Suelos problemas, exp, disp, colap

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
Facultad de Ingeniería Civil
CENTRO PERUANO JAPONES DE INVESTIGACIONES
SISMICAS Y MITIGACION DE DESASTRES - CISMID
PROBLEMAS PRESENTADOS POR LOS
SUELOS A LAS OBRAS DE INGENIERÍA

INTRODUCCION
• En la Ingeniería Geotécnica nos encontramos con
diferentes clases de suelos, muchos de los cuales
poseen características especiales, planteando serios
problemas y retos a la ingeniería
• El estudio de estos suelos se ha iniciado en la
mayoría de casos, luego que éstos han generado
alguna falla o el colapso de las estructuras. La
manifestación del comportamiento anómalo de los
suelos está generalmente relacionada con algún
fenómeno natural o con la actividad del hombre.
SISMICAS Y MITIGACION DE DESASTRES FIC - UNI

SUELOS PROBLEMATICOS
• SUELOS EXPANSIVOS
• SUELOS COLAPSABLES
• SUELOS DISPERSIVOS

SUELOS EXPANSIVOS
CARACTERISTICAS, METODOS DE IDENTIFICACION Y
SOLUCIONES

SUELOS EXPANSIVOS
• Definición: Son suelos que tienen la propiedad
de contraerse o expandirse debido a cambios en
su contenido de humedad. Este proceso
involucra grandes cambios volumétricos
generando esfuerzos considerables.
• Características de estos suelos: Son arcillas
altamente plásticas y con alto contenido de
montmorillonita en su composición.

a) Movimientos estacionales del terreno descubierto
b) Movimiento estacionales debajo de un edificio, a
partir de su construcción.
(a)
(b)
Movimientos
diferenciales
Interior
Esquinas

DISTRIBUCION DE LOS SUELOS
EXPANSIVOS EN EL PERU
• Región Norte y Nororiente.
– Piura.
– Paita.
– Talara.
– Chiclayo.
– Iquitos.
– Bagua.
• Región Sur.
– Moquegua.

Zona de Características Geológicas y Climáticas Favorables
a la Presencia de Suelos Expansivos. Se ha comprobado su
existencia en esta zona.
lugares. Se ha comprobado su existenci en el Ecuador.
Zona de Características Geológicas y Climáticas que hacen
posible la Ocurrencia de Suelos Expansivos en determinados
información.
Zona con Geología Favorable y Clima Desfavorable para la
Ocurrencia de Suelos Expansivos se necesita mayor
Tumbes
Piura
Chiclayo
Cajamarca
Chachapoyas
Moyobamba
Iquitos
80° 78°82° 76° 74° 72° 70°
6°
4°
2°
0°
8°
6°
4°
2°
0°
8°
80° 78°82° 76° 74° 72° 70°

DAÑOS OCASIONADOS POR LOS SUELOS EXPANSIVOS

Daños en Construcciones livianas

Agrietamientos Producidos por Levantamiento
de la Cimentación

Fallas Características por Expansión de Suelos

Fallas por Expansión de Suelos en el Centro de Salud de
San Antonio - Moquegua

Conjunto Habitacional
López Albújar - San Antonio
Moquegua

• En el campo
– Características del terrón de suelo.
– Características del terreno.
– Clima.
• Mineralogía
• Ensayos de Laboratorio
– Ensayos de Expansión Libre
– Ensayos de Expansión Controlada
METODOS DE IDENTIFICACION

Tallado de la Muestra para el Ensayo de Expansión

Montaje de la Muestra en la Celda de Consolidación

Montaje y Saturación de la Muestra en el Consolidómetro

Toma de Datos Durante el Ensayo de Expansión

Etapa de Carga para el Ensayo de Consolidación

1 1000.1 100001000010 1000
4.26
10.65
2.13
6.39
8.52
EXPANSION(%)
TIEMPO (MIN)
CARGA= 1 (Kg/cm2)
CALICATA : --
MUESTRA : V-1
PROFUNDIDAD: --
PROYECTO : SUELOS EXPANSIVOS TALARA
UBICACIÓN : UBB. LOS VENCEDORES
FECHA : 04-03-91
ENSAYO DE EXPANSION

Lado : Izquierdo Clasific. (S.U.C.S.) : CH
Muestra : M - 1 Estado : Inalterado
Progresiva (Km) : 7 + 842.4 Carga de asiento (Kg/cm²) : 0.01
coordenadas para calcular "a" 0.20 6.77 eje X L cero exp.
0.20 6.82 0.10 6.77
0.80 6.87 38515.00 6.77
Tangente de expansión primaria3311.31 9.91 a = 0.07 K = 4.04
44668.36 9.99 b = 9.67 x= 11046.85
Tangente de expansión secundaria0.62 6.77 c = 0.75 y = 9.95
12589.25 9.99 d = 6.93 Expansión = 3.18 mm 16.83
Linea de expansión 11046.85 9.95 10.00 3.18
11046.85 6.77 10.05
T1=0.8 min
0.10 6.87
0.80 6.87
T¼=0.2 min
0.10 6.82
0.20 6.82
Expansión = 16.83 %
CURVA DE EXPANSION
T1 = 0.8 min (
%T¼ = 0.2 min
2 a
2 a
¬ Inicio de expansión
6.0
6.5
7.0
7.5
8.0
8.5
9.0
9.5
10.0
10.5
11.0
0.1 1.0 10.0 100.0 1000.0 10000.0 100000.0
Tiempo (min)
Lecturadeldial(mm)
Expansión=3.18mm
Resultado
Expansión = 16.83 %
Expansión
Secundaria
Expansión Primaria

INFORME : LG01-018 Lado : Izquierdo
SOLICITANTE : Colegio de Ingenieros del Perú - Consejo Departamental Moquegua Muestra : M - 1
PROYECTO : Canal Pasto Grande / Tramo: Chen Chen - San Antonio Progresiva (Km) : 7 + 842.4
UBICACION : Moquegua Clasificación (S.U.C.S.) : CH
FECHA : Marzo, 2001 Estado : Inalterado
e0
0.43 0.01
12.08 Kg/cm²
0.01 0.43
18.23896 0.43 12.08 0.43
12.08
CURVA DE CONSOLIDACION
eSP =0.668
0.43e0 =
sSP
Ô
0.40
0.45
0.50
0.55
0.60
0.65
0.70
0.01 0.10 1.00 10.00 100.00Carga Aplicada (Kg/cm²)
RelacióndeVacíos
Resultado
12.08 Kg/cm²sSP =

• Reemplazo de suelo.
• Cimentación flotante.
• Pilotes excavados.
• Prehumedecimiento.
• Barreras de humedad verticales.
• Cortinas de inyección de una mezcla de
limos y cenizas volátiles.
ALTERNATIVAS DE SOLUCION

• Geomenbranas.
• Estabilización Química.
– Con cemento.
– Con cal.
– Con cenizas volátiles
– Componentes orgánicos (resinas).

(a)
(b)
(b)
(a)
Soleras sobre terreno expansivo.
a) Solución de bovedillas encontradas
en varias demoliciones.
b) Versión moderna del mismo principio.
(Jiménez Salas y Marsal, 1964).
Distribución irregular de las presiones
bajo el cimiento, debido a las arcillas
arcillas expansivas.
a) Exterior seco. El interior conserva o
aumenta la humedad.
b) Exterior más húmedo que el área
protegida por el edificio.

(2)(1)
Espacio libre
para expansión
Movimiento
del suelo
CorrectoIncorrecto
Estable
1. Cimentación tipo palafito.
2. Solución de cierre del espacio
de expansión, para mejor
suaspecto y limpieza
Aquí Vemos un ejemplo de una
forma errónea y correcta para el
diseño de una estructura adaptable
a suelos expansivos.

Vigas
de
Plataforma
Losa
Planta
Losa
Vigas de concreto
reforzado
Puntos de
suspensión
Elevación
Esta es otra forma para
diseñar una estructura
adecuándola a suelos
expansivos. Esta casa
es construida sobre
una plataforma rígida
que se inclina cuando
el suelo se expande.

SUELOS COLAPSABLES
CARACTERISTICAS Y ALTERNATIVAS DE
SOLUCIONES

SUELOS COLAPSABLES
• 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, que generalmente se
presentan en áreas desérticas. .
En la actualidad se incluyen en este grupo de suelos
a aquellos fuertemente cementados por sales
solubles, que sufren grandes asentamientos por la
lixiviación de dichos materiales.

SUELOS COLAPSABLES
• Características de estos suelos: 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, el proceso de
lixiviación también genera grandes reducciones
de su volumen.

LOCALIZACION DE LOS SUELOS
COLAPSABLES
• Estos se encuentran en las regiones áridas y
semiáridas. Los depósitos eólicos, coluviales,
residuales, tufos volcánicos pueden ser
colapsables.
• En Lima, se han encontrado estos tipos de suelos
en la ciudadela Antonia Moreno de Cáceres.
• En otros departamentos a nivel Nacional:
Arequipa, Majes, Moquegua.

EVALUACION DEL POTENCIAL
DE COLAPSO
• En Campo:
– Ensayo de Carga Directa con Saturación
• En el Laboratorio:
– Ensayo de Colapso

VISTA DE UN MATERIAL
GRAVOSO COLAPSABLE EN
LA JOYA (FERNANDEZ, E. 1996)

DESLIZAMIENTO PRODUCIDO POR EL COLAPSO DEL
MATERIAL GRAVOSO EN LA JOYA (FERNANDEZ, E. 1996)

CANAL DE IRRIGACION LA CANO, CRUZA SUELOS COLAPSABLES
PROTEGIDO CON GEOSINTETICOS (FERNANDEZ, E. 1996)

INFORME : LG99-169 Sondaje : TB - 1
SOLICITANTE : G. M. I. S. A. Muestra : ---
PROYECTO : Proyecto Chillón Profundidad ( m ) : 1.50 - 1.70
UBICACION : Lima Clasificación (S.U.C.S.) : CL
FECHA : Estado : Inalterado
0.00 0.971407
0.10 0.963193 0.08 3.2000 3.61 0.77590958
0.20 0.952104 0.188 3.2001 3.61 0.66645539 11.27
0.40 0.936805 0.337
0.80 0.92089 0.492
1.60 0.88177 0.873
3.20 0.77591 1.904
3.20 0.666455 2.97
6.40 0.555872 4.047
3.20 0.56501 3.958
1.60 0.571787 3.892
0.80 0.579385 3.818
0.40 0.588112 3.733
0.20 0.594068 3.675
0.10 0.611215 3.508
Septiembre, 1999
Porcentaje
de colapso
11.27 %
ENSAYO DE COLAPSO

0.55
0.60
0.65
0.70
0.75
0.80
0.85
0.90
0.95
1.00
0.1 1.0 10.0
Carga Aplicada (Kg/cm²)
RelacióndeVacíos
ENSAYO DE COLAPSO
(ASTM - D5333)
ENSAYO DE COLAPSO

EVALUACION DEL COLAPSO
IN-SITU CON PRUEBA DE
CARGA SATURADA

18
16
14
12
6
20
CARGAUNITARIA(KG/CM2)
4
2
8
2
120 4 6 8 10
ASENTMIENTO (MM)
10
ENSAYO ESTATICO DE CARGA DIRECTA
UBICACIÓN: ANTONIA MORENO DE CACERES DIAMETRO PLACA : 30 CM
FECHA : 18-08-89 AREA PLACA : 707 CM2
LUGAR : C.E.I. N° 7 PROFUNDIDAD : 1.15 M.

• Generación del Colapso por Saturación
• Impermeabilización de suelos.
• 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.

SUELOS DISPERSIVOS
CARACTERISTICAS Y METODOS DE IDENTIFICACION

SUELOS DISPERSIVOS
• Definición: Las arcillas dispersivas son
aquellas que por la naturaleza de su
mineralogía y la 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.

Características
 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 llamados 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.

Métodos de Identificación
 Los suelos dispersivos no pueden ser identificados
con una clasificación visual del suelo o con un índice
de normas de laboratorio.
 Identificación “in situ”:
 Fallas por tubificación en pequeñas presas.
 Las grietas en carreteras por acción de la erosión.
 La erosión tipo túnel a lo largo de las quebradas o las
arcillas unidas en roca.
 La presencia de agua nublada en presas pequeñas y charcos
de agua luego de precipitaciones.

Se aprecia la erosión causada por las arcillas dispersivas. La zona
se encuentra cerca a una laguna en Orlando. (Florida - USA)

Ejemplo de falla por tubificación en una Presa debido a la presencia de Suelos
Dispersivos (Soil Conservation Service of NSW).

Erosión Profunda de tubificación en Suelos Dispersivos
(Soil Conservation Service of NSW).

En esta foto la función de los árboles es interceptar el paso del agua a la superficie
que ocasiona la tubificación y el derrumbamiento de la pared.

ENSAYOS
 Químicos:
 Proporción de Absorción de Sodio (SAR), y el
Porcentaje Intercambiable de Sodio (ESP).
Determinados por el análisis químico del agua de
poros del suelo.
• Crumb Test (USBR 5400-89)
• Doble Hidrómetro (ASTM D 4221-90, USBR 5405-89)
• Pinhole Test (ASTM D 4647-93, USBR 5410-89)

Ensayo de Crumb
El ensayo de Emerson Crumb (Emerson,1967) fue
desarrollado como un procedimiento simple para
identificar el comportamiento dispersivo en campo. El
ensayo consiste en colocar un terrón de suelo en agua y la
dispersión es observada como el grado de turbidez del
agua, con el siguiente parámetro:
 Grado 1:Ninguna reacción
 Grado 2:Reacción Ligera
 Grado 3:Reacción Moderada
 Grado 4:Reacción Fuerte

Obsérvese los flóculos formados en la superficie del agua.
Esto es típico en un suelo dispersivo. El resultado del ensayo
es un indicio de las características dispersivas del suelo.

Tipos grados de dispersión, el suelo de la derecha es
ligeramente dispersivo (Grado 3) y el de la izquierda es no
dispersivo (Grado 1).

Obsérvese los diferentes resultados en el
Ensayo de Crumb.

Ensayo del Doble Hidrómetro
Este ensayo consiste en realizar dos ensayos de
Hidrómetro utilizando en uno de ellos dispersante
y en el otro no.
La interpretación del porcentaje de dispersión es
el siguiente:
 Menor de 30 es no dispersivo
 Entre 30 a 50 es intermedio
 Mayor que 50 es dispersivo

Ensayo del Doble Hidrómetro, equipo utilizado en este Ensayo.

Ensayo del Doble Hidrómetro; los recipientes del lado
derecho son los ensayados sin el defloculante y sin
agitación mecánica.

Ensayo de Pinhole
Fue desarrollado por Sherard (1976), con el
propósito de tener una medida directa de la
erodibilidad. Es así como un orificio de 1.0 mm
de diámetro es perforado en el suelo a ser
ensayado y a través del cual se pasa agua bajo
diferentes cargas y tiempos, simulando una
fisura en el terraplén de una presa.

Piezas del molde donde es colocado el espécimen para
realizar el ensayo.

Ensayo de Pinhole, cilindro ensamblado y pisón de
compactación listo para empezar el ensayo.

Equipo de Pinhole.

0.4" 38.1 mm (1.5")
1.0" Mallas de Alambre (dos)
Malla de Alambre (uno)
1.00 mm
agujero
Agua Destilada
desde un tanque
con carga constante.
Compactado
Cilindro
1.3" I.D., 4" long
Gravas (Nº10-1/4") Agujero de Ventilación
en la tapa de la cámara
o en el fondo del plato.
Especímen de Suelo
Guía centrada de Plástico
con 0.06" de diámetro
y 0.5" de longitud

Ensayo de Pinhole, obsérvese el especimen compactado.
Luego de transcurridas 24 y 48 horas se iniciará el ensayo.

Ensayo de Pinhole, compactación
del especimen en el cilindro del
equipo de Pinhole en 05 capas y
con 16 golpes por capa.

Preparación del orificio a través del especimen de
suelo con la aguja del equipo de Pinhole.

Ensayo de Pinhole,
aplicación de la
primera carga.

Ensayo de Pinhole, obsérvese
el color del efluente a través
de los cilindros y la carga a la
cual está sometida; esto es
típico en un suelo ligeramente
dispersivo.

Ensayo de Pinhole,
aplicación de la última carga.

Ensayo de Pinhole, resultado de algunos
de los especímenes ensayados.

Ensayo de Pinhole, obsérvese la diferencia en los
resultados de un especímen de suelo dispersivo
(lado izq.) y otro no dispersivo (lado der.).

Algunos Casos Vistos:
Presa Tinajones
Ubicada en el distrito de Chongoyape. Es una presa de tierra
zonificada que provee el cierre principal a las aguas embalsadas.
Construída entre los años de 1965 y 1968. La presa ha presentado
varias fisuras en diferentes años, realizándose varias reparaciones.
El material investigado fue de la corona de la presa principal en la
progresiva Km 2+100.
Ensayos de DispersiónMuestra Clasificación
SUCS Crumb Doble H. Pinhole
ND31
ND12
Núcleo
Presa
Tinajones
CL Grado 1
Intermedia
Dispersión
ND13

Deslizamiento producido en el talud aguas arriba
de la Presa Tinajones

Grieta producida en el talud aguas arriba de la Presa Tinajones

Grieta producida en el núcleo de la Presa Tinajones

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