrá que seguir construyendo
para satisfacer estas, se tienen que buscar nuevas alternativas para la
construcción, buscar nuevas formas para construir sobre estos suelos de
una manera económica y eficaz, de tal ,manera que se aproveche al máximo
el área de las ciudades y que no se tenga que expandir demasiado,
creando un mundo mucho más sustentable.
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| CC por Eric Jones |
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| CC por Hugh Venables |
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Bibliografía
Ings. Patrone J. & Prefumo J.E. (s.f.). La acción de los suelos expansivos sobre las cimentaciones, metodos de prevencion y control. 1-16, recuperado de http://www.um.edu.uy/_upload/_descarga/web_descarga_204_Accindesuelosexpansivos..Nmero4.pdf
Márquez J.J. (2006). Mecánica de suelos y estudios geotécnicos en obras de ingeniería. 2-3. recuperado de http://es.scribd.com/doc/67006326/2567443-mecanicadesuelosyestudiosgeotecnicos
Hipervinculos
STASOIL® ESTABILIZACION DE ARCILLAS EXPANSIVAS
Expansividad de Suelos
Imagen de cabecera por Martin Bodman obtenida de http://www.geograph.org.uk/photo/2428325
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