La capacidad de contracción-hinchamiento de los suelos se refiere al grado en que ciertos minerales arcillosos se expanden cuando están mojados y se retraen cuando están secos. Los suelos con una alta capacidad de contracción-hinchamiento son problemáticos y se conocen como suelos de contracción-hinchamiento o suelos expansivos . [1] La cantidad de ciertos minerales arcillosos presentes, como la montmorillonita y la esmectita , afecta directamente la capacidad de contracción-hinchamiento del suelo. [2] Esta capacidad de cambiar drásticamente el volumen puede causar daños a las estructuras existentes, como grietas en los cimientos o las paredes de las piscinas. [3]
Debido a las propiedades físicas y químicas de algunas arcillas [4] (como las del Grupo Lias ), se produce un gran hinchamiento cuando se absorbe agua. Por el contrario, cuando el agua se seca, estas arcillas se contraen (encogen). La presencia de estos minerales arcillosos es lo que permite que los suelos tengan la capacidad de encogerse e hincharse. 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-hinchamiento. [5] Por ejemplo, los suelos con una pequeña cantidad de minerales arcillosos expansivos no se expandirán tanto cuando se exponen 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 encogerse e hincharse. [3]
Esta propiedad se mide utilizando valores del coeficiente de extensibilidad lineal (COLE). Si un suelo tiene un valor COLE superior a 0,06, puede causar daños estructurales. [2] Un valor COLE de 0,06 significa que 100 pulgadas de suelo se expandirán 6 pulgadas cuando esté húmedo. [2] Los suelos con esta capacidad de contracción-hinchamiento se incluyen en el orden de suelos de los Vertisoles . [6] A medida que estos suelos se secan, se pueden formar grietas profundas en la superficie, lo que luego permite que el agua penetre a niveles más profundos del suelo. [7] Esto puede hacer que el hinchamiento de estos suelos se vuelva cíclico, con períodos tanto de contracción como de hinchamiento.
Los grupos de arcilla con una alta capacidad de contracción e hinchazón tienden a dañar los cultivos durante los períodos secos, a medida que el suelo se contrae, separando las raíces. [4] Los suelos con capacidad de contracción e hinchazón pueden causar problemas de ingeniería o daños a las estructuras existentes. La hinchazón puede hacer que las estructuras se levanten o se levanten, y la contracción puede provocar una sedimentación desigual de los sedimentos debajo de los cimientos, lo que podría provocar que la estructura falle. [7] Algunas estructuras comunes que sufren daños en el suelo son cimientos, paredes, entradas de vehículos, piscinas, caminos, tuberías y pisos de sótanos. [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 paredes y cimientos, pandeo de entradas y caminos, 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 tensiones por la contracción del suelo [3] , lo que puede provocar la rotura de las tuberías de agua o de alcantarillado. Los cascos de las piscinas también pueden agrietarse debido a esta presión, y las piscinas con fugas también pueden introducir mucha agua en los suelos circundantes con el tiempo, lo que podría terminar levantando las plataformas de las piscinas y los cimientos cercanos. [3] Anualmente, se estima que hay 7 mil millones de dólares en daños causados por suelos arcillosos que se contraen y se hinchan. [11] Todo este daño es causado por la fuerza ejercida por la expansión del suelo o el levantamiento del suelo.
Los suelos expansivos son los más problemáticos en regiones con períodos húmedos y secos muy definidos, a diferencia de zonas que mantienen un cierto nivel de humedad durante todo el año, ya que este ciclo anual hace que los suelos se expandan e 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 causada por bolsas de suelo húmedo situadas justo al lado de suelo seco. [3] Ejemplos de fuentes de agua localizadas incluyen sistemas de rociadores, pozos negros, tuberías con fugas y piscinas. [3]
Los propietarios y 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 indicar el valor del coeficiente de extensibilidad lineal (COLE). [2] Los científicos del suelo profesionales también pueden analizar muestras de un suelo para determinar su capacidad de contracción e hinchazón. [2] Los suelos expansivos formarán grandes grietas, 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 fuera de la propiedad, reparando áreas alrededor de estructuras que tienen malas cualidades de drenaje, reparando fugas en las tuberías, evitando regar en exceso las plantas cercanas y plantando árboles. a cierta distancia de cualquier estructura. [7] Otra solución más es un proceso llamado estabilización del suelo , en el que se añaden materiales adicionales al suelo para limitar su capacidad de encogerse e 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.
