ARCILLAS EXPANSIVAS

Francisco León Calderón, Raúl Zeas Cárdenas

Facultad de Ingeniería, Universidad de Cuenca

RESUMEN

El documento presenta los datos relevantes respecto a los suelos arcillosos de comportamiento expansivo, haciendo un análisis del impacto geológico que tendrá en las construcciones de la Ingeniería Civil y las demás generalidades de este conocido y problemático tipo de suelo.

Palabras Clave: comportamiento expansivo, construcciones.

INTRODUCCIÓN

“Antes del desarrollo de la Mecánica Aplicada, posible a su vez gracias a las grandes contribuciones científicas de los teóricos, todos los principales problemas de la ingeniería civil eran resueltos en forma intuitiva o por tanteos, ello aparejaba serios riesgos en lo referente a seguridad como a economía” (Juarez Badillo, Mecánica de Suelos).

El problema de los suelos expansivos, suelos arcillosos inestables en presencia de humedad, no fue estudiada por los especialistas de suelos prácticamente hasta fines de 1930, al pasar los años se fue haciendo necesario buscar herramientas que permitan combatir las patologías presentadas por este fenómeno; se estima que las pérdidas anuales a nivel mundial por daños en las construcciones sobre suelos expansivos, se eleva a dos billones de dólares (Patrone y Perfumo) debido a que las construcciones no presentan ninguna medida de seguridad.

Definición de arcilla expansiva

Los suelos expansivos no son, en realidad, un terreno ni un grupo de terrenos. Es más bien un fenómeno que se origina en la conjugación de un terreno arcilloso con unas condiciones ambientales que induzcan cambios apreciables de humedad (Sánchez, 2005). Una arcilla expansiva es aquella arcilla susceptible de producir grandes cambios de volumen, en directa relación con los cambios de humedad: se expanden con la humedad y se contraen al secarse.

Origen y composición

Las arcillas se producen por meteorización química de las rocas, a través de procesos como: disolución, oxidación, hidratación e hidrólisis y reacciones con el dióxido de carbono.

Los procesos que intervienen en la meteorización química provocan la descomposición de muchos silicatos, especialmente los feldespatos, que dan origen a las arcillas.

Los minerales de arcilla son básicamente silicatos de aluminio hidratados de forma cristalina y estructura complicada, constituidos por dos elementos cristalográficos: El tetraedro de silicio (SiO2) y el Octaedro de aluminio Al (OH)3

Los minerales de arcilla más comunes son:

La Caolinita La illita La Montmorilonita

Identificación de un suelo potencialmente expansivo

Se puede optar por diversas metodologías para poder determinar la potencial expansividad de un suelo:

Identificación meteorológica. Determinación de ciertas propiedades básicas de los suelos. Métodos indirectos de determinación del potencial expansivo del suelo. Medidas directas de la expansión del suelo.

La más usada en Ingeniería la determinación de propiedades físicas de los suelos en estudio.

En este proceso se puede determinar el Límite Líquido y el Límite Plástico, que presenta una tabla de criterios (Seed, Woodward y Lundgren):

Si bien es cierto que todos los suelos altamente expansivos tienen plasticidades altas, no es cierto que los suelos con elevada plasticidad sean necesariamente expansivos.

Otro criterio es el contenido de coloides presentes en el suelo, se presentó una relación del tipo:

S=k C x

S = Hinchamiento potencial, expresado en porcentaje.

C = Porcentaje de fracción arcilla (partículas menores a 0,002 mm).

x = Exponente en función del tipo de arcilla.

k = coeficiente en función del tipo de arcilla.

Por otro lado, Holtz y Gibbs presentaron un estudio en el que se relaciona el contenido de coloides, el Índice plástico y el límite de contracción.

La curva proporciona el siguiente criterio para la determinación: