Expancion y Colapso

Universidad Autónoma de Querétaro
Facultad de Ingeniería

Práctica No. 9: Colapso y expansión en un suelo
Objetivo:
A partir de un suelo no saturado o parcialmente saturado determinar el
colapso así como la expansión del mismo, bajo la humedad natural a la que se
encuentre el suelo.
Generalidades:
Los suelos no saturados cubren la mayor parte de la superficie de la tierra y
de ellos sederivan problemas de consolidación no saturada (Zeevaert, 1983) y
pueden experimentar variaciones volumétricas de compresión (colapso) o de
hinchamiento (expansión) cuando son sometidos a cambios en el grado de
saturación. Una evaluación de estos comportamientos requieren de parámetros
como son: presión de expansión, porcentaje de expansión, índice de colapso,
potencial de colapso, entreotros.
En los suelos parcialmente saturados con una estructura abierta, al
aumentar el grado de saturación por cambios ambientales o de otro tipo, pueden
producir reducciones volumétricas irrecuperables sin que varíen las solicitaciones
externas del suelo; es decir, sin aumento de la carga aplicada; este fenómeno se
conoce con el nombre de colapso.
El índice de colapso (Ie) es el porcentaje dedeformación (compresión) que
experimenta un suelo sujeto a un proceso de saturación bajo un esfuerzo de 2
kg/cm2 (200 kPa) (ASTM D 5333-03).
El colapso es uno de los fenómenos más característicos de los suelos
parcialmente saturados y ha sido estudiado por numerosos autores los cuales
exponen las siguientes propiedades que debe cumplir un suelo para que ocurra en
él un colapso:


Estructura abierta, no saturada, tipo panal de abeja, capaz de reducir
significativamente su volumen a expensas de una disminución del volumen
de poros.
Un estado de carga suficientemente grande como para generar una
condición metaestable para la succión aplicada.
La existencia de enlaces entre partículas, que se debiliten en presencia de
agua.

Un suelo con tendencia al colapso, en generales estable mientras el grado
de saturación es inferior a cierto límite; a partir del cual la llegada del agua puede

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Laboratorio de Geotecnia I

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debilitar suficientemente los enlaces existentes como para que produzcan
deslizamientos tangenciales con los contactos entre partículas.
Por otra parte el porcentaje de expansión sedefine como el incremento de
altura que experimenta una pastilla de suelo expresado en porcentaje cuando se
sujeta a saturación bajo una carga inicial (Zeevaert, 1983).
El porcentaje será designado como Δh%:
h 

Cambio de volumen 100% de saturación 
Volumen inicial correspondiente al peso sec o después de la consolidac ión

El 100 % de saturación se refiere a la masa de sueloexpandida que ha
llegado al equilibrio bajo carga después de la saturación (Zeevaert, 1983).
El término de presión de expansión se define como el esfuerzo total que se
aplica a un suelo sin que éste sufra cambios volumétricos cuando es sometido a
un proceso de saturación (ASTM D 4546-08).
El proceso de expansión se produce cuando un suelo no saturado se
humedece al adsorber agua entre suspartículas, aumentando de volumen. Este
incremento de volumen tiene una componente debida a la relajación de los
esfuerzos intergranulares al crecer el grado de saturación. De hecho se pueden
cambiar estos dos fenómenos, absorción de agua y relajación de esfuerzos, con
un posible colapso, dependiendo de la estructura del suelo (densidad seca,
presión exterior, etc.). En general, el hinchamiento seasocia a terrenos arcillosos
plásticos con densidades secas altas y presiones exteriores bajas, contrariamente
a lo habitual en procesos de colapso. Los mecanismos que producen la expansión
se relacionan con las propiedades y características de las partículas arcillosas, en
resumen se consideran tres mecanismos fundamentales que producen la
expansión los cuales son:





Hidratación...