SUELOS DISPERSIVOS

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SUELOS DISPERSIVOS

ING. GUSTAVO ADOLFO AYBAR ARRIOLA 2015:

En la Mecánica de Suelos y en la Ingeniería de Cimentaciones hace dos divisiones a los suelos según su: COMPORTAMIENTO

INTRODUCCIO N

SUELOS ESTRUCTURALMEN TE ESTABLES

SUELOS ESTRUCTURALMEN TE INESTABLES

Depende de sus propiedades intrínsecas y factores mecánicos

No solo depende solicitaciones mecánicas, si no también de factores externos.

INTRODUCCIO N

En el presente estudio, en los SUELOS INESTABLES O METAESTABLES en especial interés en los SUELOS DISPERSIVOS, en su descripción general de los suelos, su identificación en campo y laboratorio mediante los ensayos mas utilizados y mencionando algunos casos que se estudiaron, además de posibles soluciones que se le puede cuando nos encontramos en los diferentes proyectos con este tipo de suelos.

SUELOS

En el pasado, los suelos arcillosos fueron considerados altamente resistentes a la erosión al fluir agua, pero en los últimos años tiende a ser mas claramente sobre entendido que en la naturaleza existen ciertas arcillas que son altamente erosionables. Estos suelos son conocidos como suelos formados por arcillas dispersivas.

La dispersión es un proceso por el cual un suelo deflocura espontáneamente cuando esta expuesto al agua que tenga poco o nada de velocidad hidráulica. Se piensa que la dispersión generalmente es causada por la repulsión electrostática entre las partículas de la arcilla, resultando en la formación de una suspensión coloidal estable del suelo.

La tendencia a la erosión dispersiva en un suelo dado que depende de muchas variables, tales como la mineralogía, la química de la arcilla y las sales disueltas en el agua de los poros del suelo y la erosión del agua. Para una mejor compresión de ésta, es necesario conocer estas variables para identificar mejor a este tipo de suelo.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL  El objetivo de la investigación es tener clara la identificación de suelos dispersivos, estableciendo factores para que se pueda lograr una buena identificación y reconocimiento de suelo, estableciendo métodos para garantizar que la identificación de suelos sea adecuada para poder realizar cualquier tipo de proyecto sobre este tipo de suelos. OBJETIVOS ESPECÍFICO Determinar el nivel de colapso que puede tener el suelo, al no realizar una buena identificación de suelos dispersivos. Precisar cuáles son las estrategias y soluciones que se puede plantear para tener un buen resultado al realizar cualquier tipo de proyecto sobre los suelos dispersivos.

CAPÍTULO I DESCRIPCION GENERAL DE LOS SUELOS DISPERSIVOS

DESCRIPCION DE LOS SUELOS DISPERSIVOS

Fácilmente erosionables; debido al estado físico – químico de la fracción de la arcilla de un suelos que causa el fenómeno de dispersión. Altamente erosivas; por tener bajos gradientes hidráulicos del flujo del agua y en algunos casos por el agua en reposo. Comportamiento similar a las partículas granulares; cuando el suelos de arcilla es sumergido en agua, es decir las partículas de arcilla tienen una atracción mínima de electroquímica y fallan hasta adherirse cercanamente o enlazarse con otras partículas de suelo. El suelo dispersivo al estar sujeto a la presencia del agua, es altamente erosionable y esto provoca que en los conductos se produzca grietas, se contraiga o se hinche provocando asentamientos diferenciales de las fisuras, fracturas.

SUELOS DISPERSIVOS

Son aquellos suelos que por la naturaleza de su mineralogía y la química del agua en ellos, son susceptibles a la separación de las partículas individuales y ala posterior erosión a través de grietas en el suelo bajo la infiltración de agua.   Son suelos altamente erosivos a bajos gradientes hidráulicos de flujo de agua, incluso en algunos casos con el agua en reposo.   Esta propiedad caracteriza a los suelos con contenido de sales solubles. El agua es el agente que produce éste fenómeno al disolver las sales y forma escamas de suelo que se dispersan lámina tras lámina.    Al final el suelo se diluye originando espacios vacíos provocando el hundimiento de la superficie. Éste fenómeno es propio de las zonas con las arenas arcillosas solubles.

ARCILLAS DISPERSIVAS

Los suelos arcillosos se han considerado muy resistentes a la erocion debida a flujos de agua, sin embargo, se reconoce la existencia de arcillas altamente erosionables en la naturaleza. Algunos suelos de arcilla natural se dispersan en presencia de un flujo de agua relativamente puro, y por lo tanto, son altamente susceptibles a la erosión. Tal flujo es el lento movimiento y erociona rápidamente las arcillas, incluso mas rápido en comparación de suelos no cohesivos, arenas finas y limos. Las placas de arcilla son separables y arrastradas por el flujo del agua. Esta erocion puede comenzar en una grieta seca, una hendidura por asentamiento, una fractura hidráulica u otro canal de alta permeabilidad.

Los suelos dispersivos son derivados con bajo calcio y magnesio, pero con un alto contenido de sodio, como la albita y la anfibolita.

PROPIEDADES GEOLOGICAS

Elges, observo que la mayoría de los suelos dispersivos contienen Esméctita o Ilita, con materiales de Caolinita que generalmente son no dispersivos. El sodio del suelo puede ser derivado del envejecimiento natural de ciertos tipos de rocas, de materiales depositados bajo condiciones marinas o salinas, o de disolución, filtración y deposición de sodio en el perfil de suelo, durante procesos geomorfológicos. Esto obviamente influye en el tipo y localización de sodio en el material. Sherard, señalo que la mayoría de lasa arcillas dispersivas encontradas por ellos, consisten en arcillas aluviales en forma de lavados. Slopewash, camas de depósitos lacustres, depósito de Loess y depósitos de llanuras de inmundacion. También apunto que algunas piedras de arcilla y

TIPOS DE EROSION

La mayoría de los estudios documentados, han demostrado que las fallas de las estructuras construidas sobre suelo de arcilla dispersiva, están asociados con la presencia de agua y por las grietas generadas por las deficiencias de la contracción de la base de la presa, los asentamientos diferenciales a la construcción como tal. Estos fracasos enfatizan la importancia del reconocimiento temprano y la identificación de los suelos arcillosos de dispersión, de lo contrario, los problemas que causan pueden resultar en fallas repentinas, irreversibles y hasta catastróficas.

TUBIFICACION

En los primeros estudios de tubificaciones se analizaron "reventones" donde la arena entraría en "ebullición", provocando el colapso de la obra si el peso del suelo resultaba insuficiente para contener el movimiento ascendente del suelo bajo el efecto de la fuerza de filtración, en el momento de alcanzarse un determinado gradiente, denominado "crítico".   Terzagui (Terzagui-Peck 1973) recomendó la construcción de un "filtro invertido cargado" (materiales gruesos arriba), de tal forma que su peso, colocado en la zona donde emergen las líneas de corriente en forma concentrada (inmediatas al tablestacado), evite el sifonamiento, incrementando el factor de seguridad.

TUBIFICACION RETROGRADA

 La tubificación retrógrada se puede producir en prácticamente todos los suelos (en los no cohesivos si algún estrato o estructura impide el desmoronamiento del túnel), desde aguas abajo hacia aguas arriba, siguiendo preferentemente el camino de concentración de las líneas de filtración. El conducto se forma por las zonas geológicamente más débiles, por planos de estratificación permeables, o en cualquier otras zonas de concentración del flujo donde la energía llega sin sufrir grandes pérdidas debidas a la fricción.

POZOS O SUMIDEROS

La morfología de los túneles, que al inicio son verticales y luego se desarrollan horizontalmente, sugiere la forma de "jarras" (sinkholes en inglés). Se producen porque el agua de lluvia penetra (y erosiona) por pequeñas fisuras abiertas por contracción o raíces de plantas. Son característicos de las arcillas dispersivas.

CAPÍTULO II IDENTIFICACION DE LOS SUELOS DISPERSIVOS

IDENTIFICACION DE LOS SUELOS DISPERSIVOS

Podemos identificar a los suelos dispersivos de dos maneras:

IDENTIFICACION EN CAMPO

IDENTIFICACION EN LABORATORIO

IDENTIFICACION EN CAMPO

La identificación de los suelos dispersivos debería comenzar con el reconocimiento en campo para determinar si existe alguna indicación en la superficie:  La presencia de quebradas profundas y fallas por tubificación en pequeñas represas.  La erosión en gritas de los caminos.  La erosión tipo túnel a lo largo de las quebradas o arcillas unidas en roca.  La presencia de agua nublada en presas pequeñas y charcos de agua luego de la lluvia.

Ejemplo de falla por tubificación en una presa debido a la presencia de suelos dispersivos.

Erosión profunda por tubificacion en suelos dispersivos.

IDENTIFICACION EN LABORATORIO

Los suelos dispersivos no pueden ser identificados con una clasificación visual del suelo o con un índice de laboratorio. Existen ensayos que nos pueden ayudar a identificar mas los suelos dispersivos: ANALISIS QUIMICO: Determinados por el análisis quimico del agua de poros de suelo.  Proporción de absorción de sodio(SAR)  Porcentaje de sodio intercambiable” (ESP) ANALISIS FISICO:  El ensayo de Crumb,  El ensayo del doble Hidrómetro,  El ensayo de Pinhole

ENSAYO DE CRUMB

Ensayo que consiste en colocar un trozo de suelo en el agua observando la dispersión como el grado de nubosidad del agua.  Grado 1: Ninguna reacción, la muestra se desmorona y esparce en el fondo del recipiente sin enturbiar el agua.  Grado 2: Reacción ligera, Débil turbulencia en el agua próxima a la superficie del terrón.  Grado 3: Reacción moderada, turbulencia coloidal en suspensión, fácilmente distinguible, y que se esparce por el fondo del recipiente.  Grado 4: Reacción fuerte, la turbulencia cubre el fondo del recipiente y puede llegar a expandirse en todo el volumen de agua.

Obsérvese los flóculos formados en la superficie del agua. Esto es típico en un suelo dispersivo. El resultado del ensayo es un indicio de las características del suelo.

Se observa en la imagen dos tipos de resultados en grados de dispersión, el suelo de la derecha es ligeramente dispersivo (GRADO 3), y el de la izquierda no dispersivo (GRADO 1).

Obsérvese los diferentes resultados en el Ensayo Crumb

  Ensayo que implica implica la ejecución de los ensayos de Hidrometro. Los ensayos de hidrómetro son conducidos con o sin dispersante.

ENSAYO DE DOBLE HIDROMETRO

La interpretación del porcentaje de dispersión es el siguiente:  Menor que 30%  No es dispersivo  Entre 30 a 50%  Intermedio  Mayor que 50%  Dispersivo La dispersión en porcentaje es:   Dónde: A = porcentaje de suelos más finos que 0.005 mm para el ensayo sin dispersante. B = porcentaje de suelos más finos que 0.005 mm para el ensayo con dispersante.

Obsérvese en la figura: Curvas granulométricas obtenidas en un suelo mediante el Ensayo del Doble Hidrómetro.

ENSAYO DE PINHOLE Este ensayo fue desarrollado por Sherard et. al (1976). Un hueco de 1.0 mm de diámetro es perforado en el suelo a ser ensayado, y a través del agujero se pasa agua bajo diferentes cargas y duraciones variables. El suelo es tamizado a través del tamiz de 2.36 mm y compactado aproximadamente en el límite plástico a una proporción de densidad del 95% (las condiciones a simular en un terraplén de presa con una fisura o agujero en el suelo).

1. Piezas del molde donde es colocado el espécimen para realizar el Ensayo de Pinhole.

2. Ensayo de Pinhole, piezas del equipo a utilizar en el ensayo listo para compartar.

3. Equipo Pinhole.

de

1. Ensayo de Pinhole, obsérvese el espécimen compactado. Luego de transcurridas 24 y 48 horas se procederá a iniciar el ensayo.

2. Ensayo de Phinole, compactando el espécimen en el cilindro del equipo a través de 5 capas y 16 golpes por capa.

4. Ensayo de Phinole, aplicación de la primera carga. 3. Luego de compactar, se procede a insertar la aguja. Es importante pasar la aguja dos a tres veces.

5. Obsérvese el color del efluente a través de los cilindros y la carga a la cual está sometida; esto es típico de un suelo ligeramente dispersivo.

6. Aplicación ultima carga.

de

la

7. Obsérvese la diferencia en los resultados de un espécimen de suelo dispersivo (lado izq.) y otro no dispersivo (lado der.)

CAPÍTULO III PREVENCION DE DAÑOS EN LOS SUELOS DISPERSIVOS

CASOS ESTUDIADOS LAGUNA DE OXIDACION DE SAN JOSE Las canteras utilizadas provienen de la Ciudad de Dios, provincia de Lambayeque. En la laguna ya construida se observo la presencia de suelos sódicos, realizándose ensayos de dispersión.

1 Ensayo realizado sin ningún tiempo de curado 2 Ensayo realizado a 24 horas de curado 3 Ensayo realizado a 07 días de curado

Laguna de San José en Chiclayo, de aquí se obtuvo dos de las muestras analizadas.

PRESA CUCHOQUESERA Ubicado en Ayacucho – provincia de Huamanga, en la cuenca del río Carhuamayo. Se considero necesario realizar ensayos de dispersión.

PRESA TINAJONES Ubicado en el distrito de Congoyape. Es una presa de tierra zonificada que provee el cierre principal a las aguas embalsadas. Construida entre los años de 1965 y 1968. La presa ha presentado varias fisuras en diferentes años, realizándose varias reparaciones. El material investigado fue de corona de la presa principal en la progresiva Km 2 + 100.

1 Ensayo realizado sin ningún tiempo de curado 2 Ensayo realizado a 24 horas de curado

Presa de Tinajones, de esta presa se analizo una de las muestras.

SOLUCIONES A LOS SUELOS DISPERSIVOS

A continuación se mencionarán las diversas  soluciones para mitificar el problema de los suelos dispersivos para la construcción, cuando se ha identificado la extensión y la profundidad de la zona dispersiva se puede proceder a:  Remoción del suelo erosionable, siempre que este procedimiento sea económicamente factible.  Para las carreteras se utiliza una combinación de drenajes, sub-drenajes, pavimentos impermeables y reglamentos para el uso de agua con el fin de crear una restricción severa del humedecimiento.  En un terraplén debidamente gradado se puede realizar un "recubrimiento impermeable" este recubrimiento se realiza colocando una capa doble geotextil impermeable debajo, y geotextil no tejido encima.

CONCLUCIONE S

 El propósito principal es la identificación confiable de los suelos dispersivos.  De los tres ensayos presentados, se comprueba que no necesariamente los resultados van a coincidir.  Existe una buena correlación entre los ensayos de Crumb y de Pinhole.  Actualmente el ensayo de Pinhole es el mas usado, ya que muestra confiabilidad en los resultados.  Se recomienda utilizar mas de un ensayo para comprobar la dispersividad de un suelo.  Las arcillas dispersivas son altamente susceptibles a la tubificacion por los procesos de erosión coloidal.  El ensayo de Pinhole sugiere para situaciones donde el agua esta fluyendo y el ensayo de Crumb para el agua en condiciones quietas.  Es importante que el ingeniero sea capas de identificar las arcillas dispersivas en un proyecto dado, teniendo especial cuidado y atención durante el diseño y construcción en las áreas

GRACIAS