Soluciones para suelos expansivos

Pre-humectacin del suelo

La teora de pre-humectar el suelo antes de la construccin est basada en el hecho de que si al suelo se le

permite que se expanda antes de la construccin y si luego la humedad del suelo es mantenida, no es de

esperar cambios volumtricos y por lo tanto no es esperable daos sobre la estructura.

La experiencia indica que en las reas cubiertas por una losa, contrapiso, pavimento, etc., el contenido de

humedad del suelo rara vez decrece. Si uno inunda el suelo, una vez que el suelo se hinche hasta su

mximo potencial, la migracin del contenido de humedad hacia la parte de suelo subyacente que se

encuentra menos hmeda induce nuevas expansiones del suelo diferidas en el tiempo. Este proceso puede

continuar durante cerca de 10 aos.

El tiempo requerido para lograr una adecuada humectacin del suelo, aunque no sea necesario llegar a la

saturacin, es de al menos uno o dos meses, lo que puede ser considerado como demasiado largo.

Adems es muy cuestionable el hecho de que se obtenga una variacin uniforme en el contenido de

humedad del suelo en las reas pre-humectadas.

Los suelos arcillosos, que son los potencialmente expansivos, son muy difciles de pre-humectar siendo lo

ms factible que el agua penetre a travs de fisuras, etc., no logrndose una humectacin pareja del suelo.

Este mtodo de inundacin previa puede resultar til para la cimentacin mediante losas, construccin de

pavimentos, canales, etc., pero no es adecuado para cimentaciones aisladas (tipo patn).

La razn es que el pre-humectar el suelo conlleva a reducir en una forma muy significativa los parmetros

resistentes del suelo, lo que lo hace inadecuado para el apoyo de cimientos aislados.

Control de humedad

El suelo debe ser excavado a la misma profundidad que el peso del suelo contrarreste el levantamiento del

mismo, se pondr un material plstico sobre toda la superficie de la excavacin. La humedad alojada a una

profundidad igual al cambio de volumen es controlada por el peso del material sobre puesto y el peso de la

construccin. La humedad superficial podr controlarse por medio de una capa de arena graduada de 0.30

a 1 m o tal vez un poco ms gruesa que permita el flujo de agua en forma capilar, y mantendr una

uniformidad del contenido de agua en la arcilla.

Si bien es relativamente sencillo sacar el agua libre que se ha introducido en la obra para la construccin de

una fundacin, realizando los drenajes adecuados ya sean superficiales o subterrneos a tales efectos, pero

sin embargo no es tan sencillo el impedir la migracin de la humedad desde el exterior de un local hacia el

interior de un rea cubierta.

Para impedir la infiltracin de aguas superficiales se puede disponer de:

Barreras horizontales contra la humectacin del suelo alrededor de la construccin a travs de:

membranas, construccin de veredas perimetrales, pavimentos asflticos, drenaje adecuado.

Barreras verticales alrededor de la construccin para impedir las variaciones estacionales en el

contenido de humedad del suelo tambin mediante el uso de membranas, hormign, etc.

Las barreras verticales usualmente estn unidas a una horizontal para prevenir la humectacin del suelo

entre la barrera vertical y la construccin, ya que las barreras verticales deben construirse al menos 70 a

100 cm alejadas del permetro de la construccin.

Si bien las barreras verticales son ms efectivas que las horizontales, las mismas resultan mucho ms

costosas.

Para evitar la variacin del contenido de humedad por variacin del nivel de agua subterrnea la alternativa

ms adecuada la constituye la construccin de drenajes subterrneos.

El proyecto de drenes deber tener presente el tipo de acufero de que se trate, si es confinado o no, el

caudal de agua que escurre por el mismo, profundidad a la que se instala el dren, capacidad del sistema de

drenaje, etc.

Sustitucin del suelo expansivo

Una alternativa simple de cimentar una losa o un patn en un material expansivo es remplazar el material

expansivo por otro que no lo sea.

La experiencia indica que si el suelo natural sobre el que estamos apoyando nuestro cimiento consiste en

ms de 5 pies (aprox. 1.50 mts) de suelo granular del tipo (SC-SP), que a su vez se apoya en un suelo

altamente expansivo no existe riesgo de movimiento en la fundacin cuando apoyamos la misma sobre

este material granular.

El primer requerimiento es, obviamente, que el material no sea expansivo, eso lo cumplen los suelos cuya

clasificacin vara desde los materiales del tipo GW a los del tipo SC.

Los materiales granulares que podemos considerarlos limpios, es decir con escasa cantidad de finos,

aquellos cuya clasificacin de acuerdo al S.U.C.S. vara del tipo GW a SP, tiene una permeabilidad tal que el

agua podra llegar hasta los materiales subyacentes arcillosos y expansibles.

Desde el punto de vista antes sealado sera preferible que los materiales del relleno sean menos

permeables, con cierto contenido de finos (del tipo SM o SC), aunque estos tiene la contra de que los finos

de estos materiales pueden a su vez presentar cierto grado de expansin.

Uno de los criterios usuales es el planteo de la siguiente condicin:

Lmite lquido % de Material que pasa el 200

Mayor a 50 15 30

Entre 30 a 50 10 40

Menor a 30 5 - 50

No es tan fcil que un suelo cumple con las condiciones antes planteadas. En caso de dudas razonables,

para poder determinar realmente el potencial expansivo del suelo hay que proceder a las metodologas

habituales a tales efectos.

Una alternativa para mejorar el potencial expansivo del suelo sera el poder mezclar el material granular

con el suelo emplazado en sitio. Si bien dicho mtodo es tericamente razonable, en la prctica se hace

muy dificultoso la mezcla de material granular con arcillas de bajo contenido de humedad. Se necesita

maquinaria especial, sobre todo por la dificultad de disgregar los terrones de arcilla a tamaos adecuados,

lo que lleva a costos tan caros como otros procedimientos en los que se obtienen mejores resultados como

la estabilizacin con suelo cal o suelo cemento.

La principal razn por la cual un relleno artificial de un material seleccionado no es tan efectivo como el

apoyar sobre una masa de suelo granular en estado natural, es por la extensin del mismo debajo de la

fundacin en uno y otro caso. Cuanto mayor sea el rea en que efectuamos el reemplazo, ms efectivo

resulta el relleno.

Control de expansin

Permitiendo que el suelo se expanda dentro de las cavidades de la cimentacin, los movimientos de una

cimentacin pueden ser reducidos a un nivel tolerable. Un tipo de cimentacin comnmente usado es el

llamado waffle, denominado en el sistema de E.E.U.U., nosotros lo conocemos como losa de cimentacin

con contratrabes, donde las contratrabes soportan la construccin y las cavidades permiten la expansin

del suelo.

Modificacin de propiedades expansivas del suelo

La Estabilizacin por Inyeccin es un mtodo in situ de

tratamiento de arcillas expansivas por inyeccin de presin de

una solucin acuosa de agua, lechada de cal, o cloruro de

potasio.

Las profundidades tpicas de inyeccin son de 7 a 12 pies de

profundidad bajo cimientos de construccin y de hasta 40 pies

de profundidad o ms bajo subsuelos de vas frreas y rellenos

sanitarios.

Un sistema de estabilizacin econmico in situ con una historia de 40 aos de tratamiento de suelos

cohesivos. Los mtodos de inyeccin varan de acuerdo con el tipo de material que est siendo inyectado.

Inyeccin de agua, una tcnica pre-inflamiento, es un mtodo de introducir agua en la arcilla expansiva

con el fin de inflar la arcilla tanto como sea posible antes de la construccin

Se inyecta agua y surfactante (agente activo de la superficie) en la arcilla expansiva para pre-inflar la arcilla.

Cada pase de inyeccin es realizado en centros de 5 pies. Se requieren varios pases para pre-inflar

efectivamente un sitio. El pre-inflamiento se usa tpicamente para grandes construcciones (50K+) y grandes

reas de pavimento. La inyeccin de rea es poco costosa, rpida y fcil de usar.

Se agrega un surfactante al agua para reducir la tensin del agua e incrementar el ndice de absorcin del

agua por la arcilla.

Metodologa

Diversas condiciones se combinan para hacer de la inyeccin de agua una tcnica efectiva.

A medida que se agrega agua a la arcilla por medio del proceso de inyeccin, esta es absorbida por las

partculas de la arcilla debido a la presencia de iones hidratantes localizados en el espaciamiento entre las

partculas de arcilla.

Eventualmente, la arcilla absorber una cantidad de agua que satisfaga la carga de partculas de la arcilla,

punto en el que el proceso de inflamiento estar completado.

Un plano de esfuerzo cortante se desarrolla en las cubiertas exteriores del sistema de arcilla/agua que

corresponde a una reduccin total en la fuerza de corte de la arcilla. Por esta razn, las mediciones de

fuerza de corte, como aquellas obtenidas con un penetrmetro de bolsillo, pueden ser una manera rpida y

efectiva para determinar el xito de la inyeccin.

La Inyeccin de Cal es la inyeccin de lechada de cal a altas presiones (50 a 200 psi) resultando en una

cobertura del patrn de desecacin de la arcilla con lechada.

Adicionalmente, la superficie del relleno de construccin ser cubierta con la lechada de cal como resultado

del proceso. Este material es mezclado con el suelo para formar una plataforma de trabajo despus de la

inyeccin.

La inyeccin de cal usualmente es seguida por la inyeccin de agua para pre-inflar la arcilla y distribuir

despus la cal en el suelo.

La cal es inyectada para llenar el patrn de desecacin de

la arcilla expansiva con lechada y estabilizar la superficie

del relleno para facilidad de operacin.

La inyeccin de cal se usa para rellenos de construccin,

as como para calles, estacionamientos y carreteras.

Metodologa

Cuando el hidrxido de calcio est en contacto con la

superficie de arcilla en el patrn de desecacin del suelo,

este reacciona con la slice y almina en la arcilla para

formar hidratos de slice de calcio y alminas de slice de

calcio. Estos compuestos cementosos representan nuevas

molculas y no son expansivas.

La Inyeccin de Cloruro de Potasio (CIS) es la mezcla junto con el cloruro de potasio y lignosulfonato de

amonaco en una solucin acuosa que es inyectada para limitar enormemente la elevacin futura de un

suelo de arcilla expansiva.

A diferencia del pre-inflamiento, la inyeccin de potasio limita la cantidad de agua que absorbe la arcilla.

Por esta razn, la inyeccin de potasio tambin es un mtodo para contener la elevacin que ocurre en

estructuras existentes.

Usualmente, la inyeccin de potasio est limitada para usarse en estructuras existentes, as como en

aquellas que son altamente sensibles al movimiento, tales como las residencias.

Es mezclado con lignosulfonato de amonaco e inyectado en arcillas expansivas para tratar qumicamente la

arcilla y reducir dramticamente su afinidad por el agua.

Usualmente es inyectado antes de la construccin de estructuras altamente sensibles, as como a travs de

los pisos de estructuras existentes para reducir la elevacin en curso.

Metodologa

Diversas condiciones se combinan para hacer de la inyeccin de agua una tcnica efectiva.

La cantidad de agua que absorbe la arcilla se dicta por el ion predominante localizado en el espaciamiento

entre las partculas de arcilla.

Al cambiar el ion predominante, el comportamiento del sistema de arcilla/agua puede ser alterado.

El potasio y el amonaco son iones que pueden satisfacer la energa potencial de las partculas de arcilla y

no tienen una hidratacin excesiva.

La Inyeccin de Cal/Ceniza Suelta es la mezcla de cal y ceniza suelta en una lechada y su inyeccin en

suelos de poca fuerza para mejorar la capacidad de soporte y transitabilidad.

En suelos menos reactivos, tambin se usa Geocem para mejorar la fortaleza del suelo.

Geocem es una mezcla de 80% de piedra caliza de base fina y 20% de clnker de cemento Portland. Estos

dos materiales son inyectados para mejorar las condiciones debajo de los subsuelos de las vas frreas,

pavimentos y rellenos sanitarios.

Se usa para tratar arcillas y cienos de menor fortaleza para mejorar la capacidad de soporte disminuyendo

el contenido de humedad e incrementando la densidad seca y la fortaleza de corte.

Se usa para tratar problemas de subsuelos de vas frreas en rellenos altos. Tambin se usa para mejorar

las condiciones de subsuelos en estructuras de pavimento tales como carreteras y puentes.

Metodologa

Cuando la cal/ceniza suelta es inyectada en una arcilla o cieno de baja fortaleza, esta desplaza el agua que

est atrapada en el suelo.

Despus, el material reaccionar qumicamente con el suelo, resultando en mayores incrementos en la

fuerza de corte.

Al inyectar cal/ceniza suelta o Geocem, es posible disminuir el contenido de humedad del suelo y mejorar la densidad seca, lo que contribuir con la fortaleza de corte.

Estabilizacin con cal por mtodo de perforaciones

Esta tcnica consiste bsicamente en perforar huecos en la subrasante y llenarlos con una lechada de cal o

una mezcla de cal y arena. Una vez se llenan los huecos, la cal emigra o se difunde en el estrato de suelo

inicindose las reacciones suelo-cal.

La experiencia ha demostrado que las reacciones se producen en la periferia del hueco y en el fondo del

mismo, pero se logra una reduccin en el potencial expansivo debido al efecto de pre-humedecimiento y a

la liberacin de esfuerzos alrededor de la perforacin.

Lechadas de cal inyectadas a presin

Con el objeto de lograr una mayor distribucin de la cal en las

subrasantes expansivas, se ha desarrollado la tcnica de inyecciones a

presin. La tcnica consiste en inyectar las lechadas con cal a presiones

del orden de 14.0 Kg/cm2r dependiendo de las condiciones del suelo la

tubera de inyeccin se penetra en ste, aproximadamente, 30 cms y la

lechada se prepara con 1 a 5 kgs de cal por galn de agua, la inyeccin

se hace hasta que el suelo rechace la lechada.

La experiencia ha demostrado que con este sistema se logran buenos resultados si el suelo expansivo tiene

un extenso sistema de fisuras y grietas a travs del cual la lechada pueda ser inyectada eficientemente. El

mayor beneficio de este tipo de tratamiento se obtiene tambin por el pre-humedecimiento producido, la

barrera de humedad formada por el suelo cal y a las limitadas cantidades del suelo que ha reaccionado

producindose la estabilizacin.

Estabilizacin con cal por el Mtodo Deep-plow

La tcnica consiste en remover un espesor aproximado de un pie antes de regar la cal, posteriormente se

riega la cal necesaria para la estabilizacin, se mezcla la cal con el suelo con tres pasadas del plow hasta una

profundidad de dos pies, se esparce agua sobre la mezcla seca en la va, se hace un mezclado final con un

ripper profundo, se efecta una compactacin inicial del espesor de dos pies del material estabilizado en

una sola capa, utilizando un equipo de compactacin pata de cabra o un rodillo pata de cabra vibratorio, la

compactacin final se efecta utilizando 6 pasadas con un rodillo de 70 toneladas de peso.

Esta tcnica permite estabilizar con cal y compactar en forma adecuada espesores de 60 a 90

cms. Experiencias sobre la utilizacin de este mtodo indican que se logran densidades superiores al 95%

del AASHTO-99 y que la distribucin de la cal es homognea en los primeros 40 cms y menos en los

restantes 20 cms.

Columnas de grava o arena

Vibrosustitucin (Vibroflotacin por va hmeda)

Este procedimiento es aplicable en

el caso de suelos blando cohesivos

en los que las paredes laterales del

hueco practicado por el vibrador

no resultaran auto-estables, o en

el caso de que el nivel fretico de

encuentre alto y sea preciso

penetrar bajo l. El rango habitual

de resistencias al corte sin drenaje

del terreno para que este tipo de

tratamiento sea aplicable oscila

entre 20 y 50 kPa, llegando

ocasionalmente a 15 kPa.

El vibrador penetra en el suelo por efecto de su peso propio y la vibracin, ayudando por unas lanzas de

agua situada en la punta y en la parte superior del aparato. El flujo continuo de agua facilita el

mantenimiento de la estabilidad del hueco practicado en el suelo y el arrastre y evacuacin del detritus

generado. Adicionalmente el agua permite refrigerar el motor, lo que puede ser un factor relevante en el

caso de motores elctricos.

Vibrodesplazamiento (Vibroflotacin por va seca)

Cuando los suelos (cohesivos) a tratar son estables, no sensitivos, y cuando el nivel fretico se encuentra

suficientemente bajo, se puede emplear este mtodo para la formacin de columnas de grava compactada.

La ventaja fundamental de este procedimiento con respecto al de va hmeda deriva de que el empleo de

las lanzas de agua para ayudar en la penetracin y estabilizacin del agujero practicado no es necesario.

Para ello es preciso lgicamente

que el hueco abierto con el

vibrador sea auto-estable, lo que

a su vez obliga a contar con una

suficiente resistencia al corte sin

drenaje del suelo natural, que ha

de sustituirse al menos entre 30

y 60 kPa. En este mismo sentido,

el nivel fretico ha de

encontrarse suficientemente

profundo, por debajo de la

mxima profundidad de

tratamiento.

Empleo de vibroflotadores especiales

Con el fin de paliar los inconvenientes asociados al empleo de grandes cantidades de agua, varias empresas

especializadas han desarrollado vibroflotadores especiales con los que se pueden ejecutar columnas por va

seca (o con muy poca adicin de agua) en terrenos muy blandos, no auto-estables, o en zonas de nivel

fretico elevado.

Lo que distingue a este tipo de vibroflotadores especiales es el

hecho de poder efectuar el vertido de la grava directamente por

la punta del aparato, bien sea a travs de un hueco central en el

mismo, bien a travs de un tubo adicional abosado lateralmente

al vibroflotador.

El proceso a seguir es anlogo al vibrodesplazamiento. As, el

vibrador penetra en el terreno por su propio peso, ayudando por

la vibracin y por lanzas de aire comprimido situadas en la punta.

El mismo vibrador, que no se retira, sirve de revestimiento de la

perforacin, con lo que el hueco practicado se puede mantener

estable.

Otros procedimientos

Si bien las tcnicas especficas de Vibroflotacin hacen uso de

vibradores o vibroflotadores especiales, obviamente es posible

construir columnas de grava (o de arena) mediante otros

procedimientos ms o menos convencionales.

Resulta interesante destacar en cualquier caso que en Japn se ha

desarrollado y empleado con enorme profusin el procedimiento

basado en la hinca de una tubera mediante un vibrador pesado en

cabeza. En este caso el relleno por el interior del tubo se efecta

empleando arena en lugar de grava, que se densifica y se imbrica con el

terreno natural mediante sucesivos descensos y elevaciones de la

tubera de revestimiento manteniendo la vibracin.

Fundaciones superficiales en suelos expansivos

Las cimentaciones superficiales son aquellas que se apoyan en las capas superficiales o poco profundas del

suelo, por tener ste suficiente capacidad portante o por tratarse de construcciones de importancia

secundaria y relativamente livianas.

En resumen las Cimentaciones Superficiales reparten la fuerza que le transmite la estructura a travs de sus

elementos de apoyo sobre una superficie de terreno bastante grande que admite esas cargas.

Se considera cimentacin superficial cuando tienen entre 0,50 m. y 4 m. de profundidad, y cuando las

tensiones admisibles de las diferentes capas del terreno que se hallan hasta esa cota permiten apoyar el

edificio en forma directa sin provocar asientos excesivos de la estructura que puedan afectar la

funcionalidad de la estructura; de no ser as, se harn Cimentaciones Profunda.

Esta clase de fundaciones, ms comnmente denominadas como zapatas o patines, pueden ser

implementadas con xito sobre subsuelos conformados por materiales expansivos, siempre que se cumpla

al menos uno de los siguientes requisitos:

- La presin aplicada, debido a las cargas permanentes, resulte suficiente como para contrarrestar la

presin de expansin.

- La superestructura tenga el grado de rigidez necesario como para que una expansin diferencial no cause

fisuras o grietas en los elementos resistentes.

- El efecto expansivo pueda ser eliminado o al menos reducido de manera de evitar o mitigar los

desrdenes (ya sean stos de carcter resistente, funcional o ambos).

Zapatas corridas

Como se sabe, es la tipologa ms comn de fundacin

superficial para estructuras livianas. Es claro, en

consecuencia, que para prevenir el efecto de la

expansin se vuelve necesario concentrar la presin

aplicada, lo que deriva en minimizar el ancho de la

zapata.

Por lo tanto el uso de zapatas corridas debera limitarse

a suelos de bajo grado de expansin, por ejemplo en

general inferior al 1%, medido en el ensayo de

expansin libre.

Sin embargo, el uso de fundaciones alternativas, al caso pilotes, puede ser antieconmico y por ello en

muchas situaciones se aceptan daos menores (como fisuras en paredes y techos), cuyos costos de

reparacin resultan inferiores a los de un sistema de fundacin diferente.

Una variante, cuando no es factible cambiar el sistema de fundacin, es implantar las zapatas a

profundidades mayores, esto es a salvo de la capa de suelo donde las variaciones en el contenido de

humedad son mayores (al menos 1,50 a 2,00 m por debajo del nivel del terreno natural). Esta ubicacin

reduce y limita adems los desplazamientos diferenciales.

En general, se sugiere a las zapatas corridas como una alternativa en principio vlida cuando:

El subsuelo no es altamente expansivo (bsicamente illita en vez de montmorillonita)

Es poco probable que se verifique un ascenso del nivel fretico.

No hay disponibilidad de fundar con pilotes.

La superestructura est conformada por madera.

Una variante a veces empleada es la fundacin en cajn, esto es una estructura de hormign

fuertemente armada, cuya altura media es del orden de 2,00 m. Es notorio que este tipo de fundacin

protege a la estructura de eventuales fisuraciones derivadas de expansiones diferenciales. En estos casos,

no deben existir discontinuidades a nivel de la superestructura, que introduzcan puntos dbiles. En

especial, en estructuras complejas, se sugiere agregar juntas para separarlas en dos o ms mdulos. Cada

mdulo actuar entonces en forma independiente y los desplazamientos diferenciales podrn absorberse

en las juntas.

Zapatas aisladas

Como es sabido, este sistema consiste en una serie de zapatas apoyadas sobre las capas superiores del

subsuelo, conectadas entre s por vigas de fundacin. Como en el caso de las fundaciones indirectas o

profundas, la carga de la estructura es trasmitida al suelo en forma concentrada en diferentes puntos; la

diferencia es que naturalmente en este caso la descarga se realiza en las capas superiores del terreno y no

se involucra la resistencia lateral por friccin.

El uso de este sistema puede ser ventajoso cuando:

El techo de roca o el estrato resistente es

profundo y no puede ser econmicamente

alcanzado por pilotes.

Las capas superiores del suelo poseen un

potencial expansivo moderado.

La capacidad portante de las capas superiores es

relativamente alta.

Existe nivel fretico o capas blandas que impiden

el uso de pilotes trabajando por friccin.

En el caso de un suelo expansivo, si la presin aplicada es mayor que la presin de expansin (para cambio

de volumen nulo) no deberan observarse desplazamientos debidos a esta causa.

En general puede decirse que la magnitud de la presin aplicada est limitada por la capacidad portante del

suelo de fundacin y es funcin del coeficiente de seguridad adoptado (usualmente entre 2 y 3). Por lo

tanto, considerando los valores habituales de tensiones admisibles para suelos arcillosos de Formacin

Libertad (1,0 a 2.0 kg/cm2), este sistema de fundacin slo podr aplicarse en suelos con potenciales

expansivos medios (1 a 5% de expansin libre y presin de expansin en el rango de 1 a 2 kg/cm2).

Para permitir en estos casos la concentracin de tensiones aplicadas en las zapatas individuales se requiere

descalzar las vigas de fundacin, esto es dejar un espacio vaco bajo stas.

De todas formas, algunos investigadores como Peck entre otros, han sealado adems que la expansin del

suelo slo se puede impedir en una zona localizada bajo la zapata donde se concentran las tensiones

inducidas por la fundacin.

Congelacin de suelos

A la hora de realizar una excavacin y conseguir estabilizar el

suelo, aunque sea de forma provisional, una posibilidad

consiste en congelar el suelo, especialmente cuando stos

son blandos y estn saturados. Ello permite disponer de una

pared provisional que impide el desmoronamiento del

terreno.

El estudio de la congelacin artificial del suelo precisa

conocimientos en relacin con las tcnicas de congelacin

existentes, as como de las propiedades trmicas y

geotcnicas del terreno. Como es fcil de entender, este procedimiento constructivo requiere la presencia

de empresas altamente especializadas.

Fundamento terico

La congelacin del terreno con el fin de conseguir su estabilizacin temporal es una tcnica antigua

empleada ya en minera desde mediados del siglo pasado. Se basa en la transformacin del agua intersticial

en hielo, que en ese estado acta como elemento aglutinante de las partculas que componen el suelo.

Se consiguen as dos efectos, por una parte un aumento de la resistencia del terreno y por otra una

completa impermeabilidad que facilita durante un tiempo las condiciones de excavacin. Pero al mismo

tiempo, tambin se alteran otras condiciones geotcnicas que pueden afectar a estructuras contiguas a la

obra, que en el proyecto previo han de ser estudiadas cuidadosamente.

Aplicabilidad

La congelacin es adecuada en una gran variedad de suelos, incluso en casos donde las inyecciones y otros

mtodos no pueden ser utilizados. El requisito que plantea es la necesidad de que los suelos estn

saturados de agua, ya que de lo contrario el mtodo no mejora las caractersticas del terreno.

Sistemas de congelacin

El procedimiento general se aplica instalando en torno al

bloque de suelo que se quiera estabilizar, un conjunto de

tubos o sondas de congelacin por las que habr de

circular la sustancia refrigerante, con la disposicin y

separacin entre sondas que aconsejen las condiciones

de obra (profundidad de excavacin, planta, etc.) y el

terreno.

Como sustancias refrigerantes pueden emplearse

salmueras (frecuentemente de cloruro clcico), anhdrido

carbnico, o nitrgeno lquido, todas ellas con el mismo

fundamento fsico: la capacidad de absorcin de calor de

estas sustancias, al pasar de lquido a gas.

La instalacin es diferente, segn el elemento refrigerante sea recuperado (circuito cerrado) o no (circuito

abierto). En el primer caso, ha de establecerse un circuito cerrado como el que se muestra en la figura. El

fluido en forma lquida, pasa por los tubos refrigerantes y al evaporarse a travs de ellos absorbe caloras

del terreno. Conseguido este efecto, la sustancia en forma de gas se hace pasar por un compresor que en

combinacin con un sistema refrigerador lo licua a baja temperatura, y despus es conducida a un

depsito, en el que es almacenada en forma lquida a alta presin. Desde este depsito el caudal ser

bombeado de nuevo a las sondas refrigerantes para ser reutilizado en un nuevo recorrido a travs del

circuito cerrado de congelacin.

Cuando la congelacin se aplica sin recuperar la sustancia refrigerante, sta (normalmente nitrgeno

lquido), es transportada a pie de obra en camiones cisterna y desde ellos es bombeada a baja temperatura

( -196 C), directamente hacia las sondas o tubos congeladores de la instalacin: el fluido, despus de

pasar a travs de las sondas, ya evaporado es dirigido hasta el final del circuito, en este caso abierto, del

cual sale a la atmsfera en forma de gas a unos -60 C de temperatura.

Este sistema resulta ms caro que el anterior por no recuperarse la sustancia refrigerante, pero los efectos

de congelacin que se consiguen en la prctica son ms rpidos.

Existe la opcin de utilizar un procedimiento mixto, consistente en combinar la capacidad frigorfica del

nitrgeno lquido, para efectuar la congelacin del terreno de forma rpida, y la economa de la salmuera,

para el mantenimiento durante los trabajos de excavacin y ejecucin de la estructura. Para ello, los

circuitos de sondas deben estar separados de forma que se puedan utilizar ambos procedimientos.

Condiciones de ejecucin

La eleccin del procedimiento y medios de congelacin ms efectivos, requiere el estudio del terreno y de

la obra en tres etapas:

Estudio de viabilidad

Eleccin del sistema

Ejecucin y control

El objeto del estudio de viabilidad es decidir en primer trmino si la congelacin es factible, con o sin

medidas correctoras del terreno y en el primer caso definir qu tipo de medidas deben adaptarse.

Como es lgico, es esencial partir de un buen conocimiento hidrogeolgico del terreno y de todo el entorno

al que pueda afectar el proceso de congelacin. En este estudio tienen especial inters los parmetros

trmicos del suelo, y los geotcnicos antes y despus de la congelacin, y en las situaciones intermedias.

Es importante conocer el volumen y las condiciones del agua que pueda estar en contacto con la masa

congelada, por la aportacin de calor que puede proporcionar y por los efectos producidos por la velocidad

de circulacin: a partir de velocidades de 1,5 2 m/da si no es con nitrgeno lquido la congelacin no es

factible; con velocidades mayores los tratamientos previos de inyeccin por su eficacia y por su escasa

incidencia econmica, pueden ser un buen medio corrector. En general los procesos de congelacin son

ms viables en suelos saturados pero tambin son aplicables en suelos con grados muy bajos (10 %) de

saturacin.

Con las conclusiones del estudio de viabilidad debe decidirse el sistema de congelacin y la forma y

disposicin de los tubos que mejor se adapten a las condiciones del terreno y del espacio disponible. Si la

obra lo permite, se suele recurrir a superficies cilndricas (circulares o elpticas) para que los esfuerzos que

se produzcan sobre el bloque congelado sean principalmente de compresin.

El anlisis trmico previo del bloque a congelar es esencial para decidir:

La disposicin ms favorable de las sondas

La potencia del equipo de congelacin y

El tiempo de funcionamiento que es necesario para conseguir la temperatura de congelacin

prevista.

En este tratamiento es muy importante el control de temperaturas en el interior del suelo congelado

mediante la disposicin de sondas termomtricas. As, puede controlarse cmo progresa la formacin del

muro, adems de vigilar su evolucin durante la fase de excavacin, establecer los periodos de

mantenimiento y fijar la potencia frigorfica necesaria en funcin de la respuesta trmica del suelo y la

transmisin de calor a travs del paramento excavado.

La resistencia de un suelo congelado est definida como en cualquier otro, por la cohesin y el ngulo de

rozamiento. Pero estos parmetros en este caso, varan en funcin de la temperatura y del tiempo con

leyes diferentes no slo en funcin de la composicin del suelo sino tambin de la duracin de la carga

aplicada.

Ventajas y limitaciones

Las ventajas del tratamiento de congelacin del terreno radica en la posibilidad de ahorro de tiempo y de

coste frente a problemas de presencia importante de agua en excavaciones bajo el nivel fretico, adems

de en la amplia variedad de suelos donde puede aplicarse. Como limitaciones destacan la alta

especializacin que precisa su aplicacin y su elevado coste, por lo que no es muy utilizado en Espaa.

Tambin hay que apuntar como inconvenientes que, en el caso de gravas, con cierta velocidad del agua

sublvea, la congelacin se hace complicada y necesitara alguna inyeccin complementaria. Tampoco es

despreciable el asiento producido tras la descongelacin del suelo.

Soluciones para suelos colapsables

Prehumedecimiento

Significa que el suelo es humedecido antes de que la estructura sea construida, de tal manera que el

asentamiento debido al colapso sea pequeo o despreciable despus de que la estructura se construya. El

agua puede introducirse cerca de la superficie por medio de estancamientos, trincheras o ambos. Los pozos

de infiltracin pueden usarse para la aceleracin de la distancia del agua hasta cierta profundidad y

controlar la zona con ms presin. Esta tcnica generalmente se emplea bajo el peso de sobrecarga

solamente, pero una sobrecarga puede ser usada y despus retirada cuando ya se haya estabilizado la

precarga.

Mtodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactacin

Compactacin dinmica

Este mtodo es adecuado para compactar mantos de suelos

colapsables superficiales con espesores menores a 3,50

metros. El mtodo consiste en dejar caer en cada libre desde

una altura de 4 a 8 metros, pilones de 3 a 8 Ton. sobre la

superficie del terreno, a razn de 10 a 16 impactos en cada

lugar (Abelev y Abelev, 1979). El impacto genera una rotura de

la estructura del suelo, un aumento de la presin de poros y

una compresin del aire presente en los poros, produciendo

un reacomodamiento de las partculas, dando como resultado una estructura ms compacta. Segn

Malyshev et al (1983) el contenido de humedad del suelo juega un papel importante, logrndose la mxima

eficiencia con un contenido de humedad cercano al Lmite Plstico. Si el contenido de humedad es menor a

ste, es necesario humedecer el espesor de suelo de modo

de alcanzar una mejor eficacia. Varios son los factores que

controlan los resultados del mtodo, as por ejemplo el

espesor compactado es funcin principalmente del peso y del

dimetro del piln. En tanto el grado de compactacin est

controlado por el nmero de impactos y la humedad del

suelo. El grado de compactacin no es uniforme a lo largo de

todo el espesor compactado, logrndose la mxima

densificacin a 1,2 a 1,5 veces el dimetro del piln. Sin

embargo, se pueden obtener Pesos Unitarios secos superiores a 1,6 t/m3

en espesores de 2,5 a 3,5 m., lo

cual en la mayora de los casos es suficiente para disminuir o anular la susceptibilidad al colapso del suelo.

Una variante a este mtodo es realizar la compactacin solamente en los lugares donde actan las cargas y

no en toda el rea de la construccin. Por ejemplo, en casos de fundaciones de muros de carga o fundacin

de columnas, el mejoramiento del suelo se logra densificando la zona de influencia del bulbo de presiones,

o sea la zona donde los incrementos de presin pueden hacer colapsar el suelo.

Compactacin por medio de pequeos pilotes piramidales

En cierta forma este mtodo es una variante del mtodo anterior. Consiste en hincar un pilote piramidal de

3 a 4 metros de longitud, con una seccin transversal superior de 60 x 60 a 70 x 70 cm., y una seccin

transversal inferior de 10 x 10 cm. Una vez retirado el pilote la cavidad se rellena con hormign. Este tipo

de metodologa da excelentes resultados en reas en donde existe un espesor de suelos potencialmente

colapsables (no autocolapsables) de 3,0 o 4,0 m de profundidad, pero que colapsarn si estn sometidos a

los incrementos de carga transmitidos por las construcciones. Una de las ventajas del mtodo es la

completa mecanizacin de todas las operaciones. Una variante a este mtodo consiste en realizar la hinca

sobre una capa de piedra partida, dando como resultado un bulbo de suelo compactado alrededor de la

capa de piedra, mejorando la capacidad de carga por la punta del pilote as construido.

Compactacin por pilotes de suelo

Este es uno de los mtodos ms usuales para

compactar espesores importantes (18 a 20 m.) de

suelos lossicos susceptibles al colapso. El

procedimiento consta de dos partes: primero se realiza

la perforacin y segundo se llena la cavidad con suelo

compactado. La perforacin se realiza usualmente

mediante la hinca de un pilote metlico con base

ensanchada (1,5 veces). En otra metodologa de

reciente uso, la excavacin se hace de la siguiente

forma: se perfora hasta la profundidad deseada un

hoyo de 8 cm. de dimetro dentro del cual se coloca

una columna de explosivos, que luego de estallar crea

una perforacin de aproximadamente 0,80 m de

dimetro. Despus de efectuada esta perforacin

dinmica" la cavidad se rellena con suelo local, introducido en tongadas de 100 a 200 Kg, que luego son

compactadas dinmicamente por medio de un til especial. Concluidas ambas etapas quedan formadas

columnas de suelo compactado con un dimetro aproximado igual a dos veces el de la perforacin. El grado

de compactacin va decreciendo a medida que se aleja del centro de la columna, por tal motivo es

importante conocer esta ley de decrecimiento para disear correctamente la cuadrcula de pilotes de suelo.

Al igual que en los otros mtodos, la eficiencia del sistema aumenta en la medida que la humedad del suelo

natural y compactado se encuentre a una humedad cercana al Limite Plstico. Por tal motivo es usual que

previo a la perforacin se realice una humectacin del espesor de suelos a compactar. Las densidades

alcanzadas son del orden de 1,70 a 1,80 t/m3

, que son suficientes para evitar el colapso por peso propio y

permiten el use del espesor compactado como manto de fundacin.

Compactacin por explosiones de gas

Esta relativamente nueva metodologa de compactar espesores de suelos colapsables consiste en

introducir, a travs de una lanza de agua a presin, una cmara de compresin que contiene una mezcla de

gas propano y oxgeno, la cual se va elevando a medida que se producen una serie de explosiones de la

mezcla. De este modo se va generando una columna 1,20 1,40 m de suelo compactado (Densidad de 1,50

t/cm3

) (Martemyanov et al, 1979).

Compactacin por humedecimiento (Hidrocompactacin)

En este caso se utiliza la propia susceptibilidad del suelo a colapsar bajo peso propio. El mtodo ms

frecuente de realizar la humectacin o saturacin del terreno, es a travs de infiltracin del agua desde la

superficie del terreno, para lo cual se efectan excavaciones poco profundas (0,40 a 0,80 m) o bien se

construyen grandes estanques. En muchos casos a efectos de acelerar el ingreso del agua al terreno se

construye dentro del estanque, drenes de arena convenientemente espaciados. Este sistema ha sido

empleado ampliamente en varias partes del mundo, por ejemplo en EE.UU. por Gibbs y Bara (1967) y

Clevenger (1956); en Rumania por Bally et al (1965,1969); en la URSS por Lomize (1968) y Mustafaef (1967);

en China por Lin y Liang (1982); y en Argentina por Moll et al (1979). A pesar de su amplia utilizacin y su

bajo costo, el mtodo presenta una serie de inconvenientes: aparicin de grietas de traccin en el contorno

del rea inundada; existencia de importantes deformaciones posteriores al colapso; necesidad de

recompactar los 4 5 primeros metros utilizando otro tipo de metodologa. La efectividad de este mtodo

se mejora sustancialmente si al mismo se lo combina con otro mtodo de compactacin dinmica.

Compactacin por humedecimiento previo y por explosiones profundas

Este mtodo fue desarrollado en la Unin Sovitica por Livinov (1976) en la dcada de los 60. El espesor de

suelos a compactar es previamente humedecido a travs de un sistema de drenes (cuadrcula de 3 x 3 a 5 x

5 m). Las cargas explosivas (5 a 7 Kg.) son colocadas en el fondo de los mismos drenes o bien en tubos

metlicos colocados en perforaciones adicionales. La cuadrcula con las cargas es aproximadamente de 4 x

4 m. En este procedimiento no es necesaria la completa saturacin del suelo, que por ejemplo necesita el

mtodo anterior. Posterior al humedecimiento se hacen estallar las cargas de toda un rea (2.000 a 50.000

m2

). La explosin genera una onda de choque que hace licuar la estructura del suelo, lo cual permite un

reacomodamiento de las partculas y un crecimiento de la densidad del suelo. En ciertos casos es

aconsejable la construccin de trincheras alrededor de la zona a compactar a efectos de evitar la

propagacin de grietas fuera de ella. La explosin produce un importante a inmediato asentamiento de la

superficie del terreno. Los asentamientos en general se estabilizan al cabo de 3 4 semanas. Este tipo de

mtodo es aconsejable cuando se desea compactar grandes volmenes de suelo, particularmente en

grandes complejos industriales o bien en obras hidroelctricas.

Mtodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificacin de su granulometra

En este apartado se incluyen aquellos mtodos de estabilizacin consistentes en la mezcla y posterior

compactacin de suelo colapsable con otros materiales (arena, gravas) a efectos de conseguir mayor

resistencia y mayor rigidez. Este tipo de estabilizacin es de amplio use en la ingeniera vial, en la

construccin de bases y de sub-bases.

Mtodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creacin de nuevos contactos

cohesivos

Inyecciones de agentes qumicos

Las investigaciones y las realizaciones en este tipo de estabilizaciones se han desarrollado principalmente

en la Unin Sovitica. Segn Mitchell (1981) la razn principal por la cual estos mtodos no se han

extendido universalmente se debe principalmente a los altos costos, frente a otros tipos de

estabilizaciones. Sin embargo, Esvtatiev (1988) da cuenta de la existencia, en la URSS, de ms de 800

proyectos en donde se han utilizado satisfactoriamente p. ej. el mtodo de silicatizacin). Esto ha permitido

un continuo mejoramiento de la tecnologa, una reduccin de los costos y una abundante normativa en la

regulacin de su uso. El agente qumico ms utilizado, por su bajo costo frente a otros agentes qumicos, es

el Silicato de Sodio. El mtodo consiste en inyectar en todo el espesor de suelo a tratar, una solucin de

silicato de sodio dimetro con perforaciones de 3 mm protegidas por un manguito de goma. La inyeccin se

realiza a una presin de 2,0 a 4,0 Kg/cm2 y una descarga de 48 litros por minuto (Zvyagin et al, 1978). La

silicatizacin del suelo es slo posible en un medio fuertemente alcalino. Segn Sokolovic (1973) se logra

una mejor eficiencia mediante una pre y post gasificacin con carbonato de calcio. Luego de la inyeccin,

tres son los cambios que se observan en el suelo: un aumento significativo de la resistencia a la compresin

(superior a 20 Kg/cm2

), una eliminacin de la susceptibilidad al colapso y una disminucin de la

permeabilidad. Otro de los tratamientos con agentes qumicos es la inyeccin de amonaco. La mejora en el

suelo es inferior al tratamiento por silicatizacin, adems presenta la desventaja de ser un elemento txico

y su utilizacin requiere medidas especiales de proteccin (Sokolovic, 1973).

Estas tcnicas se proyectan para aplicar cementacin y resistencia a los suelos colapsables de tal forma que

se reduzca el colapso si se presenta un humedecimiento posterior, por supuesto, algo de humedecimiento

ocurre en el proceso mismo del inyectado del agente cementante. La extensin a la cual este

prehumedecimiento es efectivo en reducir asentamientos futuros depende de la minuciosidad con que se

llev a cabo el humedecimiento y del porcentaje de esfuerzo total debido a la sobrecarga. La inyeccin de

una solucin de silicato de sodio ha sido usada extensivamente en la antes Unin Sovitica y en Bulgaria.

Esta tcnica se usa tanto para suelos colapsables secos, como para suelos hmedos, que se espera se

compriman bajo el preso de estructuras que se colocarn sobre ellos. Aunque parece que han sido

principalmente los suelos que han sido humedecidos, los que mejor responden a esta tcnica, han sido

tambin usadas como una medida de remedio cuando un humedecimiento parcial ha causado algo de

dao.

Esta tcnica consta de las siguientes fases:

Inyeccin de dixido de carbono para remover parcialmente el contenido de agua presente, y tambin para

lograr una activacin parcial del suelo.

Inyeccin de una lechada de silicato de sodio.

Inyeccin de dixido de carbono para neutralizar el lcali.

Se logra con esto una modificacin del equilibrio qumico y la formacin de un gel de slice cido. Un

resultado caracterstico de la reaccin, es el rpido endurecimiento del gel que envuelve a las partculas de

suelo en la forma de una pelcula y logra cementarlos, convirtiendo as al suelo en una masa monoltica

dura que tiene una permeabilidad relativamente baja. La inyeccin de amonio ha sido tambin usada en los

suelos hmedos; sin embargo, el efecto de estabilizacin es mucho menor al efecto causado por el silicato

de sodio, adems el uso de amonia es peligroso.

Estabilizacin trmica

Esta tcnica comenz a desarroIlarse en la URSS en la dcada de los aos 50, y ha sido utilizada

exitosamente en un importante nmero de emprendimientos. Segn Esvtatiev (1988) la aplicacin de este

mtodo es tcnica y econmicamente aconsejable en los siguientes casos: a) en la estabilizacin de

fundaciones existentes de estructuras altas como chimeneas, tanques de agua; b) en la paralizacin de los

asentamientos en construcciones existentes, provocados por el colapso del suelo. Las propiedades de los

minerales arcillosos cambian cuando stos son sometidos a altas temperaturas, lo cual genera un aumento

importante de la resistencia y por ende la eliminacin de la susceptibilidad al colapso del suelo. La

tecnologa ha ido variando y mejorando su eficiencia a lo largo de estas dcadas. No obstante la variedad

de mtodos, casi todos ellos consisten en la introduccin de un quemador de fuel o gas dentro de un pre

pozo de 0,20 metros de dimetro, con una presin de aire de 2,0 a 3,0 Kg/cm2

. De esta forma al cabo de 10

a 15 das se consigue una columna estabilizada de suelo de 2,0 a 3,0 metros y una profundidad de 10 a 15

metros (Beles y Stanculescu, 1958).

Estabilizacin mediante mezclado mecnico con agentes cementantes

El objetivo de este tipo de estabilizacin es la creacin de columnas o pilotes de suelo con alta resistencia y

rigidez, que permitan la transferencia de las cargas a mantos ms profundos y estables. Varios son los

mtodos constructivos que pueden agruparse dentro de este grupo. Los subdividiremos en los siguientes

subgrupos, dependiendo del lugar en donde se realiza la mezcla del suelo con el agente cementante.

1. La mezcla del suelo y el agente cementante se realiza en superficie. En este caso la excavacin se puede

realizar bien utilizando la tcnica constructiva empleada en los pilotes de suelo (hinca), o bien usar tcnicas

usuales de perforacin. La mezcla del suelo con el agente cementante (preferentemente Cemento

Portland) puede ser fluida (suelo cemento plstico) a introducirse dentro de la excavacin en forma de

pastones; o bien mezclar el suelo y el cemento con porcentaje de humedad ptimo a introducirlos en la

perforacin en tongadas (100 a 200 Kg) las cuales posteriormente son compactadas dentro de la misma

excavacin. Por lo tanto existen cuatro variantes segn sea el tipo de excavacin y el tipo de mezcla.

2. La mezcla del suelo y el cemento se realiza en el mismo proceso de perforacin. En este caso la mezcla

del agente cementante se realiza con el propio suelo. La mezcla puede realizarse mediante tiles especiales

que van mezclando el suelo con una lechada de cemento o bien usar la tcnica del jet grouting mediante un

chorro de lechada a alta presin.

Mtodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no

colapsable

Este tipo de estabilizacin se realiza principalmente en terrenos con suelos potencialmente colapsables, en

los cuales la presencia de cargas adicionales en superficie puede generar asentamientos adicionales ante un

incremento de la humedad del suelo. As, una parte del suelo colapsable superficial, ubicado directamente

debajo de las fundaciones, es excavado, extrado y reemplazado por otro material ms competente. Los

materiales generalmente utilizados son los siguientes: el mismo suelo extrado, compactado y

eventualmente estabilizado granulomtricamente; arena compactada o suelo cemento compactado. La

eleccin del tipo de material est condicionada generalmente por variables tcnico econmicas. Los

espesores de estos mantos son variables (1 a 4 m) dependiendo del tipo de cargas y de las caractersticas

del proyecto. Por ejemplo en algunos proyectos, los condicionantes pueden ser los asentamientos

diferenciales (edificios), en cambio en otros (canales), no slo importa disminuir la probabilidad que se

produzca el colapso, sino tambin lograr una capa de suelo ms impermeable. Este tipo de metodologa ha

sido utilizada con xito en numerosos pases y en innumerables tipos de obras. Tambin es frecuente el

empleo de esta metodologa en forma conjunta con otro tipo de estabilizacin profunda, cuando se

presentan mantos de suelos colapsables profundos y con espesores muy dispares.

Medidas conducentes a evitar la iniciacin del colapso

Arriba, se sealaron los tipos de humedecimientos, que segn Goldstein (1969), pueden presentarse en una

masa de suelo:

a) humedecimiento localizado por rotura de conducciones hidrulicas o infiltraciones de aguas de lluvia;

b) humedecimiento extenso causado por roturas de canales o efluentes industriales;

c) ascenso del nivel fretico;

d) aumento gradual y lento del contenido de humedad, por condensacin del vapor de agua, provocados

por condiciones ambientales.

Muchos de estos tipos de humedecimientos pueden ser prevenidos, principalmente los primeros, pues en

general stos son debidos a fallas o roturas de las instalaciones de la misma construccin. En cambio los

otros tipos de humedecimientos estn condicionados por factores externos al proyecto, como por ejemplo

puede ser el ascenso del nivel fretico o la rotura de un canal cercano y ajeno al proyecto. La accin del

proyectista debe estar encaminada principalmente a impedir, dentro de los lmites del proyecto, la

generacin de estos humedecimientos provocados por elementos de la propia construccin. Robinson y

Narkiewicz (1982) sugieren las siguientes medidas de proteccin contra el humedecimiento de edificios:

a) Pendientes adecuadas en la superficie del terreno que rodea a la construccin, de modo que no se

produzcan embalsamientos de agua en las cercanas de las fundaciones y que cualquier prdida de agua

pueda ser eliminada con rapidez.

b) Canalizacin de todos los desages de techos y patios hacia el exterior de la construccin.

c) Instalacin de membranas impermeables o pavimentacin de la superase que rodea a la construccin, de

modo de limitar la infiltracin de agua en el suelo adyacente a las construcciones.

d) Encerrar las conducciones de agua o efluentes cloacales dentro de conductos de fcil acceso, a efectos

de detectar posibles prdidas.

Algunas de estas medidas requieren una serie de medidas de control y mantenimiento durante la vida til

de la obra, de manera que peridicamente se realicen inspecciones a las instalaciones y puedan detectarse

prdidas o daos en las mismas. Tambin es aconsejable que los propietarios de la obra conozcan

perfectamente los riegos a que est expuesta la misma, de modo que su actividad y/o descuidos no inicie

procesos de humedecimiento del terreno.

Las medidas de proteccin, en otros tipos de obras civiles (canales o caminos), tienen la misma filosofa, es

decir, elementos de proteccin que impidan o dificulten la entrada del agua en el terreno de fundacin. As

por ejemplo, en las obras lineales se debe prestar una especial atencin al diseo del sistema de

alcantarillado y de desages. En algunos casos, estas obras suelen seguir parcialmente las curvas de nivel

del terreno, convirtindose en verdaderas presas que impiden el natural escurrimiento de las aguas,

provocando la acumulacin de agua en su entorno, lo que genera un humedecimiento generalizado del

terreno de fundacin con los consecuentes daos en la obra.

Es frecuente que en ciertos tipos de obras, como viviendas unifamiliares de una planta o incluso caminos y

canales, las nicas medidas a adoptar sean las presentadas en este apartado, ya que la utilizacin de

tcnicas de mejoramiento o fundaciones profundas resultan prohibitivas. En realidad la mayora de las

obras aludidas se construyen admitiendo el riesgo de un posible colapso del terreno. El buen

comportamiento que han tenido la mayora de ellas se debe fundamentalmente a que no se ha producido

ningn tipo de humedecimiento. En contraste, los daos son serios en aquellas obras que los han sufrido.

Por todo ello, es un deber de los investigadores a ingenieros buscar nuevas soluciones econmicas que

permitan disminuir los riesgos, y por ende los daos en este tipo de obras. Uno de los caminos en tal

sentido, es el estudio de estructuras que absorban o minimicen los posibles asentamientos diferenciales

provocados por el humedecimiento localizado del suelo sin un aumento excesivo de los costos.

Estructuras y/o fundaciones que admiten y resisten los fenmenos provocados por el colapso

El anlisis de este apartado se centrar principalmente en el estudio de las fundaciones superficiales en

suelos potencialmente colapsables, ya que el otro gran grupo de soluciones: fundaciones profundas

mediante pilotes, ser objeto de un examen detallado en los apartados siguientes.

La lista de estructuras que se asientan directamente sobre mantos de suelos potencialmente colapsables es

amplia, entre ellas pueden sealarse: viviendas unifamiliares, construcciones transitorias, galpones, ductos

enterrados, canales, caminos, etc.

Las fundaciones directas sobre suelos colapsables pueden ser divididas en dos grupos:

a) Fundaciones rgidas, utilizadas principalmente en estructuras livianas y con cargas puntuales, por

ejemplo, torres de lneas de alta tensin, columnas de naves industriales o depsitos. En general, este tipo

de estructuras tienen algunos rasgos comunes, como son por ejemplo: cargas verticales bajas, cargas

horizontales importantes, y en general suelen aceptar asentamientos admisibles mayores.

b) Fundaciones de baja rigidez longitudinal, en este caso se trata de estructuras con cargas lineales (muros

de carga, canales, etc.) con baja rigidez en el sentido de las cargas. Este tipo de estructuras son sensibles a

humedecimientos localizados del terreno que generan asientos diferenciales importantes. En general, las

medidas que suelen tomarse para disminuir los efectos de los asientos diferenciales son las siguientes:

diseo de elementos que rigidicen la estructura (Clemence Y Finbarr, 1981), y el diseo de elementos

constructivos que eviten la introduccin del agua en el terreno, sealados anteriormente.

Vibroflotacin

El uso de Vibroflotacin para suelos colapsables es esencialmente el mismo que se emplea para suelos

arenosos sueltos, una sonda vibratoria es hincada a chorros en el lugar y despus se introduce grava o

arena a lo largo del sitio. Se logra a travs de prehumedecimiento, as como el reforzamiento y rigidez

debido a las columnas de roca que se forman.

Voladuras profundas combinadas con prehumedecimiento

El suelo colapsable es prehumedecido a un grado de saturacin del orden del 80% o ms, luego una

voladura profunda sencilla se emplea para romper la estructura del suelo, de tal manera que se densifique

completamente bajo su propio peso.

Otra forma difiere en que la perforacin se usa para formar una zona compactada (alrededor de la

perforacin) por medio de la accin de un conjunto de cargas de voladuras simultneas, las cavidades

formadas son primeramente rellenadas con agua, despus arena y grava.

Humedecimiento controlado

Difiere a la de prehumedecimiento en que es ejecutada con la estructura en el lugar. El humedecimiento

Debe ser cuidadosa y progresivamente con un monitoreo concurrente de la posicin de la estructura para

asegurar que los movimientos diferenciales permanezcan dentro de los lmites tolerables, als cantidades de

agua deben ser aproximadamente medidas y agregadas en incrementos. El humedecimiento deber ser

hecho antes de que las conexiones estructurales sensitivas fueran instaladas y tambin antes de que los

componentes, tales como vidrios de ventana, mosaicos y azulejos sean colocados. Idealmente la primera

etapa del humedecimiento sera completada antes de que la estructura fuera construida, esta tcnica

podra tambin ser usada como una medida de remedio o arreglo para renivelar la estructura que ha

experimentado humedecimiento diferencial y su consecuente asentamiento diferencial.

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