Desafíos y Avances de la Geotecnia Joven en SudaméricaFranco M. Francisca (Editor) Córdoba, Argentina Marzo 2009

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40 AÑOS DE ESTUDIO DE LOS SUELOS LOÉSSICOSEN CÓRDOBA, ARGENTINA

40 YEARS OF RESEARCH ON LOESSIAL SOILS IN CÓRDOBA, ARGENTINA

Terzariol, Roberto E.Profesor Titular Plenario del Area GeotecniaUniversidad Nacional de Córdoba -Argentina

RESUMEN

El principal suelo regional ubicado en la zona central de Argentina, son los suelos loessicos. Son suelos con características colapsa-bles ante incrementos en su contenido de humedad. El Laboratorio de Geotecnia de la Universidad Nacional de Córdoba, es una enti-dad pionera en el estudio de estos materiales, en particular desde fines de la década de 1960 hasta el presente. Todo ello ha llevado aun gran número de publicaciones en revistas y Congresos nacionales e internacionales, Conferencias, Cursos y otras formas de difu-sión, así como a la implementación de metodologías para la caracterización de estos suelos, criterios de diseño de fundaciones y mo-delos numéricos para la evaluación de su comportamiento tanto mecánico como hidráulico. En esta conferencia se explicitan las ca-racterísticas más significativas de estos suelos, se describen, cronológicamente agrupados, algunos desarrollos que puedenconsiderarse hitos en su estudio dentro de nuestra Universidad, y finalmente se evalúa el desarrollo futuro de estas investigaciones.Por el carácter de esta conferencia, algunas de las descripciones son citas de artículos ya publicados, en especial los presentados en elCongreso Paraguayo de Ingeniería Geotécnica (2003) y en la Revista Internacional de Desastres Naturales e Infraestructura Civil(Puerto Rico, 2006). Algunos de los avances más significativos son:

• Caracterización del comportamiento tensodeformacional de los limos colapsables.

• Clasificación de suelos colapsables.

• Comportamiento de pilotes en suelos colapsables.

• Ensayos de colapsibilidad in situ.

• Estudio con métodos no destructivos.

• Estudio del módulo de elasticidad de los loess

• Modelos hidráulicos y geomecánicos.

ABSTRACT

The main regional soil of the Central Area of Argentina, are the loessial soils. They are soils with collapsing characteristics under itmoisture content increases. The Geotechincal Laboratory of the National University of Cordoba, is a pioneer institution in the studyon these kind of soils, specially from the latests ´60 until the present. All these has been reflected in a great number of research publi-cations in nationals and internationals Journals, Conferences, Courses and other diffusion ways, and the implementation of characteri-zation tests, methods of foundations design, numerical models and geotechnical maps, specially for the soils that affects Córdoba city.Many parts of these conference has been published in other conferences and journals in particular the Paraguaian Conference on Geo-technical Engineering (2003) and the International Review on Natural Disasters and Civil Infrastructure (Puerto Rico, 2006). Some ofthese developes are the following ones:

• Characterization of mechanical behaviour of silty collapsible soils.

• Clasification of collapsible soils.

• Behaviour oif piles an collapsible soils.

• In situ tests for collapsible soils.

• Geophysical methods.

• Study of Young Modulus on loessial soils.

• Hydraulic and geomechanical models.

1 INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS

El laboratorio de Geotecnia de la Facultad de Ciencias ExactasFísicas y Naturales de la Universidad Nacional de Córdoba fuecreado por el Ing. Lorenzo L. Moll, Profesor Titular de las cáte-dras de “Mecánica de Suelos” y “Fundaciones y Construcciones

de Albañilería”, a fines de la década de 1950 para brindar apoyoal dictado de los cursos de grado de la carrera de Ingeniería Ci-vil y para investigación. Esa misión continúa en la actualidad.

El cuerpo docente se ha incrementado a lo largo de estos añosdesde los 5 profesores originales, hasta alcanzar la planta actual

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con más de 25 docentes e investigadores, de los cuales más del70% cuenta con estudios de posgrado desde especialidades has-ta doctorados, obtenidos, tanto en esta universidad como en lasmás prestigiosas de EEUU y Europa.

El equipamiento se ha actualizado continuamente merced a sub-sidios y proyectos de investigación financiados por las Agenciasespecíficas Nacionales, Provinciales y de la propia Universidad,además de convenios con entes y empresas privadas.

Desde un comienzo el estudio de los suelos regionales, en espe-cial los limos loessicos con características colapsables, que sonlos suelos predominantes en el área de influencia de esta Uni-versidad, ha sido la prioridad del equipo de investigadores, y asílo demuestran más de 70 proyectos de investigación anuales yplurianuales, y alrededor de 20 Tesis Doctorales y de Maestría.

A finales de la década de 1960 se incorpora al laboratorio elIng. Aldo Reginato, quien luego de cursar estudios en EEUU,produce un impulso muy importante a las investigaciones de es-te tipo de suelos, pudiendo decirse que con el mismo las inves-tigaciones específicas de estos materiales adquieren un carácterformal y sistemático.

Esta situación coincide con la concreción, en 1968, de la Prime-ra Reunión Argentina de Mecánica de Suelos e Ingeniería deFundaciones (1° RAMSIF) en la Universidad de La Plata (Bs.As.), siendo el segundo de estos eventos el que se lleva a caboen la Universidad de Córdoba en el año 1970. Estas reuniones apartir de 1980 se convierten en el Congreso Argentino de la es-pecialidad actualmente denominado Congreso Argentino deMecánica de Suelos e Ingeniería Geotécnica (CAMSIG).

Precisamente durante la Reunión llevada a cabo en 1970, el Pro-fesor Reginatto presenta su primera contribución significativasobre el tema referida a la determinación del denominado po-tencial de colapso de los suelos. Esta voluntad de comunicar losavances en estos estudios se ha mantenido a lo largo de los añoshasta el día de hoy con artículos publicados en Revistas y Con-gresos, siendo el presente una muestra de ello.

En esta conferencia se describirán someramente los suelos co-lapsables de esta región y su interacción con las obras de inge-niería construidas sobre ellos, para pasar luego a destacar agru-padas por décadas y en forma muy resumida, algunascontribuciones realizadas por este Laboratorio que pueden serconsideradas como representativas del avance en el conocimien-to de estos suelos y su comportamiento.

Finalmente y a modo de conclusión se trazan algunos linea-mientos respecto de las futuras líneas de investigación que seconsideran necesarias durante los próximos años.

2 LOS SUELOS COLAPSABLES

A partir de la segunda mitad del siglo XIX, destacados científi-cos Alemanes y Franceses que formaron la Academia Nacionalde Ciencias de Córdoba y la Facultad de Ciencias Exactas Físi-cas y Naturales de nuestra Universidad, describen la existenciade suelos loessicos en la región central de Argentina. Geológi-camente la formación en la que se hallan los mismos se la de-nomina Pampeano según Castellanos (1952) y Frenguelli(1957).

Desde el punto de vista ingenieril resultan de interés un subgru-po de los suelos loessicos cuya propiedad más importante es lacolapsibilidad por humedecimiento que puede provocar asenta-mientos en las obras que los interesan. Los suelos colapsablesfueron ya descriptos por Scheidig en su libro clásico de 1934,pero en el ámbito local las primeras contribuciones se produje-ron por Bolognesi et al, (1957 y 1975) y Reginatto, (1970).

Los suelos loessicos cubren aproximadamente un área equiva-lente al 35% de su territorio continental de Argentina, lo que in-

cluye partes importantes de las Provincias de Buenos Aires,Santa Fe, Córdoba, La Rioja, Catamarca, Santiago del Estero,Chaco y Formosa, y en menor medida San Juan, San Luis,Mendoza y La Pampa. Esta área posee sectores con climas ári-dos y semi-áridos. La zona abarcada por los mismos se puedeapreciar en la figura 1.

Figura 1. Distribución de suelos loessicos en Argentina (after Moll, etal. 1988)

No todos los suelos loessicos ubicados en ésa área tienen carac-terísticas colapsables pero si en una parte importante de ellos.La importante área que ocupan y sus características hacen quesean un importante tópico de investigación de la IngenieríaGeotécnica.

En la provincia de Córdoba, los loess constituyen el principalsuelo regional. Sus propiedades han sido expuestas en numero-sas publicaciones (Moll, 1975; Moll, et al.1988).

Los suelos colapsables son un grupo de suelos macroporososcuya estructura interna se encuentra en equilibrio metaestable.Variaciones en las condiciones externas, como el grado dehumedecimiento y/o el estado tensional, producen el colapsobrusco de la estructura del suelo, con la manifestación macros-cópica de grandes deformaciones en la masa del suelo.

Reginatto (1977) señala que, en general, los suelos colapsablespresentan una serie de características comunes, tales como:

ce de poros (e), entre rela-tivamente alto, a muy alto.

nte fina, con predominio defracciones de limos y de arcilla. El tamaño de los granos es ge-neralmente poco distribuido y con los granos más grandes esca-samente meteorizados. La mayoría de las veces, la cantidad dela fracción arcilla es relativamente escasa, pero sin embargo,tiene una influencia importante en el comportamiento mecánicode la estructura intergranular.

on partículas de mayor tamañoseparadas por espacios abiertos, y unidas entre sí por acumula-ciones o "puentes" de material predominantemente arcilloso. Enmuchos casos existen cristales de sales solubles insertados entales puentes o uniones arcillosas.

Zur y Wisemam (1973) definen como colapso a cualquier dis-minución rápida de volumen del suelo, producida por el aumen-to de cualquiera de los siguientes factores:

)

)

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Reconociendo por lo tanto que el colapso de la estructura delsuelo puede producirse por una variedad de procesos diferentesde la saturación. Reginatto (1977) sugiere que, a esta lista defactores puede agregarse la interacción química entre el líquidosaturante y la fracción arcillosa.

En particular los suelos regionales a que esta conferencia se re-fiere son los colapsables por humedecimiento, por lo tanto, en losucesivo cuando hablar de suelos colapsables, se entenderá queson aquellos suelos, en que un aumento en el contenido dehumedad, provoca una brusca disminución de volumen, sin lanecesidad de un aumento en la presión aplicada.

A partir de esta definición, se advierte:

que el suelo tenía originalmente, y

te fenómeno.

A su vez estos suelos pueden dividirse en “auto-colpasables” y“potencialmente colapsables”. La diferencia entre ambos radicaen que para los primeros el mero incremento en su contenido dehumedad es suficiente para provocar el colapso de su estructurainterna, mientras que en los segundos además de ese humede-cimiento es necesaria la acción de una carga externa. Esta últi-ma situación se da en los suelos han sufrido un humedecimientoen su historia geológica y por ende ya han colapsado bajo supropio peso o bien en materiales que tenga una cementación dé-bil o una cohesión aparente que pueda desaparecer por el hume-decimiento.

El grado de saturación necesario para provocar el colapso esmenor al 100%, variando significativamente con la humedadnatural del suelo. En las zonas semi-áridas donde la húmedadnatural puede ubicarse entre 10 y 12% la humedad necesaria pa-ra producir el colapso se ubica por encima del 16/18%, mientrasque en regiones áridas donde la humedad natural es de entre el 3al 6%, una humedad del 10% es suficiente para producir el co-lapso.

La magnitud del colapso de un manto de suelos colapsables deespesor Ht, que en todo ese espesor se ha incrementado lahumedad suficientemente como para producir el colapso, puededefinirse como:

==×==

n

jjjcol

n

jjcoltcol HWW

1.

1..

)1(

donde:

Ht = H1+H2+... = Hj+...Hn

Hj = Espesor del estrato j

Wcol.j = Asentamiento por colapso del estrajo j

col.j = Colapso relativo del estrato j a zj

zj = Tensión total en el estrato j.

Como se aprecia depende del espesor del manto colapsable, dela colapsibilidad del mismo (colapso relativo), del incrementode tensión y del grado de humedecimiento. Este colapso relativopuede definirse como:

1hhh sHN

col = ó11

= sHNcol

ó11 eee sHN

col = (2)

hHN = Altura de la probeta a humedad natural (antes dehumedecer) cargada a una presión cualquiera .

hSAT = Altura de la probeta saturada (después de produ-cido el colapso) cargada a la presión .

h1 = Altura de la probeta a humedad natural cargada auna presión axial igual al peso propio del suelo.

Este valor se obtiene mediante ensayos edométricos de laborato-rio o de campo y es una característica intrínseca del material.

El colapso de la estructura interna del suelo, como se ha dicho,se traduce en un cambio brusco de volumen lo que provocaasentamientos importantes del suelo con los consiguientes da-ños a las estructuras fundadas sobre ellos, fenómenos de fric-ción negativa en los pilotes que los atraviesan, fenómenos deerosión superficial en escurrimientos de agua, erosión tubifica-da, etc. Todo ello genera graves problemas de funcionamientode las obras puntuales como edificios o puentes, obras linealescomo caminos, canales y líneas de tendido u obras superficialescomo urbanizaciones o redes de distribución de fluidos, etc. Enlas figuras 2 y 3 se pueden apreciar algunos ejemplos de estosproblemas.

Figura 2 – Viviendas de una planta dañadas

Figura 3 – Erosiones en un cauce natural y en una cuneta de camino

Desde el punto de vista ingenieril las formas de afrontar estosproblemas pueden agruparse con el siguiente agrupamiento pro-puesto por Aitchison (1973):

a) Tratamiento del suelo colapsable con vista a eliminar la ten-dencia al colapso a lo largo de todo el estrato de suelos desmo-ronables.

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b) Diseño de elementos constructivos que eliminen o disminu-yan a límites razonables la posibilidad que se inicie el colapso.

c) Diseño de estructuras y/o cimentaciones insensibles a losasentamientos provocados por el colapso, por ejemplo, funda-ciones profundas apoyadas sobre un manto profundo no sujeto alos asentamientos por humedecimiento.

De todo lo expuesto se puede inferir la importancia del estudiode estos suelos en esta región y por ende de las investigacionesllevada a cabo en el Laboratorio de Geotecnia de la UniversidadNacional de Córdoba.

3 LOS AÑOS ANTERIORES A 1969

Las investigaciones y desarrollos tecnológicos llevados a caboantes de 1969 llevan la impronta de los Ingenieros L. Moll, R.Guri y F. Vega y de su primer Técnico de Laboratorio el Sr. R.Quiroga. El laboratorio tiene un lugar física estable en el viejoedifcio ubicado en Av. Velez Sarsfield y Duarte Quiros en elcentro de la ciudad y comienza a equiparse con instrumentalaportado por otros laboratorios, como el de Hidráulica, y se ad-quieren los primeros equipos didácticos, para los ensayos aefectuar por parte de los alumnos de grado durante el cursado deMecánica de Suelos.

De esa época pionera pueden citarse los ensayos realizados paralos canales del sistema de riego del Río Los Sauces al oeste delas Sierras Grandes de Córdoba, que fueron publicados por losIngs. Guri y Vega en el año 1965.

También de esa época y por los mismos autores se encuentranensayos e interpretaciones referidos al empleo de pilotes hinca-dos tipo Franki en los suelos loessicos de los alrededores de laciudad de Córdoba. Si bien este trabajo nunca fue publicadoformalmente es frecuentemente consultado por los especialistaslocales por la seriedad con la que fue abordado el problema y lacorrecta interpretación intuitiva de los fenómenos.

Por la misma época sin ser integrante del laboratorio de Geotec-nia, el Dr. Riggi (1966) publica una interpretación geológica delos loess de la localidad de Río Tercero y del probable origen dela erosiones tubificadas en la masa de estos suelos denominadaslocalmente “mallines”.

Como se ha dicho a fines de la década de 1960 llega al laborato-rio de Geotecnia el Dr. Aldo Reginatto y a partir de ese momen-to se produce en el laboratorio un incremento sustancial de losproyectos de investigación, las publicaciones de sus resultados ydel equipamiento adquirido.

4 ENTRE LOS AÑOS 1969 Y 1979

De esta época datan entre otras cosas, los primeros equiposedométricos, los equipos para ensayos triaxilaes y el desarrollode un panel para medir presiones de poros y cambios volumétri-cos. En la década de 1970 el laboratorio se muda a su ubicaciónactual en la Ciudad Universitaria y la Universidad, al menosprovisoriamente, facilita un predio vecino al laboratorio para laejecución de ensayos de campo.

Lamentablemente en esta década dejan el laboratorio los Ings.Vega y Guri, el primero para dedicarse con más ahínco a la in-geniería estructural y el segundo por mudarse a Buenos Airesdonde se desempeñó fecundamente en la actividad privada co-mo consultor geotécnico. Ambos con un notable suceso perso-nal y participando de las reuniones geotécnicas mediante publi-caciones e intervenciones hasta bien entrada la década de 1980.

Por otra parte a mediados de ésta década se incorporan al cuer-po docente y de investigación, entre otros, los Ings. A. Ruscu-lleda y E. Redolfi quien se erigiría posteriormente en uno de los

principales sostenedores del esfuerzo y propulsores del estudiode los suelos colapsables en nuestro medio, llegando a ser inclu-so el Presidente de la Sociedad Argentina de Ingeniería Geotéc-nica.

En el laboratorio de Geotecnia la colaboración entre el Dr. Re-ginatto y el Ing. Moll, comienza a dar sus frutos y se realizanllevan a cabo los primeros proyectos de investigación subsidi-dados por la Secretaria de Vivienda de la Nación, y por lasAgencias de promoción científica Nacional y Provincial. Laspublicaciones del equipo de investigadores del laboratorio deGeotecnia se hacen sistemáticas a nivel nacional y aparecen losprimeros artículos de este grupo, referidos a suelos colapsables,en Congresos Internacionales, como los Panamericanos de Puer-to Rico (1971) y de Perú (1979) y el Internacional de Rusia(1973).

Todo ese espíritu de trabajo y estudio no podía menos que invo-lucrar a los estudiantes de grado que por esos años pasábamospor el laboratorio. Como dato ilustrativo puede decirse que de-ntro de ese grupo de estudiantes estaba el actual Dr. Carlos San-tamarina, quien desde su cátedra en Georgia Tech, se ha conver-tido en una figura destacada de la Ingeniería Geotécnica a nivelmundial.

En este periodo se producen avances notables en el conocimien-to de los suelos colapsables de Córdoba, para ilustrar se citanalgunos:

4.1 Coeficiente de colapsibilidad:

Si bien existían ya por ese entonces a nivel mundial, diversosmétodos para tratar de identificar a los suelos colapsables, estosno siempre han resultado confiables, en especial los basados enlas propiedades índices, o han tratado de definir parámetros in-genieriles que no siempre sirven para caracterizar el tipo de sue-lo colapsable de que se trata. Por ello Reginatto (1970) definióel Coeficiente de Colapsibilidad (C) en función de los resulta-dos obtenidos en dos ensayos edométricos sobre probetas de lamisma muestra de suelo. Una ensayada a humedad natural y laotra saturada, similar al método del doble edómetro propuestopor Jennings y Knight (1957). Al punto de quiebre de la curvapresión-deformación en cada caso se lo llama Presión de Fluen-cia Natural (Pfn) o Saturada (Pfs) respectivamente y a la Presiónde tapada se la designa P0. Con estos valores el coeficiente decolapsibilidad se define como:

0

0

PPPP

Cfn

fs= )3(

Se pueden dar 4 situaciones, si:

C = 1 el comportamiento del suelo es independientedel grado de humedecimiento.

0<C<1 el suelo es potencialmente colapsable.

C<0 el suelo es auto colapsable.

C = - (Pfn = P0) suelo es normalmente consolidado

Si se determina el coeficiente C a diferentes profundidades, y segrafican estos valores para las diversas profundidades a las cua-les han sido obtenidos se puede ver claramente en que sectoresel suelo es auto colapsables, potencialmente colapsables o estámuy alejado del colapso, por ejemplo por cementación de susgranos. En las figuras 4 y 5 respectivamente se puede apreciar elresultado de un ensayo de doble edómetro, el valor de “C” y unperfil de suelos con la variación de “C” en profundidad.

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Figura 4 – Ensayo de doble edómetro (after Reginatto, 1970)

Figura 5 – Variación del coeficiente de colapsibilidad C (after Reginat-to, 1970)

La realización de ensayos edométricos es una tarea larga y másaún si se deben realizar dos ensayos por cada muestra analizada.Por ello un avance importante lo realiza Rusculleda (1974) alestablecer que el colapso se produce en un tiempo muy breve ypor lo tanto la determinación de las presiones de fluencia puedeser determinada con ensayos edométricos rápidos en el términode una hora aproximadamente. Estas investigaciones serán labase de los criterios de caracterización de suelos colapsablessurgidos durante la década siguiente.

4.2 Mapa geotécnico ingenieril de la Ciudad de Córdoba:

Ya en 1890 el Dr. Bodembender había realizado una interpreta-ción geomorfológica del Valle del Río Suquía en la Ciudad deCórdoba que publicó en ese año la Academia Nacional de Cien-cias de Córdoba, del cual surgía un mapa geológico. Sin embar-go Reginatto (1970), publica por primera vez un mapa geotécni-co de la ciudad de Córdoba con la descripción de los suelos, demodo de ser utilizado por los ingenieros a la hora definir loseventuales problemas de sus construcciones o bien establecer eltipo de estudio geotécnico a realizar en cada zona. En las déca-das de 1980 y 1990 este planteo inicial dio lugar a investigacio-nes que culminaron con mapas geotécnicos más elaborados. Enla figura 6 se ilustra este mapa inicial.

4.3 El ensayo SPT en suelos colapsables:

Aún hoy en día el ensayo SPT es el más empleado para la carac-terización mecánica “in situ”, de los estratos de suelos atravesa-dos en un sondeo. Pero dadas las características particulares delos suelos colapsables la validez del índice obtenido en el ensa-yo SPT, está fuertemente influenciada por el tenor de humedadde estos suelos al momento de efectuar el ensayo.

Reginatto (1971) puso de manifiesto esta situación planteando,con diversas experiencias locales, que si estos suelos poseen ba-

ja humedad el ensayo SPT arroja valores elevados de compaci-dad y que el mismo suelo muy humedecido pierde totalmenteesa compacidad llegando a comportarse como un fluido densoen ciertas circunstancias. Esta situación hoy conocida por todoslos expertos en el tema es la que determina la interpretación delensayo SPT, e incluso valida o no su empleo para estudios geo-técnicos en los suelos locales.

Figura 6 – Mapa geotécnico de la ciudad de Córdoba (after Reginatto,1970)

4.4 Influencia del tipo de fundación en los daños a viviendaspor colapso del suelo:

La experiencia muestra que no todos los tipos de estructuras defundación tiene el mismo grado de susceptibilidad ante el colap-so del suelo que le sirve de sustento, y que algunos mejoramien-tos puntuales, como ser pilotes de suelo-cemento compactadopueden proveer cierto grado de mejora en el comportamiento aun costo compatible con la vivienda a fundar.

Por ello Moll et al. (1972) planteó en esta década dos investiga-ciones señeras al respecto. Una referida a la construcción de pi-lotes excavados y llenados con suelo cemento compactado y laotra a la ejecución de cinco prototipos de viviendas fundadascon zapatas corridas de hormigón armado, cimientos comunessin armar con y sin viga de arriostramiento, pilotines de 6 me-tros de profundidad y pilotes de 3 metros de profundidad.

Los pilotes de suelo cemento se ensayaron bajo pruebas de car-ga de prototipos en el campo de pruebas del laboratorio mos-trando su confiabilidad y poniendo de manifiesto las ventajas ydesventajas de los mismos desde el punto de vista constructivoy económico. Esta investigación dio pié en la década de 1980 alestudio de mezclas plásticas de suelo-cemento para la ejecuciónde pilotes.

Por su parte los prototipos de viviendas tenían una instalaciónsanitaria con pérdidas de agua que se unían mediante conductoscloacales a un pozo absorbente central. Esta investigación pusode manifiesto que en un primer momento los asentamientos másimportantes se producían en el prototipo con cimiento común ylos menores en el caso de pilotes a 6 m de profundidad. En esteúltimo caso se demostró que a largo plazo cuando el humedeci-miento superó la cota de punta de los mismos se produjeronasentamientos importantes del mismo orden de magnitud quepara los otros prototipos. Es decir los pilotes flotantes en estossuelos permiten ganar tiempo para eliminar las fuentes de ingre-so de agua pero su comportamiento definitivo está vinculado ala longitud de los mismos. Esta situación fue el punto de partida

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de las metodologías para el diseño de pilotes en suelos colapsa-bles desarrolladas en la década de 1990.

4.5 Incidencia del líquido permeante en el colapso del suelo:

Otra situación que mostraba la experiencia local es que un mis-mo suelo presentaba una susceptibilidad al colapso cuando erahumedecida con agua potable y una susceptibilidad aún mayorcuando el humedecimiento se efectuaba por pérdidas en lasconducciones cloacales.

Por ello Reginatto, et al. (1973 y 1974) realiza una serie de in-vestigaciones ensayando probetas de una misma muestra de sue-lo colapsable saturando con diferentes tipos de agua y demos-trando que las aguas aciduladas provocaban colapsos másimportantes que las aguas potables. Incluso se pudo apreciar quela penetración del líquido en el suelo está fuertemente influen-ciada por su tensión superficial, y por ello los hidrocarburos noprovocan el colapso de la estructura del suelo. Esto es una re-afirmación de la formulación de Alonso (1990), al vincular elfenómeno de colapso a la pérdida de succión entre los granos desuelo por su humedecimiento.

Finalmente en la segunda mitad de la década de 1970 el Dr. Re-ginatto deja la Universidad de Córdoba para radicarse en el ex-terior y finalizará su carrera como Profesor de la Universidad deNew Jersey en EEUU y consultor independiente en el mismopaís.

5 ENTRE LOS AÑOS 1979 Y 1989

Desde la segunda mitad de la década anterior el laboratorio con-tinuó con las líneas de investigación ya establecidas pero ahoracon la colaboración entre los Ings. Moll y Redolfi. Todo ellollevó durante la década de 1980 a un incremento significativo enla cantidad de publicaciones en Congresos Nacionales, Regiona-les e Internacionales para mostrar el avance en el conocimientode estos suelos.

Nuevamente todo este trabajo llegó a los estudiantes de aquellaépoca que se incorporaban a los diferentes proyectos de investi-gación y de esos grupos surgieron ingenieros de una importantepresencia a nivel internacional como es el caso de Dr. JorgeZornberg, actual Profesor de la Universidad de Texas, EEUU, yun figura internacionalmente reconocida por sus contribucionesal campo de los geotextiles.

En esta década se incorpora a estos equipos el Ing. RicardoRocca como profesor e investigador dando, y el Ing. Terzariolcomo colaborador, quienes junto al Dr. Redolfi y al Ing. Moll,darán un fuerte impulso al laboratorio de Geotecnia.

Como aportes destacables de este período pueden citarse:

5.1 Caracterización de suelos colapsables:

El coeficiente de colapsibilidad propuesto en la década anteriorprecisaba la realziación de dos ensayos uno a humedad natural yotro saturado, aún con la mejora de los tiempos empleados re-presentaba un esfuerzo importante. Por otra parte el coeficientede colapsibilidad no era de utilidad ingenieril práctica y directa.Redolfi (1979, 1980), propone para caracterizar estos suelos unsolo ensayo edométrico rápido en condición saturada. Para ellodemuestra que dentro de los rangos de carga habituales antes delcolapso, las diferencias de deformaciones entre los ensayosedométricos a humedad natural y saturado no son significativas(figura 7).

Figura 7. Rango de consolidación primaria (after Redolfi, 1980)

Además para caracterizar estos suelos propone la comparacióndirecta entre la presión de fluencia en condición saturada (Pfs) yla presión de tapada a la profundidad considerada (P0), si:

P0 > Pfs suelo auto colapsable

P0 < Pfs suelo potencialmente colapsable

P = Pfs – P0 sobrecarga límite

Si se grafica la diferencia en estas presiones en función de laprofundidad y se la superpone con la presión de tapada se puedeconstruir el denominado “Perfil de Colapsibilidad” que muestraclaramente las zonas con suelos auto colapsables, potencialmen-te colapsables y la sobrecarga límite para diseñar las fundacio-nes apoyadas en estos materiales. Un perfil de colapsibilidad tí-pico se puede apreciar en la figura 8.

Figura 8. Perfil de Colapsibilidad.

5.2 Pilotes con mezclas plásticas de suelo cemento y suelocal:

En la década anterior se habían construido pilotes de prueba lle-nados con mezclas de suelo cemento con la humedad óptima delensayo Proctor y compactadas en el interior del pilote. Esta me-todología se mostró complicada a la hora de la ejecución ya quela humedad tan baja hacía que la mezcla no fuera trabajable fá-cilmente y los costos finales de la solución no fueran significa-tivamente menores al empleo de hormigón. Por ello durante ladécada de 1980 se llevaron a cabo experiencias con pilotes ex-cavados y llenados con mezclas plásticas de suelo-cemento,suelo-cal, suelo-cemento-arena y suelo-cal-arena. Se ensayaronuna gran cantidad de probetas de laboratorio y se construyeronprototipos de pilotes con los dosajes que mejor resultado dieronen laboratorio, los que fueron ensayados en pruebas de carga arotura, incluso saturando el suelo que rodeaba a los mismos. La

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figura 9 muestra la disposición de estos ensayos y el resultadode uno de ellos.

Figura 9. Esquema de ensayo y resultado de un ensayo de carga (afterMoll at al., 1982)

Con ello, Moll at al. (1982, 1988), se demuestra que el empleode pilotes de suelo cemento plástico es una solución viable tantoconstructiva como económicamente, y que es competitiva paracierto nivel de cargas, en general compatibles con viviendaseconómicas de hasta dos plantas. A posteriori, Terzariol et al.(1989) plantea el empleo de este material como protección decanales, presas y obras enterradas sometidas a los efectos erosi-vos del agua. Esta solución se emplea para la ejecución de unapequeña presa (12 metros de alto y 750 metros de longitud decoronamiento), homogénea de materiales sueltos (suelos loessi-cos colapsables) empleada como embalse de retardo en un em-prendimiento agrícola (figura 10), y en la actualidad se ha pro-puesto para otros diques mayor importancia en nuestraprovincia.

Figura 10. Corte y vista de la presa “El Chiche” (after Terzariol, 1989)

5.3 Identificación y clasificación de suelos colapsables:

En el año 1986 se lleva a cabo en la ciudad de Buenos Aires el“Simposio Argentino sobre Suelos Colapsables”. Con ese moti-vo, Redolfi, Rocca y Terzariol (1986), en el laboratorio de Geo-tecnia se lleva a cabo una investigación sobre la viabilidad delempleo de metodologías internacionales basadas en propiedadesíndice, en ensayos edométricos y regresiones empíricas en basea experiencias para una región dada. Esto arrojó para esa épocaalrededor de 18 metodologías propuestas por sendos autores.Los resultados mostraron que los métodos basados en los valo-res índice de los suelos no reflejaron el comportamiento de lossuelos locales y que los que mejor se ajustaban eran los basadosen ensayos edométricos y en menor medida las regresiones em-píricas. Esto dio un fuerte impulso a los métodos desarroladospor el laboratoriod e Geotecnia que hoy son los más empleadosen nuestro medio para clasificar estos suelos.

Durante esta década, impulsados por el Ing. Moll, los investiga-dores principales del laboratorio realizaron estudios de posgradoen el exterior, en la Universidad Politécnica de Madrid, España,en la Universidad de Roma, Italia y en la Universidad de Cali-fornia en Berkeley, EEUU. Todo esto se reflejó en los avancesde la década posterior y en la formación de recursos humanosde excelencia en toda el área Geotecnia.

6 ENTRE LOS AÑOS 1989 Y 1999

Durante esta década el laboratorio de Geotecnia logra retener aun grupo importante de docentes e investigadores que han reali-zado estudios de posgrado en el exterior, particularmente en Eu-ropa y EEUU. Esta situación permitió reforzar los estudios deposgrado en nuestra Universidad dando un nuevo impulso a lacarrera del Doctorado en Ciencias de la Ingeniería, y creandolos estudios de Maestría en Geotecnia y Estructuras. Ello quegeneró un fuerte aumento en la formación de recursos humanosde esta área del conocimiento.

Se incorporan al cuerpo de docentes e investigadores, entreotros, los Drs. Rinaldi, Zeballos y Francisca, que toman a sucargo dar nuevos aires al laboratorio y la generación de nuevosdoctorandos y maestrandos para engrosar los futuros cuadros dela institución.

Las asignaturas Geotecnia I (Geología para Ingenieros), Geo-tecnia II (Mecánica de Suelos) y Geotecnia III (Ingeniería deFundaciones) de la carrera de Ingeniería Civil, forman el áreaGeotecnia y el laboratorio se ubica dentro del área para conti-nuar brindando apoyo además de las investigaciones a los cur-sos de grado y posgrado. En este período se adquiere un grannúmero de equipos de última generación y se desarrollan local-mente equipos para la confección de ensayos no destructivos ydeterminación de propiedades sísmicas y conductivas de lossuelos.

Todo esto no podía resultar en otra cosa que un crecimiento ex-ponencial en los avances en la cantidad y la calidad del conoci-miento de los suelos colapsables, en particular, a la par de lasinvestigaciones tradicionales, comienzan a plantearse el diseñode modelos numéricos, el empleo de métodos no destructivos yla determinación de propiedades dinámicas, dieléctricas y con-ductivas de estos suelos.

Sin establecer un criterio de selección se citan sólo algunos delos tópicos tratados durante la década pasada para mostrar losavances en el conocimiento de los suelos loessicos colapsables.

6.1 Utilización de modelos elasto-plásticos para procesos dehumedeciemiento-secado:

En los últimos años se ha incrementado el esfuerzo para ensam-blar los resultados dentro de alguno de los modelos de suelos nosaturados. Se utilizó el propuesto por Alonso et al (1990), elcual utiliza dos variables de tensión independientes:

a.- la presión neta definida como la diferencia entre la presión to-tal ( m) y la presión del aire (pa), por ejemplo p = m-pa, y,

b.- la succión, definida como la diferencia entre la presión delaire y la presión del agua (pw), por ejemplo s = pa-pw.

El modelo elasto-plástico presenta dos campos: uno elástico endonde las deformaciones son reversibles, y otro plástico en dondeaquellas son irreversibles. Ambos campos están separados por doslíneas de fluencia denominadas LC y SI.

En la figura 11 se presenta ambos campos en dos gráficos: pre-sión neta vs. volumen específico y succión vs. volumen especí-fico (v = 1 + e). Para el cálculo de la línea de fluencia LC, seutiliza la ecuación propuesta por Josa et al (1992):

( ) ( )[ ]mempppp sccoo +??+= 1)( * (4)

donde:

po* el la presión de preconsolidación en estado saturado; pc es

la presión de comparación

330

m es la relación entre pomax y po

*

pomax es la presión de preconsolidación a una presión alta de

succión

es una constante que controla la forma de la curva LC.

Figura 11: Modelo elasto – plástico para un suelo colapsable (after Re-dolfi, 2003)

Los parámetros de compresibilidad del modelo fueron determi-nados mediante ensayos edométricos a succión controlada enmuestras de suelos limosos de origen loéssico de la provincia deCórdoba. La Tabla 1 presenta los valores de las pendientes ob-tenidas en los diferentes ensayos realizados.

Tabla 1: Valores de los coeficientes de compresibilidad obtenidos

p = variable;

s = constante

p = constente;

s = variable

Test

w w w

Sat 0,002 0,122 0,029

D2 -0,004

D3 0,007 0,121 0,024 0,049 0,137

D6 0,035 0,085

En la Tabla 2 se presentan los parámetros de la línea LC deter-minados en los ensayos realizados.

Tabla 2: Parámetros del modelo elásto-plástico determinados

Parámetro Valores

po* 430 kPa

pc 45 kPa

1

1

M 9,56

07,0R

En el figura 12 se presenta el camino de tensiones de un punto.

Figura 12: Camino de tensiones de un proceso de humedecimiento y se-cado (after Zeballos et al, 1999)

La aplicación de estos modelos, estrato por estrato, ha permitidodeterminar los asentamientos producidos en viviendas dañadaspor ascenso del nivel freático en la Provincia de Córdoba, conresultados sumamente alentadores.

6.2 Mapeo Geotécnico de la ciudad de Córdoba

Mediante un análisis estadístico sofisticado se han establecidopatrones estratigráficos de la ciudad de Córdoba, en base a susparámetros geotécnicos y geomorfológicos, para un universo demás de 1000 estudios geotécnicos realizados en el área.

Rocca et al. (1995) ha volcado esta información en mapas (figu-ra 13), zonificando la ciudad de Córdoba de acuerdo a la estrati-grafía predominante en cada sector lo que permite hoy tener unareferencia válida de los perfiles geotécnicos predominantes yfacilitar la planificación de estudio geotécnicos.

Figura 13. Mapas Geotécnicos de Córdoba. (after Rocca 1997)

El manejo de esta información permite establecer mapas concurvas de igual riesgo de colapsibilidad, de igual nivel de daño,etc.

6.3 Diseño de pilotes en suelos colapsables

La solución más confiable y usada internacionalmente para fun-dar en perfiles con suelos colapsables es atravesar estos estratospor medio de fundaciones profundas o bien estabilizar estossuelos. Redolfi (1992) propuso una metodología para el diseñode estos pilotes basada en la experiencia local, en ensayos de

331

carga tanto locales como internacionales y modelos numéricosde contraste.

Con ello definió la "historia” más probable de un pilote en sue-los colapsables podría resumirse en las siguientes etapas (figura14): primero, el pilote es puesto en servicio (Qext) con el sueloen estado natural, segundo, sin variar la carga externa se puedeproducir un humedecimiento localizado de suelo que rodea alfuste, lo cual origina una distribución de la resistencia al cortedel suelo, y por lo tanto producir una transferencia de cargahacia zonas mas rígidas como el sector no humedecido del fusteo de la punta, y tercero, siempre manteniendo la carga externa,se pueden producir asentamientos por colapso del suelo que ro-dea al fuste y generar fuerzas fricciónales negativas que cam-bien la ecuación de equilibrio del pilote produciendo una cargaadicional que se transfiere a sectores más profundos.

Figura 14: Historia de un pilote en suelos colapsables (after Redolfi etal,1992)

Si se plantean las ecuaciones de equilibrio de cargas en cadaetapa se puede despejar la longitud de pilote necesaria para lo-grar un comportamiento adecuado del pilote inmerso en suelocolapsable. Si se conocen la ecuaciones constitutivas del suelolateral y del ubicado bajo la punta se pueden estimar los asen-tamientos que se producirán por la transferencia de carga. Uncorrecto diseño del pilote debe contemplar no sólo su capacidadde soportar la carga externa y la posible carga generada por lafricción negativa, sino que también la magnitud de los asenta-mientos adicionales que pudieran generarse durante todas lasetapas por las que pasa el pilote, y considerar tanto la disminu-ción de la resistencia friccional por humedecimiento, y losasentamientos por colapso del suelo que rodea al pilote.

Con este modelo se compararon los resultados de más de 49pruebas de carga en diferentes condiciones que arrojaron resul-tados altamente satisfactorios donde queda demostrado, que ensuelos colapsables la “historia” es sumamente importante pueslos asentamientos de los pilotes son función de tipo de humede-cimiento, de la magnitud de la disminución de la resistencia alcorte, del espesor de suelo humedecido, y de la secuencia conque estos se producen.

A los efectos de una modelación de la interacción entre fuste ypunta del pilote se utiliza el método de las funciones de transfe-rencia. Para simular la disminución de la resistencia al corte enel fuste, se utilizaron elementos “junta” con una ley de compor-tamiento de forma quebrada y parecida a la señalada en la figura15.

Esta metodología hoy es ampliamente utilizado para el diseñode fundaciones profundas en la provincia de Córdoba y los re-sultados luego de más de 15 años de utilización son ampliamen-te satisfactorios.

Una variante constructiva para mejorar la colaboración de lapunta del pilote y disminuir los asentamientos adicionales por elcolapso del suelo circundante es el empleo de precarga en lapunta de los pilotes. Esta precarga se realiza en nuestro mediomediante la inyección de lechada cementicia a través decañerías con una válvula inferior, dejadas ex profeso durante elhormigonado.

Figura 15: Ley de comportamiento de un elemento “junta” en un piloteen suelo con disminución de la resistencia al corte (after Redolfi et al,1992)

Para comprobar la efectividad de esta variante Terzariol, et al.(1997), realizó pruebas de carga sobre prototipos tal como seaprecia en la figura 16.

Figura 16. Esquema de ensayos (after Terzariol, et al, 1997)

Los resultados mostraron la importancia de las válvulas de re-tención inferiores ya que su falta provoca resultados erráticos enel comportamiento final y pueden aparecer incluso oquedadesentre el fuste y la celda de inyección. El aumento de la rigidezdel suelo bajo la punta del pilote es inferior al logrado en otrostipos de suelos ya que los limos loessicos ensayados son muypoco permeables y por ende no se produce cementación, mien-tras que para los niveles bajos de presión de inyección aplicadosla compresión del suelo no es muy elevada. Sin embargo estatécnica elimina el problema del suelo que no se puede extraerdebajo de la punta del pilote durante la construcción del mismo.En la figura 17 se observan los resultados de uno de estos ensa-yos.

Figura 17. Resultados de una prueba de carga (after Terzariol, et al.,1997)

332

El empleo del modelo de diseño de pilotes en suelos colapsablespara estos pilotes de prueba mostró una gran utilidad al poderpredecir los rangos de carga y deformación obtenidos y permitióajustar las curvas de ensayo.

6.4 Caracterización mediante ensayos “in situ”

Existen en la región algunos tipos de suelos muy friables, quepresentan características colapsables. Su friabilidad impide laextracción de muestras confiables para su posterior ensayo enlaboratorio. Por esta situación en el laboratorio de Geotecnia sedesarrolló un equipo y una metodología para determinar el po-tencial de colapsibilidad de un suelo mediante una prueba decarga “in situ”. Terzariol y Abbona (1997, 1998, 1999) diseñanel equipo que muestra la figura 18, con la premisa que fuesefácil de transportar, liviano y que la tecnología para la adquisi-ción de datos fuese mecánica, confiable en campaña y que elrango de mediciones fuese compatible con la problemática aabordar.

Figura 18. Equipo para determinar colapsibildiad “in situ” (after Ter-zariol y Abbona, 1997)

Los resultados obtenidos fueron comparados con los ensayos delaboratorio para muestras que permitieron su extracción sin al-teraciones y se mostraron altamente satsifactorios aún poniendode manifiesto la heterogeneidad propia de este tipo de suelos.

Este equipo se ha empleado en diversas ocasiones con motivosde investigación y para analizar problemas en obras a escala na-tural y los resultados también en esas ocasiones fueron adecua-dos.

6.5 Caracterización mediante ensayos no destructivos ensuelos loessicos. Propagación de ondas

Los métodos no destructivos basados en el uso de parámetrosgeofísicos tales como la velocidad de propagación de onda sís-mica, han sido utilizados con éxito para el estudio de la estruc-tura del loess. Por otro lado la evaluación de los parámetrosgeofísicos del suelo es de relevancia para el estudio de distintosprocesos en el suelo, tales como humedecimiento, densificación,contaminación etc. Los trabajos relevantes relativo a la carac-terización de loess mediante ondas de corte han sido presenta-dos por Rinaldi y Redolfi (1996), Rinaldi y Clariá. (1999).

A partir de diversos ensayos de down-hole a humedad natural,se determinó una ley de variación promedio de la velocidad deonda de corte hiperbólica en función de las presiones de confi-namiento geostáticas (Rinaldi y Redolfi, 1996).

( ) 19,001,161=SV )5(

En donde o está expresada en kPa y Vs en m/s.

Rinaldi et al, (1996,1998) presentan resultados de correlacionesobtenidas entre la velocidad de propagación de onda de corte ylos ensayos de penetración:

Para el ensayo de penetración standart (SPT):

sV = N180 6 0 234. . )6(

para el ensayo de cono estático (CPT):

s cV = q102 0 28. )7(

donde qc está dado en kg/cm2 y Vs en m/s.

En el caso de los loess los ensayos de penetración están relacio-nados al contenido de humedad y cementación del suelo. Estosparámetros son los mismos de los cuales depende fundamental-mente la velocidad de propagación de onda de corte.

7 ENTRE LOS AÑOS 1999 Y 2009

Actualmente y merced a las incorporaciones de personal, y lacapacitación del mismo, el área Geotécnia y su laboratorio, esuna de las más fuertes dentro de la carrera de Ingeniería Civil,contando con 20 personas entre Docentes, Investigadores, Labo-ratorista, y estudiantes de posgrado. De ellos 8 son Doctores, 7en Ingeniería y 1 en Geología, 2 son Magister en Geotecnia ycuenta con un Especialista en Estructuras y Geotecnia.

En estos años han pasado más de 20 becarios para realizar estu-dios de posgrado y participar en una gran cantidad de proyectosde investigación subsidiados y evaluados por las Agencias espe-cíficas a nivel Nacional, Provincial y de la Universidad.

El hilo de conductor de las investigaciones realizadas siguesiendo el estudio de los suelos colapsables y se han profundiza-do las líneas de investigación comenzadas a fines de la décadaanterior, a modo de ejemplo algunas de ellas fueron:

7.1 Estimación de asentamientos por colapso y zonificaciónde la ciudad de Córdoba

En la ciudad de Córdoba, el conocimiento de la distribución delos suelos está lo suficientemente desarrollado como para per-mitir realizar análisis de las propiedades en detalle (Rocca et al,1995,1999). A partir de los parámetros que definen el colapsopor su propio peso, en autocolapsables y potencialmente colap-sables, se ha planteado una estratigrafía de los distintos tipos desuelos loéssicos. Para suelos autocolapsables, se han distinguidotres Tipos Geotécnicos, de acuerdo a la profundidad en la que sehallan los estratos, y también para, suelos potencialmente colap-sable se han establecido tres Tipos Geotécnicos. En la Tabla 3se presentan los resultados de las relaciones entre F.SAT / 0medidos en ensayos edométricos para cada tipo geotécnico.

Tabla 3. Valores de colapso relativo de cada tipo geotécnico

Se han computado los asentamientos por colapso en fundacio-nes directas cargadas con construcciones tradicionales de una atres plantas para cada uno de los Tipos Geotécnicos de loess

Colapso Relativo promedio [%]Tipo Geotécnico

Una planta Dos plantas Tres plan-tas

As 7,60 9,20 10,5

Ai 4,60 4,70 4,80

D 4,50 4,50 4,50

P 3,30 4,70 6,00

M 1,20 1,20 1,20

E 0,00 0,00 0,00

333

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

1 100 10000

SUCCION (cm)

HU

MED

AD

VO

LUM

ETR

ICA

(m3/

m3)

MEDIDO

presentes en la ciudad de Córdoba, considerando algunas hipó-tesis que simplifican el cálculo.

En la figura 19, se presenta las deformaciones porcentuales porcolapso para diferentes hipótesis (Rocca 2002). La curva de tra-zos inferior corresponde a las deformaciones por autocolapso,es decir cuando se humedece sin carga exterior, en función de lavariación de F.SAT/ 0. Los dos grupos de curvas paramétri-cas representan al promedio de deformaciones de la modelaciónde perfiles de los distintos tipos de suelos colapsables, cuandose saturan totalmente bajo la carga externa de construcciones de1, 2 y 3 plantas. El grupo de curvas superiores se aplica a lostres primeros metros y las inferiores a los subsiguientes 7,0 me-tros, de un perfil teórico.

Figura 19: Colapsos relativos para suelos de la ciudad de Córdoba (afterRocca, 2002)

Dado que se ha considerado una condición de saturación com-pleta y generalizada, los valores de deformación por colapso in-dicadas en la figura 13 y en la Tabla 4, deben considerarse co-mo los máximos asentamientos posibles. Sin embargo, lametodología propuesta permite que conociendo la relación

F.SAT/ 0 de un perfil promedio es posible realizar una estima-ción de los asentamientos por colapso en forma rápida.

Esta metodología permite construir mapas o cartas geotécnicasde riesgo por colapso lo que puede facilitar la toma de decisio-nes ante el crecimiento de la ciudad o las precauciones genera-les a tomar en cada sector.

7.2 Propiedades y modelos de hidráulica de suelos

Los suelos loéssicos constituyen uno de los casos más interesan-tes de estudiar desde el punto de vista de las propiedadeshidráulicas. Presentan singularidades en cuanto a la anisotropíade la conductividad hidráulica, donde kv es mayor que kh, gene-ralmente se encuentran en condición subsaturada, con la inter-vención de tres fases, y la estructura sólida es metaestable ysusceptible al colapso cuando circula el agua.

Desde el punto de vista de la interacción del agua, el suelo y lasestructuras los fenómenos observados son diversos. En la ciu-dad de Córdoba, la falta de una red colectora cloacal integrallleva a muchas viviendas a emplear pozos absorbentes para in-filtrar en el terreno las aguas cloacales, generando problemaspara estos suelos colapsables. El desbalance hídrico generadopor estos procesos de infiltración derivan en fenómenos de as-censos del nivel freático, con las consiguientes complicacionesestructurales y sanitarias para un área urbana. Las alternativasde control del ascenso del nivel freático se concentran espe-cialmente en el uso de sistemas de bombeo profundo, los cualesdeben ser cuidadosamente controlados a fin de regular los asen-tamientos adicionales generados por un nuevo cambio tensional(Zeballos, et al, 1999). Asimismo, existen condiciones limitan-

tes para usar este suelo en enterramientos sanitarios (Franciscaet al, 1998).

Algunos de los problemas de infiltración han sido modeladosexitosamente bajo la asunción del comportamiento no saturadodel suelo (Zeballos et. al 2000, 2002). Los resultados de ensayosde infiltración muestran valores de permeabilidad de suelos sa-turados (ks) que varían entre 6,0 y 50,0 x 10-5 m/s para suelosloéssicos de la ciudad de Córdoba y de 0,1 a 13,40 x 10-5 m/s,para loess del SW de la provincia de Córdoba (a 280 km de laciudad de Córdoba).

La observación de las características estructurales de los suelospermite formular una interpretación de los resultados obtenidos.Los niveles superiores de limos arcillosos presentan estructu-ralmente una red de fisuras y microfisuras visibles. Esta red in-crementa el valor de la permeabilidad, que se detecta en los en-sayos. Esta situación no es observada en una muestra similarensayada en laboratorio.

El modelo empleado para interpretar distintos ensayos de infil-tración realizados, analiza la solución de la ecuación de conti-nuidad de flujo no saturado unidimensional. La ecuación pre-senta sus variables principales interrelacionadas, por lo que elproceso es de tipo iterativo. Como flujo transitorio, y en suelosno saturados, la permeabilidad (k ) del medio es dependientede la succión (s), la cual está condicionada por la humedad vo-lumétrica ( ). Para la aplicación del algoritmo de cálculo se re-quiere el conocimiento de la vinculación entre la humedad vo-lumétrica del suelo y la succión matricial, las denominadascurvas características suelo-agua. Estas han sido determinadasen varias oportunidades en suelos loéssicos de Córdoba (Zeba-llos et al. 1997, Goio et al. 1999) (ver figura 20).

Figura 20: Relaciones características agua – suelo (Zeballos et al. 1997,Goio et al. 1999, Redolfi, 1993).

Algunos de los resultados obtenidos en las modelaciones de losprocesos de infiltración en suelos loéssicos se observan en la fi-gura 21 (Terzariol et al, 2003).

Figura 21: Resultados de procesos de infiltración en campo y modela-ción (Terzariol et al, 2003).

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5F.SAT / 0

Col

apso

Rel

ativ

o[%

]

Autocolapsable Potencialmente

Ai

As

P

MAutocolapso

3 plantas

1 planta

2 plantas

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

HUMEDAD VOLUMETRICA (m3/m3)

PRO

FUN

DID

AD

(m)

INICIALENSAYO 1ENSAYO 2ENSAYO 3

334

Las principales observaciones derivadas de los estudios efec-tuados en este campo pueden sintetizarse en las siguientes:

• La modelación efectuada muestra una elevada consistenciacon los valores experimentales medidos.

• La modificación del valor de la permeabilidad afecta lige-ramente a la extensión del frente de saturación.

Los parámetros de forma controlan simultáneamente la exten-sión del frente y la humedad máxima alcanzada por el suelo. Eneste sentido, la aplicación de la función de Van-Genuchten,combinada con Mualem muestra ajustes sensibles al proceso deinfiltración medido.

Recientemente, Aiassa, Zeballos y Terzariol (2006, 2009), hanempleado el modelo de infiltración Green-Ampt a partir de losanálisis descriptos para estudiar las infiltraciones de barreras deimpermeabilización especialmente en el caso de rellenos sanita-rios.

7.3 Evaluación del comportamiento de cañerías enterradasen suelos loessicos

En esta década se culminó con el estudio del comportamiento decañerías enterradas en suelos loessicos, a fin de determinar lainteracción suelo-estructura de diferentes tipos de caños (mate-riales y dimensiones), colocados en zanjas dentro de mantos desuelos colapsables, que había comenzado en la década anteriorpor parte de Terzariol (1992, 1993).

Francisca (2002) y Terzariol (2006) plantearon el estudio numé-rico de estas soluciones analizando cañerías metálicas, de plás-tico y de hormigón con diferentes espesores y con distintos an-chos de zanja. De todo este análisis se concluye que en el casode cañerías flexibles se necesitan grandes anchos de zanja (5veces el diámetro del caño) y por ende de suelos compactadospara lograr un comportamiento adecuado, mientras que cañosrígidos pueden ser colocados en los anchos de zanja mínimoscompatibles con los métodos constructivos empleados.

7.4 Propiedades Dieléctricas y Conductividad Eléctrica DC

La propagación de ondas electromagnéticas en los materialesesta gobernada por las propiedades dieléctricas del medio dondese propagan. La constante dieléctrica o permitividad relativa deun medio es un valor complejo k* = k´+ k´´ en donde k´ es lacomponente real y k´´ la componente imaginaria relacionadacon la conductividad eléctrica del medio. Para materiales conbaja conductividad la velocidad de propagación puede determi-narse como:

V =ckE '

)8(

donde c = 3x 08 m/s es la velocidad de propagación de la luz.

Diversos métodos geofísicos emplean las propiedades dieléctri-cas del suelo como elemento de detección. Se pueden citar a: elgeorradar, los métodos geoeléctricos, la polarización inducida yla reflectometría.

La constante dieléctrica de los suelos no es un parámetro cons-tante como su nombre lo indica, sino una variable que dependede otras tales como: la frecuencia, el tamaño de partícula, el tipode fluido en los poros, la densidad, y el grado de saturación pormencionar sólo las más significativas. Para el loess, estos pará-metros han sido estudiado en extenso por Rinaldi (1994), Ri-

naldi y Francisca, (1999a y b), Rinaldi (2002). La medición deeste parámetro en los suelos es doblemente importante, por unlado permite estudiar no destructivamente la interacción delfluido con las partículas de suelo y por otro permite caracterizarel medio según sus parámetros geofísicos. Esto convierte a lasondas electromagnéticas en una herramienta utilizable para laevaluación de estratigrafía, detección de elementos enterrados yseguimiento de procesos de humedecimiento y de contamina-ción.

Los valores medidos tanto de la componente real como de lacomponente imaginaria resultan muy elevados. Este comporta-miento es el responsable de la poca penetración que tiene la on-da electromagnética en el loess. Los estudios muestran que laprofundidad de penetración es menor al metro a los contenidosde humedad naturales en loess, lo cual hace poco factible el em-pleo de georradar. Por otro lado existe una marcada tendenciade incrementar el valor de la constantedieléctrica con el conte-nido de humedad, lo cual es aplicable al mapeo de humedeci-mientos.

Para las frecuencias mayores a 200 MHz la relación entre lapermitividad real y el contenido volumétrico de agua puedeasumirse como (Rinaldi y Redolfi, 1986):

2vv 0.002+0.42+1.682=k´ (9)

La conductividad eléctrica DC de los suelos es un caso particu-lar de la constante dieléctrica imaginaria medida a bajas fre-cuencias. En general a frecuencias menores a 1 kHz, su valor nose encuentra afectado por mecanismos de polarización en elsuelo. La inversa de la conductividad es la resistividad y su va-lor es muy empleado actualmente en métodos geofísicos comoel sondeo eléctrico vertical (SEV) o la tomografía geoeléctrica.Los parámetros más significativos que gobierna el comporta-miento de este parámetro para un suelo determinado son: el con-tenido de humedad, densidad y tipo de fluido en los poros. Laley fundamental de comportamiento de la conductividad DC ensuelos saturados viene dada por la ley de Archie:

m

s

w na=F = )01(

Donde:

F se denomina factor de formación del suelo

w y s son la conductividad del fluido que satura los poros yel suelo completo respectivamente

n es la porosidad del suelo (obsérvese que en este caso

n = v por cuanto el suelo está saturado)

a y m son dos constantes.

En el caso de suelos semisaturado, Rinaldi y Cuestas (2002), de-terminaron la siguiente expresión:

pv

mp

s

ws na=F = )( )11(

donde Fs es Índice de Resistividad para suelos semisaturados,las constantes a y m tienen el mismo significado anterior. Alparámetro p se determina:

5.0dp = )21(

En la Figura 23 se muestra la valoración experimental de estasrelaciones.

335

Figura 23: Relación entre el Índice de Resistividad y el contenido volu-métrico de agua (Rinaldi y Cuestas, 2002).

Las expresiones anteriores muestran que la relación entre laconductividad del suelo y el contenido volumétrico de agua, esuna relación directa. Por lo cual para un sector de loess determi-nado donde la conductividad del fluido w es posible asumirloconstante al igual que su densidad, la medición de la resistivi-dad es un parámetro que solo depende del contenido volumétri-co de agua. Esta conclusión resulta de importancia para el moni-toreo de frentes de propagación de agua mediante métodosgeoeléctricos por rotura de conductos de provisión del fluido,que tanto daño provocan.

7.5 Estimación del coeficiente de reacción horizontal

Para evaluar el comportamiento de pilotes sometidos fuerzashorizontales se realizaron una serie de ensayos sobre prototiposen condición de humedad natural y de saturación del suelo cir-cundante.

La ecuación básica que rige este problema puede expresarsecomo:

=Dzkh . )31(

Donde:

y son coeficientes que dependen del tipo de suelo

Z = profundiad considerada

D = diámetro del pilote

Terzariol, et al. (2006), analiza los resultados de los ensayos decarga y mediante un modelo numérico establece los valores delos parámetros citados. Los mismos pueden estimarse respecti-vamente como 3093 y 2,07 para el suelo en estado de humedadnatural y como 7842 y 1,24 para el suelo en condición saturada.Ambos para deformaciones de la cabeza del pilote de hasta 1,5% del diámetro del pilote.

8 CONCLUSIONES

Los suelos loéssicos están ampliamente distribuidos en la regióncentral de Argentina. Sus particularidades más significativas, ta-les como, erosionabilidad y colapso, son muy reconocibles yexisten métodos para su mitigación.

La complejidad de los problemas, donde se combinan inestabi-lidad de la fase sólida, con condiciones no saturadas, son cam-pos propicios para estudios a distintas escalas.

La cantidad de aportes a la comprensión de los suelos leossicoscolapsables y la importancia de ellos hacen que el laboratorio deGeotecnia de la Universidad Nacional de Córdoba, se haya con-vertido en un referente a nivel Nacional y Regional para el estu-dio de suelos limosos colapsables.

A lo largo de 4 décadas, se han realizado avances de importan-cia, algunos de los cuales están sucintamente descriptos en estetrabajo, incluyen la caracterización de estos suelos, el conoci-miento de las propiedades dieléctricas y las variaciones mecáni-cas con distintos niveles de deformaciones, empleo de nuevosmétodos para mediciones no destructivas y de campo, modelosconstitutivos mecánicos e hidráulicos, metodologías de diseñode fundaciones y la distribución areal de la colapsibilidad de laciudad de Córdoba.

9 COMENTARIOS FINALES

Cuando se estudian suelos con características regionales, comolos loess, se pueden desarrollar procedimientos y métodos queno son extrapolables a otras circunstancias tanto intrínsecas,como ambientales. No obstante ello, siempre se podrán encua-drar dentro de un tipo de afinidad, en este caso particular, la delos suelos no saturados, y las conclusiones podrán ser tenidas encuenta por otros especialistas dentro del género.

A lo largo de la Conferencia se han dado nombres y referido au-tores, en cada caso quiero hacer la salvedad que se han citadolos autores principales, pero no los únicos en cada caso. La can-tidad de docentes e investigadores involucrados hace imposiblela cita de todos ellos.

Espero que sepan perdonar si alguno se ha escapado al recuerdoo si algún tópico investigado no ha sido nombrado pero la ex-tensión limitada de esta publicación han impedido un mayor de-teniemiento en cada uno de ellos.

REFERENCIAS

Aiassa, G., Zeballos, M. y Terzariol R. (2006) Modelo de infil-tración GREEN-MAPT en el análisis de barreras. Memoriasdel XVI CAMSIG, San Juan.

Alonso, E; Gens, A; y Josa, A. (1990) A constitutive Model forPartially Saturated Soils. Geotechnique, London England,Vol. 12, pp 177-197.

Bolognesi A.J. & Moretto O. (1957) Properties and behavior ofsilty soils originated from loess formation. Proc. V Intl.Conf. Soil Mech.Found.Eng. London Vol 1, pp 9 12.

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0,001

0,010

0,100

1,000

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

Contentenido Volumétrico v

Indi

cede

Resi

stiv

idad

1/F

s

Serie2Serie1

Serie3Serie4

d = 16.2 kN/m3; Muestras Lavadas

d = 13.5 kN/m3; naturales

d = 15.9 kN/m3; Naturales

d = 15.2 kN/m3; Naturales

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