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PRIMER INFORME DE INVESTIGACIÓN TEMA: SUELOS EXPANSIVOS

ALUMNA: MAMANI CUTI ROSMERY ALEXANDRA CURSO: ESTRUCTURAS 2A

I.

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I.DEFINICIÓN: Según el artículo 37.1 de la norma E050, se define a los suelos expansivo como aquellos suelos cohesivos con bajo grado de saturación que aumentan de volumen al humedecerse o saturarse. La ilustración I.6 indica que los suelos expansivos están confinados en regiones potencialmente semiáridas semiáridas en zonas z onas de clima tropical templado. Los suelos expansivos se presentan en abundancia donde la evapotranspiración excede la precipitación. De lo anterior se tiene la teoría de que qu e en las zonas semiáridas la escasa lixiviación ha ayudado en la formación de la montmorillonita. Existen muchos países en el mundo que tienen el problema de suelos expansivos, por ejemplo: Sudáfrica, México, Estados Unidos, Venezuela, Colombia, Costa Rica, Ecuador, Perú, Argentina, Brasil, Cuba, Angola, Mozambique, Kenia, Argelia, Marruecos, Ghana, Israel, Turquía, Irán, Irak, India, Australia, entre otros. En Europa, parece que el único que presenta este problema es España.

Ahora bien, los principales problemas a los que nos enfrentamos con estos suelos son las deformaciones que son más grandes que las deformaciones elásticas. elásticas. Los movimientos provocados por los mismos tienen comúnmente un patrón irregular como para causar grandes daños a las estructuras y pavimentos que se apoyan sobre estos.

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Estos daños los podemos observar a través de la aparición de grietas significativas muy a menudo en las esquinas de las ventanas y puertas, en los muros, en las losas de las cocheras inclusive pisos del interior de la casas, en las banquetas, y en las avenidas.

II. FACTORES QUE INTERVIENEN EN EL FENÓMENO DE LA EXPANSIÓN 2.5.1. La composición mineralógica de la arcilla La composición mineralógica de la arcilla se refiere a la naturaleza y tipo de arcilla analizada, correspondiente principalmente al porcentaje de illita, caolinita cao linita y montmorillonita presentes en una muestra, las cuales resultan fundamentales en la evaluación del potencial expansivo del suelo en estudio. De este modo, reafirmando lo expuesto anteriormente, los suelos expansivos por excelencia son aquellos que poseen un alto porcentaje de montmorillonita.

Índice de Plasticidad (IP): El Índice de plasticidad se define como la diferencia numérica entre el Límite Liquido y el Límite Plástico.

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de humedad. Por el contrario, un índice de plasticidad alto, como por ejemplo del 20%, indica que para que un suelo pase del estado semisólido al líquido, se le debe agregar gran cantidad de agua. En suelos no plásticos, no es posible determinar el Índice de plasticidad. El díagrama de plasticidad indicado en la figura siguiente, según los Límites de Atterberg, permite diferenciar el índice de plasticidad de limos y arcillas, en función del Límite Líquido. El Índice de plasticidad define el campo plástico de un suelo y corresponde, por lo tanto, a un parámetro influyente en la determinación del potencial de expansividad. La variación de humedad La variación en el contenido de humedad del suelo, es un factor fundamental en la expansión del mismo. Por más montmorillonita que esté compuesta una arcilla, si no hay variación en el contenido de humedad del suelo, no habrá cambios volumétricos. No es necesario que el suelo se sature completamente para que produzca expansión del mismo. Por el contrario, en determinados casos, es suficiente con variaciones en el contenido de humedad humedad del suelo de sólo 1 o 2 %, para causar hinchamientos y producir daños en las estructuras. El contenido de humedad inicial del suelo controla la magnitud del asentamiento. asentamiento. En arcillas con contenido de humedad por debajo del 15%, se espera un riesgo de expansión alto, pues fácilmente pueden llegar a absorber contenidos de humedad de 35% con los consecuentes daños estructurales. estructurales. Por el contrario, en arcillas cuyo contenido de humedad está por encima del 30% indica que la mayoría de la expansión ya ha tenido lugar, y sólo es esperable algún leve hinchamiento remanente. Capilaridad del suelo ante la presencia de nivel freático: La capilaridad es un fenómeno físico característico de los líquidos, que se estudia con un “tubo capilar” (tubo de vidrio de pequeño diámetr o) introducido en un recipiente que contiene al líquido. La capilaridad es el fenómeno que permite que el líquido ascienda dentro del tubo, en contra de la gravedad, hasta una altura llamada altura capilar. Esta altura capilar dependerá de la tensión superficial, la fuerza de adhesión entre el líquido y el material del tubo capilar (ángulo de contacto, α) y el diámetro del tubo capilar. Este mismo fenómeno se presenta en los suelos con presencia de nivel freático. Del nivel freático hacia arriba, se desarrolla una altura capilar, es decir, que el agua asciende a través de los poros del suelo y se forma una franja capilar. En esta franja capilar, el suelo está saturado pero con una presión de agua negativa. En el modelo mecánico el diámetro del tubo capilar es análogo al diámetro de los vacíos o poros formados por las partículas de suelo. Por lo tanto, se establece que la altura capilar en los suelos de grano fino es mayor que en los suelos

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puede llegar, en ciertos casos, a alcanzar partículas muy distantes del nivel freático, producto de la humedad, a causa de un alto potencial de ascenso por capilaridad. RECONOCIMIENTO RECONOCIMIENTO DE UN SUELO EXPANSIVO Los suelos expansivos se pueden identificar visualmente por varias características, 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. Los suelos expansivos tienen una consistencia pegajosa al ser mojados. Además se caracterizan porque al secarse muestran grietas superficiales y poseen alta plasticidad. Mediante la inspección visual del terreno, se puede identificar características características diversas de los suelos expansivos como por ejemplo: En estado seco, presenta grietas superficiales producto producto del ciclo de variación de humedad, aspecto de terrón y alta dureza. Al cortarlo presenta un aspecto vidriado. En estado húmedo, el suelo es muy blando y algo pegajoso (en presencia de limos), dejando un residuo en los dedos luego de amasarlo.

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, 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. A través de la medida de ciertas propiedades básicas y sencillas de los suelos se puede determinar el grado del potencial expansivo del suelo. Investigadores como Seed, Woodward y Lundgren demostraron que las características plásticas (Límite líquido y límite plástico) de los suelos pueden ser usados como un indicador primario de las características expansivas de las arcillas. Es natural pensar en una relación como la antes mencionada ya que ambas dependen en la

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Método de Lambe Del ensayo de Lambe, se obtiene el índice PVC, correspondiente correspondiente al método de medida del cambio volumétrico, el cual se interpreta de la siguiente manera: Tabla 1.1: Índice cambio potencial de volumen del ensayo Lambe

Contenido de Coloides Dentro de los materiales que tienen un tamaño inferior a 74 micras están los limos y las arcillas. Desde el punto de vista del tamaño se consideran arcillas aquellos materiales que tienen un tamaño inferior a 2 micras (0.002 mm), siendo necesario para su determinación la realización de un ensayo hidrométrico. La magnitud de la expansión que experimenta una arcilla está vinculada con la cantidad de partículas de tamaño arcilla presente en el suelo.

Contenido de coloides comparación de tamaño de partículas.

II.SOLUCIONE II. SOLUCIONESS ANTE SUELOS EXPANSIVOS 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

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Existen diferentes formas para reducir o eliminar la expansión del suelo, una de ellas es el cambio de la naturaleza de un suelo expansivo y consiste en lo siguiente: 1. Compactación: el levantamiento de los suelos expansivos disminuye considerablemente considerablemente cuando el suelo se compacta a un peso específico inferior sobre el lado húmedo del óptimo de compactación (posiblemente 3 a 4 % arriba)

Equipo de Compactación y ejecución del proceso. 2. Pre-humedecimiento: Un procedimiento para incrementar el contenido de humedad del suelo es mediante embalse, con lo cual se logra la mayor parte del levantamiento antes de la construcción. El procedimiento es muy lento Luego del embalse se agrega 4 a 5% de cal hidratada a la capa superior del suelo para hacerla menos plástica y más trabajable. En teoría al inundar el suelo y saturarlo permitiéndole que se expanda hasta su máximo potencial, manteniendo la humedad posteriormente, 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, p avimento, 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. 3. Instalación de barreras de agua: el efecto a largo plazo del levantamiento diferencial se reduce controlando la variación de agua en el suelo. Esto se logra construyendo barreras verticales de aproximadamente 1,5 m de profundidad alrededor del perímetro de las losas de cimentación. 4. Estabilización de suelo: la estabilización química con ayuda de ca l y cemento han tenido éxito a menudo. En la mayoría de los casos es suficiente una mezcla

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Proceso de Inyección de Cal sobre el terreno 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.

3: Reforzar las estructuras para resistir al levantamiento, construir estructuras que sean suficientemente flexibles para resistir el levantamiento diferencial del suelo sin fallar, o construir cimentaciones profundas profundas aisladas debajo de la

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Por ejemplo, la tabla propone el uso de losas nervuradas o reticuladas como alternativa al diseñar edificios rígidos capaces de tolerar movimiento. En este caso, las nervaduras soportan la carga estructural. Los espacios entre nervaduras permiten la expansión del suelo. La tabla también recomienda el uso de cimentaciones con pilas y losa de piso suspendida para la construcción de estructuras independientes independientes del movimiento. La base de la pila debe colocarse debajo de la zona activa del suelo expansivo

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1. Fundaciones Superficiales En Suelos Expansivos: Esta clase de fundaciones, más comúnmente denominadas como zapatas o patines, pueden ser implementadas con éxito sobre subsuelos conformados por materiales expansivos, siempre que se cumpla al menos uno de los siguientes requisitos: - La presión aplicada, debido a las cargas permanentes, resulte suficiente suficiente como para contrarrestar la presión de expansión. - La superestructura tenga el grado de rigidez necesario como para que una expansión diferencial no cause fisuras o grietas en los elementos resistentes. - El efecto expansivo pueda ser eliminado o al menos reducido de manera de

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 2. El Caso De D e Las Zapatas Corridas. Como se sabe, es la tipología más común de fundación superficial para estructuras livianas. Es claro, en consecuencia, que para prevenir el efecto de la expansión se vuelve necesario concentrar la presión aplicada, lo que deriva en minimizar el ancho de la zapata. Por lo tanto, el uso de zapatas corridas debería limitarse a suelos de bajo grado de expansión. 3. El Caso De Las Zapatas Aisladas. Como es sabido, este sistema consiste en una serie de zapatas apoyadas sobre las capas superiores del subsuelo, conectadas entre sí por vigas de fundación. Como en el caso de las fundaciones indirectas o profundas, la carga de la estructura es trasmitida al suelo en forma concentrada en diferentes puntos; la diferencia es que naturalmente en este caso la descarga se realiza en las capas superiores del terreno y no se involucra la resistencia lateral por fricción. El uso de este sistema puede ser ventajoso cuando: - El techo de roca o el estrato resistente es profundo y no puede ser económicamente alcanzado por pilotes. - Las capas superiores del suelo poseen un potencial expansivo moderado. - La capacidad portante de las capas superiores es relativamente alta. - Existe napa freática o capas blandas que impiden el uso de pilotes trabajando tr abajando por fricción. En el caso de un suelo expansivo, si la presión aplicada es mayor que la presión de expansión (para cambio de volumen nulo) no deberían observarse desplazamientos debidos a esta causa.

Algunos de las alternativas actuales incluyen los sistemas de pisos nervados y los pisos con cavidades. El primero, propuesto originalmente por la Asociación de

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se ubican sobre el suelo y el espacio entre ellos se rellena con arena o a veces con hormigón sin armar (solución aplicada en algunas obras en nuestro país). Se considera que cuando arcilla se hincha, se expande en los espacios huecos y así se reduce la presión de expansión.

LOSA RÍGIDA APOYADA SOBRE PILOTES Este método se utiliza en el área de edificación ya sea en altura como en extensión, puesto que resulta económico sin necesidad del retiro o mejoramiento del suelo. Consiste en disponer pil otes en el suelo y sobre estos, se lleva a cabo una losa de piso autosoportante. autosoportante.

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Características del sistema de pilotes Existen diferentes tipos, materiales y procedimientos para realizar este sistema de fundación, los cuales se señalan a continuación: Dentro de los tipos de pilotes a utilizar, se cuenta con las siguientes alternativas: A) Pilote hincado (prefabricado). B) Hincado de camisa metálica, con hormigón armado al interior. C) Excavación de fundación con hormigonado in situ.

Alternativas de tipo de pilote En cuanto a los materiales, los más utilizados actualmente, son el acero y el hormigón armado. Su uso depende del cálculo estructural y también del estudio

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ambas resistencias.

Resistencia de Pilotes por punta y por fuste VI: CONCLUSIONES: RECOMENDACIONES, PREVENCIÓN Y CONTROL Deberán seguirse una serie de recomendaciones generales tanto en proyecto como en ejecución y de las cuales deberán elegirse las más favorables en función del caso particular: Profundidad de apoyo.

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hacia fuera y cunetas en el borde exterior. Drenaje. Sistemas de drenaje perimetral efectivos y sistemas que eviten el colapso de los mismos (geotextil) y permitan la correcta evacuación de las aguas superficiales. Alternativa de fundación de zapatas y cimiento corrido en relleno estructural Se recomienda antes de iniciar la faena de excavación para fundaciones, realizar la extracción de la capa vegetal del suelo donde sea necesario realizar un escarpe. Las excavaciones para las fundaciones se pueden realizar a máquina o manualmente con taludes verticales. Pero los últimos 10 cm, antes de llegar al sello de excavación, deberán ser realizados manualmente a modo de obtener un sello no perturbado. Los sellos de fundación deberán otorgar una resistencia y rigidez necesaria. Para determinar la altura de excavación y extracción del material expansivo bajo nivel de terreno, se deben realizar calicatas de reconocimiento en cada casa para determinar profundidad del estrato de arcilla expansiva. Luego se debe colocar material de relleno compactado preferentemente grava arenosa de tamaño máximo 4” y contenido de finos no superior al 20

% bajo la malla n°200 ASTM. La compactación se debe realizar en capas de espesor no mayores de 30 cm. Con 6 pasadas por cada punto de rodillo vibratorio de 10 ton de peso estático mínimo. Las fundaciones se deben hormigonar directamente contra las paredes del suelo, cuando sea posible. Alternativa de fundación de losa en relleno estructural

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Esquema de relleno para fundación Recomendaciones para la ejecución de la solución mediante losa autosoportante sobre pilotes: Se debe solicitar la elaboración de la planta estructural de la vivienda al ingeniero calculista. Posteriormente, se debe realizar un análisis de la ubicación de los pilotes, en primera instancia, en los encuentros de los ejes estructurales, por ejemplo en el caso de intersecciones de muros. Además, se debe analizar en forma secundaria la ubicación de pilotes para cumplir con la distancia mínima (S) entre apoyos establecida por el calculista