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• JOSE FERNANDO MARTINEZ GARCIA

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Suelos expansivos Suelos colapsables Suelos crióticos

(84.07) Mecánica de Suelos y Geología Alejo O. Sfriso: [email protected] Ernesto Strina: [email protected] Mauro Codevilla: [email protected]

Suelos expansivos - colapsables

Índice

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Suelos “especiales” Suelos expansivos Suelos colapsables ¿Cómo distinguir suelos expansivos de colapsables? Suelos crióticos

Suelos expansivos - colapsables

Suelos de comportamiento “especial” en el edómetro

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Suelos expansivos Suelos parcial o totalmente saturados que aumentan su volumen cuando aumenta su contenido de humedad, a carga constante Suelos colapsables Suelos parcialmente saturados que reducen su volumen y resistencia cuando aumenta su contenido de humedad, a carga constante

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Suelos de comportamiento “especial” en el triaxial

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Suelos cementados Suelos que poseen una componente de la resistencia que se pierde con el progreso de la deformación Suelos sensitivos Suelos que reducen su resistencia con el progreso de la deformación

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Suelos de comportamiento “especial” en carga cíclica

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Suelos licuables Suelos que exhiben rigidez y resistencia al corte (casi) nulas cuando se los somete a carga rápida debido a la generación de presión de poros por contracción

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Índice

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Suelos “especiales” Suelos expansivos Suelos colapsables ¿Cómo distinguir suelos expansivos de colapsables? Suelos crióticos

Suelos expansivos - colapsables

Experiencia de contracción de arcillas

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Suelos expansivos - colapsables

Mecanismo de expansión: estructura interna de arcillas

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100 mm, 50 mm, 20 mm, 10 mm, 2 mm, 1 mm

Suelos expansivos - colapsables

Mecanismo de expansión: absorción de agua por ósmosis

catión retenido por fuerzas electromagnéticas: no puede salir

partícula de arcilla agua y cationes adsorbidos concentración decreciente agua con poca concentración Ley de Fick: sale el catión o entra el agua

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catión retenido por fuerzas electromagnéticas: no puede salir

partícula de arcilla Se separan las partículas

Suelos expansivos - colapsables

Mecanismo de expansión: absorción de agua por ósmosis

agua y cationes adsorbidos concentración decreciente

entra agua por ósmosis agua con poca concentración Ley de Fick: sale el catión o entra el agua

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Suelos expansivos - colapsables

Suelo expansivo: consecuencias prácticas Cuando el suelo se humedece (regamos las plantas) se hincha La presión de expansión es mucho mayor que el peso de la vivienda La expansión no es uniforme: daños a la construcción 11

Caracterización de expansividad: Indice de actividad El índice de actividad mide la actividad eléctrica de la arcilla =

C-14 0.80 m

% 50, ≪ • Colapsable < 35, ≅

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Índice

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Suelos “especiales” Suelos expansivos Suelos colapsables ¿Cómo distinguir suelos expansivos de colapsables? Suelos crióticos

Suelos expansivos - colapsables

Características de suelos crióticos

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Suelos expansivos - colapsables

Características de suelos crióticos

Agua continuamente descongelada 43

(MIT 1981)

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Trumpet curve

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(Lachembarch 1973)

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Efecto de cuerpos de agua en suelos crióticos

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Los cuerpos de agua son grandes reservorios de calor que establecen un equilibrio dinámico con el Permafrost

(Andersland y Ladanyi 2004)

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Termosifones

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Los termosifones se emplean rutinariamente en regiones frías para mantener el terreno permanentemente congelado • Máquinas térmicas (intercambian calor) • Funcionan en el ámbito de un campo gravitacional • Naturales-Forzados • De una o dos fases

(Mc Fadden 2001)

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Termosifones

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Los termosifones se emplean rutinariamente en regiones frías para mantener el terreno permanentemente congelado

(Bellazeroff - Siberian State Railway University)

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Termosifones

Vivienda en Dawson City, NT 48

Hangar aeronáutico, Inuvik, NT

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El problema del lago Boeckella en la Base Esperanza (Tesis F. Arroyo)

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• Temperatura media anual: 268ºK = -5 ºC • Temperatura media del suelo: 270ºK = -3ºC • Toma agua del Lago Boeckella (prof. 4m)

(J. G. Bockheim 2004)

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Falla de costa Lago Boeckella

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Enero 2002 • Colapso de 32m. de la cuenca natural • Disminución brusca del nivel del lago • Desabastecimiento de agua potable

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Falla de costa Lago Boeckella

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Enero 2002 • Colapso de 32m. de la cuenca natural • Disminución brusca del nivel del lago • Formación de un domo de congelamiento (Pingo)

(Fotografía Base Esperanza)

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Falla de costa Lago Boeckella

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(Washburn y Mackay)

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Construcción de un dique

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• Se rellenó el sector con áridos (continentales) • Se construyó un dique de hormigón • Se colocaron termosifones para congelar los áridos y evitar filtraciones

(Fotografía Base Esperanza)

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Termosifones en dique Boeckella

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(Fotografía Base Esperanza)

Trumpet curve en el Lago Boeckella 310

298.333

z = 0.0m z = 1.0m z = 2.8m

286.667

Temperatura

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Temperatura del suelo - Profundidad constante

275

263.333

251.667

240 0

55

7

110

7

210

Tiempo t  0day

7

310

7

410

Perfil de temperaturas del suelo 0

Capa activa 2.8m

1 2

Tinstantanea

3

Profundidad

Suelos expansivos - colapsables

Trumpet curve en el Lago Boeckella

4 5

Tminima

Tmaxima

6

Tmedia

7 8 9

260

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280 273ºK =0ºC

Temperatura

300

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Termosifones en dique Boeckella

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El calor de extracción requerido depende del escenario • Sin flujo de agua pasante (difusión) • Con flujo de agua pasante (convección) • Con una geomembrana temporaria (flujo controlado)

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Patología remanente

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Si no se instala una geomembrana (de acción temporaria), el transporte advectivo de calor es demasiado potente para que los termosifones logren el congelamiento del terreno • Filtraciones • Ampliación de la zona de Talik • Pérdida de apoyo del dique

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Bibliografía

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Básica • Jiménez Salas y otros. Geotecnia y Cimientos. Ed. Rueda Complementaria • Mitchell. Fundamentals of soil behavior. Wiley. • Redolfi. Pilotes en suelos colapsables. Tesis CEDEX • Arroyo. Comportamiento de suelos crióticos. Tesis FIUBA