Cómo mitigar los efectos de las arcillas expansivas

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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.

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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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Flecha-roja

14 Comentarios

  1. He descubierto vuestra web a través de “Desde el murete” y me parecen geniales vuestros posts. No obstante, en este caso quería puntualizaros sobre el tipo de cimentación recomendada. Las zapatas más pequeñas, como bien comentáis, al tener una mayor carga contrarrestan mejor la posible presión de hinchamiento de las arcillas expansivas que las zapatas más grandes o losas pero esto solo es válido para el hinchamiento de las arcillas. Si las arcillas se retraen por periodos secos sería contraproducente adoptar estas soluciones ya que ocurriría el efecto contrario. De hecho, la mayoría de las compañías aseguradoras no admiten las cimentaciones mediante zapatas dentro de la capa activa por el riesgo que implican. Por ello es más recomendable adoptar soluciones que absorban mejor los movimientos como las losas con sustituciones de terreno o independizar la estructura del terreno mediante pilotes tipo palafito.
    Saludos

  2. Muy interesante el artículo,pero sí valoro la opinión de Geotecniafacil de que en estructuras de poca entidad (hasta cuatro o cinco plantas) es preferible la losa con un buen encachado de piedra bajo grava como expones en el artículo para facilitar la expansión.

  3. Estupendo post! La construcción en este tipo de terreno es siempre arriesgada, son muchas las variables a tener en cuenta para analizar el problema con profundidad. Además de las mencionadas en este artículo, añadiría: el hinchamiento del terreno situado bajo el edificio al impedir el mismo edificio la evaporación del agua que esta debajo, sumado a una retracción por desecación del terreno circundante, cambios de volumen debidos a variaciones del nivel freático ya sea por bombeos o construcciones adyacentes, drenajes, etc, diferente orientación de las fachadas del edificio que puede ocasionar asentamientos diferenciales, retracciones por desecación por la presencia de raices de árboles, etc. Solucionar una estructura en estas circunstancias es sin duda un buen reto ingenieril.

  4. Creo que la mejor opción para construir cada en suelos arcillosos es con pilotes, pero en los puntos donde irán los pilotes inyectar cal para que el terreno donde irá cada pilote sea más estable, luego sobre los pilotes a una altura de más o menos un metro se construye una plancha armada, de modo que el piso de la casa quedará sobre esa plancha, para la construcción de la casa se utiliza materiales livianos como el covintex.

  5. Felicidades por el tema y la exposición
    Desde mi humilde experiencia, el asunto de las arcillas expansivas que menos se vigila en los proyectos que habitualmente sigo es el del verdadero espesor de la capa activa.
    Su definición es vital para optimizar la solución constructiva.
    Hay muchos indicios geológicos que nos ayudan a determinar su límite, como son el estudio del gradiente de humedad en estiaje, la presencia de niveles de precipitación capilar, etc.
    En proyectos de grandes naves industriales, la determinación de este espesor implica mucho dinero puesto que las soleras son de mucha superficie y admiten deformaciones reducidas.
    Una vez más el modelo geológico del terreno ha de estar a la altura del modelo geotecnico-estructural de la solución.

  6. Quisiera aportar un caso que resolví con resultado positivo se trataba de una casa aislada ( chalet) con zapata continua en todo el contorno que se estaba agrietando por efecto de las famosas arcillas expansivas. Lo primero que hice es sacar al exterior todas las bajantes de pluviales y de aguas grises recibiendolas en arquetas registrables impermeabilizadas y realizando nueva canalización a saneamiento público exterior al objeto de evitar fugas que humedecían las arcillas por uso propio de la casa y pluviales. Lo segundo realicé una acera perimetral con pendiente del 2% hacia el exterior de 3 m de anchura y tercero realicé un dren perimetral paralelo a la acera con una zanja de 1,5×0,5 m rellena de grava y el el fondo un tubo poroso de D= 200 mm con pendiente hacia el exterior y por último reparé las grietas enjarjandolas y coloqué testigos en las grietas para controlar posibles movimientos. Puedo decir que de esto hace 10 años y no se ha movido ni un solo milímetro , siendo una solución bastante mas barata que otras alternativas consideradas.

  7. Buenas tardes, quisiera exponer un asunto sooner una patología en una cimentación que está cimentada sobre arcillas expanxivas con pilotes instituto u hormigonados. presentan fisuras el muro de fachada y el duelo de planta baja también ha sufrido movimiento.He realizado una calicata y se ve el pilote con su encepado y viga riostra sin proteger del suelo expansivo quiero decir sin encarchado de grava ni nada. En la calicata se observa que el suelo está empapado de agua incluido se ve retracción en las arcillas aunque no he podido ver que l cimentación sufra ninguna fisura.
    Mi pregunta es que di creéis que ese cambio de humedad que se ve en elduelo pueda estar afectado a la cimentación y por ende a la estructura a pesar de estar pilotada.

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