Building structures in swelling soils: problems and foundation alternatives

Abstract

[ES] El suelo es un ente dinámico propenso a movimientos y fallas que condicionan la elección de estructura, materiales, técnicas constructivas y mucho más en el proyecto arquitectónico, este trabajo de fin de grado se centrará en los suelos arcillosos y uno de sus comportamientos característicos: la expansividad, que es el cambio volumétrico del suelo debido a un cambio en el contenido de agua, pudiendo causar problemas estructurales de leves a severos y la aparición de patologías. Se abordan las propiedades del suelo arcilloso desde la mineralogía hasta la respuesta a las condiciones ambientales. También se analizan técnicas para la caracterización de suelos expansivos, proponiendo diferentes tipos de ensayos para calificar las muestras de estudio. También se enumeran patologías causadas por la expansividad como los daños observados en los cimientos entre otros problemas. Además, se explican detalladamente diferentes soluciones constructivas tanto a nivel de estructura como de suelo. Para visualizar mejor el tema se abordará un caso de estudio que tiene su sede en Illescas, Toledo, cerca de la capital madrileña. La empresa Amazon, Inc. ha invertido en un proyecto de 180.000 m2 de superficie para ubicar su futura nave logística. El proyecto está programado para construirse en base a propuestas constructivas especiales y se ha adoptado la técnica del realce con cal. Se realiza un estudio cuantitativo con resultados de dos pruebas de muestras de laboratorio antes y después del tratamiento de mejoramiento, concluyendo que el manejo de la naturaleza del suelo y el método utilizado para controlar los problemas de hinchamiento ha sido exitoso. En general, el objetivo de este trabajo final de carrera es familiarizarse con los suelos expansivos, concretamente los arcillosos, y considerarlos exigentes más que problemáticos. Con los conocimientos adecuados, construir en un terreno de estas características es perfectamente posible y seguro, siempre que se realice un riguroso estudio técnico basado en la observación del lugar, pruebas y la correcta elección de las medidas preventivas, todo ello bajo la consideración de coste económico.

[EN] The soil is a dynamic entity prone to movements and failure that condition the choice of structure, materials, construction techniques, and so much more regarding the architectural project, this final year project will focus on clay soils and one of their characteristic behaviour: expansivity, which is the volumetric change of the soil due to a change of water content, potentially causing mild to severe structural problems and the apparition of pathologies. The properties of clayey soil are covered going from the mineralogy to the response to environmental conditions. Techniques for the characterization of expansive soils are also analysed, proposing different types of testing to qualify study samples. Pathologies caused by the expansivity such as the observed damages on the foundations among other problems are listed as well. Furthermore, different constructive solutions both on the level of the structure and the soil are explained in detail. To better visualize the topic, a case study that is based in Illescas, Toledo, near the capital of Madrid, will be approached. The company Amazon, Inc. has invested in a project of 180.000 m2 of surface area to place their future logistics warehouse. The project is programmed to be built based on special constructive propositions and the technique of lime enhancement has been adopted. A quantitative study with results of two laboratory sample tests before and after the enhancement treatment are compared, concluding that the management of the nature of soil and the method used to control the swelling issues has been successful. Overall, the objective of this final work project is to get familiarized with expansive soils, specifically on clayey one, and to consider it exigent rather than troublesome. With the right knowledge, building on such nature of ground is perfectly possible and safe at the condition of conducting a rigorous technical study based on the site¿s observation, tests and the correct choice of preventive measures, all under the consideration of economic cost.