Identificación de Suelos Expansivos

2.3 Identificación de suelos expansivos Los suelos que contienen arcillas expansivas llegan a ser muy pegajosos cuando están húmedos y usualmente son caracterizados por grietas en la superficie o una textura de “rosetas de maíz” cuando están secos. or lo tanto! la presencia de grietas en la superficie es usualmente un síntoma de que se trata de un suelo expansivo. "on tres los m#todos para identificar y clasificar el potencial de expansi$n de un suelo. % &dentificaci$n mineral$gica 'm#todo cualitativo( % )#todos indirectos 'm#todo semicuantitativo( y % )ediciones directas 'm#todo cuantitativo(

Identificación mineralógica La composici$n mineral de los suelos expansivos tiene influencia importante so*re el potencial de expansi$n! de*ido a la estructura reticular! que está compuesta compuesta por las láminas láminas silícicas silícicas y las alumínicas! alumínicas! según el tipo de arcilla. arcilla. Las cargas el#ctricas negativas so*re la superficie de los minerales de arcilla! la firmeza entre las capas ligadas y la capacidad de intercam*io cati$nico! influyen en el potencial de expansi$n de la arcilla. +e esta forma se supone que identificando los constituyentes mineral$gicos de la arcilla se puede estimar el potencial de expansi$n. Las t#cnicas que pueden utilizarse son,     

+ifracci$n rayos  nálisis t#rmico diferencial  *sorci$n de calor  nálisis químico y )icroscopio electr$nico.

La identificaci$n de los minerales de la arcilla es importante! pero no es nece necesa sari rio o más más que que en dos dos o tres tres mues muestr tras as en cada cada empl emplaz azam amie ient nto. o. /l procedimiento más conveniente hoy es la difracci$n de rayos -. /l análisis t#rmico diferencial no parece llegar a definiciones concretas0 el microscopio electr$nico! especialmente el de *arrido! no deja duda alguna en general! respecto a las partículas que contemplamos! pero el campo es tan peque1o que no permite un juicio seguro so*re el conjunto! ya que los suelos tienen casi siempre mezcla de diversas especies '2oltz y 3i**s! 45670 8uárez y 9ico! 45:;(. or estas razones los m#todos arri*a mencionados m encionados de*erían ser usados en com*inaci$n para evaluar cualitativamente los tipos minerales que contiene la arcilla.

Identificación a través de propiedades Índice La evaluaci$n del potencial de expansi$n puede realizarse por medio de prue*as sencillas. /stas prue*as pueden incluir en la rutina! para la investigaci$n del lugar donde se realizara la o*ra que se trate. Las prue*as índices pueden ser,  Límites de tter*erg  Límite de contracci$n lineal  /xpansi$n li*re y
Límites de Atterberg 2oltz y 3i**s '456;( demostraron que el índice de plasticidad y el límite líquido son índices de utilidad para determinar las características de expansi$n de la mayoría de las arcillas. /l potencial de expansi$n se define como el porcentaje de aumento de volumen en una muestra confinada lateralmente! la cual se satura *ajo una so*recarga de ;.5 =>?m@ 'A.A:=g?cm@(! despu#s de ser compactada a su peso volum#trico máximo en la humedad $ptima! de acuerdo a la prue*a "2BC estándar  uesto que el límite líquido y la expansi$n de las arcillas dependen de la cantidad de agua que la arcilla trata de a*sor*er! no es sorpresa que est# relacionados. La relaci$n entre el potencial de expansi$n de las arcillas y el índice de plasticidad puede esta*lecerse como a continuaci$n se indica en la Ba*la

Contracción lineal "i suponemos que el potencial de expansi$n es una propiedad opuesta a la medici$n de la contracci$n lineal! entonces las características de esta de*en ser índices consistentes y confia*les del potencial de expansi$n.  ltemayer sugiri$ en 4566 a manera de guía para la determinaci$n del potencial de expansi$n! varios valores de límite de contracci$n lineal! como se muestra en la Ba*la

 ún falta investigaci$n evidente y concluyente respecto a la correlaci$n entre el potencial de expansi$n y el límite de contracci$n.

xpansión Libre La prue*a de expansi$n li*re propuesta por 2oltz y 3i**s '4567(! consiste en colocar 4A cm de suelo seco que pasa la malla >o. 7A dentro de agua destilada! o*servando el volumen que se tiene despu#s de que el material se esta*iliza en el fondo de una pro*eta graduada de 4AA cmD. La diferencia entre el volumen inicial y el final! expresada como porcentaje del volumen inicial! es el valor de la expansi$n li*re. /sta prue*a de expansi$n es muy *urda y se us$ hace mucho tiempo! cuando no eran posi*les m#todos y prue*as más refinadas

Contenido coloidal ara prop$sitos ingenieriles el t#rmino coloide es usado para descri*ir a una partícula cuyo desarrollo es controlado por fuerzas superficiales 'electrostáticas( que por fuerzas gravitacionales. Los coloides se definen como aquellos cuyo tama1o es menor que A.AA4 mm. /l tama1o de los granos

laminares de una arcilla manifiesta influencia en el potencial de expansi$n! en especial el contenido coloidal. La cantidad de expansi$n aumentará con la cantidad de arcilla presente en el suelo. ara cualquier tipo de arcilla! la relaci$n entre el potencial de expansi$n y el porcentaje de arcilla 'en cuento al tama1o de granos( puede expresarse mediante la siguiente ecuaci$n.  X  S = K C  +onde, " E potencial de expansi$n! expresado como porcentaje de expansi$n *ajo ;!5 =>?m@ 'A!A: =g?cm@(! de so*recarga para una muestra compactada en la humedad $ptima ara el peso específico máximo! de acuerdo la prue*a de compactaci$n  "2BC estándar. < E porcentaje de granos arcillosos menores de A!AA@ mm x E exponente que depende del tipo de arcilla F E coeficiente que depende del tipo de arcilla La cantidad del tipo de granos arcillosos se puede determinar a trav#s de la prue*a de hidr$metro! el tipo de coloides se refleja en x y F! en la ecu. '4.7( y controla la cantidad de expansi$n.

Clasificación de suelos expansivos !étodos directos !étodo "#$% )#todo G"H9 desarrollado por 2oltz y 3i**s '456;(! como lo muestra la Iig. ropusieron un cierto criterio de identificaci$n de suelos expansivos que se muestra en la Ba*la en la figura anterior.

9elaci$n entre el cam*io de volumen y contenido coloidal! índice plástico y limite +e contracci$n 'según 2oltz y 3i**s! 456;(

/n especial de*ería tomarse en cuenta la diferencia que existe en el comportamiento de un suelo inalterado y un remoldeado.
S

=B e

( )

 A   IP

+onde,  EA!AJDJ HEA!@66J /sta expresi$n se o*tiene considerando una so*recarga de ;!5 =>?m@ 'A!A: =g?cm@( en las prue*as de potencial de expansi$n.

!étodo de la actividad. /l m#todo de la actividad fue propuesto por "eed! Koodard y Lungren y se *as$ en material remoldeado. La actividad se define como la relaci$n entre el índice de plasticidad y el por ciento de granos menores de @ micras. "eed et al '45;@( modificaron la definici$n a trav#s de la siguiente relaci$n,

 Indice de plasticidad  Actividad = ( < 0.002 mm )−10

/l criterio de "eed! Koodard y Lundgren se expresa en la Iig. 4.; /l cam*io en la definici$n original de actividad realizada por "eed et al '45;@( se de*e a que el criterio no tenía en cuenta la especie mineral$gica de los finos.

"=empton sugiri$ tres clases de arcillas de acuerdo a actividad, inactivo para actividades menores de A!:60 normal! para actividades entre A!:6 y 4!@60 y activo para valores mayores de 4!@6. Las arcillas activas proveen más potencial de expansi$n. Malores típicos para varios minerales de arcilla son los siguientes,

!étodos indirectos !étodo de la actividad &'(C) La determinaci$n del otencial de cam*io volum#trico 'M<( del suelo fue desarrollada por Lam*e '45;A( *ajo los auspicios de la Iederal 2ousing  dministration 'G"(. Las muestras son primeramente compactadas en el consolid$ metro de anillo fijo con energías específicas de @!;DJ =8?mD '@;!J: =gcm?cmD(. +espu#s se aplica una presi$n inicial de 4!DJA =>?m@( y se agrega agua la muestra la cual esta parcialmente restringida de la expansi$n vertical por un anillo de carga. La lectura del anillo de carga se toma despu#s de dos horas y se convierte a presi$n! siendo designada índice de expansi$n. Lam*e '45;A( esta*leci$ las siguientes categorías,

/l m#todo M< no mide en sí mismo el potencial de expansi$n. /l verdadero potencial medido para una arcilla puede ser mucho mayor. /l m#todo del M< puede utilizarse únicamente en forma comparativa entre varios suelos expansivos

Capacidad de intercambio cationico &CC* cation exc+ange capacit,) /l
equivalentes por 4AA gr de arcilla seca. ltos valores de
Índice de xpansión libre La prue*a de Nndice de expansi$n '"B) +7J@5(! nderson y Lade! 45J4. /n esta prue*a una muestra de suelo es remoldeada dentro de un anillo con un diámetro estándar de 7” '4A@ mm( y 4” '@6 mm( de alto con un grado de saturaci$n cerca de 6AO. Gna so*recarga de 4l*?in@ ';!5 =a( es aplicada! y entonces la muestra es saturada y no se permite moverla hasta alcanzar un cierto valor o despu#s de @7 hrs. La cantidad de expansi$n es expresada en t#rminos del índice de expansi$n! o /&! el cual es definido como, /& E 4AAA h I +onde,  /& E índice de expansi$n  h E expansi$n del suelo  I E porcentaje de muestra por peso que pasa a trav#s de la malla >o. 7. /l potencial de expansi$n de un suelo es clasificado de acuerdo al índice de expansi$n como sigue,

Coeficiente lineal de extensibilidad &C-L) /s una prue*a de contracci$n que determina los esfuerzos lineales de una muestra inalterada! no confinada! con un valor de succi$n de 6 psi 'DD=a( a 46A!AAA psi '4AA )a(.
PL+? PL+ E esfuerzo lineal relativo para condiciones secas Qd+ E densidad de una muestra seca Qd)Edensidad de una muestra a una succi$n de DD =a /l valor de