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CONDICIONES GEOTÉCNICAS ESPECIALES (NSR-10; CAPÍTULO H.9 ), image, image …

- - - - Caso con el nivel freático — La expansividad cesa bajo la posición del nivel freático pero puede verse afectada por las oscilaciones de éste, de acuerdo con los factores climáticos.
  - - - En los mapas e informes de suelos del Instituto Geográfico Agustín Codazzi (IGAC) es posible identificar áreas
        donde existan suelos potencialmente expansivos
        
        Los mapas geológicos y geomorfológicos del área, y especialmente las fotografías aéreas estereoscópicas, son útiles para la identificación de paleocauces que se encuentran cubiertos por eventos naturales o antrópicos en los procesos urbanísticos.
        
        Se debe evaluar el régimen de las aguas subterráneas, el nivel freático y las probables fluctuaciones durante la vida útil del proyecto, dado que estas condiciones son muy importantes para definir la profundidad de la zona activa.
        
        Por lo menos el 50 % de los sondeos deben reconocer suficientemente los materiales que se encuentran por
        debajo de la zona activa.
  - - - En terrenos de intensa dinámica fluvial, los climas estacionales producen fluctuaciones del nivel freático que ocasionan cambios de humedad/succión desiguales en el subsuelo, y por lo tanto cambios volumétricos desiguales en el subsuelo.
        
        Al edificar, o simplemente cubrir el terreno, se interrumpe su equilibrio pues se altera el gradiente térmico existente en el subsuelo y se producen fenómenos de migración de agua y acción capilar. Esto ocasiona un aumento desigual de la humedad en la zona activa, el cual es considerablemente mayor en el centro del área cubierta, y por lo tanto se produce una expansión desigual del terreno. Si las fugas de las redes del acueducto y alcantarillado se acumulan en el relleno de materiales muy permeables, también se incrementan las expansiones diferenciales de la zona activa.
        
        La vegetación y especialmente las raíces de los árboles ornamentales que se siembran al urbanizar los terrenos, al extraer el agua que necesitan para su supervivencia también afectan el equilibrio dinámico del subsuelo. La substitución selectiva de los árboles restablece el equilibrio dinámico del subsuelo y detiene el proceso de desecación y asentamiento
  - - - a). Cubrir el terreno sobre el cual se proyectan las edificaciones con membranas impermeables que impidan
        la filtración de agua hacia el suelo expansivo.
      - b). Barreras de humedad — Colocadas perimetralmente a la estructura pueden coadyuvar al equilibrio; debe evitarse sin embargo, que se establezcan canales de humedecimiento como fenómenos termo osmóticos que hagan inútil la precaución.
      - c). Drenaje de las aguas de escorrentía — Debe proveerse un adecuado drenaje alrededor de las estructuras por medio de pendientados perimetrales (2-10%), cunetas revestidas, áreas pavimentadas y canalizaciones de las aguas lluvias
      - d). Sub-drenajes — para interceptar los flujos de aguas subterráneas, así como para disipar las presiones
        artesianas de los paleocauces existentes.
      - e). Alcantarillados y rellenos — Los alcantarillados en suelos expansivos, deben ser estancos; así mismo los rellenos deben hacerse con materiales inertes de baja permeabilidad y compactados según la especificación compatible.
      - f). Paisajismo e irrigación — Separar convenientemente las actividades de paisajismo, relacionadas con
        irrigación de plantas y jardines, de las estructuras adyacentes.
  - - - a). Reemplazo — Consiste en la excavación y el reemplazo de la capa expansiva, cuando su espesor y
        profundidad no lo hacen prohibitivamente costoso
      - b). Tratamiento con cal — La mezcla superficial de cal con el suelo potencialmente expansivo o su inyección a presión es benéfica, según el estado del suelo (agrietado o no) y el método de aplicación (inyección a presión o mezcla mecánica). Se debe disponer del equipo adecuado para pulverizar el suelo en el sitio del tratamiento, o para realizar inyecciones a presión.
      - c). Pre humedecimiento — El pre humedecimiento supone la expansión previa a la colocación de la estructura y el mantenimiento de esa humedad bajo una placa o un recubrimiento impermeable. Se debe tener presente que generalmente se requiere mucho tiempo para lograr que el agua penetre en la zona activa. Adicionalmente, la pérdida de capacidad de soporte dificulta las operaciones de construcción.
  - - - a). Profundizar los cimientos — Hasta pasar, al menos parcialmente, la profundidad de la zona crítica donde la expansión es más severa.
      - b). Pilotes pre excavados — A la profundidad necesaria para desarrollar la carga; puede completarse con el aislamiento del fuste del pilote en la zona activa. También puede considerarse el uso de micropilotes para reducir la fricción del fuste en la zona activa.
      - c). Placas aéreas — Para evitar el contacto de los pisos con el suelo potencialmente expansivo y mantener el
        gradiente térmico existente en el subsuelo.
  - - - a). Cimentación rígida — Rigidización de los elementos de la cimentación de manera que la estructura se mueva como un todo. Está acompañada a menudo de concentración de la carga en ciertos puntos y liberación en otros, para permitir el alivio de las presiones de expansión bajo losas huecas, tipo artesonado.
      - b). Construcción flexible — Que permita el movimiento sin daño de ciertos elementos de la estructura. Los elementos no estructurales deben estar concebidos para acomodarse a estos ajustes.
- - - - a). Suelos dispersivos — Arcillas cuya concentración de sales de sodio (Na) en el agua intersticial pasa de 40% o 60% del total de sales disueltas.
      - b). Suelos erodables — Arenas finas, polvo de roca, limos no cohesivos y depósitos eólicos, propios de
        ambientes aluviales tranquilos y constantes que resultan en una granulometría relativamente homogénea.
  - - - a). Remoción del suelo erosionable — Cuando la operación es económicamente factible, y cuando se ha
        identificado con antelación la extensión y profundidad de la zona vulnerable.
      - b). Restricción severa del humedecimiento — Por medio de una combinación de drenajes, sub-drenajes,
        pavimentos impermeables y reglamentación del uso de agua.
      - c). Recubrimiento impermeable — Terraplén debidamente gradado, colocado sobre una capa doble de
        geotextil impermeable, debajo, y geotextil no tejido encima.
      - d). Recubrimiento vegetativo — Aplicable en las laderas de poca pendiente (< 20%), consiste en sembrar especies vegetales sobre geomalla, diseñada para el efecto, con restricciones laterales en maderas o cañas colocadas paralelamente a la curva de nivel, para evitar el transporte longitudinal del material a lo largo del plano de la pendiente.
- - - - a). Suelos aluviales y coluviales — Depositados en ambientes semi-desérticos por flujos más o menos
        torrenciales, tienen con frecuencia una estructura inestable (suelos metastables).
      - b). Suelos eólicos — Depositados por el viento, son arenas y limos arenosos con escaso cemento arcilloso en
        una estructura suelta o inestable. Reciben el nombre genérico de "loess" en las zonas templadas.
      - c). Cenizas volcánicas — Provenientes de cenizas arrojadas al aire por eventos recientes de actividad volcánica explosiva, conforman planicies de suelos limosos y limo-arcillosos con manifiesto carácter metastable.
      - d). Suelos residuales — Derivados de la descomposición in-situ de minerales de ciertas rocas, son luego lixiviados por el agua y pierden su cemento y su sustento por lo cual también terminan con una estructura inestable.
  - - - Criterio de evaluación — De esta manera, puede decirse que si:
        
        el suelo es estable o expansivo
        
        el suelo es colapsable
  - - - donde:
  - - - donde
        
        equivale a una saturación relativa o a un coeficiente de humedecimiento.
        
        Nótese que es éste un análisis por esfuerzos totales. Además, este asentamiento difiere del elástico
        o del de consolidación definidos en otros apartes de este Reglamento.
  - - - a). Remoción del suelo colapsable — Cuando su profundidad y espesor lo hacen factible.
      - b). Restricción o minimización del humedecimiento — Por medio de drenaje, pavimentos impermeables y
        reglamentación del uso del agua.
      - c). Transferencia de las cargas a suelos inertes — Mediante cimentaciones profundas o semiprofundas, cuando la profundidad de estos suelos inertes es razonable. Debe tenerse en cuenta sobre los pilotes la posible fricción negativa originada en el fenómeno del colapso.
      - d). Estabilización por inyección de agentes químicos — Puede aplicarse localmente o en reparación de estructuras dañadas. Su costo lo hace prohibitivo en grandes extensiones.
      - e). Pre humedecimiento — Se recomienda el procedimiento en combinación con algún tipo de sobrecarga de manera que se logre el colapso anticipado del material defectuoso; es importante verificar el destino del agua agregada, porque es factible que a causa de la estratificación natural, su flujo se efectúe más horizontalmente que en forma vertical y no se logre el efecto esperado.
      - f). Compactación — Puede lograrse con cilindros o compactadores vibratorias convencionales, en combinación con humedecimiento moderado. También debe considerarse la factibilidad de instalar pilotes de desplazamiento por hincado, o pilotes de grava, hasta la profundidad requerida para pasar la capa potencialmente problemática.
      - g). Vibroflotación — Esta técnica, consiste en la introducción dentro del suelo, mediante chorros de agua, de un cabezote vibratorio; ha demostrado su utilidad. Las perforaciones hechas con la herramienta citada, son luego rellenadas con gravas.
      - h). Voladuras controladas a profundidad — Esta técnica, aún en estado experimental consiste en detonar
        cargas explosivas a profundidad, con un cierto patrón de localización y en presencia de agua.
      - i). Diseño estructural tolerante — En los casos donde se demuestra que el asentamiento resultante del colapso no es inadmisible, debe diseñarse la estructura para resistir dicho movimiento sin distorsión ni daño aparente.
- - - - donde la fracción de presión total (αp) es siempre positiva, y la succión [s] es siempre negativa. La succión puede
        expresarse en términos de la escala logarítmica pF como función de la altura negativa del agua en cm, así:
        
        Equivalencias de la succión — La succión es una expresión de la presión de poros negativa. La equivalencia entre succión, altura de agua y presión se presenta en la Tabla:
  - - - La profundidad de las raíces depende de la especie de que se trate, del tamaño del árbol y de la profundidad del nivel freático. Para crecer las raíces necesitan de aire, por lo cual su existencia está limitada por la posición del nivel freático; generalmente se observa que las raíces se desarrollan en el espacio medio entre la superficie y el nivel del agua y por lo regular a no más de 6.0 m. En casos de presencia de agua, las raíces abundan en superficie; en caso de escasez, ganan profundidad para recoger el agua disponible en los estratos más bajos. El crecimiento de las raíces puede llegar a 20 mm por día en búsqueda de agua y nutrientes.
    - - El sistema de raíces se extiende lateralmente para reproducir la sombra del follaje, y a profundidad dependiendo de la especie y de las demás condiciones dadas. Según un criterio, las raíces se extienden hasta una y media veces la altura del árbol; según otro criterio, hasta una y media veces el radio de su follaje.
    - - El requerimiento de agua depende del tamaño del árbol y de las variables del clima (temperatura, insolación y viento). Para un árbol adulto este requerimiento ha sido tasado en cientos de litros de agua por día. En la Tabla se presentan algunos valores típicos.
    - - Punto de marchitamiento — La cavitación del agua con oxigeno disuelto ocurre aproximadamente a una atmósfera de tensión. Esto, no obstante, el sistema de succión de las plantas está asegurado contra la cavitación, y las presiones de succión son más elevadas. En efecto, se define el punto de marchitamiento como la máxima succión aplicada por una planta para extraer el agua del suelo. Este punto equivale a una presión métrica de succión igual a pF 4.2 , que es superior a 10³ kPa.
    - - El árbol, dependiendo de su especie particular, extiende una red de raíces primarias y secundarias hasta de cuarto orden, compuestas por raíces leñosas y no leñosas. El sistema de raíces es el encargado de tomar el agua del suelo, junto con los nutrientes, agua que se transpira a través de los estomas colocados principalmente en el anverso de las hojas.
  - - - Humedad de equilibrio Se define, en este contexto, como la humedad de equilibrio aquella que adopta el suelo como respuesta a una succión determinada
    - - La humedad de equilibrio depende del tipo de suelo expresado en términos del límite líquido. Se calcula así:
        
        Para diferentes succiones, B adopta diferentes valores, en concordancia con lo expresado en la ecuación:
        
        Para pF=2 , entonces B 0.5 y para pF=3 , entonces B 0.4
    - - La succión se relaciona con los límites de consistencia de un suelo determinado y varía según el tipo de tal suelo. En general, el límite plástico corresponde a succiones pF entre 4 y 5; y el límite de contracción a succiones pF entre 5 y 6. Nótese que la succión correspondiente al límite de marchitamiento es menor que el límite de contracción de la mayoría de los suelos.
    - - Como consecuencia del equilibrio dinámico entre la vegetación, los suelos y el clima, se desatan fenómenos de contracción y expansión que es preciso calcular según los procedimientos dados en este Reglamento.
        
        Límites Prácticos — Se ha establecido que para succiones pF superiores a 3.0 se desencadena un proceso de desecación; por el contrario para succiones pF inferiores a 3.0 se desencadena uno de expansión en suelos con el potencial correlativo.
  - - - b). Substitución selectiva de árboles dañinos — Ciertos árboles manifiestamente dañinos por su acción deletérea sobre edificaciones, pavimentos juegos deportivos, zonas de esparcimiento deben ser substituidos.
      - c). Poda continuada — La poda continuada, bajo la dirección de manos expertas, contribuye a mantener el follaje en un tamaño adecuado a su función y al espacio disponible.
      - a). Control de especies agresivas — Se consideran especies agresivas, aquellas originarias del extranjero, de zonas con climas particularmente severos. Se enuncian para estos efectos: Urapán (Fraxinus chinensis), Eucalipto (Eucalyptus mobulus, viminalis y camaldulensis), Sauce (Salix humboltiana, Pino (Pinus patula, radiata, taedo), Acacia (Acacia melanoxylon), Cerezo (Pronus serotina)
      - d). Corte moderado de raíces — Se recomienda esta práctica en relación con las raíces invasoras que penetran bajo los pavimentos, en los muros o en las tuberías del alcantarillado.
      - e). Suministro ponderado de agua — El suministro de agua, sobre todo en la estación seca, es una medida sana cuando se cuenta con el líquido y se trata de especies que se quiere conservar.
      - f). Selección de especies — En ausencia de disposiciones distritales o municipales, respecto a las especies adecuadas al clima y al tipo de suelos de la localidad, se deben evitar aquellas especies sobre las que históricamente se tenga evidencia acerca de su comportamiento nocivo.
    - - b). Levantamientos — Producidos cuando un sistema de suelo-vegetación, previamente equilibrado, es súbitamente desprovisto de su cobertura vegetal; al cesar la succión, aumenta la humedad hasta aproximarse a su nuevo punto de equilibrio con la consiguiente expansión.
      - c). Especies agresivas — Especies particularmente agresivas buscan el agua bajo la cubierta propicia de la edificación y en algunos casos invaden con sus raíces las tuberías de los alcantarillados.
      - a). Asentamientos — Producidos por los árboles individualmente o en conjunto, cuando son sembrados en las cercanías de edificaciones y el suministro de agua es deficiente ya sea por el clima o por reducción excesiva del área descubierta expuesta a la lluvia.
      - d). Cambios estacionales — Los cambios estacionales del clima y, aún alteraciones más substanciales como el Fenómeno del Niño, producen un desequilibrio puntual del sistema.
  - - - (a). Con la interceptación de la lluvia con el follaje reducen la energía de las gotas y regulan la escorrentía reduciendo la erosión en la ladera.
      - (b). El sistema radicular provee refuerzo al suelo, minimizando la posibilidad de deslizamientos someros
      - (c). La extracción del agua subterránea reduce las presiones de poros incrementando la estabilidad de la ladera.