Asentamiento por consolidación secundaria y expansiones

Asentamiento por consolidación
secundaria y expansiones
Asentamiento por consolidación secundaria
• El asentamiento secundario se refiere al proceso de
deformación adicional que ocurre en el suelo una vez que el
asentamiento primario por consolidación ha terminado, es decir,
después de que el exceso de presión de poros se ha disipado
completamente. Aunque el asentamiento primario está bien
explicado y modelado a través de la teoría de la consolidación de
Terzaghi, el asentamiento secundario no tiene una explicación
física completamente detallada, y parece deberse a una serie de
mecanismos relacionados con el reordenamiento interno y el
ajuste de las partículas del suelo.
Asentamiento por consolidación secundaria
• Proceso del Asentamiento Secundario
• Una vez que el exceso de presión de poros ha desaparecido y el
suelo ha alcanzado una nueva condición de equilibrio, el esfuerzo
efectivo en el suelo se estabiliza. Sin embargo, en algunos suelos,
particularmente en arcillas altamente plásticas y rellenos
sanitarios, se observa que el suelo sigue asentándose aunque el
esfuerzo efectivo no cambie. Este fenómeno se denomina
asentamiento secundario, y puede estar relacionado con
factores como:
Asentamiento por consolidación secundaria
• Reordenamiento de partículas: Las partículas del suelo pueden
deslizarse entre sí o reacomodarse lentamente bajo el esfuerzo
aplicado.
• Compresión interna: Si el suelo contiene partículas orgánicas o
materiales muy compresibles, estas partículas pueden
experimentar una compresión interna a lo largo del tiempo,
generando un asentamiento adicional.
• Deslizamiento entre partículas: En suelos arcillosos, las
partículas pueden continuar deslizándose incluso después de
que la presión de poros se haya disipado.
Asentamiento por consolidación secundaria
• Este tipo de asentamiento es generalmente despreciable en
suelos granulares como arenas y gravas, pero puede ser
significativo en suelos cohesivos como las arcillas blandas y
suelos con altos contenidos de materia orgánica.
Asentamiento por consolidación secundaria
• Gráfico del Asentamiento Secundario
• En el gráfico típico de un ensayo de consolidación
unidimensional, el asentamiento se grafica en función del tiempo
en una curva semilogarítmica. La curva muestra dos fases
importantes:
1.Asentamiento primario: La primera fase de asentamiento ocurre
debido a la expulsión del agua en el suelo. Durante esta etapa, la
curva sigue una pendiente empinada hasta que se alcanza un
nuevo equilibrio. Este punto se denomina fin de la consolidación
primaria (punto B en la figura mencionada).
Asentamiento por consolidación secundaria
Asentamiento por consolidación secundaria
• Asentamiento secundario: Después del punto B, el
asentamiento continúa de manera más lenta, pero no
desaparece. El índice de compresión secundaria (Cα) describe
esta pendiente en la fase de asentamiento secundario. Se calcula
como la pendiente de la curva durante la fase de asentamiento
secundario en la gráfica semilogarítmica.
Asentamiento por consolidación secundaria
Expansiones
Expansiones
• En algunos casos, el suelo puede experimentar fenómenos de
expansión en lugar de asentamiento. Esto ocurre generalmente en
suelos que contienen arcillas expansivas, como las montmorillonitas,
que tienden a absorber agua y expandirse. Este fenómeno es opuesto
al asentamiento y puede ocurrir debido a:
• Absorción de agua: Las arcillas expansivas incrementan su volumen
cuando absorben agua. Este fenómeno es común en regiones con
estaciones secas y lluviosas marcadas, donde el contenido de
humedad del suelo varía.
• Descarga de esfuerzos: Si un suelo previamente cargado experimenta
una reducción en los esfuerzos efectivos, como en el caso de la
excavación o remoción de sobrecargas, puede ocurrir una expansión.
Expansiones
1. Definición de expansividad
• La expansividad se refiere a la capacidad de un suelo para
cambiar de volumen o generar presión, particularmente en suelos
confinados, cuando las condiciones de humedad varían. Este
fenómeno es común en ciertos tipos de arcillas, especialmente
las montmorillonitas, que al absorber agua u otros líquidos
experimentan cambios en su estructura. De igual manera, estos
suelos pueden retraerse al perder agua, lo que también genera
problemas estructurales en edificaciones y carreteras.
Expansiones
2. Identificación de arcillas expansivas
• Los suelos expansivos poseen características visibles que permiten su
identificación en campo. Entre los principales indicios están:
• Colores verdosos, azulados o grisáceos con textura satinada en corte
fresco.
• Producen un barro muy pegajoso cuando están mojados.
• Al estar húmedas, las arcillas pueden moldearse fácilmente sin
cuartearse.
• Son muy resistentes al tacto cuando están secas.
• Presentan grietas poligonales profundas durante temporadas secas.
• Colinas y cerros con superficies suaves muestran alteraciones y
degradaciones considerables.
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3. Técnicas indirectas para determinar la expansividad
• Estas técnicas están enfocadas en identificar la mineralogía y el
comportamiento del suelo:
• Límites de Atterberg: Límite líquido, índice de plasticidad y límite de
retracción.
• Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS): Suelos expansivos
se clasifican como CH (arcillas de alta plasticidad) o MH (limos de alta
plasticidad).
• Difracción de Rayos X: Determina los minerales presentes en el suelo,
diferenciando arcillas con mayor o menor potencial expansivo como las
montmorillonitas sódicas y cálcicas, vermiculitas, illitas y caolinitas.
• Contenido de humedad y grado de saturación: Suelos saturados tienen
menor capacidad de expansión.
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4. Técnicas Directas para Determinar la Expansividad
• Estas pruebas miden el hinchamiento del suelo o la presión
necesaria para impedirlo:
• Ensayo Lambe: Mide el potencial de cambio de volumen y el
índice de hinchamiento en muestras remoldeadas.
• Ensayo de hinchamiento libre en edómetro: Mide el
hinchamiento vertical en muestras inalteradas.
• Ensayo de presión de hinchamiento en edómetro: Mide la
presión necesaria para evitar el hinchamiento.
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5. Clasificación de Arcillas Expansivas
• A continuación se presentan tablas que recopilan la clasificación
de las arcillas expansivas según diferentes autores y métodos.
Criterios de expansividad (Recopilados por R. Ortiz, 1975) 2ª
Expansiones
Grados de expansividad y valores medios de parámetros geotécnicos. González de Vallejo (2002).
Expansiones
Grado de expansión. Chen, 1988.
Expansiones
Grado de expansión. Método USBR. Holtz y Gibbs (1956).
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6. Patologías en Suelos Expansivos
• El fenómeno de la expansividad puede provocar numerosas
patologías:
• Agrietamiento y distorsión estructural: Debido a los cambios de
volumen en las estaciones secas y lluviosas.
• Inestabilidad en taludes y laderas: Genera degradación y
deslizamientos.
• Rotura de saneamientos: Las tuberías enterradas son susceptibles de
romperse por las tensiones generadas.
• Abombamiento de terraplenes: Los suelos expansivos alteran la
estabilidad de terraplenes.
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7. Soluciones Constructivas
• Las soluciones más comunes incluyen:
• Cimentaciones profundas: Usar pilotes aislados de las arcillas
expansivas.
• Sustitución del terreno: Reemplazar el suelo expansivo con
terreno granular.
• Terraplenes: Evitar el uso de suelos expansivos o estabilizarlos
con cal o cemento.