Soluciones para suelos expansivos Pre-humectacin del sueloLa teora de pre-humectar el suelo antes de la construccin est basada en el hecho de que si al suelo se le permite que se expanda antes de la construccin y si luego la humedad del suelo es mantenida, no es de esperar cambios volumtricos y por lo tanto no es esperable daos sobre la estructura.La experiencia indica que en las reas cubiertas por una losa, contrapiso, pavimento, etc., el contenido de humedad del suelo rara vez decrece. Si uno inunda el suelo, una vez que el suelo se hinche hasta su mximo potencial, la migracin del contenido de humedad hacia la parte de suelo subyacente que se encuentra menos hmeda induce nuevas expansiones del suelo diferidas en el tiempo. Este proceso puede continuar durante cerca de 10 aos.El tiempo requerido para lograr una adecuada humectacin del suelo, aunque no sea necesario llegar a la saturacin, es de al menos uno o dos meses, lo que puede ser considerado como demasiado largo.Adems es muy cuestionable el hecho de que se obtenga una variacin uniforme en el contenido de humedad del suelo en las reas pre-humectadas.Los suelos arcillosos, que son los potencialmente expansivos, son muy difciles de pre-humectar siendo lo ms factible que el agua penetre a travs de fisuras, etc., no logrndose una humectacin pareja del suelo.Este mtodo de inundacin previa puede resultar til para la cimentacin mediante losas, construccin de pavimentos, canales, etc., pero no es adecuado para cimentaciones aisladas (tipo patn).La razn es que el pre-humectar el suelo conlleva a reducir en una forma muy significativa los parmetros resistentes del suelo, lo que lo hace inadecuado para el apoyo de cimientos aislados.Control de humedadEl suelo debe ser excavado a la misma profundidad que el peso del suelo contrarreste el levantamiento del mismo, se pondr un material plstico sobre toda la superficie de la excavacin. La humedad alojada a una profundidad igual al cambio de volumen es controlada por el peso del material sobre puesto y el peso de la construccin. La humedad superficial podr controlarse por medio de una capa de arena graduada de 0.30 a 1 m o tal vez un poco ms gruesa que permita el flujo de agua en forma capilar, y mantendr una uniformidad del contenido de agua en la arcilla.Si bien es relativamente sencillo sacar el agua libre que se ha introducido en la obra para la construccin de una fundacin, realizando los drenajes adecuados ya sean superficiales o subterrneos a tales efectos, pero sin embargo no es tan sencillo el impedir la migracin de la humedad desde el exterior de un local hacia el interior de un rea cubierta.Para impedir la infiltracin de aguas superficiales se puede disponer de: Barreras horizontales contra la humectacin del suelo alrededor de la construccin a travs de: membranas, construccin de veredas perimetrales, pavimentos asflticos, drenaje adecuado. Barreras verticales alrededor de la construccin para impedir las variaciones estacionales en el contenido de humedad del suelo tambin mediante el uso de membranas, hormign, etc.Las barreras verticales usualmente estn unidas a una horizontal para prevenir la humectacin del suelo entre la barrera vertical y la construccin, ya que las barreras verticales deben construirse al menos 70 a 100 cm alejadas del permetro de la construccin.Si bien las barreras verticales son ms efectivas que las horizontales, las mismas resultan mucho ms costosas.Para evitar la variacin del contenido de humedad por variacin del nivel de agua subterrnea la alternativa ms adecuada la constituye la construccin de drenajes subterrneos.El proyecto de drenes deber tener presente el tipo de acufero de que se trate, si es confinado o no, el caudal de agua que escurre por el mismo, profundidad a la que se instala el dren, capacidad del sistema de drenaje, etc.Sustitucin del suelo expansivoUna alternativa simple de cimentar una losa o un patn en un material expansivo es remplazar el material expansivo por otro que no lo sea.La experiencia indica que si el suelo natural sobre el que estamos apoyando nuestro cimiento consiste en ms de 5 pies (aprox. 1.50 mts) de suelo granular del tipo (SC-SP), que a su vez se apoya en un suelo altamente expansivo no existe riesgo de movimiento en la fundacin cuando apoyamos la misma sobre este material granular.El primer requerimiento es, obviamente, que el material no sea expansivo, eso lo cumplen los suelos cuya clasificacin vara desde los materiales del tipo GW a los del tipo SC.Los materiales granulares que podemos considerarlos limpios, es decir con escasa cantidad de finos, aquellos cuya clasificacin de acuerdo al S.U.C.S. vara del tipo GW a SP, tiene una permeabilidad tal que el agua podra llegar hasta los materiales subyacentes arcillosos y expansibles.Desde el punto de vista antes sealado sera preferible que los materiales del relleno sean menos permeables, con cierto contenido de finos (del tipo SM o SC), aunque estos tiene la contra de que los finos de estos materiales pueden a su vez presentar cierto grado de expansin.Uno de los criterios usuales es el planteo de la siguiente condicin:Lmite lquido% de Material que pasa el 200

Mayor a 5015 30

Entre 30 a 5010 40

Menor a 305 - 50

No es tan fcil que un suelo cumple con las condiciones antes planteadas. En caso de dudas razonables, para poder determinar realmente el potencial expansivo del suelo hay que proceder a las metodologas habituales a tales efectos.Una alternativa para mejorar el potencial expansivo del suelo sera el poder mezclar el material granular con el suelo emplazado en sitio. Si bien dicho mtodo es tericamente razonable, en la prctica se hace muy dificultoso la mezcla de material granular con arcillas de bajo contenido de humedad. Se necesita maquinaria especial, sobre todo por la dificultad de disgregar los terrones de arcilla a tamaos adecuados, lo que lleva a costos tan caros como otros procedimientos en los que se obtienen mejores resultados como la estabilizacin con suelo cal o suelo cemento.La principal razn por la cual un relleno artificial de un material seleccionado no es tan efectivo como el apoyar sobre una masa de suelo granular en estado natural, es por la extensin del mismo debajo de la fundacin en uno y otro caso. Cuanto mayor sea el rea en que efectuamos el reemplazo, ms efectivo resulta el relleno.Control de expansinPermitiendo que el suelo se expanda dentro de las cavidades de la cimentacin, los movimientos de una cimentacin pueden ser reducidos a un nivel tolerable. Un tipo de cimentacin comnmente usado es el llamado waffle, denominado en el sistema de E.E.U.U., nosotros lo conocemos como losa de cimentacin con contratrabes, donde las contratrabes soportan la construccin y las cavidades permiten la expansin del suelo.

Modificacin de propiedades expansivas del sueloLa Estabilizacin por Inyeccin es un mtodo in situ de tratamiento de arcillas expansivas por inyeccin de presin de una solucin acuosa de agua, lechada de cal, o cloruro de potasio.Las profundidades tpicas de inyeccin son de 7 a 12 pies de profundidad bajo cimientos de construccin y de hasta 40 pies de profundidad o ms bajo subsuelos de vas frreas y rellenos sanitarios.Un sistema de estabilizacin econmico in situ con una historia de 40 aos de tratamiento de suelos cohesivos. Los mtodos de inyeccin varan de acuerdo con el tipo de material que est siendo inyectado.Inyeccin de agua, una tcnica pre-inflamiento, es un mtodo de introducir agua en la arcilla expansiva con el fin de inflar la arcilla tanto como sea posible antes de la construccinSe inyecta agua y surfactante (agente activo de la superficie) en la arcilla expansiva para pre-inflar la arcilla. Cada pase de inyeccin es realizado en centros de 5 pies. Se requieren varios pases para pre-inflar efectivamente un sitio. El pre-inflamiento se usa tpicamente para grandes construcciones (50K+) y grandes reas de pavimento. La inyeccin de rea es poco costosa, rpida y fcil de usar.Se agrega un surfactante al agua para reducir la tensin del agua e incrementar el ndice de absorcin del agua por la arcilla.MetodologaDiversas condiciones se combinan para hacer de la inyeccin de agua una tcnica efectiva.A medida que se agrega agua a la arcilla por medio del proceso de inyeccin, esta es absorbida por las partculas de la arcilla debido a la presencia de iones hidratantes localizados en el espaciamiento entre las partculas de arcilla.Eventualmente, la arcilla absorber una cantidad de agua que satisfaga la carga de partculas de la arcilla, punto en el que el proceso de inflamiento estar completado.Un plano de esfuerzo cortante se desarrolla en las cubiertas exteriores del sistema de arcilla/agua que corresponde a una reduccin total en la fuerza de corte de la arcilla. Por esta razn, las mediciones de fuerza de corte, como aquellas obtenidas con un penetrmetro de bolsillo, pueden ser una manera rpida y efectiva para determinar el xito de la inyeccin.La Inyeccin de Cal es la inyeccin de lechada de cal a altas presiones (50 a 200 psi) resultando en una cobertura del patrn de desecacin de la arcilla con lechada.Adicionalmente, la superficie del relleno de construccin ser cubierta con la lechada de cal como resultado del proceso. Este material es mezclado con el suelo para formar una plataforma de trabajo despus de la inyeccin.La inyeccin de cal usualmente es seguida por la inyeccin de agua para pre-inflar la arcilla y distribuir despus la cal en el suelo.La cal es inyectada para llenar el patrn de desecacin de la arcilla expansiva con lechada y estabilizar la superficie del relleno para facilidad de operacin.La inyeccin de cal se usa para rellenos de construccin, as como para calles, estacionamientos y carreteras.MetodologaCuando el hidrxido de calcio est en contacto con la superficie de arcilla en el patrn de desecacin del suelo, este reacciona con la slice y almina en la arcilla para formar hidratos de slice de calcio y alminas de slice de calcio. Estos compuestos cementosos representan nuevas molculas y no son expansivas.

La Inyeccin de Cloruro de Potasio (CIS) es la mezcla junto con el cloruro de potasio y lignosulfonato de amonaco en una solucin acuosa que es inyectada para limitar enormemente la elevacin futura de un suelo de arcilla expansiva.A diferencia del pre-inflamiento, la inyeccin de potasio limita la cantidad de agua que absorbe la arcilla. Por esta razn, la inyeccin de potasio tambin es un mtodo para contener la elevacin que ocurre en estructuras existentes.Usualmente, la inyeccin de potasio est limitada para usarse en estructuras existentes, as como en aquellas que son altamente sensibles al movimiento, tales como las residencias.Es mezclado con lignosulfonato de amonaco e inyectado en arcillas expansivas para tratar qumicamente la arcilla y reducir dramticamente su afinidad por el agua.Usualmente es inyectado antes de la construccin de estructuras altamente sensibles, as como a travs de los pisos de estructuras existentes para reducir la elevacin en curso.MetodologaDiversas condiciones se combinan para hacer de la inyeccin de agua una tcnica efectiva.La cantidad de agua que absorbe la arcilla se dicta por el ion predominante localizado en el espaciamiento entre las partculas de arcilla.Al cambiar el ion predominante, el comportamiento del sistema de arcilla/agua puede ser alterado.El potasio y el amonaco son iones que pueden satisfacer la energa potencial de las partculas de arcilla y no tienen una hidratacin excesiva.

La Inyeccin de Cal/Ceniza Suelta es la mezcla de cal y ceniza suelta en una lechada y su inyeccin en suelos de poca fuerza para mejorar la capacidad de soporte y transitabilidad.En suelos menos reactivos, tambin se usa Geocem para mejorar la fortaleza del suelo.Geocem es una mezcla de 80% de piedra caliza de base fina y 20% de clnker de cemento Portland. Estos dos materiales son inyectados para mejorar las condiciones debajo de los subsuelos de las vas frreas, pavimentos y rellenos sanitarios.Se usa para tratar arcillas y cienos de menor fortaleza para mejorar la capacidad de soporte disminuyendo el contenido de humedad e incrementando la densidad seca y la fortaleza de corte.Se usa para tratar problemas de subsuelos de vas frreas en rellenos altos. Tambin se usa para mejorar las condiciones de subsuelos en estructuras de pavimento tales como carreteras y puentes.MetodologaCuando la cal/ceniza suelta es inyectada en una arcilla o cieno de baja fortaleza, esta desplaza el agua que est atrapada en el suelo.Despus, el material reaccionar qumicamente con el suelo, resultando en mayores incrementos en la fuerza de corte.Al inyectar cal/ceniza suelta o Geocem, es posible disminuir el contenido de humedad del suelo y mejorar la densidad seca, lo que contribuir con la fortaleza de corte.Estabilizacin con cal por mtodo de perforacionesEsta tcnica consiste bsicamente en perforar huecos en la subrasante y llenarlos con una lechada de cal o una mezcla de cal y arena. Una vez se llenan los huecos, la cal emigra o se difunde en el estrato de suelo inicindose las reacciones suelo-cal.La experiencia ha demostrado que las reacciones se producen en la periferia del hueco y en el fondo del mismo, pero se logra una reduccin en el potencial expansivo debido al efecto de pre-humedecimiento y a la liberacin de esfuerzos alrededor de la perforacin.Lechadas de cal inyectadas a presinCon el objeto de lograr una mayor distribucin de la cal en las subrasantes expansivas, se ha desarrollado la tcnica de inyecciones a presin. La tcnica consiste en inyectar las lechadas con cal a presiones del orden de 14.0 Kg/cm2r dependiendo de las condiciones del suelo la tubera de inyeccin se penetra en ste, aproximadamente, 30 cms y la lechada se prepara con 1 a 5 kgs de cal por galn de agua, la inyeccin se hace hasta que el suelo rechace la lechada.La experiencia ha demostrado que con este sistema se logran buenos resultados si el suelo expansivo tiene un extenso sistema de fisuras y grietas a travs del cual la lechada pueda ser inyectada eficientemente. El mayor beneficio de este tipo de tratamiento se obtiene tambin por el pre-humedecimiento producido, la barrera de humedad formada por el suelo cal y a las limitadas cantidades del suelo que ha reaccionado producindose la estabilizacin.Estabilizacin con cal por el Mtodo Deep-plowLa tcnica consiste en remover un espesor aproximado de un pie antes de regar la cal, posteriormente se riega la cal necesaria para la estabilizacin, se mezcla la cal con el suelo con tres pasadas del plow hasta una profundidad de dos pies, se esparce agua sobre la mezcla seca en la va, se hace un mezclado final con un ripper profundo, se efecta una compactacin inicial del espesor de dos pies del material estabilizado en una sola capa, utilizando un equipo de compactacin pata de cabra o un rodillo pata de cabra vibratorio, la compactacin final se efecta utilizando 6 pasadas con un rodillo de 70 toneladas de peso.Esta tcnica permite estabilizar con cal y compactar en forma adecuada espesores de 60 a 90 cms.Experiencias sobre la utilizacin de este mtodo indican que se logran densidades superiores al 95% del AASHTO-99 y que la distribucin de la cal es homognea en los primeros 40 cms y menos en los restantes 20 cms.Columnas de grava o arenaVibrosustitucin (Vibroflotacin por va hmeda)Este procedimiento es aplicable en el caso de suelos blando cohesivos en los que las paredes laterales del hueco practicado por el vibrador no resultaran auto-estables, o en el caso de que el nivel fretico de encuentre alto y sea preciso penetrar bajo l. El rango habitual de resistencias al corte sin drenaje del terreno para que este tipo de tratamiento sea aplicable oscila entre 20 y 50 kPa, llegando ocasionalmente a 15 kPa. El vibrador penetra en el suelo por efecto de su peso propio y la vibracin, ayudando por unas lanzas de agua situada en la punta y en la parte superior del aparato. El flujo continuo de agua facilita el mantenimiento de la estabilidad del hueco practicado en el suelo y el arrastre y evacuacin del detritus generado. Adicionalmente el agua permite refrigerar el motor, lo que puede ser un factor relevante en el caso de motores elctricos.Vibrodesplazamiento (Vibroflotacin por va seca)Cuando los suelos (cohesivos) a tratar son estables, no sensitivos, y cuando el nivel fretico se encuentra suficientemente bajo, se puede emplear este mtodo para la formacin de columnas de grava compactada. La ventaja fundamental de este procedimiento con respecto al de va hmeda deriva de que el empleo de las lanzas de agua para ayudar en la penetracin y estabilizacin del agujero practicado no es necesario.Para ello es preciso lgicamente que el hueco abierto con el vibrador sea auto-estable, lo que a su vez obliga a contar con una suficiente resistencia al corte sin drenaje del suelo natural, que ha de sustituirse al menos entre 30 y 60 kPa. En este mismo sentido, el nivel fretico ha de encontrarse suficientemente profundo, por debajo de la mxima profundidad de tratamiento. Empleo de vibroflotadores especialesCon el fin de paliar los inconvenientes asociados al empleo de grandes cantidades de agua, varias empresas especializadas han desarrollado vibroflotadores especiales con los que se pueden ejecutar columnas por va seca (o con muy poca adicin de agua) en terrenos muy blandos, no auto-estables, o en zonas de nivel fretico elevado.Lo que distingue a este tipo de vibroflotadores especiales es el hecho de poder efectuar el vertido de la grava directamente por la punta del aparato, bien sea a travs de un hueco central en el mismo, bien a travs de un tubo adicional abosado lateralmente al vibroflotador.El proceso a seguir es anlogo al vibrodesplazamiento. As, el vibrador penetra en el terreno por su propio peso, ayudando por la vibracin y por lanzas de aire comprimido situadas en la punta. El mismo vibrador, que no se retira, sirve de revestimiento de la perforacin, con lo que el hueco practicado se puede mantener estable.

Otros procedimientosSi bien las tcnicas especficas de Vibroflotacin hacen uso de vibradores o vibroflotadores especiales, obviamente es posible construir columnas de grava (o de arena) mediante otros procedimientos ms o menos convencionales.Resulta interesante destacar en cualquier caso que en Japn se ha desarrollado y empleado con enorme profusin el procedimiento basado en la hinca de una tubera mediante un vibrador pesado en cabeza. En este caso el relleno por el interior del tubo se efecta empleando arena en lugar de grava, que se densifica y se imbrica con el terreno natural mediante sucesivos descensos y elevaciones de la tubera de revestimiento manteniendo la vibracin.

Fundaciones superficiales en suelos expansivosLas cimentaciones superficiales son aquellasque se apoyan en las capas superficiales o poco profundas del suelo, por tener ste suficiente capacidad portante o por tratarse de construcciones de importancia secundaria y relativamente livianas.

En resumen las Cimentaciones Superficiales reparten la fuerza que le transmite la estructura a travs de sus elementos de apoyo sobre una superficie de terreno bastante grande que admite esas cargas.Se considera cimentacin superficial cuando tienen entre 0,50 m. y 4 m. de profundidad, y cuando las tensiones admisibles de las diferentes capas del terreno que se hallan hasta esa cota permiten apoyar el edificio en forma directa sin provocar asientos excesivos de la estructura que puedan afectar la funcionalidad de la estructura; de no ser as, se harn Cimentaciones Profunda.Esta clase de fundaciones, ms comnmente denominadas como zapatas o patines, pueden ser implementadas con xito sobre subsuelos conformados por materiales expansivos, siempre que se cumpla al menos uno de los siguientes requisitos:- La presin aplicada, debido a las cargas permanentes, resulte suficiente como para contrarrestar la presin de expansin.- La superestructura tenga el grado de rigidez necesario como para que una expansin diferencial no cause fisuras o grietas en los elementos resistentes.- El efecto expansivo pueda ser eliminado o al menos reducido de manera de evitar o mitigar los desrdenes (ya sean stos de carcter resistente, funcional o ambos).Zapatas corridasComo se sabe, es la tipologa ms comn de fundacin superficial para estructuras livianas. Es claro, en consecuencia, que para prevenir el efecto de la expansin se vuelve necesario concentrar la presin aplicada, lo que deriva en minimizar el ancho de la zapata.Por lo tanto el uso de zapatas corridas debera limitarse a suelos de bajo grado de expansin, por ejemplo en general inferior al 1%, medido en el ensayo de expansin libre.Sin embargo, el uso de fundaciones alternativas, al caso pilotes, puede ser antieconmico y por ello en muchas situaciones se aceptan daos menores (como fisuras en paredes y techos), cuyos costos de reparacin resultan inferiores a los de un sistema de fundacin diferente.Una variante, cuando no es factible cambiar el sistema de fundacin, es implantar las zapatas a profundidades mayores, esto es a salvo de la capa de suelo donde las variaciones en el contenido de humedad son mayores (al menos 1,50 a 2,00 m por debajo del nivel del terreno natural). Esta ubicacin reduce y limita adems los desplazamientos diferenciales.En general, se sugiere a las zapatas corridas como una alternativa en principio vlida cuando: El subsuelo no es altamente expansivo (bsicamente illita en vez de montmorillonita) Es poco probable que se verifique un ascenso del nivel fretico. No hay disponibilidad de fundar con pilotes. La superestructura est conformada por madera.Una variante a veces empleada es la fundacin en cajn, esto es una estructura de hormign fuertemente armada, cuya altura media es del orden de 2,00 m. Es notorio que este tipo de fundacin protege a la estructura de eventuales fisuraciones derivadas de expansiones diferenciales. En estos casos, no deben existir discontinuidades a nivel de la superestructura, que introduzcan puntos dbiles. En especial, en estructuras complejas, se sugiere agregar juntas para separarlas en dos o ms mdulos. Cada mdulo actuar entonces en forma independiente y los desplazamientos diferenciales podrn absorberse en las juntas.Zapatas aisladasComo es sabido, este sistema consiste en una serie de zapatas apoyadas sobre las capas superiores del subsuelo, conectadas entre s por vigas de fundacin. Como en el caso de las fundaciones indirectas o profundas, la carga de la estructura es trasmitida al suelo en forma concentrada en diferentes puntos; la diferencia es que naturalmente en este caso la descarga se realiza en las capas superiores del terreno y no se involucra la resistencia lateral por friccin.El uso de este sistema puede ser ventajoso cuando: El techo de roca o el estrato resistente es profundo y no puede ser econmicamente alcanzado por pilotes. Las capas superiores del suelo poseen un potencial expansivo moderado. La capacidad portante de las capas superiores es relativamente alta. Existe nivel fretico o capas blandas que impiden el uso de pilotes trabajando por friccin.En el caso de un suelo expansivo, si la presin aplicada es mayor que la presin de expansin (para cambio de volumen nulo) no deberan observarse desplazamientos debidos a esta causa.En general puede decirse que la magnitud de la presin aplicada est limitada por la capacidad portante del suelo de fundacin y es funcin del coeficiente de seguridad adoptado (usualmente entre 2 y 3). Por lo tanto, considerando los valores habituales de tensiones admisibles para suelos arcillosos de Formacin Libertad (1,0 a 2.0 kg/cm2), este sistema de fundacin slo podr aplicarse en suelos con potenciales expansivos medios (1 a 5% de expansin libre y presin de expansin en el rango de 1 a 2 kg/cm2).Para permitir en estos casos la concentracin de tensiones aplicadas en las zapatas individuales se requiere descalzar las vigas de fundacin, esto es dejar un espacio vaco bajo stas.De todas formas, algunos investigadores como Peck entre otros, han sealado adems que la expansin del suelo slo se puede impedir en una zona localizada bajo la zapata donde se concentran las tensiones inducidas por la fundacin.

Soluciones para suelos colapsablesPrehumedecimientoSignifica que el suelo es humedecido antes de que la estructura sea construida, de tal manera que el asentamiento debido al colapso sea pequeo o despreciable despus de que la estructura se construya. El agua puede introducirse cerca de la superficie por medio de estancamientos, trincheras o ambos. Los pozos de infiltracin pueden usarse para la aceleracin de la distancia del agua hasta cierta profundidad y controlar la zona con ms presin. Esta tcnica generalmente se emplea bajo el peso de sobrecarga solamente, pero una sobrecarga puede ser usada y despus retirada cuando ya se haya estabilizado la precarga.Mtodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacin Compactacin dinmica Este mtodo es adecuado para compactar mantos de suelos colapsables superficiales con espesores menores a 3,50 metros. El mtodo consiste en dejar caer en cada libre desde una altura de 4 a 8 metros, pilones de 3 a 8 Ton. sobre la superficie del terreno, a razn de 10 a 16 impactos en cada lugar (Abelev y Abelev, 1979). El impacto genera una rotura de la estructura del suelo, un aumento de la presin de poros y una compresin del aire presente en los poros, produciendo un reacomodamiento de las partculas, dando como resultado una estructura ms compacta. Segn Malyshev et al (1983) el contenido de humedad del suelo juega un papel importante, logrndose la mxima eficiencia con un contenido de humedad cercano al Lmite Plstico. Si el contenido de humedad es menor a ste, es necesario humedecer el espesor de suelo de modo de alcanzar una mejor eficacia. Varios son los factores que controlan los resultados del mtodo, as por ejemplo el espesor compactado es funcin principalmente del peso y del dimetro del piln. En tanto el grado de compactacin est controlado por el nmero de impactos y la humedad del suelo. El grado de compactacin no es uniforme a lo largo de todo el espesor compactado, logrndose la mxima densificacin a 1,2 a 1,5 veces el dimetro del piln. Sin embargo, se pueden obtener Pesos Unitarios secos superiores a 1,6 t/m3 en espesores de 2,5 a 3,5 m., lo cual en la mayora de los casos es suficiente para disminuir o anular la susceptibilidad al colapso del suelo. Una variante a este mtodo es realizar la compactacin solamente en los lugares donde actan las cargas y no en toda el rea de la construccin. Por ejemplo, en casos de fundaciones de muros de carga o fundacin de columnas, el mejoramiento del suelo se logra densificando la zona de influencia del bulbo de presiones, o sea la zona donde los incrementos de presin pueden hacer colapsar el suelo. Compactacin por medio de pequeos pilotes piramidales En cierta forma este mtodo es una variante del mtodo anterior. Consiste en hincar un pilote piramidal de 3 a 4 metros de longitud, con una seccin transversal superior de 60 x 60 a 70 x 70 cm., y una seccin transversal inferior de 10 x 10 cm. Una vez retirado el pilote la cavidad se rellena con hormign. Este tipo de metodologa da excelentes resultados en reas en donde existe un espesor de suelos potencialmente colapsables (no autocolapsables) de 3,0 o 4,0 m de profundidad, pero que colapsarn si estn sometidos a los incrementos de carga transmitidos por las construcciones. Una de las ventajas del mtodo es la completa mecanizacin de todas las operaciones. Una variante a este mtodo consiste en realizar la hinca sobre una capa de piedra partida, dando como resultado un bulbo de suelo compactado alrededor de la capa de piedra, mejorando la capacidad de carga por la punta del pilote as construido. Compactacin por pilotes de sueloEste es uno de los mtodos ms usuales para compactar espesores importantes (18 a 20 m.) de suelos lossicos susceptibles al colapso. El procedimiento consta de dos partes: primero se realiza la perforacin y segundo se llena la cavidad con suelo compactado. La perforacin se realiza usualmente mediante la hinca de un pilote metlico con base ensanchada (1,5 veces). En otra metodologa de reciente uso, la excavacin se hace de la siguiente forma: se perfora hasta la profundidad deseada un hoyo de 8 cm. de dimetro dentro del cual se coloca una columna de explosivos, que luego de estallar crea una perforacin de aproximadamente 0,80 m de dimetro. Despus de efectuada esta perforacin dinmica" la cavidad se rellena con suelo local, introducido en tongadas de 100 a 200 Kg, que luego son compactadas dinmicamente por medio de un til especial. Concluidas ambas etapas quedan formadas columnas de suelo compactado con un dimetro aproximado igual a dos veces el de la perforacin. El grado de compactacin va decreciendo a medida que se aleja del centro de la columna, por tal motivo es importante conocer esta ley de decrecimiento para disear correctamente la cuadrcula de pilotes de suelo. Al igual que en los otros mtodos, la eficiencia del sistema aumenta en la medida que la humedad del suelo natural y compactado se encuentre a una humedad cercana al Limite Plstico. Por tal motivo es usual que previo a la perforacin se realice una humectacin del espesor de suelos a compactar. Las densidades alcanzadas son del orden de 1,70 a 1,80 t/m3, que son suficientes para evitar el colapso por peso propio y permiten el use del espesor compactado como manto de fundacin. Compactacin por explosiones de gas Esta relativamente nueva metodologa de compactar espesores de suelos colapsables consiste en introducir, a travs de una lanza de agua a presin, una cmara de compresin que contiene una mezcla de gas propano y oxgeno, la cual se va elevando a medida que se producen una serie de explosiones de la mezcla. De este modo se va generando una columna 1,20 1,40 m de suelo compactado (Densidad de 1,50 t/cm3) (Martemyanov et al, 1979). Compactacin por humedecimiento (Hidrocompactacin)En este caso se utiliza la propia susceptibilidad del suelo a colapsar bajo peso propio. El mtodo ms frecuente de realizar la humectacin o saturacin del terreno, es a travs de infiltracin del agua desde la superficie del terreno, para lo cual se efectan excavaciones poco profundas (0,40 a 0,80 m) o bien se construyen grandes estanques. En muchos casos a efectos de acelerar el ingreso del agua al terreno se construye dentro del estanque, drenes de arena convenientemente espaciados. Este sistema ha sido empleado ampliamente en varias partes del mundo, por ejemplo en EE.UU. por Gibbs y Bara (1967) y Clevenger (1956); en Rumania por Bally et al (1965,1969); en la URSS por Lomize (1968) y Mustafaef (1967); en China por Lin y Liang (1982); y en Argentina por Moll et al (1979). A pesar de su amplia utilizacin y su bajo costo, el mtodo presenta una serie de inconvenientes: aparicin de grietas de traccin en el contorno del rea inundada; existencia de importantes deformaciones posteriores al colapso; necesidad de recompactar los 4 5 primeros metros utilizando otro tipo de metodologa. La efectividad de este mtodo se mejora sustancialmente si al mismo se lo combina con otro mtodo de compactacin dinmica. Compactacin por humedecimiento previo y por explosiones profundasEste mtodo fue desarrollado en la Unin Sovitica por Livinov (1976) en la dcada de los 60. El espesor de suelos a compactar es previamente humedecido a travs de un sistema de drenes (cuadrcula de 3 x 3 a 5 x 5 m). Las cargas explosivas (5 a 7 Kg.) son colocadas en el fondo de los mismos drenes o bien en tubos metlicos colocados en perforaciones adicionales. La cuadrcula con las cargas es aproximadamente de 4 x 4 m. En este procedimiento no es necesaria la completa saturacin del suelo, que por ejemplo necesita el mtodo anterior. Posterior al humedecimiento se hacen estallar las cargas de toda un rea (2.000 a 50.000 m2). La explosin genera una onda de choque que hace licuar la estructura del suelo, lo cual permite un reacomodamiento de las partculas y un crecimiento de la densidad del suelo. En ciertos casos es aconsejable la construccin de trincheras alrededor de la zona a compactar a efectos de evitar la propagacin de grietas fuera de ella. La explosin produce un importante a inmediato asentamiento de la superficie del terreno. Los asentamientos en general se estabilizan al cabo de 3 4 semanas. Este tipo de mtodo es aconsejable cuando se desea compactar grandes volmenes de suelo, particularmente en grandes complejos industriales o bien en obras hidroelctricas.Mtodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacin de su granulometra En este apartado se incluyen aquellos mtodos de estabilizacin consistentes en la mezcla y posterior compactacin de suelo colapsable con otros materiales (arena, gravas) a efectos de conseguir mayor resistencia y mayor rigidez. Este tipo de estabilizacin es de amplio use en la ingeniera vial, en la construccin de bases y de sub-bases. Mtodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacin de nuevos contactos cohesivos Inyecciones de agentes qumicosLas investigaciones y las realizaciones en este tipo de estabilizaciones se han desarrollado principalmente en la Unin Sovitica. Segn Mitchell (1981) la razn principal por la cual estos mtodos no se han extendido universalmente se debe principalmente a los altos costos, frente a otros tipos de estabilizaciones. Sin embargo, Esvtatiev (1988) da cuenta de la existencia, en la URSS, de ms de 800 proyectos en donde se han utilizado satisfactoriamente p. ej. el mtodo de silicatizacin). Esto ha permitido un continuo mejoramiento de la tecnologa, una reduccin de los costos y una abundante normativa en la regulacin de su uso. El agente qumico ms utilizado, por su bajo costo frente a otros agentes qumicos, es el Silicato de Sodio. El mtodo consiste en inyectar en todo el espesor de suelo a tratar, una solucin de silicato de sodio dimetro con perforaciones de 3 mm protegidas por un manguito de goma. La inyeccin se realiza a una presin de 2,0 a 4,0 Kg/cm2 y una descarga de 48 litros por minuto (Zvyagin et al, 1978). La silicatizacin del suelo es slo posible en un medio fuertemente alcalino. Segn Sokolovic (1973) se logra una mejor eficiencia mediante una pre y post gasificacin con carbonato de calcio. Luego de la inyeccin, tres son los cambios que se observan en el suelo: un aumento significativo de la resistencia a la compresin (superior a 20 Kg/cm2), una eliminacin de la susceptibilidad al colapso y una disminucin de la permeabilidad. Otro de los tratamientos con agentes qumicos es la inyeccin de amonaco. La mejora en el suelo es inferior al tratamiento por silicatizacin, adems presenta la desventaja de ser un elemento txico y su utilizacin requiere medidas especiales de proteccin (Sokolovic, 1973).Estas tcnicas se proyectan para aplicar cementacin y resistencia a los suelos colapsables de tal forma que se reduzca el colapso si se presenta un humedecimiento posterior, por supuesto, algo de humedecimiento ocurre en el proceso mismo del inyectado del agente cementante. La extensin a la cual este prehumedecimiento es efectivo en reducir asentamientos futuros depende de la minuciosidad con que se llev a cabo el humedecimiento y del porcentaje de esfuerzo total debido a la sobrecarga. La inyeccin de una solucin de silicato de sodio ha sido usada extensivamente en la antes Unin Sovitica y en Bulgaria. Esta tcnica se usa tanto para suelos colapsables secos, como para suelos hmedos, que se espera se compriman bajo el preso de estructuras que se colocarn sobre ellos. Aunque parece que han sido principalmente los suelos que han sido humedecidos, los que mejor responden a esta tcnica, han sido tambin usadas como una medida de remedio cuando un humedecimiento parcial ha causado algo de dao.Esta tcnica consta de las siguientes fases:Inyeccin de dixido de carbono para remover parcialmente el contenido de agua presente, y tambin para lograr una activacin parcial del suelo.Inyeccin de una lechada de silicato de sodio.Inyeccin de dixido de carbono para neutralizar el lcali.Se logra con esto una modificacin del equilibrio qumico y la formacin de un gel de slice cido. Un resultado caracterstico de la reaccin, es el rpido endurecimiento del gel que envuelve a las partculas de suelo en la forma de una pelcula y logra cementarlos, convirtiendo as al suelo en una masa monoltica dura que tiene una permeabilidad relativamente baja. La inyeccin de amonio ha sido tambin usada en los suelos hmedos; sin embargo, el efecto de estabilizacin es mucho menor al efecto causado por el silicato de sodio, adems el uso de amonia es peligroso.Estabilizacin trmicaEsta tcnica comenz a desarroIlarse en la URSS en la dcada de los aos 50, y ha sido utilizada exitosamente en un importante nmero de emprendimientos. Segn Esvtatiev (1988) la aplicacin de este mtodo es tcnica y econmicamente aconsejable en los siguientes casos: a) en la estabilizacin de fundaciones existentes de estructuras altas como chimeneas, tanques de agua; b) en la paralizacin de los asentamientos en construcciones existentes, provocados por el colapso del suelo. Las propiedades de los minerales arcillosos cambian cuando stos son sometidos a altas temperaturas, lo cual genera un aumento importante de la resistencia y por ende la eliminacin de la susceptibilidad al colapso del suelo. La tecnologa ha ido variando y mejorando su eficiencia a lo largo de estas dcadas. No obstante la variedad de mtodos, casi todos ellos consisten en la introduccin de un quemador de fuel o gas dentro de un pre pozo de 0,20 metros de dimetro, con una presin de aire de 2,0 a 3,0 Kg/cm2. De esta forma al cabo de 10 a 15 das se consigue una columna estabilizada de suelo de 2,0 a 3,0 metros y una profundidad de 10 a 15 metros (Beles y Stanculescu, 1958). Estabilizacin mediante mezclado mecnico con agentes cementantesEl objetivo de este tipo de estabilizacin es la creacin de columnas o pilotes de suelo con alta resistencia y rigidez, que permitan la transferencia de las cargas a mantos ms profundos y estables. Varios son los mtodos constructivos que pueden agruparse dentro de este grupo. Los subdividiremos en los siguientes subgrupos, dependiendo del lugar en donde se realiza la mezcla del suelo con el agente cementante. 1. La mezcla del suelo y el agente cementante se realiza en superficie. En este caso la excavacin se puede realizar bien utilizando la tcnica constructiva empleada en los pilotes de suelo (hinca), o bien usar tcnicas usuales de perforacin. La mezcla del suelo con el agente cementante (preferentemente Cemento Portland) puede ser fluida (suelo cemento plstico) a introducirse dentro de la excavacin en forma de pastones; o bien mezclar el suelo y el cemento con porcentaje de humedad ptimo a introducirlos en la perforacin en tongadas (100 a 200 Kg) las cuales posteriormente son compactadas dentro de la misma excavacin. Por lo tanto existen cuatro variantes segn sea el tipo de excavacin y el tipo de mezcla. 2. La mezcla del suelo y el cemento se realiza en el mismo proceso de perforacin. En este caso la mezcla del agente cementante se realiza con el propio suelo. La mezcla puede realizarse mediante tiles especiales que van mezclando el suelo con una lechada de cemento o bien usar la tcnica del jet grouting mediante un chorro de lechada a alta presin. Mtodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no colapsable Este tipo de estabilizacin se realiza principalmente en terrenos con suelos potencialmente colapsables, en los cuales la presencia de cargas adicionales en superficie puede generar asentamientos adicionales ante un incremento de la humedad del suelo. As, una parte del suelo colapsable superficial, ubicado directamente debajo de las fundaciones, es excavado, extrado y reemplazado por otro material ms competente. Los materiales generalmente utilizados son los siguientes: el mismo suelo extrado, compactado y eventualmente estabilizado granulomtricamente; arena compactada o suelo cemento compactado. La eleccin del tipo de material est condicionada generalmente por variables tcnico econmicas. Los espesores de estos mantos son variables (1 a 4 m) dependiendo del tipo de cargas y de las caractersticas del proyecto. Por ejemplo en algunos proyectos, los condicionantes pueden ser los asentamientos diferenciales (edificios), en cambio en otros (canales), no slo importa disminuir la probabilidad que se produzca el colapso, sino tambin lograr una capa de suelo ms impermeable. Este tipo de metodologa ha sido utilizada con xito en numerosos pases y en innumerables tipos de obras. Tambin es frecuente el empleo de esta metodologa en forma conjunta con otro tipo de estabilizacin profunda, cuando se presentan mantos de suelos colapsables profundos y con espesores muy dispares. Medidas conducentes a evitar la iniciacin del colapsoArriba, se sealaron los tipos de humedecimientos, que segn Goldstein (1969), pueden presentarse en una masa de suelo: a) humedecimiento localizado por rotura de conducciones hidrulicas o infiltraciones de aguas de lluvia; b) humedecimiento extenso causado por roturas de canales o efluentes industriales; c) ascenso del nivel fretico; d) aumento gradual y lento del contenido de humedad, por condensacin del vapor de agua, provocados por condiciones ambientales. Muchos de estos tipos de humedecimientos pueden ser prevenidos, principalmente los primeros, pues en general stos son debidos a fallas o roturas de las instalaciones de la misma construccin. En cambio los otros tipos de humedecimientos estn condicionados por factores externos al proyecto, como por ejemplo puede ser el ascenso del nivel fretico o la rotura de un canal cercano y ajeno al proyecto. La accin del proyectista debe estar encaminada principalmente a impedir, dentro de los lmites del proyecto, la generacin de estos humedecimientos provocados por elementos de la propia construccin. Robinson y Narkiewicz (1982) sugieren las siguientes medidas de proteccin contra el humedecimiento de edificios: a) Pendientes adecuadas en la superficie del terreno que rodea a la construccin, de modo que no se produzcan embalsamientos de agua en las cercanas de las fundaciones y que cualquier prdida de agua pueda ser eliminada con rapidez. b) Canalizacin de todos los desages de techos y patios hacia el exterior de la construccin. c) Instalacin de membranas impermeables o pavimentacin de la superase que rodea a la construccin, de modo de limitar la infiltracin de agua en el suelo adyacente a las construcciones. d) Encerrar las conducciones de agua o efluentes cloacales dentro de conductos de fcil acceso, a efectos de detectar posibles prdidas. Algunas de estas medidas requieren una serie de medidas de control y mantenimiento durante la vida til de la obra, de manera que peridicamente se realicen inspecciones a las instalaciones y puedan detectarse prdidas o daos en las mismas. Tambin es aconsejable que los propietarios de la obra conozcan perfectamente los riegos a que est expuesta la misma, de modo que su actividad y/o descuidos no inicie procesos de humedecimiento del terreno. Las medidas de proteccin, en otros tipos de obras civiles (canales o caminos), tienen la misma filosofa, es decir, elementos de proteccin que impidan o dificulten la entrada del agua en el terreno de fundacin. As por ejemplo, en las obras lineales se debe prestar una especial atencin al diseo del sistema de alcantarillado y de desages. En algunos casos, estas obras suelen seguir parcialmente las curvas de nivel del terreno, convirtindose en verdaderas presas que impiden el natural escurrimiento de las aguas, provocando la acumulacin de agua en su entorno, lo que genera un humedecimiento generalizado del terreno de fundacin con los consecuentes daos en la obra. Es frecuente que en ciertos tipos de obras, como viviendas unifamiliares de una planta o incluso caminos y canales, las nicas medidas a adoptar sean las presentadas en este apartado, ya que la utilizacin de tcnicas de mejoramiento o fundaciones profundas resultan prohibitivas. En realidad la mayora de las obras aludidas se construyen admitiendo el riesgo de un posible colapso del terreno. El buen comportamiento que han tenido la mayora de ellas se debe fundamentalmente a que no se ha producido ningn tipo de humedecimiento. En contraste, los daos son serios en aquellas obras que los han sufrido. Por todo ello, es un deber de los investigadores a ingenieros buscar nuevas soluciones econmicas que permitan disminuir los riesgos, y por ende los daos en este tipo de obras. Uno de los caminos en tal sentido, es el estudio de estructuras que absorban o minimicen los posibles asentamientos diferenciales provocados por el humedecimiento localizado del suelo sin un aumento excesivo de los costos. Estructuras y/o fundaciones que admiten y resisten los fenmenos provocados por el colapsoEl anlisis de este apartado se centrar principalmente en el estudio de las fundaciones superficiales en suelos potencialmente colapsables, ya que el otro gran grupo de soluciones: fundaciones profundas mediante pilotes, ser objeto de un examen detallado en los apartados siguientes. La lista de estructuras que se asientan directamente sobre mantos de suelos potencialmente colapsables es amplia, entre ellas pueden sealarse: viviendas unifamiliares, construcciones transitorias, galpones, ductos enterrados, canales, caminos, etc. Las fundaciones directas sobre suelos colapsables pueden ser divididas en dos grupos: a) Fundaciones rgidas, utilizadas principalmente en estructuras livianas y con cargas puntuales, por ejemplo, torres de lneas de alta tensin, columnas de naves industriales o depsitos. En general, este tipo de estructuras tienen algunos rasgos comunes, como son por ejemplo: cargas verticales bajas, cargas horizontales importantes, y en general suelen aceptar asentamientos admisibles mayores. b) Fundaciones de baja rigidez longitudinal, en este caso se trata de estructuras con cargas lineales (muros de carga, canales, etc.) con baja rigidez en el sentido de las cargas. Este tipo de estructuras son sensibles a humedecimientos localizados del terreno que generan asientos diferenciales importantes. En general, las medidas que suelen tomarse para disminuir los efectos de los asientos diferenciales son las siguientes: diseo de elementos que rigidicen la estructura (Clemence Y Finbarr, 1981), y el diseo de elementos constructivos que eviten la introduccin del agua en el terreno, sealados anteriormente. VibroflotacinEl uso de Vibroflotacin para suelos colapsables es esencialmente el mismo que se emplea para suelos arenosos sueltos, una sonda vibratoria es hincada a chorros en el lugar y despus se introduce grava o arena a lo largo del sitio. Se logra a travs de prehumedecimiento, as como el reforzamiento y rigidez debido a las columnas de roca que se forman.Voladuras profundas combinadas con prehumedecimientoEl suelo colapsable es prehumedecido a un grado de saturacin del orden del 80% o ms, luego una voladura profunda sencilla se emplea para romper la estructura del suelo, de tal manera que se densifique completamente bajo su propio peso.Otra forma difiere en que la perforacin se usa para formar una zona compactada (alrededor de la perforacin) por medio de la accin de un conjunto de cargas de voladuras simultneas, las cavidades formadas son primeramente rellenadas con agua, despus arena y grava.Humedecimiento controladoDifiere a la de prehumedecimiento en que es ejecutada con la estructura en el lugar. El humedecimientoDebe ser cuidadosa y progresivamente con un monitoreo concurrente de la posicin de la estructura para asegurar que los movimientos diferenciales permanezcan dentro de los lmites tolerables, als cantidades de agua deben ser aproximadamente medidas y agregadas en incrementos. El humedecimiento deber ser hecho antes de que las conexiones estructurales sensitivas fueran instaladas y tambin antes de que los componentes, tales como vidrios de ventana, mosaicos y azulejos sean colocados. Idealmente la primera etapa del humedecimiento sera completada antes de que la estructura fuera construida, esta tcnica podra tambin ser usada como una medida de remedio o arreglo para renivelar la estructura que ha experimentado humedecimiento diferencial y su consecuente asentamiento diferencial.