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Suelos expansivos
(84.08)
Mecánica de Suelos y GeologíaFIUBA
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Índice
s
• Suelos “especiales”• Suelos expansivos - c o l a p s a
b l e
• Suelos colapsables
• ¿Cómo distinguir suelos expansivos de e x p
a n s i v o s
colapsables? S u e l o
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Suelos de comportamiento“especial” en el edómetro
s
Suelos parcial o totalmentesaturados que aumentan su
- c o l a p s a
b l e
volumen cuando aumenta sucontenido de humedad, acar a constante e
x p
a n s i v o s
Suelos colapsablesSuelos arcialmente
S u e l o
saturados que reducen suvolumen y resistencia cuando
humedad, a carga constante
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Suelos de comportamiento“especial” en el triaxial
s
Suelos que poseen unacomponente de la resistencia
- c o l a p s a
b l e
que se pierde con el progreso dela deformación
e x p
a n s i v o s
Suelos que reducen suresistencia con el ro reso de la
S u e l o
deformación
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Suelos de comportamiento“especial” en carga cíclicaSuelos licuables s
Suelos que exhiben rigidez y resistencia al corte (casi)nulas cuando se los somete a carga rápida debido a la
- c o l a p s a
b l e
generac n e pres n neu ra por con racc n
e x p
a n s i v o s
S u e l o
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Índice
s
• Suelos “especiales”• Suelos expansivos - c o l a p s a
b l e
• Suelos colapsables
• ¿Cómo distinguir suelos expansivos de e x p
a n s i v o s
colapsables? S u e l o
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Experiencia de contracción de
s
arcillas
- c o l a p s a b l e
e x p
a n s i v o s
S u e l o
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Experiencia de contracción de
s
arcillas
- c o l a p s a b l e
e x p
a n s i v o s
S u e l o
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Mecanismo de expansión:
s
estructura interna de arcillas
- c o l a p s a b l e
e x p a n s i v o s
S u e l o
100 μm, 50 μm, 20 μm, 10 μm, 2 μm, 1 μm
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Mecanismo de expansión:
s
absorción de agua por ósmosis
- c o l a p s a b l e partícula de
arcilla
e x p a n s i v o s
adsorbidos
concentración
fuerzas
electromagnéticas
S u e l o
decreciente
agua con poca
concen rac n
Ley de Fick:sa e e ca n
o entra el agua
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Mecanismo de expansión:
s
absorción de agua por ósmosis
- c o l a p s a b l e partícula de
arcilla
e x p a n s i v o s
adsorbidos
concentración
fuerzas
electromagnéticas
S u e l o
decreciente
agua con pocaentra agua por ósmosis
concen rac n
Ley de Fick:sa e e ca n
o entra el agua
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Caracterización de expansividad:
s
Indice de actividadSEDIMENTOMETRÍAS
- c o l a p s a b l e
50
60
70
80
90
q u e p a s a ( % )
El índice de actividadmide la actividad
e x p a n s i v o s
IP 010
20
30
40
P o r c e n t u a l
C-14 0.80 m C-12 0.60 m C-7 0.60 m c-3 0.60 M
S u e l o % 2μ < 110100 Diámetro (mic)
e es a o conpoca cantidad de
,
activa
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Caracterización de expansividad:
s
Límite de contracción
- c o l a p s a b l e El límite de contracción es la humedad en la que el
suelo deja de contraer, cambia de color y se des-
e x p a n s i v o s
S u e l o
[ ][ ]% 43.53
% 46.38 43.53% 46.38
LL LC
IP
+= −
+
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Caracterización de expansividad:Superficie específica
s
- c o l a p s a b l e Es la relación entre la superficie de una partícula
(m2) y su masa (gr)
e x p a n s i v o s e e gra o e ag omerac n e paque es e
hojas de arcilla
S u e l o
14
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Medición superficie específicacon azul de metileno
s
Número (N)
- c o l a p s a b l e
Halo celeste
e x p a n s i v o s
Absorcióntotal
A. metileno enexceso S
u e l o
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Medición de succión (matricial ytotal)
s
- c o l a p s
a b l e • Papel filtro calibrado
• 7 días de equilibrio higrotérmico
e x p a n s i v o s
S u e l o
Calibración papel filtro Preparación ensayo
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Estudios mineralógicos
s
- c o l a p s
a b l e
Halloysita (grupo kaolín)
• Difracción por rayos X
• Análisis térmico diferencial
e x p a n s i v o s
S u e l o
Montmorillonita (grupo smectita)
Minerales arcillosos Attapulgita (grupo chlorita)
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Difracción por rayos X
s
- c o l a p s
a b l e • Se ataca una muestra con rayos α
• Se cuentan las veces que se repite un ángulo de
e x
p a n s i v o s racc n unc n e os m nera es presen es
S u e l o nera es
predominantes
n⋅λ
= 2 ⋅d ⋅senθ ( )(Ley de Bragg)
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Capacidad de intercambiocatiónico (CEC)
s
- c o l a p s
a b l e Mide la capacidad de intercambio de iones que
presentan las partículas de arcilla al hidratarse
e x
p a n s i v o s
S u e l o
Cationesintercambiables
CEAC=
Ac
Clasificación s/Pearring – Holt(Cation Exchange Activity)
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Coeficiente lineal de extensión(COLE)
s
- c o l a p s
a b l e Mide el cambio volumétrico de una muestra
indisturbada al pasar del estado húmedo al seco
e x
p a n s i v o s
S u e l o
© Peso unitario seco a horno succión 1000 MPa
©dM Peso unitario seco a 33 kPa de succión
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Hinchamiento libre
s
- c o l a p s
a b l e Mide el potencial de hinchamiento que experimenta
una muestra parcialmente saturada por hidratación,
e x
p a n s i v o s
S u e l o
Preparación muestra Ensayo
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Hinchamiento libre
s
- c o l a p s
a b l e
e x
p a n s i v o s
Fin hinchamiento primario
S u e l o
1 día
n ce e expans ndel ensayo y corregidoal 50% (ASTM D4829).
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Hinchamiento libre
Ensayo de expansión libre s
6%
- c o l a p s
a b l e
4%
5%
s i ó n
e x
p a n s i v o s
3% E x p a n
S u e l o
1%
Horas
0%
0 12 24 36 48 60 72
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Presión de hinchamiento enedómetro
s
- c o l a p s
a b l e Deformación uniaxial por ingreso de agua libre
Medición directa del potencial expansivo del terreno
e x
p a n s i v o s
S u e l o
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Presión de hinchamiento con doble
edómetro s
- c o l a p s
a b l e
e x
p a n s i v o s
S u e l o
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Prueba CBR
(California Bearing Ratio) s
- c o l a p s
a b l e Se mide el hinchamiento durante 96hs, bajo una
sobrecarga de diseño
e x
p a n s i v o s e e ec a un ensayo e pene rac n con p s n
normalizado hasta alcanzar 12.7mm de recorrido
S u e l o
Preparación muestra Ensayo (ASTM D1883)
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Prueba CBR
(California Bearing Ratio) s
- c o l a p s
a b l e
2.8%
3.2%
ε (%)
CURVA DE EXPANSIÓN - C1 0.20-1.20m
0.5
0.6
σ1 (MPa)
CURVA DE PENETRACIÓN - C1 0.20-1.20m
e x
p a n s i v o s
1.2%
1.6%
2.0%
.
0.2
0.3
0.4
CBR = 4
S u e l o
0.0%
0.4%
0.8%
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
tiempo (hs)
0.0
0.1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
δ [mm]
Generalmente se informa el valor CBRara 2.54mm de enetración.
CBR=σ 1δ =2.54mm
6.9MPa
⎛
⎝ ⎜
⎞
⎠⎟⋅100
CBR=σ 1δ =5.08mm
10.3MPa⎝ ⎜
⎠⎟⋅100
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Índice
s
• Suelos “especiales”
• Suelos expansivos - c o l a p s
a b l e
• Suelos colapsables
• ¿Cómo distinguir suelos expansivos de e x
p a n s i v o s
colapsables? S u e l o
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Estructura de suelos colapsables
s
y mecanismo de colapso
- c o l a p s
a b l e Baja plasticidad (poca actividad
electroquímica)
e x
p a n s i v o s a o gra o e sa urac n ay
tensión capilar)
S u e l o uy a o peso un ar o seco
(alta relación de vacíos)
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Estructura de suelos colapsables
y mecanismo de colapso s
El agua rompe los puentes cementantes entrepartículas
- c o l a p s
a b l e
as par cu as caen a una pos c n m s es a e
e x
p a n s i v o s
S u e l o
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Un ensayo de campo
• Ensayo 1 s
– carga – inundación - c o l a p s
a b l e
• Ensayo 2, 3 Y 4
– inundación e x
p a n s i v o s
– carga
– inundación S u e l o
• sen am en os na es – colapso (B) / no colapso>
– distintos colapsos(L-F-I): 1.4
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Ensayo de colapsabilidad
s
1-Car a inicial P - c o l a p s
a b l e
Esta recta no depende de P3-Imbibición
2-Saturación
e x
p a n s i v o s
4-Colapso primario
-
S u e l o
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Suelos colapsables: ensayo
UNCOR1-Carga inicial 2-Saturación 3-Incremento de carga
s
- c o l a p s a b l e
Retoma el comportamiento del mat. e x
p a n s i v o s
intalterado
S u e l o
4-Otros incrementos
( )log /
x
t x y x
y xt t ε ε ε ε = − −⎡ ⎤⎣ ⎦
5-Se miden las pendientes
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Suelos colapsables: ensayo
UNCORPfnPfs
s
Humedad natural - c o l a p s a b l e
e x
p a n s i v o s
S u e l o
o enc a men e
colapsables
uto co apsa es
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Medidas de diseño para suelos
colapsables s
• Compactación in situ - c o l a p s a b l e
• Fundaciones indirectas e
x p a n s i v o s
S u e l o
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Índice
s
• Suelos “especiales”
• Suelos expansivos - c o l a p s a b l e
• Suelos colapsables
• ¿Cómo distinguir suelos expansivos de e x p a n s i v o s
colapsables? S u e l o
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¿Cómo distinguir suelos
s
expansivos de colapsables?
- c o l a p s a b l e
e x p a n s i v o s
S u e l o
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¿Cómo distinguir suelos
s
expansivos de colapsables?
- c o l a p s a b l e Los suelos expansivos reducen su volumen cuando
se reduce su humedad
e x p a n s i v o s os sue os co apsa es re ucen su vo umen
cuando aumenta su humedad
S u e l o a man es ac n ex er or pue e ser s m ar
El límite líquido permite distinguirlos
• xpans vo > , ωsat <<• Colapsable LL < 35, ωsat ≅ LL
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Bibliografía
s
• Básica – Juárez Badillo y otros. Mecánica de Suelos. Ed.
- c o l a p s a b l e
• Complementaria e
x p a n s i v o s
. . . – Sagüés, P. (2008). Rigidez a baja deformación en el
Pampeano Compactado. Tesis de grado, LMS, FIUBA. S u e l o
– Serigós, P. (2009). Rigidez a baja deformación demezclas de suelo de la Formación Pampeano y
. , , .
– Redolfi. Pilotes en suelos colapsables. Tesis CEDEX