Técnicas para Tratar Suelos Expansivos.

Con el fin de minimizar los cambios volumétricos producidos por la presencia de suelos expansivos en Colombia se han utilizado con mayor frecuencia las siguientes técnicas.

• El reemplazo por lo menos de 1.0 ml de suelo expansivo por un material seleccionado con las características exigidas para materiales de terraplén.

• Tratamientos con cal, mediante el procedimiento de mezclado in situ con ayuda de Pulvimixer, mejorando espesores alrededor de los 0.30 mts.

Estabilización Electroquímica de Los Suelos de Subrasante utilizando algunos compuestos químicos tales como aceites sulfonaclos, ácidos fosfóricos, cloruros de sodio, etc., midiendo en todos los casos el efecto de estos productos mediante investigaciones de laboratorio, donde el criterio de selección son las pruebas que permiten evaluar la reducción de los cambios volumétricos del suelo por humedecimiento.

Precauciones para Estudios y Diseños de Pavimentos sobre Suelos Expansivos.

Deben tomarse las siguientes precauciones: 

•Determinar la profundidad de la capa de arcilla problemática a intervalos suficientemente cortos como para hacer un buen perfil estratigráfico. La expansividad de la arcilla debe determinarse a lo Largo de la longitud y la profundidad.

• Las propiedades índice pueden usarse para este propósito como una aproximación deL potencial expansivo. La expansividad de unas pocas muestras seleccionadas puede chequearse mediante ensayos de PVC.

• Siempre que sea posible, deben adoptarse la construcción por etapas y permitir que la subrasante permanezca sin ningún tratamiento por un período mínimo de un año, Podria también colocarse una cobertura granular no solo para conservar la humedad, sino también para actuar como filtro. Kassif ha encontrado que un material triturado de 19 mm a 2 mm es el filtro más aconsejable sobre suelos cohesivos.

• Deben especificarse requisitos de compactación y humedad relativos al Proctor estándar en lugar del Modificado. A menor densidad y mayor humedad se reduce el potencial expansivo del suelo. La densidad baja no afecta apreciablemente la capacidad portante, por cuanto los valores de CBR con ambos esfuerzos compactivos son muy bajos. Los contenidos de agua por encima del óptimo no producen bajos CBR. Por lo tanto, no es ninguna ventaja especificar altas compactaciones.

• La cubierta mínima sobre un suelo expansivo debe ser de 1 mt. Por ejemplo, una subrasante no expansiva con CBR de 2 requiere una cobertura mínima de 60 cms. Pero si llega a ser expansiva se requieren 50 cm. Adicionales de material seleccionado.

• No deben colocarse materiales muy gruesos directamente sobre un suelo expansivo, sino más bien colocar una capa de arena para prevenir el bombeo de los finos hacia las capas estructurales. La arena deberá satisfacer los requisitos del material de filtro.

Estabilización de Suelos Expansivos.

Otra de las metodologías ampliamente utilizadas para prevenir cambios volumétricos en subrasantes expansivas es la estabilización de suelos y dentro de estas técnicas la que ha dado mejores resultados y ha sido utilizada con mayor frecuencia es la estabilización con cal. Además de las técnicas convencionales de mezclado en el sitio o mezclas en planta, otras técnicas como inyección de cal a través de perforaciones, inyección de lechadas de cal a presión y estabilizaciones con cal tipo Deep-plow se han utilizado con bastante éxito.

• Estabilización con cal por método de perforaciones: Esta técnica consiste básicamente en perforar huecos en la subrasante y llenarlos con una lechada de cal o una mezcla de cal y arena. Una vez se llenan los huecos, la cal emigra o se difunde en el estrato de suelo iniciándose las reacciones suelo-cal.

La experiencia ha demostrado que las reacciones se producen en la periferia del hueco y en el fondo del mismo, pero se logra una reducción en el potencial expansivo debido al efecto de prehumedecimiento y a la liberación de esfuerzos alrededor de la perforación.

• Lechadas de cal inyectadas a presión: Con el objeto de lograr una mayor distribución de la cal en las subrasantes expans4vas, se ha desarrollado la técnica de inyecciones a presión. La técnica consiste en inyectar las lechadas con cal a presiones del orden de 14.0 Kg/cm2r dependiendo de las condiciones del suelo la tubería de inyección se penetra en éste, aproximadamente, 30 cms y la lechada se prepara con 1 a 5 kgs de cal por galán de agua, la inyección se hace hasta que el suelo rechace la lechada

La experiencia ha demostrado que con este sistema se logran buenos resultados si el suelo expansivo tiene un extenso sistema de fisuras y grietas a través del cual la lechada pueda ser inyectada eficientemente. El mayor beneficio de este tipo de tratamiento se obtiene también por el prehumedecimiento producido, la barrera de humedad formada por el suelo cal y a las limitadas cantidades del suelo que ha reaccionado produciéndose la estabilización.

•Estabilización con cal por el Método Deep-plow: La técnica consiste en remover un espesor aproximado de un pie antes de regar la cal, posteriormente se riega la cal necesaria para la estabilización, se mezcla la cal con el suelo con tres pasadas del plow hasta una profundidad de dos pies, se esparce agua sobre la mezcla seca en la vía, se hace un mezclado final con un ripper profundo, se efectúa una compactación inicial del espesor de dos pies del material estabilizado en una sola capa, utilizando un equipo de compactación pata de cabra o un rodillo pata de cabra vibratorio, la compactación final se efectúa utilizando 6 pasadas con un rodillo de 70 toneladas de peso.

Esta técnica permite estabilizar con cal y compactar en forma adecuada espesores de 60 a 90 cms.

Experiencias sobre la utilización de este método indican que se logran densidades superiores al 95% del AASHTO-99 y que la distribución de la cal es homogénea en los primeros 40 cms y menos en los restantes 20 cms.

La compactación de tos suelos a bajas o medianas densidades y con contenidos de agua superiores al óptimo pueden reducir las presiones de expansión y los cambios volumétricos de las arcillas compactadas. El equipo de compactación que produce una acción de amasado originando una estructura dispersa tal como los rodillos pata de cabra son apropiados

Prehumedecimiento del Suelo Expansivo.

El prehumedecirniento del suelo ha sido otro procedimiento utilizado para que los suelos expansivos logren un cambio volumétrico antes de colocar la estructura del pavimento. Dentro de estas técnicas, la más efectiva es la de inundar la subrasante y para que con ella se obtengan buenos resultados se requiere La presencia de un extenso sistema de grietas y fisuras en el suelo.

Las arcilla o rellenos relativamente impermeables no responden bien a esta técnica, El uso de perforaciones, drenes de arena y otros sistemas que faciliten la entrada de agua al suelo no han dado muy buenos resultados, debido a que con ellos se logra humedecer un espesor pequeño alrededor de las perforaciones, pero si además de elfos se usa la inundación, la combinación de estas técnicas puede ser algo benéfica en algunos casos.

Después de que el material ha sido inundado se recomienda estabilizar los primeros 15 o 20 cms. del suelo con cal, en un ancho que se extienda de cuneta a cuneta, para dar lugar a una plataforma de trabajo y a un material suficientemente impermeable a cambios de humedad y prevenir la deseca. ción de las áreas inundadas.

Minimizar los Cambios de Humedad.

Teniendo en cuenta que el contenido de humedad es el principal factor que origina cambios de volúmenes en suelos expansivos, es obvio pensar que si el material se aísla de los cambios volumétricos, el cambio de volumen puede reducirse o minimizarse. Teniendo en cuenta lo anterior las membranas impermeables se han convertido en un promisorio método para minimizar los cambios de humedad, limitando el acceso de agua.
 

En el caso de regiones áridas donde la humedad proviene de agua de infiltración, las membranas asfálticas y los pavimentos de espesor pleno son bastante efectivos. Sin embargo, en los casos donde hay humedad capilar o niveles freáticos muy altos, el sellado extensivo de la subrasante expansiva mediante el uso cíe membranas no es efectivo, los productos asfálticos parecen ser los materiales más ampliamente usados para membranas y para que éstas surtan buenos efectos, el sellado debe ser completo a través de as cunetas e incluyendo parte cte taludes naturales.
 

En evaluaciones efectuadas en Estados Unidos en tramos en donde se utilizaron como barreras de humedad aditivos químicos tipo sellantes, los resultados obtenidos fueron variables cte acuerdo al tipo y cantidad de aditivo utilizado, no pudiéndose obtener conclusiones generalizadas al respecto.

La minimización de los cambios en los contenidos de agua es, sin duda, un aspecto muy importante; por lo tanto, el drenaje debe manejarse adecuadamente. Si es pobre, las variaciones estacionales en la humedad de la subrasante serán inevitables y producirán expansiones. Sin embargo, si las zanjas y drenajes son muy profundos o cercanos a la estructura del pavimento ocurrirá estacionalmente el secado o parcial desecación de bermas. Kassif recomienda extender las bermas a un ancho igual a la profundidad de la zona y localizar el drenaje superficial del pavimento tan lejos corno sea posible. Estudios recientes han demostrado por medio de la ecuación de difusión lineal, que los cambios estacionales de humedad penetran bajo el pavimento tanto como ¼ de espesor de la capa expansiva, lo cual ha sido confirmado por medidas de campo.

Aplicación de Sobrecargas.

En relación con la técnica de aplicar sobrecargas mayores que las presiones de expansión, se considera que es un método que puede prevenir la expansión; sin embargo, las cargas del pavimento son generalmente insuficientes para prevenir el problema y este método se ha generalizado más en el caso de estructuras grandes o aquellas que trasmiten cargas altas.

Reemplazo del Material Expansivo.

En el caso de utilizar el método de reemplazar suelos expansivos por suelos no expansivos la Federal  Highway Administration revisó la experiencia de varios estados en los Estados Unidos y encontró que esta técnica no es una panacea, al menos que todo o un suficiente espesor del manto expansivo pueda ser removido de tal forma que el hinchamiento sea mínimo o tolerable:

Desafortunadamente este, rara vez es el caso.

En el caso de optar por esta alternativa, el reemplazo se debe hacer con materiales impermeables para evitar el acceso de humedad al suelo expansivo que no ha sido removido.

Métodos para minimizar los cambios volumétricos de la subrasante.

En las prácticas recientes de diseño de pavimentos sobre arcillas expansivas en los Estados Unidos se han adoptado las siguientes alternativas para minimizar los cambios volumétricos de la subrasante:

• Evitar las arcillas expansivas bien sea por cambios en el alineamiento, sea cortando y reemplazando el material.
• Reducir las características expansivas de los suelos.
• Confinar las arcillas expansivas bajo rellenos.
• Minimizar los cambio5 de humedad en las arcillas luego de la pavimentación.

Técnicas de ensayo para identificación de suelos expansivos: Métodos combinados.

Métodos indirectos 

Métodos directos

Estos métodos involucran la correlación de los métodos indirectos y directos para originar una mejor clasificación de acuerdo a la severidad de los cambios volumétricos.

La correlación que se utiliza más comúnmente es la de los límites de Atterbeg (límite liquido, índice de plasticidad y límite de contracción), contenido de partículas coloidales, actividad y % de cambio volumétrico y presión de expansión utilizando el consolidómetro bajo diferentes condiciones de carga.

Esta técnica por lo general da origen a una categorización de acuerdo a la relativa severidad de los cambios volumétricos. No obstante, en algunos casos se han obtenido ecuaciones de predicción basadas en comparaciones estadísticas de las propiedades medidas.

Entre los métodos combinados, la literatura menciona una serie importante de ellos, pero los más comunes y de aplicación en nuestro medio son los siguientes:

El Método del Bureau of Reclamation (Holtz y Gibbs): Este método correlaciona el contenido de partículas menores de 1 micra, con el índice de plasticidad y el límite de contracción. El porcentaje de cambio volumétrico se determina usando el consolidómetro, sobrecargando la muestra con una presión de 0.07 kg/cm2 y llevándola de un estado seco al aire a saturación. Las correlaciones obtenidas son las siguientes: 

El porcentaje de partículas coloidales se mide mediante una prueba de hidrómetro lo que ha originado algunas críticas por no ser ésta prueba un ensayo de rutina en todos los laboratorios.

Método Akmeyer: Este método sugiere correlaciones entre el porcentaje de hinchamiento, el límite de contracción y la contracción lineal. El porcentaje de hinchamiento se mide en el consolidómetro con muestras compactadas al 90% de la densidad máxima obtenida en ensayo proctor estándar y con una sobrecarga de 0.33 kg/cm2. Los resultados de estas correlaciones son los siguientes.

La mayor crítica que se ha hecho a este método es el hecho de efectuar la prueba sobre muestras remoldeadas.

Método Seed, Woodward and Lundgren. Este método establece correlaciones entre el potencial de hinchamiento de un suelo, el tamaño de las partículas arcillosas y la actividad del suelo. El potencial de hinchamiento se determina en el consolidómetro con muestras remoldeadas, compactas con humedad y densidad iguales a la humedad óptima y densidad máxima del proctor estándar. 

La mayor crítica que se ha hecho a este método es que las correlaciones obtenidas se basan en pruebas realizadas sobre muestras de minerales arcillosos comerciales, los cuales no representan el comportamiento del suelo en el campo, debido a la composición tan variable de la mayoría de los suelos.

Cambio potencial de volumen de un suelo. Este ensayo es conocido como el P.V.C. (Potencial Volumen Change) definido por Lambe, el cual mide la presión de expansión que es capaz de generar un suelo al absorber agua y se restringe su cambio volumétrico bajo una presión vertical de 1 Ton/m2. El ensayo se realiza en un aparato estándar denominado Expansómetro de Lambe y bajo ciertas especificaciones relacionadas con la preparación de la muestra, contenidos de aguas iniciales, etc. El suelo se inunda con agua y se hacen lecturas de presión a los 5,. 10, 15, 30, 45, 60 y 1 20 minutos; estos datos se grafican y se obtiene una curva asintótica, en la cual se determina la presión máxima de expansión. Esta presión está relacionada con el cambio potencial de volumen del suelo y dependiendo de su valor el suelo se puede clasificar como suelo con cambio potencial de volumen: Nulo, Marginal, Crítico y Muy Critico, valiéndose de un gráfico preestablecido propio de cada equipo.

Método de Viayvergiya y Ghazzaly. El método define el índice de expansión de suelos como la relación entre la humedad natural del suelo y el límite líquido y lo correlaciona con el hinchamiento medido en el consolidómetro, bajo una sobrecarga de 0.1 Kg/cm2 y la presión de  expansión. 

 

Este método es muy simple, pero hay poca experiencia en su aplicación.

El método de Nayak y Christensen. Este método ha desarrollado dos relaciones estadísticas una para medir hinchamiento y otra presión de expansión en función del índice de plasticidad del % de partículas de arcillas y el contenido de humedad inicial. Estas ecuaciones son las siguientes: 

Las correlaciones de estas ecuaciones con los resultados de pruebas en el consolidómetro han sido muy buenas, pero la experiencia con sueLos diferentes a los usados para desarrollarlos es muy limitada. Se recomienda siempre chequear su validez con otros suelos.

Método de Komormk y David. Este método es otra comparación estadística de resultados medidos que han permitido predecir la presión de hinchamiento con base en la determinación del límite líquido (LI), de la densidad seca (yd) y del contenido de humedad natural (Wi).

La ecuación encontrada es la siguiente: 

El uso de métodos descritos anteriormente ha dado en ciertas zonas resultados razonablemente buenos, sin embargo. su aplicación para un suelo determinado debe usarse con precaución y preferiblemente comprobarse con la ejecución de algunos ensayos la calibración del método.

Técnicas de Ensayo para identificación de suelos expansivos: Métodos indirectos, directos.

Una vez realizado el muestreo se pueden utilizar diferentes métodos de ensayo a saber:

• Métodos indirectos: Son indicadores de los cambios potenciales de volumen de un suelo. Se apoyan en las propiedades fisicoquímicas, físicas e índices y en los sistemas de clasificación de suelos comúnmente usados.
• Métodos directos; Involucran medidas directas de cambios volumétricos en aparatos de tipo odeometro o cGnsolidómetro. Estas pruebas pueden medir hinchamiento o presión de hinchamiento, de acuerdo con las necesidades que se tengan en obra.
• Métodos combinados: Esta técnica combina los métodos directos y los indirectos mediante correlaciones con el fin de definir la probable gravedad del problema.

Métodos indirectos

Existe una gran variedad de técnicas para identificar suelos expansivos en forma indirecta y sobre ellas también se encuentra literatura disponible, desafortunadamente en Colombia no se cuenta con experiencia suficiente en el manejo de algunas pruebas.

El primer paso para identificación de suelos expansivos es la observación visual del sitio, la apariencia de Los suelos expansivos después de las desecaciones es distinta de otro tipo de suelos, las grietas de contracción de forma poligonal indican la posible presencia de minerales arcillosos expansivos. Entre mas pequeños sean los polígonos mayor es la cantidad de arcilla presente. En algunos casos, cuando los suelos contienen mucha montmorillonita sódica,  la desecación produce una apariencia similar a la de las palomitas de maíz, textura común en los campos de bentonita.

La identificación mediante algunas pruebas de laboratorio es la más exacta que se puede realizar. La técnica más importante es la de identificación de la cantidad de minerales arcillosos expandibles presentes en una muestra de suelo, mediante ¡a difracción con rayos X (XRD), este es un método rápido y requiere poca cantidad de muestra.

Existen otros métodos para determinar la composición del 5uelo entre los cuales se pueden mencionar: El método de análisis térmico diferencial, el de radiación infrarroja, el de dispersión dieléctrica y el de adsorción de diferentes tinturas.

La técnica más utilizada para la mayoría de los laboratorios para identificar suelos expansivos es la determinación de sus propiedades índices.

La experiencia ha demostrado que los cambios volumétricos se correlacionan razonablemente con el límite de contracción; sin embargo, su aplicación generalizada es de alguna forma controlada por la variación que hay de un área a otra en relación con el cambio volumétrico del suelo. Lo anterior significa que en algunas áreas los cambios volumétricos del suelo son insignificantes para un intervalo de valores de propiedades índices, mientras que esos mismos valores son indicadores de problemas serios en otras áreas. Esto plantea la necesidad de definir bien los intervalos de valores para áreas de comportamiento similar y de complementar estos métodos con los otros que se describen a continuación,

Métodos directos
Estos métodos son los que miden en forma cuantitativa las características de cambios volumétricos de los suelos expansivos. Estas características son el hinchamiento y la presión de hinchamiento. Las cargas aplicadas y la rigidez de la estructura determinan en forma general, cuál de las características (deformación o esfuerzo) controla el diseño de una estructura específica. La medición de estas características se efectúa mediante el uso de procedimientos de ensayo del tipo consolidómetro. Si la deformación (hinchamiento) es la característica requerida, la muestra se carga con una sobrecarga determinada según experiencia o condiciones de esfuerzos en el Sitio, luego se inunda y se deja expandir hasta su condición de equilibrio. 

La relación entre la deformación medida y la altura inicial de ¡a muestra es definida como porcentaje de expansión. Si se requieren conocer las características de esfuerzo (presión expansión) la muestra se carga con una carga de fijación o sobrecarga predeterminada, luego se inunda y se aplica carga para mantener  el volumen constante. Esta carga define la presión de expansión. Otro procedimiento alterno que se ha utilizado para definir la presión de expansión es permitir que el suelo se expanda y luego aplicar una carga para volver la muestra a su altura original Bajo estos procedimientos básicos se han desarrollado y estandarizado métodos de laboratorio que buscan medir hinchamientos y presión de expansión de muestras de suelo alteradas e inalteradas.

Muestreo de suelos expansivos.

Los suelos expansivos tienen consistencias que varían de media a muy alta y es obvio que se pueden usar muchas técnicas de muestreo para obtener muestras alteradas e inalteradas.

Para pruebas que no requieren muestras inalteradas como gravedad específica, límites de consistencia y granulometrías, entre otras, el muestreo puede realizarse durante la realización de los sondeos preliminares.

Si se requiere mayor cantidad de muestra para pruebas de compactación, diseño de estabilizaciones y otras, es necesario realizar apiques o perforaciones mayores.

Para obtener muestras inalteradas en suelos expansivos se pueden usar diferentes tipos de muestradores de pared delgada, sin uniones y preferiblemente de acero inoxidable con diámetro variable entre 2.0 y 5.0 pulgadas. Estos tubos de pared delgada pueden hincarse a presión, a golpes y por sistemas de rotación, los muestradores rotatorios varían de acuerdo al tipo de suelo que se esté investigando.

Identificación de suelos expansivos.

Con el fin de identificar las subrasantes expansivas, es importante realizar un trabajo de exploración de campo a lo largo de la ruta, el cual incluye toma de muestras para pruebas de laboratorio. La identi6cación de suelos expansivos indicará cuál de los suelos es el que posee el mayor cambio potencial de volumen. De este estrato se deben obtener más muestras, con el fin de conocer o predecir el futuro comportamiento del suelo en el sitio.

La cantidad y la variación de los cambios volumétricos cíe la fundación es bastante compleja de determinar; sin embargo, para estimar en forma adecuada el comportamiento en el sitio, se han desarrollado numerosos procedimientos basados en aspectos tecnológicos importantes que se pueden considerar como el estado del arte actual en este campo.

Los procedimientos de identificación se refieren generalmente al potencial máximo de hinchamiento, basado en el conocimiento de la estructura del suelo y de sus condiciones de carga; generalmente para este fin se utilizan ensayos de consolidación unidimensional.

La información obtenida de la exploración y muestreo de campo, combinada con la experiencia y criterio ingenieriles, son importantes para el diseño de estructuras de pavimentos en áreas de suelos expansivos.

Generalidades de los suelos expansivos.

En términos generales, se denomina suelos expansivos aquellos que muestran un cambio volumétrico significativo bajo la presencia de agua.
 

Durante procesos constructivos relacionados con vías terrestres, es factible encontrar algunos materiales rocosos expansivos como son las arcillolitas y suelos arcillosos o suelos residuales que se han formado de rocas existentes o sedimentos. Estos suelos arcillosos poseen características expansivas debido a las características de la roca que los origina (generalmente arcillolitas) y/o proceso de meteorización bajo el cual se han formado.

El grado de expansión de estos suelos depende de la cantidad de minerales arcillosos activos presentes en el material Estos minerales arcillosos activos que influyen más en los cambios volumétricos 5e caracterizan por tener partículas de tamaños muy pequeños, grandes superficies especificas y cargas eléctricas desbalanceadas en la superficie.

El mineral arcilloso más activo es la montmorillonita y bajo ciertas condiciones la clorita y la vermiculita. Las caolinitas y las íllitas no son consideradas activas; sin embargo, pueden contribuir a las propiedades expansivas de los suelos, si se encuentran en apreciable cantidad.

Además de las propiedades químicas y mineralógicas de estos materiales, hay algunas propiedades físicas que influyen o contribuyen a los cambios volumétricos y tienen aplicación a los materiales tanto en el sitio como en el laboratorio; entre ellas se pueden mencionar:
1. El tamaño de las partículas, su superficie específica y su estructura como ya se han mencionado.

2. La densidad seca: Entre mayor sea la densidad seca para un contenido de humedad constante mayor es la presión de expansión que puede ejercer el suelo, debido a la concentración de materiales arcillosos por unidad de volumen y a la mayor interacción entre partículas.

3. Las propiedades del agua de los poros: Fluidos con altas concentraciones de cationes, como las sales disueltas, tienden a minimizar los cambios volumétricos; sin embargo, el agua con poca concentración de iones hace más susceptible el suelo a tos cambios volumétricos.

4. El confinamiento: Los suelos con sobrecargas o cargas externas tienden a reducir la magnitud del cambio volumétrico; por esta razón, cuando los suelos expansivos están debajo de otro no expansivo se reducen las posibilidades de dañs.

5. El tiempo para que aparezca el primer cambio volumétrico y la forma como estos cambios continúan, depende de la permeabilidad del suelo. La expansión se inicia cuando hay contacto con el agua y continúa hasta cuando el suelo alcanza su condición de equilibrio.

6. La concentración del material y la cantidad de discontinuidades, grietas y fisuras influyen en el cambio volumétrico de un  material. Los materiales cementados como las arcillolitas poseen menos propiedades expansivas que aquellos materiales no cementados.

7. El espesor del manto del suelo expansivo: Entre mayor es su espesor, mayor es el cambio potencial de volumen del suelo.

8. La profundidad en el contenido de humedad: Generalmente, esta profundidad es mayor en los climas más cálidos y más secos.

9. La capa vegetal: En zonas donde antes de construir las vías existía vegetación como árboles, arbustos y diversidad de pastos, la humedad era usada por éstos y al removerse la capa vegetal la humedad se acumula debajo de la estructura del pavimento propiciando los cambios volumétricos. En las ciudades, Ja vegetación con un sistema de raíces grande localizada en la proximidad del pavimento produce cambios de humedad que inducen cambios diferenciales de volumen.

10. Las características de drenaje superficial: Un drenaje superficial pobre permite la acumulación de humedad que se convierte en un suministro de agua permanente para subrasantes expansivas. Este problema puede evitarse si las cunetas se separan lo más que se pueda de la vía y asegurándose de que el gradiente sea el apropiado para que el agua superficial pueda escurrir fácilmente. También es importante conocer la posible ascensión capilar del agua, ya que si se construyen estructuras de pavimentos dentro de esta zona de ascensión, la subrasante expansiva tendrá suministro permanente de agua.

11. Las fuentes de agua Entre las fuentes de agua que pueden causar cambios volumétricos se mencionan: La infiltración de aguas lluvias a través de materiales porosos, grietas, taludes de los bordes, la migración de humedad proveniente del nivel freático, las variaciones de humedad causadas por el hombre como las actividades de irrigación y otras como la falta de un sistema adecuado de alcantarillado.

Suelos Arcillosos Blandos Compresibles y Suelos Orgánicos.

Por las condiciones climáticas de zona tropical con elevadas humedades, altos porcentajes de saturación en el aire y niveles freáticos superficiales ocasionados por las características de drenaje natural, son frecuentes los depósitos de arcillas blandas altamente compresibles y de suelos orgánicos de deficientes características.

Si durante el proceso de exploración y muestreo, se detectan posibles depósitos de estos suelos, se recomienda definir con mayor exactitud la extensión del depósito y la compresibilidad del mismo. Para lograr el nivel de detalle requerido, se sugiere aumentar la frecuencia de los sondeos por lo menos al doble de la especificada para una exploración geotécnica normal para el diseño de pavimentos y muestrear con tubo Shelby para la evaluación precisa de la consistencia y compresibilidad del suelo, mediante los resultados de laboratorio utilizando ensayos como el de resistencia a la compresión simple, límites de consistencia del suelo, humedad natural y el cálculo del índice de liquidez.

Algunos valores que sirven para identificar este tipo de suelos se presentan en la siguiente tabla:

En pavimentos y en general en obras viales, se han utilizado diferentes procedimientos que han permitido superar los problemas ocasio nados por estos tipos de suelos. Entre las soluciones más generalizadas, se destacan:

• En vías de menor orden se han empleado las empalizadas simples y dobles con rellenos de material de la zona poco plástico que proporcione un perfil adecuado para la posterior colocación de la capa de afirmado.
• El uso de geotextil no tejido de alta resistencia a la tensión con 70 a 80 cms de relleno de material granular con finos poco plásticos.
• En suelos orgánicos sedimentarios se ha utilizado una solución combinada de empalizada y geotextil con su respectivo relleno.

Las soluciones anteriores van acompañadas con la construcción de obras de drenaje y subdrenaje.

De acuerdo con las experiencias obtenidas en el país y la disponibilidad de métodos analíticos para la solución de estos problemas, lo más aconsejable es el manejo de geotextiles no tejidos con altas resistencias a la tensión y un relleno cuyo espesor puede determinarse con ayuda de teorías disponibles en la literatura.

También, dependiendo de la disponibilidad, se puede considerar la factibilidad de usar rellenos construidos con escorias de fondo o con cenizas volantes o con mezclas de estos residuos con material granular. Los residuos mencionados, por su bajo peso unitario y considerable resistencia al corte, resultan adecuados para la construcción de rellenos sobre suelos blandos compresibles. Esta alternativa puede ser, en muchos casos, una solución económica que además contribuye a minimizar el impacto ambiental causado por la forma como ellos se disponen al medio ambiente y porque de esta manera también se disminuye la explotación masiva de canteras.

Suelos Problemas Típicos Comunes en la Región Andina: Recomendaciones Generales para su Identificación y Manejo.

Corno se puede observar en el mapa de distribución de suelos, existen diversidad de suelos con características físicas y mecánicas muy variabes; dentro de esta gama, se han identificado algunos suelos de difícil manejo principalmente por sus características de deformabilidad, de baja resistencia, expansividad y sensitividad, lo cual ocasiona problemas serios tanto en el proceso constructivo como el comportamiento posterior de la estructura del pavimento.

Los suelos problemáticos más comunes detectados son los suelos arcillosos blandos compresibles, los suelos orgánicos, los suelos volcánicos y los suelos expansivos.

Los suelos arcillosos blandos compresibles son aquellos depósitos comunes en zonas de alta precipitación, con deficiencias en el drenaje natural, que se caracterizan por sus altos contenidos de agua y bajas resistencias in siw, lo cual dificulta los procesos constructivos debido a que no garantizan el mínimo apoyo, ni para el equipo ni para las estructuras.

Los suelos orgánicos tipo turbas, están compuestos principalmente de tejidos vegetales en estados variables de descomposición; con una textura fibrosa o amorfa, usualmente de color café oscuro a negro, olor orgánico y elevadas relaciones de vacíos. Por su deficiente estructura, son altamente consolidables y, en general, su comportamiento mecánico es el más crítico dentro de este grupo de suelos problemáticos.

Los suelos volcánicos se encuentran en diversos sitios de la región andina; provienen de eyectos volcánicos y tienen algunas particularidades que los diferencian de otros suelos, como la susceptibilidad al remoldeo y altos contenidos de humedad. 

 

Los suelos expansivos son aquellos suelos que muestran un cambio volumétrico importante cuando experimentan cambios de humedad, estos suelos generan problemas en estructuras como los pavimentos lo que amerita su precisa identificación y tratamiento.

Por lo anterior, es importante fijar algunos procedimientos estandarizados para identificarlos, evaluarlos y tratarlos en forma adecuada, con el fin de minimizar sus efectos perjudiciales en los pavimentos.