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Maestría de Caminos

GEOTECNIA II “Suelos Especiales”

Profesor: Ing. Augusto José Leoni

SUELOS DISPERSIVOS Ciertos suelos de granos finos son estructuralmente inestables en contacto con agua, En él las partículas finas de arcillas, fácilmente se dispersan y entran en suspensión y migran con el movimiento del agua de contacto. A estos suelos se los denomina “Suelos Dispersivos”

Prof Augusto J Leoni

1


Los resultados de exponer Suelos Dispersivos en contacto con agua, son verdaderamente desastrosos


2


Falla Falla de la repre represa sa Little Wewoka Wewoka USA (21/05/60)


3


Sherard estudió los iones de cambio de los suelos que fallaban por tubificación y descubrió que la mayoría de ellos tenía un contenido muy elevado de sodio El proceso de falla de estos suelos es un procesos físico – químico, influenciado por el elevado contenido de Na+ que tienen estos suelos.

Partícula de arcilla

Aumenta la resistencia al corte

K +, Fe3+, Al3+, Mg2+, Ba2+, Ca2+, Na+, Li+ Aumenta la plasticidad


4


Porcentaje de Sodio =

Na.100

(Ca + Mg + K + Na )

Total de sales solubles =

Ca + Mg + K + Na

100 Zona 1

90

) % ( o i d o S e d e j a t n e c r o P

Zona 2

80 70 Transición 60 50

Zona 3

40 30 20 10 0 0

25

50

75

100

Total de sales solubles (meq/lt)

CARTA DE SHERARD PARA CLASIFICAR DESDE EL PUNTO DE VISTA QUIMICO A LOS SUELOS DISPERSIVOS Porcentaje de Sodio =

Na.100

(Ca + Mg + K + Na )

Total de sales solubles =

Ca + Mg + K + Na

100

80

) % ( o i d o 60 s e d e j a t 40 n e c r o P

20

ZONA A ZONA B ZONA C

0 1E-1


1E0 1E1 1E2 Total de sales solubles (meq/litro)

1E3

5


ENSAYO DE PIN HOLE

h

Material granular lavado Pasa T 1/4 - Ret T N°4

Cono de plástico

Agua destilada de tanque de altura cte.

Muestra compactada Orificio de 1 mm

D1

D2 ND4 DISPERSIVA

ND3 ND2

MODERADAMENTE

ND1

NO DISPERSIVA

5.0

Altura = 50 mm

4.0

)

Altura = 180 mm

Altura = 380 mm

s / l

m ( l

a d u a C

Capacidad hidráulica= 3.2 ml/s

GUIA DE FLUJO EFLUENTE

3.0

MUY OSCUCURO a OSCURO


ND3

OSCURO a LIGERAMENTE OSCURO LIGERAMENTE OSCURO a CLARO

ND4

CLARO

ND2

2.0 ND3


1.0

D1

ND1

D2 ND4

5

10

15

20

Tiempo ( min )

Norma ASTM D 4647 – 93


6


100

) 80 % ( o i d o 60 s e d e j a t 40 n e c r o P

20

0 1E-1

1E0 1E1 Total de sales solubles (meq/litro)

1E2

1E3

Resultados de “Pin Hole” sobre suelos altamente dispersivos, con cargas hidráulicas de 50 mm

CORRECCIÓN CON CAL

Aumenta la resistencia al corte

K +, Fe3+, Al3+, Mg2+, Ba2+, Ca2+, Na+, Li+ Aumenta la plasticidad


7


CONCLUSIONES -Los suelos estudiados son altamente erosionables (dispersivos) -Los mismos deberán ser tratados adecuadamente para ser utilizados como material de construcción en las obras de cierre -Las zonas donde se deberá prestar atención especial al tratamiento son aquellas que se encuentran en contacto con el agua quieta o en posible movimiento: -Paramento de agua arriba y Filtros

Suelo tratado con cal

Suelo cemento

Suelo sin tratar Material de filtro


8



9


RESULTADOS DE ENSAYOS DE PIN HOLE PUBLICADOS POR SHERARD


10


SUELOS COLAPSABLES COLAPSABLES Los suelos que tienen origen en una región árida, con transporte y deposición eólica, que están conformados mayoritariamente por partículas de limos o de la denominada “Fracción Loessial” que abarca las partículas de 10 a 50 µ, y tienen un grados de saturación menor al 60%. Son potencialmente “Suelos Colapsables” o “Colapsibles”

Estudio N° 345

Laboratorio de Mecánica de Suelos Facultad de Ingeniería - U.N.L.P.

Usuario: Facultad de Ingeniería Obra: Estudi o de Suel os Col apsabl es Sondeo A Nro

20/02/02

Ubicación: Río Tercero - Provincia de Córdoba - Argentina

Prof.

Descripción del Suelo

Clasif.

Napa: -

Wn, Wl, Wp, Ip, Granulometría 10 20 30 40 50 60 70 80 90

1,00

Lomoso

ML

2,00

castaño claro

ML

3,00

4,00

Arcillo ilmoso castaño claro

CL-ML

5,00

Limoso castaño claro

ML

Arcillo limoso

CL-ML

8,00

castaño claro

CL-ML

9,00

[°]

Cohes.

γd

[ Kg /c m² ] [ g/ cm ³]

Perfil Estratigráfico

CL-ML

10,00


10 20 30 40

CL-ML

7,00

5

0,25

1,40

7

0,30

1,42

8

0,32

1,45

12

0,45

1,48

Características físicas de un perfíl típico de suelos potencialmente colapsable de nuestro País

CL-ML

11,00

Limoso

ML

12,00

castaño claro

ML

13

13,00

ML

14

14,00

ML

15,00

Fricc.

ML

6,00

15

E.N.P.

Arcillo ilmoso castaño claro

CL-ML

Humedad Natural

Límite Plástico

Límite Líquido

Indice Plasticidad

E.N.P.

Pasa tamiz 4

Pasa tamiz 10

Pasa tamiz 40

Pasa tamiz 100

Pasa tamiz 200

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ZONA DE SUELOS COLAPSABLES EN NUESTRO PAIS

Caracterí sticas sticas principales de los suelos colapsables e =

Vv Vs

Saturación +e

σ

Log p´ ∆e

10 a 50 µ


e-

12


TIPOS DE ANALISIS - Denisov (eL) - Priklonski (wP e Ip)

Determinaciones

- Soviet Building Code (eL)

Cualitativas

- Gibbs (γd, γs y wL) - Zur Weisman (γd, y γd(wL) - Leoni (Cu y Fracc. Loessial)

Determinaciones

- Denisov (ensayos edométricos)

Cuantitativas

- Regginato (ensayos edométricos)

CARACTERÍSTICAS ESTRUCTURALES DE LOS SUELOS COLAPSIBLES Estado natural inicial con poca humedad y sin carga

Estado final saturado con o sin carga

∆ S =


∆ e . H

1 + eo

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Priklonski (1952) K d =

ϖ n

Dando las siguientes recomendaciones: K d < 0 Suelos altamente colapsables K d > 0,5 Suelos no colapsables K d > 1 Suelos expansivos

− ϖ p I p

Denisov (1951)

K =

e L eo

Donde “eL” es la relación de vacíos que tiene el suelo cundo tiene la humedad del Límite Líquido y “eo” es la relación de vacíos que tiene el suelo en estado natural. Este autor define que el suelo es colapsable cundo esta relación varía entre 0,5 y 0,7

Soviet Building Code (1962) L =

eo − e L

1 + eo

Y establece que un suelo es colapsable cuando tiene un grado de saturación menor al 60% y además el parámetro “L” es mayor a -0,1. S < 60 % y L > -0,1


14


Gibbs

R =

γ

w

γ

d

1

−

γ ϖ

Donde γw es la densidad del agua, γd es la densidad seca y γs el peso específicoY encuadra a los suelos como potencialmente colapsables cuando el valor de R > 1

s

L

Zur Weisman (1973) H =

Donde γd(WL) es la densidad seca del suelo cuando se amasa con la humedad del límite líquido y define a los suelos como potencialmente colapsables cuando H < 1,1

γ d γ d (WL)

Ensayos Cuantitativos DENISOV

Se define: eo = relación de vacíos inicial ep = relación de vacíos luego de aplicada una presión “p” ew = relación de vacíos luego que la muestra se satura, bajo la presión de la carga “p” Rw = coeficiente de asiento debido a la saturación R w =

e p − e w

Rp = coeficiente de asiento debido a la carga Rp =

eo − e p

Log p´

eo e p

1 + eo

Rt = coeficiente de asiento total e − ew Rt = o 1 + eo


p’

1 + e0

ew

e

15


Ensayo del Doble Edómetro p’

Log p’

eo

Humedad natural Saturada

e

REGGINATO (Córdoba 1973) C =

Pfs − Po Pfn − Po

Pfs = Presión de preconsolidación para una muestra saturada Pfn = Presión de preconsolidación para una muestra con humedad natural Po = Presión de la tapada Para C < 0 Tendremos que Po (1) > Pfs y nos encontramos con un suelo verdaderamente colapsable ya que el suelo colapsa bajo su propio peso cuando se satura.

P Po(2)

Po(1)

P < Pfs No hay colapso cuando el

Log p´ Pfs

suelo se satura

Pfn

Cuando C > 0 (Po (2))

Pfs < P < Pfn Hay colapso cuando el suelo se satura

P > Pfn

Hay colapso sin necesidad de saturación e


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Ensayos de doble edómetro realizados sobre muestras inalteradas de Zelegua 1.2

1.1 ) e ( 1 s o i c a v e0.9 d n ó i c a l e0.8 R

0.7

0.6 0.1

1

10

Tensiones (kg/cm²) Muestras saturadas

Muestras con humedad natural

Esquema de asentamientos en la base de la presa que traen como consecuancia la inviabilidad del dren tapiz

0 -10 ) m-20 c ( o t n -30 e i m-40 a t n e s -50 A

-60 -70 -50

-40

-30

-20

Altura 5,00 m


-10 0 10 distancia al eje (m) Altura 10,0 m

20

30

40

50

Altura 15,0 m

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SUELOS EXPANSIVOS Los suelos arcillosos que tienen un elevado índice plástico, con un porcentaje importante de partículas de arcillas (< 2 µ), que tengan una elevada compacidad, (densidad), que además tengan un grado de saturación bajo y que tienen la posibilidad de absorber agua. Son suelos potencialmente expansivos

TIPOS DE ANALISIS

- Indice Plástico - Límite de contracción - Indice de contracción Propiedades índices, composición granulométrica y densidad

- Ensayo de hinchamiento libre - Hinchamiento libre modificado - Indice de actividad de Skempton - Indice de actividad de Seed y otros

ANALISIS CUALITATIVOS

-Indice de desecación de Livneh -Cálculo de Vijayvergiya y Ghazzaly Potencial de expansión y propiedades físicas

Mc Dowell (wmáx y wmín) Cuellar (wmáx) Vijavergiya y Gazzaly (Presión de expansión) Jimenes Salas (Presión de expansión)

ANALISIS CUANTITATIVOS


-Ensayos de expansión libre en edómetro -Presión de expansión con deformación controlada

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Relación de la actividad con el Indice Plástico Ip = WL - WP 0

wp

wL

w

Ip

Ip < 15 % 10 < Ip < 35 20 < Ip < 55 Ip > 55

Baja Actividad Mediana Actividad Activo Muy Activo

Relación de la actividad con el Límite de Contracción Límite de Contracción = Lc = wi - Dw Tara

Vi Wh

Lc =

Wh − Ws Ws − Tara

. 100 −

Vi − Vf Ws − Tara

wi

w

Vf

Lc > 12

Baja Actividad

Ws

10 < Lc < 12

Mediana Actividad

Lc < 10

Activo a Muy Activo

0

Lc

Wp

WL

∆w


.γ w . 100

%w

wi

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Determinación del volumen por el método del mercurio

Wh

(2) (1)

(3)

V gh =

gh

W gh γ gh

= 13,6 gr/cm3

Relación de la actividad con el Indice de Contracción Ic el Ip y el WL Ic = WL – Lc

0

Lc

wP

WL

%w

Ic


Indice Plástico

Ic

WL

< 12

<15

20 a 35

Bajo

12 a 23

15 a 30

35 a 50

Medio

23 a 32

30 a 60

50 a 70

Alto

> 32

> 60

70 a 90

Muy alto

> 32

> 60

> 90

Extra alto

20


Criterio de Expansividad de HOLTZ Y GIBBS (1957) Ensayo de Free Swell Test (FST) (hinchamiento libre) Se coloca en una probeta graduada de 100 cm3 un cantidad de suelos seco tamizado por el Tamiz Nº 40 de aproximadamente 15 gr y se anota el volumen que ocupa en el fondo de la probeta “Vi”. Posteriormente se le adiciona agua destilada hasta el nivel de los 100 cm 3, se la agita para que el suelo en su totalidad quede en suspensión en el agua y se la deja reposar hasta que las partículas en suspensión decanten y marquen un nuevo volumen “Vf” Con estos dos valores calculamos:

FST (%) =

Vf − Vi Vi

.100

Probeta graduada de 100 cm3

FST < 50

Baja Actividad

50 < FST < 100

Mediana Actividad

FST > 100

Activo a Muy Activo

Vi

Vf

Sivapullaiah (1987) Indice de Hinchamiento Libre Modificado M

=

FST

V − Vs Vs

V = Volumen del suelo luego de sedimentado en la probeta Vs = Volumen sólido del suelo = graduada y se calcula el volumen)

Ws γ s

(Se coloca un peso Ws en la probeta

γs = Peso específico del suelo

Probeta graduada de 100 cm3


MFST

Potencial de Hinchamiento

< 2,5

Despreciable

2,5 a 10

Moderado

10 a 20

Alto

>20

Muy Alto

Vi

Vf

21


Grado de Actividad de Holtz y Gibbs 60 Lc < 10

50 6 100

o40 c i t s á l p30 e c i d n20 I

FST > 100 Muy Activos

8< Lc <18 50 < FST< 100

Activo

Medianamente Lc > 13 FST < 50

10

No Activos

0 0

10

20

30

40

50

60

Porcentaje menor que 1 micr ón

Criterio de Actividad de SKEMPTON (1953) A =

Ip

(% < 2 µ )

A < 0,75 0,75 < A < 1,25 A > 1,25

Baja Actividad Medianamente Activo Activo a Muy Activo

Cuarzo

A=0

Capacidad de cambio de cationes m.eq.x100g

Caolinita

0,01 – 0,41

2,2 a 15

Illita

0,23 – 0,80

10 a 50

Monmorillonita (Ca+Mg+Li)

0,32 – 3,09

75 a 150

Monmorillonita (Na+Li)

1,12 – 11,5

100 a 150

La evaluación de la cantidad de cargas eléctricas de un suelo, expresado en función de su masa (peso) constituyen lo que se llama la CAPACIDAD DE CAMBIO y se mide en miliequivalente x 100 grs (m.eq.x100)


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Indice de Activid ad de Skempton 100

) 80 % ( p I o60 c i t s á l P40 e c i d n20 I

Muy activos Normales

Inactivo

0 0

20

40

60

80

100

% de partículas < 2 micron es

Indice de Actividad de SEED, WOODWARD y LUNDGREN (1962) Indice de Actividad Seed, Woodward y Lundgren

Ia =

5.0

)4.0 a I ( d a d i3.0 v i t c A e d 2.0 e c i d n I

Muy Alto Alto Medio Bajo

1.0

0.0 0

10

20

30

40

50

60

Ip

(% < 2 µ − 10 )

Indice Plástic < o12

Baja

12 a 23

Media

23 a 32

Alta

>32

Muy Alta

70

% de partículas < 2 micrones


23


Métodos cuantitativos: -Hinchamiento libre -Presión de hinchamiento agua

Anillo rígido Piedras porosas

Suelo expansivo

Esquema del montaje de un anillo de consolidación

Hinchamiento libre: Se coloca la muestra inalterada en el anillo de consolidación, se la pone en contacto con agua y se mide la expansión que desarrolla “ Ho”, se la indica como porcentaje de la altura inicial

% Expansión =

∆ H Ho

.100

agua

Anillo rígido

Suelo expansivo

Piedras porosas

Esquema del montaje de un anillo de consolidación


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Presión de expansión: Se controla el comparador para que siempre marque un valor constante mientras la muestra se satura, para ello se le adicionan bolillas de acero en el recipiente que contrarresta la presión de expansión.

El ensayo se suspende cuando la muestra no Cambia más de volumen y se calcula la presión de expansión tomando en cuenta la carga aplicada y la superficie de la muestra.


L l

Q P . L = l .Q σ

=

Q A

=

P. L l . A

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Vivienda del City Bell fundada sobre una “platea” apoyada sobre un relleno, sobre suelos activos


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Diferencia conceptual entre lo que es una platea rígida de un contrapiso de cascotes

Recomendaciones para proyectar fundaciones en suelos expansivos Evapotranspiración

1,2 m

Grietas de contracción por desecación Se ha determinado mediante mediciones in itu, que en nuestra región, las grietas de contracción por pérdida de humedad, alcanzan una profundidad del orden de los 1,20 m de profundidad


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Las grietas de contracción no se extienden más allá de los -1,20 m de profundidad y los cambios de humedad tampoco Humedad %

Evapotranspiración

Verano

Invierno

1,2 m

) m ( d a d i d 1,50 m n u f o r P

Es conveniente apoyar las fundaciones por debajo de los niveles afectados por los cambios de humedad. Profundidad de fundación ≥ 1,50 m Humedad %

1,50 m

) m ( d 1,50 m a d i d n u f o r P


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Se desarrollan presiones en la cara inferior de las vigas de arriortramiento que deben ser tenidas en cuenta.

Presión del suelo expansivo sobre las vigas de arriostramiento cuando aumenta su humedad

La solución es colocar doble armaduras en las vigas de arriortramiento. Vigas de arriostramiento con doble armadura

Planchas de telgoport de 2” debajo de las vigas de arriostramiento


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