SEGUNDO LABORATORIO: LABORATORIO:
SUELOS EXPANSIVOS I.
INTRODUCCIÓN
Un gran porcentaje de las obras Ejecutadas por los Ingenieros civiles requieren de una cimentación las mismas que siempre se construyen sobre el suelo, el cual es un componente que posee una presión de expansión, así como también al entrar en contacto con el agua presenta una expansión libre. Estas dos propiedades del suelo están directamente inluenciadas por la !umedad inicial del suelo, así como también la saturación inicial del mismo. El ensayo denominado de "expansión libre# consiste en la !umectación del suelo permitiendo permitiendo la expansió expansión n vertical vertical de la probeta probeta en la célula edométrica edométrica $recordemos que el coninamiento lateral de la misma impide deormaciones !ori%o !ori%ontal ntales& es&.. El ensayo ensayo denomi denominad nado o de expan expansió sión n libre libre determ determina inare remos mos cuanto se deorma o varía el volumen del suelo arcilloso para esto usaremos el laboratorio de mecánica de suelos.
II. OBJETIVOS El labo labora rato tori rio o de suel suelos os expa expans nsiv ivos os está está basa basado do en el estu estudi dio o de suelo suelos s expansivos, el cual ocurre en suelos que poseen compuestos con material ino $limo y arcilla, presentándose los casos más recuentes en este 'ltimo&. (sí se buscará determinar los siguientes parámetros)
Estudiar el comportamiento de suelos vulnerables al agua, en este caso se tratará una arcilla de alta plasticidad. *onoc onocer er los los princ rincip ipal ales es ensa nsayos yos y méto étodos dos emp emplead eados en la determinación del índice de expansión y compactación.
III. FUNDAMENTO TEÓRICO 3.1 ARCILLAS EXPANSIVAS +on todas todas aquell aquellas as arcil arcillas las que tienen tienen la capaci capacidad dad de inclui incluirr agua agua en su estructura de láminas lo cual genera un ensanc!amiento o expansión de la estruc estructura tura crista cristalin lina a origin original al que puede puede llegar llegar a produc producir ir probl problema emas s en las undaciones de ediicios, casas y carreteras. as arcillas expansivas pertenecen al grupo mineralógico de los silicatos y en unción de la distribución de los
tetraedros de - +i/- se clasiican sistemáticamente dentro de los ilosilicatos o silicatos laminares, siendo las del grupo de las esmectitas las que tienen mayor expansividad. ( grandes rasgos y en unción del tipo de arcilla, entre lámina y lámina se empla%arán en mayor o menor medida las moléculas de agua que producirán el !inc!amiento. *uando el catión interlaminar es el sodio, las esmectitas tienen una gran capacidad de !inc!amiento, pudiendo llegar a producirse la completa disociación o separación de las láminas, teniendo como resultado un alto grado de dispersión y un máximo desarrollo de propiedades coloidales, que dan lugar a propiedades especiales como las de los lodos estabili%adores tixotrópicos o bentonitas. +i, por el contrario, tienen *a01 o 2g01 como cationes de cambio su capacidad de !inc!amiento será muc!o más reducida. El ion de sodio al !idratarse crece 3 veces de volumen, ormando una segunda capa, su energía térmica provoca repulsión compensada por la carga supericial negativa de la arcilla. ( este eecto se suma su alcalinidad capa% de destruir uniones de carácter más uerte $disociación de los oxidrilos de las capas octaédricas, resulta en carga negativa en los bordes repeliéndose con las caras y aumento de la capacidad de intercambio catiónico&. 4ay que tener en cuenta que los cationes de 5a 1 son muy reactivos y ácilmente despla%ables por otros cationes.
3.2
RECONOCIMIENTO DE UNA ARCILLA EXPANSIVA
Un suelo expansivo, implica no solamente la tendencia a aumentar de volumen cuando aumenta el contenido de agua, sino también la disminución de volumen o contracción si el agua se va perdiendo. Una manera de poder observar si un suelo tiene potencial de !inc!amiento o si presenta expansividad es mediante las siguientes metodologías)
3.2.1 Análii Min!"#l$%i&': Es determinar las propiedades básicas de las arcillas, mediante técnicas adecuadas de laboratorio, los minerales que conorman la arcilla se pueden evaluar cuantitativamente. Montmorillonita
Está denotada por la ormula 6eneral) $5a, *a& 7,8 $(l, 2g& 0 +i- /97 $/4&0 :n40/ a 2ontmorillonita es un ilosilicato del grupo de las esmectitas. Este mineral tiene las siguientes características) ;
Es muy expansiva, de alta plasticidad y de muy baja permeabilidad.
;
as unidades están enla%adas por uer%as de >an der ?aals $sistema de capa triple o;t;o&. *ada enlace es roto ácilmente por corte por lo tanto la 2ontmorillonita es pegajosa y suave cuando se enrolla entre los dedos.
3.2.2 M()'*' *! l' +n*i&!: os ensayos de propiedades índices del suelo pueden ser usados para la evaluación del potencial de !inc!amiento de los suelos expansivos. Estos ensayos son áciles de reali%ar y deberían ser incluidos en los ensayos rutinarios en la investigación para un estudio de mecánica de suelos en aquellas áreas donde existen antecedentes de presencia de suelos expansivos. @odrían incluir los siguientes ensayos estándar.
ímite líquido $&. ímite plástico $@&. ímite de contracción $*&.
3.2.2.1Holtz y Gibbs (1956) 4olt% y 6ibbs demostraron que el índice plástico y el límite líquido son índices 'tiles para determinar las características de expansión de las arcillas.El grado de peligrosidad que orecen las arcillas !a sido correlacionado por 4olt% y 6ibbs en 9A=- por medio de su límite de contracción seg'n el cuadro, que durante un tiempo ue muy usada. Límite de contracción <10
Peligro de hinchamiento Critco
10 – 12
Marginal
>12
No critco
3.2.2.2Seed, Woodward y !nd"ren# *onsiderando que el potencial de !inc!amiento está deinido como el porcentaje de !inc!amiento de una muestra coninada lateralmente, la cual !a sido !umedecida bajo una carga de 9.7 lbBpul0 después de ser compactada a la máxima densidad seca y al óptimo contenido de !umedad, siguiendo la 5orma del ensayo @roctor 2odiicado (+<2;C9==3. Estos autores establecieron la siguiente relación) S =60∗ K ∗ I ∗ P
2.44
Conde) S : potencial de hinchamiento IP : indice plastico 5
k :3.6∗10 ( constante )
Una relación entre el potencial de !inc!amiento de las arcillas y el índice de plasticidad es como la que se presenta)
Límite de plascidad % 0 - 15 10 - 35 20 - 55 <55
Potencial de hinchamiento Bajo Medio Alo Muy alo
+eg'n este cuadro se observa que a mayor índice de plasticidad se maniiesta mayor !inc!amiento. 3.2.2.3$an"anat%an y Stayanarayana# En 9AD=, dan una tabla para reconocer la potencialidad de la expansión, dando un nuevo índice de contracción en donde este índice de contracción es obtenido como la variación del contenido de !umedad correspondiente al límite líquido y al límite de contracción seg'n la siguiente expresión)
I*F G * Conde) I*) índice de contracción. ) limite líquido. *) límite de contracción L!ie de Conracci"n # 0 - 20 20 - 30 30 - &0 >&0
$oencial de %inc%a!ieno Bajo Medio Alo Muy alo
3.2.2.&G.'. Sowers# En 9AD9, propuso una correlación basándose en las propiedades índices de los suelos susceptibles a cambios de volumen.
'i"ra 1. *riterio de peligrosidad a partir de la expansión. $/teo, 9AHD&
3.2.3 PRESION DE ,INC,AMIENTO 3.2.3.1aid y *omorni+ (1969)# @ropuso una ecuación que se utili%a para calcular la presión de expansión. Esta se encuentra basada en un extenso análisis estadístico de más de 077 muestras de suelo la ecuación propuesta por los autores es) log P x = 2.132+ 0.0208∗¿+ 0.665∗ γ d −0.0269∗W 0
Conde) PS : presi ó n de hinchamiento ( kg / cm ¿ : limiteliquido ( )
2
)
2
γ d : Peso volumetrico seco ( ton / m ) W o : Humedad naturalen porcentaje 3.2.3.2i-ayer"ia y G%azzaly# >ijayvergiva y 6!a%%aly en 9A38 establecieron la relación que determina la presión de !inc!amiento para suelos espaoles y al menos es la más usada en Espaa.
log P o=
1 ( 0.65∗¿+ 62.5∗γ d−139.5 ) 19.5
