BISMARK ESCOBAR LOZANO GILBER GARCIA MOSQUERA UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DEL CHOCO " DIEGO LUIS CORDOBA...

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DETERMINACIÓN DEL POTENCIAL DE EXPANSIBILIDAD DE LOS SUELOS

LOCALIZADOS EN EL BARRIO URIBE URIBE DE LA CIUDAD DE QUIBDÓ,

DEPARTAMENTO DEL CHOCO.

BISMARK ESCOBAR LOZANO

GILBER GARCIA MOSQUERA

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DEL CHOCO

“DIEGO LUIS CORDOBA”

FACULTAD DE INGENIERIA

PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL

AREÁ DE GEOTECNÍA

QUIBDO – CHOCO

2014

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DETERMINACIÓN DEL POTENCIAL DE EXPANSIBILIDAD DE LOS SUELOS

LOCALIZADOS EN EL BARRIO URIBE URIBE DE LA CIUDAD DE QUIBDO,

DEPARTAMENTO DEL CHOCO.



TRABAJO DE GRADO PRESENTADO

COMO REQUISITO PARCIAL PARA OPTAR AL TÍTULO DE

INGENIERO CIVIL

Director: OSCAR CUJAR COUTÍN

Ingeniero Geólogo

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DEL CHOCO

“DIEGO LUIS CORDOBA”

FACULTAD DE INGENIERIA

PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL

AREÁ DE GEOTECNÍA

QUIBDO – CHOCO

2014

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NOTA DE ACEPTACIÓN

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Firma del presidente del jurado

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Firma del jurado

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Firma del jurado

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DEDICATORIA

Hoy que logro dar este gran pasó en mi vida, quiero dedicarle este éxito primero

que todo a Dios por darme la inteligencia y perseverancia durante el desarrollo de

mi carrera, en segundo lugar a mis padres por darme su apoyo cuando tuve

dificultades en mi vida estudiantil, a mis hermanos por su ayuda, a mis hijos que

se han convertido en un motor para mi desarrollo personal.


A Dios.

Por haberme permitido llegar hasta este punto y haberme dado salud para lograr

mis objetivos, además de su infinita bondad y amor.

A mi madre piedad Nohemí Perea Gómez

Por haberme apoyado en todo momento, por sus consejos, sus valores, por la

motivación constante que me ha permitido ser una persona de bien.

A mi padre Gilberto García Gómez

Por los ejemplos de perseverancia y constancia que lo caracterizan y que me ha

infundado siempre, por el valor mostrado para salir adelante.

A mis hermanos, amigos inseparables, por darme su apoyo, A mis tíos y primos

por estar siempre a mi lado.


5

AGRADECIMIENTOS

A DIOS, por brindarnos la sabiduría, el camino y la capacidad para llegar a

convertirnos en profesionales.

A la Universidad Tecnológica del Chocó por ofrecernos su campus y permitirnos

realizar esta investigación en sus instalaciones además de sus laboratorios y

equipos para la culminación de este.

A todos los profesores del programa por todo el conocimiento que nos brindaron

ayudándonos a nuestra formación como profesionales integrales.

Ingeniero Oscar Cujar Coutín. Ingeniero Geólogo, por contribuir con su

conocimiento en nuestro proceso de formación, como personas y profesionales, y

por brindarnos su tiempo en la consecución de esta meta.

Ingeniero Eulogio Palacios Chaverra, por su esfuerzo en sacar adelante, mejorar

el programa y trabajar para que la carrera tenga los mejores profesionales a

futuro.

A nuestros compañeros por compartir sus vivencias y conocimientos durante esta

etapa de formación.

A todas aquellas personas que de una u otra forma nos brindaron apoyo y

colaboraron para sacar este proyecto adelante.

BISMARK ESCOBAR LOZANO GILBER GARCIA MOSQUERA

6

TABLA DE CONTENIDO

Pág.

1. INTRODUCION ................................................................................ …………...13

2. RESUMEN GENERAL DEL PROYECTO .......................................................... 14

3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ............................................................... 15

4. JUSTIFICACION ................................................................................................ 16

5. OBJETIVOS ...................................................................................................... 17

5.1 GENERAL ........................................................................................................ 17

5.2. ESPECIFICOS ................................................................................................ 17

6. MARCO TEORICO ............................................................................................ 18

6.1. NATURALEZA DE LOS SUELOS EXPANSIVOS ......................................................... 18

6.1.1.ORIGEN .......................................................................................................... 19

6.1.2. PROPIEDES FISICAS DE LOS SUELOS EXPANSIVOS. ............................................. 19

6.1.2.1.CONTENIDO DE AGUA. ................................................................................... 19

6.1.2.2. PESO ESPECIFICO SECO ............................................................................... 20

6.1.2.3. PROPIEDADES INDICE ................................................................................... 20

6.1.2.4. CORRELACIONES ENTRE PROPIEDADES INDICES Y SUELOS EXPANSIVOS ............ 21

6.1.3. EL AGUA EN LOS SUELOS EXPANSIVOS .............................................................. 23

6.2. IDENTIFICACIÓN DE LOS SUELOS EXPANSIVOS ...................................................... 24

6.2.1. IDENTIFICACIÓN MINERALÓGICA(MÉTODO CUALITATIVO) ……………………… ..24

6.2.2. IDENTIFICACIÓN POR MÉTODOS INDIRECTOS(MÉTODO CUANTITATIVO) ..………….25

6.2.2.1. IDENTIFICACIÓN ATREVES DE PROPIEDADES ÍNDICES……………………………25

6.2.2.1.1.LIMITES ATTERBERG .................................................................................. 25

6.2.3. IDENTIFICACION POR METODOS DIRECTOS(METODO SEMI CUANTITATIVO) ............. 26

6..2.3.1 ENSAYOS DE HINCHAMIENTO ......................................................................... 26

6.2.3.1.1. ENSAYOS DE HINCHAMIENTO LIBRE SIN SOBRECARGA ................................... 27

6.3. CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS .......................................................................... 27

6.3.1.LÍMITES DE CONSISTENCIA O DE ATTERBERG ..................................................... 28

6.3.1.1. LIMITE LIQUIDO(LL) ....................................................................................... 28

6.3.1.2. LIMITE PLASTICO (LP) .................................................................................... 28

6.3.1.3. INDICE DE PLASTICIDAD(IP) ........................................................................... 28

6.4. PROPIEDADES FISICAS DEL SUELO ....................................................................... 28

6.4.1. RELACIONES VOLUMETRICAS Y GRAVIMETRICAS ................................................. 28

6.4.2.RELACIONES VOLUMÉTRICAS ............................................................................ 29

6.4.2.1. RELACION DE VACIOS ................................................................................... 29

file:///C:/Users/BISMARK/Documents/SUELOS%20EXPANSIVOS/proyecto%20de%20grado/TESIS%20SALTO%20JHON%20ALEX%20Y%20CARLOS%20MIGUEL.docx%23_Toc262732050



























7

6.4.2.2. POROSIDAD ................................................................................................. 30

6.4.2.3. GRADO DE SATURACION ............................................................................... 30

6.4.3. RELACIONES GRAVIMETRICAS ........................................................................... 31

6.4.3.1. CONTENIDO DE HUMEDAD. ............................................................................ 31

6.4.3.2. GRAVEDAD ESPECIFICA DE LOS SOLIDOS. ....................................................... 31

6.4.3.3. PESO UNITARIO SECO ................................................................................... 32

6.4.3.4.PESO UNITARIO HUMEDO ............................................................................... 32

6.4.3.5. PESO UNITARIO SATURADO ........................................................................... 32

6.4.3.6. PESO UNITARIO SUMERGIDO .......................................................................... 33

7. LOCALIZACION DE LA ZONA DE ESTUDIO.................................................................. 34

7.1. ASPECTOS CLIMATICOS E HIDROLOGICOS DEL MUNICIPIO DE QUIBDO ...................... 36

7.1.1. CARACTERISTICAS CLIMATICAS DEL MUNICIPIO DE QUIBDO……………………… 36

7.1.2. HIDROLÓGIA DE LA CIUDAD DE QUIBDÓ ............................................................. 36

7.2. ASPECTOS GEOLÓGICOS .................................................................................... 36

7.2.1. GEOLOGIA LOCAL ............................................................................................ 37

7.2.2. GEOMORFOLOGIA ............................................................................................ 38

7.2.3. EMPLAZAMIENTO TECTONICO DEL CHOCO .......................................................... 38

7.2.4. SISMICIDAD ..................................................................................................... 39

8. METODOLOGIA DE LA INVESTIGACION ..................................................................... 41

8.1 ETAPA PLENIMINAR DE OFICINA ............................................................................ 41

8.1.1. REVICION BIBLIOGRAFICA SOBRE EL TEMA. ........................................................ 41

8.2. ETAPA DE CAMPO. ............................................................................................. 41

8.2.1 RECORRIDO Y RECONOCIMIENTO DE LA ZONA ……………………………………...41

8.2.2. EJECUCION DE EXCAVACIONES Y OBTENCION DE MUESTRAS INALTERADAS .......... 41

8.2.3. TRASPORTE DE MUESTRAS EN EL LABORATORIO ................................................ 42

8.3. TRABAJO DE LABORATORIO ................................................................................ 42

8.3.1. ENSAYO PARA LA DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS DEL SUELO.

(RELACIONES VOLUMÉTRICAS Y GRAVIMÉTRICAS DE LOS SUELOS)………………………43

8.3.1.1. DETERMINACION DE LA GRAVEDAD ESPECIFICA DE LOS SOLIDOS DEL SUELO POR

EL METODO DEL PICNOMETRO CON AGUA (BASADA EN ASTM D 854-02) ......................... 43

8.3.2. ENSAYOS DE LÍMITES DE CONSISTENCIA O ATTERBERG ..................................... 43

8.3.2.1. DETERMINACION DEL LIMITE LIQUIDO DE LOS SUELOS(I.N.V.E- 125-07) ............. 43

8.3.2.2. DETERMINACION DEL LIMITE PLASTICO DE LOS SUELOS(I.N.V.E – 126- 07) ......... 44

8.3.3. ENSAYO DE HINCHAMIENTO LIBRE(METODO UNE 103601:1996). ......................... 44

9. RESULTADOS OBTENIDOS. ..................................................................................... 45

9.1. RESULTADOS OBTENIDOS DE LAS PROPIEDADES FISCAS DEL SUELO(RELACIONES

VOLUMETRICAS Y GRAVIMETRICAS) ............................................................................ 45

9.2. RESULTADO OBTENIDOS DE LOS LIMITES DE CONSISTENCIA O ATTERBERG .............. 45

9.3. RESULTADOS OBTENIDOS DEL HINCHAMIENTO LIBRE SIN SOBRECARGA ................... 46








































8

10. ANALISIS DE RESULTADOS ................................................................................... 47

10.1. ANALISIS DE LIMITES DE CONSISTENCIA O ATTERBERG ........................................ 47

10.2. ANALISIS DEL HINCHAMIENTO LIBRE SIN SOBRE CARGA……………………………. 47

10.3. DEDETERMINACIÓN DEL POTENCIAL DE EXPANSIBILIDAD POR MÉTODOS

INDIRECTO(PROPIEDADES ÍNDICES, SEGÚN LA NORMA INV.E-132-

07)……………………………………………………………………………………… .48

10.3.1 DETERMINACIÓN DEL POTENCIAL DE EXPANSIBILIDAD SEGÚN LAS PROPIEDADES

ÍNDICES( HOLTZ Y GIWS),…………………………………………………………………..48

10.3.2. DETERMINACIÓN DEL POTENCIAL DE EXPANSIBILADAD SEGÚN LA NORMA INV.E –

132 – 07…………………………………… ……………………………………………..49

11. CONCLUCIONES ............................................................................................ 51

12. RECOMENDACIONES. ................................................................................... 52

13. BIBLIOGRAFIA ............................................................................................... 53

14. ANEXOS .......................................................................................................... 55












9

LISTA DE TABLAS

Pág.

TABLA 1. CORRELACIÓN EMPÍRICA ENTRE LAS PROPIEDADES ÍNDICES - PROPIEDADES

MECÁNICAS .............................................................................................................. 20

TABLA 2. DATOS PARA ESTIMAR UN PROBABLE CAMBIO DE VOLUMEN PARA SUELOS

EXPANSIVOS ............................................................................................................. 22

TABLA 3. RELACIÓN ENTRE EL ÍNDICE DE PLASTICIDAD, ÍNDICE DE CONTRACCIÓN Y EL

GRADO DE EXPANSIÓN .............................................................................................. 23

TABLA 4. RELACIÓN ENTRE POTENCIAL DE EXPANSIÓN E ÍNDICE DE PLASTICIDAD ............ 26

TABLA 5. RELACIÓN ENTRE EL ÍNDICE DE EXPANSIÓN Y EL POTENCIAL DE EXPANSIÓN ...... 27

TABLA 6. VALORES DE AA, AV, AE Y AD Y ZONA DE AMENAZA SÍSMICA PARA QUIBDÓ DE

ACUERDO CON LA NSR-10 ........................................................................................ 41

TABLA 7. RESUMEN DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS HALLADAS EN EL SUELO DE ESTUDIO. 46

TABLA 8. RESULTADOS DE LA CLASIFICACIÓN DEL SUELO(LIMITES ATTERBERG)

OBTENIDOS EN EL LABORATORIO. ............................................................................... 47

TABLA 9. RESULTADOS OBTENIDOS DEL ÍNDICE DE EXPANSIÓN A LAS MUESTRAS ............ 47

TABLA 10. CLASIFICACIÓN DE LAS MUESTRAS SEGÚN LA S.U.S.C ................................... 48

TABLA 11. CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS DE ACUERDO AL POTENCIAL DE EXPANSIÓN ... 49

TABLA 12. POTENCIAL DE EXPANSIÓN OBTENIDO EN LAS MUESTRAS .............................. 50

TABLA 13. GRADO DE EXPANSIÓN DE LOS SUELOS SEGÚN LA NORMA INV-132-07 ....... 50

TABLA 14. CLASIFICACIÓN DE LAS MUESTRAS POR EL LÍMITE LÍQUIDO (LL) SEGÚN INV.E-

132-07. ................................................................................................................... 51

TABLA 15. CLASIFICACIÓN DE LAS MUESTRAS POR EL ÍNDICE DE PLASTICIDAD (IP) SEGÚN

INV-132-07............................................................................................................. 51

TABLA 16. FORMATO PARA DETERMINAR LAS PROPIEDADES FÍSICAS DEL SUELO

TABLA 17. CALIBRACIÓN DEL MATRAZ

TABLA 18. DENSIDAD RELATIVA DEL AGUA Y FACTORES DE CONVERSIONES K PARA VARIAR

TEMPERATURAS

TABLA 19. RESUMEN DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS DEL SUELO

TABLA 20.RANGO DE LOS VALORES DE LA GRAVEDAD ESPECIFICA EN LOS DIFERENTES

TIPOS DE SUELO

TABLA 21.CLASIFICACION DE LOS SUELOS SEGÚN LA SUSC

TABLA 22. CLASIFICACIÓN DE LA MUESTRA # 1 EN LA PERFORACIÓN 1




























10








TABLA 32. RESUMEN DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS DEL ÍNDICE DE EXPANSIÓN A LAS

MUESTRAS

TABLA 33. DETERMINACIÓN DEL ÍNDICE DE EXPANSIÓN EN LA PERFORACIÓN NUMERO 1





11

LISTA DE FIGURAS

Pág.

FIGURA 1. CORRELACIONES ENTRE EL % DE EXPANSION, LIMITE LIQUIDO Y CONTENIDO DE

AGUA. ...................................................................................................................... 21

FIGURA 2. CORRELACIÓN ENTRE % DE EXPANSIÓN, LÍMITE LÍQUIDO Y (VIJAYVERGIYA Y

GHAZZALY, 1973). ................................................................................................... 22

FIGURA 3. FASES DEL SUELO.. .................................................................................. 29

FIGURA 4. LOCALIZACIÓN DE LA CIUDAD DE QUIBDÓ EN EL DEPARTAMENTO DEL CHOCÓ

.............................................................................................................................. .34

FIGURA 4.1. LOCALIZACIÓN DE LA CIUDAD DE QUIBDÓ A ORILLAS DEL RIO ATRATO ......... 34

FIGURA 5. LOCALIZACIÓN APROXIMADA DONDE SE REALIZARA LA INVESTIGACIÓN.. ........ 35

FIGURA 6. PANORÁMICA DEL ÁREA DE ESTUDIO ........................................................... 35

FIGURA 7. GEOLOGÍA DE LA ZONA.. ............................................................................ 38

FIGURA 8. MAPA GEOLÓGICO DE LA ZONA (ADAPTADO DEL MAPA GEOLÓGICO DEL CHOCÓ-

INGEOMINAS-1993 POR OSCAR CÚJAR COUTIN).. ....................................................... 40

FIGURA 9. ZONAS DE AMENAZA SÍSMICA DE COLOMBIA, FUENTE: NSR-98, NSR-10 ...... 41

FIGURA 9.1. ZONIFICACIÓN SÍSMICA DEL CHOCO, FUENTE: NSR – 2010, VALORES DE AA.

….………………………………………………………………………………………… 41

FIGURA 10. CARTA DE PLASTICIDAD DE CASA GRANDE















12

LISTA DE ANEXOS

Pág.

ANEXO A. REGISTRO FOTOGRAFICO

ANEXO B. ENSAYO PARA DETERMINAR LAS PROPIEDADES FÍSICAS DEL

SUELO (RELACIONES VOLUMÉTRICAS Y GRAVIMÉTRICAS).

ANEXO C. ENSAYO DE LOS LIMITES DE CONSITENCIA.

ANEXO D. ENSAYO PARA DTERMINAR EL POTENCIAL DE EXPANSIBILIDAD

EN LOS SUELOS.


13

1. INTRODUCCIÒN

El proyecto de investigación se refiere al estudio del potencial de expansividad de

los suelos del barrio Uribe Uribe de la ciudad de Quibdó. La expansibilidad se

puede definir como una propiedad física de los suelos que se caracteriza por su

capacidad de hinchamiento y entumecimiento; es decir, por fuertes cambios

volumétricos, directamente relacionados con la capacidad que tienen algunos

minerales arcillosos de aumentar de volumen al adsorber agua cuando esta está

presente en el ambiente.

En el proceso de hinchamiento y entumecimiento, los suelos pueden ejercer

grandes presiones sobre las estructuras construidas sobre ellos, siendo capaces

de producir grandes daños en las obras de ingeniería y el colapso de estructuras

cuyas cimentaciones descansan sobre este tipo de suelos, resultando ser un gran

problema para la construcción ya que los incrementos del volumen no se presenta

de una manera uniforme, si no en distintas zonas y al momento de contraerse

generan asentamientos que pueden dañar severamente las estructuras.

14

2. RESUMEN GENERAL DEL PROYECTO

El objetivo principal de este trabajo de grado fue determinar el potencial de

expansibilidad de los suelos localizados en el barrio Uribe Uribe de la ciudad de

Quibdó, departamento del choco.

Este trabajo comenzó definiendo los puntos de extracción de las muestras, una

vez realizada la extracción, se procedió a ejecutar ensayos de clasificación, límites

de consistencia o Atterberg y propiedades físicas a las muestras inalteradas

extraídas de las perforaciones a cielo abierto en puntos distribuidos en todo el

área de estudio del barrio Uribe Vélez.

Realizados los ensayos de clasificación se definió que el área de estudio

localizada en el barrio Uribe Uribe esta constituida por suelos cohesivos,

obteniéndose como resultado que en la perforación 1 (P1), a 1m se encuentra un

limo orgánico de baja a media plasticidad (ML) y a 2m un limo orgánico de alta

plasticidad (MH), en la perforación 2 (P2), a 1m se encuentra un limo orgánico de

baja a media plasticidad (ML) y a 2m un limo orgánico de baja plasticidad (ML), en

la perforación 3 (P3), a 1m se encuentre un limo orgánico de alta plasticidad (MH)

y a 2m un limo orgánico de baja plasticidad (ML), en la perforación 4 (P4), a 1m

se encuentra un limo orgánico de alta plasticidad (MH) y a 2m un limo orgánico de

baja plasticidad (ML), en la perforación 5 (P5), a 1m se encuentra un limo

orgánico de alta plasticidad (MH) y a 2m un limo orgánico de alta plasticidad

(MH).

Posteriormente se realizaron diez (10) ensayos de hinchamiento libre a las cinco

(5) muestras extraídas de las perforaciones realizadas, de igual manera se

determinó el índice de expansión a cada una de ellas, las cuales fueron realizados

con la humedad natural del suelo.

Luego de la recolección y digitalización de los datos obtenidos en el laboratorio de

mecánica de suelos de la universidad tecnológica del choco, se procedió a realizar

los cálculos y análisis respectivos y por último, se elaboraron las conclusiones,

observaciones y recomendaciones pertinentes.

PALABRAS CLAVES: suelo, propiedades físicas, limites Atterberg, hinchamiento

libre, expansibilidad.

15

3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

El barrio Uribe Uribe se encuentra en proceso de expansión urbanística y aunque

se han realizado algunos estudios geotécnicos, se pudo constatar que en ninguno

se considero el estudio del potencial de expansión de los suelos. Se sabe que

cuando los suelos son expansivos pueden producir en las construcciones graves

problemas estructurales afectando su funcionalidad y su presentación estética.

Por estas razones es importante investigar el potencial de expansión de estos

suelos con el fin de conocer la probabilidad de que se presente o no el fenómeno,

y así tomar las medidas de mitigación necesarias o si es el caso descartarlo, lo

cual se llevara a cabo mediante ensayos que permitirán conocer su clasificación,

sus propiedades físicas y finalmente el hinchamiento libre sin sobrecarga que

estos presentan.

16

4. JUSTIFICACIÓN

En muchas partes de Colombia y del mundo se han presentado problemas de

inestabilidad de construcciones debido a la acción del efecto de los suelos

expansivos sobre las estructuras y uno de los factores que más inciden es la

carencia de estudios preliminares que permitan conocer las características

geotécnicas de los mismos asi como los problemas que se puedan presentar para

tomar las medidas pertinentes para su solución. Entre estos problemas están los

relacionados con el potencial de expansión de los suelos que muchas veces no se

conoce su presencia hasta que se generan los daños a las estructuras. En años

recientes se ha conocido del efecto nocivo que tienen los suelos expansivos a la

hora de construir, el cual ha elevado el interés de los Ingenieros civiles a un

estudio más detallado del comportamiento de estos suelos.

El conocimiento del potencial de expansibilidad de estos suelos es importante

porque permite inferir la probabilidad de que se puedan producir problemas en las

construcciones debido a los cambios volumétricos o hinchamiento del suelo que

pueden generar desplazamientos verticales diferenciales con la aparición de

grietas y roturas en paredes, columnas afectando la estructura en su funcionalidad

y estética.

Por lo anterior expuesto, es indispensable determinar el potencial de

expansibilidad de los suelos, ya que se lograrían construcciones que guarden

relación entre los materiales a utilizar, con las propiedades de este tipo de suelo y

se lograría solventar posibles incidentes desfavorables en un futuro,

Además serviría como tema piloto ya que es el primero que se realiza como

referencia en esta ciudad y no se tienen antecedentes sobre estudios realizados

con esta investigación y además se busca que los profesionales del área tomen

conciencia de los riesgos a los que están expuestas en todo momento las

estructuras, cuando se construyen sobre suelos expansivos.

17

5. OBJETIVOS

5.1. OBJETIVO GENERAL

Determinar el potencial de expansibilidad de los suelos localizados en el

barrio Uribe Uribe de la ciudad de Quibdó.

5.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Obtener muestras inalteradas a profundidades de 1 y 2 metros.

Conocer las propiedades físicas de los suelos.

Ejecutar ensayos de clasificación (límites de consistencia o Atterberg).

Ejecutar los ensayos de hinchamiento libre sin sobre carga(método directo)

Determinar el porcentaje de expansividad que presentan estos suelos por

medio de métodos indirectos (propiedades de índices, según la norma

INV.E – 132- 07).

18

6. MARCO TEÓRICO

6.1. Naturaleza de los suelos expansivos.

Un suelo expansivo es aquel que es susceptible de sufrir cambios volumétricos

por cambios de humedad, puede decirse que los suelos expansivos son un

fenómeno que se presenta en un suelo arcilloso con mineral montmorillonita y en

condiciones ambientales que dan pie a la reducción de humedad ya sea por

evaporación o evapotranspiración de la vegetación.

Los suelos expansivos son abundantes donde la evapotranspiración es mayor que

la precipitación Los asentamientos que sufren las estructuras debido a las

deformaciones que provocan los elementos de carga sobre el suelo que las

soporta, fueron identificados, generalmente, como las causas de daños en las

estructuras, sin embargo, las estructuras no solamente pueden presentar daños

por asentamientos sino también por expansiones de los suelos.

El fenómeno capilar que se presenta en los suelos es una causa del aumento de

los esfuerzos efectivos (intergranulares), cuando en un suelo, como las arcillas, se

pierde el agua por un proceso de evaporación, se genera la tensión capilar que

provoca la contracción del suelo, una vez que el suelo ha disminuido su volumen

por secado también podrá aumentar dicho volumen si se restituye el agua a dicho

suelo, lo cual reducirá el efecto de la tensión capilar.

En realidad, los suelos arcillosos experimentan variaciones de volumen según el

contenido de humedad, correlativas con las variaciones de la presión de poro y

con los esfuerzos efectivos.

Estas variaciones serán tanto más importantes como cuanto mayor sea la

proporción de partículas inferiores de 2μm y también en la medida en que sea más

activa la especie mineralógica componente de esta fracción en lo que se refiere a

los efectos de concentración catiónica sobre las fuerzas de repulsión entre las

partículas de arcillas.

19

6.1.1. Origen

Donalson (1969), clasificó en dos grupos los materiales que pueden dar origen a

los suelos expansivos.

El primer grupo lo componen las rocas ígneas básicas, tales como basaltos y los

gabros. En los suelos expansivos los minerales como el feldespato y el piroxeno

de las rocas madre, se descomponen para formar la montmorillonita y otros

minerales secundarios.

El segundo grupo comprende las rocas sedimentarias que contienen

montmorillonita como constituyente, el cual se desintegra mecánicamente para

formar suelos expansivos.

6.1.2. Propiedades físicas de los suelos expansivos

Es bien sabido por los ingenieros de suelos que las arcillas montmorillonitas se

expanden cuando su contenido de agua aumenta, mientras que las caolinitas

suelen ser relativamente estables en presencia de agua, debido a que la unión

entre todas las retículas es los suficientemente firme para no permitir la

penetración de moléculas de agua entre ellas (adsorción), las illitas suelen

presentar una expansión menor que las montmorillonitas.

6.1.2.1. Contenido de agua

Independientemente que el potencial de expansión de un suelo sea alto, si la

humedad de la arcilla permanece constante, no habrá cambio de volumen y por

tanto una estructura cimentada sobre una arcilla con humedad constante no estará

sujeta a movimientos causados por la expansión, cuando el contenido de agua

aumenta en la arcilla, entonces pueden ocurrir expansiones tanto en la dirección

vertical como en la horizontal, no es necesaria la saturación por completo para que

se presente la expansión cambios leves de humedad de 1.5 ó 2%, pueden ser

suficientes para provocar expansiones inconvenientes.

La humedad inicial del suelo expansivo controla la cantidad de expansión, lo cual

es válido para suelos remoldeados o inalterados, los suelos secos, con contenidos

de agua naturales menores de 15% generalmente provocan daños, estas arcillas

pueden adsorber fácilmente humedades del orden del 35%, con los consiguientes

daños a las estructuras, como resultado de la expansión.

20

6.1.2.2. Peso específico seco

El peso específico seco de la arcilla es otro índice de expansión, los suelos con

pesos específicos secos mayores de 17,6 kN/m3 (1,76 ton/m3) generalmente

exhiben alto potencial de expansión.

El potencial específico de las arcillas también refleja los resultados de la prueba de

penetración estándar, las arcillas con números de golpes mayor de 15,

generalmente poseen potencial de expansión.

6.1.2.3. Propiedades índices

Una propiedad índice es cualitativamente fácil de medir en suelos y rocas, tanto en

el campo como en laboratorio y nos permite inferir sobre el comportamiento de un

suelo (Sowers, 1979).

Las propiedades índices son un primer acercamiento hacia los suelos y deben

servir como una orientación para profundizar el estudio a través de ensayes más

elaborados; es decir, su uso debe limitarse a la etapa preliminar y aun estimado de

diseño.

En los últimos años se han encontrado nuevas correlaciones del comportamiento

del suelo con las propiedades índice, sobre todo en el área de suelos nos aturados

poniendo un especial énfasis en aquellas relacionadas con la problemática de los

suelos colapsables y expansivos.

Tabla 1. Correlación empírica entre las propiedades índice-propiedades mecánicas.

21

6.1.2.4. Correlaciones entre propiedades índices y suelos expansivos

A partir de un estudio de 273 muestras de suelo inalterado Vijayvergiya y

Ghazzaly (1973) presentaron correlaciones para predecir el porcentaje y la presión

de expansión basados en el límite líquido, peso específico seco y el contenido de

agua:

a) Porcentaje de expansión

Dónde:

S =porcentaje de expansión

LL= límite líquido en porcentaje

ω= Contenido de agua en porcentaje

= Peso específico seco en

En la figuras 1 y 2 se presentan estas correlaciones en forma gráfica.

Figura 1. Correlaciones entre % de expansión, límite líquido y contenido de agua

(Vijayvergiya y Ghazzaly, 1973).

22

Figura 2. Correlación entre % de expansión, límite líquido y (Vijayvergiya y Ghazzaly,

1973).

Chen (1975), en base a una amplia experiencia acumulada, propone una guía

(tabla 2) para estimar el probable cambio de volumen de suelos expansivos.

Tabla 2. Datos para estimar un probable cambio de volumen para suelos expansivos

Raman (1967) basado en el índice de plasticidad y el índice de contracción obtuvo

la Tabla3

23

Tabla 3. Relación entre el índice de plasticidad, índice de contracción y el grado de

expansión.

Donde el índice de contracción es:

IC = IP – LL

LL= límite líquido en porcentaje

LC= límite de contracción en porcentaje

Kayak y Cristensen (1974) encontraron una correlación en función de la humedad

y el porcentaje de arcilla:

Dónde:

: Potencial de expansión en %

= porcentaje de arcilla

= contenido natural de agua

6.1.3. El agua en suelos expansivos

La mecánica de suelos expansivos tiene que considerar el problema de los suelos

parcialmente saturados con sus tres fases constituyentes: la sólida, la líquida y la

gaseosa, La fase sólida está formada por los minerales, la líquida por el agua y la

gaseosa por el aire libre principalmente.

El agua en el suelo puede presentarse en tres formas principales con diferentes

propiedades mecánicas definidas y de mucha importancia en el comportamiento

del suelo, estas formas son las siguientes:

24

El agua gravitacional. Es el agua sujeta únicamente a la fuerza de la gravedad y

puede fluir libremente, el agua capilar absorbida por efecto de la tensión

superficial, permanece atrapada en los poros de la estructura del suelo.

El agua capilar. Puede fluir con un gradiente hidráulico originado por una

diferencia de cargas mayor que la carga capilar en el suelo, el agua en la

superficie de contacto agua-aire se encuentra en un estado de tensión.

El agua adherida. Es el agua que queda atraída fuertemente hacia la periferia del

grano por efecto de la atracción molecular, en granos menores de 2 micras,

correspondientes a los minerales de arcillas, el agua hace que las moléculas de

agua cerca de él, se orienten haciendo que el agua adquiera propiedades de un

material cristalizado en la cercanía de la periferia del grano (Zeevaert, 1968).

6.2. Identificación de suelos expansivos

Los suelos que contienen arcillas expansivas llegan a ser muy pegajosos cuando

están húmedos y usualmente son caracterizados por grietas en la superficie o una

textura de “rosetas de maíz” cuando están secos, por lo tanto, la presencia de

grietas en la superficie es usualmente un síntoma de que se trata de un suelo

expansivo.

Son tres los métodos para identificar y clasificar el potencial de expansión de un

suelo.

6.2.1. Identificación mineralógica (método cualitativo)

La composición mineral de los suelos expansivos tiene influencia importante sobre

el potencial de expansión, debido a la estructura reticular, que está compuesta por

las láminas silícicas y las alumínicas, según el tipo de arcilla.

Las cargas eléctricas negativas sobre la superficie de los minerales de arcilla, la

firmeza entre las capas ligadas y la capacidad de intercambio catiónico, influyen

en el potencial de expansión de la arcilla, de esta forma se supone que

identificando los constituyentes mineralógicos de la arcilla se puede estimar el

potencial de expansión, las técnicas que pueden utilizarse son:

Difracción rayos X

Análisis térmico diferencial

Absorción de calor

25

Análisis químico

Microscopio electrónico

La identificación de los minerales de la arcilla es importante, pero no es necesario

más que en dos o tres muestras en cada emplazamiento, el procedimiento más

conveniente hoy es la difracción de rayos X, el análisis térmico diferencial no

parece llegar a definiciones concretas; el microscopio electrónico, especialmente

el de barrido, no deja duda alguna en general, respecto a las partículas que

contemplamos, pero el campo es tan pequeño que no permite un juicio seguro

sobre el conjunto, ya que los suelos tienen casi siempre mezcla de diversas

especies (Holtz y Gibbs, 1954; Juárez y Rico, 1976), por estas razones los

métodos arriba mencionados deberían ser usados en combinación para evaluar

cualitativamente los tipos minerales que contiene la arcilla.

6.2.2. Identificación por métodos indirectos(método cuantitativo)

Los métodos indirectos identifican el potencial expansivo del suelo de forma

cualitativa, la desventaja de usar este tipo de métodos es que obtenemos datos

muy variables, que dependen del tipo de suelo que es analizado.

6.2.2.1. Identificación a través de propiedades Índice.

La evaluación del potencial de expansión puede realizarse por medio de pruebas

sencillas, estas pruebas pueden incluir en la rutina, para la investigación del lugar

donde se realizara la obra que se trate, las pruebas índices pueden ser:

6.2.2.1.1. Límites de Atterberg

Holtz y Gibbs (1956) demostraron que el índice de plasticidad y el límite líquido

son índices de utilidad para determinar las características de expansión de la

mayoría de las arcillas.

El potencial de expansión se define como el porcentaje de aumento de volumen

en una muestra confinada lateralmente, la cual se satura bajo una sobrecarga de

6.9 kN/m2 (0.07kgf/cm2), después de ser compactada a su peso volumétrico

máximo en la humedad óptima, de acuerdo a la prueba AASHTO estándar, puesto

que el límite líquido y la expansión de las arcillas dependen de la cantidad de agua

que la arcilla trata de absorber, no es sorpresa que estén relacionados.

26

La relación entre el potencial de expansión de las arcillas y el índice de plasticidad

puede establecerse como a continuación se indica en la Tabla 4.

Tabla.4 Relación entre potencial de expansión e índice de plasticidad

6.2.3. Identificación por métodos directos (método semi cuantitativo)

Estos métodos te dan mayor veracidad en cuanto al grado de expansión de un

suelo y de acuerdo a esto lo clasificaremos a continuación:

6.2.3.1. Ensayos de hinchamiento.

La finalidad de estos ensayos, es determinar la expansividad o aumento de

volumen de una muestra de suelo cohesivo, en suelos que son expansivos, el

hinchamiento que experimentan al humedecerse, depende enormemente de las

condiciones de compactación, cuanto más seco esté el suelo, mayor es la

posibilidad de que se hinche o colapse, ocurrirá uno u otro según la presión

externa que se aplique, sea esta inferior o superior a la presión de hinchamiento.

El fenómeno de cambio de volumen de un suelo arcilloso es resultado directo de la

disponibilidad y variación de la cantidad de agua que él posea.

Para medir la expansividad de un suelo parcialmente saturado, se recurre a

ensayos realizados en el edómetro, los más comunes son el ensayo de

hinchamiento libre, que permite el hinchamiento de la muestra al ser inundada, el

ensayo de presión de hinchamiento, donde se mide la presión que ejerce el suelo

al expandirse y a dos ensayos de identificación como son el ensayo Lambe y el de

volumen de sedimentación que serán descritos brevemente.

27

6.2.3.1.1. Ensayo de hinchamiento libre sin sobre carga.

Se toma una muestra inalterada de suelo y se monta en el edómetro, se pone en

cero el lector de deformación y a continuación se inunda la muestra, hasta un nivel

en que el agua solamente penetre en la pastilla de suelo por la piedra porosa

inferior (con esto se evita que quede aire atrapado en el interior de la muestra), se

mide el hinchamiento final el cual se expresa en porcentaje del espesor inicial de

la muestra y se designa con el nombre de hinchamiento libre.

El hinchamiento libre se expresa como porcentaje y es la relación entre el

incremento de altura y la altura inicial.

EI=

Dónde:

EI: índice de expansión

: Altura final

: Altura inicial

Tabla 5. Relación entre índice y el potencial de expansión.

6.3. Clasificación de los suelos

La clasificación es una categorización de tierras basado en características

distintivas y en criterios de uso. Una clasificación de suelos es muy dinámica, en sí

mismo de la estructura del sistema, a las definiciones de clases, y finalmente en la

aplicación a campo.

28

6.3.1. Límites de consistencia o de Atterberg

Se utilizan para caracterizar el comportamiento de los suelos finos, se basa en el

concepto de que en un suelo fino solo se pueden presentar cuatro estados de

consistencia según su humedad, por lo mismo un suelo esta es su estado sólido

cuando está seco, al agregarle agua poco a poco va pasando a los estados

semisólidos, plásticos, y finalmente líquido, los contenido de humedad que

separan los diferentes estados son los limites de consistencia o limites de

Atterberg.

6.3.1.1. Limite líquido (LL)

El límite líquido de un suelo es el contenido de humedad expresado en porcentaje

de la humedad que contiene el suelo cuando éste se halla en el límite entre el

estado líquido y el estado plástico.

6.3.1.2. Limite plástico (LP)

Se denomina límite plástico a la humedad más baja con la que pueden formarse

cilindros de suelo de unos 3 mm (1/8") de diámetro, rodando dicho suelo entre la

palma de la mano y una superficie lisa, sin que dichos cilindros se desmoronen.

6.3.1.3. Índice de plasticidad

Es el rango de humedades en el que el suelo tiene un comportamiento plástico, es

la diferencia entre el Límite líquido y el Límite plástico (IP = LL – LP).

6.4. Propiedades físicas del suelo

Estas propiedades caracterizan el estado de un suelo (definen como está el suelo)

6.4.1. (relaciones volumétricas y gravimétricas)

Las relaciones volumétricas y gravimétricas permiten definir cuantitativamente las

propiedades de un suelo, sus condiciones y su comportamiento físico y mecánico.

El suelo es un material constituido por el esqueleto de partículas sólidas rodeado

por espacios libres (vacíos), en general ocupados por agua y aire, para poder

describir completamente las características de un depósito de suelo es necesario

29

expresar las distintas composiciones de sólido, líquido y aire, en términos de

algunas propiedades físicas, en el suelo se distinguen tres fases:

Sólida: formada por partículas minerales del suelo.

Líquida: generalmente agua (específicamente agua libre), aunque pueden existir

otros líquidos de menor significación.

Gaseosa: comprende sobre todo el aire, si bien pueden estar presentes otros

gases, por ejemplo: vapores de sulfuro, anhídridos carbónicos.

Figura 3. Fases del suelo

6.4.2. Relaciones volumétricas

6.4.2.1. Relación de vacíos (e).

Es la relación de vacíos es directamente proporcional con el contenido de

humedad de un suelo y la gravedad especifica del suelo

Dónde:

: contenido de humedad

: Gravedad especifica

Rango: 0< e < ∞

Valores característicos:

Arenas muy compactas con finos: e = 0,25

Arcillas altamente compresibles: e = 15

30

6.4.2.2. Porosidad (n)

Se define como el espacio de suelo que no está ocupado por sólidos y se expresa

en porcentajes.

La porosidad está definida también con la relación de vacios, así:

Dónde:

: Porosidad (en porcentaje)

: Relación de vacío

Rango: 0 < n < 100%

Algunos valores característicos:

Arenas: n = 25 % a 35 %

Arcillas: n = 30 % a 90 %

6.4.2.3. Grado de saturación.

Se define como la probabilidad de encontrar agua en los vacíos del suelo, por lo

que está entre 0 y 100.

Y está relacionada con la humedad, de la siguiente manera:

31

Dónde:

: Grado de saturación (en %)

: contenido de humedad


: Relación de vacios

Rango:0 % ≤Sr ≤ 100 %


Suelo seco: Sr = 0 %

Suelo húmedo: 0 % < Sr < 100 %

Suelo saturado: Sr = 100 %

6.4.3. Relaciones gravimétricas

6.4.3.1. Contenido de humedad (w)

La relación entre el peso del agua de un suelo y el peso de los sólidos del

mismo se conoce como contenido de humedad; se expresa en porcentaje.

Dónde:

: Humedad en porcentaje

: Peso de agua

: Peso de sólidos

Rango: 0 %≤ w


Arenas: w = 12 % a 36 % (Sr = 100 %)

Arcillas: w = 12 % a 325 % (Sr = 100 %)

6.4.3.2. Gravedad específica de los sólidos ( )

Es la relación entre el peso unitario de los sólidos de un suelo y el peso unitario

del agua.

32

Dónde:

: Gravedad específica

: Peso del suelo (gr)

: peso del matraz + el agua

= peso del matraz + el agua +suelo

= factor de corrección por temperatura


Arenas: Gs = 2,65

Arcillas: Gs = 2,7 a 2

Suelos con materia orgánica: Gs < 2,65

6.4.3.3. Peso unitario seco ( )

Es la relación entre el peso del suelo seco y su volumen total, con unidades de

peso por unidad de volumen.

Dónde:

: Peso unitario seco

: Peso de sólidos

: Volumen total

6.4.3.4. Peso unitario húmedo ( )

Es la relación entre el peso del suelo húmedo y su volumen total, con unidades de

peso por unidad de volumen.

Dónde:

: Peso unitario total

: Peso total

: Volumen total

33

Depende de:

Peso de los granos individuales

Cantidad total de partículas presentes (función de e)

Cantidad de agua existente en los vacíos (función de w)

Características:

0 % < Sr < 100 %

6.4.3.5. Peso unitario saturado ( )

Es la relación entre la gravedad específica y la relación de vacío de los suelos.

Dónde:

: Peso unitario saturado


: Relación de vacío

6.4.3.6. Peso unitario sumergido,

Es la diferencia que existe entre el peso unitario saturado y el peso del agua.

Dónde:

= peso unitario saturado

= peso del agua

34

7. LOCALIZACION DE LA ZONA DE ESTUDIO

El área donde se realizara la investigación está ubicado en la ciudad de Quibdó,

en el barrio Uribe Uribe, sector del barrio obapo, en la vía que de la ciudad de

Quibdó conduce al corregimiento de Pacurita, en el área a estudiar se realizara un

proyecto que consiste en la construcción de una urbanización conformada por 75

casas para la reubicación de las familias afectadas por la conflagración del 14 de

Enero de 2014 en el barrio Niño Jesús, las casas son estructuras de concreto

sismo resistentes.

Figura 4. Localización del Municipio de Quibdó en el Departamento del Chocó.

Figura 4.1. Localización de Quibdó a orillas del río Atrato.

35

Figura 5. Localización aproximada donde se realizara la investigación.

Figura 6. Panorámica del área de estudio

36

7.4. ASPECTOS CLIMATICOS E HIDROLOGICOS DEL MUNICIPIO DE

QUIBDO

7.4.2. Características climáticas del municipio de Quibdó

La ciudad de Quibdó está ubicada en la región de las calmas ecuatoriales y según

el sistema de Holdrige (1963), corresponde a las zonas de vida de bosque muy

húmedo tropical (bmh – T) y bosque pluvial tropical (pb-T). Los cuales se

caracterizan por altas precipitaciones y temperaturas superiores a 24°C.

7.4.3. hidrológica de la ciudad de Quibdó

La totalidad de su territorio se encuentra sobre la cuenca hidrográfica del río

Atrato, la cual representa un poco más del 60% del área del departamento del

Chocó, el río nace en la cordillera occidental en los altos de la Concordia y los

Farallones del Citará, sobre una cota de 3.700 m.s.n.m., en el municipio de el

Carmen de Atrato, en el mismo departamento del Chocó.

En el medio Atrato entre Quibdó y Bellavista el río Atrato tiene una diferencia de

nivel aproximada de 15 m y una profundidad promedio de 11 m.

7.5. ASPECTOS GEOLÓGICOS

7.5.2. Geología local

Se realizara aquí una breve descripción del escenario geológico en el que está

localizada el área donde se realizara la investigación.

De acuerdo a los estudios geológicos realizados por el Instituto de

Investigaciones Geológico Mineras, INGEOMINAS, los cuales están plasmados en

el Mapa Geológico Generalizado del Departamento del Chocó (Ingeominas, 1993)

y en el Mapa de Geología de las Planchas 164 y 184, Quibdó (Ingeominas, 2005);

En la zona en que se encuentra localizada la Ciudad de Quibdó afloran las

formaciones geológicas que se muestran en la siguiente figura.

37

Figura 7. Geología de la Zona. Fuente: mapa geológico de la plancha 164 y 184.

(Ingeominas-2005).

Q2al DEPOSITOS ALUVIALES RECIENTES:Gravas, Arenas, Limos y Arcillas, no

litificados, acumulados en las llanuras aluviales sujetas a inundaciones periodicas.

N2qb

FORMACIÓN QUIBDÓ (N2qb): Consiste principalmente de conglomerados finos a

medio, areniscas conglomeráticas, areniscas y lodolitas. Hacia el techo predominan

arcillolitas, limolitas, areniscas, areniscas conglomeráticas y localmente

conglomerados finos a medios. De edad terciario superior (Plioceno).

Sobre esta secuencia sedimentaria se depositaron sedimentos en ambientes fluvial

y lacustre generados por la dinámica del río Atrato, sobre estos sedimentos

correspondientes a la terraza baja de Quibdó está asentada gran parte de la

ciudad, al igual que en la terraza alta de Quibdó.

7.5.3. Geomorfología.

Geomorfológicamente la zona corresponde a la Terraza Alta de Quibdó, de relieve

semiondulado, disectada por corrientes de agua que drenan la zona hacia el río

Atrato.

38

7.5.4. Emplazamiento tectónico del choco

Colombia y en particular el departamento del chocó, están localizados dentro de

una de las zonas sísmicamente más activas de la tierra, la cual se denomina anillo

circumpacifico y corresponde a los bordes del océano pacifico el emplazamiento

tectónico del chocó es bastante complejo pues en su territorio convergen la placa

de Nazca, la placa Suramericana y la placa Caribe, por lo tanto, la ciudad de

Quibdó se encuentra en una zona de alta complejidad geo estructural, debido a la

convergencia en la región de las placas tectónicas antes mencionadas, la

concentración de esfuerzos que implican los desplazamientos de estas placas se

manifiesta en el fallamiento, plegamiento y alta sismicidad que se presenta en

todo el departamento.

Las fuentes sismo génicas activas que pueden afectar sísmicamente a la zona

son:

La falla Murindó-Atrato: Su trayectoria es más o menos paralela a la falla de Bahía

solano, la información disponible no permite calibrar sus parámetros de

sismicidad, la AIS (1996), le asigna una magnitud última posible de 7 en la escala.

La falla de Utría o Bahía Solano: la información de los registros sísmicos

asociables a éstas no son suficientes para calibrar sus parámetros de sismicidad;

no obstante su posición muy cercana a la zona de subducción, su longitud y los

sismos de los años setenta permitieron al AIS (1996), designarle una magnitud

última posible de 7 en la escala Ms.

La actividad sísmica asociada a la dinámica de la zona de subducción del borde

del océano pacifico: La magnitud última posible para los sismos allí originados

podría estar en el orden de 8.6 en la escala Ms.

39

Figura 8. Mapa Geológico de la Zona (Adaptado del mapa geológico del Chocó-

Ingeominas-1993 por Oscar Cújar Coutín).

Localmente, hacia el este del área de estudio, de acuerdo con la información

geológica, pasa la falla de la quebrada Santa Bárbara, de la cual se desconocen

sus parámetros de sismicidad y un poco más cerca del área de estudio pero

también hacia el este pasa una falla inferida, sin nombre en los mapas de geología

regional, al parecer, satélite de la anterior, se estima que estas fallas no son

activas, pues en la información geológica no se encuentra ninguna referencia a

ellas.

7.5.5. Sismicidad.

De acuerdo con la NSR-2010, el departamento del chocó se encuentra en la zona

de amenaza sísmica alta, es decir se pueden alcanzar aceleraciones laterales

0.25 g, en particular el coeficiente Aa para la ciudad de Quibdó es de 0.35 g, por

esto el diseño de la estructura debe concebirse considerando amenaza sísmica

alta, de tal manera que se tengan construcciones seguras para la vida humana

ante la alta probabilidad de ocurrencia de sismos de alta magnitud e intensidad.

En la tabla # 6 se presentan los valores de los coeficientes Aa, Av, Ae y Ad, así

como la determinación de la zona de amenaza sísmica para quibdó de acuerdo

con la NSR-2010.

40

Tabla 6. Valores de Aa, Av, Ae y Ad y zona de amenaza sísmica para Quibdó de

acuerdo con la NSR-10.

MUNICIPIO POBLACION Aa Av ZONA DE AMENAZA

SÍSMICA

A e Ad

QUIBDO Quibdó 0.35 0.35 Alta 0.25 0.13

CONVENCIONES:

Aa= Coeficiente que representa la aceleración horizontal pico efectiva, para

diseño, dado en NSR-10, A.2.2.

Av= Coeficiente que representa la velocidad horizontal pico efectiva, para diseño,

dado en NSR-10, A.2.2.

Ae= Coeficiente que representa la aceleración pico efectiva reducida para diseño

con seguridad limitada, dado en NSR-10, A.10.3.

Ad = Coeficiente que representa la aceleración pico efectiva, para el umbral de

daño, dado en NSR-10, A.12.2.

Figura 9. Zonas de amenaza sísmica de Colombia, Fuente: NSR-98, NSR-10

Figura 9.1. Zonificación sísmica del choco, Fuente: NSR – 2010, valores de Aa.

41

8. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACION

El trabajo que aquí se plantea es una investigación semi-empirica, que se apoyó

en ensayos de laboratorio y un análisis estadístico para determinar el potencial de

expansibilidad que tienen los suelos ubicados en el barrio Uribe uribe, de acuerdo

a las siguientes etapas:

8.1. ETAPA PRELIMINAR DE OFICINA

8.1.1. Revisión bibliográfica sobre el tema.

Esta revisión de la literatura se ejecutó durante el desarrollo del trabajo, dado a

que el proceso investigativo es variable y dinámico.

8.2. ETAPA DE CAMPO

8.2.1. Recorrido y reconocimiento en la zona.

El reconocimiento general de la zona de estudio se efectuó identificando las

características del terreno, su cobertura vegetal, las condiciones del terreno,

además de la vulnerabilidad potencial de las viviendas ubicadas en la zona de

estudio, se determinó la localización, espaciamiento y profundidad de las

perforaciones, también del tipo de muestras a tomar para los ensayos de

clasificación del suelo y de hinchamiento libre sin sobrecarga.

8.2.2. Ejecución de excavaciones y obtención de muestras inalteradas.

El objetivo de la investigaciones exploratorias es el de poder determinar

información precisa de las características del suelo en el lugar en que se investiga,

como pueden ser, la profundidad, espesor, extensión y composición de cada uno

de los estratos; la profundidad de la roca; la profundidad del agua subterránea.

Como ya mencionamos las perforaciones para la extracción de muestras se

hicieron mediante pozos a cielo abierto, se realizaron cinco pozos para así obtener

las muestras inalteradas a profundidades de uno y dos metros, las cuales se

utilizaran para la realización de los ensayos pertinentes en la investigación.

42

8.2.3. Transporte de muestras al laboratorio

Después de haber realizado la obtención de las muestras inalteradas, estas fueron

llevadas al laboratorio de mecánica de suelos de la Universidad Tecnológica del

Choco.

8.3. ETAPA DE LABORATORIO

Los ensayos de laboratorio fueron realizados en el laboratorio de mecánica de

suelos del programa de ingeniería civil de la facultad de ingeniería de la

Universidad Tecnológica del Chocó, con el fin de realizar los ensayos de

clasificación del suelo, ensayos para determinar las propiedades físicas del suelo,

ensayo de hinchamiento libre del suelo, insumo necesario para determinar el

potencial de expansibilidad que tienen los suelos en el área de estudio del barrio

Uribe Uribe.

Los ensayos que se realizaron en el laboratorio de mecánica de suelos de la

universidad tecnológica del choco fueron los siguientes:

Ensayos para la determinación de las propiedades físicas del suelo.

Relación de vacíos

Porosidad

Grado de saturación

Contenido de humedad

Gravedad especifica de los solidos

Peso unitario seco

Peso unitario húmedo

Peso unitario saturado

peso unitario sumergido

grado de saturación

Ensayos de clasificación de los suelos.

Límites de consistencia o de Atterberg.

Ensayo de hinchamiento libre.

A continuación se realizará una breve descripción de los ensayos de laboratorios

realizados y de las normas que lo regulan.

43

8.3.1. Ensayo para la determinación de las propiedades físicas del suelo.

(Relaciones volumétricas y gravimétricas de los suelos).

8.3.1.1. Determinación de la gravedad específica de los sólidos del suelo

por el método del picnómetro con agua (basada en astm D 854-02).

Para la realización de este ensayo se utilizó un picnómetro limpio y seco

previamente calibrado, se determina su masa, luego se introduce en él una

muestra de suelo seco, posteriormente se agrega agua hasta formar una lechada,

se extrae el aire atrapado, ya sea hirviendo (baño maría), succionando o

combinando los dos procesos, se completa el llenado del picnómetro con agua

desaireada y se coloca en el recipiente de baño María durante un tiempo para

alcanzar un equilibrio térmico, se determina y registra la masa del picnómetro,

suelo y agua, se mide la temperatura de la mezcla suelo-agua, dicha mezcla es

colocada en un horno hasta obtener una masa constante; es decir, la masa seca

de los sólidos del suelo, la gravedad específica de los sólidos del suelo a 20 ºC es

la relación de la densidad de los sólidos del suelo entre la densidad del agua a la

temperatura de ensayo, multiplicada por un coeficiente de temperatura.

8.3.2. Ensayos de límites de consistencia o Atterberg.

8.3.2.1. Determinación del Límite Líquido de los suelos (I.N.V. E – 125 – 07).

Se tomó una muestra de 100g de una porción de material completamente

mezclado que pasa el tamiz de 0.425mm (No. 40), se coloca la muestra de suelo

en la vasija de evaporación y se mezcla completamente con 15 a 20ml de agua

destilada, agitándola, amasándola y tajándola con una espátula en forma

alternada y repetida, se realizan más adiciones de agua en incrementos de 1 a

3ml, cuando el agua suficiente es mezclada perfectamente con el suelo hasta

formar una pasta uniforme de consistencia dura, se coloca una cantidad adecuada

de esta mezcla en la cazuela encima del punto donde ésta descansa en la base y

se comprime y extiende con la espátula para nivelarla y a la vez, dejarla con una

profundidad de 10mm en el punto de su máximo espesor, se divide el suelo en la

cazuela de bronce con una firme pasada del ranurador a lo largo del diámetro y a

través de la línea central de la masa del suelo, de modo que se forma una ranura

limpia, se levanta y golpea la cazuela girando la manija, a una velocidad de dos

(2)revoluciones por segundo, hasta que las dos mitades de la pasta de suelo se

pongan en contacto en el fondo de la ranura a lo largo de una distancia de cerca

de 13mm, se anota el número de golpes requeridos para cerrar la ranura, se

44

transfiere el suelo sobrante en la cazuela de bronce a la cazuela de porcelana, la

cazuela y el ranurador se lavan y se secan para prepararlas para el tanteo

siguiente y se repite la operación anterior por lo menos en dos ensayos

adicionales con el suelo restante en la vasija de porcelana, a la cual se le agrega

agua suficiente para ponerlo en un estado de mayor fluidez.

El objeto de este procedimiento es obtener muestras de tal consistencia que al

menos una de las determinaciones del número de golpes requeridos para cerrar la

ranura del suelo se halle en cada uno de los siguientes intervalos: 31-36; 26-30;

21-25, 16-20, de manera que la oscilación entre las 4 determinaciones sea de, por

lo menos, 10 golpes.

8.3.2.2. Determinación del límite Plástico e Índice de Plasticidad de los

suelos (I.N.V. E – 126 –07).

Se toman aproximadamente 20g de la muestra que pase por el tamiz de 0.425mm

(No.40), se amasa con agua destilada hasta que pueda formarse con facilidad una

esfera con la masa de suelo, se toma una porción de unos 6g de dicha esfera

como muestra para el ensayo.

Para formar los rollos de masa de suelo de 3mm de diámetro, a razón de 80 a 90

rotaciones por minuto, contando como rotación un movimiento completo de la

mano hacia adelante y hacia atrás, regresando así, a la posición inicial, se rueda

la masa de suelo entre la palma de la mano o los dedos y un pedazo de papel que

esta sobre una superficie horizontal y lisa, solo con la presión necesaria para

formar un rollo del diámetro uniforme en toda su longitud, el rollo se debe

adelgazar más con cada rotación, hasta que su diámetro alcance los 3mm,

tomándose para ello no más de dos minutos.

8.3.3. Ensayo de Hinchamiento libre (método UNE 103601:1996)

Se toma una muestra inalterada de suelo y se monta en el edómetro, a

continuación se inunda la muestra, hasta un nivel en que el agua solamente

penetre en la pastilla de suelo por la piedra porosa inferior (con esto se evita que

quede aire atrapado en el interior de la muestra), se espera que la muestra

alcance su hinchamiento máximo (72 horas) haciendo lecturas de desnivel a las

24, 48 y 72 horas.

45

9. RESULTADOS OBTENIDOS

9.1. Resultados obtenidos de las propiedades físicas del suelo

A continuación en la siguiente tabla se mostrara las propiedades físicas del suelo,

que se obtuvieron en las muestras de suelo estudiado, en la tabla # 16 del anexo

B, se encuentran las ecuaciones utilizadas para determinar las propiedades del

suelo.

Tabla # 7. Resumen de las propiedades físicas halladas en el suelo de estudio.

Relaciones volumétricas y gravimétricas

punto muestra

gr/cm3

gr/cm3

gr/cm3

gr/cm3

%

1

1 44.14 2.5 1.12 1.62 1.71 0.71 1.10 52.4 59.3

2 45.04 2.5 1.09 1.6 1.73 0.73 1.13 53.1 51.6

2

1 43.70 2.5 1.23 1.77 1.85 1.71 1.10 52.4 87.9

2 38.42 2.5 1.23 1.70 1.76 1.75 1.0 50 90

3

1 46.51 2.5 1.2 1.76 1.7 0.7 1.16 53.7 77.7

2 46.5 2.5 1.3 1.85 1.7 0.7 1.16 53.7 94.5

4

1 42.43 2.5 1.3 1.80 1.73 0.73 1.06 51.5 99.8

2 48.15 2.5 1.13 1.68 1.68 0.68 1.2 54.5 58

5

1 46.61 2.5 1.28 1.87 1.69 0.69 1.16 53.7 98.2

2 45.8 2.5 1.23 1.78 1.7 0.7 1.14 53.3 84.1

9.2. Resultados obtenidos de los límites de consistencia

En las tablas # 22 hasta la 31, del anexo B, se presentan los formatos de

laboratorio de cada una de las muestras, a continuación en la tabla # 8 se

relacionan los resultados obtenidos.

46

Tabla # 8. Resultado de clasificación (limites Atterberg) obtenidos en el laboratorio.

Puntos muestra Prof. (m) Límites de consistencia

Limite liquido Limite plástico índice de plasticidad

1

1 1 44.14 30.56 13.44

2 2 54.20 40.48 13.72

2

1 1 49.1 31.25 17.85

2 2 45.20 30.77 14.43

3

1 1 53 35.63 17.37

2 2 49.80 36.26 13.54

4

1 1 52.20 33.33 18.87

2 2 48.90 32.73 16.17

5

1 1 54.90 39.42 15.48

2 2 52.80 35.59 17.21

9.3. Resultados obtenidos del hinchamiento libre sin sobre carga

En las tablas # 33 hasta 37 del anexo B, se presentan los formatos de laboratorio

que se elaboraron para determinar el hinchamiento libre a las muestras estudiadas

y a continuación en la tabla # 9 se relacionan los resultados obtenidos del

laboratorio en el ensayo de hinchamiento libre sin sobrecarga para determinar el

índice de expansión.

Tabla # 9. Resultado obtenido del índice de expansión a las muestras.

Punto Muestra(#) Índice de expansión (%)

1

1 3.5

2 5.3

2

1 2.1

2 2.0

3

1 4.5

2 3.5

4

1 3.6

2 3.3

5

1 3.8

2 4.8

47

10. ANÁLISIS DE RESULTADOS

10.1. Análisis de los límites de consistencia

A partir de los resultados obtenidos por los límites de Atterberg; se clasificó según

el Sistema Unificado de clasificación de suelos como un suelo perteneciente al

grupo ML (limos orgánicos de baja y alta plasticidad), en los diferentes puntos

como se muestra la tabla # 10.

Tabla # 10. Clasificación de las muestras según la S.U.S.C.

punto

muestra

Límites de consistencia

Clasificación del

suelo según la

S.U.S.C

Limite

liquido

(LL)

Limite

plástico

(LP)

índice de

plasticidad(IP

)

1

1 44.14 30.56 13.44 (ML)

2 54.20 40.48 13.72 (MH)

2

1 49.1 31.25 17.85 (ML)

2 45.20 30.77 14.43 (ML)

3

1 53 35.63 17.37 (MH)

2 49.80 36.26 13.54 (ML)

4

1 52.20 33.33 18.87 (MH)

2 48.90 32.73 16.17 (ML)

5

1 54.90 39.42 15.48 (MH)

2 52.80 35.59 17.21 (MH)

10.2. Análisis del hinchamiento libre sin sobre carga.

De acuerdo a los resultados obtenidos para determinar el índice de expansión de

los suelos, se clasificaran las muestras de suelo estudiadas, relacionándolas con

los parámetros establecidos Anderson y Lade, 1981, donde establece una relación

entre el índice de expansión y el potencial de expansividad de los suelos.

Lo establecido por Anderson y Lade, 1981, demuestran atreves de los resultados

obtenidos en el laboratorio que las muestras estudiadas tendrían un potencial muy

bajo como lo muestras la tabla # 11, obteniendo esta clasificación del potencial de

expansión de acuerdo a la tabla # 5.

48

Tabla # 11. Clasificación de los suelos de acuerdo al potencial de expansión.

Punto Muestra Índice de expansión final (%) Potencial de expansión (%)

1

1 3.5 Muy bajo

2 5.3 Muy bajo

2

1 2.1 Muy bajo

2 2.0 Muy bajo

3

1 4.5 Muy bajo

2 3.5 Muy bajo

4

1 3.6 Muy bajo

2 3.3 Muy bajo

5

1 3.8 Muy bajo

2 4.8 Muy bajo

10.3. Determinación del potencial de expansividad por métodos indirecto.

(Propiedades índices, Según la norma INV. E – 132- 07).

Existen diversos autores que proponen tablas para determinar factores como el

potencial expansivo de los suelos, en este trabajo se presenta el siguiente:

10.3.1. Determinación del potencial de expansividad según la

propiedades índices.( Holtz y Gibbs (1956)

Según Holtz y Gibbs (1956), demostraron que el índice de plasticidad es una

propiedad de utilidad para determinar las características de expansión de la

mayoría de los suelos.

Tabla # 4. Relación entre el índice de plasticidad y el potencial de expansión.

Con los resultados obtenidos en el laboratorio sobre el índice de plasticidad y los

parámetros descritos por Holtz y Gibbs (1956), a continuación en la tabla # 12, se

49

relacionan los diferentes resultados del potencial de expansión de cada una de

las de las muestras de los suelos estudiados.

Tabla # 12. Potencial de expansión obtenido en las muestras.

Punto muestra Índice de plasticidad Parámetros Holtz y Gibbs expansión

1 1 13.44 % 0 - 15 medio

2 13.72 % 0 -15 medio

2 1 17.85% 10 -35 Medio

2 14.43 0 - 15 medio

3 1 17.37% 10- 35 medio

2 13.54% 0 - 15 medio

4 1 18.87% 10- 35 medio

2 16.17% 10- 35 medio

5 1 15.48% 10- 35 medio

2 17.21% 10- 35 medio

10.3.2. Determinación del potencial de expansión según la norma INV. E

– 132- 07

Según la norma INV. E – 132- 07, demostró que el limite liquido es una propiedad

de utilidad para determinar el grado de expansión de la mayoría de los suelos.

Tabla # 13. Grado de expansivo de los suelos según la norma INV. E – 132- 07.

Grado de

Expansión

LL % IP %

Elevado

Marginal

Bajo

> 60

50-60

< 50

> 35

25-35

< 25

Con los resultados obtenidos en el laboratorio sobre el limite líquido y el índice de

plasticidad con relación a los parámetros descritos por la norma INV. E – 132- 07,

a continuación en las tabla # 10 y 11, se relacionan los diferentes resultados del

grado de expansión de cada una de las de las muestras de los suelos estudiados.

50

Tabla # 14. Clasificación de las muestras por el limite liquido (LL) según la norma INV.E –

132- 07.


Puntos Limite liquido (LL) Grado de expansión

1

44.14 Bajo

54.20 marginal

2

49.1 bajo

45.20 bajo

3

53 marginal

49.80 bajo

4

52.20 marginal

48.90 bajo

5

54.90 marginal

52.80 marginal

Tabla # 15. Clasificación de las muestras por el índice de plasticidad (IP) según la norma

INV. E – 132- 07.


Puntos índice de plasticidad(IP) Grado de expansión

1

13.44 bajo

13.72 bajo

2

17.85 bajo 14.43 bajo

3

17.37 bajo 13.54 bajo

4

18.87 bajo 16.17 bajo

5

15.48 bajo 17.21 bajo

51

11. CONCLUSIONES

Se determinaron algunas propiedades físicas volumétricas y volumétricas que nos

permitieron hacer algunas correlaciones entre el potencial de expansión y algunas

variables relacionadas con el.

En el área de estudio del barrio uribe uribe el suelo que predomina

superficialmente es un limo inorgánico de baja compresibilidad (ML) y en algunas

partes, parches o lentes de limos inorgánicos de alta compresibilidad (MH)

Con los resultados obtenidos del ensayo de hinchamiento libre sin sobrecarga se

pudo determinar el potencial de expansión en el área de estudio del barrio uribe

uribe. Este potencial de expansión se mide con el valor del índice de expansión

como se muestra en la tabla 14.

Según los parámetros establecidos por Holtz y Gibbs (1956) donde relacionan el

índice de plasticidad de los suelos y el potencial de expansibilidad, se puedo

determinar que los suelos estudiados presentan un grado de expansión medio.

De acuerdo a los establecidos por la norma INV. E – 132- 07, donde relaciona las

propiedades índices (LL e IP) y el grado de expansión, se encontró que de

acuerdo al límite líquido (LL) los suelos estudiados presentan un grado de

expansión entre marginal y bajo, en cuanto al índice de plasticidad (IP) los suelos

estudiados presentan un grado de expansión bajo.

Los resultados de las pruebas del potencial de expansión realizadas a los suelos

en el área de estudio del barrio uribe uribe nos permite concluir que en este sector

no se van ha producir problemas en las estructuras relacionados con expansión de

suelos.

Los resultados del estudio se pueden aplicar al area cercana al area de estudio

pero los mismos no nos permiten inferir que no se puedan producir fenómenos de

expansión en areas cercana.

52

12. RECOMENDACIONES

Hacer investigaciones de potencial de expansión en las zona cercanas al area de

estudio donde se presenta algún tipo de expansión urbanística.

Seguir implementando trabajos de grados sobre expansión de los suelos en los

diversos barrios de la ciudad de Quibdó y encaminar estos estudios a otros

municipios del departamento del Chocó, lo cual es importante dentro de los

proyectos construcitivos que se vayan implementar en otras zonas.

Se recomienda la adquisición de Aparatos edometricos ya que el laboratorio de

mecánica de suelos de la universidad tecnológica del choco no cuenta con este

equipo que es de suma importancia en la realización de estos estudios.

Se recomienda realizar estudios de expansión de suelos en las areas en las que

los estudios geotécnicos generen la sospecha de que se presente el fenómeno de

expansión de suelos en una zona determinada.

53

13. BIBLIOGRAFÍA.

1. AGUILAR BARDALES Zenón. 2000. Suelos expansivos en Moquegua.

Universidad nacional de ingeniería.

2. JUAREZ BADILLO. 1996. Mecánica de suelos tomo II. Editorial limusa

3. MOROTE ARIAS Max Anthony. 2012. Mecánica de suelos II. Suelos

expansivos, suelos dispersos y suelos colapsables.

4. BELTRAN MARTINEZ Raúl (2009). Diseño geotécnico y estructural de una

cimentación en arcillas expansivas. Tesis de grado. Universidad nacional

autónoma de México.

5. JUÁREZ BADILLO-RICO RODRÍGUEZ. 2005. Mecánica de Suelos Tomo I,

Fundamentos de la Mecánica de Suelos. Pág. 123 - 146 y 245 – 328.

6. GARCÍA TREJO Sandra lisseth y RAMÍREZ LÓPEZ maría Ofelia.

Propuesta de un manual de laboratorio de mecánica de suelos conforme a

la norma astm 2003. Tesis de grado. Universidad de el salvador.

7. ALDANA CAMPOS Katia Lorena y TARAZONA ROJAS maría Fernanda.

2013. Diseño de un modelo de laboratorio para analizar el comportamiento

de las arcillas expansivas. Tesis de grado. Universidad industrial de

Santander.

8. POLANCO RODRÍGUEZ Abraham. Prácticas de Laboratorio de Mecánica

de Suelos I.

9. BOSCH dante. 2010. Geotecnia - unidad IV.

10. P.O.T. plan de ordenamiento territorial - Quibdó- 2012

11. CUJAR COUTIN óscar. Informe geotécnico. Ingeominas (1994). Mapa

generalizado del departamento del choco.

54

12. Norma Une 103601. 1996. Ensayos de hinchamiento sin sobre carga

13. JBR Rodríguez, Y TERZAGHI. 2000. mecánica de suelos Tomos III.

14. TERESA GARIBAY maría. 2003. Gravedad especifica de los suelos sólidos.

Geología y geotecnia.

15. STEWARD. 2008. Relación volumétrica y gravimétrica de los suelos.

Universidad francisco de paula Santander.

16. INVIAS. Instituto nacional de vías. 1994.

17. Mecánica de suelo y cimentaciones E.T.S.A. 1998. Compactación de

suelos, deformaciones de los suelo parcialmente saturados.

55

14. ANEXOS

BISMARK ESCOBAR LOZANO GILBER GARCIA MOSQUERA UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DEL CHOCO " DIEGO LUIS CORDOBA...

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