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Cimentaciones en suelos Cimentaciones en suelos expansivos y colapsablesexpansivos y colapsables
Tercer Simposio NacionalTercer Simposio NacionalDe Edificaciones de MamposterDe Edificaciones de Mamposteríía a
y Vivienday Vivienda
Eduardo Rojas
Universidad Autónoma de Queretaro
Cimentaciones en suelos Cimentaciones en suelos expansivos y colapsablesexpansivos y colapsables
ÍÍndicendice1.1. DefinicionesDefiniciones2.2. Comportamiento de suelos expasivosComportamiento de suelos expasivos3.3. DiagnDiagnóóstico stico 4.4. Alternativas de soluciAlternativas de solucióónn5.5. Suelos colapsablesSuelos colapsables6.6. RecomendacionesRecomendaciones7.7. Ventajas para propietarios y constructoresVentajas para propietarios y constructores
1. Definiciones
Suelo expansivo: Sufre deformaciones Suelo expansivo: Sufre deformaciones plpláásticas de expansisticas de expansióón (hinchamiento) n (hinchamiento) durante el humedecimiento o descargadurante el humedecimiento o descarga
Suelo colapsable: Sufre deformaciones irrecuperables (colapso de su estructura) durante el humedecimiento o carga
2. Comportamiento de suelos no 2. Comportamiento de suelos no saturadossaturados
Endurecimiento
Esfuerzo medio, p
Succ
ión,
s
Zona elástica
Colapso
Expansión
Humedecimiento
CargaDescarga
Humedecimiento
Presión de expansiónEsfuerzo de preconsolidación
PresiPresióón y porcentaje de expansin y porcentaje de expansióónn
Deformación bajo humedecimiento continuo y esfuerz o constante
-7.00
-6.00
-5.00
-4.00
-3.00
-2.00
-1.00
0.00
1.00
2.00
3.000 5 10 15 20
Esfue rzo ton/m2
ε(%
)
Presión de
expansión
Porcentaje de
expansión
ExpansiExpansióón bajo diversas humedadesn bajo diversas humedadesSU
CC
IÓN
, S
ESFUERZO MEDIO , P
( P + S )1
( P + S )2
( P + S )3
A
B
C
Trayectorias dehumedecimiento.
SUC
CIÓ
N ,
SEXPANSIÓN MICROESTRUCTURAL,
A
B
C
Curvas de expan
(a)
ExpansiExpansióón bajo diversas humedadesn bajo diversas humedadesy esfuerzosy esfuerzos
(P+S)1 (P+S)2 (P+S)3
1 2 3
A B C (P+S)1’ (P+S)2’ (P+S)3’
Curvas deexpansión
ESFUERZO MEDIO , P
SUC
CIÓ
N ,
S
SUC
CIÓ
N ,
S
EXPANSIÓN
MICROESTRUCTURAL, ε vm
Trayectoria dehumedecimiento
ABC
(c)
Superficie de fluencia de suelos no saturados
p
q s
Aspecto de un suelos expansivosAspecto de un suelos expansivos
Microestructura Microestructura del suelo arcillosodel suelo arcilloso
PartPartíículas arcillosasculas arcillosasMontmorilonita
Ilita
3. Diagn3. Diagnóósticostico
Antecedente en QuerAntecedente en QueréétarotaroLos constructores de al menos 10Los constructores de al menos 10fraccionamientos (quefraccionamientos (queinvolucran unas 2 000 casas deinvolucran unas 2 000 casas deinterinteréés social) han sido demandadoss social) han sido demandadospenalmentepenalmente
Caso comCaso comúúnn
Segundo estrato heterogenoCH/ML/CL
Primer estrato de arcilla CH potencialmente expansiva
Tepetate compactadoTepetate compactado
CalleZona de jardín
humedecimiento
Grieta
Levantamiento
Grieta generada por la expansión
Despegue de la losa en el muro interior
Acceso
Grieta
Zona de afectación por humedecimiento
Dirección del movimiento
Nivel original
Relleno de tepetate de 0.45m de espesor.
Arcilla inorgánica de alta compresibilidad CH, color negro potencialmente expansiva de 1.20m de espesor
Muro
Losa de cimentación de 8 cm de espesor
Arena Arcillosa
Resultados del diagnResultados del diagnóósticostico
No se hace un estudio apropiado de No se hace un estudio apropiado de MecMecáánica de Suelos nica de Suelos Generalmente el diseGeneralmente el diseñño estructural no o estructural no considera la presencia de suelos considera la presencia de suelos expansivosexpansivosAcero escaso en losas de cimentaciAcero escaso en losas de cimentacióón y n y en ocasiones su posicien ocasiones su posicióón es incorrectan es incorrectaPoca atenciPoca atencióón al problema de fugas en n al problema de fugas en ductos de agua potable y drenaje y al ductos de agua potable y drenaje y al manejo de agua de lluviamanejo de agua de lluvia
4. Alternativas de soluci4. Alternativas de solucióónn1. Sustituci1. Sustitucióónn (estratos superficiales poco profundos)(estratos superficiales poco profundos)2. Saturaci2. Saturacióón previan previa (estratos superficiales delgados y (estratos superficiales delgados y obras provisionales)obras provisionales)3. Tratamiento del suelo3. Tratamiento del suelo (Estratos superficiales o (Estratos superficiales o profundos)profundos)4. Barreras impermeables4. Barreras impermeables (Estratos profundos y (Estratos profundos y estructuras sin servicios hidrestructuras sin servicios hidrááulicos)ulicos)5. Estructuras provisionales flexibles5. Estructuras provisionales flexibles6. Losas nervadas o reticular6. Losas nervadas o reticular (suelos poco expansivos y (suelos poco expansivos y cimbra perdida)cimbra perdida)7. Pilotes cortos7. Pilotes cortos (estratos de espesor importante y suelos (estratos de espesor importante y suelos muy expansivos)muy expansivos)8. Zapatas esbeltas8. Zapatas esbeltas (estratos de espesor importante y (estratos de espesor importante y suelos moderadamente expansivos)suelos moderadamente expansivos)
1, 3 y 4 Sustituci1, 3 y 4 Sustitucióón, tratamiento del suelo, n, tratamiento del suelo, barreras impermeablebarreras impermeable
Segundo estrato heterogenoCH/ML/CL
Primer estrato de arcilla CH potencialmente expansiva
Tepetate compactadoTepetate compactado
CalleZona de jardín
humedecimiento
Grieta
Levantamiento
5. Estructuras provisionales flexibles5. Estructuras provisionales flexibles
6. Losa nervada6. Losa nervada
7. Pilotes cortos7. Pilotes cortos
8. Zapatas esbeltas8. Zapatas esbeltas
Zapatas esbeltas a cimbra perdidaZapatas esbeltas a cimbra perdida
DiseDiseñño de zapatas esbeltaso de zapatas esbeltas
5. Comportamiento de suelos colapsables5. Comportamiento de suelos colapsables
Esfuerzo medio, p
Succ
ión,
s
Zona elástica
Colapso
Expansión
Humedecimiento
CargaDescarga
Humedecimiento
Endurecimiento
Presión de expansiónEsfuerzo de preconsolidación
Esfuerzo vertical
Def
orm
ació
n ve
rtic
al (%
)
0
Presión de colapso
(esfuerzo de preconsolidación)
Colapso esperado
Estructura de un suelo colapsableEstructura de un suelo colapsable(limos o arenas)(limos o arenas)
Soluciones en suelos colapsablesSoluciones en suelos colapsables
Humedecimiento y compactaciHumedecimiento y compactacióón del n del suelosuelo
CompactaciCompactacióón dinn dináámica (estratos profundos)mica (estratos profundos)CompactaciCompactacióón tradicional (estratos superficiales)n tradicional (estratos superficiales)
6. Recomendaciones6. Recomendaciones
a) Especialistasa) Especialistas
b) Constructoresb) Constructores
c) Autoridades Municipales y Estatalesc) Autoridades Municipales y Estatales
a) Especilaistasa) Especilaistas
Formar los grupo de peritos en Formar los grupo de peritos en MecMecáánica de Suelos en cada estadonica de Suelos en cada estadoDifundir los conocimientos sobre suelos Difundir los conocimientos sobre suelos expansivos y colapsablesexpansivos y colapsablesAportar soluciones novedosas a esta Aportar soluciones novedosas a esta problemproblemááticaticaGenerar un reglamento de Generar un reglamento de construcciones mas adecuado y construcciones mas adecuado y especespecííficofico
b) Constructoresb) Constructores
El diseEl diseñño de obras no provisionales o de obras no provisionales debe hacerse bajo las condiciones debe hacerse bajo las condiciones crcrííticas (suelo saturado)ticas (suelo saturado)Reconocer que el costo de construir en Reconocer que el costo de construir en zonas con presencia de suelos zonas con presencia de suelos expansivos o colapsables es mas expansivos o colapsables es mas elevadoelevadoRealizar los estudios de MecRealizar los estudios de Mecáánica de nica de Suelos Suelos úúnicamente a travnicamente a travéés de peritos s de peritos reconocidos por los Colegios de reconocidos por los Colegios de Ingenieros CivilesIngenieros Civiles
c) Autoridades municipales y estatalesc) Autoridades municipales y estatales
Generar, junto con los Colegios de Generar, junto con los Colegios de Ingenieros Civiles, reglamentos mas Ingenieros Civiles, reglamentos mas adecuados para cada estadoadecuados para cada estadoPara el permiso de construcciPara el permiso de construccióón, exigir n, exigir que los estudios de Mecque los estudios de Mecáánica de Suelos nica de Suelos estestéén avalados por un perito reconocido n avalados por un perito reconocido por el Colegio de Ingenieros Civilespor el Colegio de Ingenieros Civiles
7. Ventajas para los propietarios y constructores7. Ventajas para los propietarios y constructores
Confianza al adquirir una propiedad nuevaConfianza al adquirir una propiedad nuevaSeguridad de un comportamiento adecuado Seguridad de un comportamiento adecuado durante toda su vida durante toda su vida úútiltilEvitar el malestar y angustia que provocan el que Evitar el malestar y angustia que provocan el que una casa nueva se detertiore runa casa nueva se detertiore ráápidamentepidamenteAbatir el nAbatir el núúmero de demandas que actualmente mero de demandas que actualmente exsiten por daexsiten por dañños en estructuras nuevasos en estructuras nuevasAbatir los costos de repaciones y pAbatir los costos de repaciones y péérdidas de rdidas de tiempo tanto de propietarios como de tiempo tanto de propietarios como de constructoresconstructores