En el presente trabajo, trataremos acerca de los SUELOS DISPERSIVOS, en su descripción general de los suelos, su identificación en campo y laboratorio mediante los ensayos más utilizados y mencionando algunos casos que se estudiaron, además de posibles soluciones que se le puede dar cuando nos encontramos en los diferentes proyectos con este tipo de suelos.
SUELOS DISPERSIVOS
MECANICA DE SUELOS
CATEDRA: MECANICA DE SUELOS. CATEDRATICO: Ing. WILLIAM HUIZA BORDA. INTEGRANTES: CURASMA MATAMOROS, MARCO ANTONIO. HUAYLLANI CONDOR, INGRID NIKOL. POMA VIDAL, KENIA MARIBEL. QUISPE GASPAR, ANALI. SANDOVAL CONDORI, ESTEFANI KAREN.
CICLO: VI HUANCAVELICA – PERÚ 2016
MECANICA DE SUELOS
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INDICE
INDICE ............................................................................................................................. 2 INDICE DE GRAFICOS ................................................................................................. 4 INDICES DE TABLAS ................................................................................................... 5 INTRODUCCION ............................................................................................................ 6 OBJETIVOS ..................................................................................................................... 7 1.1.
OBJETIVO GENERAL ..................................................................................... 7
1.2.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................ 7
CAPITULO I.
DESCRIPCION GENERAL DE LOS SUELOS DISPERSIVOS ...... 8
1.1.
ORIGENES DE SUELOS DISPERSIVOS ....................................................... 8
1.2.
CARACTERISTICAS DE SUELOS ................................................................. 8
1.3.
DESCRIPCION DE LOS SUELOS DISPERSIVOS ........................................ 9
1.4.
SUELOS DISPERSIVOS ................................................................................ 10
1.5.
ARCILLAS DISPERSIVAS............................................................................ 10
1.6.
PROPIEDADES GEOLOGICAS .................................................................... 11
1.7.
PROPIEDADES QUIMICAS.......................................................................... 11
1.8.
TIPOS DE EROSION ...................................................................................... 12
1.9.
TUBIFICACION ............................................................................................. 14
1.10.
TUBIFICACION RETROGRADA ............................................................. 14
1.11.
POZOS O SUMIDEROS ............................................................................. 16
CAPITULO II.
IDENTIFICACION DE LOS SUELOS DISPERSIVOS ................. 16
2.1.
IDENTIFICACION DE LOS SUELOS DISPERSIVOS ................................ 16
2.2.
IDENTIFICACION EN CAMPO .................................................................... 21
2.3.
IDENTIFICACION EN LABORATORIO ..................................................... 21
2.3.1.
ENSAYOS QUIMICOS ........................................................................... 22
2.3.2.
ENSAYO DE CRUMB ............................................................................ 25 MECANICA DE SUELOS
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2.3.3.
ENSAYO DE DOBLE HIDROMETRO .................................................. 26
2.3.4.
ENSAYO DE PINHOLE ......................................................................... 27
2.4.
ESTABILIZACION DE LOS SUELOS DISPERSIVOS ............................... 30
CAPITULO III. PREVENCION DE DAÑOS EN LOS SUELOS DISPERSIVOS ... 33 3.1.
CASOS ESTUDIADOS EN EL PERU Y EN LA REGION DE
HUANCAVELICA ..................................................................................................... 34 3.1.1.
Casos estudiados en el Perú ...................................................................... 34
3.1.2.
Casos estudiados en la región de Huancavelica ....................................... 36
3.2.
SOLUCIONES A LOS SUELOS DISPERSIVOS .......................................... 41
3.3.
MEDIDAS PARA PRECAUCION Y PREVENCION ................................... 41
3.3.1. Prevención de Fallas en las Presas por Tubificación ................................... 41 CONCLUSIONES .......................................................................................................... 42 RECOMENDACIONES O PROPUESTA..................................................................... 43 REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA ................................................................................ 44
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INDICE DE GRAFICOS Grafico 1.-Procesos de Dispersión ................................................................................. 11 Grafico 2.- Procesos de defloculación ............................................................................ 12 Grafico 3.- Tipos de erosión ........................................................................................... 13 Grafico 4.- Erosión de las pistas ..................................................................................... 13 Grafico 5.- Ejemplo de falla por tubificación en una presa debido a la presencia de suelos dispersivos ...................................................................................................................... 14 Grafico 6.- Fenómeno de tubificación en presas pequeñas de tierra. ............................. 15 Grafico 7.- Fenómenos de tubificación en presas pequeñas de tierra. ........................... 15 Grafico 8.- Tubificación Hidraulica. Fenómeno de tubificación en presas pequeñas de tierra. ............................................................................................................................... 15 Grafico 9.- Tubificación como pozos ............................................................................. 16 Grafico 10.- Etapas en el desarrollo de una cárcava....................................................... 17 Grafico 11.- Ejemplo de falla por tubificacion en una presa debido a la presencia de suelos dispersivos ...................................................................................................................... 19 Grafico 12.- Erosion profunda por tubificacion en suelos dispersivos........................... 19 Grafico 13.- En esta foto la funcion de los arboles es interceptar el paso del agua a la superficie que ocasiona el “entubamiento” y el derrumbamiento de la pared del “gully” ........................................................................................................................................ 20 Grafico 14.- La erosion tipo “gully” se puede controlar a vces con una extensa vegetacion, tal como se muestra en esta foto en Holanda.................................................................. 20 Grafico 15.- Falla provocada por la filtración del agua de una laguna en suelos dispersivos en Orlando, Florida ......................................................................................................... 21 Grafico 16.- Esquema del aparato utilizado para la obtención del extracto de saturación de la muestra de suelo. .................................................................................................... 24 Grafico 17.- Ensayo de Doble Hidrómetro ..................................................................... 26 Grafico 18.- Esquema del equipo del Ensayo de Pinhole............................................... 27 Grafico 19.- Esquema del Aparato de Simulación del Proceso de Falla por Erosión Interna ........................................................................................................................................ 29 Grafico 20.- Laguna de San José en Chiclayo, de aquí se obtuvo dos de las muestras analizadas........................................................................................................................ 34 Grafico 21.- Presa de Tinajones, de esta presa se analizó una de las muestras .............. 35 MECANICA DE SUELOS
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INDICES DE TABLAS Tabla 1.- Grado de dispersividad en función del porcentaje de sodio intercambiable ... 22 Tabla 2.- Grado de dispersividad de los suelos, en función del “Porciento de Sodio” y el Total de Sales Disueltas (TSD) en el agua intersticial, identificándose los mismos mediante tres zonas ......................................................................................................... 24 Tabla 3.- Curvas granulométricas obtenidas en un suelo mediante el Ensayo del Doble Hidrómetro. .................................................................................................................... 25 Tabla 4.- Criterios para clasificar los suelos a partir del Ensayo de Pinhole ................. 28
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INTRODUCCION El presente trabajo se desarrolla para dar a conocer las características generales, lugares donde se encuentra este tipo de suelo, los daños que ocasionan, medidas de prevención y alternativas de solución, esto enfocándose en la parte ambiental y sanitaria por ejemplo para ver la construcción de embalses de agua, para canales de riego, para plantar árboles alrededor de ríos y otros. Se requiere conocer los métodos físicos más empleados que existen actualmente para identificar los suelos dispersivos, y busca dar a conocer más sobre este tipo de suelo no muy conocido en nuestro medio, por el hecho de que no existen estudios realizados en la ciudad y alrededores. Este suelo está compuesto mayormente de arcilla altamente erosionable que hace que sea dispersivo y no compacto. La tendencia a la erosión dispersiva en un suelo dado depende de muchas variables, tales como la mineralogía, la química de la arcilla y las sales disueltas en el agua de los poros del suelo y la erosión del agua. Para una mejor compresión de ésta, es necesario conocer estas variables para identificar mejor a este tipo de suelo.
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OBJETIVOS 1.1. OBJETIVO GENERAL
Es tener clara la identificación de suelos dispersivos, estableciendo factores para que se pueda lograr una buena identificación y reconocimiento de suelo, estableciendo métodos para garantizar que la identificación de suelos sea adecuada para poder realizar cualquier tipo de proyecto sobre este tipo de suelos
1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Conocer el nivel de colapso que puede tener el suelo, al no realizar una buena identificación de suelos dispersivos.
Precisar cuáles son las estrategias y soluciones que se puede plantear para tener un buen resultado al realizar cualquier tipo de proyecto sobre los suelos dispersivos.
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CAPITULO I. DESCRIPCION GENERAL DE LOS SUELOS DISPERSIVOS 1.1.ORIGENES DE SUELOS DISPERSIVOS Las arcillas dispersivas no han sido definitivamente asociadas con un origen geológico específico pero la mayoría ha sido encontrada como arcillas de origen aluvial. Igualmente, en algunas áreas, rocas arcillolitas y lutitas tienen las mismas sales en el agua de poros que las acillas dispersivas y, por lo tanto, sus suelos residuales son dispersivos. Algunas arcillas de las laderas de lechos de río son también dispersivas (Hilda Garay Porteros & Jorge E. Alva Hurtado, 1999). Estudios recientes indican que las arcillas dispersivas se encuentran asociadas solo con suelos formados en climas áridos y semiáridos de suelos alcalinos. En Colombia, se presentan en el Huila y la Guajira (ambiente árido y suelo marino). Resulta que estas arcillas deban su origen a rocas que estuvieron, en algún tiempo geológico, sumergidas en el mar, donde adquirieron los niveles de sodio que las caracterizan. (Hilda Garay Porteros & Jorge E. Alva Hurtado, 1999). 1.2.CARACTERISTICAS DE SUELOS Los suelos de color amarillo, anaranjado, marrón a rojizo no muestran características dispersivas; sin embargo, las de color verdoso, celeste son dispersivos. Puesto que al sumergir en agua, una bola de arcilla remoldeada y seca, las que muestran la coloración primero indicada mantienen su forma y las segundas se disgregan rápidamente (Simon Ordoño Pauro, 2011). Algunas características y lugares donde pueden encontrarse los suelos dispersivos: La presencia de quebradas profundas y fallas por tubificación en pequeñas presas, habitualmente indican la presencia de suelos dispersivos. La erosión en grietas de los caminos, la erosión tipo túnel a lo largo de las líneas de quebradas y la erosión de intemperización o arcillas unidas en roca pueden señalar suelos potencialmente dispersivos. La presencia de agua nublada en presas pequeñas y charcos de agua después de la lluvia indica suelos dispersivos. Algunos suelos derivados de la lutita y la arcillita bajo un medio marítimo son también dispersivos. Suelos con un alto contenido orgánico probablemente no son dispersivos (esto necesita ser tratado con cautela, desde que muchos suelos tipo "algodón negro" son dispersivos). MECANICA DE SUELOS
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Las áreas de producción con poca cosecha y el crecimiento mal desarrollado también pueden indicar suelos altamente salinos, muchos de los cuales son dispersivos. Sin embargo, los suelos dispersivos pueden también presentarse en suelos neutrales o en suelos ácidos y pueden apoyar al crecimiento frondoso del césped. (Hilda Garay Porteros & Jorge E. Alva Hurtado, 1999).
1.3.DESCRIPCION DE LOS SUELOS DISPERSIVOS Son aquellos suelos que, por naturaleza de su mineralogía y la química del agua en ellos, son susceptibles a la separación de las partículas individuales y a la posterior erosión a través de grietas en el suelo bajo la infiltración de agua. Son suelos altamente erosivos a bajos gradientes hidráulicos de flujo de agua. Incluso en algunos casos con el agua en reposo. Las arcillas dispersivas son fácilmente erosionables debido al estado físico-químico de la fracción de la arcilla de un suelo que causa a las partículas individuales de la arcilla a deflocularse (dispersarse) y se rechazan en la presencia del agua relativamente pura. Las arcillas en este estado son altamente erosivas por los bajos gradientes hidráulicos del flujo del agua y en algunos casos por el agua en reposo. Cuando el suelo de arcilla dispersiva es sumergido en agua, la fracción de arcilla tiende a comportarse de manera semejante a las partículas granulares, es decir las partículas de arcilla tienen una atracción mínima de electroquímica y fallan hasta adherirse cercanamente o enlazarse con otras partículas de suelo. Así, el suelo de arcilla dispersiva erosiona con la presencia del agua que fluye cuando las plaquetas individuales de la arcilla son partidas y transportadas. Tal erosión puede ser provocada por una filtración inicial a través de la presa, por ejemplo, en las áreas de suelos con alta permeabilidad, especialmente alrededor de los conductos, contra las estructuras de concreto y en los contactos de las cimentaciones, el secado de grietas, el asentamiento diferencial de las fisuras, la saturación del asentamiento de las fisuras, y/o el fracturamiento hidráulico. La principal diferencia entre las arcillas dispersivas y las ordinarias es su resistencia a la erosión; las arcillas aparecen en la naturaleza de los cationes en los poros del agua de la masa de arcilla. Las arcillas dispersivas tienen una preponderancia de cationes de sodio, en tanto las arcillas ordinarias tienen una preponderancia de cationes de calcio, potasio y magnesio en el agua de poros. (Hilda Garay Porteros & Jorge E. Alva Hurtado, 1999) MECANICA DE SUELOS
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1.4.SUELOS DISPERSIVOS Las arcillas dispersivas son aquellas que, por la naturaleza de su mineralogía y química del agua en los suelos, son susceptibles a la separación de las partículas individuales y a la posterior erosión a través de grietas en el suelo bajo la filtración de flujos. Estas arcillas erosionan rápidamente en presencia del agua cuando las fuerzas repulsivas que actúan entre las partículas de arcilla exceden a las fuerzas de atracción (Van der Waals) de tal forma que las partículas son progresivamente separadas desde la superficie entrando a una suspensión coloidal. Por esta razón estas arcillas son llamadas arcillas “defloculadas”, “dispersivas” o “erodibles”. Son suelos altamente erosivos a bajos gradientes hidráulicos del flujo del agua, e incluso en algunos casos en agua en reposo. (Knodel, P. C.,, 1991). 1.5.ARCILLAS DISPERSIVAS Las arcillas dispersivas no están definitivamente asociadas a una formación geológica específica y han sido encontradas en depósitos aluviales, sedimentos lacustres, depósitos de loess y llanuras diluviales. Con frecuencia se ha encontrado en el agua de los poros de rocas calizas y esquistos originarios de depósitos marinos el mismo contenido de sales que en las arcillas dispersivas y el suelo residual de estas rocas es también dispersivo (Knodel, P. C.,, 1991). Los suelos arcillosos se han considerado muy resistentes a la erosión debida a flujos de agua, sin embargo, se reconoce la existencia de suelos arcillosos altamente erosionables en la naturaleza. Algunos suelos de arcilla natural se dispersan en presencia de un flujo de agua relativamente puro, y por lo tanto, son altamente susceptibles a la erosión. (Jose L. Hernandez Tovar & Jorge A. Gomez Granados, 2012) La tendencia a la erosión por dispersión en un suelo dado, depende de variables tales como la mineralogía y la química de la arcilla, así como las sales disueltas en el agua en los poros del suelo y en el flujo de agua erosionable. Tal flujo es de lento movimiento y erosiona rápidamente las arcillas, incluso más rápido en comparación con suelos no cohesivos, arenas finas y limos. Las placas de arcillas individuales son separadas y arrastradas por el flujo de agua. Esta erosión puede comenzar en una grieta seca, una hendidura por asentamiento, una fractura hidráulica u otro canal de lata permeabilidad en una masa de suelo. (Jose L. Hernandez Tovar & Jorge A. Gomez Granados, 2012) MECANICA DE SUELOS
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Grafico 1.-Procesos de Dispersión 1.6.PROPIEDADES GEOLOGICAS Los suelos dispersivos son derivados de rocas con bajo calcio y magnesio, pero con un alto contenido de sodio, como la albita y la anfibolita. La mayoría de los suelos dispersivos contienen Esmectita o Ilita, con materiales de caolinita que generalmente son no dispersivos (Elges). El sodio en los suelos puede ser derivado del envejecimiento natural de ciertos tipos de rocas, de materiales depositados bajo condiciones marinas o salinas, o de disolución, filtración y deposición de sodio en el perfil de suelo, durante procesos geomorfológicos. Esto obviamente influye en el tipo y localización de sodio en el material. (Jose L. Hernandez Tovar & Jorge A. Gomez Granados, 2012) La mayoría de las arcillas dispersivas encontradas por ellos, consistían en arcillas aluviales en forma de lavados, camas de depósitos lacustres, depósitos de loess y depósitos de llanuras de inundación. También apunto que algunas piedras de arcilla y esquistos depositados bajo condiciones marinas presentaban los mismos poros de aguas salinas que las arcillas dispersivas (Sherard). 1.7.PROPIEDADES QUIMICAS La dispersión es un proceso por el cual las partículas de suelo (en este caso específico, de arcillas) de muy pequeñas dimensiones, ven disminuidas sus fuerzas de atracción molecular por efecto de la presencia de iones de sodio, lo que las vuelve susceptibles al arrastre o la dilución.
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Los suelos dispersivos incluyen sólo esos suelos donde la fracción coloidal (partículas de arcilla menores a 0.2 micras) se deflocula y entra en dispersión. Esto como resultado de las fuerzas de repulsión (cargas eléctricas superficiales) entre las partículas de arcilla del suelo que exceden las fuerzas de atracción (fuerzas de Van Der Waals). Cuando esto ocurre los coloides se repelen unos a otros y se mueven dentro de la solución, donde permanecen en suspensión y la solución no esclarece con el tiempo. Este fenómeno físico-químico de la repulsión de arcilla es la base de los suelos dispersivos, lo cual constituye una causa particular en la formación de procesos de erosión.
Grafico 2.- Procesos de defloculación 1.8.TIPOS DE EROSION Los suelos dispersivos son derivados de rocas con bajo calcio y magnesio pero con un alto contenido de sodio como la albita y la anfibolita. (ELGES, 1985) Observo que la mayoría de los suelos dispersivos contienen esmectita o llita, con materiales de caolinita que generalmente no son dispersivos. El sodio en los suelos puede ser derivado del envejecimiento natural de ciertos tipos de rocas de materiales depositados bajo condiciones marinas o salinas, o de disolución, filtración y deposición del sodio en el perfil del suelo, durante procesos geomorfológicos.
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Grafico 3.- Tipos de erosión Esto obviamente influye en el tipo y localización de sodio en el material. (SHERARD, DUNNINGAN, & DECKER, 1976), señalo que la mayoría de las arcillas dispersivas encontradas por ellos, consistían en arcillas aluviales en forma de lavados (slopewash), camas de depósitos lacustres, depósitos de loes y depósitos de llanuras de inundación .también apunto que algunas piedras de arcilla y esquistos depositados bajo condiciones marinas presentaban los mismos poros de aguas salinas que las arcillas dispersivas La mayoría de los estudios documentados, han demostrado que las fallas de las estructuras construidas sobre suelos de arcillas dispersivas, están asociadas con la presencia de agua y de grietas generadas por las deficiencias de la contracción de la base de la presa, los asentamientos diferenciales o la construcción como tal (Hernandez Tovar & Gomez Granados, 2012).
Grafico 4.- Erosión de las pistas
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1.9.TUBIFICACION Este fenómeno se presenta cuando las fuerzas resistentes a la erosión son menores que las fuerzas del flujo de agua que tiende a producirla de manera que las partículas son removidas y transportadas por la corriente. Este problema se puede iniciar en cualquier grieta (por pequeña que esta sea) producto de asentamientos diferenciales, sismos o grietas de tensión, incluso a partir de orificios dejados por raíces o troncos podridos. La falla puede suceder desde el primer llenado o después de algún (o mucho) tiempo de haber sido finalizado la construcción. Para que esta falla se produzca es inevitable que una grieta debe de estar presente desde el inicio.
Grafico 5.- Ejemplo de falla por tubificación en una presa debido a la presencia de suelos dispersivos 1.10. TUBIFICACION RETROGRADA La tubificación retrógrada se puede producir en prácticamente todos los suelos (en los no cohesivos si algún estrato o estructura impide el desmoronamiento del túnel), desde aguas abajo hacia aguas arriba, siguiendo preferentemente el camino de concentración de las líneas de filtración. El conducto se forma por las zonas geológicamente más débiles, por planos de estratificación permeable, o en cualquier otra zona de concentración del flujo donde la energía llega sin sufrir grandes pérdidas significativas debidas a la fricción.
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Grafico 6.- Fenómeno de tubificación en presas pequeñas de tierra.
Grafico 7.- Fenómenos de tubificación en presas pequeñas de tierra. Consiste en infiltración brusca del agua a través de las grietas de los terraplenes, bajo los efectos de la carga hidráulica, ejerciendo subpresiones y presiones en todas las direcciones.
Grafico 8.- Tubificación Hidraulica. Fenómeno de tubificación en presas pequeñas de tierra. MECANICA DE SUELOS
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1.11. POZOS O SUMIDEROS La morfología de los túneles, que al inicio son verticales y luego se desarrollan horizontalmente, sugiere la forma de jarras. Estos se producen por el agua de lluvia penetra (y erosiona) por pequeñas fisuras abiertas por contracción o raíces de plantas. Son característicos de las arcillas dispersivas (Lismar, Márquez, & Massabié, 2009).
Grafico 9.- Tubificación como pozos CAPITULO II.
IDENTIFICACION DE LOS SUELOS DISPERSIVOS
2.1.IDENTIFICACION DE LOS SUELOS DISPERSIVOS La identificación de los suelos dispersivos debería comenzar con el reconocimiento en campo para determinar si existe alguna indicación en la superficie, como erosiones en forma de túneles y hondonadas profundas, junto con cualquier depósito de agua. Algunos patrones que indican este fenómeno pueden ser aspectos inusuales de erosión, con túneles y profundos barrancos, coincidiendo con una turbidez excesiva en cualquier tipo de almacenamiento de agua. Zonas con escasa producción agrícola y retrasos en el crecimiento vegetativo también pueden indicar suelos altamente salinos muchos de los cuales son dispersivos. Sin embargo, los suelos dispersivos también pueden presentarse en suelos neutros o ácidos y pueden apoyar el crecimiento exuberante de césped. (ELGES H. , 1985) MECANICA DE SUELOS
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Grafico 10.- Etapas en el desarrollo de una cárcava
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Aunque la falta de tal evidencia no excluye la presencia de arcillas dispersivas en la profundidad, y se debería proceder con exploraciones adicionales. Las arcillas dispersivas no pueden ser identificadas por las pruebas de índice estándar de laboratorio, como la clasificación visual, granulometría, peso específico o límites de Atterbeg, porque se clasificarían erróneamente como una arcilla cualquiera, por lo tanto, es necesario implementar otros tipos de ensayos de laboratorio creados para este fin. Los suelos dispersivos también pueden determinarse por el comportamiento de los suelos. Por ejemplo:
La presencia de quebradas profundas y fallas por tubificación en pequeñas presas, habitualmente indican la presencia de suelos dispersivos.
La erosión en grietas de los caminos, la erosión tipo túnel a lo largo de las líneas de quebradas y la erosión de intemperización o arcillas unidas en roca pueden señalar suelos potencialmente dispersivos.
La presencia de agua nublada en presas pequeñas y charcos de agua después de la lluvia indica suelos dispersivos.
Se
puede
deducir
la
mineralogía
de
la
arcilla
a
partir
de
tales técnicas de observación. La geología del área también puede ser una guía de la dispersividad. Sherard & Decker (1977) señalan que:
Muchas arcillas dispersivas son de origen aluvial. Algunas arcillas de las laderas de lechos de río son también dispersivas.
Algunos suelos derivados de la lutita y la arcillita bajo un medio marítimo son también dispersivos.
Los suelos derivados de la intemperización de las rocas ígneas y metamórficas son casi todos no dispersivos, pero pueden ser erosionables, (por ejemplo, la arena limosa derivada de la granodiorita).
Suelos con un alto contenido orgánico probablemente no son dispersivos (esto necesita ser tratado con cautela, desde que muchos suelos tipo "algodón negro" son dispersivos).
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Las áreas de producción con poca cosecha y el crecimiento mal desarrollado también pueden indicar suelos altamente salinos, muchos de los cuales son dispersivos. Sin embargo, los suelos dispersivos pueden también presentarse en suelos neutrales o en suelos ácidos y pueden apoyar al crecimiento frondoso del césped.
Grafico 11.- Ejemplo de falla por tubificacion en una presa debido a la presencia de suelos dispersivos
Grafico 12.- Erosion profunda por tubificacion en suelos dispersivos MECANICA DE SUELOS
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Grafico 13.- En esta foto la funcion de los arboles es interceptar el paso del agua a la superficie que ocasiona el “entubamiento” y el derrumbamiento de la pared del “gully”
Grafico 14.- La erosion tipo “gully” se puede controlar a vces con una extensa vegetacion, tal como se muestra en esta foto en Holanda
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Grafico 15.- Falla provocada por la filtración del agua de una laguna en suelos dispersivos en Orlando, Florida 2.2.IDENTIFICACION EN CAMPO La identificación de los suelos dispersivos debería comenzar con el reconocimiento en campo para determinar si existe alguna indicación en la superficie: La presencia de quebradas profundas y fallas por tubificación en pequeñas represas. La erosión en grietas de los caminos. La erosión tipo túnel a lo largo de las quebradas o arcillas unidas en roca. La presencia de agua nublada en presas pequeñas y charcos de agua luego de la lluvia. 2.3.IDENTIFICACION EN LABORATORIO Los suelos dispersivos no pueden ser identificados con una clasificación visual del suelo o con un índice de laboratorio. Existen ensayos que nos pueden ayudar a identificar más los suelos dispersivos: ANALISIS QUIMICO: Determinados por el análisis químico del agua de poros de suelo. Proporción de absorción de sodio(SAR) Porcentaje de sodio intercambiable” (ESP)
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ANALISIS FISICO: El ensayo de Crumb, El ensayo del doble Hidrómetro, El ensayo de Pinhole
2.3.1. ENSAYOS QUIMICOS En la década de los 60` del siglo XX, investigadores australianos reconocieron la presencia de Sodio intercambiable en el agua de los poros de suelo como factor determinante del carácter dispersivo de los mismos. Para cuantificar su efecto, definieron diferentes parámetros, entre ellos, el “porcentaje de Sodio intercambiable” (ESP, por sus siglas en inglés), como:
Donde CEC es la “capacidad de intercambio catiónico”, y Na+ es la cantidad de cationes de sodio que existen en la muestra de suelo, medidos ambos en meq/100g. Mediante repetidos ensayos determinaron que los suelos con ESP ≥ 10% son susceptibles de tener un contenido de sodio libre, que será lixiviado por el flujo de agua relativamente pura, y los clasificaron como dispersivos. Los criterios de clasificación de las arcillas según su dispersividad a través del “porcentaje de sodio intercambiable” (ESP) se muestra en la Tabla.
Tabla 1.- Grado de dispersividad en función del porcentaje de sodio intercambiable
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Otro parámetro evaluado para cuantificar el efecto del sodio en la dispersividad de las arcillas es el “índice de absorción de sodio” en el agua de los poros (SAR, por sus siglas en inglés). 𝑁𝑎+ 𝑆𝐴𝑅 = 𝐶𝑎2+ + 𝑀𝑔2+ ( ) 2 Donde 𝑁𝑎+ , 𝐶𝑎2+ y 𝑀𝑔2+ son las cantidades de cationes de Sodio, Calcio y Magnesio contenidos en el agua de los poros (expresadas en meq/l). Este método no es aplicable si no existen suficientes cationes libres en el agua de los poros, lo cual puede ocurrir en las arcillas dispersivas cuyos cationes de sodio están adheridos a la doble capa de difusión de las partículas. Esto limita enormemente la utilización del parámetro SAR. Igualmente, discordancias entre este método y el del “porcentaje de sodio intercambiable” han ocasionado que ambos sean poco utilizados. Muy difundida entre especialistas agrícolas es la estimación del “porciento de sodio” en el agua intersticial, a partir de un balance de los principales cationes en disolución. 𝑃𝑜𝑟𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑆𝑜𝑑𝑖𝑜 =
𝑁𝑎+ × 100 𝑇𝑆𝐷
Donde: 𝑇𝑆𝐷 = 𝑁𝑎 + + 𝐶𝑎2+ + 𝑀𝑔2+ + 𝐾 + [
𝑀𝑒𝑞⁄ 𝑙]
𝑦 𝑁𝑎+ , 𝐶𝑎2+ , 𝑀𝑔2+ , 𝐾 + 𝑟𝑒𝑝𝑟𝑒𝑠𝑒𝑛𝑡𝑎𝑛 𝑙𝑎𝑠 𝑐𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑒𝑠𝑡𝑜𝑠 𝑐𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠, 𝑒𝑥𝑝𝑟𝑒𝑠𝑎𝑑𝑎𝑠 𝑒𝑛 𝑚𝑒𝑞/𝑙 El procedimiento consiste en mezclar el suelo con agua destilada hasta alcanzar una consistencia cercana a su límite líquido. Luego se extrae una muestra del agua de los poros (extracto de saturación) por medio de vacío, utilizándose un filtro para separar las fases sólida y líquida como se puede apreciar en la figura. Este extracto de saturación es ensayado y se determinan las cantidades de los cationes antes mencionados.
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Grafico 16.- Esquema del aparato utilizado para la obtención del extracto de saturación de la muestra de suelo.
Tabla 2.- Grado de dispersividad de los suelos, en función del “Porciento de Sodio” y el Total de Sales Disueltas (TSD) en el agua intersticial, identificándose los mismos mediante tres zonas MECANICA DE SUELOS
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2.3.2. ENSAYO DE CRUMB También conocido como “ensayo de desmenuzamiento”, consiste en preparar un espécimen en forma de cubo, de unos 15 mm de arista (1/4” a 3/8”) secado al aire y temperatura ambiente. Se sumerge en un recipiente con agua destilada. Pasados 5 a 10 minutos, se observa la tendencia de las partículas de arcilla a formar una suspensión coloidal, enturbiando el agua. La dispersividad de la muestra se valora según la siguiente guía: Grado 1: No se observa reacción. La muestra se desmorona y esparce en el fondo del recipiente sin enturbiar el agua. Grado 2: Reacción ligera. Débil turbulencia en el agua próxima a la superficie del terrón. Grado 3: Reacción moderada. Turbulencia coloidal en suspensión, fácilmente distinguible, y que se esparce por el fondo del recipiente. Grado 4: Reacción fuerte. La turbulencia cubre el fondo del recipiente y puede llegar a expandirse en todo el volumen de agua. El ensayo de desmenuzamiento adolece de un problema de apreciación y en sus resultados influye la pericia de la persona que lo realiza. No obstante, se encuentra normado según el United States Bureau of Reclamation.
Tabla 3.- Curvas granulométricas obtenidas en un suelo mediante el Ensayo del Doble Hidrómetro. MECANICA DE SUELOS
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2.3.3. ENSAYO DE DOBLE HIDROMETRO Según la figura, el “porcentaje de dispersión” se calcula: 𝐴 % 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑠𝑝𝑒𝑟𝑠𝑖ó𝑛 = ( ) × 100 𝐵 Donde A y B son los porcientos de partículas de 0,005 mm de diámetro obtenidas en el segundo y primer hidrómetro, respectivamente. A = porcentaje de suelos más finos que 0.005 mm para el ensayo sin dispersante. B = porcentaje de suelos más finos que 0.005 mm para el ensayo con dispersante.
Grafico 17.- Ensayo de Doble Hidrómetro Sherard et al (1976) señalan que los suelos con un porcentaje de dispersión mayor que el 50% son susceptibles a la dispersión y a las fallas de tubificación en presas, y aquellos con un porcentaje de dispersión menor que el 15% no son susceptibles. Ellos también señalaron que existe una buena correlación entre el ensayo de Dispersión en Porcentaje y el Ensayo de Pinhole descrito a continuación. La Figura 2 presenta el ensayo del doble hidrómetro. MECANICA DE SUELOS
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2.3.4. ENSAYO DE PINHOLE Este ensayo ha sido el más difundido gracias a la fiabilidad de sus resultados. Fue creado por Sherard, y desarrollado posteriormente hasta convertirse en un ensayo físico común en obras hidráulicas. Está normado según la ASTM D 4647-93, USBR 5410-90 y NC-54-370:1987 (es el único ensayo, referido a suelos dispersivos, con Norma Cubana). Consiste en hacer pasar agua destilada a través de un agujero de 1mm de diámetro, abierto a lo largo de una muestra cilíndrica, de 1” de longitud (25,4mm). El agua se hace pasar con cuatro cargas hidráulicas diferentes: 2”, 7”, 15” y 40” (50mm, 180mm, 380mm y 1020mm), comenzando por la menor, y sostenidas durante un intervalo de tiempo. El resultado del ensayo se evalúa por la turbidez del agua, la velocidad del flujo y el tamaño final del agujero de la muestra. Las arcillas dispersivas pueden ser detectadas por los resultados del ensayo bajo carga de 2” (50mm), pues el agua que emerge de la muestra será visiblemente turbia y no se aclara con el tiempo, y el agujero de 1mm se ensancha hasta alcanzar los 3mm y más. En las arcillas ordinarias, resistentes a la erosión, el agua que emerge es clara, o se hace clara en unos pocos segundos, y el orificio apenas se ensancha. Las arcillas muy resistentes a la erosión no enturbian el agua, el agujero no se erosiona y la velocidad del flujo a través del mismo permanece constante.
Grafico 18.- Esquema del equipo del Ensayo de Pinhole MECANICA DE SUELOS
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Tabla 4.- Criterios para clasificar los suelos a partir del Ensayo de Pinhole
El Ensayo de Pinhole es muy simple de reproducir y sus resultados categorizan en el grupo correspondiente con pocas posibilidades de errores de apreciación por parte del personal técnico que lo realiza. Basados en el principio de funcionamiento del equipo Pinhole, un grupo de investigadores de la Universidad de Wollongong, Australia, ha creado un nuevo equipo que denominaron “Aparato de Simulación del Proceso de Falla por Erosión Interna”, (PSAICE, por sus siglas en inglés). El diagrama de funcionamiento de este aparato se muestra en la Figura 5. Mediante este aparato, se realiza el ensayo haciendo pasar el fluido erosivo (agua destilada) a través de un agujero de 10mm de diámetro, que atraviesa la muestra cilíndrica por su centro.
MECANICA DE SUELOS
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El agua destilada es previamente bombeada hacia un tanque móvil que regula y mantiene la carga hidráulica constante durante todo el ensayo. Dos transductores de presión son conectados a los extremos de la muestra, y para medir el índice de erosión en tiempo real (es decir, en el transcurso del ensayo) se coloca un medidor electrónico de turbidez o “turbidímetro” en el conducto de salida del agua hacia el recipiente colector, cuyo contenido es controlado mediante una balanza electrónica. Los transductores, el “turbidímetro” y la balanza electrónica se acoplan a un sistema receptorprocesador de datos.
Grafico 19.- Esquema del Aparato de Simulación del Proceso de Falla por Erosión Interna Los autores de este experimento han desarrollado una relación entre la concentración de sólidos en el agua remanente y la turbidez de la misma para calcular el índice de erosión del suelo. Como puede observarse, este ensayo tiene las mismas bases que el de Pinhole, aunque con un despliegue tecnológico que lo facilitan y permiten salvar cualquier error de apreciación mediante una adecuada calibración de los equipos medidores.
MECANICA DE SUELOS
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2.4.ESTABILIZACION DE LOS SUELOS DISPERSIVOS La existencia de numerosas obras hidrotécnicas (fundamentalmente presas de tierra) construidas con suelos dispersivos, y la necesidad de continuar utilizando los mismos en este tipo de construcciones, abren un nuevo campo de estudio de la Geotecnia: la estabilización de suelos dispersivos. En este caso, la estabilización está dirigida a eliminar una propiedad perjudicial como lo es la dispersividad de las arcillas. La naturaleza electroquímica del fenómeno conduce a buscar métodos y/o aditivos que trabajen de esta forma, de ahí que el proceso que se ajusta al mejoramiento de los suelos dispersivos es la “estabilización química”. Como ya se ha explicado, generalmente la dispersividad está dada por la presencia de cationes de Sodio (Na+) adheridos a las partículas de arcilla. Sustituir estos cationes inestables por otros de mayor estabilidad, como son los cationes de Calcio (Ca2+), Magnesio (Mg2+) o Aluminio (Al3+) conferirá estabilidad al suelo, eliminando el problema de dispersión. Con base en este razonamiento, se ha estudiado la estabilización de suelos dispersivos mediante aditivos que propicien el intercambio catiónico. A continuación se recogen experiencias sobre la utilización de algunos de estos aditivos. 1.
Sulfato Aluminio Hidratado El Sulfato de Aluminio Hidratado Al2 (SO4)3∙18 H2O se cita en la literatura como de uso común en la estabilización de suelos dispersivos. Al respecto, es relevante y muy completo el estudio realizado por Ouhadi y Goodarzi. Estos investigadores realizaron un aporte singular, pues en sus estudios parten de un material no dispersivo: la arcilla bentonita. Mediante ensayos químicos y utilizando Sulfato de Sodio NaSO4 como agente dispersante, convierten la bentonita en dispersiva, lo cual corroboran mediante ensayos de doble hidrómetro, y un análisis químico detallado que demostró el enriquecimiento de la bentonita con cationes de Sodio, suspendidos en el agua intersticial, y adheridos eléctricamente a las partículas de arcilla. El suelo dispersivo así obtenido es sometido luego a un nuevo proceso de intercambio catiónico mediante la adición de Sulfato de Aluminio Hidratado, induciéndose la sustitución de los cationes de Sodio por cationes de Aluminio. MECANICA DE SUELOS
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Durante este proceso se controla rigurosamente el comportamiento de las variables de temperatura y pH, entre otras. El estudio arrojó que, en general, la adición de un 1,5% de Sulfato de Aluminio Hidratado estabilizó satisfactoriamente muestras de suelo dispersivo. Como efecto secundario se obtiene que el pH de la muestra dispersiva se reduce entre 1 y 3 unidades con el proceso de estabilización (variando entre 10 y 7). Igualmente, se reduce en más de un 50% el Límite Líquido, y con ello el Índice Plástico del suelo estabilizado. La permeabilidad también disminuye, en razón directa al incremento de aditivo. El estudio de Ouhadi y Goodarzi concluye en la utilidad del Sulfato de Aluminio Hidratado como estabilizador de los suelos dispersivos. Sin embargo, es oportuno valorar de muy positivo el haberse logrado el proceso químico de intercambio catiónico en ambos sentidos
(inicialmente
creando
el
material
dispersivo,
y
luego
estabilizándolo). Es importante también analizar la posibilidad de obtener el Sulfato de Aluminio Hidratado en cantidades industriales para ser aplicado en obras, y las consecuencias que puedan acarrear los efectos secundarios de este tipo de estabilización. 2.
Cemento Portland Al igual que en muchos otros casos, el cemento Pórtland también ha sido utilizado para estabilizar los suelos dispersivos. Al respecto, puede citarse el estudio realizado por Indraratna et al., y publicado online en el 2008. De dicho estudio se infiere que la estabilización de suelos dispersivos con cemento Pórtland está estrechamente relacionada con el proceso de compactación
de
la
mezcla
suelo-aditivo,
obteniéndose
resultados
satisfactorios cuando se alcanzan grados de compactación superiores al 95% del peso específico seco máximo alcanzado en el laboratorio, aunque no menciona a qué energía de compactación se refiere. Esta relación hace pensar en que el proceso de estabilización no está dado por un fenómeno de intercambio catiónico, sino por el efecto aglomerante del aditivo. Una objeción importante a este método de estabilización, es la necesidad de mezclar el suelo con el aditivo antes o durante el proceso de colocación en obra. Por tal razón, resulta inaplicable a grandes masas de suelo colocadas y compactadas, como es el caso de la cortina de una presa de tierra ya construida y luego diagnosticada con problemas de arcillas dispersivas. MECANICA DE SUELOS
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También es importante hacer un análisis económico en relación al costo que puede tener la estabilización de materiales dispersivos locales con cemento Pórtland, en comparación con la transportación de material no dispersivo desde zonas más alejadas de la obra. 3.
Cal En el caso del tratamiento de los suelos con cal se ha realizado utilizando este aditivo en tres estados diferentes, a saber: cal viva u Óxido de Calcio (CaO), cal hidratada o Hidróxido de Calcio (Ca (OH)2), y lechada de cal (suspensión de cal hidratada en agua). La cal viva se utiliza en aquellos casos en que es necesario “secar” el suelo, es decir, disminuir su humedad, con fines de compactación u otro uso. El proceso de hidratación de la cal viva genera gran cantidad de calor, que contribuye a secar el suelo. Sin embargo, si este es atravesado por una red de flujo, el efecto de secado se pierde, y la cal viva se convertirá en hidrato y, más tarde, en una suspensión. La cal hidratada, o Hidróxido de Calcio, es prácticamente insoluble, de ahí que al ser mezclado con agua no forme una disolución, sino una suspensión (lechada de cal) en la cual existen muy pocos cationes libres de Calcio, necesarios en el proceso de intercambio catiónico que debe tener lugar para estabilizar los suelos dispersivos. Es presumible un débil resultado en este proceso de estabilización. Sin embargo, ocurre un proceso de migración de iones de Calcio desde las partículas de cal hidratada hacia las partículas de arcilla, desplazando allí los iones menos estables. Este proceso se conoce como “floculación y aglomeración”, tiene lugar en el transcurso de varias horas, como resultado el suelo se hace granular y friable, y como efecto secundario ocurre una reducción drástica del Índice Plástico. Este fenómeno ha sido aprovechado en el mejoramiento de los suelos dispersivos que se encuentran en cortinas de presas ya construidas, sin necesidad de removerlas. Experiencia de ello se tiene en Sudáfrica donde algunas micropresas han sido reparadas mediante la estabilización de sus terraplenes, que contenían material dispersivo, por medio de la cal. El proceso fue bien simple: se vertió suficiente Hidróxido de Calcio en el volumen de agua embalsada de las micropresas para crear una suspensión, que luego fue arrastrada por la red de flujo que atraviesa el terraplén. MECANICA DE SUELOS
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De esta forma, y en el lapso de tiempo en que el agua atraviesa la masa de suelo, se produce el intercambio catiónico y por consiguiente la estabilización de la arcilla dispersiva. Lógicamente, este método es aplicable a presas pequeñas, y deja pendiente una interrogante acerca del método de aplicación en aquellos casos en que resulta imposible, por cuestiones de volumen, crear una suspensión en el agua embalsada. 4.
Otros Aditivos Los tres aditivos antes mencionados son los más utilizados hasta el momento en el tratamiento de los suelos dispersivos. Sin embargo, ante las limitaciones y dificultades de aplicación que presentan, se continúa haciendo estudios con nuevas sustancias y métodos. En el caso de sustancias simples se cuenta el uso del yeso (Sulfato de Calcio Hidratado), el cual, por su poca solubilidad, requiere de una mezcla con el material a estabilizar, en una etapa previa o durante su colocación en obra. También se estudia la aplicación de puzolanas y cenizas (fly ash). En cuanto al empleo de polímeros complejos, puede mencionarse el estudio de la estabilización con lignosulfonato y con poliacrilamidas.
CAPITULO III. PREVENCION DE DAÑOS EN LOS SUELOS DISPERSIVOS a) REMOCION DEL SUELO EROSIONABLE: Cuando la operación es económicamente factible, y cuando ha identificado con antelación la extensión y profundidad de la zona vulnerable. b) RESTRICCION SEVERA DEL HUMEDECIMIENTO: Por medio de una combinación de drenajes, sub-drenajes, pavimentos impermeables y reglamentación del uso de agua. c) RECUBRIMIENTO IMPERMEABLE: Terraplén debidamente grabado, colocado sobre una capa doble de geotextil impermeable y reglamentación del uso de agua. d) RECUBRIMIENTO VEGETATIVO: Aplicable en la laderas de poca pendiente (<20%), consiste en sembrar especies vegetales sobre geomalla, diseñada para el efecto, con restricciones laterales en maderas o cañas colocadas paralelamente a la curva de nivel, para evitar el transporte longitudinal del material a lo largo del plano de la pendiente.
MECANICA DE SUELOS
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3.1. CASOS ESTUDIADOS EN EL PERU Y EN LA REGION DE HUANCAVELICA 3.1.1. Casos estudiados en el Perú a. LAGUNAS DE OXIDACION DE SAN JOSE: Las canteras utilizadas provienen de la Ciudad de Dios, provincia de Lambayeque, en la laguna se realizó ensayos de dispersión:
Grafico 20.- Laguna de San José en Chiclayo, de aquí se obtuvo dos de las muestras analizadas. b. PRESA CUCHOQUESERA: Ubicada en Ayacucho, provincia de Huamanga, en la cuenca del rio Carhuamayo. Se consideró ensayos de dispersión.
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Grafico 21.- Presa de Tinajones, de esta presa se analizó una de las muestras c. PRESA TINAJONES: Ubicada en el distrito de Chongoyape. Es una presa de tierra zonificada que provee el cierre principal a las aguas embalsadas.La presa presentado varias fisuras en diferentes años, realizándose varias reparaciones.
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3.1.2. Casos estudiados en la región de Huancavelica a) PROYECTO
“MEJORAMIENTO
DEL
SERVICIO
DE
TRANSITABILIDAD EN EL TRAMO ENTRE LA PROGRESIVA 0+000 KM Y LA PROGRESIVA 65+637 KM DE LA CARRETERA
DEPARTAMENTAL
HV
-
116,
PE-26B
(REPARTICIÓN HUAPA) – TUCSIPAMPA – CARHUAPATA – PUENTE
LICAPA
DEL
DEPARTAMENTO
DE
HUANCAVELICA”: En este proyecto se estudió el suelo mediante calicatas para reconocer, caracterizar, identificar, etc. Entre las diferentes calicatas se reconocieron los suelos dispersivos:
CALICATA N° 14 (KM 05+990 LADO IZQUIERDO)
En este tramo se presentan Material de afirmado compacto de 30 cm, luego se tiene material Arcilloso inorgánica de color rojo parduzco , en una sola capa, material de semipermeable, presenta buen comportamiento a la resistencia al corte en estado compacto y saturado. En los taludes de corte se observan estratos de grava con arcillas material de color rojizo siendo estos suelos dispersivos, que son muy erosionables al contacto con flujos de agua. El cual llegaría a dificultar en la construcción de obras principalmente de contención, terraplenes y estructuras donde el agua está siempre presente.
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MECANICA DE SUELOS
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CALICATA N° 41 (Km 26+560 DERECHO)
UBICACIÓN: HUAPA-LICAPA PROGRESIVA (km): LADO DE LA VÍA: NIVEL FREÁTICO:
FECHA DE MUESTREO: 09/09/2016 CALICATA N° 41 26+560 COORDENADAS UTM (WGS 84) DERECHO COORDENADA X: 515488 , COORDENADA Y: 8551865
Tiene 4 capas la primera de material afirmado, la segunda de grava y arena pobremente graduadas con presencia de poco porcentaje de limos, presenta coloración amarillo, consistencia firme, cementación fuerte, estructura estratificada y no plástica. La tercera de grava arcillosa, presenta coloración rojo negro amarillento, consistencia blanda, cementación moderada, estructura estratificada y ligeramente plástica. La cuarta de gravas limosas, mezclas mal graduadas de grava arena y arcilla. Tierra de fundación regular, contenido de humedad=33.42%, presenta coloración marrón fuerte, consistencia firme, cementación moderado y estructura en homogéneas bueno este considerado suelo dispersivo. PROF.
m MUESTRA N.F.
CLASIF. SUCS
CLASIF. AASHTO
SÍMBOLO
DESCRIPCIÓN DE LOS MATERIALES
0.00
0.10
Material afirmado
0.20 0.30 0.40
GP -SP
Grava y arena pobremente graduados con presencia de poca porcentaje de limos, presenta coloración amarillo, consistencia firme, cementación fuerte, estructura estratificada y no plástica.
GC
Grava arcillosa, presenta coloración rojo negro amarillento, consistencia blanda, cementación moderado, estructura estratificada y ligeramente plástica.
0.50 0.60 0.70
0.80 0.90 1.00 1.10 1.20
1.30
M-1
GM
A-2-7(0)
GM
Gravas limosas, mezclas mal graduadas de grava arena y arcilla. Tierra de fundacion regular, presenta las siguientes características: 26.86% pasante de la malla N° 200, LL=52.78%, LP=39.84%, IP= 12.94%, contenido de humedad=33.42%, presenta coloración marrón fuerte, consistencia firme, cementación moderado y estructura en homogéneas.
1.40 1.50
MECANICA DE SUELOS
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CALICATA N° 48 (Km 33+520 IZQUIERDO)
UBICACIÓN: HUAPA-LICAPA PROGRESIVA (km): LADO DE LA VÍA: NIVEL FREÁTICO:
FECHA DE MUESTREO: 13/09/2016 CALICATA N° 48 33+520 COORDENADAS UTM (WGS 84) IZQUIERDO COORDENADA X: 513669 , COORDENADA Y: 8546995
Este tramo tiene material afirmado de 0.50m, Arenas arcillosas, mezclas mal graduadas de arena y arcilla. Tierra de fundación regular, contenido de humedad=28.10%, presenta coloración marrón fuerte, consistencia blanda, cementación moderado, estructura estratificada y no plástica este de tipo de suelo es dispersivo. PROF.
m MUESTRA N.F.
CLASIF. SUCS
CLASIF. AASHTO
SÍMBOLO
DESCRIPCIÓN DE LOS MATERIALES
0.00
0.10 0.20 Material afirmado
0.30 0.40
0.50 0.60 0.70
0.80 0.90 1.00 1.10
M-1
SC
A-2-7(0)
SC
Arenas arcillosas, mezclas mal graduadas de arena y arcilla. Tierra de fundacion regular, presenta las siguientes características: 19.05% pasante de la malla N° 200, LL=41.24%, LP=25.05%, IP= 16.19%, contenido de humedad=28.10%, presenta coloración marrón fuerte, consistencia blanda, cementación moderado, estructura estratificada y no plástica.
1.20
1.30 1.40 1.50
MECANICA DE SUELOS
39
CALICATA N° 49 (Km 34+520 DERECHO)
UBICACIÓN: HUAPA-LICAPA PROGRESIVA (km): LADO DE LA VÍA: NIVEL FREÁTICO:
FECHA DE MUESTREO: 13/09/2016 CALICATA N° 49 34+520 COORDENADAS UTM (WGS 84) DERECHO COORDENADA X: 513347 , COORDENADA Y: 8546718
En la primera capa se encuentra un material afirmado en la siguiente capa se encuentran arenas arcillosas, mezcla de arena y arcilla pobremente graduadas. Tierra de fundación de regular a malo, como presenta las siguientes características se denominaría un suelo dispersivo, teniendo un contenido de humedad=25.43%, presenta coloración amarillo olivo, consistencia blanda, cementación débil, dilatancia lenta y cementación débil. PROF.
m MUESTRA N.F.
CLASIF. SUCS
CLASIF. AASHTO
SÍMBOLO
DESCRIPCIÓN DE LOS MATERIALES
0.00
0.10 Material afirmado
0.20 0.30 0.40
0.50 0.60 0.70
0.80 0.90 1.00
M-1
SC
A-7(6) SC
Arenas arcillosas, mezcla de arena y arcilla pobremente graduadas. Tierra de fundacion deregular a malo, presenta las siguientes características: 34.89% pasante de la malla N° 200, LL=64.66%, LP=28.70%, IP= 35.96%, contenido de humedad=25.43%, presenta coloración amarillo olivo, consistencia blanda, cementación débil, dilatancia lenta y cementación débil.
1.10 1.20
1.30 1.40 1.50
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40
3.2. SOLUCIONES A LOS SUELOS DISPERSIVOS A continuación se mencionarán las diversas soluciones para mitificar el problema de los suelos dispersivos para la construcción, cuando se ha identificado la extensión y la profundidad de la zona dispersiva se puede proceder a: Remoción del suelo erosionable, siempre que este procedimiento sea económicamente factible. Para las carreteras se utiliza una combinación de drenajes, sub-drenajes, pavimentos impermeables y reglamentos para el uso de agua con el fin de crear una restricción severa del humedecimiento. En un terraplén debidamente gradado se puede realizar un "recubrimiento impermeable" este recubrimiento se realiza colocando una capa doble geotextil impermeable debajo, y geotextil no tejido encima.
3.3. MEDIDAS PARA PRECAUCION Y PREVENCION 3.3.1. Prevención de Fallas en las Presas por Tubificación Las tubificaciones pueden prevenirse mediante los criterios adecuados de diseño, tanto en suelos granulares como en cohesivos. Se puede disminuir con un dentellón aguas abajo del zampeado. Del mismo modo, se puede colocar un dren tendido sobre el material graduado como filtro, inmediatamente aguas arriba del dentellón, o enrocamiento, en un colchón de grava graduada sobre el material de aguas abajo del zampeado para aumentar las fuerzas hacia abajo. La red de flujo proporciona un medio teórico de interpretar las subpresiones, las fuerzas de filtración (gradiente) y los caudales pasantes. La seguridad de MECANICA DE SUELOS
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la presa depende de que los valores obtenidos estén dentro de rangos seguros. De no poder determinarse, se deberán adoptar criterios conservadores (como el de Lane), y calcular los valores mediante fórmulas aproximadas. El criterio de confiar y considerar al filtro de aguas abajo como la principal línea de seguridad de la presa parece más razonable que el antiguo de múltiples líneas de defensa. Exige un diseño cuidadoso de todos los filtros y drenes de la presa, incluyendo el dren chimenea. Los suelos dispersivos pueden utilizarse cuando no existan otros disponibles, con adecuadas medidas de control, que impidan o aseguren el autosellado de las fisuras potenciales. El control en obra de estas medidas de seguridad es clave. Los riesgos son mayores, debido a las probables tubificaciones superficiales y en los terraplenes. CONCLUSIONES El propósito prioritarios del presente trabajo fue la identificación de suelos dispersivos las cuales es de vital importancia en el campo de la ingeniería civil y ingeniería sanitaria Los ensayos realizados fue cuidadosamente seleccionado y muy bien elaborado teniendo en cuanta la guía en la cual nos debemos basarnos, el ensayo de crumb es un ensayo muy práctico pero no el más efectivo pero si también es recomendable. Según los estudios realizados los resultados nos dan a conocer que existe una buena correlación entre los ensayos de Crumb y de Pinhole... Las arcillas dispersivas que es una característica de un suelo dispersivo son altamente susceptibles a la tubificación por los procesos de erosión coloidaly es muy sensible a la alta saturación de agua. Para la elección del ensayo a realizarse se tuvo en cuenta que el ensayo de Pinhole sugiere para situaciones donde el agua está fluyendo y el ensayo de Crumb para el agua en condiciones quietas la cual es un caso de nuestro estudio . Es importante que el ingeniero civil, sanitario y ambiental sea capaz de identificar las arcillas dispersivas en un proyecto dado como dato preliminar, teniendo especial cuidado y atención durante el diseño y construcción en las áreas críticas en el que estos materiales van a ser usados.
MECANICA DE SUELOS
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El propósito principal de los ensayos presentados es la identificación real de las arcillas dispersivas, que son la causa de fallas en presas de tierra y serias erosiones en otras estructuras de tierra y también que el estudiante universitario este en la capacidad de determinar este tipo de suelo dispersivo dentro de su entorno de interrelación. Se concluyó que los suelos dispersivos son altamente susceptibles a la tubificación por los procesos de erosión coloidal y una alta tasa de humedad. Estas arcillas tienen un predominio de cationes de sodio disueltos en el agua de poros, mientras que las arcillas ordinarias, resistentes a la erosión, tienen al calcio y al magnesio como los cationes disueltos dominantes estas hacen que el suelo sea susceptible ha erosionarse desprenderse por un proceso natural . Un suelo con muchas sales hace al suelo dispersarse más fácilmente y generar problemas serios en los ámbitos de la construcción y la generación de desastres naturales. RECOMENDACIONES O PROPUESTA
Es recomendable tener en cuenta los fundamentos teóricos sobre suelos dispersivos para realizar la identificación y muestreo de suelos.
Es recomendable determinar y estudiar bien las características de un suelo dispersivo para una pronta y adecuada identificación.
Se destaca la importancia de realizar estudios geotécnicos que incluyan los métodos para la identificación de suelos dispersivos, pues no se observó un caso concreto donde se haya referenciado de alguna forma este fenómeno.
En el ámbito de la ingeniería ambiental es recomendable realizar estudios de suelos para los casos de biorremediacion cultivo sembrío las cuales son factores considerados en un proceso de suelos contaminados por pesticidas y fertilizantes.
Como grupo consideramos que el ensayo de Pinhole, debería ser incluida como una práctica más en las asignaturas de laboratorio de caracterización de suelos ya que es un ensayo más recomendado por discernir resultados más confiables y precisos, con el fin de ampliar el conocimiento sobre el fenómeno de dispersión para realizar las construcciones que.
Sugerimos, además, que dentro de la temática de las materias que tratan sobre los suelos, sean abarcados los fenómenos de erosión, saturación de suelos ya que son factores vinculados a la dispersión de suelos. MECANICA DE SUELOS
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DELOSSUELOS
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