Asentamiento por consolidación secundaria y expansiones Asentamiento por consolidación secundaria • El asentamiento secundario se refiere al proceso de deformación adicional que ocurre en el suelo una vez que el asentamiento primario por consolidación ha terminado, es decir, después de que el exceso de presión de poros se ha disipado completamente. Aunque el asentamiento primario está bien explicado y modelado a través de la teoría de la consolidación de Terzaghi, el asentamiento secundario no tiene una explicación física completamente detallada, y parece deberse a una serie de mecanismos relacionados con el reordenamiento interno y el ajuste de las partículas del suelo. Asentamiento por consolidación secundaria • Proceso del Asentamiento Secundario • Una vez que el exceso de presión de poros ha desaparecido y el suelo ha alcanzado una nueva condición de equilibrio, el esfuerzo efectivo en el suelo se estabiliza. Sin embargo, en algunos suelos, particularmente en arcillas altamente plásticas y rellenos sanitarios, se observa que el suelo sigue asentándose aunque el esfuerzo efectivo no cambie. Este fenómeno se denomina asentamiento secundario, y puede estar relacionado con factores como: Asentamiento por consolidación secundaria • Reordenamiento de partículas: Las partículas del suelo pueden deslizarse entre sí o reacomodarse lentamente bajo el esfuerzo aplicado. • Compresión interna: Si el suelo contiene partículas orgánicas o materiales muy compresibles, estas partículas pueden experimentar una compresión interna a lo largo del tiempo, generando un asentamiento adicional. • Deslizamiento entre partículas: En suelos arcillosos, las partículas pueden continuar deslizándose incluso después de que la presión de poros se haya disipado. Asentamiento por consolidación secundaria • Este tipo de asentamiento es generalmente despreciable en suelos granulares como arenas y gravas, pero puede ser significativo en suelos cohesivos como las arcillas blandas y suelos con altos contenidos de materia orgánica. Asentamiento por consolidación secundaria • Gráfico del Asentamiento Secundario • En el gráfico típico de un ensayo de consolidación unidimensional, el asentamiento se grafica en función del tiempo en una curva semilogarítmica. La curva muestra dos fases importantes: 1.Asentamiento primario: La primera fase de asentamiento ocurre debido a la expulsión del agua en el suelo. Durante esta etapa, la curva sigue una pendiente empinada hasta que se alcanza un nuevo equilibrio. Este punto se denomina fin de la consolidación primaria (punto B en la figura mencionada). Asentamiento por consolidación secundaria Asentamiento por consolidación secundaria • Asentamiento secundario: Después del punto B, el asentamiento continúa de manera más lenta, pero no desaparece. El índice de compresión secundaria (Cα) describe esta pendiente en la fase de asentamiento secundario. Se calcula como la pendiente de la curva durante la fase de asentamiento secundario en la gráfica semilogarítmica. Asentamiento por consolidación secundaria Expansiones Expansiones • En algunos casos, el suelo puede experimentar fenómenos de expansión en lugar de asentamiento. Esto ocurre generalmente en suelos que contienen arcillas expansivas, como las montmorillonitas, que tienden a absorber agua y expandirse. Este fenómeno es opuesto al asentamiento y puede ocurrir debido a: • Absorción de agua: Las arcillas expansivas incrementan su volumen cuando absorben agua. Este fenómeno es común en regiones con estaciones secas y lluviosas marcadas, donde el contenido de humedad del suelo varía. • Descarga de esfuerzos: Si un suelo previamente cargado experimenta una reducción en los esfuerzos efectivos, como en el caso de la excavación o remoción de sobrecargas, puede ocurrir una expansión. Expansiones 1. Definición de expansividad • La expansividad se refiere a la capacidad de un suelo para cambiar de volumen o generar presión, particularmente en suelos confinados, cuando las condiciones de humedad varían. Este fenómeno es común en ciertos tipos de arcillas, especialmente las montmorillonitas, que al absorber agua u otros líquidos experimentan cambios en su estructura. De igual manera, estos suelos pueden retraerse al perder agua, lo que también genera problemas estructurales en edificaciones y carreteras. Expansiones 2. Identificación de arcillas expansivas • Los suelos expansivos poseen características visibles que permiten su identificación en campo. Entre los principales indicios están: • Colores verdosos, azulados o grisáceos con textura satinada en corte fresco. • Producen un barro muy pegajoso cuando están mojados. • Al estar húmedas, las arcillas pueden moldearse fácilmente sin cuartearse. • Son muy resistentes al tacto cuando están secas. • Presentan grietas poligonales profundas durante temporadas secas. • Colinas y cerros con superficies suaves muestran alteraciones y degradaciones considerables. Expansiones 3. Técnicas indirectas para determinar la expansividad • Estas técnicas están enfocadas en identificar la mineralogía y el comportamiento del suelo: • Límites de Atterberg: Límite líquido, índice de plasticidad y límite de retracción. • Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS): Suelos expansivos se clasifican como CH (arcillas de alta plasticidad) o MH (limos de alta plasticidad). • Difracción de Rayos X: Determina los minerales presentes en el suelo, diferenciando arcillas con mayor o menor potencial expansivo como las montmorillonitas sódicas y cálcicas, vermiculitas, illitas y caolinitas. • Contenido de humedad y grado de saturación: Suelos saturados tienen menor capacidad de expansión. Expansiones 4. Técnicas Directas para Determinar la Expansividad • Estas pruebas miden el hinchamiento del suelo o la presión necesaria para impedirlo: • Ensayo Lambe: Mide el potencial de cambio de volumen y el índice de hinchamiento en muestras remoldeadas. • Ensayo de hinchamiento libre en edómetro: Mide el hinchamiento vertical en muestras inalteradas. • Ensayo de presión de hinchamiento en edómetro: Mide la presión necesaria para evitar el hinchamiento. Expansiones 5. Clasificación de Arcillas Expansivas • A continuación se presentan tablas que recopilan la clasificación de las arcillas expansivas según diferentes autores y métodos. Criterios de expansividad (Recopilados por R. Ortiz, 1975) 2ª Expansiones Grados de expansividad y valores medios de parámetros geotécnicos. González de Vallejo (2002). Expansiones Grado de expansión. Chen, 1988. Expansiones Grado de expansión. Método USBR. Holtz y Gibbs (1956). Expansiones 6. Patologías en Suelos Expansivos • El fenómeno de la expansividad puede provocar numerosas patologías: • Agrietamiento y distorsión estructural: Debido a los cambios de volumen en las estaciones secas y lluviosas. • Inestabilidad en taludes y laderas: Genera degradación y deslizamientos. • Rotura de saneamientos: Las tuberías enterradas son susceptibles de romperse por las tensiones generadas. • Abombamiento de terraplenes: Los suelos expansivos alteran la estabilidad de terraplenes. Expansiones 7. Soluciones Constructivas • Las soluciones más comunes incluyen: • Cimentaciones profundas: Usar pilotes aislados de las arcillas expansivas. • Sustitución del terreno: Reemplazar el suelo expansivo con terreno granular. • Terraplenes: Evitar el uso de suelos expansivos o estabilizarlos con cal o cemento.