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UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA
La Universidad Católica de Loja
CARÁTULA
ÁREA TÉCNICA
TÍTULO DE INGENIERO CIVIL
Caracterización de arcillas expansivas en el sector Salapa
TRABAJO DE TITULACIÓN.
AUTOR: Espinoza Morocho, Ángel Oswaldo.
DIRECTOR: Tapia Chávez, Ángel Guillermo, M.Sc.
LOJA- ECUADOR
2015
Esta versión digital, ha sido acreditada bajo la licencia Creative Commons 4.0, CC BY-NY-SA: Reconocimiento-No comercial-Compartir igual; la cual permite copiar, distribuir y comunicar públicamente la obra, mientras se reconozca la autoría original, no se utilice con fines comerciales y se permiten obras derivadas, siempre que mantenga la misma licencia al ser divulgada. http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/deed.es
Septiembre, 2015
ii
APROBACIÓN DEL DIRECTOR DEL TRABAJO DE TITULACIÓN
M.Sc.
Ángel Guillermo Tapia Chávez
DOCENTE DE LA TITULACIÓN
De mi consideración:
El presente trabajo de titulación: “Caracterización de arcillas expansivas en el sector
Salapa” realizado por el profesional en formación: Espinoza Morocho, Ángel Oswaldo ha
sido orientado y revisado durante su ejecución, por cuanto se aprueba la presentación del
mismo.
Loja, octubre de 2015
f) --------------------------------------------------
M.Sc. Ángel Guillermo Tapia Chávez
iii
DECLARACIÓN DE AUTORIA Y CESIÓN DE DERECHOS
“Yo Espinoza Morocho Ángel Oswaldo declaro ser autor del presente trabajo de titulación:
“Caracterización de arcillas expansivas en el sector Salapa”, de la Titulación de
Ingeniería Civil, siendo el M.Sc. Ángel Guillermo Tapia Chávez director del presente trabajo;
y eximo expresamente a la Universidad Técnica Particular de Loja y a sus representantes
legales de posibles reclamos o acciones legales. Además certifico que las ideas, conceptos,
procedimientos y resultados vertidos en el presente trabajo investigativo, son de mi
exclusiva responsabilidad.
Adicionalmente declaro conocer y aceptar la disposición del Art. 88 del Estatuto Orgánico de
la Universidad Técnica Particular de Loja que en su parte pertinente textualmente dice:
“Forman parte del patrimonio de la Universidad la propiedad intelectual de investigaciones,
trabajos científicos o técnicos y tesis de grado que se realicen a través, o con el apoyo
financiero, académico o institucional (operativo) de la Universidad”
f) --------------------------------------------------
Autor: Espinoza Morocho Ángel Oswaldo
Cédula: 1103781587
iv
DEDICATORIA
Dedico este trabajo primeramente a Dios, por darme salud, fuerza y sabiduría para culminar
con existo mis estudios universitarios.
A mis queridos padres Medardo y Teresa, quienes han sido el pilar fundamental en mi vida,
y se han sacrificado para darme los estudios y formarme como persona.
A mis hermanos Freddy, Paulina, Diego, que con su apoyo incondicional se han convertido
en la base de mi formación personal y académica.
A mi querida esposa Anabel y a mi pequeño hijo Ángel Josué que se han convertido en el
apoyo, fortaleza e inspiración para salir adelante juntos.
A mi abuelita, suegros, amigos y demás familiares que nunca me han dado la espalda y
siempre han estado ahí para apoyarme.
Ángel.
v
AGRADECIMIENTO
Mi agradecimiento sincero, primeramente a Dios, que me ha permitido culminar mis
estudios, dándome salud, fortaleza y sabiduría para seguir adelante y no rendirme.
Eternamente agradecido con mis padres, Ángel Medardo Espinoza y María Teresa Morocho,
que con su humildad, cariño y sacrificio han contribuidos en mi formación profesional y como
persona, gracias a ellos he podido cumplir mi meta y por ellos he de seguir esforzándome
para seguir alcanzando logros. A mis hermanos que me han brindado su apoyo
incondicional durante mi vida estudiantil.
Gracias a mi querida esposa Anabel, que con su paciencia y amor ha colaborado
sustancialmente en la consecución de este logro, a mi querido hijo Ángel Josué, que se ha
convertido en mi inspiración, inyectándome la ganas de superación.
Un sincero agradecimiento a la Universidad Técnica Particular de Loja, en especial a todos
los docentes que conforman la Titulación de Ingeniería Civil por sus conocimientos
brindados para mi formación como profesional. Agradecimiento aparte al Ing. Ángel Tapia,
que como director del presente trabajo de fin de titulación y como docente de la carrera me
ha ayudado de manera directa en la culminación de mi proyecto, en la formación como
persona y como futuro Ingeniero Civil.
Agradecido también con mis amigos y compañeros de la titulación, con los que se ha forjado
una gran amistad, apoyándonos en todo lo referente a temas estudiantiles como
personales, esperando seguir de la misma manera, ya como profesionales.
Ángel.
vi
INDICE DE CONTENIDOS
CARÁTULA .......................................................................................................................... I
APROBACIÓN DEL DIRECTOR DEL TRABAJO DE TITULACIÓN ............................................... II
DECLARACIÓN DE AUTORIA Y CESIÓN DE DERECHOS......................................................... III
DEDICATORIA ................................................................................................................... IV
AGRADECIMIENTO ............................................................................................................ V
INDICE DE CONTENIDOS ................................................................................................... VI
INDICE DE FIGURAS .......................................................................................................... IX
INDICE DE TABLAS ............................................................................................................. X
INDICE DE FOTOGRAFÍAS .................................................................................................. XI
ABREVIATURAS .............................................................................................................. XIII
SIMBOLOGÍA .................................................................................................................. XIV
RESUMEN .......................................................................................................................... 1
ABSTRACT ......................................................................................................................... 2
CAPÍTULO I ........................................................................................................................ 3
1 DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROYECTO ....................................................................... 3
1.1 Introducción ........................................................................................................ 4
1.2 Justificación ......................................................................................................... 5
1.3 Delimitación de la zona de estudio. ...................................................................... 5
1.4 Objetivos ............................................................................................................. 7
1.4.1 Objetivo general. .................................................................................................. 7
1.4.2 Objetivos específicos. ........................................................................................... 7
CAPÍTULO II ....................................................................................................................... 8
2 MARCO TEÓRICO ........................................................................................................ 8
2.1 Suelos no saturados ............................................................................................. 9
2.1.1 Origen y formación. .............................................................................................. 9
2.1.2 Composición. ........................................................................................................ 9
2.1.2.1 Fase sólida. .................................................................................................... 9
2.1.2.2 Fase liquida. ................................................................................................. 10
2.1.2.3 Fase gaseosa. .............................................................................................. 10
2.1.3 Colapso y expansión. .......................................................................................... 10
2.1.3.1 Colapso. ....................................................................................................... 10
2.1.3.2 Expansión. ................................................................................................... 11
2.2 Suelos expansivos. ............................................................................................. 11
2.2.1 Origen. ................................................................................................................ 11
2.2.2 Características generales. ................................................................................... 12
2.2.3 Composición de las arcillas expansivas. ............................................................. 12
2.2.3.1 Naturaleza y composición de las arcillas. ................................................... 13
2.2.4 Grupo de minerales arcillosos expansivos. ........................................................ 14
2.2.4.1 Caolinítico. ................................................................................................... 15
2.2.4.2 Illítico. .......................................................................................................... 15
vii
2.2.4.3 Montmorilonítico......................................................................................... 16
2.2.4.4 Vermiculita. ................................................................................................. 16
2.2.5 Factores que influyen en el proceso de expansión. ........................................... 17
2.2.5.1 Tipo de materiales y cantidad. .................................................................... 17
2.2.5.2 Densidad seca. ............................................................................................. 17
2.2.5.3 Estado de esfuerzo. ..................................................................................... 17
2.2.5.4 Grado de pre consolidación. ........................................................................ 18
2.2.5.5 Succión. ........................................................................................................ 19
2.2.5.6 Tiempo y permeabilidad. ............................................................................. 19
2.2.5.7 Humedad. .................................................................................................... 19
2.2.6 Ciclos de humedecimiento y secado de arcillas expansivas............................... 20
2.2.7 Modelos característicos de fallas en obras civiles.............................................. 21
2.2.7.1 Deformación en forma cóncava. ................................................................. 21
2.2.7.2 Deformación en forma convexa. ................................................................. 22
2.2.7.3 Deformación por expansión localizada. ...................................................... 23
2.2.7.4 Deformación por contracción localizada..................................................... 23
2.2.8 Identificación de arcillas expansivas. ................................................................. 24
2.2.8.1 Identificación de campo. ............................................................................. 24
2.2.8.2 Métodos mineralógicos. .............................................................................. 25
2.2.8.3 Métodos indirectos. ..................................................................................... 26
2.2.8.3.1 Parámetros y propiedades. ...................................................................... 26
2.2.8.3.2 Métodos comúnmente utilizados. ............................................................ 28
2.2.8.3.3 Ecuaciones para determinar las propiedades del suelo expansivo. ....... 31
2.2.8.4 Métodos directos. ........................................................................................ 31
2.2.8.4.1 Expansión libre. ........................................................................................ 32
2.2.8.4.2 Presión de expansión................................................................................ 32
2.2.8.4.3 Ensayo para determinar la expansión libre y presión de expansión. ....... 32
2.2.8.4.4 Otros métodos para determinar el potencial de hinchamiento............... 35
CAPÍTULO III .................................................................................................................... 40
3 METODOLOGÍA ......................................................................................................... 40
3.1 Trabajo de campo .............................................................................................. 41
3.1.1 Localización y obtención de muestras in situ. .................................................... 41
3.1.2 Ensayos de campo. ............................................................................................. 42
3.2 Ensayos de laboratorio. ..................................................................................... 42
CAPÍTULO IV .................................................................................................................... 44
4 COMPORTAMIENTO DE ARCILLAS EXPANSIVAS EN OBRAS CIVILES DEL SECTOR
SALAPA. .......................................................................................................................... 44
4.1 Suelos expansivos en la construcción de obras civiles en el sector salapa. ........... 45
4.2 Descripción de daños en estructuras del sector por suelos expansivos. ............... 45
4.3 Control del fenómeno en el sector, actuando sobre el suelo de fundación. ......... 49
4.3.1 Sustitución del suelo expansivo. ........................................................................ 49
viii
4.3.2 Reducción de la densidad. .................................................................................. 50
4.3.3 Estabilización por métodos químicos. ................................................................ 51
4.3.4 Restringir los cambios de humedad en el terreno. ............................................ 52
4.3.4.1 Humedecimiento del suelo antes de la construcción. ................................. 53
4.3.4.2 Aislamiento para prevenir los cambios de humedad. ................................. 53
4.3.4.2.1 Protección contra la infiltración de aguas provenientes de escorrentías
superficiales. .............................................................................................................. 54
4.3.4.2.2 Protección contra la infiltración de aguas subterráneas. ........................ 55
4.4 Control del fenómeno en el sector, actuando sobre el tipo de cimentación. ....... 56
4.4.1 Cimentaciones rígidas. ........................................................................................ 56
4.4.1.1 Zapatas aisladas. ......................................................................................... 56
4.4.1.2 Zapatas corridas. ......................................................................................... 57
4.4.1.3 Losas de cimentación. ................................................................................. 58
4.4.1.3.1 Losa de cimentación apoyada sobre relleno estructural. ........................ 58
4.4.1.3.2 Losa reticular tipo Waffle. ........................................................................ 59
4.4.1.3.3 Losas pretensadas y pos tensadas. .......................................................... 59
4.4.1.4 Pilas de cimentación. ................................................................................... 59
4.4.2 Cimentaciones flexibles. ..................................................................................... 60
CAPÍTULO V ..................................................................................................................... 62
5 RESULTADOS OBTENIDOS ......................................................................................... 62
5.1 Resultados y caracterización de las muestras obtenidas. .................................... 63
5.1.1 Resultados y caracterización por métodos indirectos. ..................................... 63
5.1.2 Resultados y caracterización por métodos directos. ........................................ 64
5.1.3 Resultados obtenidos en el ensayo de consolidación unidimensional y
caracterización. ................................................................................................................. 66
5.1.4 Resultados y caracterización por métodos mineralógicos. .............................. 69
5.2 Análisis de resultados. ....................................................................................... 71
5.2.1 Análisis de la clasificación según sus propiedades. ............................................ 71
5.2.2 Análisis de la caracterización de suelos expansivos por los diferentes métodos.73
CONCLUCIONES ............................................................................................................... 75
RECOMENDACIONES. ...................................................................................................... 77
BIBLIOGRAFIA ................................................................................................................. 78
ANEXOS .......................................................................................................................... 80
ANEXO II ......................................................................................................................... 97
ix
INDICE DE FIGURAS
Figura 1. Localización de los puntos de muestreo. .................................................................................6
Figura 2. Composición de las arcillas, lámina de aluminio o magnesio. .............................................. 13
Figura 3. Composición de las arcillas, lámina silícica. ......................................................................... 14
Figura 4. Composición del grupo caolinítico. ....................................................................................... 15
Figura 5. Composición del grupo illítico. .............................................................................................. 15
Figura 6. Composición del grupo montmorillonítico. ............................................................................ 16
Figura 7. Composición grupo vermiculita. ............................................................................................ 16
Figura 8. Curva de consolidación. ........................................................................................................ 18
Figura 9. Cambio en la presión de expansión y expansión por ciclos de humedecimiento y secado. 21
Figura 10. Deformación de tipología cóncava. ..................................................................................... 22
Figura 11. Deformación de tipología convexa. ..................................................................................... 22
Figura 12. Deformación por expansión localizada. .............................................................................. 23
Figura 13. Deformación por contracción localizada. ............................................................................ 24
Figura 14. Límites de Atterberg. ........................................................................................................... 26
Figura 15. Potencial de hinchamiento en función de la actividad de las arcillas. ................................ 29
Figura 16. Curva de expansión primaria y secundaria. ........................................................................ 33
Figura 17. Aparato de Lambe. .............................................................................................................. 36
Figura 18. Relación entre el índice de expansión y el cambio volumétrico. ........................................ 37
Figura 19. Sustitución del material expansivo. ..................................................................................... 50
Figura 20. Inyección de cal para estabilización de suelos expansivos. ............................................... 52
Figura 21. Barrera horizontal de tipo acera. ......................................................................................... 54
Figura 22. Protección combinada. Barrera horizontal y drenes de intercepción. ................................ 55
Figura 23. Juntas para controlar esfuerzos laterales. .......................................................................... 57
Figura 24. Sistema combinado de cimentación. Zapatas aisladas y corridas ..................................... 58
Figura 25. Losa reticulada tipo Waffle. ................................................................................................. 59
Figura 26. Losa sobre elevada apoyada sobre pilotes. ....................................................................... 60
Figura 27. Losa flotante con junta deslizante. ...................................................................................... 61
Figura 28. Difractograma de RX. Calicatas C-1, C-2 y C-3. ................................................................ 69
Figura 29. Clasificación de las muestras obtenidas mediante la carta de plasticidad. ....................... 71
Figura 30. Mapa de zonificación de acuerdo al potencial de expansión. ............................................ 74
x
INDICE DE TABLAS
Tabla 1. Coordenadas de los puntos de muestreo. .................................................................................6
Tabla 2.Clasificación de minerales arcillosos más comunes según su estructura. .............................. 14
Tabla 3. Actividad de algunos minerales constituyentes de los suelos. ............................................... 27
Tabla 4. Método de Holtz y Gibs en función del índice de plasticidad. ................................................ 28
Tabla 5. Método U. S Army Waterways Experiment Station. .............................................................. 28
Tabla 6: Método de Seed Woodward y Lundgren. ............................................................................... 29
Tabla 7: Método de Raman (1967). ...................................................................................................... 30
Tabla 8: Método de Chen (1988). ......................................................................................................... 30
Tabla 9. Método de Altmeyer(1955). .................................................................................................... 30
Tabla 10. Método de Henry (1965). ...................................................................................................... 31
Tabla 11. Alternativas de compactación de la probeta. ........................................................................ 35
Tabla 12. Potencial de expansión según el índice de expansión en muestras compactadas. ............ 38
Tabla 13. Grado de expansión con base a la relación de expansión libre. .......................................... 39
Tabla 14. Parámetros para la caracterización de suelos expansivos por métodos indirectos. ............ 63
Tabla 15. Caracterización por métodos indirectos. ............................................................................. 64
Tabla 16. Propiedades de expansión y parámetros para la caracterización por métodos directos. .... 65
Tabla 17.Caracterización del suelo según el índice de expansión. ...................................................... 65
Tabla 18. Caracterización del suelo según la relación de expansión libre. .......................................... 66
Tabla 19. Resultados ensayo de consolidación unidimensional. ......................................................... 67
Tabla 20. Parámetros para clasificar el suelo por su coeficiente de permeabilidad. ........................... 68
Tabla 21. Clasificación del suelo de acuerdo al coeficiente de permeabilidad. ................................... 68
Tabla 22. Resultados de difractometría de RX. .................................................................................... 70
Tabla 23. Análisis estadístico de resultados obtenidos. ....................................................................... 72
xi
INDICE DE FOTOGRAFÍAS
Fotografía 1. Ensayo de volumen de sedimentación. .......................................................................... 38
Fotografía 2. Daños en plan maestro de agua potable sector Salapa- Loja. ...................................... 46
Fotografía 3. Deformación e hinchamiento del tablado en el piso. ...................................................... 47
Fotografía 4. Grietas en paredes de mampostería. ............................................................................. 47
Fotografía 5. Grietas a nivel de pisos, en veredas de circulación. ...................................................... 48
Fotografía 6. Agrietamiento en junta columna-pared........................................................................... 48
Fotografía 7. Iglesia de San Francisco de Salapa. .............................................................................. 49
Fotografía 8. Visita de campo y reconocimiento de la zona de estudio. ............................................. 98
Fotografía 9. Excavación y obtención de muestra alterada. ................................................................ 98
Fotografía 10. Extracción de muestras inalteradas in situ. .................................................................. 99
Fotografía 11. Identificación y protección de muestras inalteradas..................................................... 99
Fotografía 12. Obtención de muestras alteradas. .............................................................................. 100
Fotografía 13. Determinación del contenido de humedad de las muestras alteradas e inalteradas. 100
Fotografía 14. Montaje de la muestra inalterada en el equipo de consolidación. ............................. 101
Fotografía 15. Toma de datos ensayo de consolidación. .................................................................. 101
Fotografía 16. Muestras ensayadas en el consolidometro. Ensayo de consolidación. ..................... 102
Fotografía 17. Montaje de muestras inalteradas para ensayo de expansión libre y presión de
expansión. ................................................................................................................................... 102
Fotografía 18. Saturación de la muestra para ensayo de expansión libre y presión de expansión. . 103
Fotografía 19. Secado de muestras para determinar los limites de consistencia. ............................ 103
Fotografía 20. Preparación de muestra para obtener los límites líquido, plástico y de contracción. 104
Fotografía 21. Realización del ensayo de límite líquido. ................................................................... 104
Fotografía 22. Ensayo de límite líquido. ............................................................................................ 105
Fotografía 23. Preparación de muestras húmedas para determinar el límite de contracción. .......... 105
Fotografía 24. Muestras secas para determinar límite de contracción. ............................................. 106
Fotografía 25. Ensayo de límite de contracción. ................................................................................ 106
Fotografía 26. Lavado de muestra para ensayo de granulometría. ................................................... 107
Fotografía 27. Ensayo de granulometría. .......................................................................................... 107
Fotografía 28. Calibración del picnómetro para ensayo de gravedad específica. ............................. 108
Fotografía 29. Preparación y mezclado de la muestra para ensayo de gravedad específica. .......... 108
Fotografía 30. Extracción de aire por agitación y ebullición de la mezcla agua-suelo. Gravedad
específica .................................................................................................................................... 109
Fotografía 31. Determinación de la temperatura para registrar la masa final. Gravedad específica. 109
Fotografía 32. Preparación de muestra para ensayo de compactación. .......................................... 110
Fotografía 33. Ensayo de compactación. .......................................................................................... 110
Fotografía 34. Muestra compactada al 50% de saturación para el ensayo de índice de expansión. 111
Fotografía 35. Muestra compactada ensayada en el consolidometro. Índice de expansión. ............ 111
Fotografía 36. Preparación de muestra para ensayo de volumen de sedimentación. ...................... 112
Fotografía 37. Muestra puesta en saturación. Ensayo de volumen de sedimentación. .................... 112
xii
Fotografía 38. Muestra saturada durante 24 horas. Ensayo de volumen de sedimentación. ........... 113
Fotografía 39.Cuarteo de muestra para triturar. Ensayo difracción de RX. ...................................... 113
Fotografía 40. Pulverización de muestra para difractometria de RX. ................................................ 114
Fotografía 41. Preparación de muestra para ensayo de difractometria de RX. ................................ 114
xiii
ABREVIATURAS
A.A.S.H.T.O American Association of State Highway and Transportation Officials.
ASTM Association for Testing Materials.
INV E Instituto Nacional de Vías- Colombia.
I.P Índice de plasticidad.
I.C Índice de contracción.
C.V Cambio volumétrico.
C.L Contracción lineal.
L.C Límite de contracción.
L.L Límite líquido.
L.P Límite plástico.
W Contenido de humedad (%).
I.G Índice de grupo.
RX Rayos X.
PVC Cambio volumétrico probable.
IE Índice de expansión libre. (Norma ASTM D4829).
IEL Índice de expansión libre. (Método de volumen de sedimentación)
U.T.M Universal Transverse Mercator (Sistema de coordenadas Transversal de Mercator).
GPS Global positioning system (Sistema de posicionamiento global).
U.T.P.L Universidad Técnica Particular de Loja.
xiv
SIMBOLOGÍA
S Arenas.
G Grava
M Limo.
C Arcilla.
O Suelos orgánicos.
F Porcentaje de suelo que pasa por la malla #200.
W Bien graduadas (Clasificación de arenas y gravas).
P Pobremente graduadas (Clasificación de arenas y gravas).
L Baja compresibilidad (límite líquido menor que 50).
H Alta compresibilidad (límite líquido mayor que 50).
IG Índice de grupo.
C-1 Calicata 1.
C-2 Calicata 2.
C-3 Calicata 3.
C-4 Calicata 4.
C-5 Calicata 5.
Ha. Hectáreas.
KPa Kilo pascales.
Kg Kilogramos.
cm2 Centímetros cuadrados.
1
RESUMEN
El presente proyecto de titulación se enmarca en el estudio y análisis de las propiedades
expansivas que poseen los suelos en el sector Salapa, con la finalidad de determinar la
caracterización del terreno en estudio, su comportamiento como suelo de cimentación en la
construcción de obras civiles y establecer soluciones factibles ante la presencia de
materiales expansivos como base de cimentación para cualquier tipo de estructura.
La obtención de las muestras a ensayar se realizó en base a la ubicación y delimitación de
la zona de estudio, puntos que se encuentran referenciados geográficamente en el sector
Salapa, al norte de la ciudad de Loja. Se obtuvieron muestras alteradas e inalteradas a una
profundidad media de 1.5 m, cada uno de los puntos muestreados están separados
aproximadamente 500m entre sí.
En el presente trabajo se caracteriza e identifica mediante ensayos de laboratorio, las
propiedades de los suelos expansivos para el posterior análisis de su comportamiento.
PALABRAS CLAVES: Arcilla expansiva, Suelos expansivos, Cambios Volumétricos.
2
ABSTRACT
The present project order to finish my career is framed of the study and analysis of
expansive properties that soils have, in order to determine the characterization of the land
studied, its performance as foundation soil in the construction of civil works and provide
feasible solutions in the presence of expansive materials as base of fundations for any type
of structure.
Obtaining the samples to test was made out based on the location and delimitation of the
study area, points that are geographically referenced in Salapa, in the north of the Loja city.
In the present work it is characterized and identified by laboratory tests, the properties of
expansive soils for further analysis of their behavior.
KEYWORDS: Clay expansive, expansive soils, volumetric changes.
3
CAPÍTULO I
1 DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROYECTO
4
1.1 Introducción
En estudios geotécnicos, la condición de un suelo parcialmente saturado o también
conocidos como suelos no saturados, son de gran importancia debido a que esta condición
del suelo se presenta en la mayor parte de los problemas existentes en obras civiles, por su
gran presencia en zonas áridas y semiáridas.
El comportamiento de los suelos no saturados, específicamente el de las arcillas expansivas
es el enfoque, al cual está orientado este trabajo de investigación, por tanto es necesario
determinar las tipologías de los materiales en estudio, teniendo en cuenta que las
principales características de los suelos no saturados, están relacionadas con las
deformaciones volumétricas a las que se encuentran sometidos al variar el grado de
saturación del suelo.
La zona de estudio se localiza en el sector norte de la ciudad de Loja, donde se ha tomado
muestras inalteradas con la finalidad de obtener una base de datos que contenga
información detallada del tipo de suelo, caracterización e identificación de las propiedades
físicas de los suelos expansivos, con la finalidad de determinar su comportamiento en la
construcción de obras civiles.
En la fase inicial del presente trabajo, se detalla teóricamente el origen, formación y
composición de los suelos expansivos, con la finalidad de comprender posteriormente su
comportamiento y así poder identificar las propiedades que estos poseen naturalmente.
El potencial cambio de volumen que sufren las arcillas expansivas, no solo se debe a su
composición mineralógica, granulometría, límites de Atterberg o cualquier otro parámetro
obtenido de ensayos de laboratorio, también influye sustancialmente la actividad realizada
por el hombre, así como el uso que se da a la obra civil cimentada sobre arcillas expansivas,
debido a que todos estos factores influyen directamente en los cambios de humedad, que en
definitiva controla el hinchamiento o contracción del suelo expansivo.
La caracterización del suelo en estudio, permite identificar el material ensayado por su grado
de expansión, basándose en los resultados de ensayos de laboratorio ejecutados como:
clasificación del suelo, límites de consistencia, contenido de humedad natural, compactación
y humedad optima, parámetros de consolidación unidimensional de los suelos, porcentaje
de expansión, potencial cambio de volumen, expansión libre , presión de expansión y
análisis por difracción de RX para la determinación de la mineralogía de las arcillas en la
zona de estudio, parámetros que se detallan tanto en la base teórica del proyecto como en
la metodología empleada para la realización del mismo.
5
Finalmente se detalla la caracterización y zonificación de acuerdo al potencial de
hinchamiento de los suelos en la zona de estudio, además de presentar medidas de
mitigación para evitar los potenciales cambios de volumen a los que se encontraran sujetos
los suelos identificados en el sector Salapa.
1.2 Justificación
Este proyecto tiene como meta primordial, establecer una serie de parámetros que permitan
caracterizar el tipo de arcilla existente en la zona de estudio, e identificar las arcillas
expansivas y su mineralogía, con la finalidad de que sirvan de soporte en los proyectos a
realizarse a futuro, debido al crecimiento poblacional en el sector norte de la ciudad.
Estudiar y analizar el comportamiento de materiales expansivos, permitirá comprender los
esfuerzos a los cuales están sometidas las obras civiles, ya que en el medio no se ha dado
la importancia debida a la construcción sobre este tipo de suelos, es por ello que este
trabajo se enfoca en presentar alternativas viables que permitan minimizar los daños
ocasionados por la expansión de los suelos de fundación, previa caracterización del material
existente en la zona.
El hinchamiento debido a la excesiva humedad, como la contracción producto de la
desecación del suelo, son episodios que pueden presentarse en distintas circunstancias al
momento de construir sobre un suelo expansivo.
Las arcillas expansivas, al encontrarse sometidas a variaciones de humedad, pueden
provocar grandes daños a las estructuras como viviendas, pavimentos rígidos y flexibles,
obras de almacenamiento o distribución de agua, y en general todo tipo de obra civil
caracterizada por su rigidez, debido al cambio volumétrico de las arcillas expansivas.
1.3 Delimitación de la zona de estudio.
El proyecto de fin de titulación corresponde a la caracterización de arcillas expansivas en el
sector Salapa, zona norte de la ciudad de Loja, este lugar ha sido escogido debido a que por
estudios anteriores, existe gran probabilidad de que el terreno, presente propiedades de
expansión interesantes para el estudio, caracterización e identificación de las propiedades
físicas del suelo.
Se ha planteado el estudio de las propiedades físicas del suelo en dicho sector, con la
finalidad de determinar si la expansión o contracción de arcillas expansivas constituye un
6
factor fundamental en el comportamiento del suelo y daños ocasionados en la zona de
estudio.
Los puntos localizados para realizar el muestreo se encuentran ubicados en un mapa
geológico de la ciudad de Loja facilitado por la titulación de geología y minas de la U.T.P.L,
estando separados entre sí, aproximadamente 500 metros.
Los puntos de muestreo ubicados en la zona de estudio, están dados en coordenadas del
DATUM PSAD 56, estos han sido ubicados con la ayuda de un navegador GPS de acuerdo
a las coordenadas que se detallan a continuación.
Tabla 1. Coordenadas de los puntos de muestreo.
Fuente: (Espinoza A, 2015.)
Los puntos han sido localizados y ubicados en el mapa geológico de la ciudad de Loja, el
cual se detalla en la figura 32 y en el anexo III.
Figura 1. Localización de los puntos de muestreo. Fuente:(Escuela geología y minas; Sig Tierras,2015).
CALICATA NORTE ESTE
C-1 00000000 0000000 C-2 00000000 0000000 C-3 00000000 0000000 C-4 00000000 0000000 C-5 00000000 0000000
7
1.4 Objetivos
1.4.1 Objetivo general.
Caracterización de arcillas expansivas en el sector Salapa-Loja.
1.4.2 Objetivos específicos.
Caracterizar e identificar las propiedades de los suelos expansivos.
Análisis del comportamiento de las arcillas expansivas en la construcción de obras
civiles.
8
CAPÍTULO II
2 MARCO TEÓRICO
9
2.1 Suelos no saturados
2.1.1 Origen y formación.
La mecánica de suelos en sus inicios se desarrolló con la intención de estudiar los suelos
saturados, en los países desarrollados y con climas templados, se han realizado gran
cantidad de estudios, los mismos que han aportado de forma significativa en el conocimiento
de su comportamiento.
Los suelos parcialmente saturados se localizan en gran parte de la superficie terrestre, por
ello el estudio de su comportamiento se ha aumentado en la última década, debido a la
dificultad en la aplicación de la mecánica de suelos tradicional en los problemas
geotécnicos existentes en este tipo de material.
Suelos colapsables, residuales y expansivos, pertenecen al grupo de los materiales no
saturados. Estos tipos de suelos han sido denominados problemáticos o especiales, debido
a que al estar sujetos a variaciones en su humedad natural, sea por cambios climáticos o
por acción del hombre. Los cambios de humedad en este tipo de suelos juegan un papel
fundamental tanto en su capacidad portante, como en los cambios volumétricos probables,
es por ello la importancia de conocer el comportamiento de los suelos naturales o artificiales
no saturados.
Las características principales de los suelos no saturados son las deformaciones
volumétricas a los que se ven sometidos cuando se varía su grado de saturación, este tipo
de deformaciones o cambios volumétricos pueden producir colapso o expansión. Ambos
procesos se consideran de inestabilidad estructural porque varía el comportamiento
deformacional del suelo al someterse a cambios de humedad, sin modificar las presiones
externas.
2.1.2 Composición.
La composición de un suelo parcialmente saturado está dada por sólidos, líquidos y gases,
debido a que se considera que es un sistema trifásico, partiendo de que se compone por
material sólido principalmente, el cual contiene sus porosidades llenas de aire y agua. A
continuación se detalla las fases componentes de los suelos parcialmente saturados.
2.1.2.1 Fase sólida.
Las partículas que componen la fase sólida, presentan características variables como su
composición mineralógica, granulometría, cargas eléctricas de las partículas, la capacidad
10
de intercambio catiónico, además de su formación y textura; estos parámetros rigen su
comportamiento.
2.1.2.2 Fase liquida.
Compuesta fundamentalmente por agua, la misma que posee sales disueltas que liberan
cationes, ocasionando los cambios volumétricos notables o imperceptibles dependiendo de
la composición del suelo.
2.1.2.3 Fase gaseosa.
Esta fase se compone por aire, el cual posee la cualidad de ser compresible, característica
que no posee el agua.
2.1.3 Colapso y expansión.
Estos fenómenos son característicos de los suelos parcialmente saturados debido a que
presentan variaciones de volumen cuando se generan cambios de humedad y de su grado
de saturación.
2.1.3.1 Colapso.
El origen de los suelos colapsables es cambiante, se han podido identificar colapsos en
suelos residuales, transportados y artificiales, aunque este fenómeno generalmente se da en
suelos de origen eólico, debido a la naturaleza de su depósito, este tipo de suelo es más
propenso al colapso que los suelos aluviales, coluviales y rellenos compactados.
Se denomina colapso a la disminución de volumen del suelo, debido al aumento del grado
de saturación, sin modificar la presión a la cual estaba sometido el material antes de la
variación de humedad. El colapso se diferencia de la consolidación, debido a que en este
proceso se aumenta la humedad inicial del suelo, incrementando el grado de saturación, y
también aumentando las presiones externas aplicadas al suelo; además en el proceso de
consolidación se expulsa el agua existente paulatinamente, en el colapso se genera la
absorción de agua.
Este fenómeno se da cuando el suelo que se encuentra estable soportando adecuadamente
las cargas existentes, se debilita debido a que los enlaces entre sus partículas pierden la
adherencia entre si al entrar en contacto con el agua (Barrera Bucio & Garnica Anguas,
2002).
Algunas de las características de los suelos colapsables son:
11
Estructura interna abierta, con la facultad de reducir su volumen si se reduce también
el volumen de poros.
La unión entre sus partículas se ve debilitada al ponerse en contacto con el agua.
2.1.3.2 Expansión.
Los suelos que presentan el fenómeno de la expansión, relacionan su origen con la
presencia de minerales arcillosos en su composición, los minerales más comunes que
pueden ocasionar la expansión en estos suelos, son: montmorillonita, illita, caolinita y
vermiculita.
La expansión se refiere al aumento considerable de volumen, generado al aumentar el
grado de saturación del suelo, sin modificar la presión externa a la cual está sometido el
suelo cuando inicia la saturación. Los suelos expansivos también pueden verse sometidos al
proceso de retracción si se presentan condiciones climáticas de humedecimiento y secado,
provocando aumento y disminución de volumen respectivamente.
El proceso de expansión de las arcillas se debe principalmente al tipo de mineral arcilloso
por el que está compuesta, a la facultad que posea el suelo para el intercambio catiónico, a
su estructura, a la cantidad de arcilla existente en determinado suelo y los límites de
consistencia.
2.2 Suelos expansivos.
2.2.1 Origen.
Al igual que los suelos normales, este tipo de suelos provienen de la meteorización, los
minerales arcillosos se generan por la descomposición química de las rocas, que como ya
se mencionó anteriormente tienen como factor de alteración al agua, la cual puede generar
procesos de oxidación, carbonatación e hidratación; estos procesos, se encargan de la
distribución de minerales en los suelos.
Su composición se debe principalmente al tipo de roca que se expuso a la meteorización, de
la cual provienen los minerales arcillosos. Por lo tanto el mineral arcilloso que se forme
depende de las características físicas y químicas de la roca madre, la topografía, las
condiciones climáticas del lugar de formación, la vegetación existente y de algunos otros
factores.
El componente mineral de montmorillonita, siendo uno de los más comunes en suelos
expansivos, tiene como origen a los minerales ferromagnecianos, rocas volcánicas y
12
feldespatos cálcicos, por lo tanto existe la probabilidad de que en lugares donde la ceniza
volcánica entre en contacto con el agua, se generen procesos químicos para la formación de
la montmorillonita.
Se clasifica a los materiales originarios de la formación de suelos expansivos en dos grupos,
uno de los grupos abarca a las rocas ígneas como los basaltos, los gabros, noritas y
doloritas. El otro grupo consiste en rocas sedimentarias, que se componen de minerales
montmorilloniticos, los cuales se constituyen en un material básico para la formación de
suelos expansivos (Ballinas Mijangos, 2006).
2.2.2 Características generales.
Este tipo de suelos se caracteriza por poseer una gran cantidad de partículas de minerales
de arcillas que pueden absorber proporciones elevadas de agua, debido a ello estos suelos
sufren considerables cambios de volumen cuando su contenido de humedad cambia. Estas
variaciones volumétricas dependen en sí de las siguientes características: composición
mineralógica, su estructura cristalina, y la facultad para intercambiar cationes que posean
las partículas de suelo.
El suelo expansivo puede variar su comportamiento, ya sea presentando el efecto de
retracción de las arcillas, la expansión o hinchamiento del suelo, o la generación de una
presión de hinchamiento cuando el suelo está sometido a una presión externa, la cual
provoca restricción del suelo a la expansión vertical.
La retracción se da por el proceso de desecación, por otro lado la expansión se produce
cuando se da el humedecimiento. El estudio de este tipo de suelo viene en incremento, por
la innumerable cantidad de obras en las que se hace necesario trabajar con estos suelos.
Cabe destacar que para que haya un cambio de volumen es necesario que ocurran dos
factores, el primero que exista terreno arcilloso potencialmente expansivo, y segundo que
exista un cambio considerable de humedad, es decir si se logra mantener la humedad
relativamente constante, no se producirán significativos cambios de volúmenes, evitando
posibles problemas en las cimentaciones de obras civiles (Carrasco Fernández, 2013).
2.2.3 Composición de las arcillas expansivas.
Constituidos por minerales de origen primario y secundario, minerales primarios
(principalmente silicatos) que existen en las rocas ígneas y metamórficas, y minerales
secundarios que se forman debido a las acciones de agentes químicos y físicos sobre rocas
13
originales. El nombre de arcilla se da a las partículas sólidas cuyo diámetro es inferior a
0.005mm y que al ser mezclada con agua su masa tiene la propiedad de hacerse plástica.
Las arcillas en general tienen la propiedad de contraerse al secarse, dependiendo de la
humedad, poseen una alta cohesión, son compresibles y cuando se aplica alguna carga en
su superficie éstas se comprimen lentamente (Sowers, 1994).
2.2.3.1 Naturaleza y composición de las arcillas.
Debido a los cambios que presentan las arcillas por la interacción de las partículas sólidas
con las moléculas de agua presente en los vacíos del suelo o con los constituyentes iónicos,
es necesario comprender la estructura molecular de las superficies de las partículas que
componen las arcillas.
Existen muchas formas de minerales arcillosos, con semejanzas y diferencias tanto en
estructura, composición y comportamiento, además de tener variedad de colores.
La estructura de estos minerales es cristalina, y sus átomos agrupados y dispuestos de
forma laminar, dichas láminas se pueden clasificar en tipo alumínico y tipo silísico.
La lámina de tipo alumínico consiste en unidades de un átomo de aluminio rodeado de
oxígenos e hidrógenos, formándose octaedros, los mismos que se agrupan entre sí,
repitiéndose esta formación indefinidamente, lo que da lugar a una retícula laminar de tipo
alumínico.
Figura 2. Composición de las arcillas, lámina de aluminio o magnesio. Fuente: (Zamora Ramírez, 2002)
La brucita también es una lámina existente en la estructura de algunas arcillas, está
conformada por octaedros de magnesio que dan lugar a una formación trioctadedrica.
14
La lámina de sílice, se encuentra formado por un átomo de silicio rodeado de 4 átomos de
oxígeno, lo que da lugar a una forma de tetraedro, éstos se agrupan entre sí indefinidamente
formándose la retícula laminar.
Figura 3. Composición de las arcillas, lámina silícica. Fuente: (Zamora Ramírez, 2002).
Los minerales arcillosos en su mayoría están formados por láminas de sílice y alúmina, que
comparten sus componentes y forman un conjunto más equilibrado (Sowers, 1994).
Siendo los silicatos el grupo de minerales más importante debido a que constituyen el 25%
de los minerales conocidos y cerca del 45% de los más comunes.
2.2.4 Grupo de minerales arcillosos expansivos.
Los grupos mineralógicos de arcillas expansivas más importantes son la caolinita, la
montmorillonita y la illita. Estos grupos contienen una estructura en general cristalina y
químicamente se componen de silicatos conformados por elementos tetraédricos y
octaédricos. En la tabla 2 se muestra la clasificación de los minerales de arcilla más
comunes en relación a su estructura laminar.
Tabla 2.Clasificación de minerales arcillosos más comunes según su estructura.
MINERALES ARCILLOS CRISTALINOS MAS COMUNES
TIPO DE ESTRUCTURA LAMINAR
DOS CAPAS (1:1) TRES CAPAS (2:1)
COMPUESTA UNIDIMENSIONAL FORMA LAMINAR
FORMA ALARGADA
EXPANSIVAS POCO
EXPANSIVAS
Caolinita Haloysita Montmorillonita
Nontronita Vermiculita
Illita Clorita Atapulgita Sepiolita
Fuente: (Jiménez Salas & De Justo Alpañes, 1975)
15
Cabe destacar que existen otros grupos de minerales que ocasionan expansión en los
suelos debido a las variaciones de humedad, como por ejemplo la vermiculita y nontronita,
pero su presencia generalmente es inferior que los minerales antes citados en cualquier tipo
de suelo.
2.2.4.1 Caolinítico.
Formado por láminas de alúmina y sílice, estructuralmente son dos capas una tetraédrica y
otra octaédrica, superpuestas de manera indefinida unidas por enlaces de hidrogeno, de tal
forma que no permiten el ingreso de partículas de agua, por lo que son arcilla muy estables
con presencia de agua. En este grupo se presenta un hinchamiento mucho menor que en la
montmorilonita e illita.
Figura 4. Composición del grupo caolinítico. Fuente: (Zamora Ramírez, 2002).
2.2.4.2 Illítico.
Posee una agrupación parecida al de las montmoriloníticas, la diferencia se da por la
presencia de iones de potasio lo que produce grumos reduciendo el área expuesta al agua
no siendo tan expansivas. Este mineral es uno de los más comunes en la naturaleza.
Figura 5. Composición del grupo illítico. Fuente: (Zamora Ramírez, 2002).
16
2.2.4.3 Montmorilonítico.
Este es el mineral que se caracteriza por sus propiedades expansivas y generalmente es el
que se localiza en la estructura de los suelos expansivos. Este mineral es el elemento
principal de la bentonita.
Se forman por la superposición indefinida entre una lámina de alúmina entre dos de sílice, la
unión entre las retículas de este grupo es débil aquí sí puede penetrar el agua con facilidad,
por ellos es inestable y éstas arcillas sufren una fuerte expansión.
Figura 6. Composición del grupo montmorillonítico. Fuente: (Zamora Ramírez, 2002).
2.2.4.4 Vermiculita.
Su estructura es parecida al de la montmorillonita, la diferencia se da por la presencia de
cationes de magnesio, que son los que proporcionan las uniones entre láminas y por el
tamaño de partículas que en relación a la capa es mucho mayor. Este mineral se forma por
la descomposición de la clorita y biotita.
Figura 7. Composición grupo vermiculita. Fuente: (Carrasco Fernández, 2013).
17
2.2.5 Factores que influyen en el proceso de expansión.
Fenómeno también llamado hinchamiento, el mismo que se da por varios factores entre los
que se destaca.
2.2.5.1 Tipo de materiales y cantidad.
La composición mineralógica del suelo juega un papel importante, es necesario determinar
la cantidad de partículas de mineral arcilloso que componen un suelo, es decir la cantidad
de caolinita, illita, montmorillonita o vermiculita que posee una muestra, lo que sirve en la
estimación del potencial de hinchamiento.
Mientras existan más partículas potencialmente expansivas, mucho mayor será el fenómeno
de la expansión. Si el suelo se compone por minerales arcillosos expansivos en grandes
porcentajes, el suelo será propenso a un mayor cambio de volumen o hinchamiento.
Otro de los factores que influye es el tamaño de las partículas del suelo, debido a que como
se mencionó anteriormente, las partículas de minerales arcillosos son por lo general menor
a 2 micras, por lo tanto mientras más pequeñas sean las partículas de un suelo, más
probabilidad existe de que contenga minerales arcillosos, y por ende de que se comporte
como un suelo expansivo.
2.2.5.2 Densidad seca.
Un suelo estará propenso a la expansión cuando el valor de la densidad seca inicial
aumente, y cuando la humedad inicial sea la menor posible, debido a que si su humedad
aumenta paulatinamente, el grado de saturación también lo hace, por lo tanto la expansión
será mayor, en un suelo poco saturado.
2.2.5.3 Estado de esfuerzo.
El proceso de la expansión disminuye cuando las presiones en un suelo van en aumento, si
el estado de esfuerzo es considerable la expansión puede llegar a ser nula o inclusive
negativa es decir producirse un colapso, cuando un suelo se ve sometido varias veces a
esfuerzos, la expansión va disminuyendo de acuerdo a cada vez que se aplica el esfuerzo,
lo mismo sucede cuando se aplica humedecimiento y secado a un suelo la expansión va
disminuyendo para cada humedecimiento.
18
2.2.5.4 Grado de pre consolidación.
La consolidación del suelo se produce debido a la expulsión de agua y aire atrapados en los
poros por efecto de la aplicación de cargas, este tipo de esfuerzos pueden ser producidos
por su peso propio o por el peso de estructuras que se cimentan sobre él.
Figura 8. Curva de consolidación. Fuente: (Crespo Villalaz, 2005).
Los suelos de origen arcillosos son los que generalmente presentan problemas de
asentamientos debido a la consolidación.
Como se muestra en la figura 7, existen dos tipos de consolidación, la primaria y secundaria.
La consolidación primaria se debe principalmente a la expulsión de aire y agua existente en
los poros, lo que provoca la deformación del suelo al aplicarse una carga. En cuanto a la
consolidación secundaria, se ocasiona por la reubicación de las partículas del suelo, la
misma que no es una teoría completamente comprobada aún.
Los asentamientos ocasionados tanto por consolidación primaria y secundaria, están
relacionados con el origen del suelo, es decir si son preconsolidados o normalmente
consolidados. Los suelos preconsolidados son aquellos que durante su historia ha soportado
esfuerzos mayores a los que soporta en la actualidad, mientras que los suelos normalmente
consolidados son aquellos que no han sobrellevado esfuerzos mayores a los actuales, o que
los esfuerzos actuales son mayores a los que alguna vez actuaron durante su historia
geología.
19
El grado de pre consolidación se convierte en un factor constituyente para determinar el
grado de expansión de un suelo, en suelos normalmente consolidados, se han realizado
pruebas de muestras inalteradas y alteradas o compactadas, existiendo resultados
aproximados en ambas pruebas con una misma humedad, contrariamente a lo sucedido con
suelos pre consolidados, en donde los resultados varían, debido a que la compactación
genera una alteración de las uniones entre partículas, permitiendo una expansión mucho
mayor que la que se presentaría en el terreno natural y de esta forma se sobredimensiona
la expansión que se podría producir en el suelo en estudio.
2.2.5.5 Succión.
La succión existente en el terreno natural, está bastante relacionado al potencial de
expansión de un suelo, ya que cuanto mayor sea la succión, el suelo tenderá a un mayor
cambio de volumen, teniendo en cuenta que la succión se puede definir de forma superficial
como la capacidad del material para adsorber agua, y mientras mayor sea la presión de
adsorción, existirá mayor succión.
2.2.5.6 Tiempo y permeabilidad.
La mayoría de arcillas con potencial de expansión elevado, tienen una permeabilidad
bastante baja, es decir son impermeables.
El tiempo de exposición de una suelo al agua depende principalmente de la geometría del
terreno, las condiciones de filtración, su naturaleza, entre otros, debido a esto un suelo
arcilloso presentara condiciones de saturación favorables o desfavorables, lo que es
determinante para que el proceso de expansión sea rápido o lento durando inclusive años.
Arcillas con mejores propiedades de permeabilidad pueden generar más expansión que las
arcillas impermeables, debido al tiempo de exposición y contacto con el agua, la lluvia por
ejemplo puede tener una duración de minutos, y esto no permitirá la saturación en arcillas
impermeables, sucediendo lo contrario en arcillas poco permeables, ya que el agua se
infiltrara ocasionando cambios de humedad, siempre y cuando el tiempo de exposición sea
considerable.
2.2.5.7 Humedad.
Un factor muy importante y que es determinante en la expansión de un suelo. Los
principales factores que cambian el contenido de humedad en un suelo se detallan a
continuación:
20
El clima: Un factor importante que altera la humedad, especialmente cuando existen
variaciones estacionales muy marcadas, es decir con periodos de sequía y de lluvia en
algunos meses.
Experimentalmente se ha comprobado que las variaciones de humedad en el suelo dadas
por el cambio del clima afectan hasta una profundidad de 2 o 4 metros, la capa de suelo
comprendida en esta profundidad se denomina capa activa y es en esta en la que se
pueden producir los cambios de volumen.
La vegetación: Este factor afecta debido a las raíces de los árboles ya que estas absorben
grandes cantidades de agua del suelo, por ello la plantación o tala de árboles altera la
humedad del suelo especialmente cuando el suelo existente es una arcilla altamente
expansiva, que pueden afectar a edificaciones cercanas. Como regla general se tiene que lo
zona de influencia de las raíces de los árboles afecta a una superficie cuyo radio es igual a
vez y media la altura del árbol en su estado adulto.
Uso de las estructuras: Depende del uso que se puede dar de las estructuras, es decir la
ubicación de hornos, o de calderas en la planta baja o de subsuelo de una edificación,
además de plantas de refrigeración, lo que puede generar cambios de humedad del suelo
de cimentación. Otra causa puede ser el riego de jardines o plantas aledañas a la
construcción o edificación.
Rotura de tuberías, y elevación del nivel freático: Se dan repentinamente, produciendo
cambios de humedad en el suelo, y produciendo hinchamientos que pueden afectar a
estructuras especialmente cuando existe un levantamiento del suelo (Ayuso Muñoz,
Caballero Repullo, & Otros, 2010).
2.2.6 Ciclos de humedecimiento y secado de arcillas expansivas.
La comprobación del potencial expansivo del suelo generalmente se la realiza ante un solo
ciclo de humedecimiento, lo que permite determinar su expansión, pero este tipo de suelos
en campo se someten a varios ciclos de humedecimiento y secado, lo que genera que sus
propiedades expansivas y de contracción varíen en cada periodo de secado o de
humectación de sus partículas.
Estudios realizados por Al Homoud, Basma, & otros, (1995), sobre muestras alteradas, la
cuales fueron expuestas a ciclos consecutivos de humedecimiento y secado, demuestran
que la primera expansión y presión de expansión, es mucho mayor que la obtenida en los
ciclos subsecuentes, además la reducción en la expansión también es mayor en el ciclo
21
inicial, debido a que en los ciclos siguientes se disminuye su expansión hasta llegar a un
valor prácticamente constante, lo que ha sido denominado como fatiga de expansión.
Figura 9. Cambio en la presión de expansión y expansión por ciclos de humedecimiento y secado. Fuente: (Ballinas Mijangos, 2006).
Al analizar la microestructura del suelo, se explica este fenómeno como causa de que el
primer ciclo de humedecimiento y secado provoca cambios en su estructura que inicialmente
es floculada, luego de varios periodos de secado y humectación del suelo, su estructura es
más dispersa, lo que ocasiona que se pierdan las propiedades de adsorción de agua y por
ende de la expansión del suelo.
2.2.7 Modelos característicos de fallas en obras civiles.
Existen factores que influyen en la expansión o contracción de los suelos expansivos, cada
uno de estos factores ya se ha tratado en el capítulo anterior, pero es necesario recalcar que
los cambios de humedad generados por cualquiera de las circunstancias antes
mencionadas, inducen a que se generen distintos patrones de falla, ya sea por la excesiva
humectación del suelo o por el secado, a continuación se presenta algunos modelos que
comúnmente provocan la deformación del suelo.
2.2.7.1 Deformación en forma cóncava.
Este tipo de deformación principalmente se produce en lugares con clima árido- seco,
debido a que el suelo permanece la mayoría del tiempo con un bajo grado de saturación y al
humedecerse el perímetro de la estructura cuando hay precipitaciones en el sector se
genera el levantamiento de los bordes de la estructura. Esta deformación también se
produce cuando en edificios existe calefacción, o algún tipo de caldera u hornos en la planta
22
baja del mismo, de esta manera se efectúa la desecación del suelo de cimentación,
provocando la contracción del material de apoyo, y por ende asentamientos diferenciales en
la parte central de la estructura o en el lugar donde se genera más calor y desecación del
suelo.
Figura 10. Deformación de tipología cóncava. Fuente: (Ballinas Mijangos, 2006)
2.2.7.2 Deformación en forma convexa.
Este tipo de deformaciones por expansiones diferenciales se da en climas húmedos, ya que
al cubrir una superficie con una estructura, se restringen los cambios de humedad en el área
donde se localiza la estructura, lo que provoca que la humedad existente en el suelo no se
pueda evapotranspirar, debido a que este proceso se efectuaba a través de la vegetación
existente en la superficie donde se localiza la estructura, el impedimento de que este
proceso de evapotranspiración se ejecute, permite que el agua acumulada bajo la
estructura, aumente el grado de saturación del material, activando el potencial expansivo del
suelo y provocando generalmente hinchamiento del material presente bajo la estructura.
Figura 11. Deformación de tipología convexa.
Fuente: (Ballinas Mijangos, 2006)
23
2.2.7.3 Deformación por expansión localizada.
En cuanto a este tipo de deformaciones, se producen básicamente por expansiones
localizadas, es decir que no exista un drenaje adecuado en cierta parte de la estructura,
puede ser debido a la escorrentía superficial producida por una ladera ubicada a cualquier
sector del perímetro de la estructura, generando acumulación de aguas lluvias, o por
infiltración de agua a través de juntas entre edificios o paredes, y por ende provocando
expansión localizada en un solo sitio. La excavación para cimentaciones junto a una
estructura ya existente, que este localizada en zonas activas donde domina la presencia de
suelos expansivos, puede ser perjudicial si estas excavaciones se mantiene durante un
tiempo considerable descubiertas, permitiendo la infiltración de agua a la estructura
colindante lo que ocasionaría severos daños.
Estos problemas también se pueden dar debido a que la ubicación de la estructura
contribuye a que en un sector adyacente a la cimentación se origine demasiada sombra,
evitando la evaporación del agua por efecto de la radiación solar.
Otro factor que puede generar una expansión localizada, es la ruptura de algún tipo de
tubería, o por la irrigación de prados o jardines adyacentes, generando cambios de
humedad únicamente en el sector del daño u zona de riego, lo que induce al aumento de
volumen del suelo existente a su alrededor, siempre y cuando este posea características de
un material expansivo.
Figura 12. Deformación por expansión localizada. Fuente: (Ballinas Mijangos, 2006)
2.2.7.4 Deformación por contracción localizada.
Este caso es similar al anterior, solamente que este tipo de deformaciones se genera por la
desecación del suelo, ocasionado principalmente por factores naturales, como es la
24
ubicación de árboles con grandes propiedades para la adsorción de agua en las
proximidades de una estructura , situación que produce el secado natural del suelo
únicamente en el sector donde se localizan las plantas o arboles de grandes magnitudes,
causando la contracción localizada que se extiende aproximadamente a lo largo de las
raíces, provocando daños estructurales o de la mampostería de la vivienda por los
asentamientos diferenciales en uno o varios sectores colindantes.
Figura 13. Deformación por contracción localizada. Fuente: (Ballinas Mijangos, 2006).
2.2.8 Identificación de arcillas expansivas.
En la actualidad existen muchos criterios para identificar la expansión de un suelo, los
mismos que se muestran a continuación:
Identificación de campo
Métodos mineralógicos
Métodos indirectos
Métodos directos
2.2.8.1 Identificación de campo.
La identificación de campo o visual es un proceso bastante superficial, se requiere de
experiencia ya que se debe conocer el suelo solo observándolo, tomando en cuenta algunos
de los siguientes indicadores.
25
Grietas por secado.- Cuando existen suelos expansivos observando en la superficie del
suelo aparecen grietas que agrupadas tienen la forma de polígonos, esto cuando existen
periodos de sequía.
Plasticidad.- En suelos expansivos, se hace fácil hacer un rollo de suelo con las manos sin
que este se desmorone.
Textura.- Los suelos expansivos cuando están húmedos son resbaladizos, y suelen pegarse
a llantas o zapatos.
Daños estructurales.- Son apreciables en estructuras colindantes, si existen grietas,
hinchamiento de superficies, o alguna otra falla, es un indicio de la probable existencia de
suelos expansivos en el sector.
2.2.8.2 Métodos mineralógicos.
Al conocer la constitución mineralógica de los suelos se puede determinar la expansividad
de los mismos, como se mencionó anteriormente los grupos más importantes de minerales
arcillosos son la ilita, caolinita, vermiculita y montmorilonita, siendo este último el que los
ensayos intentan detectarlo ya que es el mineral más expansivo.
Todos estos métodos son muy útiles para trabajos de investigación científica, y para trabajos
prácticos de ingeniería, aunque implican costos elevados. Los métodos que existen son
varios, sin embargo entre los más importantes se tiene:
Difracción de RX.- Consiste en determinar los porcentajes de minerales de arcillas por los
que se encuentra compuesto el suelo, determina la presencia de materiales cristalinos ya
sea en estado sólido o granulado, además es el más utilizado en este tipo de métodos
Análisis térmico diferencial.- Mide la diferencia entre la temperatura de la muestra y un
material de referencia inerte mientras estos son expuestos a las mismas temperaturas, las
mismas que van aumentando de forma progresiva, el objetivo es visualizar los cambios que
sufre el material en estudio pues una arcilla registra claros cambios debido a la temperatura
ya sean estos pérdidas de peso, reacciones endotérmicas, dilataciones, contracciones, y
transformaciones mineralógicas, lo cual suministra datos que luego permiten caracterizar el
tipo de arcilla y su comportamiento.
Análisis químico.- En los minerales de montmorillonita, este análisis logra determinar el
origen y la localización que tienen las cargas en las superficies arcillosas. Consiste en
activar una arcilla mediante la aplicación de un tratamiento químico termo ácido, luego se
26
visualiza los cambios existentes en la composición y estructura de la arcilla, y de acuerdo a
su respuesta ante estos químicos poder caracterizarla.
Microscopio electrónico.- Método que define la composición mineralógica, la estructura
interna y su textura observándose de una forma directa, es importante ya que dos materiales
pueden tener distintas características morfológicas y tener las mismas curvas térmicas y
patrón de difracción de RX, consiste en ir observando mediante varios aumentos que van
desde X200 hasta X10000, conociéndose así la composición, sus dimensión y su
morfología.
2.2.8.3 Métodos indirectos.
La desventaja del uso de estos métodos es que los datos son muy variables por ende los
resultados no son cuantitativos sino más bien cualitativos, y la ventaja es la facilidad con la
que se puede obtener estas propiedades ya que los equipos que se utilizan existen
prácticamente en todos los laboratorios de suelos.
2.2.8.3.1 Parámetros y propiedades.
Estos métodos se basan en la determinación de algunas propiedades de los suelos las
mismas que son:
Límites de consistencia de Atterberg.
Los suelos arcillosos en general poseen plasticidad, propiedad de los suelos cohesivos para
deformarse hasta cierto punto sin romperse. Para determinar el valor de la plasticidad se
hace uso de los denominados límites de Atterberg, autor que se encargó de diferenciar los
estados de consistencia en los que se encuentra un suelo, que son: sólido, semisólido,
plástico y líquido.
Figura 14. Límites de Atterberg. Fuente: (Crespo Villalaz, 2005)
27
Limite líquido (L.L): Se define como el porcentaje de humedad, con relación al peso seco de
la muestra, con el cual se produce el cambio de estado de la muestra, del líquido al plástico.
La cohesión es casi nula cuando el suelo se encuentra en su límite líquido.
Limite plástico (L.P): Es el porcentaje de humedad con relación al peso seco de la muestra,
con el cual los suelos cohesivos pasan de un estado semisólido a plástico.
Índice de plasticidad (I.P): Generalmente el índice plástico depende de la cantidad de arcilla
en el suelo y se considera como la diferencia numérica entre el límite líquido y plástico.
Límite de contracción (L.C): Porcentaje de humedad con relación al peso seco de la
muestra, con el que al disminuir el agua en cierta cantidad, ya no se ocasiona más
reducción del volumen de la muestra.
Contenido de Coloide, partículas menores a 0.002mm.
El contenido de partículas menores a 0.002 mm, es un factor influyente en su
comportamiento, porque mientras posea un mayor contenido de partículas coloidales menor
a 2micras, la probabilidad de que el suelo mantenga un potencial de hinchamiento
relativamente alto es mucho mayor. La actividad de las arcillas esta relacionada con la
fracción de arcilla existente en el suelo, ya que se ha determinado que mientras mayor sea
el I.P del suelo, existen más propiedades coloidales en la arcilla. (Skempton, 1993),
desarrollo esta ecuación para determinar la actividad coloidal de una arcilla:
(1).
La actividad que poseen los minerales importantes en los suelos se muestran en la tabla 3.
Tabla 3: Actividad de algunos minerales constituyentes de los suelos.
MINERAL ACTIVIDAD
Cuarzo 0.00
Haloysita 0.02-0.07
Metahaloysita 0.07-0.16
Calcita 0.18
Mica (moscovita) 0.23
Caolinita 0.01-0.41
Illita 0.23-0.80
Atapulgita 0.57-1.23
Montmorillonita (Ca, Mg, k, NH4) 0.32-3.09
Montmorillonita (Na, Li) 1.12-11.5 Fuente: (Jiménez Salas & De Justo Alpañes, 1975).
28
2.2.8.3.2 Métodos comúnmente utilizados.
Con el conocimiento de las propiedades anteriormente mencionadas, se utiliza algunos
métodos que nos permiten tener conocimiento sobre el grado de expansión de los suelos,
los que comúnmente se emplean son:
Método de Holtz y Gibbs.
Este método utiliza el índice de plasticidad, el contenido de coloides y el límite de
contracción para calificar el grado de expansividad como se muestra en la Tabla 4.
Tabla 4: Método de Holtz y Gibs en función del índice de plasticidad.
Contenido Coloidal (%) ≤15 13-23 20-31 >28
Índice Plástico (%) ≤18 15-28 25-41 >35
Límite de contracción (%) ≥15 16-10 12-7 <11
Grado de expansión Bajo Medio Alto Muy Alto
Fuente: (Das, 2012)
Método U.S. Army Waterways Experiment Station
Método indirecto que usa los límites de Atterberg y la expansión potencial, para ello se hace
uso de la Tabla N° 5 que se muestra a continuación.
Tabla 5. Método U. S Army Waterways Experiment Station.
Límite Líquido
Índice de Plasticidad
Expansión Potencial (%)
Clasificación de la expansión potencial
<50 <25 <0.5 Baja
50-60 25-35 0.5-1.5 Marginal
>60 >35 >1.5 Alta
Expansión potencial= Expansión vertical bajo una presión igual a la presión de sobrecarga
Fuente: (Ayuso Muñoz, Caballero Repullo, & Otros, 2010).
Método de Seed, Woodward, y Lundgren.
Estos autores en 1962, llegan a una correlación entre el porcentaje de hinchamiento y el
índice de plasticidad esto bajo una sobrecarga de 1 psi, de muestra compactada basada en
el ensayo del Proctor Modificado y la humedad óptima, llegando a la siguiente relación,
ecuación 2:
( )
(2).
En donde:
S= Potencial de expansión de hinchamiento
29
K= 3.6x10-5
IP= Índice de Plasticidad del suelo
Tabla 6: Método de Seed Woodward y Lundgren.
Potencial de expansión 0-1.5 1.5-5 5-25 >25
Índice de Plasticidad 0-15 10-35 20-55 >55
Potencial de Hinchamiento
Bajo Medio Alto Muy Alto
Fuente: (Jiménez Salas J. , 1980).
Este método es muy útil y es aplicable a suelos con contenidos de arcilla que varía del 8% al
65%, estos autores también plantearon un método basado en la actividad de la arcilla y el
porcentaje de coloides. La actividad de la arcilla se la deduce utilizando la siguiente relación:
(3).
Donde:
IP= Índice de Plasticidad del suelo
C= Porcentaje de arcilla menor a 0.002mm.
De esta relación se desarrolla una carta la misma que se muestra en la Figura 10.
Figura 15. Potencial de hinchamiento en función de la actividad de las arcillas. Fuente: Normativa AASHTO M146.
30
Método de Raman (1967).
Método que utiliza el índice plástico y que calcula un índice de contracción, basado en la
diferencia de humedad entre el límite líquido y al límite de contracción, utilizándose la
siguiente expresión:
(4).
Dónde:
IC=Índice de contracción
LL= Límite líquido
LC= Límite de contracción
Tabla 7: Método de Raman (1967).
Índice Plástico (%) <12 12-23 23-32 >32
Índice de contracción (%) <15 15-30 30-40 >40
Grado de expansión (%) Bajo Medio Alto Muy Alto
Fuente: (Das, 2012)
Método de Chen (1988).
Método que utiliza simplemente el índice plástico, para la caracterización.
Tabla 8: Método de Chen (1988).
Índice Plástico (%) ≤15 10-35 20-55 ≥35
Grado de expansión (%) Bajo Medio Alto Muy Alto
Fuente: (Das, 2012)
Metodo de Altmeyer (1955).
Método en el que se debe conocer la contracción lineal, el límite de contracción, y la
expansión probable, con base en una muestra remoldeada con su contenido óptimo de
humedad y la densidad máxima seca, sumergida bajo una sobrecarga de 6.9 KPa.
Tabla 9. Método de Altmeyer(1955).
Contracción Lineal (%) <5 5-8 >8
Límite de contracción (%) >12 10-12 <10
Expansión Probable (%) <0.5 0.5-1.5 >1.5
Grado de expansión (%) No crítica Marginal Crítica
Fuente: (Das, 2012)
31
Metodo de Elvin F. Henry (1965).
Método que se basa en pruebas realizadas y permite determinar el potencial de
hinchamiento de un suelo a través de su índice de plasticidad..
Tabla 10. Método de Henry (1965).
Índice de Plasticidad (%) 0-14 14-25 25-40 >40
Grado de expansión (%) No crítica Marginal Crítica Altamente
critico Fuente: (Ballinas Mijangos, 2006)
2.2.8.3.3 Ecuaciones para determinar las propiedades del suelo expansivo.
Algunos autores presentaron algunos métodos empíricos basados en estudios realizados,
para establecer distintas ecuaciones con la finalidad de obtener algunos parámetros de los
suelos expansivos, a continuación se detallan los más importantes.
Ecuación de Vijayvergiya y Ghazzaly (1973).
Estos autores propusieron otra forma de estimar la presión de expansión del suelo, para ello
realizaron 273 estudios en muestras inalteradas, deduciendo la siguiente ecuación empírica.
(
) ( )
(5).
Ecuación de Nayak y Christensen (1974).
Método que mide el porcentaje de expansión en función del índice de plasticidad, el
contenido de agua natural del suelo, y el porcentaje de arcillas, la ecuación que deducen es:
( )( )
(6).
Ecuación de Weston (1980).
Método que se basa en el uso del límite líquido ponderado, el valor de la sobrecarga a la
que estará sometido el suelo, y el contenido natural del suelo, la ecuación empírica que se
utiliza es la siguiente:
( )
(7).
2.2.8.4 Métodos directos.
Este tipo de métodos son los que aportan datos más reales en cuanto al grado de expansión
de un suelo, por lo que es más preciso, la problemática que por lo común presenta este tipo
32
de métodos es el tiempo. Los ensayos más comunes son los de hinchamiento libre y presión
de expansión, que se consideran de elevada importancia, ya que son parámetros obtenidos
directamente de una muestra inalterada.
2.2.8.4.1 Expansión libre.
Se suele definir como el porcentaje de elevación máximo de presión que sufre un suelo sin
restricciones externas esto en relación a la longitud inicial, este método se lo realizada
basándose en la norma ASTM D4546 o también en la norma I.N.V. E – 132-06.
Mediante el uso de una muestra inalterada de suelo y un edómetro, se encera el lector del
deformímetro y se sumerge la muestra, luego se procede a medir el hinchamiento final
expresado en porcentaje con respecto a la altura inicial, sin la aplicación de ningún tipo de
carga a esto se denomina hinchamiento libre.
2.2.8.4.2 Presión de expansión.
La presión de expansión se define como la fuerza vertical que ejerce el suelo, cuando
aumenta su volumen al aumentar su grado de saturación.
El ensayo para determinar la presión de expansión, se ejecuta prácticamente de la misma
forma que el anterior, la diferencia radica en que, la presión de expansión se determina de
dos formas, aplicando cargas sobre el suelo que está saturándose en el edómetro, con el
objeto de no permitir su expansión libre, por tanto la lectura del consolidometro se
mantendrá en 0, y el incremento de carga cesará al mismo tiempo que culmine la expansión
libre del suelo.
La otra forma de determinar la presión de expansión consiste en permitir que el suelo logre
su expansión primaria, durante un lapso aproximado de 24 horas, o hasta que esta se
complete, y luego aplicar cargas sobre el suelo con la finalidad que la relación de vacíos sea
igual o menor a la inicial, luego de lograr que el suelo retorne a su estado inicial, se
determina la carga final y se presión de expansión tomando en cuenta el brazo de palanca
del consolidómetro.
Este ensayo ejecutado como se mencionó anteriormente permite determinar tanto la
expansión libre como la presión de expansión en una misma muestra de suelo.
2.2.8.4.3 Ensayo para determinar la expansión libre y presión de expansión.
Cuya base se encuentra en la normativa ASTM D4546 y también llamada prueba de
expansión con carga modificada, se lo realiza con muestras inalteradas que se ensayan
33
luego en el consolidómetro, esta normativa presenta tres alternativas que determinan la
expansión de un suelo.
Alternativa A:
Determina
- Expansión libre.
- Presión de expansión.
- Porcentaje de levantamiento bajo carga vertical.
Alternativa B:
Determina
- Presión de expansión.
- Porcentaje de levantamiento bajo carga vertical igual a la sobrecarga in situ.
Alternativa C:
Determina
- Presión de pre consolidación.
- Presión de expansión.
- Porcentaje de levantamiento.
Figura 16. Curva de expansión primaria y secundaria. Fuente: (ASTM D4546, 1996)
En este tipo de ensayos se visualizan dos definiciones de expansiones que son primaria y
secundaria, la primaria se da a corto plazo, mientras que la secundara se da a largo plazo.
Para la determinación de las expansiones primaria y secundaria, se usa la Figura 11, en la
34
que se trazan tangentes a las curvaturas con pendientes suaves y abruptas, la intersección
de estas tangentes determina el tramo de expansión primario y secundario.
Estas alternativas se diferencian debido a la aplicación de cargas y en las lecturas que se
realizan, utilizándose los suelos inalterados que son moldeados de la misma forma que se
realiza un ensayo de consolidación, se toma la muestra, se aplica la presión de carga in situ,
luego de 5 minutos de aplicada la carga se encera la lectura y se procede igual que al
realizar un ensayo de consolidación normal.
En la alternativa A, se registra la deformación inicial, se sumerge la muestra y se toman las
lecturas de las deformaciones, esto hasta que se complete la expansión primaria, luego se
aplica incrementos sucesivos de carga, la duración en cada incremento debe asegurar el
100% de consolidación primaria.
Para la alternativa B, la presión que se aplica debe ser mayor a la sobrecarga inicial, luego
de transcurridos los 5 minutos, se lee la deformación, se sumerge la muestra y se realiza las
lecturas hasta que culmine la expansión primaria, se aplica los incrementos de carga igual a
la alternativa A.
En la alternativa C, la presión que se aplica debe ser equivalente a la que se estima hay in
situ, pasados 5 minutos se hace la lectura de la deformación inicial, e inmediatamente se
sumerge la muestra, y se realiza los incrementos de carga que sean necesarios con el
objetivo de no permitir la expansión de la muestra.
El porcentaje de expansión libre se determina con la siguiente expresión:
(8).
Dónde:
∆h=Cambio de altura de muestra
ho= Altura inicial
esc=índice de vacíos luego de estabilizada la expansión a una cierta presión.
eo= índice de vacíos inicial
(∆h/ho) x 100= Porcentaje de levantamiento
35
2.2.8.4.4 Otros métodos para determinar el potencial de hinchamiento.
En este método se determina el grado de expansión del suelo a través de muestras
compactadas con cierto grado de saturación o contenidos de humedad, a continuación se
detallan algunos métodos útiles para comprobar el potencial de expansión del suelo.
Ensayo de Lambe.
Ensayo de dos horas de duración basado en la norma INV E 120-13, que nos permite
evaluar la capacidad del suelo a la expansión o contracción. Este tipo de ensayo se lo
realiza con una muestra compactada a través de los estándares del ensayo proctor, y con
material pasante por el tamiz N°10, convirtiéndose en un ensayo de identificación y
caracterización del suelo expansivo.
El ensayo se puede ejecutar con tres tipos de muestras compactadas a humedades
diferentes, denominadas en los siguientes estados.
- Estado húmedo: Resulta al mantener la porción de muestra necesaria para la
compactación, pasante por el tamiz N° 10, en un ambiente con humedad aproximada
al 100% por el transcurso de 48 horas.
- Estado plástico: Porción de la muestra, con una humedad igual a la del límite
plástico.
- Estado seco: Resulta al mantener la muestra en una humedad aproximada al 50%,
por el transcurso de 48 horas.
Por ende para la ejecución de este método se emplea la siguiente tabla, con la finalidad de
obtener la densidad deseada.
Tabla 11: Alternativas de compactación de la probeta.
HUMEDAD N° DE CAPAS N° DE GOLPES POR
CAPA
Límite plástico. 1 5
Humedo (100% humedad relativa)
3 4
Seco (50% humedad relativa)
3 7 para las 2 primeras y 8
para la última capa. Fuente: (INV E-120-13, 2013)
Para la ejecución de este método es necesario contar con el aparato de Lambe (figura 17),
el mismo que consta de una célula interior en la cual se ubica la muestra, posteriormente se
aplica una presión de fijamiento de 0.1Kg/cm, mediante un anillo de carga ajustable. Se
procede a inundar la muestra, una vez transcurrido el tiempo establecido para el ensayo
36
(2horas), se toma la lectura final del anillo dinamométrico y con ella se estable la presión
ejercida en Newton.
Figura 17. Aparato de Lambe. Fuente: (INV E-120-13, 2013)
Con la obtención de la presión ejercida durante las dos horas de ensayo, se obtiene el
índice de expansión, al dividir la presión en N, para la sección de la probeta en mm2,
expresando posteriormente el índice de expansión en Mpa.
Posteriormente, utilizando el índice de expansión anteriormente calculado, se ingresa a la
figura 18, desde las ordenadas, para después trazar una horizontal e interceptar la curva
correspondiente. Este procedimiento nos permite determinar el cambio volumétrico probable
(PVC).
37
Figura 18. Relación entre el índice de expansión y el cambio volumétrico. Fuente: (INV E-120-13, 2013).
Ensayo de expansión o método de índice de expansión.
Es un método basado en la norma ASTM D4829, este método proporciona el índice de
expansión potencial de un suelo sumergido en agua, siendo muy parecido a otros índices
como lo es el límite de consistencia.
Para la realización de este método se toma la muestra remoldeada con un grado de
saturación alrededor del 50%, y se la coloca en el anillo del consolidómetro, bajo una carga
de 6.9 KPa, se inunda la muestra con agua destilada y se realiza las lecturas por un lapso
de 24 horas hasta que la expansión sea menor de 0.0005mm/h, con los datos obtenidos se
hace uso de la siguiente fórmula:
(9).
Donde:
∆H=Expansión del suelo en cm
Ho= Altura inicial
F= Porcentaje en peso
La siguiente tabla muestra los rangos para la caracterización a través de los resultados
obtenidos mediante el ensayo:
38
Tabla 12: Potencial de expansión según el índice de expansión en muestras compactadas.
Índice de Expansión IE Potencial de Expansión
0-20 Muy bajo
21-50 Bajo
51-90 Medio
91-130 Alto
>130 Muy alto Fuente: (ASTM D4829, 1996)
Ensayo de volumen de cimentación. Índice de expansión libre.
Este ensayo se basa en el criterio dado por Holtz y Gibbs, ya que es posible determinar el
grado de expansión probable de un suelo, a través de este ensayo originado en el volumen
de sedimentación. Su desarrollo se basa en la normativa INV E 132-13.
Fotografía 1. Ensayo de volumen de sedimentación.
Fuente: (Espinoza A, 2015.)
Algunos autores, indican que esta prueba sencilla de laboratorio, nos da resultados
consistentes con los obtenidos por pruebas en el consolidómetro y por las relaciones
basadas en los límites de Atterberg.
Mediante esta prueba se obtienen un índice de expansión libre cuando se sumerge al suelo
en agua y se le permite su expansión libremente, como se muestra en la figura 14.
La muestra será seca al horno y completamente mezclada, con la finalidad de obtener una
muestra representativa, este material deberá ser pasado por el tamiz N° 40, del cual se
obtendrán 2 muestras de suelo, aproximadamente 10gr cada una.
39
Se coloca cada una de las muestras en dos probetas graduadas de 100ml, para
posteriormente llenarla de agua destilada hasta su volumen máximo, se agita la mezcla de
suelo agua para que se remueva el aire atrapado y se deja estabilizar la mezcla por un lapso
de 24 horas aproximadamente.
Transcurrido el periodo de tiempo, se toma la lectura de la muestra sedimentada de suelo
una vez expandida, y se calcula el índice de expansión libre como un porcentaje del
aumento de volumen respecto al volumen inicial. Se puede emplear la siguiente formula.
(10).
Donde:
Vw= Volumen de la muestra, al final del periodo de expansión.
Vk= Volumen inicial de la muestra seca.
La caracterización del potencial de expansión se la puede determinar guiándose en la tabla
13.
Tabla 13: Grado de expansión con base a la relación de expansión libre.
GRADO DE EXPANSIÓN IEL (%)
BAJO >50
MEDIO 50-100
ALTO 100-200
MUY ALTO >200
Fuente: (Das, 2012) Elaboración: (Espinoza A, 2015.)
40
CAPÍTULO III
3 METODOLOGÍA
41
3. Metodología.
Para cumplir los objetivos planteados en el presente estudio, la elaboración del trabajo se
planifico en dos fases. El trabajo de campo y los ensayos de laboratorio, con la finalidad de
determinar apropiadamente las características expansivas del sector en estudio.
3.1 Trabajo de campo
3.1.1 Localización y obtención de muestras in situ.
Una vez localizados los puntos de estudio, se procedió a realizar la visita de reconocimiento
para, identificar y determinar la factibilidad de la obtención de muestras en dichos puntos,
esta localización se la realizo con la ayuda de un navegador GPS, el cual permitió ubicar
cada uno de los lugares con una precisión de 4metros a la redonda aproximadamente, cabe
destacar que en ningún punto de muestreo se presentaron inconvenientes para la obtención
de las muestras.
El primer reconocimiento del lugar exacto de muestreo, sirvió también para establecer
contacto con cada uno de los propietarios del sector donde se localizan los puntos, con la
finalidad de explicar en qué consiste el proyecto y a su vez obtener la aprobación para la
obtención de muestras a través de calicatas a una profundidad aproximada de 1m.
Se realizó excavaciones con un volumen de 1.5 m3 aproximadamente, para la obtención de
muestras inalteradas in situ, con la ayuda de un anillo indeformable, con las dimensiones
necesarias para realizar el ensayo de consolidación unidimensional de los suelos. Se
extrajeron 8 muestras inalteradas en cada uno de los puntos, el mismo que sirvieron para
montar en los ensayos de consolidación, presión de expansión y expansión libre. La gran
cantidad de muestras inalteradas han sido obtenidas como precaución, siendo probable la
repetición de ensayos o que por algún motivo, los resultados obtenidos no sean
satisfactorios, teniendo la opción de comprobar estos datos mediante otro ensayo de la
misma índole.
Además de la muestra inalterada, se obtuvo aproximadamente 15 Kg de muestra alterada,
para realizar los ensayos de clasificación, compactación y ensayos con muestras
remoldeadas.
En los anexos se presenta el registro fotográfico de la obtención de muestras en cada uno
de los lugares de muestreo, y la respectiva extracción de los especímenes inalterados de
suelo.
42
3.1.2 Ensayos de campo.
Los ensayos de campo consisten en la realización de calicatas a 1.5 m de profundidad
aproximadamente, en los cuales se realizó una clasificación visual y manual de las muestras
obtenidas en cada uno de los puntos de muestreo, basándose en la norma INV E 102, con
la finalidad de comprobar la existencia de suelos del tipo CH, comprobando su plasticidad
con el contenido de agua natural.
En todos los puntos de muestreo se pudo comprobar la existencia de suelos con elevada y
moderada plasticidad, al ser moldeadas manualmente, variando la humedad, color, olor,
consistencia, cementación y estructura, clasificación que se detalla en cada una de las
muestras obtenidas.
Se realizó una inspección visual de los taludes expuestos a desecación natural con la
finalidad de comprobar la existencia de grietas por contracción, las cuales se puedo
observar en algunos taludes del sector, siendo una parámetro indicativo de la existencia de
arcillas expansivas en la zona de estudio.
3.2 Ensayos de laboratorio.
Las muestras obtenidas fueron trasladadas, al laboratorio de suelos de la Universidad
Técnica Particular de Loja (UTPL), con la finalidad de realizar el estudio de las muestras
alteradas e inalteradas, y posteriormente determinar su clasificación y las propiedades
expansivas que se presentan en la zona de estudio.
Los ensayos que se realizaron se mencionan a continuación con su normativa
correspondiente, en la cual se basó la caracterización.
Contenido de humedad; Norma AASHTO T 265-93
Limite líquido (LL); Norma AASHTO T 89;ASTM D
4318
Límite plástico (LP); Norma AASHTO T 90;ASTM D
4318
Límite de contracción (LC); Norma AASHTO T 92; ASTM
D427
Análisis granulométrico; Norma AASHTO T 88
Densidad máxima y humedad óptima; Norma AASHTO T 180-D
Determinación de la gravedad especifica
de los suelos y del llenante mineral; Norma INV E 128; ASTM D 854
43
Presión de expansión y expansión libre; Norma INV E 173-06; ASTM D
4546
Índice de expansión libre de los suelos; Norma INV E 132-13.
Prueba del índice de expansión; Norma ASTM D4829.
Consolidación unidimensional de los suelos; Norma AASHTO T 216; ASTM D
2435.
Difracción de rayos X.
Los presentes ensayos se han realizado teniendo en cuenta las especificaciones de cada
una de las normativas con la finalidad de obtener resultados confiables, para caracterizar de
forma más exacta el grado de expansión de los suelos en la zona de estudio y los posibles
cambios de volumen.
En el ensayo de difracción de rayos X, cabe mencionar que las fases cristalinas fueron
analizadas por el método del polvo, usando un difractómetro de rayos-X (D8 Advance de
Bruker) equipado con un ánodo de cobre y un detector lineal linkEye de (LynxEye
Compound silicon strip detector).
44
CAPÍTULO IV
4 COMPORTAMIENTO DE ARCILLAS EXPANSIVAS EN OBRAS CIVILES DEL
SECTOR SALAPA.
45
4.1 Suelos expansivos en la construcción de obras civiles en el sector salapa.
Los elementos estructurales de obras civiles que principalmente se encuentran expuestos a
deterioros, causados por la contracción o expansión del suelo de cimentación, son
generalmente los pavimentos, muros, zapatas y losas de cimentación poco profundas. Las
cargas actuantes sobre estos elementos se consideran de gran importancia, porque
mientras menor sea la magnitud de la carga, existirá mayor expansión y viceversa.
Generalmente los daños debido a deformaciones ocasionadas por la expansión del suelo de
cimentación son más complicados de corregir que los deterioros en estructuras por los
asentamientos típicos.
Para realizar algún tipo de construcción civil, dentro de la zona de estudio, es necesario
tener en cuenta que la obra civil estará cimentada sobre materiales con un elevado y
moderado potencial de expansión, por lo tanto se debe utilizar los criterios para la
caracterización de suelos expansivos descritos en los métodos de identificación antes
mencionados, teniendo en cuenta la necesidad de obtener muestras lo más inalteradas
posibles para determinar tanto la expansión libre como la presión de expansión con mayor
precisión, además de correlacionar con los parámetros del suelo, obtenidos mediante
ensayos de fácil ejecución, como lo son los límites de Atterberg. La potencia del estrato
expansivo también se convierte en un factor importante a determinar, con la finalidad de dar
soluciones factibles ante la construcción de grandes obras civiles.
La fase de construcción de una obra civil, puede provocar el humedecimiento del suelo
debido a las condiciones climáticas en las que se ejecuta la fase inicial de la construcción o
por el contrario, también dependiendo del clima, es probable que ocurra la pérdida de
humedad en el suelo de cimentación.
Para controlar el fenómeno de expansión se puede efectuar medidas preventivas, sobre el
suelo de fundación o en la tipología de la cimentación y estructura. Más adelante se
describen las dos metodologías para el control de los daños provocados por suelos
expansivos.
4.2 Descripción de daños en estructuras del sector por suelos expansivos.
Los suelos expansivos, al estar expuestos a variaciones de humedad, presentan cambios de
volumen, estos cambios de volumen ocasionan daños en diferentes obras civiles, como en
los pavimentos rígidos o flexibles, grietas en losas y paredes, fatiga en vigas de amarre,
daños en tuberías , asentamientos debido a expansiones diferenciales, y en caso de que el
46
tipo de suelo posea un grado de expansión elevado, los daños ocasionados pueden ser
graves en estructuras de gran magnitud, como por ejemplo en presas, muros de contención,
aeropuertos y ocasionar daños estructurales en la cimentación de edificios, provocando
pérdidas económicas considerables.
En el sector Salapa, al norte de la ciudad de Loja se ubica la una parte de la conducción del
plan maestro de agua potable, la cual se ve afectada constantemente debido a los cambios
de humedad que se ocasionan en tiempo de invierno, la problemática es más severa
precisamente en la zona de estudio, en la fotografía 2, se muestran los daños ocasionados
al sistema de conducción indicado, el cual se lo podría relacionar debido a las variaciones
volumétricas del suelo producidas al aumentar su humedad natural, lo que provoca la
ruptura de tuberías y posteriormente el deslizamiento de grandes masas de tierra, ya que el
suelo se satura completamente, perdiendo su capacidad de soporte.
Fotografía 2. Daños en plan maestro de agua potable sector Salapa- Loja. Fuente: (Diario El Mercurio. 2015)
Los suelos expansivos provocan daños que afectan generalmente a la estética de la
edificación o estructura que ha sido afectada. Este tipo de daños tiene directa relación con el
potencial de expansión del suelo y las variaciones de humedad en sector de construcción.
En la zona de estudio, se presentan algunos daños como por ejemplo hinchamiento en los
pisos (Fotografía 3.), además de presentar fisuras en veredas y paredes (Fotografía 4 y 5) y
descuadre de puertas y ventanas. Este tipo de daños se genera principalmente porque son
estructuras livianas que no han sido diseñadas para soportar este tipo de esfuerzos.
47
Fotografía 3. Deformación e hinchamiento del tablado en el piso. Fuente: (Espinoza A, 2015.)
Fotografía 4. Grietas en paredes de mampostería. Fuente: (Espinoza A, 2015.)
La mayoría de los daños que se presentan debido al cambio de volumen en suelos de
cimentación con características expansivas, se producen porque la estructura no posee
algún mecanismo que mantenga constante el contenido de humedad del suelo, evitando así
los cambios volumétricos que posteriormente se podrían dar, caso contrario sería necesario
diseñar cualquier tipo de estructura para que soporten las variaciones de humedad que
pudiesen presentarse en el clima del sector, con la finalidad de que no se produzcan daños
por la variación volumétrica del suelo.
48
Fotografía 5. Grietas a nivel de pisos, en veredas de circulación. Fuente: (Espinoza A, 2015.)
En la fotografía 6, se muestra el agrietamiento entre columna y pared, lo que ocasiona el
descuadre de la puerta de acceso, esta es una falla ocasionada debido a suelos expansivos,
ya sea por expansión o contracción del mismo, lo que provoca esfuerzos en las estructuras,
manifestándose posteriormente como daños en la edificación.
Fotografía 6. Agrietamiento en junta columna-pared. Fuente: (Espinoza A, 2015.)
Otra falla que se evidencia en la zona de estudio y que es ocasionada por la acción de los
suelos expansivos, es los asentamientos diferenciales en la cimentación de la iglesia del
sector, lo que provoca que la edificación tenga una leve inclinación, esta falla se produce ya
que los cambios de humedad solo se han registrado en una parte de la cimentación lo que
provoca que el suelo se contraiga y provoque daños a las estructuras. En la fotografía 7 se
puede evidenciar el daño provocado en la iglesia del sector.
49
Fotografía 7. Iglesia de San Francisco de Salapa. Fuente: (Espinoza A, 2015.)
En la zona de estudio se encuentran suelos con alto potencial de expansión de acuerdo a la
caracterización efectuada en el sector, por lo tanto es importante mencionar que para la
ejecución de vías de acceso pavimentadas ya sean flexibles o rígidas, es necesario la
estabilización de los suelos a través de medidas factibles, para evitar futuros daños
ocasionados por la expansión de los suelos, cabe destacar que al momento no se
evidencian daños en las vías de acceso por que aún no poseen pavimentación, únicamente
están lastradas.
4.3 Control del fenómeno en el sector, actuando sobre el suelo de fundación.
Existen diferentes medidas que pueden contribuir al control y protección de estructuras que
serán cimentadas sobre suelos expansivos en el sector Salapa.
A continuación se mencionan las medidas más eficaces para el control y prevención de la
expansión o contracción del suelo a utilizarse como material de fundación en obras civiles.
Las siguientes medidas de mitigación pueden ser aplicadas de acuerdo al tipo de
construcción a ejecutarse y al presupuesto disponible para la estabilización del material de
cimentación
4.3.1 Sustitución del suelo expansivo.
Sustituir el suelo de cimentación que posea características expansivas, por otro que no las
posea, se constituye en el método más simple. El material de remplazo debe tener
propiedades expansivas mucho menores que el suelo natural, con la finalidad de que al ser
compactado con su humedad óptima a una densidad seca máxima, se convierta en un
50
material de mejoramiento del suelo, el cual posea mejores cualidades como material de
cimentación.
La capa de material de mejoramiento se debe constituir en un estrato de espesor adecuado,
para prevenir la expansión del suelo que se encuentra bajo este, los materiales granulares
son aquellos que poseen mejores características como material de mejoramiento, siendo
además los más comunes en cualquier tipo de construcción civil.
Figura 19. Sustitución del material expansivo. Fuente: (Vélez Dávila, 2012).
Es necesario prevenir que el material expansivo no este expuesto al agua, ya que material
compactado siendo generalmente una capa permeable, puede permitir el paso del agua, ya
que el espesor o la constitución de su estructura, la que restringe parcialmente el paso del
agua hacia el material expansivo. Al evitar que el agua penetre a la capa inferior del
material expansivo, se reduce de forma significativa los efectos de expansión.
El espesor de la capa de mejoramiento por lo general varía entre 0.9 y 1.20 metros,
considerándose suficiente para evitar los posibles cambios volumétricos del material
expansivo, debido a que la carga ejercida por el peso del material de mejoramiento más el
peso de la estructura a ser cimentada sobre este tipo de suelo, se convierte en una presión
suficiente para contrarrestar la presión de expansión del suelo.
4.3.2 Reducción de la densidad.
Este tipo de soluciones se presentan cuando es necesario realizar algún tipo de
compactación sobre suelos expansivos, como por ejemplo la realización de terraplenes para
cualquier obra civil, por lo que generalmente se recurriría a la sustitución del material
expansivo como se mencionó anteriormente, si este terraplén servirá de base para la
implantación de alguna estructura, pero en situaciones donde sea necesario compactar los
mismos suelos expansivos de un determinado sector, la reducción de la densidad seca de
estos suelos, nos permitirá reducir de forma significativa el cambio volumétrico del suelo con
propiedades expansivas.
51
La explicación lógica de este método se debe a que mientras menor sea la humedad de
compactación de estos suelos, la densidad seca será mayor, que si se compacta este tipo
de suelos con una humedad más elevada.
La compactación de suelos expansivos con un contenido inicial de agua elevado, ocasiona
que el grado de saturación del suelo sea mayor lo que ayuda a que la adsorción de agua se
reduzca, generando una expansión menor en el suelo compactado a la menor densidad
seca posible, es decir que la compactación se realice con un porcentaje de
aproximadamente el 4% mayor a la humedad óptima, lo que reduciría significativamente la
expansión potencial del estrato de arcilla.
4.3.3 Estabilización por métodos químicos.
La estabilización química de los suelos, consiste en aplicar materiales cementantes como el
cemento, la cal o la ceniza, con la finalidad de conseguir un cambio en las propiedades
plásticas y la reducción del hinchamiento o contracción del suelo, este mencionado cambio
en esas propiedades genera un aumento en la capacidad portante del suelo, provocando un
efecto bastante positivo para la estabilización del material de cimentación.
Esta metodología, empleada para prevenir los efectos de la expansión en un suelo, resulta
de bastante utilidad en la estabilización de capas de rasante para la construcción vial,
siendo menormente utilizadas en cimentaciones de estructuras. La estabilización con cal
resulta procedente utilizarla en obras de vialidad, debido a que su efecto de estabilización
interviene sobre capas de terreno con poco espesor, efecto que no es útil para la
estabilización de materiales de cimentación, debido a que la presión ejercida por la
estructura se extiende a capas de suelo bastante profundas.
Resultaría realizar una mezcla del material existente con cal, para luego establecer un
cambio del suelo expansivo, por la mezcla antes mencionada, la misma que sería
compactada con la humedad óptima, generando así la estabilización de un estrato de suelo
lo suficientemente resistente para soportar las cargas transmitidas por una estructura; este
tipo de proceso de estabilización se convierte en poco factible debido al alto costo que
resultaría ejecutarlo.
Según algunos autores la dosificación adecuada de cal para restringir los posibles cambios
volumétricos del suelo, está entre un 2% y 8% en peso, el porcentaje ideal, lógicamente
depende de la naturaleza del suelo y su mineralogía. La dosificación para la estabilización
con cemento es un poco mayor, siendo dependiente de los mismos factores que se
mencionó anteriormente.
52
Otra técnica de estabilización con cal, consiste en inyectar una lechada constituida por cal
en el perímetro de la estructura, y a las profundidades deseadas, método que resulta más
económico que el procedimiento anteriormente indicado, y que se ha convertido en un
método eficaz de estabilización química de suelos expansivos para las cimentaciones
estructurales en obras civiles. (Ayuso Muñoz, Caballero Repullo, & Otros, 2010).
Figura 20. Inyección de cal para estabilización de suelos expansivos. Fuente: (Keller, 2015).
La ceniza al poseer reacciones puzolánicas se convierte en un material cementante, al igual
que el cemento y la cal, válida para la estabilización y control de las propiedades expansivas
de un suelo. Este material se clasifica con características similares a la de un limo no
plástico, y posee la propiedad de intercambio catiónico, lo que favorece a la estabilización
de suelos expansivos.
Algunas de las propiedades más importantes que se modifican por el uso de la
estabilización química son las siguientes:
Disminución de la humedad natural del material expansivo.
Mayor permeabilidad.
Disminución de sus propiedades plásticas.
Alteración en la granulometría de la arcilla expansiva.
Aumento de su consistencia.
Disminución de las propiedades expansivas del suelo.
4.3.4 Restringir los cambios de humedad en el terreno.
53
4.3.4.1 Humedecimiento del suelo antes de la construcción.
La teoría de humedecer el suelo antes de una construcción, puede ser factible en la
construcción de losas de cimentación, veredas, canchas deportivas, contra pisos en
estructuras, o en la construcción de pavimentos rígidos o flexibles, debido a que este tipo de
estructura cubre grandes superficies del terreno, manteniendo prácticamente la humedad
estable bajo este tipo de estructuras, por lo que no se produce el fenómeno de expansión
con cambios de volumen considerables, lo que no ocasionaría daños a la obra civil, debido a
que la expansión libre del terreno ya se ha ejecutado durante el humedecimiento del suelo
antes de la construcción.
Generalmente los suelos expansivos, se constituyen por materiales arcillosos en su gran
mayoría, es por ello, que al humedecer el suelo antes de la construcción, no se podría
garantizar un cambio de humedad parejo en toda la superficie del terreno, debido a las
propiedades impermeables que poseen las arcillas, generando que el agua de pre
humectación se concentre únicamente por las grietas o fisuras del terreno. El tiempo para
que las arcillas expansivas se saturen se constituyen en un factor importante para el uso de
esta metodología, ya que se necesitaría, un tiempo considerable para que la humectación
del terreno sea uniforme.
Cabe mencionar que este proceso de protección contra la acción de los suelos expansivos,
no resultaría factible emplearlo en la construcción de zapatas aisladas o corridas, por la
razón de que la capacidad de carga del suelo, se vería afectada por la humectación del
mismo, ocasionando una reducción de esta propiedad. Este proceso será no apto en las
cimentaciones, porque también se podrían ejecutar asentamientos diferenciales
considerables, al permitir que el suelo se expanda en toda su magnitud y después cargarlo.
4.3.4.2 Aislamiento para prevenir los cambios de humedad.
Este proceso, se considera como una acción ejercida sobre el suelo de cimentación. Al tener
un material expansivo como superficie de cimentación, las variaciones de humedad en este
tipo de terrenos, ocasionan cambios volumétricos y severos daños en las estructuras que
estarán fundadas sobre ellos, por ende, los mecanismos utilizados para aislar la estructura
de posibles infiltraciones de agua, que sería lo más probable en ocurrir, se convierte en un
procedimiento de alta aceptación, en cuanto a su ejecución y presupuesto empleado.
Las variaciones de humedad, principalmente provienen de la variación del nivel freático y de
la infiltración de agua, por la escorrentía superficial debido a las precipitaciones en el sector.
54
Algunos de los mecanismos existentes para prevenir la saturación del suelo expansivo de
cimentación, se mencionan a continuación.
4.3.4.2.1 Protección contra la infiltración de aguas provenientes de escorrentías
superficiales.
Protección horizontal.
Este tipo de protección principalmente se constituye en una vereda o pavimento, ya sea
asfaltico o rígido, que posea la facultad de ser impermeable, el mismo que deberá ser
ubicado alrededor de todo el perímetro de construcción, protegiendo un ancho aproximado
de 1.5 metros.
El uso de materiales, como membranas, emulsiones o aditivos que garanticen la
impermeabilidad de este tipo de protección es recomendable, ya que el éxito de este
mecanismo es evitar la infiltración del agua hacia la cimentación de la estructura.
Es necesario diseñar la protección horizontal con una pendiente para que la evacuación del
agua lluvia que entre en contacto con ella sea eficaz y desemboque en algún tipo de
colector ubicado al final de este mecanismo, lo que se conoce como protección vertical, en
algunos casos se ubican ambos tipos de protección, para garantizar una mejor recolección
de aguas superficiales.
Figura 21. Barrera horizontal de tipo acera. Fuente: (Ayuso Muñoz, Caballero Repullo, & Otros, 2010).
Cuando la topografía del terreno garantiza que el escurrimiento del agua superficial será
alrededor de la estructura no es necesario la construcción de este tipo de protección
combinada, será necesario únicamente la protección horizontal.
55
Protección vertical.
Una protección de tipo vertical, también es conocida en obras de vialidad como cuneta, en
este caso se podría utilizar también en la protección de estructuras , ya que serían de gran
utilidad en la recolección de aguas lluvias, evitando la infiltración del agua a estratos
inferiores de suelo, generalmente este tipo de mecanismos se lo coloca cuando una
protección horizontal no satisface por completo la necesidad evitar la infiltración del agua a
través de la recolección y evacuación de las mismas.
Este tipo de protección resulta de mayor costo económico, por lo que su implantación sería
necesaria, prácticamente en casos donde las variaciones de humedad sean constantes, y
puedan producir daños significativos, tanto estructurales como económicos.
4.3.4.2.2 Protección contra la infiltración de aguas subterráneas.
La variación de humedad producida por el efecto de aguas subterránea, implicaría un
estudio hidrológico de la zona, para poder determinar las épocas y nivel en las que varían,
de esta manera poder diseñar la profundidad adecuada de cada metodología de evacuación
de aguas sub superficiales.
Figura 22. Protección combinada. Barrera horizontal y drenes de intercepción. Fuente: (Ayuso Muñoz, Caballero Repullo, & Otros, 2010).
La solución más adecuada es la implantación de drenes alrededor de la estructura, y en
lugares estratégicos donde se podría producir la infiltración de aguas subterráneas, con la
finalidad de que intercepten estas variaciones de agua sub superficial y las evacuen de
manera eficiente.
56
4.4 Control del fenómeno en el sector, actuando sobre el tipo de cimentación.
Para el diseño y selección del tipo de cimentación a utilizar sobre suelos expansivos,
influyen muchos factores, por lo que al utilizar, tanto, cimentaciones rígidas con zapatas
aisladas, corridas, losas de cimentación, o pilotes para una cimentación profunda, y
cimentaciones flexibles, para ello se debe tener en cuenta, como influyen las propiedades
expansivas sobre cada tipo de cimentación antes mencionada.
Una solución factible para cualquier tipo de cimentación superficial, sería que si el estrato de
suelo expansivo, es de poca profundidad, y no se soporta sobre otra capa de suelo con
características expansivas, se puede optar por profundizar las zapatas, a un nivel donde se
atraviese el estrato expansivo, y por ende la cimentación sea localizada sobre un tipo de
suelo con mejores características.
La profundización de las zapatas también contribuye en el control de expansión del suelo de
cimentación, debido a que se aplica mayor sobrecarga al suelo de soporte, lo que restringe
su expansión, por la aplicación de una mayor presión sobre superficie de fundación.
El material utilizado para la mampostería y divisiones interiores en edificios o viviendas,
tendría que tener un módulo de elasticidad, que permita que las deformaciones producto de
expansiones o contracciones, no cause daños como fisuras agrietamientos o colapsos en
este tipo de elementos no estructurales.
4.4.1 Cimentaciones rígidas.
Este tipo de cimentaciones tiene como objetivo, de que toda la fundación trabaje como un
solo cuerpo, de manera muy rígida y fuerte, de modo que los movimientos producidos por
expansiones o contracciones diferenciales, no provoquen agrietamientos, ni separación
entre los elementos de las cimentaciones.
4.4.1.1 Zapatas aisladas.
Estos tipos de cimentación son en general los más comunes en toda clase de estructuras,
siendo las más utilizadas, debido a su facilidad de construcción y menor costo.
Las zapatas aisladas pueden servir como estructura de cimentación en suelos poco
expansivos, siendo necesario profundizar más su estructura o también reducir el área de
contacto para la transmisión de cargas desde la superestructura al suelo, con la finalidad de
que todas las cargas se concentren en una menor área, lo que generaría una presión de
contacto mayor, convirtiéndose en un parámetro mucho más alto para combatir los efectos
de expansión del suelo.
57
Este tipo de cimentación puede ser localizada sobre un relleno estructural compactado,
(3.2.1.1.1.Sustición del suelo expansivo.), lo que permitirá controlar los cambios de volumen
del material expansivo.
Los suelos expansivos, al activarse sus propiedades de expansión, ejercen fuerzas
verticales de levantamiento y también empujes horizontales, ya se ha hablado de
mecanismos para la protección contra las fuerzas de expansión verticales, pero también en
suelos que presenten alto potencial de hinchamiento sería necesario proteger a las
cimentación aisladas contra los empujes horizontales (figura 26 ), cubriendo su estructura
con una delgada capa de material compresible, se puede utilizar planchas de poli estireno,
lo que permitirá que las fuerzas horizontales se disipen, actuando básicamente como una
junta, la que adsorberá gran parte de los esfuerzo producidos por la deformación lateral del
suelo expansivo.
Figura 23. Juntas para controlar esfuerzos laterales. Fuente: (Ayuso Muñoz, Caballero Repullo, & Otros, 2010).
4.4.1.2 Zapatas corridas.
Este tipo de cimentación se la puede emplear también sobre un relleno granular de suelo
compactado a un 95% de su densidad seca máxima.
La necesidad de emplear este tipo de zapatas corridas es debido a que la carga transmitida
por la superestructura al piso es de gran magnitud, por lo que se pretende distribuir de mejor
forma las presiones de contacto, por ende esta cimentación es factible en suelos con
moderado grado de expansión, siempre y cuando se garantice que la presión transmitida al
suelo por la estructura y por el peso propio de las zapatas corridas, anulará la presión de
expansión del suelo, por lo tanto no debería producirse deformaciones debido a que el
hinchamiento del suelo será prácticamente nulo. La rigidez de estas estructuras de
cimentación permite que las expansiones o asentamientos diferenciales, se distribuyan
58
sobre una mayor distancia, reduciendo su efecto en el daño de la superestructura de un
edificio.
Se podría realizar zapatas combinadas (figura 27), al construir una edificación con una
zapata corrida perimetral y zapatas aisladas en la parte central de la estructura,
dependiendo de la configuración de la cimentación, siempre y cuando se restrinjan los
movimientos diferenciales de las zapatas aisladas, mediante la unión por vigas rígidas a las
zapatas corridas perimetrales, obteniendo la rigidez que se describió anteriormente con la
finalidad de distribuir los esfuerzos en mayores distancias, y no ocasionar daños
considerables.
Figura 24. Sistema combinado de cimentación. Zapatas aisladas y corridas Fuente: (Ballinas Mijangos, 2006).
4.4.1.3 Losas de cimentación.
Las losas de cimentación generalmente se utilizan para la construcción de estructuras en
suelos con capacidad portante baja, por el contrario para la cimentación sobre suelos
expansivos, se genera un problema debido a que las cargas de la estructura se transmiten
hacia toda la superficie de la losa de fundación, lo que podría eventualmente provocar
problemas de expansión debido a la reducción de la presión de contacto. Se pueden
ejecutar algunos mecanismos en la utilización de losas de cimentación como los que se
menciona a continuación.
4.4.1.3.1 Losa de cimentación apoyada sobre relleno estructural.
Se considera factible la utilización de esta placa de cimentación cuando, se haya realizado
un mejoramiento del material existente, porque el espesor de este tipo de cimentación es
pequeño, y su peso no contrarrestaría la presión de expansión de un suelo con alta
capacidad de hinchamiento.
59
4.4.1.3.2 Losa reticular tipo Waffle.
Este tipo de losa, se la coloca sobre nervaduras reforzadas, el espacio existente entre cada
una de las nervaduras, permite dar un grado de libertad para la expansión del suelo,
minimizando de esta forma los daños producidos por estos cambios de volumen, ya que no
se restringen estos cambios sino que se provee de espacios libres, para que se efectúe el
hinchamiento del suelo bajo la losa reticulada.
A continuación se muestra un esquema de este tipo de losa tipo waffle.
Figura 25. Losa reticulada tipo Waffle. Fuente: (Ballinas Mijangos, 2006).
4.4.1.3.3 Losas pretensadas y pos tensadas.
La utilización de losas pretensadas o pos tensadas, es con la finalidad de cimentar sobre
una estructura bien reforzada, que no permita que las expansiones o contracciones
diferenciales, causen daños como agrietamientos o colapsos parciales, debido a que este
tipo de losas con un buen refuerzo, permite distribuir los esfuerzos no equivalentes
aplicados en cualquier sección de la losa, a través de toda el área de contacto con el suelo,
minimizando los daños en su armado y por ende en la superestructura.
4.4.1.4 Pilas de cimentación.
Este tipo de cimentación se convierte en una de las más factibles, en cuanto a contrarrestar
los efectos de expansión de un suelo, pero no es tan factible si se toma en cuenta el factor
económico.
Las pilas de cimentación, se consideran como pilotes hormigonados in situ, con un diámetro
que varía desde los 30 a 50 cm. El tipo de pila a ubicar en terrenos expansivos depende
principalmente, del estrato de suelo resistente, localizado bajo el estrato de suelo expansivo,
debido a que su diseño debe ser el más adecuado para garantizar la transferencia
apropiada de la carga al subsuelo.
60
Los sistemas de cimentación mediante pilas, permiten que las cargas de la superestructura
se transmitan a estratos de suelo más profundos, que generalmente poseen mejores
características, como bajas plasticidades, buena capacidad portante, y propiedades de
expansión poco considerables, es por ello que al cimentar una estructura sobre pilas de
cimentación se puede diseñar la losa que soportará a la estructura con una sobreelevación
con respecto al suelo, la cual estará únicamente apoyada sobre las cimentaciones
profundas, generando otro patrón de control para suelos expansivos.
Este patrón de control, se fundamenta en que el espacio existente entre el suelo y el piso de
la estructura, establece un grado de libertad para la expansión del suelo, sin que este
ocasione daños a los elementos de concreto armado, el potencial de hinchamiento del
subsuelo de la estructura será bajo, ya que se lo protege de la exposición al agua, sin
restringir su aireación natural, situación que no ocurre con una losa de cimentación
directamente apoyada sobre la superficie de fundación.
Figura 26. Losa sobre elevada apoyada sobre pilotes. Fuente: (Ayuso Muñoz, Caballero Repullo, & Otros, 2010).
Las pilas de cimentación, deben tener en toda su estructura acero de refuerzo, con la
finalidad de contrarrestar los efectos de las fuerzas de levantamiento y tensión, provocadas
por los suelos expansivos, una vez que empiezan con el proceso de hinchamiento. Este tipo
de fuerzas tienen que estar controladas tanto por la fricción que ejerce el pilote a través de
toda su longitud, en especial de la que se encuentra en el estrato estable, y de la presión
transmitida por la superestructura al suelo.
4.4.2 Cimentaciones flexibles.
Las cimentaciones flexibles permiten diseñar estructuras mediante cimentaciones
convencionales rígidas, unidas por juntas flexibles, para limitar tanto los agrietamientos
como los daños ocasionados por deformaciones diferenciales.
61
Al cimentar sobre plintos aislados, se puede dividir a la superestructura en módulos,
ubicando juntas de contracción con la finalidad de que estas adsorban los esfuerzos
provocados, tanto por las expansiones, como por los asentamientos diferenciales.
Otro tipo de cimentación flexible, es una losa de fundación flotante (figura 30), es decir que
este colocada sobre la cimentación con una unión deslizante tipo ménsula, que permita
desplazarse verticalmente a la losa de piso, lo que adsorberá los esfuerzos generados por
expansión o contracción, sin generar esfuerzos en la unión losa cimentación.
Al utilizar cimentaciones flexibles, es necesario que los todos los elementos de la estructura,
tengan las mismas propiedades para el desplazamiento vertical, ya que se ocasionará
daños internos, tanto en tuberías de agua o sanitarias y en mamposterías de división, al no
tener las mismas facultades para desplazarse como lo hace la losa flotante.
En el diseño de estructuras fundadas sobre losas flotantes es necesario, tener en cuenta
muchos detalles constructivos, debido a que no se podría anexar ningún elemento
estructural a la losa flotante debido a los constantes deslizamientos verticales que puede
estar sometido, por ello gradas u otros elementos deben ser soportadas por muros o
columnas que no permitan estos desplazamientos verticales.
Figura 27. Losa flotante con junta deslizante. Fuente: (Ballinas Mijangos, 2006).
62
CAPÍTULO V
5 RESULTADOS OBTENIDOS
63
5.1 Resultados y caracterización de las muestras obtenidas.
5.1.1 Resultados y caracterización por métodos indirectos.
En la tabla 14 se muestran los ensayos de clasificación del suelo, y parámetros relacionados
para la determinación del grado de expansión mediante métodos indirectos, es decir
basándose en correlaciones con las propiedades que se detallan a continuación.
Tabla 14: Parámetros para la caracterización de suelos expansivos por métodos indirectos.
CA
LIC
ATA
CARACTERIZACIÓN DEL SUELO
GRANULOMETRÍA AASHTO SUCS
W LL LP IP LC IC W.Opt Dens. Seca Max.
GS S
G S F % % % % % % % Kg/m3
C-1
0 11 89 A-7-5 CH 46 68 29 39 5,6 62,4 28,9 1333,0 2,711 16.47
C-2
1 20 79 A-7-6 CH 35 78 32 46 6,8 71,2 30,7 1328,3 2,722 24.64
C-3
0 26 74 A-7-6 CH 43 87 31 56 4,2 82,8 26,3 1341,5 2,722 39.82
C-4
0 35 65 A-7-6 CH 40 62 31 31 13,0 49,0 31,0 1297,7 2,701 9.70
C-5
6 13 81 A-7-5 CL 40 48 22 26 18,6 29,4 32,8 1260,3 2,685 6.12
IC= LL -LC; Índice de contracción.
GS: Gravedad especifica.
S: Potencial de expansión de hinchamiento. Método de Seed, Woodward y Lundgren. Fuente: (Espinoza A, 2015.)
Todos los suelos muestreados, luego de su clasificación granulométrica, se ha determinado,
que son suelos finos arcillosos, debido a que la fracción de material que pasa el tamiz 200,
es mayor al 35% en todos los casos de muestreo.
En la tabla 15, se muestra la caracterización de cada una de las muestras obtenidas,
mediante métodos indirectos, obteniéndose el grado de expansión probable del suelo,
basado en las propiedades de las arcillas mostradas en la tabla 14.
64
Tabla 15: Caracterización por métodos indirectos. C
alic
ata
GRADO DE EXPANSIÓN
Método de Holtz y
Gibbs (Tabla 4)
Método U.S Army Waterways
Experiment Station (Tabla 5)
Método de Seed,
Woodward, Lundgren (Tabla 6)
Método de
RAMAN (TABLA 7)
Método de CHEN
(TABLA 8)
Método de ALTEMEYER (TABLA 9)
C-1 MUY ALTO ALTO ALTO MUY ALTO MUY ALTO CRÍTICA
C-2 MUY ALTO ALTO ALTO MUY ALTO MUY ALTO CRÍTICA
C-3 MUY ALTO ALTO MUY ALTO MUY ALTO MUY ALTO CRÍTICA
C-4 MEDIO MARGINAL MEDIO-ALTO ALTO MEDIO NO CRÍTICA
C-5 BAJO BAJO MEDIO MEDIO MEDIO NO CRÍTICA Fuente: (Espinoza A, 2015.)
Analizando los resultados obtenidos mediante estos métodos, se tiene que en las tres
primeras calicatas existe una probabilidad de expansión muy alta, por su parte la cuarta
calicata presenta un grado de expansión alto, mientras que la calicata número cinco su
grado de expansión es medio, la denominación de la clasificación varía según cada autor sin
embargo todas llevan la misma tendencia.
Mediante esta caracterización se puede definir que los límites de consistencia del suelo, se
consideran como parámetros importantes en la estimación del grado de expansión de una
arcilla, tomando en cuenta que la deformación volumétrica de un suelo de cimentación juega
un papel fundamental para cada tipo de obra civil, generando daños y pérdidas económicas.
Los métodos indirectos presentan resultados bastante variables, específicamente en las
calicatas C-4 y C-5, en los cuales mediante algunos métodos no es posible caracterizar de
manera equitativa, teniendo incertidumbre del verdadero grado de expansión porque
algunos datos ingresan dentro de dos rangos para su caracterización, por lo que este tipo
de metodologías no se consideran exactas.
5.1.2 Resultados y caracterización por métodos directos.
En la tabla 16 se detallan algunos parámetros obtenidos mediante muestras inalteradas y
remoldeadas, ensayadas a través de pruebas en el edómetro, con la finalidad de
caracterizar mediante pruebas directas el potencial de expansión de los suelos. Estas
propiedades nos permiten tener una idea más exacta del potencial de hinchamiento que
pueden sufrir los suelos existentes en la zona de estudio.
Esta metodología de ensayo se encarga, además de caracterizar el suelo por su potencial
de hinchamiento, se puede determinar también el hinchamiento libre al cual está sujeto el
estrato de arcilla expansiva, y la presión de expansión que ejerce el suelo a causa de este
fenómeno.
65
Tabla 16: Propiedades de expansión y parámetros para la caracterización por métodos directos.
CARACTERIZACIÓN DE LAS PROPIEDADES DE EXPANSIÓN DEL SUELO
CALICATA EXPANSIÓN LIBRE (%) PRESIÓN DE EXPANSIÓN
(Kg/cm2) IEL (%) IE
C-1 5.29% 0.4138 86.0 114.866
C-2 5.47% 0.4719 93.0 117.967
C-3 9.34% 0.5873 101.0 142.459
C-4 1.68% 0.2275 51.0 53.230
C-5 0.33% 0.0346 25.0 18.669
IEL: Indice de expansión libre. Ensayo de volumen de sedimentación.
IE: Prueba del índice de expansión (ASTM D 4829); Muestra remoldeada con sobrecarga de 6.9Kpa.
Fuente: (Espinoza A, 2015.)
Se han obtenido resultados de expansión libre y presión de expansión, los cuales sirven
como parámetros a tener en cuenta al momento de ejecutar una obra en este tipo de suelos,
mientras que las pruebas de índice de expansión libre (volumen de sedimentación) y la
prueba de índice de expansión en muestras compactadas, sirven para estimar de acuerdo
con los métodos mencionados anteriormente, el potencial de expansión del suelo en
estudio.
Los métodos directos de caracterización se encargan de medir precisamente la expansión a
través de ensayos con muestras alteradas, inalteradas y compactadas, de los cuales se han
realizado ensayos que permitieron determinar la presión de expansión, expansión libre y su
caracterización a través de los métodos de volumen de sedimentación y de índice de
expansión con muestras remoldeadas, como se muestra en la tabla 16.
En la tabla 17 se detalla la caracterización de cada uno de los puntos de muestreo, según el
índice de expansión IE, basado en la normativa ASTM D4829.
Tabla 17.Caracterización del suelo según el índice de expansión.
Cal
icat
a POTENCIAL DE EXPANSIÓN
Según Índice de expansión IE ASTM D4829 (Tabla 11)
C-1 ALTO
C-2 ALTO
C-3 MUY ALTO
C-4 MEDIO
C-5 MUY BAJO Fuente: (Espinoza A, 2015.)
Los resultados obtenido mediante este método coinciden en gran parte con los obtenidos
por método indirectos en los cuales se puede identificar que los puntos C-1, C-2, poseen un
66
potencial de expansión alto, el punto C-3, se lo caracteriza con grado de expansión muy
alto, mientras que los dos puntos faltantes se considera, entre medio y bajo su potencial de
hinchamiento.
La calicata C-3 se convierte en el punto más crítico, es decir aquí se localiza la arcilla con
potencial de expansión más elevado, y por ende con una presión de expansión mayor que
en los otros puntos de muestreo.
Este tipo de metodologías se consideran más exactas para la estimación del potencial de
expansión de las arcillas.
En la tabla 18 se muestra la caracterización a través del ensayo de volumen de
sedimentación.
Tabla 18: Caracterización del suelo según la relación de expansión libre.
Cal
icat
a GRADO DE EXPANSIÓN
Según Índice de expansión libre IEL (Tabla 13)
C-1 MEDIO-ALTO
C-2 MEDIO-ALTO
C-3 ALTO
C-4 MEDIO Fuente: (Espinoza A, 2015.)
En la tabla 18 se puede observar la misma tendencia de clasificación que muestran los otros
métodos utilizados, es decir en las calicatas C-1, C-2 y C-3, presentan suelos con mayores
características expansivas, mientras que en el punto C-4 y C-5, su potencial de expansión
es bajo, en el cual no se presentaría demasiados problemas ocasionados por este
fenómeno.
Una vez que se ha caracterizado las arcillas expansivas, en cada uno de los puntos de
muestreo, y al obtener resultados similares por todos los métodos empleados, se procedió a
determinar la composición mineralógica de los 3 puntos más críticos (C-1; C-2; C-3).
5.1.3 Resultados obtenidos en el ensayo de consolidación unidimensional y
caracterización.
Este ensayo se realizó con la finalidad de caracterizar el suelo, de acuerdo a su
permeabilidad, índice de sobre consolidación y magnitud del asentamiento por consolidación
primaria, estos valores se detallan en la tabla 19.
67
Tabla 19: Resultados ensayo de consolidación unidimensional.
CALICATA Índice de
Compresión (Cc)
Índice de Expansión
(Ce)
Coeficiente de permeabilidad
(k) cm/s
Asentamiento (Sc) cm
Índice de sobre consolidación
(OCR)
C-1 0,5236 0,0450 6,218 X 10-9 16,16 1-Normalmente
consolidado
C-2 0,5625 0,0396 1,9205 X 10-8 17,90 1-Normalmente
consolidado
C-3 0,6077 0,0427 2,1096 X 10-8 19,05 1-Normalmente
consolidado
C-4 0,3596 0,0302 1,3948 X 10-8 1,25 1,60 - Sobre consolidado
C-5 0,3599 0,1677 2,1701 X 10-7 13,08 1-Normalmente
consolidado Fuente: (Espinoza A, 2015.)
El objetivo principal del ensayo es determinar su origen, si este es pre consolidado o
normalmente consolidado, para poder determinar la magnitud y velocidad aproximada de
asentamientos en este tipo de suelo, ya que se obtienen los valores de índice de
compresión y expansión, datos que se utilizan en el cálculo de asentamientos por
consolidación primaria.
Para determinar los asentamientos totales, es necesario determinar los asentamientos
elásticos y por consolidación secundaria, además del asentamiento producido por la
consolidación primaria.
Los asentamientos totales permisibles en una estructura son generalmente <2.5cm, y van en
relación a la luz entre columnas o muros de soporte, por tanto este ensayo se considera
necesario para determinar de esta forma la cimentación más adecuada, de acuerdo a las
cargas transmitidas y con la finalidad de que se cumplan los asentamientos permisibles,
evitando así los asentamientos diferenciales en una estructura.
La permeabilidad hidráulica del suelo determinada en el ensayo, también se convierte en un
parámetro para la clasificación del suelo.
Mediante los ensayos de consolidación realizados, es posible clasificar el suelo de acuerdo
a su coeficiente de permeabilidad, la naturaleza del suelo a través del grado de sobre
consolidación OCR, ya que es necesario establecer si se trata de suelos normalmente
consolidados, que son aquellos que han resistido durante todo el tiempo presiones similares
a las actuales, o de suelos sobre consolidados , siendo estos, suelos que han soportado
presiones mayores anteriormente, en comparación a las que resiste en la actualidad.
En la tabla 20 se muestra la clasificación de suelos de acuerdo a su coeficiente de
permeabilidad.
68
Tabla 20. Parámetros para clasificar el suelo por su coeficiente de permeabilidad.
Fuente: (Jaramillo, 2007).
Basándose en la tabla 20, y relacionando con los resultados obtenidos mediante el ensayo
de consolidación unidimensional de los suelos (tabla 19), específicamente con el coeficiente
de permeabilidad, podemos clasificar el suelo en estudio de la siguiente manera.
Tabla 21. Clasificación del suelo de acuerdo al coeficiente de permeabilidad.
Elaboración: (Espinoza A, 2015.)
De acuerdo a esta clasificación, podemos identificar que el estudio está realizado, en suelos
prácticamente impermeables, los cuales se consideran que han sido modificados
únicamente por efectos de la vegetación existente en el sector y debido a la intemperización.
Se puede acotar que este tipo de suelos impermeables es considerado como un material
bueno en la construcción de rellenos sanitarios gracias a sus condiciones impermeables.
Los asentamientos calculados por consolidación primaria, están basados en los resultados
del ensayo, y suponiendo un estrato de arcilla con potencia de 3m, es por ello que
dependiendo del tipo de obra a construirse en el sector es necesario un estudio del suelo a
profundidades mayores con la finalidad de determinar la potencia del estrato de arcilla y la
10^2 10^1 10 10^-1 10^-2 10^-3 10^-4 10^-5 10^-6 10^-7 10^-8 10^-9
Suelo impermeble; por
ejemplo: arcilla homogénea
debajo de la zona de
Arena muy fina, suelos
orgánicos e inorgánicos,
mezcla de limo-arenoso
y arcilla
Suelo
impermeable
modificado por
efecto de la
vegetación y la
interperización.
Relleno
Sanitario
Tipo de
suelo
Bueno MaloPracticamente
impermeable
Pésimo Bueno
Grava
gruesa
(cascajo)
Arena limpia,
arena mezclada
con grava
K (cm/s)
Drenaje
C1Prácticamente
impermeable Bueno
C2Prácticamente
impermeable Bueno
C3Prácticamente
impermeable Bueno
C4Prácticamente
impermeable Bueno
C5Prácticamente
impermeable Bueno
Impermeable alterado por efecto
de vegetación e interperizaciónImpermeable alterado por efecto
de vegetación e interperizaciónImpermeable alterado por efecto
de vegetación e interperizaciónImpermeable alterado por efecto
de vegetación e interperización
CALICATA DRENAJERELLENO
SANITARIOTIPO DE SUELO
Impermeable alterado por efecto
de vegetación e interperización
69
profundidad del nivel freático, y así determinar los asentamientos reales producidos tanto
por consolidación primaria como secundaria, y de esta forma diseñar la cimentación más
adecuada para el tipo de obra a ejecutarse en la zona. Los asentamientos totales
producidos en un estrato de arcilla se dan por la suma de los asentamientos elásticos, más
los asentamientos por consolidación primaria y secundaria.
5.1.4 Resultados y caracterización por métodos mineralógicos.
A continuación se detalla la caracterización mineralógica de la calicata C-1, C-2 y C-3, ya
que son los puntos de muestreo en los cuales se han encontrado características expansivas
más agresivas para provocar cambios volumétricos y por ende daños en la construcción de
obras civiles. En la figura 33 se muestra los difractogramas de rayos X de las tres muestras
ensayadas, los cuales fueron registrados con un paso de 0,02 grados y un tiempo de
medida de 2 segundos por paso, en el rango de 5 a 70 grados. El análisis de los
difractogramas se realizó por comparación con los espectros JPDS, usando el programa
DIFFRAC.SUITE EVA de Bruker.
Figura 28. Difractograma de RX. Calicatas C-1, C-2 y C-3. Fuente: (Espinoza A, 2015.)
Este ensayo se realizó con la finalidad de determinar cualitativamente la composición de las
muestras ensayadas, debido a que no se realizó un tratamiento adecuado para identificar en
porcentajes exactos las cantidades de mineral existente en cada una de las muestras, en la
70
tabla 19, se presenta la composición mineralógica de los suelos presentes en las tres
calicatas ensayadas, basados en el difractograma de RX (Figura 33), donde la simbología
++++, indica la concentración de determinado mineral en un mayor porcentaje, mientras que
la simbología ++, establece la existencia del mineral en menor proporción, existiendo un
valor intermedio +++, el cual también está en referencia a la cantidad existente de
determinado mineral.
Tabla 22. Resultados de difractometría de RX.
CALICATA MINERALES EXISTENTES EN LAS MUESTRAS ENSAYADAS
CUARZO ( C ) LEPIDOLITA (L) VERMICULITA (V)
C-1 +++ +++ +++
C-2 +++ +++ +++
C-3 ++ ++ ++++
Fuente: (Espinoza A, 2015.)
Se ha podido determinar la existencia de cuarzo (C), Lepidolita (L) y la vermiculita (V) en
cada una de las muestras, siendo la calicata C-3, la que posee mayor presencia de
vermiculita, sucesivamente la C-2 y finalmente la C-1, mientras que los valores de Cuarzo y
lepidolita en cada una de las muestras es semejante, presentándose levemente en mayores
cantidades en la muestra C-1 y C-2.
La caracterización por métodos mineralógicos, nos da como resultado la existencia del
mineral denominado vermiculita, el cual es un parámetro que permite determinar la
existencia de arcillas expansivas, debido a que este componente existe en las tres muestras
analizadas en proporciones significativas (25% al 40%), se puede caracterizar el tipo de
suelo de acuerdo a su estructura laminar, como una arcilla de tres capas del tipo 2:1, con
características expansivas, de acuerdo con la tabla 2. La estructura laminar de tipo 2.1
consiste en la intercalación entre dos capas tetraédricas y una octaédrica.
Mediante los resultados obtenidos por el ensayo de difracción de rayos X (figura 28 y tabla
22), se ha podido determinar que la calicata C-3, presenta características más expansivas
que las otras, siguiendo con la muestra C-2 y posteriormente la C-1, las diferencias en
cuanto a su composición son bajas, por lo que se puede decir que las tres muestras
ensayadas presentan condiciones de expansión significantes.
Los demás componentes (cuarzo y lepidolita), se presentan en cantidades menores, siendo
el predominante la vermiculita, que es un mineral no muy común en los suelos, pero se
presenta en nuestra zona de estudio. El porcentaje de vermiculita presente en cada una de
las muestras no se pudo determinar con exactitud, debido a que no se pudo realizar un
71
tratamiento previo a las muestras, siendo esta una composición mineralógica cualitativa de
los suelos en estudio.
5.2 Análisis de resultados.
5.2.1 Análisis de la clasificación según sus propiedades.
La clasificación de los suelos en el sector Salapa, según la clasificación AASTHO, se
encuentra en el grupo A-7-5 y A-7-6, estos subgrupos de suelos pertenecen al grupo A-7 el
cual se caracteriza por el predominio de la arcilla en su composición, y posee altos limites
líquidos, pueden presentar deformaciones e hinchamientos al variar el contenido de
humedad, y son considerados como suelos elásticos.
Los suelos pertenecientes al grupo A-7-5, poseen índice de plasticidad moderado en
comparación con el límite líquido, considerándose también muy propensos al cambio
volumétrico.
En cuanto al grupo A-7-6, poseen índice de plasticidad elevado en comparación al límite
líquido, y su cambio volumétrico puede ser considerablemente alto.
Según la clasificación por el método S.U.C.S, las muestras obtenidas ingresan al grupo de
suelos del tipo CH, el cual se detalla como una arcilla de alta plasticidad, la muestra C-5, no
ingresa dentro de este grupo ya que está clasificada dentro del tipo CL, que significa arcilla
de baja plasticidad, esta clasificación se detalla en la figura 29.
Figura 29. Clasificación de las muestras obtenidas mediante la carta de plasticidad. Fuente: (Espinoza A, 2015.)
72
De acuerdo a esta clasificación podemos darnos cuenta que la expansión, está directamente
relacionada con el índice de plasticidad y el límite líquido, ya que mientras mayor sea el
límite liquido de una muestra, la plasticidad será elevada y por tanto se consideran grandes
probabilidades de que el suelo posea características expansivas altas. En la zona de
estudio, se evidencia que el potencial de hinchamiento de los puntos C-1, C-2 y C-3, es
elevado basándose en la clasificación mostrada en la figura 29.
Para determinar valores promedios de los resultados obtenidos mediante ensayos de
laboratorio, se procedió a realizar un análisis estadístico, para determinar los valores medios
y la desviación estándar existente entre cada una de las muestras, y así poder correlacionar
los características del suelo obtenidas en toda la zona de estudio. En la tabla 23, se detallan
los resultados obtenidos, que permiten caracterizar de manera general todo el sector en
estudio, es necesario destacar que posteriormente se muestra un mapa de zonificación
donde se caracterizan los tipos de suelos existentes de acuerdo a su potencial de
expansión, es decir suelos con similares características, siendo este análisis estadístico una
interpretación global del sector Salapa, en cuanto a características físicas del suelo existente
en toda la zona de estudio.
Tabla 23. Análisis estadístico de resultados obtenidos.
Fuente: (Espinoza A, 2015.)
N= 5 N= 5 N= 5
Media (X)= 40,8 Media (X)= 68,6 Media (X)= 39,6
Xi X-Xi (x-xi)^2 Xi X-Xi (x-xi)^2 Xi X-Xi (x-xi)^2
35 5,8 33,64 48 20,6 424,36 26 13,6 184,9640 0,8 0,64 62 6,6 43,56 31 8,6 73,9640 0,8 0,64 68 0,6 0,36 39 0,6 0,3643 -2,2 4,84 78 -9,4 88,36 46 -6,4 40,9646 -5,2 27,04 87 -18,4 338,56 56 -16,4 268,96
204 66,8 343 895,2 198 569,2
16,7 223,8 142,3
4,09 14,96 11,93
N= 5 N= 5 N= 5
Media (X)= 9,64 Media (X)= 29,94 Media (X)= 2,7082
Xi X-Xi (x-xi)^2 Xi X-Xi (x-xi)^2 Xi X-Xi (x-xi)^2
4,2 5,44 29,5936 26,3 3,64 13,2496 2,685 0,0232 0,00053824
5,6 4,04 16,3216 28,9 1,04 1,0816 2,701 0,0072 5,184E-05
6,8 2,84 8,0656 30,7 -0,76 0,5776 2,711 -0,0028 7,84E-06
13 -3,36 11,2896 31 -1,06 1,1236 2,722 -0,0138 0,00019044
18,6 -8,96 80,2816 32,8 -2,86 8,1796 2,722 -0,0138 0,00019044
48,2 145,552 149,7 24,212 13,541 0,0009788
36,388 6,053 0,0002447
6,03 2,46 0,02
VARIANZA S^2= VARIANZA S^2= VARIANZA S^2=
DESV. ESTANDAR S= DESV. ESTANDAR S= DESV. ESTANDAR S=
INDICE DE PLASTICIDAD
VARIANZA S^2=
DESV. ESTANDAR S=
LIMITE DE CONTRACCIÓN CONTENIDO ÓPTIMO DE HUMEDAD GRAVEDAD ESPECÍFICA
CONTENIDO DE HUMEDAD
VARIANZA S^2=
DESV. ESTANDAR S=
LÍMITE LIQUIDO
VARIANZA S^2=
DESV. ESTANDAR S=
73
En la tabla 23, se puede determinar que el contenido medio de humedad natural en la zona
de estudio es de 40.8%, con una desviación estándar de 4.09, lo que indica que la humedad
no es muy variable en todo el sector.
En cuanto al límite liquido se las muestras se obtuvo un valor promedio de 68.6% y una
desviación estándar de 14.96, dejando en claro la variación de suelos en la zona de estudio,
por lo que posteriormente se realizará una zonificación del sector. La misma situación es
evidente en el índice de plasticidad medio de toda la zona, ya que está en un 39.6%, con
una desviación de 11.93.
El valor promedio de límite de contracción es de 9.64, existiendo una desviación estándar de
6.06, lo que determina la variación en los tipos de terreno estudiados, ya que el límite de
contracción es un parámetro importante en la caracterización de suelos expansivos, siendo
determinante la precisión de su determinación, ya que los rangos para caracterizar el
terreno, son bastante estrechos, por lo que al existir una pequeña variación, el resultado se
puede ver alterado.
El contenido de humedad óptimo para toda la zona de estudio es de 29.94 %, con una
desviación estándar de 2.46, mediante estos datos es posible compactar el suelo con su
densidad seca máxima, lo que permite llegar a un mejor porcentaje de compactación del
suelo en el sector, en caso de ser necesario para la construcción de algún tipo de obra civil.
La gravedad específica media en el sector Salapa es de 2.7082, teniendo una desviación
estándar de 0.02, existiendo una variabilidad baja en cuanto a este parámetro.
5.2.2 Análisis de la caracterización de suelos expansivos por los diferentes métodos.
Luego de caracterizar los datos obtenidos mediante ensayos, tanto por los métodos directos,
indirectos y mineralógicos, se establece que los resultados obtenidos mediante estos
métodos coinciden entre sí, en los cuales se puede identificar que los puntos C-1, C-2,
poseen un potencial de expansión alto, el punto C-3, se lo caracteriza con grado de
expansión muy alto, mientras que los dos puntos faltantes se considera, entre medio y bajo
su potencial de hinchamiento, respectivamente.
La calicata C-3 se convierte en el punto más crítico, es decir aquí se localiza la arcilla con
potencial de expansión más elevado, y por ende con una presión de expansión mayor que
en los otros puntos de muestreo.
A continuación se detalla un mapa de zonificación, en el cual se agrupan los distintos tipos
de suelo existentes en la zona de estudio, de acuerdo a su potencial de expansión, ya que
74
resulta conveniente identificar las zonas donde el riesgo de expansión es más elevado que
en otras, con la finalidad de que al momento de diseñar cualquier tipo de obra civil en el
sector Salapa, se tome en cuenta la caracterización efectuada de acuerdo al potencial de
hinchamiento, de esta manera evitar futuros inconvenientes en las obras civiles ejecutadas
dentro del área de estudio.
Figura 30. Mapa de zonificación de acuerdo al potencial de expansión. Fuente: (Espinoza A, 2015.)
El presente mapa se caracteriza por la zonificación de acuerdo al potencial de expansión, en
el cual detalla cada una de las áreas con un código de color, con la finalidad de que se
distribuyan y resulte fácil localizar el sector y las características que posee de acuerdo a la
clasificación efectuada en el presente trabajo.
75
CONCLUCIONES
Luego de haber realizado la caracterización de arcillas expansivas en el sector Salapa se
concluye lo siguiente:
Los suelos obtenidos del muestreo en los puntos de la zona de estudio, son suelos
arcillosos de tipo A-7-5 y A-7-6, según la clasificación AASHTO, y de tipo CH de
acuerdo con la clasificación SUCS, poseen límites líquidos elevados e índice de
plasticidad de moderado a alto.
El fenómeno de expansión de los suelo es mayor si su grado de saturación es bajo,
es decir posee humedad natural baja, lo que permitirá que el terreno pueda adsorber
mayor cantidad de agua, generando cambios de volumen considerables.
Los suelos analizados poseen un índice de plasticidad medio de 39.6%, la humedad
natural promedio en la zona de estudio es de 40.8% y la gravedad específica media
es de 2.7082. Estas propiedades se han utilizado en la ejecución de ensayos para la
estimación del potencial de hinchamiento de cada uno de los puntos de muestreo.
La utilización de barreras horizontales como veredas impermeables alrededor de las
estructuras o verticales como drenes y cunetas para la recolección de aguas, se
convierte en una solución viable para evitar las variaciones de humedad que se
presentan en el sector Salapa debido a la mala irrigación de los terrenos, y a la
existencia de lagunas artificiales, lo que genera cambios volumétricos del suelo.
Las características expansivas más agresivas se encuentran en los puntos de
muestreo C1, C2 y C3, lo que ha permitido zonificar el sector mediante un mapa que
se basa en el potencial de expansión del suelo.
En algunas edificaciones de la zona de estudio se evidencian daños provocados por
la expansión de suelos arcillosos como: agrietamientos, levantamiento de veredas y
pisos, daños en conducciones de agua, y problemas en la estructura de cimentación.
La composición mineralógica del suelo, es decir la cantidad de caolinita, ilita,
montmorillonita y vermiculita que posee, se convierte en un factor importante ya que
este tipo de minerales son los que tienen mayores características expansivas.
Los cambios de humedad a los que se somete el suelo, resulta ser el factor principal
que origina la expansión de los suelos, estas variaciones son debido a las
condiciones climáticas, vegetación existente, presencia del nivel freático, infiltración
de aguas superficiales o subterráneas que se dan por la topografía del terreno o por
fallas en instalaciones de agua potable o alcantarillados.
Los daños ocasionados en el sector Salapa por suelos expansivos, se presentan en
su mayoría en estructuras pequeñas, ya que su peso no puede contrarrestar la
76
presión de expansión propia del suelo, generando deformaciones debido al cambio
de volumen del suelo, por lo que resulta necesario determinar mediante ensayos de
laboratorio, la presión de expansión de un suelo, para contrarrestarla mediante la
carga transmitida al terreno por la estructura, antes de construir cualquier obra civil.
La composición mineralógica de los puntos estudiados indican que la calicata C-1,
C-2 y C-3, pertenecen al grupo mineralógico de la vermiculita, mineral que se
caracteriza por ser expansivo y clasifica a los suelos arcillosos por su estructura
laminar como de tipo 2:1.
La caracterización por métodos mineralógicos, coincide con la clasificación por
métodos directos e indirectos, ya que los resultados obtenidos mediante la ejecución
de estos métodos, se comprueban al determinar la existencia en la composición de
los suelos estudiados el mineral vermiculita, determinando que el potencial de
expansión de los suelos analizados por el método DRX, es alto.
77
RECOMENDACIONES.
Definida la importancia del estudio de arcillas expansivas, en la construcción de obras civiles
en la ciudad de Loja, se recomienda lo siguiente:
Realizar estudios correspondientes a la caracterización de arcillas expansivas, en
distintos sectores de la ciudad de Loja, con la finalidad de evitar daños provocados
por el fenómeno de expansión, ya que no se da la debida importancia en los estudio
de suelos que se realizan comúnmente.
Definir las características expansivas del terreno, antes de realizar cualquier tipo de
construcción civil, para determinar el método de estabilización más adecuado, en el
terreno, ya sea por estabilización química, sustitución o controlando los cambios de
humedad, además de definir el tipo de cimentación más factible.
Evitar los cambios de humedad del suelo expansivo, debido a la cercanía de
plantaciones, jardines, caída directa de aguas lluvias en el perímetro de la estructura
siendo estas recolectadas y trasferidas al alcantarillado, además de detectar posibles
daños en las redes de tubería sanitaria o de agua potable. Es de gran importancia
reducir en lo posible el tiempo de exposición a las condiciones climáticas de la
excavación realizada para las cimentaciones, con la finalidad de evitar la pérdida de
humedad o por el contrario la saturación parcial del suelo de cimentación debido a
precipitaciones.
78
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80
ANEXOS
81
ANEXO I: ENSAYOS REALIZADOS.
82
PROYECTO :
OBRA: ESTUDIO DE ARCILLAS EXPANSIVAS NORMA: ASTM D 4318, AASHTO T-27
LOCALIZACIÓN: SALAPA CALICATA: C1
SOLICITADO: DIRECTOR DE PROYECTO DE FIN DE TITULACIÓN MUESTRA: 1
REALIZADO: EGDO. ANGEL ESPINOZA PROFUNDIDAD: 1.5 m
FECHA: ABRIL-AGOSTO 2015
GOLPES PESO HUM. PESO SECO CÁPSULA w % RESULTADO
1.CONTENIDO DE AGUA 377,67 275,78 52,22 45,58
382,06 280,07 58,69 46,07 45,82
2.- LÍM. LÍQUIDO 18 63,65 59,72 54,10 69,93
22 68,84 64,83 58,99 68,66
27 62,45 58,12 51,71 67,55
32 62,82 59,06 53,43 66,79 68,05
3.- LÍMITE PLÁSTICO 54,15 53,87 52,87 28,00
66,28 65,83 64,30 29,41 28,71
4.- GRANULOMETRÍA 5.- CLASIFICACIÓN
PESO IN= 522,48 (H/S) S GRAVA 0
PESO INICIAL DE CÁLCULO: 522,48 ARENA 11
FINOS 89
TAMIZ PESO RT. % RET % PASA
LL = 68,00
1" 0,00 0 100 LP = 29,00
3/4" 0,00 0 100 IP = 39,00
1/2" 0,00 0 100
3/8" 0,00 0 100 CLASIFICACIÓN
No. 4 0,11 0 100 SUCS : CH
No. 10 3,03 1 99 AASHTO: A-7-5
No. 40 8,56 2 98 IG(86): 40
No. 200 60,00 11 89 IG(45): 20
CARACTERIZACIÓN DE ARCILLAS EXPANSIVAS EN EL SECTOR SALAPA,
CLASIFICACIÓN AASHTO: Suelo Arcilloso (A-7-5)
Observaciones: La toma de muestras es realizada por el profesional en formación y llevada al laboratorio de
la UTPL.
Egdo. Angel O. Espinoza M.
PROFESIONAL EN FORMACIÓN
Ing. Angel TapiaDIRECTOR DE PROYECTO DE FIN DE
TITULACIÓN
DEPARTAMENTO DE GEOLOGÍA Y MINAS E INGENIERÍA CIVIL
LABORATORIOS UTPL
ENSAYO DE CLASIFICACIÓN
67
67
68
68
69
69
70
70
71
1,15 1,20 1,25 1,30 1,35 1,40 1,45 1,50 1,55
HU
ME
DA
D %
GOLPES (LOG)
LÍMITE LÍQUIDO
83
PROYECTO : CARACTERIZACIÓN DE ARCILLAS EXPANSIVAS EN EL SECTOR SALAPA,
OBRA: ESTUDIO DE ARCILLAS EXPANSIVAS NORMA: INV E 127,ASTM D 427,
LOCALIZACIÓN: SALAPA CALICATA: C1
SOLICITADO: DIRECTOR DE PROYECTO DE FIN DE TITULACIÓN MUESTRA: 1
REALIZADO: EGDO. ANGEL ESPINOZA MOROCHO PROFUNDIDAD: 1.5 m
FECHA: ABRIL-AGOSTO 2015
MUESTRA 1 2 3 PROMEDIO
58,333 248,700 631,500 17,067 8,541 5,704 62,296
57,485 242,590 636,800 16,636 8,148 5,410 62,590
57,347 242,800 634,270 16,638 8,336 5,652 62,348
57,722 244,697 634,190 16,780 8,341 5,589 62,411
1,941
29,905
8,352
Egdo. Angel O. Espinoza M.
PROFESIONAL EN FORMACIÓN
CV(%AGUA NATURAL) =
R =
CL(%) =
DIRECTOR DE PROYECTO DE
FIN DE TITLACIÓN
Ing. Angel Tapia
Observaciones: La toma de muestras es realizada por el profesional en formación y llevada al laboratorio de la UTPL.
CONTRACCIÓN LINEAL (CL)
L.
CONTRACCIÓN
INDICE DE
CONTRACCIÓNMUESTRA
43,693
34,350
W% PETRI + HGC.VIDRIO + HG
restante
VOLUMEN
INICIAL
VOLUMEN
FINAL
PETRI + M.
HUMEDA
PETRI+ M.
SECA34,25034,500 34,300
1
2
92,030 gr
746,800 gr
13,500 gr/mlDENSIDAD
HG
DEPARTAMENTO DE GEOLOGÍA Y MINAS E INGENIERÍA CIVIL
LABORATORIOS UTPL
ENSAYO DE LÍMITE DE CONTRACCIÓN
18,190
43,460
DATOS DE CALIBRACIÓN
PESO C. DE
VIDRIOPESO PETRI 18,163
COPA DE
VIDRIO + HG
18,300 18,000
43,950 43,670
3
RELACIÓN DE CONTRACCIÓN ( R )
CAMBIO VOLUMÉTRICO (CV) PARA EL CONTENIDO DE AGUA NATURAL
PROMEDIO
84
PROYECTO:
OBRA: ESTUDIO DE ARCILLAS EXPANSIVAS
LOCALIZACIÓN: SALAPA NORMA: T 180-D
SOLICITADO: DIRECTOR DE PROYECTO DE FIN DE TITULACIÓN MUESTRA: 1
REALIZADO: LEONEL FLORESEGDO. ANGEL ESPINOZA CALICATA: C1
FECHA: ABRIL - AGOSTO/ 2015 PROFUNDIDAD: 1,50 m
NORMA ENSAYO: T-180-D DATOS DEL MOLDE 1
GOLPES/CAPA: 25 DIÁMETRO: 10,11 cm.
No. DE CAPAS: 3 ALTURA: 11,64 cm
PESO MARTILLO: 2,5 Kg. VOLUMEN : 944 cm3
ALT. DE CAÍDA: 30,0 cm. PESO : 4.200 gramos
DATOS PARA LA CURVA:
PUNTO No.: 1 2 3 4
Peso comp.:
Peso suelo:
Dens. Hum :
CONTENIDOS DE HUMEDAD:
W. hum.: 383,55 364,66 358,76 356,91 383,72 397,49 366,76 391,93
W. seco: 322,87 306,80 293,86 292,19 310,16 321,67 290,15 310,04
W. caps: 65,46 59,87 52,74 53,04 60,70 64,25 55,78 61,52
w (%) : 23,57 23,43 26,92 27,06 29,49 29,45 32,69 32,95
promedio
Dens. Seca:
RESULTADOS: DENSIDAD SECA MÁXIMA = 1.333 Kg/m3
CONT. DE AGUA OPTIMO = 28,90 %
DIRECTOR DEL PROYECTO DE FIN
DE TITULACIÓNPROFESIONAL EN FORMACIÓN
1.320 1.331 1.333 1.327
Observaciones: La toma de muestras es realizada por el profesional en formación y llevada al laboratorio de la
UTPL.
Ing. Angel Tapia Egdo. Angel O. Espinoza M.
1.630 1.691 1.726 1.763
23,50 26,99 29,47 32,82
1.539 1.596 1.629 1.664
DEPARTAMENTO DE GEOLOGÍA Y MINAS E INGENIERÍA CIVILLABORATORIOS UTPL
ENSAYO DE COMPACTACIÓN PROCTOR ESTANDAR
CARACTERIZACIÓN DE ARCILLAS EXPANSIVAS EN EL SECTOR SALAPA
5.739 5.796 5.829 5.864
1.300
1.310
1.320
1.330
1.340
1.350
20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40
DE
NS
IDA
D
HUMEDAD
85
PROYECTO :
OBRA: ESTUDIO DE ARCILLAS EXPANSIVAS NORMA: ASTM D 4318, AASHTO T-27
LOCALIZACIÓN: SALAPA CALICATA: C2
SOLICITADO: DIRECTOR DE PROYECTO DE FIN DE TITULACIÓN MUESTRA: 1
REALIZADO: EGDO. ANGEL ESPINOZA PROFUNDIDAD: 1.5 m
FECHA: ABRIL-AGOSTO 2015
GOLPES PESO HUM. PESO SECO CÁPSULA w % RESULTADO
1.CONTENIDO DE AGUA 332,67 264,41 71,40 35,37
309,96 244,02 56,57 35,18 35,27
2.- LÍM. LÍQUIDO 17 39,38 35,59 30,91 80,98
22 39,88 35,92 30,90 78,88
27 42,70 37,35 30,47 77,76
32 42,51 37,32 30,52 76,32 78,15
3.- LÍMITE PLÁSTICO 60,32 60,18 59,73 31,11
58,69 58,53 58,03 32,00 31,56
4.- GRANULOMETRÍA 5.- CLASIFICACIÓN
PESO IN= 540,14 (H/S) S GRAVA 1
PESO INICIAL DE CÁLCULO: 540,14 ARENA 20
FINOS 79
TAMIZ PESO RT. % RET % PASA
LL = 78,00
1" 0,00 0 100 LP = 32,00
3/4" 0,00 0 100 IP = 46,00
1/2" 0,00 0 100
3/8" 0,00 0 100 CLASIFICACIÓN
No. 4 4,79 1 99 SUCS : CH
No. 10 7,84 1 99 AASHTO: A-7-6
No. 40 44,32 8 92 IG(86): 40
No. 200 114,70 21 79 IG(45): 20
CARACTERIZACIÓN DE ARCILLAS EXPANSIVAS EN EL SECTOR SALAPA,
CLASIFICACIÓN AASHTO: Suelo Arcilloso (A-7-6)
Observaciones: La toma de muestras es realizada por el profesional en formación y llevada al laboratorio de
la UTPL.
Egdo. Angel O. Espinoza M.
PROFESIONAL EN FORMACIÓN
Ing. Angel TapiaDIRECTOR DE PROYECTO DE FIN DE
TITLACIÓN
DEPARTAMENTO DE GEOLOGÍA Y MINAS E INGENIERÍA CIVIL
LABORATORIOS UTPL
ENSAYO DE CLASIFICACIÓN
76
77
78
79
80
81
82
1,15 1,20 1,25 1,30 1,35 1,40 1,45 1,50 1,55
HU
ME
DA
D %
GOLPES (LOG)
LÍMITE LÍQUIDO
86
PROYECTO : CARACTERIZACIÓN DE ARCILLAS EXPANSIVAS EN EL SECTOR SALAPA,
OBRA: ESTUDIO DE ARCILLAS EXPANSIVAS NORMA: INV E 127,ASTM D 427,
LOCALIZACIÓN: SALAPA CALICATA: C2
SOLICITADO: DIRECTOR DE PROYECTO DE FIN DE TITULACIÓN MUESTRA: 1
REALIZADO: EGDO. ANGEL ESPINOZA MOROCHO PROFUNDIDAD: 1.5 m
FECHA: ABRIL-AGOSTO 2015
MUESTRA 1 2 3 PROMEDIO
72,395 244,000 649,700 16,747 7,193 7,753 70,247
71,746 247,200 649,000 16,968 7,244 6,179 71,821
72,264 245,800 649,800 16,862 7,185 6,478 71,522
72,135 245,667 649,500 16,859 7,207 6,803 71,197
57%
2,050
29,099
8,161
Egdo. Angel O. Espinoza M.
PROFESIONAL EN FORMACIÓN
CV(%AGUA NATURAL) =
R =
CL(%) =
DIRECTOR DE PROYECTO DE
FIN DE TITLACIÓN
Ing. Angel Tapia
Observaciones: La toma de muestras es realizada por el profesional en formación y llevada al laboratorio de la UTPL.
CONTRACCIÓN LINEAL (CL)
L.
CONTRACCIÓN
INDICE DE
CONTRACCIÓNMUESTRA
43,500
32,843
W% PETRI + HGC.VIDRIO + HG
restante
VOLUMEN
INICIAL
VOLUMEN
FINAL
PETRI + M.
HUMEDA
PETRI+ M.
SECA32,87032,700 32,960
1
2
92,030 gr
746,800 gr
13,500 gr/mlDENSIDAD
HG
DEPARTAMENTO DE GEOLOGÍA Y MINAS E INGENIERÍA CIVIL
LABORATORIOS UTPL
ENSAYO DE COMPACTACIÓN PROCTOR ESTANDAR
18,160
43,500
DATOS DE CALIBRACIÓN
PESO C. DE
VIDRIOPESO PETRI 18,070
COPA DE
VIDRIO + HG
17,920 18,130
43,400 43,600
3
RELACIÓN DE CONTRACCIÓN ( R )
CAMBIO VOLUMÉTRICO (CV) PARA EL CONTENIDO DE AGUA NATURAL
PROMEDIO
87
PROYECTO:
OBRA: ESTUDIO DE ARCILLAS EXPANSIVAS
LOCALIZACIÓN: SALAPA NORMA: T 180-D
SOLICITADO: DIRECTOR DE PROYECTO DE FIN DE TITULACIÓN MUESTRA: 1
REALIZADO: LEONEL FLORESEGDO. ANGEL ESPINOZA CALICATA: C2
FECHA: ABRIL - AGOSTO/ 2015 PROFUNDIDAD: 1,50 m
NORMA ENSAYO: T-180-D DATOS DEL MOLDE 1
GOLPES/CAPA: 25 DIÁMETRO: 10,11 cm.
No. DE CAPAS: 3 ALTURA: 11,64 cm
PESO MARTILLO: 2,5 Kg. VOLUMEN : 944 cm3
ALT. DE CAÍDA: 30,0 cm. PESO : 4.200 gramos
DATOS PARA LA CURVA:
PUNTO No.: 1 2 3 4
Peso comp.:
Peso suelo:
Dens. Hum :
CONTENIDOS DE HUMEDAD:
W. hum.: 312,26 297,48 285,62 313,05 226,72 243,33 282,49 265,85
W. seco: 264,96 252,13 237,85 260,09 187,59 202,08 227,22 214,01
W. caps: 62,88 55,72 59,50 60,30 55,47 61,42 57,23 54,87
w (%) : 23,41 23,09 26,78 26,51 29,62 29,33 32,51 32,58
promedio
Dens. Seca:
RESULTADOS: DENSIDAD SECA MÁXIMA = 1.328 Kg/m3
CONT. DE AGUA OPTIMO = 30,67 %
DIRECTOR DEL PROYECTO DE FIN
DE TITULACIÓNPROFESIONAL EN FORMACIÓN
1.251 1.306 1.326 1.320
Observaciones: La toma de muestras es realizada por el profesional en formación y llevada al laboratorio de la
UTPL.
Ing. Angel Tapia Egdo. Angel O. Espinoza M.
1.542 1.654 1.717 1.750
23,25 26,65 29,47 32,54
1.456 1.561 1.621 1.652
DEPARTAMENTO DE GEOLOGÍA Y MINAS E INGENIERÍA CIVILLABORATORIOS UTPL
ENSAYO DE COMPACTACIÓN PROCTOR ESTANDAR
CARACTERIZACIÓN DE ARCILLAS EXPANSIVAS EN EL SECTOR SALAPA
5.656 5.761 5.821 5.852
1.250
1.260
1.270
1.280
1.290
1.300
1.310
1.320
1.330
1.340
1.350
22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35
DE
NS
IDA
D
HUMEDAD
88
PROYECTO :
OBRA: ESTUDIO DE ARCILLAS EXPANSIVAS NORMA: ASTM D 4318, AASHTO T-27
LOCALIZACIÓN: SALAPA CALICATA: C3
SOLICITADO: DIRECTOR DE PROYECTO DE FIN DE TITULACIÓN MUESTRA: 1
REALIZADO: EGDO. ANGEL ESPINOZA PROFUNDIDAD: 1.5 m
FECHA: ABRIL-AGOSTO 2015
GOLPES PESO HUM. PESO SECO CÁPSULA w % RESULTADO
1.CONTENIDO DE AGUA 320,05 242,47 61,23 42,81
297,00 222,95 52,64 43,48 43,14
2.- LÍM. LÍQUIDO 18 72,38 67,21 61,57 91,67
23 63,23 58,46 53,06 88,33
27 70,07 65,28 59,66 85,23
32 74,23 69,42 63,62 82,93 86,70
3.- LÍMITE PLÁSTICO 30,83 30,75 30,49 30,77
30,85 30,73 30,35 31,58 31,17
4.- GRANULOMETRÍA 5.- CLASIFICACIÓN
PESO IN= 522,60 (H/S) S GRAVA 0
PESO INICIAL DE CÁLCULO: 522,60 ARENA 26
FINOS 74
TAMIZ PESO RT. % RET % PASA
LL = 87,00
1" 0,00 0 100 LP = 31,00
3/4" 0,00 0 100 IP = 56,00
1/2" 0,00 0 100
3/8" 0,00 0 100 CLASIFICACIÓN
No. 4 0,13 0 100 SUCS : CH
No. 10 1,56 0 100 AASHTO: A-7-6
No. 40 6,66 1 99 IG(86): 44
No. 200 136,56 26 74 IG(45): 20
DEPARTAMENTO DE GEOLOGÍA Y MINAS E INGENIERÍA CIVIL
LABORATORIOS UTPL
ENSAYO DE CLASIFICACIÓN
CARACTERIZACIÓN DE ARCILLAS EXPANSIVAS EN EL SECTOR SALAPA,
CLASIFICACIÓN AASHTO: Suelo Arcilloso (A-7-5)
Observaciones: La toma de muestras es realizada por el profesional en formación y llevada al laboratorio de
la UTPL.
Egdo. Angel O. Espinoza M.
PROFESIONAL EN FORMACIÓN
Ing. Angel TapiaDIRECTOR DE PROYECTO DE FIN DE
TITULACIÓN
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
1,15 1,20 1,25 1,30 1,35 1,40 1,45 1,50 1,55
HU
ME
DA
D %
GOLPES (LOG)
LÍMITE LÍQUIDO
89
PROYECTO : CARACTERIZACIÓN DE ARCILLAS EXPANSIVAS EN EL SECTOR SALAPA,
OBRA: ESTUDIO DE ARCILLAS EXPANSIVAS NORMA: INV E 127,ASTM D 427,
LOCALIZACIÓN: SALAPA CALICATA: C3
SOLICITADO: DIRECTOR DE PROYECTO DE FIN DE TITULACIÓN MUESTRA: 1
REALIZADO: EGDO. ANGEL ESPINOZA MOROCHO PROFUNDIDAD: 1.5 m
FECHA: ABRIL-AGOSTO 2015
MUESTRA 1 2 3 PROMEDIO
69,061 244,000 647,860 16,747 7,329 4,021 82,979
69,866 247,200 648,900 16,970 7,252 4,641 82,359
67,329 245,800 648,500 16,866 7,281 3,814 83,186
68,752 245,667 648,420 16,861 7,287 4,159 82,841
57%
2,034
34,257
9,353
Egdo. Angel O. Espinoza M.
PROFESIONAL EN FORMACIÓN
3
RELACIÓN DE CONTRACCIÓN ( R )
CAMBIO VOLUMÉTRICO (CV) PARA EL CONTENIDO DE AGUA NATURAL
PROMEDIO
DEPARTAMENTO DE GEOLOGÍA Y MINAS E INGENIERÍA CIVIL
LABORATORIOS UTPL
ENSAYO DE COMPACTACIÓN PROCTOR ESTANDAR
18,110
43,360
DATOS DE CALIBRACIÓN
PESO C. DE
VIDRIOPESO PETRI 18,043
COPA DE
VIDRIO + HG
17,920 18,100
42,400 43,410
1
2
92,030 gr
746,800 gr
13,500 gr/mlDENSIDAD
HG
L.
CONTRACCIÓN
INDICE DE
CONTRACCIÓNMUESTRA
43,057
32,867
W% PETRI + HGC.VIDRIO + HG
restante
VOLUMEN
INICIAL
VOLUMEN
FINAL
PETRI + M.
HUMEDA
PETRI+ M.
SECA33,20032,400 33,000
CV(% AGUA NATURAL) =
R =
CL(%) =
DIRECTOR DE PROYECTO DE
FIN DE TITLACIÓN
Ing. Angel Tapia
Observaciones: La toma de muestras es realizada por el profesional en formación y llevada al laboratorio de la UTPL.
CONTRACCIÓN LINEAL (CL)
90
PROYECTO:
OBRA: ESTUDIO DE ARCILLAS EXPANSIVAS
LOCALIZACIÓN: SALAPA NORMA: T 180-D
SOLICITADO: DIRECTOR DE PROYECTO DE FIN DE TITULACIÓN MUESTRA: 1
REALIZADO: LEONEL FLORESEGDO. ANGEL ESPINOZA CALICATA: C3
FECHA: ABRIL - AGOSTO/ 2015 PROFUNDIDAD: 1,50 m
NORMA ENSAYO: T-180-D DATOS DEL MOLDE 1
GOLPES/CAPA: 25 DIÁMETRO: 10,11 cm.
No. DE CAPAS: 3 ALTURA: 11,64 cm
PESO MARTILLO: 2,5 Kg. VOLUMEN : 944 cm3
ALT. DE CAÍDA: 30,0 cm. PESO : 4.200 gramos
DATOS PARA LA CURVA:
PUNTO No.: 1 2 3 4
Peso comp.:
Peso suelo:
Dens. Hum :
CONTENIDOS DE HUMEDAD:
W. hum.: 345,93 341,72 327,36 318,98 296,16 307,58 288,50 274,52
W. seco: 296,23 292,31 274,30 267,84 243,06 252,85 233,67 221,00
W. caps: 54,87 55,71 59,50 60,30 55,47 61,42 57,23 54,87
w (%) : 20,59 20,88 24,70 24,64 28,31 28,59 31,08 32,22
promedio
Dens. Seca:
RESULTADOS: DENSIDAD SECA MÁXIMA = 1.342 Kg/m3
CONT. DE AGUA OPTIMO = 26,26 %
1.519 1.578 1.625 1.657
DEPARTAMENTO DE GEOLOGÍA Y MINAS E INGENIERÍA CIVILLABORATORIOS UTPL
ENSAYO DE COMPACTACIÓN PROCTOR ESTANDAR
CARACTERIZACIÓN DE ARCILLAS EXPANSIVAS EN EL SECTOR SALAPA
5.719 5.778 5.825 5.857
1.609 1.672 1.721 1.755
20,74 24,67 28,45 31,65
DIRECTOR DEL PROYECTO DE FIN
DE TITULACIÓNPROFESIONAL EN FORMACIÓN
1.333 1.341 1.340 1.333
Observaciones: La toma de muestras es realizada por el profesional en formación y llevada al laboratorio de la
UTPL.
Ing. Angel Tapia Egdo. Angel O. Espinoza M.
1.320
1.325
1.330
1.335
1.340
1.345
1.350
17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34
DE
NS
IDA
D
HUMEDAD
91
PROYECTO :
OBRA: ESTUDIO DE ARCILLAS EXPANSIVAS NORMA: ASTM D 4318, AASHTO T-27
LOCALIZACIÓN: SALAPA CALICATA: C4
SOLICITADO: DIRECTOR DE PROYECTO DE FIN DE TITULACIÓN MUESTRA: 1
REALIZADO: EGDO. ANGEL ESPINOZA PROFUNDIDAD: 1.5 m
FECHA: ABRIL-AGOSTO 2015
GOLPES PESO HUM. PESO SECO CÁPSULA w % RESULTADO
1.CONTENIDO DE AGUA 193,44 147,36 30,67 39,49
201,10 152,51 30,52 39,83 39,66
2.- LÍM. LÍQUIDO 19 39,16 35,81 30,49 62,97
23 40,96 37,00 30,61 61,97
27 39,90 36,39 30,65 61,15
32 39,31 35,94 30,36 60,39 61,58
3.- LÍMITE PLÁSTICO 63,69 63,35 62,28 31,78
62,75 62,50 61,68 30,49 31,13
4.- GRANULOMETRÍA 5.- CLASIFICACIÓN
PESO IN= 534,40 (H/S) S GRAVA 0
PESO INICIAL DE CÁLCULO: 534,40 ARENA 35
FINOS 65
TAMIZ PESO RT. % RET % PASA
LL = 62,00
1" 0,00 0 100 LP = 31,00
3/4" 0,00 0 100 IP = 31,00
1/2" 0,00 0 100
3/8" 0,00 0 100 CLASIFICACIÓN
No. 4 1,60 0 100 SUCS : CH
No. 10 3,51 1 99 AASHTO: A-7-6
No. 40 30,30 6 94 IG(86): 20
No. 200 188,40 35 65 IG(45): 17
DEPARTAMENTO DE GEOLOGÍA Y MINAS E INGENIERÍA CIVIL
LABORATORIOS UTPL
ENSAYO DE CLASIFICACIÓN
CARACTERIZACIÓN DE ARCILLAS EXPANSIVAS EN EL SECTOR SALAPA,
CLASIFICACIÓN AASHTO: Suelo Arcilloso (A-7-6)
Observaciones: La toma de muestras es realizada por el profesional en formación y llevada al laboratorio de
la UTPL.
Egdo. Angel O. Espinoza M.
PROFESIONAL EN FORMACIÓN
Ing. Angel TapiaDIRECTOR DE PROYECTO DE FIN DE
TITULACIÓN
60
61
61
62
62
63
63
64
1,15 1,20 1,25 1,30 1,35 1,40 1,45 1,50 1,55
HU
ME
DA
D %
GOLPES (LOG)
LÍMITE LÍQUIDO
92
PROYECTO : CARACTERIZACIÓN DE ARCILLAS EXPANSIVAS EN EL SECTOR SALAPA,
OBRA: ESTUDIO DE ARCILLAS EXPANSIVAS NORMA: INV E 127,ASTM D 427,
LOCALIZACIÓN: SALAPA CALICATA: C4
SOLICITADO: DIRECTOR DE PROYECTO DE FIN DE TITULACIÓN MUESTRA: 1
REALIZADO: EGDO. ANGEL ESPINOZA MOROCHO PROFUNDIDAD: 1.5 m
FECHA: ABRIL-AGOSTO 2015
MUESTRA 1 2 3 PROMEDIO
60,400 244,000 625,600 16,747 8,978 13,283 48,717
60,213 247,200 625,300 16,970 9,000 13,028 48,972
59,796 245,800 625,100 16,866 9,015 12,755 49,245
60,137 245,667 625,333 16,861 8,998 13,022 48,978
47%
1,855
14,799
4,496
Egdo. Angel O. Espinoza M.
PROFESIONAL EN FORMACIÓN
3
RELACIÓN DE CONTRACCIÓN ( R )
CAMBIO VOLUMÉTRICO (CV) PARA EL CONTENIDO DE AGUA NATURAL
PROMEDIO
DEPARTAMENTO DE GEOLOGÍA Y MINAS E INGENIERÍA CIVIL
LABORATORIOS UTPL
ENSAYO DE COMPACTACIÓN PROCTOR ESTANDAR
18,110
44,780
DATOS DE CALIBRACIÓN
PESO C. DE
VIDRIOPESO PETRI 18,043
COPA DE
VIDRIO + HG
17,910 18,110
44,360 45,170
1
2
92,030 gr
746,800 gr
13,500 gr/mlDENSIDAD
HG
L.
CONTRACCIÓN
INDICE DE
CONTRACCIÓNMUESTRA
44,770
34,733
W% PETRI + HGC.VIDRIO + HG
restante
VOLUMEN
INICIAL
VOLUMEN
FINAL
PETRI + M.
HUMEDA
PETRI+ M.
SECA34,80034,400 35,000
CV(% AGUA NATURAL) =
R =
CL(%) =
DIRECTOR DE PROYECTO DE
FIN DE TITULACIÓN
Ing. Angel Tapia
Observaciones: La toma de muestras es realizada por el profesional en formación y llevada al laboratorio de la UTPL.
CONTRACCIÓN LINEAL (CL)
93
PROYECTO:
OBRA: ESTUDIO DE ARCILLAS EXPANSIVAS
LOCALIZACIÓN: SALAPA NORMA: T 180-D
SOLICITADO: DIRECTOR DE PROYECTO DE FIN DE TITULACIÓN MUESTRA: 1
REALIZADO: LEONEL FLORESEGDO. ANGEL ESPINOZA CALICATA: C4
FECHA: ABRIL - AGOSTO/ 2015 PROFUNDIDAD: 1,50 m
NORMA ENSAYO: T-180-D DATOS DEL MOLDE 1
GOLPES/CAPA: 25 DIÁMETRO: 10,11 cm.
No. DE CAPAS: 3 ALTURA: 11,64 cm
PESO MARTILLO: 2,5 Kg. VOLUMEN : 944 cm3
ALT. DE CAÍDA: 30,0 cm. PESO : 4.200 gramos
DATOS PARA LA CURVA:
PUNTO No.: 1 2 3 4
Peso comp.:
Peso suelo:
Dens. Hum :
CONTENIDOS DE HUMEDAD:
W. hum.: 166,92 168,80 159,39 158,33 194,45 195,84 200,30 215,27
W. seco: 141,08 142,75 132,14 131,30 157,06 157,94 158,98 170,03
W. caps: 30,48 30,50 30,58 30,53 30,50 30,19 30,90 30,57
w (%) : 23,36 23,21 26,83 26,82 29,54 29,67 32,26 32,44
promedio
Dens. Seca:
RESULTADOS: DENSIDAD SECA MÁXIMA = 1.298 Kg/m3
CONT. DE AGUA OPTIMO = 31,02 %
1.389 1.518 1.584 1.617
DEPARTAMENTO DE GEOLOGÍA Y MINAS E INGENIERÍA CIVILLABORATORIOS UTPL
ENSAYO DE COMPACTACIÓN PROCTOR ESTANDAR
CARACTERIZACIÓN DE ARCILLAS EXPANSIVAS EN EL SECTOR SALAPA
5.589 5.718 5.784 5.817
1.471 1.608 1.678 1.713
23,29 26,83 29,61 32,35
DIRECTOR DEL PROYECTO DE FIN
DE TITULACIÓNPROFESIONAL EN FORMACIÓN
1.193 1.268 1.295 1.294
Observaciones: La toma de muestras es realizada por el profesional en formación y llevada al laboratorio de la
UTPL.
Ing. Angel Tapia Egdo. Angel O. Espinoza M.
1.1701.1801.1901.2001.2101.2201.2301.2401.2501.2601.2701.2801.2901.3001.310
20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
DE
NS
IDA
D
HUMEDAD
94
PROYECTO :
OBRA: ESTUDIO DE ARCILLAS EXPANSIVAS NORMA: ASTM D 4318, AASHTO T-27
LOCALIZACIÓN: SALAPA CALICATA: C5
SOLICITADO: DIRECTOR DE PROYECTO DE FIN DE TITULACIÓN MUESTRA: 1
REALIZADO: EGDO. ANGEL ESPINOZA PROFUNDIDAD: 1.5 m
FECHA: ABRIL-AGOSTO 2015
GOLPES PESO HUM. PESO SECO CÁPSULA w % RESULTADO
1.CONTENIDO DE AGUA 180,47 137,64 30,50 39,98
174,16 132,98 30,54 40,20 40,09
2.- LÍM. LÍQUIDO 16 39,36 36,25 30,09 50,49
21 41,26 37,56 30,02 49,07
25 41,32 37,74 30,32 48,25
30 39,29 36,33 30,10 47,51 48,31
3.- LÍMITE PLÁSTICO 31,54 31,36 30,66 25,71
31,93 31,67 30,68 26,26 25,99
4.- GRANULOMETRÍA 5.- CLASIFICACIÓN
PESO IN= 534,40 (H/S) S GRAVA 6
PESO INICIAL DE CÁLCULO: 534,40 ARENA 13
FINOS 81
TAMIZ PESO RT. % RET % PASA
LL = 48,00
1" 0,00 0 100 LP = 26,00
3/4" 0,00 0 100 IP = 22,00
1/2" 0,00 0 100
3/8" 10,03 2 98 CLASIFICACIÓN
No. 4 31,62 6 94 SUCS : CL
No. 10 50,98 10 90 AASHTO: A-7-5
No. 40 108,23 20 80 IG(86): 19
No. 200 100,79 19 81 IG(45): 14
DEPARTAMENTO DE GEOLOGÍA Y MINAS E INGENIERÍA CIVIL
LABORATORIOS UTPL
ENSAYO DE CLASIFICACIÓN
CARACTERIZACIÓN DE ARCILLAS EXPANSIVAS EN EL SECTOR SALAPA,
CLASIFICACIÓN AASHTO: Suelo Arcilloso (A-7-5)
Observaciones: La toma de muestras es realizada por el profesional en formación y llevada al laboratorio de
la UTPL.
Egdo. Angel O. Espinoza M.
PROFESIONAL EN FORMACIÓN
Ing. Angel TapiaDIRECTOR DE PROYECTO DE FIN DE
TITULACIÓN
47
48
48
49
49
50
50
51
51
1,15 1,20 1,25 1,30 1,35 1,40 1,45 1,50
HU
ME
DA
D %
GOLPES (LOG)
LÍMITE LÍQUIDO
95
PROYECTO : CARACTERIZACIÓN DE ARCILLAS EXPANSIVAS EN EL SECTOR SALAPA,
OBRA: ESTUDIO DE ARCILLAS EXPANSIVAS NORMA: INV E 127,ASTM D 427,
LOCALIZACIÓN: SALAPA CALICATA: C5
SOLICITADO: DIRECTOR DE PROYECTO DE FIN DE TITULACIÓN MUESTRA: 1
REALIZADO: EGDO. ANGEL ESPINOZA MOROCHO PROFUNDIDAD: 1.5 m
FECHA: ABRIL-AGOSTO 2015
MUESTRA 1 2 3 PROMEDIO
62,938 244,000 617,200 16,745 9,600 18,280 7,720
63,070 247,200 614,800 16,969 9,778 18,735 7,265
62,824 245,800 615,400 16,864 9,733 18,863 7,137
62,944 245,667 615,800 16,859 9,704 18,626 7,374
1,664
3,950
1,283
Egdo. Angel O. Espinoza M.
PROFESIONAL EN FORMACIÓN
3
RELACIÓN DE CONTRACCIÓN ( R )
CAMBIO VOLUMÉTRICO (CV) PARA EL CONTENIDO DE AGUA NATURAL
PROMEDIO
DEPARTAMENTO DE GEOLOGÍA Y MINAS E INGENIERÍA CIVIL
LABORATORIOS UTPL
ENSAYO DE COMPACTACIÓN PROCTOR ESTANDAR
18,140
44,550
DATOS DE CALIBRACIÓN
PESO C. DE
VIDRIOPESO PETRI 18,067
COPA DE
VIDRIO + HG
17,940 18,120
44,010 44,570
1
2
92,030 gr
746,800 gr
13,500 gr/mlDENSIDAD
HG
L.
CONTRACCIÓN
INDICE DE
CONTRACCIÓNMUESTRA
44,377
34,213
W% PETRI + HGC.VIDRIO + HG
restante
VOLUMEN
INICIAL
VOLUMEN
FINAL
PETRI + M.
HUMEDA
PETRI+ M.
SECA34,36033,940 34,340
CV(% AGUA NATURAL) =
R =
CL(%) =
DIRECTOR DE PROYECTO DE
FIN DE TITLACIÓN
Ing. Angel Tapia
Observaciones: La toma de muestras es realizada por el profesional en formación y llevada al laboratorio de la UTPL.
CONTRACCIÓN LINEAL (CL)
96
PROYECTO:
OBRA: ESTUDIO DE ARCILLAS EXPANSIVAS
LOCALIZACIÓN: SALAPA NORMA: T 180-D
SOLICITADO: DIRECTOR DE PROYECTO DE FIN DE TITULACIÓN MUESTRA: 1
REALIZADO: LEONEL FLORESEGDO. ANGEL ESPINOZA CALICATA: C5
FECHA: ABRIL - AGOSTO/ 2015 PROFUNDIDAD: 1,50 m
NORMA ENSAYO: T-180-D DATOS DEL MOLDE 1
GOLPES/CAPA: 25 DIÁMETRO: 10,15 cm.
No. DE CAPAS: 3 ALTURA: 11,66 cm
PESO MARTILLO: 2,5 Kg. VOLUMEN : 944 cm3
ALT. DE CAÍDA: 30,0 cm. PESO : 4.327 gramos
DATOS PARA LA CURVA:
PUNTO No.: 1 2 3 4
Peso comp.:
Peso suelo:
Dens. Hum :
CONTENIDOS DE HUMEDAD:
W. hum.: 185,57 178,95 189,85 189,08 215,96 203,97 212,36 212,67
W. seco: 151,62 147,03 153,17 152,24 170,21 161,27 165,47 165,80
W. caps: 30,52 30,35 30,63 30,69 30,49 30,65 30,55 30,19
w (%) : 28,03 27,36 29,93 30,31 32,74 32,69 34,75 34,56
promedio
Dens. Seca:
RESULTADOS: DENSIDAD SECA MÁXIMA = 1.260 Kg/m3
CONT. DE AGUA OPTIMO = 32,83 %
1.481 1.538 1.579 1.597
DEPARTAMENTO DE GEOLOGÍA Y MINAS E INGENIERÍA CIVILLABORATORIOS UTPL
ENSAYO DE COMPACTACIÓN PROCTOR ESTANDAR
CARACTERIZACIÓN DE ARCILLAS EXPANSIVAS EN EL SECTOR SALAPA
5.808 5.865 5.906 5.924
1.569 1.629 1.673 1.692
27,70 30,12 32,72 34,66
DIRECTOR DEL PROYECTO DE FIN
DE TITULACIÓNPROFESIONAL EN FORMACIÓN
1.229 1.252 1.260 1.256
Observaciones: La toma de muestras es realizada por el profesional en formación y llevada al laboratorio de la
UTPL.
Ing. Angel Tapia Egdo. Angel O. Espinoza M.
1.200
1.210
1.220
1.230
1.240
1.250
1.260
1.270
1.280
25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40
DE
NS
IDA
D
HUMEDAD
97
ANEXO II: FOTOGRAFÍAS DE ENSAYOS REALIZADOS.
98
Fotografía 8. Visita de campo y reconocimiento de la zona de estudio.
Elaboración: ESPINOZA A. (2015).
Fotografía 9. Excavación y obtención de muestra alterada.
Elaboración: ESPINOZA A. (2015).
99
Fotografía 10. Extracción de muestras inalteradas in situ.
Elaboración: ESPINOZA A. (2015).
Fotografía 11. Identificación y protección de muestras inalteradas.
Elaboración: ESPINOZA A. (2015).
100
Fotografía 12. Obtención de muestras alteradas.
Elaboración: ESPINOZA A. (2015).
Fotografía 13. Determinación del contenido de humedad de las muestras alteradas e inalteradas.
Elaboración: ESPINOZA A. (2015).
101
Fotografía 14. Montaje de la muestra inalterada en el equipo de consolidación.
Elaboración: ESPINOZA A. (2015).
Fotografía 15. Toma de datos ensayo de consolidación.
Elaboración: ESPINOZA A. (2015).
102
Fotografía 16. Muestras ensayadas en el consolidometro. Ensayo de consolidación.
Elaboración: ESPINOZA A. (2015).
Fotografía 17. Montaje de muestras inalteradas para ensayo de expansión libre y presión de expansión.
Elaboración: ESPINOZA A. (2015).
103
Fotografía 18. Saturación de la muestra para ensayo de expansión libre y presión de expansión.
Elaboración: ESPINOZA A. (2015).
Fotografía 19. Secado de muestras para determinar los limites de consistencia.
Elaboración: ESPINOZA A. (2015).
104
Fotografía 20. Preparación de muestra para obtener los límites líquido, plástico y de contracción.
Elaboración: ESPINOZA A. (2015).
Fotografía 21. Realización del ensayo de límite líquido.
Elaboración: ESPINOZA A. (2015).
105
Fotografía 22. Ensayo de límite líquido.
Elaboración: ESPINOZA A. (2015).
Fotografía 23. Preparación de muestras húmedas para determinar el límite de contracción.
Elaboración: ESPINOZA A. (2015).
106
Fotografía 24. Muestras secas para determinar límite de contracción.
Elaboración: ESPINOZA A. (2015).
Fotografía 25. Ensayo de límite de contracción.
Elaboración: ESPINOZA A. (2015).
107
Fotografía 26. Lavado de muestra para ensayo de granulometría.
Elaboración: ESPINOZA A. (2015).
Fotografía 27. Ensayo de granulometría.
Elaboración: ESPINOZA A. (2015).
108
|Fotografía 28. Calibración del picnómetro para ensayo de gravedad específica.
Elaboración: ESPINOZA A. (2015).
Fotografía 29. Preparación y mezclado de la muestra para ensayo de gravedad específica.
Elaboración: ESPINOZA A. (2015).
109
Fotografía 30. Extracción de aire por agitación y ebullición de la mezcla agua-suelo. Gravedad específica
Elaboración: ESPINOZA A. (2015).
Fotografía 31. Determinación de la temperatura para registrar la masa final. Gravedad específica.
Elaboración: ESPINOZA A. (2015).
110
Fotografía 32. Preparación de muestra para ensayo de compactación.
Elaboración: ESPINOZA A. (2015).
Fotografía 33. Ensayo de compactación.
Elaboración: ESPINOZA A. (2015).
111
Fotografía 34. Muestra compactada al 50% de saturación para el ensayo de índice de expansión.
Elaboración: ESPINOZA A. (2015).
Fotografía 35. Muestra compactada ensayada en el consolidometro. Índice de expansión.
Elaboración: ESPINOZA A. (2015).
112
Fotografía 36. Preparación de muestra para ensayo de volumen de sedimentación.
Elaboración: ESPINOZA A. (2015).
Fotografía 37. Muestra puesta en saturación. Ensayo de volumen de sedimentación.
Elaboración: ESPINOZA A. (2015).
113
Fotografía 38. Muestra saturada durante 24 horas. Ensayo de volumen de sedimentación.
Elaboración: ESPINOZA A. (2015).
Fotografía 39.Cuarteo de muestra para triturar. Ensayo difracción de RX.
Elaboración: ESPINOZA A. (2015).
114
Fotografía 40. Pulverización de muestra para difractometria de RX.
Elaboración: ESPINOZA A. (2015).
Fotografía 41. Preparación de muestra para ensayo de difractometria de RX.
Elaboración: ESPINOZA A. (2015).