Problemas en Suelos

PROBLEMAS PRESENTADOS POR LOS SUELOS A LAS OBRAS DE INGENIERÍA

INTRODUCCION

• En la Ingeniería Geotécnica nos encontramos condiferentes clases de suelos, muchos de los cualesposeen características especiales, planteando seriosproblemas y retos a la ingeniería

• El estudio de estos suelos se ha iniciado en lamayoría de casos, luego que éstos han generadoalguna falla o el colapso de las estructuras. Lamanifestación del comportamiento anómalo de lossuelos está generalmente relacionada con algúnfenómeno natural o con la actividad del hombre.

• SUELOS PROBLEMATICOS• SUELOS EXPANSIVOS• SUELOS COLAPSABLES• SUELOS DISPERSIVOS• SUELOS ORGANICOS• RELLENOS SANITARIOS

• EFECTOS LOCALES DE SITIO• FENOMENO DE LICUACION DE SUELOS• DENSIFICACION DE SUELOS• AMPLIFICACION SISMICA• DESLIZAMIENTOS INDUCIDOS POR

SISMOS

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFacultad de Ingeniería Civil

SUELOS EXPANSIVOS

CARACTERISTICAS, METODOS DE IDENTIFICACION Y SOLUCIONES

SUELOS EXPANSIVOS• Definición: Son suelos que tienen la propiedad

de contraerse o expandirse debido a cambios ensu contenido de humedad. Este procesoinvolucra grandes cambios volumétricosgenerando esfuerzos considerables.

• Características de estos suelos: Son arcillasaltamente plásticas y con alto contenido demontmorillonita en su composición.

a) Movimientos estacionales del terreno descubiertob) Movimiento estacionales debajo de un edificio, a

partir de su construcción.

(a)

(b)

Movimientosdiferenciales

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 Característ icas Geológicas y Climáticas Favorablesa la Presencia de Suelos Expansivos. Se ha comprobado suexistencia en esta zona.

lugares. Se ha comprobado su existenci en el Ecuador.

Zona de Características Geológicas y Climáticas que hacenposible la Ocurrencia de Suelos Expansivos en determinados

información.

Zona con Geología Favorable y Clima Desfavorable para laOcurrencia de Suelos Expansivos se necesita mayor

Tumbes

Piura

Chiclayo

Cajamarca

ChachapoyasMoyobamba

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

EX

PAN

SIO

N (%

)

TIEMPO (MIN)

CARGA= 1 (Kg/cm2)

CALICATA : --MUESTRA : V-1PROFUNDIDAD: --

PROYECTO : SUELOS EXPANSIVOS TALARAUBICACIÓN : UBB. LOS VENCEDORESFECHA : 04-03-91

ENSAYO DE EXPANSION

Lado : Izquierdo Clasific. (S.U.C.S.) : CHMuestra : M - 1 Estado : InalteradoProgresiva (Km) : 7 + 842.4 Carga de asiento (Kg/cm²) : 0.01

coordenadas para calcular 0.20 6.77 eje X L cero exp.0.20 6.82 0.10 6.770.80 6.87 38515.00 6.77

Tangente de expansión primaria3311.31 9.91 a = 0.07 K = 4.0444668.36 9.99 b = 9.67 x = 11046.85

Tangente de expansión secundaria0.62 6.77 c = 0.75 y = 9.9512589.25 9.99 d = 6.93 Expansión = 3.18 mm 16.83

Linea de expansión 11046.85 9.95 10.00 3.1811046.85 6.77 10.05

T1=0.8 min0.10 6.870.80 6.87

T¼=0.2 min0.10 6.820.20 6.82

Expansión = 16.83 %

CURVA DE EXPANSION

T1 = 0.8 m in

T¼ = 0.2 min a 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 100000.0Tiempo (min)

Lect

ura

del d

ial (

mm

)

Expa

nsió

n =

3.18

mm

ResultadoExpansión = 16.83 %

ExpansiónSecundaria

Expansión Primaria

INFORME : LG01-018 Lado : IzquierdoSOLICITANTE : Colegio de Ingenieros del Perú - Consejo Departamental Moquegua Muestra : M - 1PROYECTO : Canal Pasto Grande / Tramo: Chen Chen - San Antonio Progresiva (Km) : 7 + 842.4UBICACION : Moquegua Clasificación (S.U.C.S.) : CHFECHA : Marzo, 2001 Estado : Inalterado

e0 0.43 0.01

12.08 Kg/cm²0.01 0.4318.23896 0.43 12.08 0.43

12.08

CURVA DE CONSOLIDACION

eSP =0.668

0.43e0 =

SP

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)

Rel

ació

n de

Vac

íos

Resultado12.08 Kg/cm²SP =

• 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 encontradasen varias demoliciones.b) Versión moderna del mismo principio.(Jiménez Salas y Marsal, 1964).

Distribución irregular de las presionesbajo el cimiento, debido a las arcillasarcillas expansivas.a) Exterior seco. El interior conserva oaumenta la humedad.b) Exterior más húmedo que el áreaprotegida por el edificio.

(2)(1)

Espacio librepara expansión

Movimientodel suelo

CorrectoIncorrectoEstable

1. Cimentación tipo palafito.2. Solución de cierre del espacio

de expansión, para mejor suaspecto y limpieza

Aquí Vemos un ejemplo de unaforma errónea y correcta para eldiseño de una estructura adaptablea suelos expansivos.

Vigasde

Plataforma

Losa

Planta

Losa

Vigas de concretoreforzado

Puntos desuspensión

Elevación

Esta es otra forma paradiseñar una estructuraadecuándola a suelosexpansivos. Esta casaes construida sobreuna plataforma rígidaque se inclina cuandoel suelo se expande.

SUELOS COLAPSABLES

CARACTERISTICAS Y ALTERNATIVAS DE SOLUCIONES

SUELOS COLAPSABLES• Definición: Generalmente son suelos de origen

eólico, cuya estructura está ligeramente cementadapor sales acarreadas por la brisa marina, con locual adquieren una resistencia aparente. Sonsuelos en estado metaestable, que generalmente sepresentan en áreas desérticas. .

En la actualidad se incluyen en este grupo de suelosa aquellos fuertemente cementados por salessolubles, que sufren grandes asentamientos por lalixiviación de dichos materiales.

SUELOS COLAPSABLES

• Características de estos suelos: al contacto conel agua sufren cambios bruscos en su volumenpor efecto del lavado de sus cementantes (sales),debido al reacomodo de sus partículas.

Cuando el material cementante constituye granparte de la matriz del suelo, el proceso delixiviación también genera grandes reduccionesde su volumen.

LOCALIZACION DE LOS SUELOS COLAPSABLES

• Estos se encuentran en las regiones áridas ysemiáridas. Los depósitos eólicos, coluviales,residuales, tufos volcánicos pueden sercolapsables.

• En Lima, se han encontrado estos tipos de suelosen 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 - 1SOLICITANTE : G. M. I. S. A. Muestra : ---PROYECTO : Proyecto Chillón Profundidad ( m ) : 1.50 - 1.70UBICACION : Lima Clasificación (S.U.C.S.) : CLFECHA : Estado : Inalterado

0.00 0.9714070.10 0.963193 0.08 3.2000 3.61 0.775909580.20 0.952104 0.188 3.2001 3.61 0.66645539 11.270.40 0.936805 0.3370.80 0.92089 0.4921.60 0.88177 0.8733.20 0.77591 1.9043.20 0.666455 2.976.40 0.555872 4.0473.20 0.56501 3.9581.60 0.571787 3.8920.80 0.579385 3.8180.40 0.588112 3.7330.20 0.594068 3.6750.10 0.611215 3.508

Septiembre, 1999

Porcentajede 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 10.0Carga Aplicada (Kg/cm²)

Rel

ació

n de

Vac

íos

ENSAYO DE COLAPSO

EVALUACION DEL COLAPSO IN-SITU CON PRUEBA DE

CARGA SATURADA

18

16

14

12

6

20

CA

RG

A U

NIT

AR

IA (K

G/C

M2)

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 CMFECHA : 18-08-89 AREA PLACA : 707 CM2LUGAR : 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 ORGANICOS Y TURBAS

Definición: Son suelos que debido a su grancompresibidad y bajo esfuerzo cortarteconduce a serios problemas de inestabilidad yasentamientos.

Características:Altos contenidos de humedad.Alta relación de vacíos.Contenido de materia orgánica.

METODOS DE IDENTIFICACION

Visual:Color negruzco.Alta plasticidad al tacto.Olor fétido

Laboratorio: Contenido de humedadLímites de consistencia.Cantidad de materia orgánica.Ensayos de consolidación.

Muestra de Suelo Orgánico

Ensayo de Consolidación de una Muestra de Suelo Orgánico

Cambio de Volumen de la Muestra de Suelo Orgánico

INFORME : LG01-044 Sondaje : C - 4SOLICITANTE : DIANA CALDERON CAHUANA Muestra : ---PROYECTO : Investigación de Suelos Orgánicos Profundidad (m) : 7.00UBICACION : Bertello / Canta Callao - Callao Clasific. (S.U.C.S.) : OLFECHA : Enero - Abril, 2001 Estado : Inalterado

Angulo Horizontal Bisectriz Tangente Angulo Ecuación de la bisectriz1.58 3.12 3.12 3.12 0.08 y = -0.1114 Ln(x) + 3.1711 CURVA4.24 3.12 3.01 2.90 0.04 Ecuación de la pendiente de consolidacion 0.10 3.338

y = -0.9764 Ln(x) + 3.9585 0.20 3.316Superior Inferior Diferencial ln(x) 0.91037424 0.40 3.275

1.89 1.89 6.40 3.78 x 2.485267564 0.80 3.2016.40 3.78 3.78 3.78 y 3.069617269 1.60 3.1123.34 3.34 2.15 3.34 RESULTADOS 3.20 2.7832.15 3.34 2.15 2.15 Pc 2.49 Kg/cm² 6.40 2.146

Dif. Cc 1.192 3.20 2.207Superior Inferior Diferencial Cc 2.249 1.60 2.312

0.21 0.21 0.50 0.50 Dif. Cs 0.491 0.80 2.4004.58 0.50 4.58 0.50 Cs 0.365 0.40 2.5352.64 2.64 2.15 2.64 0.20 2.5882.15 2.64 2.15 2.15 0.10 2.637Eje Y

Recompresión

Carga aplicada

Eje X

Consolidación

Eje Y

Eje X

ENSAYO DE CONSOLIDACION(ASTM-D2435)

CURVA DE CONSOLIDACION

eS

eC

Pc

2.00

2.20

2.40

2.60

2.80

3.00

3.20

3.40

0.1 1.0 10.0Carga Aplicada (Kg/cm²)

Rel

ació

n de

vací

os (

e )

RESULTADOS

eC =1.192 , CC = 2.249eS =0.491 , CS =0.365

PC = 2.49 Kg/cm²


Mezcla de suelos orgánicos con limos:incrementa el esfuerzo cortante y reduce lasdeformaciones volumétricas.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFacultad de Ingeniería Civil

SUELOS DISPERSIVOS

CARACTERISTICAS Y METODOS DE IDENTIFICACION

SUELOS DISPERSIVOS

• Definición: Las arcillas dispersivas sonaquellas que por la naturaleza de sumineralogía y la química del agua en lossuelos, son susceptibles a la separación delas partículas individuales y a la posteriorerosión a través de grietas en el suelobajo la filtración de flujos.

Características

Estas arcillas erosionan rápidamente en presencia delagua cuando las fuerzas repulsivas que actúan entre laspartículas de arcilla exceden a las fuerzas de atracción(Van der Waals) de tal forma que las partículas sonprogresivamente separadas desde la superficie entrandoa una suspensión coloidal. Por esta razón estas arcillasson llamados arcillas “defloculadas”, “dispersivas” o“erodibles”. Son suelos altamente erosivos a bajosgradientes hidráulicos del flujo del agua, e incluso enalgunos casos en agua en reposo.

Métodos de Identificación

Los suelos dispersivos no pueden ser identificadoscon una clasificación visual del suelo o con un índicede 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 zonase encuentra cerca a una laguna en Orlando. (Florida - USA)

Ejemplo de falla por tubificación en una Presa debido a la presencia de SuelosDispersivos (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 CrumbEl ensayo de Emerson Crumb (Emerson,1967) fuedesarrollado como un procedimiento simple paraidentificar el comportamiento dispersivo en campo. Elensayo consiste en colocar un terrón de suelo en agua y ladispersión es observada como el grado de turbidez delagua, 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 ensayoes un indicio de las características dispersivas del suelo.

Tipos grados de dispersión, el suelo de la derecha esligeramente dispersivo (Grado 3) y el de la izquierda es nodispersivo (Grado 1).

Obsérvese los diferentes resultados en el Ensayo de Crumb.

Ensayo del Doble HidrómetroEste ensayo consiste en realizar dos ensayos deHidrómetro utilizando en uno de ellos dispersantey en el otro no.

La interpretación del porcentaje de dispersión esel siguiente:

Menor de 30 es no dispersivo Entre 30 a 50 es intermedioMayor que 50 es dispersivo

Ensayo del Doble Hidrómetro, equipo utilizado en este Ensayo.

Ensayo del Doble Hidrómetro; los recipientes del ladoderecho son los ensayados sin el defloculante y sinagitación mecánica.

Ensayo de Pinhole

Fue desarrollado por Sherard (1976), con elpropósito de tener una medida directa de laerodibilidad. Es así como un orificio de 1.0 mmde diámetro es perforado en el suelo a serensayado y a través del cual se pasa agua bajodiferentes cargas y tiempos, simulando una fisuraen 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 mmagujero

Agua Destiladadesde un tanquecon carga constante.

CompactadoCilindro 1.3" I.D., 4" long

Gravas (Nº10-1/4") Agujero de Ventilaciónen la tapa de la cámarao en el fondo del plato.

Especímen de Suelo

Guía centrada de Plásticocon 0.06" de diámetroy 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, compactacióndel especimen en el cilindro delequipo de Pinhole en 05 capas ycon 16 golpes por capa.

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

Ensayo de Pinhole, aplicación de la primera carga.

Ensayo de Pinhole, obsérveseel color del efluente a travésde los cilindros y la carga a lacual está sometida; esto estípico en un suelo ligeramentedispersivo.

Ensayo de Pinhole,aplicación de la última carga.

Ensayo de Pinhole, resultado de algunosde los especímenes ensayados.

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

Algunos Casos Vistos:Presa TinajonesUbicada en el distrito de Chongoyape. Es una presa de tierrazonificada que provee el cierre principal a las aguas embalsadas.Construída entre los años de 1965 y 1968. La presa ha presentadovarias fisuras en diferentes años, realizándose varias reparaciones.El material investigado fue de la corona de la presa principal en laprogresiva Km 2+100.

Ensayos de DispersiónMuestra ClasificaciónSUCS Crumb Doble H. Pinhole

ND31

ND12NúcleoPresa

TinajonesCL Grado 1

IntermediaDispersión

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

FENOMENO DE LICUACIÓN DE SUELOS

Estado Inicial

Nivel Freático

Flujo de agua hacia arriba

Estado Final

PERDIDA DE CAPACIDAD PORTANTE

Manifestacionesde la Licuaciónen Superficie

Licuación de Suelos en Nigata, JapónSismo de 1964

Licuación de Suelos en Venezuela,Sismo de 1969

Licuación de Suelos en Kobe, JapónSismo de 1995

Licuación de Suelos en Chimbote, Perú. Sismo de 1970

Licuación de Suelos en Tahuishco, MoyobambaSismo de 1990

Licuación de Suelos en Asungue, MoyobambaSismo de 1990.

EFECTOS LOCALES DE SITIO - TERREMOTO DE MEXICO (1985).

Caleta de CamposEpicentro

2200 m(aprox.)

UNAM

Teacalco

SCT

Nivel del Mar

332 Km. (aprox.)

379 Km. (aprox.)

400 Km. (aprox.)

10 seg.

-170

170

Acel

erac

ión

cm/s

eg/s

eg

-170

170

Acel

erac

ión

cm/s

eg/s

eg

10 seg.

-170

170

Acel

erac

ión

cm/s

eg/s

eg

10 seg.

-170

170

Acel

erac

ión

cm/s

eg/s

eg

10 seg.

200

400

0

600

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

Mexico City SCT EW (1985)El Centro NS (1940)Hachinohe NS (1968)Kawasaki NS (1985)

Espectro de Respuesta de Velocidades (h=0.02)

Período (seg)

Velo

cida

des

(cm

/seg

)ESPECTRO DE RESPUESTAS DE VELOCIDADES

CIUDAD DE MÉXICO - ESTACIÓN SCT (1985)

Problemas en Suelos

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