Arcillas Expansivas En La Ciudad De Barranquilla, Colombia

ESTUDIO DE LA SUCCIÓN EN LOS SUELOS EXPANSIVOS DE LA URBANIZACIÓN CAMPO ALEGRE DE LA CIUDAD DE BARRANQUILLA Por Bibiana Estiier Patemina Espitia Julio de 1997 RESUMEN: Con la presente investigación se pretende caracterizar las arcilas expansivas de la Urbanización Campo Alegre de la Ciudad de BarranquiBa desde el punto de vista de la succión, utíBzando el método directo del Papel TiRro y el método indirecto del Desecador de Vados. Se plantean fundamentos teóricos sobre el fenómeno de succión, se describen ios métodos para medir su valor y se presenta su relación con problemas geotécnicos asi como las posibles sofaiciones. Finabtiente, se muestran las curvas de Succión-Humedad, Succión-Grado de Saturación y Succión-Relación de Vacios para el suelo del sector, asi como también tablas de valores de las propiedades Indice del suelo. PALABRAS CLAVES: Succión, succión matriz. Succión Total, Succión Osmótica, Papel Filtro, Desecador de Vacios. Suelos Expansivos, Suelos Parcialmente Ssaturados, Barranquila. INTRODUCCIÓN; En Colombia como en cualquier país tropical encontramos suelos parciaknente saturados, los cuales presentan gran sensibiRdad ante la acción del agua, situación que varia parámetros fundamentales del suelo como son la resistencia al corte y la cohesión del suelo, trayendo como consecuencia una nueva área de estudios en la mecánica de suelos. En un suek) parcialmente saturado, el agua está sometida a una presión negativa la cual iiace que cuando este suelo se encuentre en contacto con agua fbre, se produzca un flujo de agua hacia el mismo, produciendo colapso en algunos suelos y expansión en otros. Este fenómeno se conoce como succión y en otras palabras el término se utiiza para definir la diferencia entre la presión del aire y la presión del agua en un suelo. La succión es uno de los parámetros más Importantes que gobiernan la respuesta de los suelos parcialmente saturados, a pesar de lo anterior, en ia ingeniería geotècnica raramente se determinan medidas de succión en tos suetos. Una de las razones es porque las pocas correlaciones que existen entre la succión del suelo y sus propiedades ingenierlles no han sido pubicadas. En esta investigación se busca determinar los valores de succión para tes suetes expansivos de la Urbanización Campo Alegre de la ciudad de Barranquila, utilizando dos técnicas muy sencilas, confiables y económicas como son el método directo del papel fliro, el cual permite mediciones de succión con un rango de O a 7 pF y el método Indirecto del desecador de vacios, con un rango de medidas de 5 a 7 pf. 1. SUCCION 1.1. Deflnición: Es la diferencia de presión que existe entre el aire y el agua presente en los poros de tes suetos parcialmente saturados. Para medir la succión se utiBza una unidad ■amada pF y esta corresponde al togaritmo decimal de la presión expresada en centímetros de agua. Por ejempte: un pF de 3 equivale a una columna de agua de mil centímetros.

Según consideraciones termodinámicas o de energía total del agua en los poros, la succión total se puede subdMdir en dos componentes, la succión matriz y la succión osmótica (Alchinson y Richards, 1965). A su vez en 1959, Marshal sugirió que la succión total es la suma de dos componentes, la succión matriz y la succión soluto u osmótica y que la succión matriz es la única componente significante de la succión hasta succiones totales del orden de 220 atmósferas. En muchos suelos, la diferencia entre la succión matriz y la succión total no es significativa dentro del rango de esfuerzos de tensión comúnmente considerados. Por tanto, despreciando el término de succión osmótica o soluto, se tiene que. la succión (h). se define como: h= Ua - Uw

(Ec. 1)

1.2. MECANISMOS QUE PRODUCEN LA SUCCION. Los suelos activos, tanto en contracción como en expansión, pierden o ganan humedad por varias razones, dentro de las cuales se encuentran: la Influencia de árboles certanos. el humedecímiento por un corte de transpiración del suelo como el que producen edlflcaciones sobre un terreno que era de culivo, desecación por un régimen de tivias muy bajo, humedecímiento por exceso de luvias, desecación por depresiones permanentes del nivel freático, y por desecación por preconsoldación. Todas estas razones producen en arcifas activas cambios en su succión, satisfaciéndola en el caso de humedeclmientos o Incrementándola en el caso de desecamientos. 1.3. INFLUENCIA DE LAS PROPIEDADES FISICAS DE LOS SUELOS EN EL VALOR DE LA SUCCION. Entre estas se encuentran: - Granulometría: A medida que disminuye el tamaAo de las partículas, disminuye el tamaAo de los poros y esto impica una mayor capacidad del suelo para retener agua. - Estructura: Un alo grado de acomodamiento de las partículas por uniformidad en estas disminuye el tamafto de los poros y aumenta la capacidad del suelo para retener agua. - Contenido de agua: A medida que aumenta el contenido de agua, disminuye la succión en el suelo. - Concentración de sales solubles: Un alo contenido de solitos implca mayor capacidad del suelo para retener agua, por tanto mayores valores de succión. 2. MÉTODOS PARA LA MEDICIÓN DE LA SUCCIÓN. Existen métodos directos e indirectos 2.1. Métodos Directos: miden el potencial existente en determinado contenido de humedad y tienen un tiempo de respuesta más corto que los métodos indirectos porque miden una condición existente. Entre estos se encuentran el bloque de yeso, papel fiiro y punto de depresión de congelamiento; los cuales miden la succión matriz y el método del pilcrómetro que mide la succión total en el suelo.

2.2. Métodos Indirectos: Se les Bama asi porque para determinar la succión del sueto se deben presentar cambios en la humedad de este. A esta categoría pertenecen los métodos de la ola a presión, el plato de presión, el plato de succión, la membrana de presión, la celda osmótica, el tenslómetro, el flujo continuo, la centrifijga y el edòmetro, los cuales miden la succión matriz; y para medir la succión total existen los métodos de balance de absorción y el descador de vados. 3. TRABAJO EXPERIMENTAL SOBRE SUCCIÓN. Se realzaron diez sondeos en la Urbanización Campo Alegre de Barranquila, de los cuales se describen el perfil, ubicación del nivel de aguas freáticas, propiedades Indice (Granulometria, Humedad, Peso especifico. Limites de Atterberg, entre otras), valores de la succión por el método del papel filtro y el método del desecador de vados. El método del papel fílro compara el potencial de retención de agua en un medio poroso con el potencial de agua del suelo. Se puede usar un papel filtro Whatman 42 cuya calbraclón fiie estudiada por hambin en 1881. El método del desecador de vados permite medir ki succión del suelo usando una solución de ácido sulfúrico a diferentes densidades (Ver Tabla 1). En este método la muestra a estudiar se introduce en una atmósfera de humedad relativa controlada. La transferencia de humedad entre la muestra y la atmósfera se efectúa en fase gaseosa. SUCCIÓN pF 4.5 5.0 5.5 8.0 8.5 7.0

DENSIDAD DEL ACIDO íar./cm’ ) 1.0 50 1.110 1.205 1.344 1.578 1.840

HUMEDAD RELATIVA (%) 97.7 3 93.00 79.51 48.43 10.10 0.07

Tabla 1; Relación entre la densidad de la solución de ácido sulfúrico, la humedad relativa y b

succión expresada en pF para una temperatura de 20°C. 4. RESULTADOS.

Se obtuvieron curvas de succión-humedad, succión-relación de vados y succión-grado de saturación para el método del desecador de vados, a través de los siguientes valores (Ver Tabla 2). DENSIDAD DEL H2 SO4 (gr/cm’ l 1.05 1.11 i . 205 1.344 1.578 1.84

SUCCION APLICADA " (pF) 4.5 5 5,5 6

8.5 7

W p i-o m ( % )

e

s(%)

8.4 2.2 0.7 0.5 0.3 0.2

0.30 0.29 0.28 0.25 0.22 0.22

70.9 41.5 22.5 21.4 21.6 17.2

Tabla 2. Valores obtenidos con el método del desecador de vados. Profundidad 1.5 metros. Por el método del papel flkro y para la humedad que presentó el suelo en cada uno de los diez sondeos que se hicieron, se obtuvieron los siguientes valores de succión (Ver Tabla 3).

Por el método dei papel fiRro y para la humedad que presentó el suelo en cada uno de ios diez sondeos que se hicieron, se obtuvieron los siguientes valores de succión (Ver Tabla 3). SONDEO 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

W „^(% ) 23.9 23.1 15.3 15.1 14.9 17.7 15.3 20.1 20.8 22.8

Woaoeintro (%) SUCCION ( dFI 18.1 2.3 19.2 2.25 2.46 12.1 11.3 2.48 10.1 2.51 12.2 2.45 2.51 10.1 15.7 2.35 2.37 15.3 2.31 .J7.1..........

e 0.55 0.5 0.45 0.4 0.4 0.4 0.4 0.5 0.5 0.5

1

s (% ) 94.4 94.2 61.4 76.9 75.6 92.2 81.5 83.3 86.4 90.9

Tabla 3. Valores obtenidos con el método del papel filtro. Profundidad 1.5 metros. 5. CONCLUSIONES.

El suelo que subyace en la zona estudiada presenta características físicas y mecánicas muy similares, lo que indica una succión homogenea en el sector. El suelo estudiado presenta un contenido de humedad relativamente alo, lo cual indica valores de succión en un rango pequeflo. Por lo anterior, el método del Desecador de vados no es muy apicable, ya que su rango de medida es alio (varia de 5 a 7 pF). El método del papel fiRro presenta un mayor rango de medidas de succión, que varían de O a 7 pF, lo que lo convierte, para el caso en estudio, en el método más confiable. Al graficar las curvas de succión-humedad, succión-relación de vados y succión-grado de saturación, se comprobó la relación inversa existente entre estos parámetros, lo cual es a su vez establecido en la teoría del fenómeno de succión. 6. REFERENCIAS ANUAL BOOK OF ASTM STANDARDS. “ Standard test tviethod for Measurement of Soil Potencial ( suction) using Filer Paper” . Volume 04.09. Soil and Rock ( I I ) D 4943- latest. Geosynthetics. 1994. Pp. 264-269. ANDREI, S. “ ApEcation of Soil pore Nater Suction in Civil Engineering Conference of Soil Mechanics and Foundations Engineering. 1971

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