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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 expans xpansivos - colapsables

Índice • • • •

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

Suelos expans xpansivos - colapsables

Suelos de comportamiento “especial” en el edómetro 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 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 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 neutra por contracción

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Índice • • • •

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

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Experiencia de contracción de arcillas

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Experiencia de contracción de arcillas

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Mecanismo de expansión: estructura interna de arcillas

100 µm, 50 µm, 20 µm, 10 µm, 2 µm, 1 µm

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Mecanismo de expansión: absorción de agua por ósmosis partícula de arcilla catión retenido por fuerzas electromagnéticas

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

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Mecanismo de expansión: absorción de agua por ósmosis partícula de arcilla catión retenido por fuerzas electromagnéticas

cationes adsorbidos concentración decreciente

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

Caracterización de expansividad: Indice de actividad 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

El índice de actividad mide la actividad eléctrica de la arcilla

IP A= % < 2µ Si el IP es alto con poca cantidad de arcilla, ésta es muy activa

C-14 0.80 m

100

C-12 0.60 m

10

C-7 0.60 m

c-3 0.60 M

Diámetro (mic)

1

Porcentual que pasa (%) Por

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SEDIMENTOMETRÍAS

Predicción de Cambios C de Volumen

Caracterización de expansividad: Indice de actividad IP A= % < 2µ

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Caracterización de expansividad: Límite de contracción El límite de contracción es la humedad en la que el suelo deja de contraer, cambia de color y se dessatura

LC [ % ] = 46.38

LL [ % ] + 43.53 IP [ % ] + 46.38

− 43.53

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Caracterización de expansividad: Superficie específica

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Es la relación entre la superficie de una partícula (m2) y su masa (gr) Mide el grado de aglomeración de paquetes de hojas de arcilla

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Medición superficie específica con azul de metileno Número (N)

Halo celeste

Absorción total

A. metileno en exceso (fin ensayo)

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Medición de succión (matricial y total) • Papel filtro calibrado • 7 días de equilibrio higrotérmico

Calibración papel filtro

Preparación ensayo

Predicción de Cambios C de Volumen

Predicción del cambio de volumen en función de la succión mátrica La variación de relación de vacíos se calcula mediante los índices que surgen de ensayar los suelos: • Indice de compresión respecto de presiones netas en descarga Cts • Indice de compresión respecto de la succión en descarga Cms ∆e = Cms .∆ log(ua − u w ) + Cts .∆ log(σ − ua )

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Predicción del cambio de volumen en función de la succión mátrica • Se debe medir la succión del suelo in situ • Se debe estimar la succión del suelo a largo plazo • Se deben medir o estimar los índices de compresión del suelo Las dificultades para medir con precisión la succión tanto in situ como en laboratorio no favorecen la utilización de estos métodos

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Estudios mineralógicos • Difracción por rayos X • Análisis térmico diferencial

Halloysita (grupo kaolín)

Montmorillonita (grupo smectita)

Minerales arcillosos

Attapulgita (grupo chlorita)

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Difracción por rayos X • Se ataca una muestra con rayos α • Se cuentan las veces que se repite un ángulo de difracción (función de los minerales presentes) Minerales predominantes

n⋅ λ = 2 ⋅ d ⋅ sen(θ ) (Ley de Bragg)

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Capacidad de intercambio catiónico (CEC) Mide la capacidad de intercambio de iones que presentan las partículas de arcilla al hidratarse

CEAC =

CEC Ac

Cationes intercambiables Clasificación s/Pearring – Holt (Cation Exchange Activity)

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Coeficiente lineal de extensión (COLE) Mide el cambio volumétrico de una muestra indisturbada al pasar del estado húmedo al seco

ds dM

Peso unitario seco a horno (succión 1000 MPa) Peso unitario seco a 33 kPa de succión

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Ensayo de expansión libre Mide el potencial de hinchamiento que experimenta una muestra parcialmente saturada por hidratación, bajo una sobrecarga de 6kPa

Preparación muestra

Ensayo

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Ensayo de expansión libre

Fin hinchamiento primario

1 día

Índice de expansión del ensayo y corregido al 50% (ASTM D4829).

Ensayo de expansión libre 7%

6%

5% Expansión

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Ensayo de expansión libre

4%

3%

2%

1% Horas 0% 0

12

24

36

48

60

72

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Presión de hinchamiento en edómetro Deformación uniaxial por ingreso de agua libre Medición directa del potencial expansivo del terreno

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Presión de hinchamiento con doble edómetro

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Prueba CBR (California Bearing Ratio) Se mide el hinchamiento durante 96hs, bajo una sobrecarga de diseño Se efectúa un ensayo de penetración con pistón normalizado hasta alcanzar 12.7mm de recorrido

Preparación muestra

Ensayo (ASTM D1883)

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Prueba CBR (California Bearing Ratio) CURVA DE EXPANSIÓN - C1 0.20-1.20m

CURVA DE PENETRACIÓN - C1 0.20-1.20m

3.2%

0.6

ε (%)

σ1 (MPa)

2.8% 0.5

2.4% 0.4

2.0% 1.6%

0.3

1.2%

CBR = 4

0.2

0.8% 0.1

0.4%

δ [mm]

tiempo (hs) 0.0

0.0% 0

10

20

30

40

50

60

σ1  CBR=  δ =2.54mm  ⋅100  6.9MPa  σ1  CBR=  δ =5.08mm  ⋅100  10.3MPa 

70

80

90

100

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

Generalmente se informa el valor CBR para 2.54mm de penetración.

12

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Índice • • • •

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

Suelos expans xpansivos - colapsables

Estructura de suelos colapsables y mecanismo de colapso Baja plasticidad (poca actividad electroquímica) Bajo grado de saturación (hay tensión capilar) Muy bajo peso unitario seco (alta relación de vacíos)

Suelos expans xpansivos - colapsables

Estructura de suelos colapsables y mecanismo de colapso El agua rompe los puentes cementantes entre partículas Las partículas caen a una posición más estable

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Un ensayo de campo • Ensayo 1 – carga – inundación

• Ensayo 2, 3 Y 4 – inundación – carga – inundación

• Asentamientos finales – colapso (B) / no colapso (A):> 7 – distintos colapsos (L-F-I): 1.4

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Ensayo de colapsabilidad

1-Carga inicial P 2-Saturación 3-Imbibición 4-Colapso primario 5-Colapso secundario

Esta recta no depende de P

Suelos colapsables: ensayo UNCOR 2-Saturación

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1-Carga inicial

3-Incremento de carga

Retoma el comportamiento del mat. intalterado

εt = ε x − 4-Otros incrementos 5-Se miden las pendientes

log [t / t x ] log t y

ε ( /t  x



y

−εx )

Suelos colapsables: ensayo UNCOR Pfn

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Pfs

Humedad natural

Potencialmente colapsables

Auto colapsables

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Medidas de diseño para suelos colapsables • • • •

Retiro y recolocación Compactación in situ Inundación Fundaciones indirectas

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Índice • • • •

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

Suelos expans xpansivos - colapsables

¿Cómo distinguir suelos expansivos de colapsables?

Suelos expans xpansivos - colapsables

¿Cómo distinguir suelos expansivos de colapsables? Los suelos expansivos reducen su volumen cuando se reduce su humedad Los suelos colapsables reducen su volumen cuando aumenta su humedad La manifestación exterior puede ser similar El límite líquido permite distinguirlos • Expansivo LL > 50, ωsat