Tercer Simposio Nacional De Edificaciones de Mampostería y Vivienda Cimentaciones en suelos expansivos y colapsables Eduardo Rojas Universidad Autónoma de Queretaro
Cimentaciones en suelos expansivos y colapsables Índice 1. Definiciones 2. Comportamiento de suelos expasivos 3. Diagnóstico 4. Alternativas de solución 5. Suelos colapsables 6. Recomendaciones 7. Ventajas para propietarios y constructores
1. Definiciones Suelo expansivo: Sufre deformaciones plásticas de expansión n (hinchamiento) durante el humedecimiento o descarga Suelo colapsable: Sufre deformaciones irrecuperables (colapso de su estructura) durante el humedecimiento o carga
2. Comportamiento de suelos no saturados Succión, s Humedecimiento Zona elástica Humedecimiento Endurecimiento Descarga Carga Colapso Expansión Presión de expansión Esfuerzo de preconsolidación Esfuerzo medio, p
Presión n y porcentaje de expansión Deformación bajo humedecimiento continuo y esfuerzo constante Porcentaje de expansión ε (%) -7.00-6.00-5.00-4.00-3.00-2.00-1.00 0.00 1.00 2.00 3.00 Presión de expansión 0 5 10 15 20 Esfuerzo ton/m 2
Expansión n bajo diversas humedades SUCCIÓN, S A B ( P + S ) 1 ( P + S ) 2 Trayectorias de humedecimiento. (a) SUCCIÓN, S A B Curvas de expan C ( P + S ) 3 C ESFUERZO MEDIO, P EXPANSIÓN MICROESTRUCTURAL,
Expansión n bajo diversas humedades y esfuerzos Trayectoria de humedecimiento 1 2 3 SUCCIÓN, S (P+S) 1 (P+S) 2 (P+S) 3 A B C (P+S) 1 (P+S) 2 (P+S) 3 SUCCIÓN, S C A B Curvas de expansión ESFUERZO MEDIO, P EXPANSIÓN MICROESTRUCTURAL, ε vm (c)
Superficie de fluencia de suelos no saturados q s p
Aspecto de un suelos expansivos
Microestructura del suelo arcilloso
Partículas arcillosas Montmorilonita Ilita
3. Diagnóstico Antecedente en Querétaro Los constructores de al menos 10 fraccionamientos (que involucran unas 2 000 casas de interés s social) han sido demandados penalmente
Caso común Levantamiento Calle Zona de jardín Grieta Tepetate compactado Tepetate compactado humedecimiento Primer estrato de arcilla CH potencialmente expansiva Segundo estrato heterogeno CH/ML/CL
Grieta Despegue de la losa en el muro interior Acceso Dirección del movimiento Grieta generada por la expansión Zona de afectación por humedecimiento Nivel original
Muro Losa de cimentación de 8 cm de espesor Relleno de tepetate de 0.45m de espesor. Arcilla inorgánica de alta compresibilidad CH, color negro potencialmente expansiva de 1.20m de espesor Arena Arcillosa
Resultados del diagnóstico No se hace un estudio apropiado de Mecánica de Suelos Generalmente el diseño o estructural no considera la presencia de suelos expansivos Acero escaso en losas de cimentación n y en ocasiones su posición n es incorrecta Poca atención n al problema de fugas en ductos de agua potable y drenaje y al manejo de agua de lluvia
4. Alternativas de solución 1. Sustitución (estratos superficiales poco profundos) 2. Saturación n previa (estratos superficiales delgados y obras provisionales) 3. Tratamiento del suelo (Estratos superficiales o profundos) 4. Barreras impermeables (Estratos profundos y estructuras sin servicios hidráulicos) 5. Estructuras provisionales flexibles 6. Losas nervadas o reticular (suelos poco expansivos y cimbra perdida) 7. Pilotes cortos (estratos de espesor importante y suelos muy expansivos) 8. Zapatas esbeltas (estratos de espesor importante y suelos moderadamente expansivos)
1, 3 y 4 Sustitución, tratamiento del suelo, barreras impermeable Levantamiento Calle Zona de jardín Grieta Tepetate compactado Tepetate compactado humedecimiento Primer estrato de arcilla CH potencialmente expansiva Segundo estrato heterogeno CH/ML/CL
5. Estructuras provisionales flexibles
6. Losa nervada
7. Pilotes cortos
8. Zapatas esbeltas
Zapatas esbeltas a cimbra perdida
Diseño o de zapatas esbeltas
5. Comportamiento de suelos colapsables Succión, s Humedecimiento Zona elástica Humedecimiento Endurecimiento Descarga Carga Colapso Expansión Presión de expansión Esfuerzo de preconsolidación Esfuerzo medio, p
Deformación vertical (%) 0 Colapso esperado Presión de colapso (esfuerzo de preconsolidación) Esfuerzo vertical
Estructura de un suelo colapsable (limos o arenas)
Soluciones en suelos colapsables Humedecimiento y compactación n del suelo Compactación n dinámica (estratos profundos) Compactación n tradicional (estratos superficiales)
6. Recomendaciones a) Especialistas b) Constructores c) Autoridades Municipales y Estatales
a) Especilaistas Formar los grupo de peritos en Mecánica de Suelos en cada estado Difundir los conocimientos sobre suelos expansivos y colapsables Aportar soluciones novedosas a esta problemática Generar un reglamento de construcciones mas adecuado y específico
b) Constructores El diseño o de obras no provisionales debe hacerse bajo las condiciones críticas (suelo saturado) Reconocer que el costo de construir en zonas con presencia de suelos expansivos o colapsables es mas elevado Realizar los estudios de Mecánica de Suelos únicamente a través s de peritos reconocidos por los Colegios de Ingenieros Civiles
c) Autoridades municipales y estatales Generar, junto con los Colegios de Ingenieros Civiles, reglamentos mas adecuados para cada estado Para el permiso de construcción, n, exigir que los estudios de Mecánica de Suelos estén n avalados por un perito reconocido por el Colegio de Ingenieros Civiles
7. Ventajas para los propietarios y constructores Confianza al adquirir una propiedad nueva Seguridad de un comportamiento adecuado durante toda su vida útil Evitar el malestar y angustia que provocan el que una casa nueva se detertiore rápidamenter Abatir el número n de demandas que actualmente exsiten por daños en estructuras nuevas Abatir los costos de repaciones y pérdidas p de tiempo tanto de propietarios como de constructores