La capacidad de contracción-expansión de los suelos se refiere al grado en que ciertos minerales arcillosos se expanden cuando están húmedos y se retraen cuando están secos. El suelo con una alta capacidad de contracción-expansión es problemático y se conoce como suelo de contracción-expansión o suelo expansivo . [1] La cantidad de ciertos minerales arcillosos presentes, como la montmorillonita y la esmectita , afecta directamente la capacidad de contracción-expansión del suelo. [2] Esta capacidad de cambiar drásticamente el volumen puede causar daños a las estructuras existentes, como grietas en los cimientos o en las paredes de las piscinas. [3]
Debido a las propiedades físicas y químicas de algunas arcillas [4] (como el Grupo Lias ), se produce una gran hinchazón cuando se absorbe agua. Por el contrario, cuando el agua se seca, estas arcillas se contraen (se encogen). La presencia de estos minerales arcillosos es lo que permite que los suelos tengan la capacidad de contraerse y expandirse. Algunos de estos minerales arcillosos son: esmectita , nontronita , bentonita , clorita , montmorillonita , beidellita, atapulgita , illita y vermiculita . [5] La cantidad de estos minerales en un suelo en particular también determinará la gravedad de la capacidad de contracción-expansión. [5] Por ejemplo, los suelos con una pequeña cantidad de minerales arcillosos expansivos no se expandirán tanto cuando se expongan a la humedad como un suelo con una gran cantidad de los mismos minerales arcillosos. [5] Si un suelo está compuesto por al menos un 5 por ciento de estos minerales arcillosos en peso, podría tener la capacidad de contraerse y expandirse. [3]
Esta propiedad se mide utilizando valores de coeficiente de extensibilidad lineal (COLE). Si un suelo tiene un valor COLE mayor que 0,06, puede causar daño estructural. [2] Un valor COLE de 0,06 significa que 100 pulgadas de suelo se expandirán 6 pulgadas cuando estén mojadas. [2] Los suelos con esta capacidad de contracción-expansión caen dentro del orden de suelos de Vertisoles . [6] A medida que estos suelos se secan, pueden formarse grietas profundas en la superficie, lo que luego permite que el agua penetre a niveles más profundos del suelo. [7] Esto puede hacer que la hinchazón de estos suelos se vuelva cíclica, con períodos tanto de contracción como de hinchazón.
Los grupos de arcilla con una alta capacidad de contracción-expansión tienden a dañar los cultivos durante los períodos secos, ya que el suelo se contrae, separando las raíces. [4] Los suelos con capacidad de contracción-expansión pueden causar problemas de ingeniería o daños a las estructuras existentes. La hinchazón puede hacer que las estructuras se levanten o se eleven, y la contracción puede desnivelar el asentamiento de los sedimentos debajo de los cimientos, lo que puede provocar que la estructura falle. [7] Algunas estructuras comunes que sufren daños en el suelo son los cimientos, las paredes, los caminos de acceso, las piscinas, las carreteras, las tuberías y los pisos del sótano. [7] [8] [9] Aproximadamente la mitad de las casas en los Estados Unidos están construidas sobre suelos que se consideran inestables, y la mitad de ellas sufrirán daños por el suelo. [8] Este daño incluye grandes grietas en las paredes y los cimientos, pandeo de los caminos de acceso y las carreteras y atascos de puertas y ventanas. [10]
Las tuberías poco profundas, que están enterradas en la zona de fluctuación estacional de la humedad, se ven sometidas a tensión por la contracción del suelo, [3] lo que puede provocar la rotura de las tuberías de agua o de alcantarillado. Los revestimientos de las piscinas también pueden agrietarse debido a esta presión, y las piscinas con fugas también pueden introducir una gran cantidad de agua en los suelos circundantes con el tiempo, lo que podría terminar levantando las plataformas de la piscina y los cimientos cercanos. [3] Se estima que anualmente se producen 7.000 millones de dólares en daños causados por la contracción y el hinchamiento de los suelos arcillosos. [11] Todo este daño es causado por la fuerza ejercida por la expansión del suelo, o el levantamiento del terreno.
Los suelos expansivos son los más problemáticos en regiones con períodos húmedos y secos muy definidos, a diferencia de las áreas que mantienen un cierto nivel de humedad durante todo el año, ya que este ciclo anual hace que los suelos se expandan y se hinchen cada año. [3] El agua también puede introducirse en el suelo a través de las personas o de su infraestructura. Los daños suelen ser causados por la hinchazón diferencial que se produce cuando hay bolsas de suelo húmedo situadas justo al lado de suelo seco. [3] Algunos ejemplos de fuentes de agua localizadas son los sistemas de riego, los pozos negros, las tuberías con fugas y las piscinas. [3]
Los propietarios de propiedades y los posibles compradores pueden comprobar si hay suelos expansivos consultando un estudio de suelos , muchos de los cuales son creados y mantenidos por el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos - Servicio de Conservación de Recursos Naturales (USDA-NRCS). [2] Un estudio de suelos debe incluir el valor del coeficiente de extensibilidad lineal (COLE). [2] Los científicos profesionales del suelo también pueden analizar muestras de un suelo para determinar su capacidad de contracción-expansión. [2] Los suelos expansivos formarán grietas grandes, en formas aproximadamente poligonales, en la superficie del suelo durante los períodos secos. [3] Sin embargo, la falta de estas grietas no significa que un suelo no sea expansivo. [7]
Se pueden emplear muchos métodos para mitigar o prevenir el daño causado por suelos expansivos. Cuando se trata de cimientos, una solución es extender los cimientos del edificio a una profundidad donde estén por debajo de la zona de fluctuación del contenido de agua. [3] Esto los sostiene cuando el suelo se encoge y los ancla cuando el suelo se hincha. Otra solución es eliminar el suelo expansivo preexistente y reemplazarlo con un suelo no expansivo, [7] pero si la profundidad del suelo expansivo es demasiado profunda, esta opción es muy costosa. Mantener una humedad constante del suelo es otra solución, que a veces se puede lograr permitiendo que el agua de lluvia se drene adecuadamente lejos de la propiedad, arreglando las áreas alrededor de las estructuras que tienen malas cualidades de drenaje, arreglando las fugas de las tuberías, evitando regar en exceso las plantas cercanas y plantando árboles a cierta distancia de cualquier estructura. [7] Otra solución es un proceso llamado estabilización del suelo , en el que se agregan materiales adicionales al suelo para limitar su capacidad de encogerse y hincharse. [7] Los materiales para la estabilización incluyen cemento , resinas , cenizas volantes , cal , puzolana o mezcla de cal y puzolana, [7] dependiendo de las condiciones del sitio y los objetivos del proyecto.
