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Cómo mitigar los efectos de las arcillas expansivas

En este post hablaremos de las arcillas expansivas, sus efectos sobre las estructuras y cómo mitigar dichos efectos.

Las arcillas pueden presentar distintos grados de expansividad, dependiendo su respuesta a las variaciones de humedad a las que se vean sometidas. Al ganar humedad, presentan un incremento de volumen o hinchamiento según su grado de expansividad y al desecarse, justo lo contrario, el volumen disminuye produciéndose un agrietamiento del suelo.

Agrietamiento por desecación en arcillas expansivas. Imagen cedida por Laboratorio de Ingeniería y Medio Ambiente (IMASALAB)

Agrietamiento por desecación en arcillas expansivas. Imagen cedida por Laboratorio de Ingeniería y Medio Ambiente (IMASALAB)

Hay que tener en cuenta que las variaciones de humedad del terreno se producen en los primeros metros. A esto se le llama profundidad activa y en España puede rondar los 3 m.

Para identificar el grado de expansividad se emplean ensayos. Entre los más comunes distinguimos los límites de Atterberg, granulometría por sedimentación, el ensayo Lambe y el edómetro.

Una vez caracterizado el grado de expansividad, hay que actuar en consecuencia, no sólo con el diseño de la cimentación sino con el de la propia estructura y su entorno.

Hay que tener en cuenta que pueden obtenerse presiones de hinchamiento superiores a 0,25 MPa (2,5 kg/cm2), lo que hace que el terreno al aumentar de volumen no sea capaz de  levantar únicamente los elementos estructurales y no estructurales que cargan poco (correas de atado, soleras…) sino también puede producir el levantamiento de la propia cimentación al superar la tensión transmitida.

En vista de todo lo anterior, podríamos indicar una serie de criterios a seguir:

  • Mantener vistos los conductos de fontanería y saneamiento para que en el caso de rotura o fugas, pueda detectarse y repararse con rapidez.
  • Realizar una amplia acera alrededor de la estructura que mantenga el grado de humedad constante en el terreno. Se realizarán pendientes hacia fuera de la estructura de forma que no se acumule agua.
  • Realizar el apoyo de la cimentación lo más alejada posible de la capa activa. Si se trata de una estructura de edificación, mejor con sótano que sin él.
  • Si se trata de zapatas, no hay que ser generosos con el tamaño de la zapata. Imaginemos que tenemos una tensión admisible de 0.2 MPa. Cuando dimensionemos las zapatas a hundimiento, lo haremos precisamente con esa tensión admisible (no algo menos de forma que la zapata sea más grande y dotemos a la cimentación de más seguridad ya que en este caso ocurriría justo lo contrario). Si para verificar el hundimiento comparamos la tensión máxima transmitida por la zapata con la tensión admisible, para verificar la expansividad, justo lo contrario. Consideraremos la estructura con la menor carga posible (solo con permanentes) y comprobaremos que con la tensión transmitida en estas condiciones, superamos la presión de hinchamiento.
  • En el caso de no conseguir encajar las zapatas y tener que recurrir a losa (contraproducente en el caso que nos ocupa ya que minimizamos la tensión transmitida), la dimensionaremos con exigentes criterios de rigidez, para prevenir movimientos diferenciales.
  • En los dos casos anteriores de cimentación superficial, podemos minimizar aún más los efectos de la expansividad:
    • Disponiendo una capa de grava bajo la cimentación, de forma que cuando las arcillas se hinchen “fluyan” entre los espacios de la grava que hará de “colchón” y evitará los empujes directos sobre la base de la cimentación.
    •  No hay que olvidarse de los laterales. Si la superficie lateral del cimiento es importante, las arcillas pueden crear una tensión tangencial ascendente nada despreciable. Particularmente junto con la solución anterior he interpuesto en más de una ocasión en los laterales de la zapata o losa un material (como puede ser una lámina de poliestireno) que impida que las arcillas produzcan ese empuje ascensional sobre el canto.
  • Los pilotes también pueden dar buen resultado, pero hay que tener en cuenta que pueden funcionar como tirantes si el terreno “tira” hacia arriba de ellos. Lo que haremos es anclarlos lo suficiente en la zona inferior a la activa. Para mejorar el efecto podemos hacer algo similar a lo anterior, es decir, en la zona activa interponer un elemento de baja rugosidad (por ejemplo un tubo de PVC o acero) de forma que las arcillas no se peguen y produzcan un empuje hacia arriba sobre el fuste. Evidentemente en la zona superior donde dispongamos la camisa permanente no consideraremos resistencia por fuste en los cálculos a hundimiento. Bajo el encepado puede recurrirse a la capa de gravas citada anteriormente de forma que el terreno no produzca presiones elevadas sobre su base al expandirse.
  • Respecto a la estructura, lo más recomendable es hacerla lo más isostática posible de forma que admita los movimientos derivados del terreno sin crear esfuerzos adicionales.
  • Para terminar, otra cosa que podemos plantear es una mejora del terreno frente a la expansividad. Funcionan bastante bien las inyecciones de cal y aditivos a presión (estabilización profunda).

Por supuesto hay mucho más de lo que hablar en cuanto a precauciones se refiere pero con las que hemos indicado, nos podemos salvar de algún disgusto que otro.

Espero os haya parecido un tema interesante, sobre todo si como yo, tenéis que convivir con este tipo de terrenos tan inquietos.


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Ingeniero Industrial. Consultor de estructuras.

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3 Responses to Cómo mitigar los efectos de las arcillas expansivas

  1. Como siempre interesante. Una muy buena opción que a veces he utilizado son los micropilotes. Ofrecen buen comportamiento a tracción y además, por su menor diámetro recogen menos rozamiento lateral.

  2. Antonio Daza dice:

    Las tensiones laterales naturales también dan expansiones en arcillas y lutitas de baja plasticidad, apareciendo desplazamiento osmotico y mayor succion.

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