Suelos colapsables: Definición, tipos, identificación y soluciones

Definición Suelo colapsable

Se denominan a aquellos suelos geotécnicamente inestables o metaestables que ante algunos cambios físicos producen una reducción repentina de su volumen de forma considerable.

Se caracterizan por tener una estructura macroporosa mal acomodada, muy abierta y una granulometría predominantemente fina.

Los suelos colapsables suelen ser suelos depositados por acciones eólicas o acuosas, lo que contribuye a su falta de cohesión.

En condiciones secas este tipo de suelos presentan un comportamiento resistente debido a la cementación que ocurre al rellenarse los espacios vacíos por partículas más finas o cristales de sulfato, lo que genera una cementación pobre o soluble en agua.

La inestabilidad de este tipo de suelos se produce principalmente con el aumento del contenido de humedad, pero también se ve afectado en menor proporción por el aumento de presiones (presión media actuante y de corte), variaciones en la presión de poros y la interacción química resultante entre el líquido que satura y la fracción arcillosa.

Mecanismos de colapso suelos

El colapso en los suelos metaestables se define como la disminución rápida de volumen del suelo producto de las siguientes situaciones:

• El incremento en el contenido de humedad: Esta condición puede causar deslizamientos o movimientos entre las partículas, ya que anula o vuelve susceptible a las fuerzas intergranulares que sirven de contacto entre ellas, es decir, la saturación disminuye las presiones efectivas lo que afecta a la resistencia al corte teniendo una incidencia directa en la disminución de volumen.
• Alta concentración de tensiones: La acumulación de tensiones en los contactos entre las partículas dan lugar a una rotura o colapso estructural.
• Disolución de puentes de unión por inundación: Esta situación se presenta en limos yesíferos y en suelos tipo loess, lo que causa disminuciones de volumen considerables.
• Área humedad: El tamaño del área que se ve sometida a incrementos de humedad influye proporcionalmente en la magnitud del colapso, debido a la heterogeneidad del terreno que causa variaciones locales en características del suelo tan importantes como su minerología, peso unitario y cementación.

¿Qué tipos de suelos colapsables hay?

Los suelos con características colapsables más comunes son suelos residuales arenosos sin saturar con cohesión reducida por lixiviación o deslave, tobas blancas y aglomerados piroclásticos con estructuras muy abiertas y bajas densidades, limos yesíferos, arenas eólicas sueltas con cementación soluble en agua y finalmente el suelo con mayor tendencia al colapso son los suelos loessicos que abarcan el 10 % de la superficie terrestre continental que son producto de la sedimentación eólica. Cabe indicar también los rellenos antrópicos o vertidos sin compactar que suelen generar una gran parte de las patologías geotécnicas.

Se muestra a continuación la distribución de suelos loessicos a lo largo del mundo:

Distribución de suelos loessicos en el mundo.

¿Cómo se puede identificar un suelo colapsable?

La identificación del riesgo de colapso se ve limitada por la variedad de tipos de suelos que colapsan por saturación y la heterogeneidad de ellos. Esto provoca que existan una gran variedad de metodologías para clasificar los suelos colapsables, tales como:

• Métodos basados en parámetros físicos de suelos (peso unitario, granulometría y límites de Atterberg, especialmente el límite líquido).
• Métodos basados en ensayos mecánicos como el edómetro.
• Métodos basados en la magnitud de colapso (ensayo de colapso, en España se usa la norma NLT-254/99).

Uno de los métodos más empleados es la caracterización de los suelos utilizando el peso especifico seco aparente y los ensayos edométricos, donde se somete la muestra del suelo a humedad natural (0,125 a 0,250 kg/cm²) a cargas determinadas y se miden los asentamientos después de la inundación (el tiempo estimado de saturación es de 15 min).

Los ensayos de penetración dinámica DPSH debido a su baja compacidad también suelen ayudar a identificar este tipo de terrenos.

Los criterios de colapsibilidad más comunes al usar estos dos parámetros son los siguientes:

Grado de colapso	Peso específico seco (KN/m3)	Potencial de colapso (%)*
Bajo	>14	<0.25
Bajo a medio	12-14	0.25-1
Medio a alto	10-12	1-5
Alto a muy alto	<10	>5

Criterios de colapsibilidad (González de Vallejo, 2002). * Potencial de colapso al asiento inducido por colapso bajo inundación referido a la altura inicial de la muestra).

La web Cálculos Geotécnicos GF dispone de una muy completa hoja de cálculo para caracterizar suelos con esta problemática.

Adicionalmente, la clasificación suelos colapsables se suele realizar en dos grandes grupos:

• Suelos que colapsan bajo peso propio y
• suelos colapsables bajo carga aplicada.

Dependiendo del país se les da una nomenclatura distinta, que en algunos casos pueden ser contradictorias entre si. Por lo cual, se muestra una recopilación de la denominación de suelos colapsables para prevenir y evitar confusiones con bibliografías de otros paises.

País	Colapso bajo peso propio (Autocolapso)	Colapso bajo carga
Argentina	Verdaderamente colapsable	Condicionalmente colapsable
China	Tipo 1	Tipo 2
Estados Unidos	Colapsables	No Colapsables
Ex Unión Soviética	Tipo II	Tipo I

Equivalencia en la denominación de suelos colapsables (Rocca,1985)

Soluciones cimentación suelos colapsables

Las soluciones para evitar la colapsabilidad de un suelo pueden ser divididas en tres ramas:

• Tratamiento del suelo para eliminar la tendencia al colapso
• Implementación de elementos constructivos que disminuyan el riesgo de colapso o
• Utilización de cimentaciones profundas que sean insensibles a los asientos.

Mejora de los suelos colapsables

El suelo se puede mejorar removiendo la totalidad o una capa considerable de este y volviéndolo a compactar o en su defecto sustituyéndolo por un suelo no colapsable.

Se recomienda con esta técnica tomar medidas preventivas (tratamientos superficiales de impermeabilización o laminas) para que el agua no alcance las capas de suelos que no fueron tratadas o sustituidas.

Otra alternativa viable para mejorar el suelo sin necesidad de remover material es por medio de la compactación, los tipos de compactación que se pueden aplicar son los siguientes: compactación dinámica, compactación por medio de pilotes piramidales, hidrocompactación (se obliga al suelo a colapsar previo a la construcción para trabajar en base a los asentamientos finales como condición inicial) y en algunos casos se puede utilizar hasta explosiones de gases.

Por otro lado, en caso de colapso estructural se puede mejorar el suelo creando nuevos contactos cohesivos mediante inyecciones de lechada de cemento como el Jet grouting, inyecciones de agentes químicos o por el método de estabilización térmica.

Diseño de elementos constructivos que eviten el colapso

Esta metodología se basa en impedir la humectación del terreno tomando previsiones sencillas pero efectivas.

• Elevación de la cota del terreno con pendientes adecuadas en las zonas que rodean la construcción.
• Canalizar hacia al exterior los desagües de techos y patios.
• Construir aceras perimetrales amplias para impedir la infiltración de agua del suelo a capas a profundidades inferiores.
• Realizar losas sanitarias en las partes de la construcción que se considere pertinente y velar que las conducción de aguas cloacales sean de fácil acceso para poder detectar cualquier pérdida del sistema.

Cimentaciones profundas en suelos colapsables

Se puede utilizar cimentaciones profundas que lleguen al sustrato competente donde no haya mas presencia de suelo colapsable con el fin de garantizar la estabilidad. 

El uso de cualquiera de las técnicas anteriores requiere un estudio pormenorizado tanto del terreno existente como de sus posibles soluciones y sólo debe ser llevado a cabo por especialistas en la materia.

¿Conoces alguna zona colapsable? indica donde se encuentra escribiéndonos un comentario.