Diapositivas preparadas para la clase de Geotecnia en el Posgrado de Geotecnia de la UAQ.

1. Suelos Expansivos
Ing. Rafael Ortiz Hernández
Geotecnia
División de Investigación y Posgrado Facultad de Ingeniería
Universidad Autónoma de Querétaro

2. Son suelos que sufren un cambio de volumen significativo al
modificarse su contenido de agua.
Introducción - Definición

3. Son suelos problemáticos debido a los daños en cimentaciones
como alzamientos, agrietamientos, rotura de pavimentos,
cimentaciones y losas, canales y recubrimientos de reservorios
de agua.
La reducción de volumen del suelo expansivo ocurre por la
evaporación o evapotranspiración e la vegetación, cada
reducción de humedad impactara el grado de hinchamiento.
La tasa de precipitación, tasa de evaporación junto con la
cantidad y profundidad de la capa de arcilla expansiva y su
actividad son los parámetros que definen el hinchamiento
de la arcilla.
Introducción – SE y sus daños

4. Los daños a las estructura ocurren por el hinchamiento
diferencial de los suelos debajo de la cimentación.
El hinchamiento diferencial esta en función del espesor
lateral de la capa de arcilla, variación en el contenido de
humedad debajo de la estructura, no uniformidad del suelo y
el uso y ocupación del edificio.
Algunas condiciones locales son la rotura de instalaciones
hidráulicas, el regado de patios y jardines y mal drenaje que
lleva al encharcamiento de superficies.
Se estima que el hinchamiento diferencial puede ser ¼ a ½ del
hinchamiento total.
Introducción – SE y sus daños (cont.)

5. La mineralogía juega un papel importante.
Por su grado de expansividad, la arcilla compuesta del mineral
de montmorillonita es la de más cuidado.
El potencial de la expansión de este mineral depende de su
estructura de matriz cristalina, estructura de la masa de
arcilla y la capacidad de intercambio catiónico.
Los mecanismos del hinchamiento están dados por
presiones de succión osmótica y capilaridad, fijación del
agua por adsorción polar, imbibición osmótica y fuerzas de
tensión superficial.
SE y su mineralogía

6. SE y su mineralogía
Podemos observar que la montmorillonita tiene:
• Mayor espesor de partícula
• Diámetro similar al de la ilita
• Mucho mayor superficie especifica
• Mucho mayor Capacidad de Intercambio Catiónico
• Mucho mayor hinchamiento

7. El hinchamiento puede ocurrir en tres maneras:
1. Un movimiento hacia arriba después de la construcción y
terminar después de 4 años o más después de terminar la
construcción.
2. Contracción-expansión cíclica que ocurre cerca del perímetro
de la estructura, relacionado con eventos climáticos.
3. Hinchamiento local por la rotura de instalaciones hidráulicas.
SE y su hinchamiento

8. La cantidad de hinchamiento se debe a:
1. Espesor de la capa de arcilla
2. Sobrecarga
3. Profundidad de nivel freático
4. Succión del suelo
5. Características de entrada de aire
6. Esfuerzos horizontales y verticales en el suelo
7. Cantidad y actividad de la arcilla
SE y su hinchamiento

9. La cantidad de hinchamiento se debe a (cont.):
8. La profundidad y naturaleza del cambio temporal
9. Filtración de líneas hidráulicas
10.Densidad del suelo
11.Tiempo
SE y su hinchamiento

10. Se considera que el hinchamiento ocurre normal a la superficie,
por que el hinchamiento lateral se inhibe por el suelo adyacente,
pero hay excepciones:
1. SE con severo agrietamiento al secarse
2. SE en taludes
3. Cimentaciones con contenidos de agua diferentes en áreas
centrales y exteriores
4. Estructuras de retención sujetas a presiones laterales.
SE y su hinchamiento

11. El potencial de hinchamiento se determina por medio de las
siguientes pruebas:
1. Índice de hinchamiento libre: Determina los cambios en el volumen
del suelo después de la emersión en agua de un volumen de suelo
conocido.
2. Límites de Atterberg: El índice de plasticidad y el índice de
contracción son indicadores ya que la expansión de suelos ocurre entre
estos índices.
3. Contenido coloidal: Determina el porcentaje de suelo que es coloidal
(1 – 2 micras), que es el que más contribuye a la expansión.
4. Consolidación: Indica el asentamiento como función de la presión
interna pero puede identificar el potencial de hinchamiento en
suelos.
SE y su potencial de hinchamiento

12. El valor del potencial hinchamiento depende los siguientes
factores:
1. Cantidad y tipo de minerales (la estructura e iones intercambiables)
2. Densidad (arcillas densas se hinchan más)
3. Condiciones de carga (permitir un poco de hinchamiento reduce en
medida el hinchamiento)
4. Estructura de suelo (la compactación estática permite más
hinchamiento)
5. Tiempo (la transmisión de humedad depende de la permeabilidad y
espesor)
6. Fluido de poro (un alto pH incremento la disociación de cationes)
7. Contenido de agua (arcillas secas se hinchan más)
SE y su potencial de hinchamiento

13. Referencias
Gromko, G. J. (1974). Review of expansive soils. Journal of the
Geotechnical Engineering Division, 100(6), 667-687.
Holtz, W. G. (1959). Expansive clays--properties and problems.
Commissioner's Office, Bureau of Reclamation, United States
Department of the Interior.