CIMENTACIONES SOBRE SUELOS

DIFÍCILES

Introducción• En muchas aéreas de Estados Unidos y otras partes del mundo,

ciertos suelos hacen la construcción de cimentaciones extremadamente difícil. Por ejemplo, los suelos expansivos o colapsables llegan a causar grandes movimientos diferenciales en las estructuras debido a un excesivo levantamiento o asentamiento. Problemas similares también surgen cuando las cimentaciones se construyen sobre rellenos sanitarios. Los ingenieros de cimentaciones deben ser capaces de identificar los suelos difíciles encontrados en el campo. Aunque no todos los problemas causados por todos los suelos pueden resolverse, medidas preventivas deben tomarse para reducir la posibilidad de daños a estructuras construidas sobre ellos. Este capítulo subraya las propiedades fundamentales de tres condiciones de suelos: los suelos colapsables, los suelos expansivos y los rellenos sanitarios, así como los métodos de una cuidadosa construcción de cimentaciones.

SUELO COLAPSABLEDEFINICIÓN DE TIPOS DE SUELOS COLAPSABLES.

• Los suelos colapsables, llamados a veces suelos metaestables, son suelos no saturados que sufren un gran cambio de volumen al saturarse. Este cambio puede o no ser el resultado de la aplicación de carga adicional. El comportamiento de los suelos colapsables bajo carga se explica mejor por medio de la grafica, la relación de vacios-presión (℮ versus log ρ) para un suelo colapsable, como muestra la figura 1.1. La rama ab se determina de la prueba de consolidación sobre un espécimen con su contenido de humedad natural. A la presión ρw, la relación de vacios de equilibrio es ℮1. Sin embargo, si se introduce agua al espécimen hasta saturarlo, la estructura del suelo se colapsara. Después de la saturación, la relación de vacios de equilibrio a la misma presión ρw es ℮2; cd es la rama de la curva ℮-log ρ bajo la carga adicional después de la saturación. Las cimentaciones construidas sobre tales suelos llegan a sufrir grandes y repentinos asentamientos cuando el suelo bajo la cimentación se satura con una humedad no anticipada, que puede provenir de varias fuentes, como (a) tuberías rotas de agua, (b) drenajes con fugas, (c) drenaje del agua de depósitos y albercas, (d) incremento lento del nivel freático, etc. Este tipo de asentamiento causa generalmente considerables daños estructurales. Por consiguiente, la identificación de los suelos colapsables durante una exploración de campo es crucial.

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

PARÁMETROS FÍSICOS PARA IDENTIFICACIÓN

• Varios investigadores propusieron diversos métodos para evaluar los parámetros físicos de los suelos colapsables para su identificación y se presentan brevemente en la tabla 1.1

Investigador Año CriteriosDenisov

Clevenger

Priklonski

Gibbs

Soviet Building Code

Feda

Benites

Handy

1951

1958

1952

1961

1962

1964

1968

1973

Coeficiente de hundimiento K= Relación de vacios en el límite liquido Relación de vacios naturalK= 0.5-0.75: muy colapsableK= 1.0: limoarcilloso no colapsableK= 1.5-2.0: suelos no colapsablesSi el peso especifico seco es menos que 80lb/pie3 (=12.6kN/m3), el asentamiento será grand; si el peso especifico seco es mayor que 90lb/pie3 (=14.1kN/m3), el asentamiento será pequeño.KD= (contenido de agua natural – limite liquido) Índice de plasticidad KD<0: suelos muy colpasablesKD>0.5: suelos no colapsablesKD>1.0: suelos expansivosRazon de colapso, R = Contenido de agua en saturación Limite liquidoEsto fue puesto en forma grafica.L = ℮0 - ℮L

1 + ℮0

Donde ℮0 = relación de vacios natural y ℮L = relación de vacios en el límite liquido. Para un grado de saturación natural menor que 60%, si L>-0.1, se trata de un suelos colapsableKL = ω0 - LP Sr IPDonde ω0 = contenido de agua natural, Sr grado de saturación natural, LP = limite plástico e IP = Índice de plasticidad. Para S r <100%, si KL>0.85, sse trata de un suelo asentable.Una prueba de dispersión en la que 2g de suelos se vierte en 12ml de agua destilada y el espécimen se cronometra hasta que se dispersa; tiempos de dispersión de 20 a030 segundos fueron obtenidos para suelos colapsables de Arizona.Loes de Iowa con contenido de arcilla(< 0.002mm):<16%: alta probabilidad de colapso16-24%: probabilidad de colpaso24-32%: menos del 50% de probabilidad de colpaso>32%: usualmente seguro contra el colapso

TABLA1.2 Relación del potencial de colapso a la severidad de los problemas de la cimentación

Cρ Severidad del problema

0-11-55-10

10-2020

Ningún problemaProblema moderadoProblemaProblema severoProblema muy severo

• Cρ = Δε = ℮1 - ℮2 1.1 1+℮0

• Donde: ℮0 = relación de vacios natural del sueloΔε = deformación unitaria vertical

• La severidad de los problemas fde cimentaciones asociados con un suelos colapsable se correlaciona con el potencial de colapso, Cρ, por Jenning y Knight (1975). Esta correlación fue resumida por Clemence y Finbarr(1981) y se da en la tabla 1.2.

• Holtz y Hilf( 1961) sugiriendo que un suelo tipo loes que tiene una relación de vacios suficientemente grande para permitir que su contenido de agua exceda su límite liquido al estar saturado, es susceptible al colapso. Entonces, para el colapso

• ω(saturado) ≥ LL 1.2• Sin embargo, para suelos saturados• ℮0 = ωGs 1.3• Donde LL= limite liquido• Gs=peros especifico de los sólidos del suelo• Cambiando las ecuaciones para suelos colpasables, se obtiene• ℮0 ≥ (LL) (Gs) 1.4• El peso específico seco natural, γd, del suelo para el colapso es• γd ≤ Gs γw = Gs γw 1.5

1+℮0 1+ (LL) (Gs)

• Para un valor promedio de Gs =2.65, los valores limites de γd para varios limites líquidos pueden ahora calcularse con la ecuación

Limite liquido (%) Valores de γd

(lb/pie3) (kN/m3)

1015202530354045

130.8 20.56118.3 18.60108.1 16.9999.5 15.6492.1 14.4885.8 13.4980.3 12.6275.4 11.86

• La figura 1.2 muestra una grafica de los pesos específicos secos limites anteriores versus los correspondientes limites líquidos. Para cualquier suelo, si el peso especifico seco natural cae debajo de la línea límite, es probable que el suelo se colapse.

•Debe tenerse cuidado al obtener muestras inalterables para determinar los potenciales de colapso y los pesos específicos secos, de preferencia bloques muestras cortadas a mano. La razón es que las muestras obtenidas con tubos de pared delgada llegan a sufrir alguna compresión durante el proceso de muestreo. Sin embargo, si se usa este procedimiento, las perforaciones deben efectuarse sin agua.