Exploración y muestreo de suelos potencialmente colapsables
Los suelos potencialmente colapsables son suelos parcialmente saturados, cementados, que sufren una significativa y rápida reducción de volumen al entrar en contacto con el agua. Debido a ello, y a fin de minimizar problemas durante la vida útil de los proyectos, es muy importante su detección y caracterización durante el estudio geotécnico ¿Quieres saber más sobre este tema? Continúa leyendo este post…
Contenido
Definición de suelos potencialmente colapsables
Los suelos potencialmente colapsables son suelos parcialmente saturados que presentan una estructura abierta, compuesta por una fracción granular unida entre sí a través de materiales cementantes o conectores, que forman una masa macroporosa de baja densidad y alta relación de vacíos. En la Figura 1 se observa un esquema de estos suelos, acompañado de una fotografía tomada en un microscopio electrónico, en el laboratorio de la Universidad Simón Bolívar, en Venezuela.
Figura 1 Estructura de suelos potencialmente colapsables (Fuente: Carrillo, 2005).
Si se observa con atención la fotografía incluida en la figura anterior, es posible apreciar partículas de mayor tamaño, que son los granos de arena, y luego una suerte de puentes que unen estas partículas de arena (compuestos usualmente por sales, arcilla, carbonatos y silicatos), que tienen como principal característica común que son solubles en agua.
Las zonas oscuras en la fotografía, por su parte, corresponden a los vacíos. En relación con estos vacíos, lo que destaca es que son abundantes, y esa es la razón por la cual se habla de una estructura macroporosa que, además, presenta una relativamente baja densidad.
Como en cualquier otro sistema de partículas, la estabilidad de una masa de suelo potencialmente colapsable dependerá de la estabilidad de sus elementos más débiles. En este caso, esos elementos son los puentes entre las partículas de arena, por lo que la falla de la estructura de un suelo potencialmente colapsable estaría asociada a una falla de estas uniones entre las partículas de mayor tamaño.
En los suelos potencialmente colapsables, la falla se produce por la disolución del cementante (es decir, de los puentes de sales, arcilla, carbonatos y silicatos) a causa del humedecimiento o saturación del suelo. Adicionalmente, cabe destacar que esta falla se caracteriza por la ocurrencia de significativos y repentinos asentamientos, asociados a razones no anticipadas. De ahí el nombre de “colapsables” que se otorga a este tipo de materiales.
Perforaciones geotécnicas en suelos potencialmente colapsables
Dada la condición de falla repentina que presentan estos suelos, es importante su detección en etapas tempranas de un proyecto. De acuerdo a ello, durante la etapa de análisis de la información existente, debe tenerse presente que los suelos en los cuales es común el fenómeno de colapso son: a) suelos recientes (Holoceno, hace menos de 10.000 años); b) suelos depositados en ambientes áridos o semi-áridos; c) loess; d) suelos pertenecientes a abanicos aluvionales y/o flujo de lodos; e) suelos depositados durante inundaciones rápidas; f) suelos residuales producto del intemperismo de la roca; g) rellenos con material volcado.
Durante el trabajo de campo, cabe mencionar dos cosas de suma importancia con relación a las perforaciones:
- En estos suelos los valores de resistencia a la penetración del ensayo SPT generalmente son inferiores a 10 golpes/pie, dato que resulta muy útil para su identificación en un terreno dado.
- Durante la realización del ensayo SPT es necesario que la perforación sea ejecutada en seco, es decir, sin utilizar inyección de agua ni tubería de forro hincada.
En relación con la tubería de forro, normalmente los suelos colapsables pueden mantener paredes estables en el hueco de perforación sin la necesidad de soporte, por lo que el empleo de este tipo de tuberías usualmente no resulta necesario.
¿Y por qué es importante no utilizar agua para perforar? Fundamentalmente, debido a que, si se emplea agua para el avance de la perforación, puede inducirse un colapso prematuro del suelo, lo cual incrementaría el registro en el ensayo SPT y dificultaría su identificación.
A partir de la Figura 2, es posible comparar los valores de resistencia a la penetración del ensayo SPT realizados en seco, con los valores obtenidos cuando se utiliza agua en la perforación.
Figura 2 Afectación del ensayo SPT en suelos potencialmente colapsables por la presencia de agua (Fuente: Amundaray y Boiero, 2011).
De acuerdo con lo observado en la figura anterior, es evidente que el empleo de agua durante la perforación induce un incremento significativo y errático de la densidad del suelo, dando la impresión de que el suelo posee una resistencia mucho más elevada.
Toma de muestras imperturbadas de suelos colapsables
En proyectos donde se sospecha la presencia de suelos potencialmente colapsables, es usual la realización de calicatas exploratorias, a fin de facilitar la identificación y toma de muestras imperturbadas para posteriores ensayos de laboratorio. Un rasgo característico de los suelos potencialmente colapsables es que son estables, incluso en excavaciones o cortes cuasi-verticales. Adicionalmente, es importante mencionar que es usual observar la presencia de cavidades en estas excavaciones, que resultan típicas de este tipo de depósitos de suelo. En relación con su densidad, con solo tomar una muestra de suelo con la mano, es posible observar la presencia de vacíos en su estructura, verificar que la muestra presenta cierta resistencia en estado seco, y que es bastante liviana (señal inequívoca de que presenta una baja densidad). La Figura 3 ilustra las características brevemente comentadas.
Figura 3 Características de suelos potencialmente colapsables (Fuente: modificado de Coronado, 2012).
Las calicatas, por supuesto, sirven además para efectuar dos cosas de suma importancia cuando se estudian suelos potencialmente colapsables:
- Tomar muestras imperturbadas tipo monolito.
- Realizar mediciones de densidad in situ.
La medición de densidad in situ es particularmente importante, dado que es un dato muy útil para identificar los depósitos de suelos colapsables, considerando que usualmente el grado de colapso puede variar de severo a muy severo para suelos con densidades secas inferiores a 1600 kg/m3 (Amundaray y Boiero, 2011).
En relación con el muestreo, el primer tipo de muestra que se usualmente se obtiene de este tipo de suelos es la muestra perturbada obtenida a partir del ensayo SPT, la cual tiene la particularidad de que debe ser obtenida en seco, de acuerdo a lo señalado más arriba. Sobre esta muestra perturbada, será posible efectuar ensayos de clasificación y de contenido de humedad natural.
En cuanto a las muestras imperturbadas, en la perforación, cuando se detectan espesores importantes de suelos potencialmente colapsables, se toman muestran con tubos de pared delgada tipo Shelby, con la particularidad de que los mismos deben tener, como mínimo, 4” de diámetro (en lugar de las 3” que tiene los tubos que usualmente se emplean en proyectos geotécnicos).
En las calicatas, por su parte, es posible tomar monolitos, que son muestras literalmente talladas en el terreno. Esta muestra, por supuesto, deberá ser adecuadamente envuelta en parafina o en plástico aislante, de manera de que no gane ni pierda humedad durante su traslado al laboratorio. Además, deberá ser almacenada en cajas de madera o bien en contenedores de anime, con aserrín entre la muestra y las paredes del contenedor, a fin de evitar que la muestra se dañe durante su manipulación y traslado. Por supuesto, debe especificarse cuál es la parte superior, y cuál es la parte inferior de la muestra, dado que la estructura de la misma puede verse afectada por eventos geológicos diferentes.
Una alternativa a estos monolitos tradicionales, es contar con trozos de tubo similares a un Shelby, de tamaño mínimo igual a 4”, que puede introducirse en el terreno, tallando alrededor del mismo. Este tipo de muestras tienen la ventaja de su tallado en el laboratorio será mucho más rápido y sencillo, al igual que su almacenamiento y transporte.
La Figura 4 ilustra los diferentes tipos de muestras que pueden tomarse de suelos potencialmente colapsables.
Figura 4 Muestreo de suelos potencialmente colapsables (Fuente: modificado de Amundaray y Boiero, 2011).
Hasta aquí lo relativo a la exploración y muestreo de suelos potencialmente colapsables. En un próximo post se tratará el tema de los ensayos de laboratorio sobre este tipo de suelos, a fin de cuantificar el potencial de colapso en un depósito determinado.
Referencias
- Amundaray, J. and Boiero, A. (2011) “Collapsible clayey soils in the North-Eastern region of Venezuela”. 2011 Pan-Am CGS Geotechnical Conference. Toronto, Canada.
- Carrillo, S. (2005) “Identificación y Caracterización Geotécnica de los Colapsables de Jose”. Trabajo Especial de Grado. Universidad Simón Bolívar. Caracas, Venezuela.
- Coronado, J. (2012) “Evaluación de la variabilidad del índice de colapso en muestras imperturbadas de suelos potencialmente colapsables”. Tesis de grado Universidad Católica Andrés Bello. Caracas, Venezuela.
