ensayo de hinchamiento de suelos

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ensayo de hinchamiento de suelos

Mensaje  JEAN FRANCO el Dom Jul 05, 2015 1:45 pm

Hinchamiento de suelos

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 esmeró más en el estudio de estos.
Como principales investigadores tenemos a:
- Lambe Whitman (1959)
- Fu H. Chen (1975)
- Brackley (1975)

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 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 “pre humectación 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.
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 dónde 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.


JEAN FRANCO

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