EXPANSIÓN UNIDIMENSIONAL DE LOS SUELOS

• Definición• Efectos de la Expansión

• Ensayo de Expansión• Caracterización de la expansividad de los

suelos

Bibliografía disponible

• Musso, M.; Rostan, A.; Behak, L. (2003) Subrasantes expansivas en Rutas Nacionales: ¿mito o realidad?. 4o. Congreso de la Vialidad Uruguaya. CD.

• Musso, M. (2001) Estudo do fenômeno de expansão dos sedimentos da Formação Libertad (Quaternario): Metodología de avialção e mapeamento na região de Montivideú-Uruguay. Dissertação de Mestrado Escola de Engenharia de São Carlos. Universidade de São Paulo.

• Behak, L. (2001) Metodología de utilización de los materiales descompuestos y desagregados basáltico de la formación Arapey- in Goso et al (2001) Estudio de los materiales para la construcción de caminos en el noroeste del país. Convenio MTOP- UdelaR. Informe Final.

• Nahoum, B.; Prefumo, J. E.; Goso, C.; Chapuis, D.; Peyronel, S. (1996) La problemática de los materiales expansivos como fundación de construcciones livianas. estudio de caso: formaciones Libertad-Dolores. 8º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia.p. 215-226. Rio de Janeiro.

Expansión Unidimensional de los Suelos

Proceso de aumento de volumen por aumento de la relación de vacíos del suelo, provocado por una

disminución de las presiones capilares en suelos no saturados

• Deformación volumétrica = consolidación y entumecimiento• Aumento de volumen de vacíos = entumecimiento• Causado por modificación de presiones capilares (u) con

sobrecarga constante ≠ consolidación y entumecimiento• Característico de suelos no saturados

Efectos de la Expansión Unidimensional

Efectos de la Expansión Unidimensional

Efectos de la Expansión Unidimensional

• Casos en Uruguay:– Obras livianas fundadas sobre suelos de la Fm. Libertad

(Montevideo, Libertad, etc.)– Senda nueva de Ruta 1– Subrasantes arcillosas y limosas del descompuesto de la Fm.

Arapey (basaltos)

Estudio de la Expansión Unidimensional

• Se hace en el Consolidómetro o Edómetro (Norma ASTM D4546)

q

Muestra

Metodología del Ensayo de Expansión

• Se coloca muestra en condiciones de contenido de humedad y peso específico preestablecidos (succión)

• Se aplica una sobrecarga (q):• Se vierte agua an la cazuela por succión comienza

expansión

• Se mide la deformación unitaria vertical (ε) a lo largo del tiempo

• Final del proceso: velocidad de expansión 0• Se determina deformación unitaria (ε) o relación de vacíos

(e) en función del tiempo (t) Curva de Expansión

Descompuesto de la Fm. Arapey

0

2

4

6

8

10

12

14

0,1 1 10 100 1000 10000log (t) (min)

∆h/

ho

(%)

1,734 kPa 2,973 kPa 6,453 kPa 10,487 kPa

20,105 kPa 49,628 kPa 97,548 kPa

Curva de Expansión

Expansión Primaria

Expansión Secundaria

Características de la Curva de Expansión

• Expansión Primaria: Aumento de volumen de vacíos por succión de agua en los poros parcialmente saturados

– f (tamaño y estructura del suelo; γd; e; ω; S) Succión

– Afectados por cambios climáticos que porducen variaciones en zona no saturada (Zona Activa)

– Acción humana puede potenciar expansión • Expansión Secundaria: Aumento de volumen por ingreso de agua

en los grumos del suelo– f (tipo de mineral arcilla; contenido de arcilla; iones en poros)

• Expansión Libre: aquélla que se desarrolla a σo’ (σ’

omin ≥ 1 kPa)

Determinación de la Presión de Expansión

• Presión de Expansión (σ sp’): Presión que desarrolla el suelo

en el proceso de expansión o Sobrecarga que debe aplicarse para anular la expansión

• Método a Volumen Constante– Para una muestra se van aumentando la sobrecarga de

forma tal que V = cte.

– Sobrecarga que hace que V no aumente será σ sp’

• Por aplicación de Diferentes Sobrecargas– Sobre diferentes muestras en igualdad de condiciones

iniciales se ensayan a la expansión con diferentes sobrecargas (q)

– Para cada sobrecarga se determina expansión

Curva de Tensión - Expansión

Descompuesto de laFm. Arapey

∆h/ho = -2,1977Ln(σ) + 9,3314

R2 = 0,7834

0

2

4

6

8

10

12

1 10 100 1000

log (σ) (kPa)

h/ho

(%)

σsp = 70 kPa

Caracterización de la expansividad de los suelos

• Los suelos se pueden clasificar según su expansión• Interesan los suelos arcillosos

• Skempton (1953): Clasifica las arcillas según su actividad coloidal (A)

Actividad Coloidal de las Arcillas (Skempton, 1953)

m2Pasa%IP

Aµ

=

Actividad Categoría de Suelo< 0,75 Inactivo

0,75 – 1,25 Normal> 1,25 Activo

• Seed y colaboradores (1963): Define Potencial Expansivo (PE)– % expansión edométrica vertical de muestra compactada

a humedad óptima y peso específico seco máximo del ensayo Proctor estándar, bajo una tensión vertical de 7 kPa

• Donde: PE = potencial de expansión; C = contenido de arcillas; x = nº dependiente de tipo de arcilla; K = factor dependiente de minerales de la arcilla

• Según Seed: x = 3,44

• A: Actividad Coloidal

xKCPE =

44,25 A106,3K ⋅×= −

Clasificación de Expansión de los suelos (Seed et al., 1962)

Característica deexpansión del suelo

Potencial Expansivo(%)

Baja 0 – 1,5Media 1,5 – 5,0Alta 5,0 – 25,0

Muy Alta > 25,0

• Van der Merwe (1964): Carta de clasificación de suelos expansivos

• Ensayo de Azul de Metileno (CIC): Identifica minerales arcillosos del suelo

• Discusión:– IP como parámetro de clasificación de expansividad– Contenido de Carbonato de Calcio como indicativo de

expansión