Factores que influyen en el proceso de expansión

Fenómeno también llamado hinchamiento, el mismo que se da por varios factores entre los que se destaca.

2.2.5.1 Tipo de materiales y cantidad.

La composición mineralógica del suelo juega un papel importante, es necesario determinar la cantidad de partículas de mineral arcilloso que componen un suelo, es decir la cantidad de caolinita, illita, montmorillonita o vermiculita que posee una muestra, lo que sirve en la estimación del potencial de hinchamiento.

Mientras existan más partículas potencialmente expansivas, mucho mayor será el fenómeno de la expansión. Si el suelo se compone por minerales arcillosos expansivos en grandes porcentajes, el suelo será propenso a un mayor cambio de volumen o hinchamiento.

Otro de los factores que influye es el tamaño de las partículas del suelo, debido a que como se mencionó anteriormente, las partículas de minerales arcillosos son por lo general menor a 2 micras, por lo tanto mientras más pequeñas sean las partículas de un suelo, más probabilidad existe de que contenga minerales arcillosos, y por ende de que se comporte como un suelo expansivo.

2.2.5.2 Densidad seca.

Un suelo estará propenso a la expansión cuando el valor de la densidad seca inicial aumente, y cuando la humedad inicial sea la menor posible, debido a que si su humedad aumenta paulatinamente, el grado de saturación también lo hace, por lo tanto la expansión será mayor, en un suelo poco saturado.

2.2.5.3 Estado de esfuerzo.

El proceso de la expansión disminuye cuando las presiones en un suelo van en aumento, si el estado de esfuerzo es considerable la expansión puede llegar a ser nula o inclusive negativa es decir producirse un colapso, cuando un suelo se ve sometido varias veces a esfuerzos, la expansión va disminuyendo de acuerdo a cada vez que se aplica el esfuerzo, lo mismo sucede cuando se aplica humedecimiento y secado a un suelo la expansión va disminuyendo para cada humedecimiento.

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2.2.5.4 Grado de pre consolidación.

La consolidación del suelo se produce debido a la expulsión de agua y aire atrapados en los poros por efecto de la aplicación de cargas, este tipo de esfuerzos pueden ser producidos por su peso propio o por el peso de estructuras que se cimentan sobre él.

Figura 8. Curva de consolidación. Fuente: (Crespo Villalaz, 2005).

Los suelos de origen arcillosos son los que generalmente presentan problemas de asentamientos debido a la consolidación.

Como se muestra en la figura 7, existen dos tipos de consolidación, la primaria y secundaria. La consolidación primaria se debe principalmente a la expulsión de aire y agua existente en los poros, lo que provoca la deformación del suelo al aplicarse una carga. En cuanto a la consolidación secundaria, se ocasiona por la reubicación de las partículas del suelo, la misma que no es una teoría completamente comprobada aún.

Los asentamientos ocasionados tanto por consolidación primaria y secundaria, están relacionados con el origen del suelo, es decir si son preconsolidados o normalmente consolidados. Los suelos preconsolidados son aquellos que durante su historia ha soportado esfuerzos mayores a los que soporta en la actualidad, mientras que los suelos normalmente consolidados son aquellos que no han sobrellevado esfuerzos mayores a los actuales, o que los esfuerzos actuales son mayores a los que alguna vez actuaron durante su historia geología.

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El grado de pre consolidación se convierte en un factor constituyente para determinar el grado de expansión de un suelo, en suelos normalmente consolidados, se han realizado pruebas de muestras inalteradas y alteradas o compactadas, existiendo resultados aproximados en ambas pruebas con una misma humedad, contrariamente a lo sucedido con suelos pre consolidados, en donde los resultados varían, debido a que la compactación genera una alteración de las uniones entre partículas, permitiendo una expansión mucho mayor que la que se presentaría en el terreno natural y de esta forma se sobredimensiona la expansión que se podría producir en el suelo en estudio.

2.2.5.5 Succión.

La succión existente en el terreno natural, está bastante relacionado al potencial de expansión de un suelo, ya que cuanto mayor sea la succión, el suelo tenderá a un mayor cambio de volumen, teniendo en cuenta que la succión se puede definir de forma superficial como la capacidad del material para adsorber agua, y mientras mayor sea la presión de adsorción, existirá mayor succión.

2.2.5.6 Tiempo y permeabilidad.

La mayoría de arcillas con potencial de expansión elevado, tienen una permeabilidad bastante baja, es decir son impermeables.

El tiempo de exposición de una suelo al agua depende principalmente de la geometría del terreno, las condiciones de filtración, su naturaleza, entre otros, debido a esto un suelo arcilloso presentara condiciones de saturación favorables o desfavorables, lo que es determinante para que el proceso de expansión sea rápido o lento durando inclusive años. Arcillas con mejores propiedades de permeabilidad pueden generar más expansión que las arcillas impermeables, debido al tiempo de exposición y contacto con el agua, la lluvia por ejemplo puede tener una duración de minutos, y esto no permitirá la saturación en arcillas impermeables, sucediendo lo contrario en arcillas poco permeables, ya que el agua se infiltrara ocasionando cambios de humedad, siempre y cuando el tiempo de exposición sea considerable.

2.2.5.7 Humedad.

Un factor muy importante y que es determinante en la expansión de un suelo. Los principales factores que cambian el contenido de humedad en un suelo se detallan a continuación:

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El clima: Un factor importante que altera la humedad, especialmente cuando existen variaciones estacionales muy marcadas, es decir con periodos de sequía y de lluvia en algunos meses.

Experimentalmente se ha comprobado que las variaciones de humedad en el suelo dadas por el cambio del clima afectan hasta una profundidad de 2 o 4 metros, la capa de suelo comprendida en esta profundidad se denomina capa activa y es en esta en la que se pueden producir los cambios de volumen.

La vegetación: Este factor afecta debido a las raíces de los árboles ya que estas absorben grandes cantidades de agua del suelo, por ello la plantación o tala de árboles altera la humedad del suelo especialmente cuando el suelo existente es una arcilla altamente expansiva, que pueden afectar a edificaciones cercanas. Como regla general se tiene que lo zona de influencia de las raíces de los árboles afecta a una superficie cuyo radio es igual a vez y media la altura del árbol en su estado adulto.

Uso de las estructuras: Depende del uso que se puede dar de las estructuras, es decir la ubicación de hornos, o de calderas en la planta baja o de subsuelo de una edificación, además de plantas de refrigeración, lo que puede generar cambios de humedad del suelo de cimentación. Otra causa puede ser el riego de jardines o plantas aledañas a la construcción o edificación.

Rotura de tuberías, y elevación del nivel freático: Se dan repentinamente, produciendo cambios de humedad en el suelo, y produciendo hinchamientos que pueden afectar a estructuras especialmente cuando existe un levantamiento del suelo (Ayuso Muñoz, Caballero Repullo, & Otros, 2010).