Cimentación Sobre Suelos Difíciles

A) SUELOS COLAPSABLES

1.- Definición:

Los suelos colapsables, llamados a veces suelos metaestables, son suelos no saturados que sufren un gran cambio de volumen al saturarse.

Características comunes:

los suelos colapsables presentan una serie de características comunes,

tales como

Estructura macroporosa, con índice de huecos (e), entre

relativamente alto, a muy alto.

Granulometría predominantemente fina, con predominio de

fracciones de limos y de arcilla. El tamaño de los granos es

generalmente poco distribuido y con los granos más grandes

escasamente meteorizados. La mayoría de las veces, la cantidad

de la fracción arcilla es relativamente escasa, pero sin embargo,

tiene una influencia importante en el comportamiento mecánico

de la estructura intergranular.

Estructura mal acomodada, con partículas de mayor tamaño

separadas por espacios abiertos, y unidas entre sí por

acumulaciones o "puentes" de material predominantemente

arcilloso. En muchos casos existen cristales de sales solubles

insertados en tales puentes o uniones arcillosas.

2.- Causas que originan su comportamiento:

definen como colapso a cualquier disminución rápida de volumen del

suelo, producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factores

Contenido de humedad (w)

Grado de saturación (Sr)

Tensión media actuante (τ)

Tensión de corte (σ)

Presión 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

saturación. A esta lista de factores puede agregarse la interacción

química entre el líquido saturante y la fracción arcillosa.

3.- Métodos de estabilización:

a) Si la profundidad esperada de humedecimiento es aproximadamente de 1.5m a 2m desde la superficie del terreno, el suelo debe ser humedecido y recompactado por medio de rodillos pesados.

b) Si las condiciones son favorables, zanjas de cimentación se inundan con soluciones de silicato de sodio y cloruro de calcio para estabilizar el suelo químicamente. El suelo se comportara como una arenisca blanda y resistirá el colapso al saturarse.

Este proceso se utiliza para suelos colapsables secos y para suelos colapsables húmedos que se compriman bajo el peso adicional de la estructura a construirse sobre ellos y consiste en 3 pasos:

Paso 1. inyección de bióxido de carbono para retirar cualquier presencia de agua y activación preliminar del suelo

Paso 2 Inyección de lechada de silicato de sodio

Paso 3. inyección de bióxido de carbono para la neutralización de los álcali.

c) Cuando el estrato de suelo es susceptible al humedecimiento hasta una profundidad de aproximadamente 10 metros, se usan varios procedimientos para ocasionar el colapso del suelo antes de la construcción de la cimentación. Dos de ellos son la vibro flotación y el embalse. La vibro flotación se usa con éxito en suelos de drenaje libre. El procedimiento de embalse utiliza en sitios que no tienen capas impermeables.

4.- Problemas que originan a las construcciones:

Las cimentaciones construidas sobre suelos colapsables llegan a sufrir grandes y repentinos asentamientos, que a su vez pueden generar considerables daños estructurales.

5.-Tipos y formas de cimentación mas adecuados:

a) Cimentaciones en suelos no susceptibles a humedecerse

Para entender el por que de estas cimentaciones tenemos que saber que las rupturas repentinas de la estructura de suelos son mas comunes en suelos con contenido de agua natural alto que en suelos normalmente secos. (Las incluimos debido a que hay numerosos factores que pueden humedecer el suelo)

Si se toman suficientes precauciones en el campo para impedir que la humedad se incremente bajo las estructuras, se construyen cimentaciones corridas y losas de cimentación sobre suelos potencialmente colapsables. Las cimentaciones continuas son más seguras que las cimentaciones aisladas sobre suelos colapsables, ya que minimizan efectivamente los asentamientos diferenciales.

En la construcción de estructuras pesadas deberá de tenerse un cuidado extremo al plantarlas sobre suelos colapsables. Si se esperan grandes asentamientos deberán considerarse cimentaciones a base de pilotes o pilas perforadas. Este tipo de cimentaciones transfieren la carga a un estrato con mayor capacidad de carga.

b) Cimentaciones en suelos susceptibles a humedecerse

Si la profundidad esperada de humedecimiento es aproximadamente de 1.5m a 2m desde la superficie del terreno, el suelo debe ser humedecido y re compactado por medio de rodillos pesados. Zapatas corridas y losas pueden construirse sobre el suelo compactado.

Si el pre colapso del suelo no es práctico (se menciono en los métodos de estabilización), las cimentaciones pueden extenderse mas allá de la de la zona posible humedecimiento, requiriendo pilotes y pilas perforadas.

En algunos casos también debe de considerarse un tipo de cimentación con columna de roca ( vibroreemplazo). Las columnas de roca se construyen con boleos grandes que penetran la capa de suelo potencialmente colapsables. Estas actúan como pilas al transferir la carga de un estrato mas estable de suelo.

6.- Conclusiones:

Podemos decir que los suelos colapsables se pueden encontrar comúnmente, por eso por medio de estudios y muestreos podemos

determinar si es o no es un suelo colapsable , si llega a ser colapsables podremos saber cual es son los riesgos, causas de estas y sus soluciones.

Como entendimos los suelos colapsables son suelos que en estado de humedad natural pueden soportar el peso originado de la estructura, pero si estos suelos llegan a saturarse de agua ya sea por incremento del nivel freático, tuberías o drenajes rotos, entre otros debemos tomar acciones dependiendo del caso que se presente, hay formas de levantar una estructura en estos terrenos claro que debemos tomar medidas.

Para poder construir sobre estos suelos tomando las precauciones debidas podemos utilizar métodos de estabilización según sea el caso y también podemos utilizar tipos de cimentaciones que contrarresten los efectos de estos suelos expansivos como lo mencionamos en la investigación.

B) SUELOS EXPANSIVOS

1.- Definición:

Los suelos expansivos son arcillas plásticas que se expanden considerablemente cuando se agrega agua y luego se contraen con la perdida de agua.

2.- Causas que originan su comportamiento:

Como se menciono en el apartado anterior, un incremento en el contenido de agua ocasiona que la arcilla se expanda y esta se contraiga gracias a la perdida de agua. La profundidad en un suelo a la que ocurren cambios periódicos de humedad se llama zona activa que es donde estas arcillas plásticas causan un efecto sobre la estructura.

3.- Métodos de estabilización:

Si un suelo tiene un bajo potencial de expansión, deben de seguirse los procedimientos estándar de construcción. Sin embargo si el suelo posee

un alto potencial de expansión, deben tomarse precauciones que implican:

a) remplazar el suelo expansivo bajo la cimentación

b) Cambiar la naturaleza del suelo expansivo mediante compactación controlada: pre humedecimiento, instalación de barreras de agua y/o estabilización química

c) Reforzar las estructuras para resistir el levantamiento, construir estructuras que sean suficientemente flexibles para resistir el levantamiento diferencial del suelo sin fallar, o construir cimentaciones profundas aisladas debajo de la profundidad de la zona activa.Un método particular a veces no es suficiente en todas las situaciones. Será necesario combinar varios procedimientos, y la experiencia en construcciones locales debe siempre ser considerada.

Remplazo de un suelo expansivo

Cuando están presentes suelos moderadamente expansivos poco profundos, estos serán retirados y reemplazados por suelos menos expansivos y compactados adecuadamente.

Cambio de la naturaleza de un suelo expansivo:

a) Compactación: el levantamiento de los suelos expansivos decrece considerablemente cuando el suelo se compacta a un peso especifico inferior sobre el lado alto del contenido de agua optimo.

b) Pre humedecimiento: Un procedimiento para incrementar el contenido de agua del suelo es mediante embalse, con lo que se logra la mayor parte del levantamiento antes de la construcción. Sin embargo, este proceso se demora porque la infiltración del agua a través de arcillas altamente plásticas es muy lenta.

c) Instalación de barreras de agua: El efecto a largo plazo del levantamiento diferencial se reduce controlando la variación del agua en el suelo. Esto se logra proporcionando barreras verticales para agua aproximadamente con 1.5m de profundidad al redor del perímetro de las losas para el tipo de construcción “ losas sobre el terreno”.

d) Estabilización del suelo: la estabilización química con ayuda de cal y cemento a tenido éxito a menudo. En la mayor parte de los casos, una mezcla que contenga aproximadamente 5 %de cal es suficiente.

e) Otro método de estabilización de un suelo expansivo es la inyección a presión de lechada de cal o de lechada de cal y ceniza volátil, usualmente hasta una profundidad de 4 a 5 metros.

4.- problemas que originan a las construcciones:

Las cimentaciones construidas sobre estas arcillas están sometidas a grandes fuerzas de levantamiento causadas por la expansión. Estas fuerzas provocan levantamiento, agrietamiento y ruptura de la cimentación, y de las losas en el terreno de los edificios.

5.-Tipos y formas de cimentación mas adecuados:

Construcción sobre suelos expansivos:

Debe de tenerse cuidado al escoger el tipo de cimentación por usar sobre suelos expansivos. En la siguiente tabla mostraremos algunos procedimientos de construcción recomendados basados en el levantamientos total predicho(As), y en la razón longitud-altura de los paneles del muro.

6.- Conclusiones:

Podemos decir que los suelos expansivos son aquellos que se expanden a la hora de contraer humedad y después de perder dicha humedad estos se contraen, la zona activa es el estrato de la arcilla donde se originan dichos cambios.

Para poder identificar estos suelos expansivos y evitar sus efectos sobre las estructuras debemos de realizar pruebas de muestreo y de laboratorio que determinaran el grado expansión o de levantamiento de estos. A partir de estos resultados podemos utilizar varias opciones, tanto los métodos de estabilización como cimentaciones apropiadas que

ayuden a soportar dichos levantamientos, los métodos para evitar daño estructurales van desde la estabilización del terreno que comprende desde remplazar el suelo expansivo bajo la cimentación hasta cambiar la naturaleza de este, también podemos utilizar cimentaciones de varios tipos pero claro que estas van a depender del resultado de las pruebas que determinan el grado de expansión o de levantamiento, entre mas sea el levantamiento las medidas estructurales que se tomaran serán de mayor medida.

Muchas veces estos suelos expansivos pueden ser impredecibles por lo que adoptar solo una medida para contrarrestar sus efectos no es suficiente sino que debemos utilizar varias medidas según sea el caso (las medidas que contemplaremos son las que mencionamos en la investigación de arriba).

C) RELLENOS SANITARIOS

1.- Definición

Los rellenos sanitarios son una manera de disponer de la basura en la tierra sin poner en peligro la salud publica, y se usan en casi todos los países, con diversos grados de éxito. La basura depositada en los rellenos sanitarios puede contener desechos orgánicos, madera, papel y desechos fibrosos o de demolición como ladrillos y piedra. La basura se humedece y compacta a intervalos frecuentes y luego se cubre con una capa de suelo.

2.- Causas que originan su comportamiento

Las causas de su comportamiento se deben a que la materia que contienen desechos de muchas naturalezas lo cual es muchas veces muy difícil de predecir su comportamiento, por ejemplo la materia orgánica que no es muy resistente a las cargas, podemos decir que el acomodo de las partículas muchas veces en los rellenos sanitarios no es bueno por lo que a la hora de aplicar las cargas estos pueden presentar grandes asentamientos que puedan dañar la estructura

4.- problemas que originan a las construcciones

La construcción de cimentaciones sobre rellenos sanitarios es generalmente problemática debido a los gases venenosos (ej. Metano), a los asentamientos excesivos y a una inherente baja capacidad de carga.

5.-Tipos y formas de cimentación mas adecuados

La cimentación de una estructura bajo un relleno sanitario dependerá de varios factores, así como la altura de este y el tiempo que tarde en hacer un asentamiento completo. Ya una vez determinada la altura y el tiempo que lleva asentándose, según sean los estudios se tomaran medidas para diseñar una cimentación que resista esos suelos.

6.- Conclusiones

Los rellenos sanitarios son utilizados por muchos países para disponer de la basura evitando riesgos a la salud, se seguirán viendo estos rellenos sanitarios ya que son necesarios.

La construcción sobre rellenos sanitarios se esta siendo mas frecuente, debido a que estos rellenos sanitarios fueron tapados y las ciudades siguen creciendo, si la propiedad se encuentra en zonas densamente habitadas el valor de esta crece, así haciendo tentador el uso de estos suelos

Los rellenos sanitarios pueden contener muchos tipos de partículas de diferente naturaleza lo cual ocasiona que estos generen grandes asentamientos y/o una baja resistencia de su suelo, con el tiempo estos suelos se van asentando pero muchas veces es muy difícil predecir su comportamiento por eso a la hora de construir cimentaciones sobre este tipo de suelo debemos realizar estudios rigurosos para determinar cuanta carga soporta y que tipo de cimentación debemos utilizar.