DOCENTE
: ING. EDGAR CASAS AGUILAR
TEMA
: COLAPSO DE SUELOS ARENOSOS POR PRESENCIA DE SALES
ESTUDIANTE
: SALON CULQUI EZEQUIEL EZEQUIEL
CICLO
:X
CHACHAPOYAS 2013
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
CONTENIDO INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................................. 2
1. COLAPSO DE SUELOS ARENOSOS POR PRESENCIA DE SALES: ................................................................... 3
1.1.
Definición ...................................................................................................................................... 3
1.2.
Características generales ............................................................................................................... 3
1.3.
Colapsabilidad de un suelo receptor de cargas en nuestro país ............ ..................... .................. ................... ................... ........... .. 5
1.4.
Manifestación de problemas en edificaciones edificaciones sobre suelos colapsables ............... ........................ .................. ............. .... 9
1.5.
Localización nacional ................................................................................................................... 11
1.6.
Caso de fallas ocurridas en el país ............................................................................................... 11
1.7.
Métodos de ensayos realizados .................................................................................................. 15
En Campo............................................................................................................................................. 15 En el Laboratorio ................................................................................................................................. 15
1.8.
SOLUCIONES PARA CIMENTACIONES EN ESTOS SUELOS ............................................................ 17
1.8.1.
Por tanto, para prevenirlo habrá que.................................................................................. 17
1.8.2.
Reparación de daños ........................................................................................................... 20
COMENTARIOS FINALES Y CONCLUSIONES ................................................................................................. 21 BIBLIOGRAFÍA .............................................................................................................................................. 22
1
INTRODUCCIÓN Los casos de fallas y colapsos en estructuras dependientes de cimentaciones que se han producido en el país, son debido
en
parte
al desconocimiento de las
características y el comportamiento de cierto tipo de suelos que son usado para estos fines, y por otro lado a la incompetencia o negligencia, que se refleja generalmente en la incapacidad de hacer lo que es requerido para un proyecto determinado, tal como en muchos casos hemos establecido después de haberse suscitado el problema. Extensas áreas de nuestro país que presentan suelos arenosos colapsables, expansivos y de rellenos sueltos, etc., que deben ser estudiados convenientemente para utilizarlos como soporte en obras de ingeniería de poca o gran envergadura, dado a que presentan problemas principalmente de deformación por cambio de volumen del suelo, casi siempre por presencia de filtraciones de agua en exceso del contenido de humedad natural. Estos suelos han llamado la atención también en muchas partes del mundo y han sido materia
de numerosas presentaciones en
Congresos Internacionales y reuniones técnicas desde hace varias décadas, así como en numerosas conferencias nacionales,
lo
que
ha
permitido adquirir algunos
conocimientos para caracterizar estos suelos y manejarlos con cuidado para que no produzcan daños en las futuras obras de ingeniería que se construyan en el país.
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1. COLAPSO DE SUELOS ARENOSOS POR PRESENCIA DE SALES: 1.1. Definición:
Generalmente
son
suelos
de
origen eólico, cuya
estructura está ligeramente cementada por sales acarreadas por la brisa marina, con lo cual adquieren una resistencia aparente.
Son suelos en
estado metaestable o con estructura inestable, que generalmente se presentan en áreas áridas. En la actualidad se incluyen en este grupo de suelos fuertemente cementados por sales
solubles,
que
a
sufren
aquellos grandes
asentamientos por la lixiviación de dichos materiales.
1.2. Características generales: Los efectos de este colapso pueden manifestarse en forma de asientos bruscos del terreno de carácter centimétrico hasta decimétricos. Más raramente puede darse asientos de algún metro y en casos extraordinarios de decenas de metros. En ausencia de agua, estos suelos cementados se mantienen estables y de modo localizado pueden alcanzar una débil a moderada resistencia. Incluso pueden definir niveles de encostramiento que proporcionen valores relativamente altos de peso por unidad de área. En presencia de agua, el cemento interpartículas se disuelve y el suelo pierde la escasa capacidad portante que tenía y colapsa. Si además el suelo soporta la carga correspondiente a una estructura el colapso se acentúa, y dicha estructura tenderá a colapsar, a asentar bruscamente, produciendo importantes patologías. Las cimentaciones más recomendables sobre este tipo de suelos son las cimentaciones profundas, que deben tender a sobrepasar los niveles colapsables.
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Una alternativa a esta tipología para casos de suelos con potencial bajo o medio de colapso, puede ser la cimentación mediante losa de suficiente rigidez, incluso apoyada sobre una mejora de terreno, que reparta cargas lo máximo posible con el fin de no concentrar tensiones, y /o trabajar a tensiones lo más bajas posibles, cuidando en todos los casos al máximo la posible afección del agua al terreno sobre el que se dispone la cimentación (saneamientos flexibles, colgados, realización de pruebas de saturación, etc.). Al contacto con el agua sufren cambios bruscos en su volumen por efecto del lavado de sus cementantes (sales), debido al reacomodo de sus partículas. Cuando el material cementante constituye gran parte de la matriz del suelo, la lixiviación también genera grandes reducciones de su volumen.
Imagen que muestra los enlaces temporales formado por sustancias salinas entre partículas cuya desaparición puede provocar el colapso. Fuente: Dudley (1970), Maswoswe (1985)
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1.3. Colapsabilidad de un suelo receptor de cargas en nuestro país: Una característica esencial de nuestros suelos colapsables es que tienen una densidad baja y un grado de saturación también bajo, todo parece indicar que al disminuir el grado de saturación la susceptibilidad al colapso es mayor, esta es la razón por la que los problemas tienden a aparecer con mayor frecuencia en las zonas de fuerte desecación, también exhiben una cohesión temporal como resultado de la presencia de materiales cementantes tales como el yeso y el carbonato de calcio. La cohesión aparente es el resultado de la resistencia friccional al corte en la cual los esfuerzos normales efectivos provienen de la presión de poro negativa que es la succión en el suelo. En todo caso la condición de clima árido o de intensa evaporación superficial no es indispensable, ya que han ocurrido casos de colapso cuando se humedecen suelos también en regiones no áridas. En general, los cambios de los factores externos, la humedad principalmente y la naturaleza del electrolito que interviene en el fenómeno, son los que de una forma u otra, afectan la matriz succión del suelo (diferencia entre la presión del aire y del agua), a los enlaces y pueden causar el cambio brusco de volumen que se denomina colapso. La causa desencadenante del colapso es la presencia de agua, conjuntamente con un esfuerzo significativo aplicado. Los mecanismos de colapso pueden variar en función del contenido mineralógico de las partículas y de sus enlaces, del tipo de estructura, del tipo de deposición del material, del contenido de humedad y otros factores de naturaleza electro-química. En la mayoría de los casos de colapso investigados por nosotros hasta la fecha son suelos con estructura panaloide y granos redondeados unidos entre si por alguna clase de cementación . En todos los casos, esta cementación era susceptible de ser disuelta cuando el suelo absorbía agua. El mecanismo de colapso es lógicamente un derrumbe de los granos 5
hacia los vacíos, precisamente cuando desaparece la cementación entre ellos. Así
hemos
detectado
que
los mecanismos
de
colapsos
más
frecuentes en suelos granulares secos son la disolución de la cementación por sales solubles o la destrucción, de un ordenamiento paralelo de agregados de arcilla residual que enlazaban a los granos.
En
suelos granulares semisaturados es la pérdida de la resistencia al corte temporal entre los granos dada por la tensión capilar negativa entre ellos. En arcillas el mecanismo es la reorientación de las partículas desde una estructura floculada hacia formas más dispersas. En nuestro país han ocurrido casos de fallas en suelos colapsables que los hemos estudiado detenidamente en últimamente en Ventanilla entre otros permitido
verificar algunos métodos
Pisco
numerosos,
La Joya , que
nos
y
han
simples de identificación de estos
suelos, los mismos que se indican en la Tabla I y la (figura con
criterio
de
identificación
de
suelos
colapsables
(U.S.B.R.)),
estableciéndose además una comparación entre la cantidad de sales solubles en los suelos colapsables de Ventanilla, Pisco y La Joya con la agresividad sulfática correspondiente, con el fin de probar que un suelo altamente colapsable también puede presentar severa agresividad sulfática al mismo tiempo que suelos con insignificantes cantidades de sales solubles
(caso
de
Ventanilla), no necesariamente
tienen
que
ser
altamente agresivos al cemento y menos por esta causa originar asentamientos importantes como los que se presentaron en este lugar, ya que de las investigaciones técnicamente llevadas a cabo se determinó que en la mayoría de los casos los asentamientos, en los suelos sueltos de origen coluvial de Ventanilla, se habían producido por graves defectos constructivos tales como cimentación sobre rellenos no compactos y conexiones domiciliarias de servicios de agua y desagüe con graves
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defectos
de instalación y calidad de sus materiales (figura de sales
solubles vs. agresividad sulfática en los suelos colapsables estudiados).
Figura con criterio de identificación de suelos colapsables (U.S.B.R.)
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Figura de sales solubles vs. agresividad sulfática en los suelos colapsables estudiados
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1.4. Manifestación de problemas en edificaciones sobre suelos colapsables: Cuando ocurre el colapso del suelo sobre el que se emplaza un edificio, pueden producirse daños en su estructura. Estos daños se manifiestan de modo
semejante
a
los
generados
por
asientos
diferenciales
(fundamentalmente grietas y/o fisuras a 45º)
Esquema de giro experimentado por 2 módulos de viviendas.
Tipología de lesiones en tabiques perpendiculares a pórticos.
En algunos casos los colapsos pueden llegar a producir asientos del terreno que se reflejan sobre infraestructuras superficiales (líneas férreas, autovías, etc.) de modo evidente, generando daños importantes ver fotografía siguiente. 9
Fotografía: Deformación en vías a consecuencia de un colapso de suelo. Línea férrea
En algunos casos extraordinarios de colapso de suelos, el hundimiento de éste puede “tragarse” literalmente alg unas construcciones ver la siguiente fotografía
Fotografía: Colapso del terreno y hundimiento de las viviendas existentes a consecuencia del mismo
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El hecho de cimentar sobre un suelo colapsable no implica que en todos los casos ese suelo vaya a colapsar, sino que han de darse una serie de condiciones para que eso ocurra, tales como: Que no se haya identificado previamente su existencia en el suelo que servirá de apoyo a una estructura. Que se produzcan una serie de condiciones de contorno, que constituyan el detonante y permitan el desarrollo del potencial colapso (lo más habitual roturas o fugas de la red de saneamiento, abastecimiento, riego de jardines, etc.) Sistema constructivo no adecuado a las características del subsuelo de la parcela (saneamientos, drenaje o tipología de cimentación inadecuados)
1.5. Localización nacional : Estos se encuentran en las regiones áridas y semiáridas. depósitos eólicos, coluviales, residuales,
tufos
volcánicos
Los
pueden
ser colapsables. En Lima, se han encontrado estos tipos de suelos en la ciudadela Antonia Moreno de Cáceres. En otros departamentos y de manera más predomínate a nivel nacional:
Arequipa, Majes, Moquegua.
1.6. Caso de fallas ocurridas en el país :
VISTA DE UN SUELO COLAPSABLE EN LA JOYA 11
DESLIZAMIENTO PRODUCIDO POR EL COLAPSO DEL SUELO EN LA JOYA
CANAL DE IRRIGACION LA CANO, CRUZA SUELOS COLAPSABLES PROTEGIDO CON GEOSINTETICOS 12
EDIFICACIONES VICTIMAS DE SUELOS ARENOSOS COLAPSABLES EN AREQUIPA
COLAPSO DE VIA CIMENTADO SOBRE SUELOS ARENOSOS MOQUEGUA 13
COLAPSO DE SUELO ARENOSO EN MAJES POR PRESENCIA DE AGUA
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1.7. Métodos de ensayos realizados : Para la evaluación del potencial de colapso se procede de las dos formas siguientes:
En Campo: Ensayo de Carga Directa con Saturación En el Laboratorio: Ensayo de Colapso El “Ensayo de colapso de suelos”, tiene por objeto determinar la magnitud del colapso unidimensional que se produce cuando se inunda un suelo semisaturado. Se define como colapso a la disminución de altura que experimenta una probeta de suelo en unas determinadas condiciones de densidad y humedad, confinada lateralmente y sometida a una presión vertical constante, al ser inundada. Como resultado del ensayo se determina el índice de colapso, que es el valor del colapso determinado como el porcentaje de disminución de altura que experimenta la probeta al ser inundada, una vez alcanzado el equilibrio bajo la acción de la presión vertical seleccionada, con respecto a la altura de la probeta en el momento de proceder a la inundación. Este procedimiento se puede utilizar para la determinación de la magnitud del colapso que se produce para una tensión vertical determinada, pero también del potencial porcentual de colapso en un suelo, que es el valor del colapso determinado como el porcentaje de disminución de altura que experimenta la probeta al ser inundada, una vez alcanzado el equilibrio bajo la acción de la presión vertical seleccionada, con respecto a la altura inicial de la probeta.
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ENSAYO DE COLAPSO
EVALUACION DEL COLAPSO IN-SITU CON PRUEBA DE CARGA SATURADA
ENSAYO ESTATICO DE CARGA DIRECTA
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1.8. SOLUCIONES PARA CIMENTACIONES EN ESTOS SUELOS : Para que se desencadene el colapso de un suelo tienen que concurrir dos circunstancias: Que el suelo tenga la potencialidad de colapso, determinada mediante los ensayos y el reconocimiento geotécnico pertinente. Que se den las condiciones de contorno adecuadas, tales como cambios de humedad, inundación o concentración de tensiones.
1.8.1. Por tanto, para prevenirlo habrá que: Realizar una identificación geotécnica adecuada, que permita definir si estamos o no en presencia de suelos colapsables. Para ello es preciso disponer de un estudio geotécnico lo más completo posible, ya se trate de un estudio geotécnico para un gran edificio o para una vivienda unifamiliar. Minimizar la posibilidad de que se desarrollen las condiciones de contorno a las que antes hacíamos referencia. 17
Adoptar medidas constructivas acordes al riesgo que representa la presencia del suelo colapsable (saneamiento flexible y colgado, drenajes adecuados,
tipología
de
cimentación
adecuada,
preferentemente
cimentaciones profundas ejecutadas sin agua de perforación, que superen los niveles colapsables y con consideración de rozamiento negativo, acerados amplios, mejoras de terreno, etc.)
Generación del Colapso por Saturación Saneamiento y drenaje proyectados.
Impermeabilización de suelos.
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Existencia de solados perimetrales Evitar la proximidad de piscinas.
Uso de geomembrana HDPE Evitar la construcción de jardines, diseñando jardineras. Estabilización del terreno mediante procesos físicos o químicos. Compactación Dinámica. Técnicas de vibrosustitución con gravas. Inyecciones de impregnación, de compactación, etc. Técnicas de vibración por explosivos.
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1.8.2. Reparación de daños. La técnica habitualmente empleada como recalce de estructuras de edificación con patologías desarrolladas a consecuencia de algún fenómeno
de
colapsabilidad
son
los
micropilotes.
Dadas
las
particularidades de este tipo de suelos y su “sensibilidad” al agua , los
micropilotes empleados en estos recalces se perforan en seco, sin agua, la cual es sustituida por aire comprimido para ayudar en la perforación. Lógicamente en el desarrollo de las reparaciones de los daños generados por el colapso han de acometerse otras actuaciones específicas de la magnitud y el alcance de dichos daños, lo cual se determinará para cada caso
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COMENTARIOS FINALES Y CONCLUSIONES. A menudo cuando ocurre un desastre, la falla coloca a los propietarios, proyectistas
y
constructores en la posición de adversarios, entonces
siempre
cualquier esfuerzo de solución es orientado hacia la protección de intereses económicos o prácticos lo que no siempre conduce a una buena determinación de las causas reales de la falla y menos a su adecuada solución, más aún cuando existe la influencia política, que en nuestro medio muchas veces se ha dado, orientando a la opinión pública hacia causas o hechos que justifican una mala ejecución de la obra o que enmascaran vicios de construcción. Otras veces las fallas se esconden o no son divulgadas técnicamente por temores inherentes a posiciones administrativas o políticas de los funcionarios responsables, evitando tomar en cuenta el antecedente
para
el diseño
y
construcción
de
obras
futuras
similares,
aumentando enormemente la posibilidad de una repetición catastrófica de errores previos. Los Ingenieros Civiles pueden prevenir las fallas que ocurren en las cimentaciones si hay compromiso o un formal acercamiento al problema y si se puede comprender bajo qué circunstancias fallan los suelos permitiendo que se desarrollen condiciones de riesgo que resultan muchas veces después en catástrofes, esto ha sido
del suelo, sea colapsable, expansivo o de cualquier otra
tipo. Todo esto requiere, además de hacer uso de la observación y la comprobación de las predicciones, utilizando las experiencias pasadas y los métodos probados de solución que vienen a ser una necesidad en la práctica de la ingeniería del futuro, dado a que los ingenieros civiles deben proyectar obras estables y económicas, considerando las necesidades interactuantes
del medio ambiente y los limitados
recursos económicos que disminuyen actualmente, todo lo cual impone a nuestra profesión
la obligación de ejecutar buenos
proyectos apoyados
en
estudios
técnicamente bien ejecutados, por profesionales idóneos y con la experiencia necesaria para resolver los variados problemas que presentan los suelos en las diferentes re guiones del Perú.
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BIBLIOGRAFÍA CENTRO PERUANO JAPONES DE INVESTIGACIONES SISMICAS Y MITIGACION DE DESASTRES – CISMID GEOTECNIA DE LOS SUELOS PERUANOS SUELOS COLAPSABLES. CONCEPTOS Y DESARROLLO DE PATOLOGÍAS http//.civilgeek.com Reglamento Nacional de Edificaciones - Norma E-050 “Suelos y Cimentaciones” Braja M. Das. “Principio de Ingeniería de Cimentaciones”
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