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Asentamiento y compresibilidad de los suelos

Causa de los asentamientos: Cuando actúa una carga vertical sobre la superficie del terreno, se presenta el asentamiento, esto no es del todo sorprendente porque, como se sabe por mecánica, el esfuerzo provoca deformación y la aplicación de la carga provoca desplazamiento. Se debe recordar, sin embargo, que el suelo se puede asentar por razones diferentes a las cargas externas:


1 – Consolidación su propio peso.
2- Desecación natural o debida a algún proceso industrial.
3- Inundaciones.
4- Ataque químico.
5- Descomposición orgánica natural o a causa de algún agente externo.
6- Hundimiento regional provocado por el bombeo de agua.
7- Sismos, voladuras o vibraciones.
8- Alivio de esfuerzos por excavación o construcción de un túnel en la vecindad.
9- Bombeo de agua para alguna construcción cercana.
10- Movimientos tectónicos.
11- Erosión subterránea o derrumbes.

El asentamiento provocado por las cargas superficiales, se atribuye tradicionalmente a las causas siguientes:


Asentamiento inicial. Se debe al cambio en los esfuerzos cortantes en la masa de suelos, esta deformación es análoga a la flexión de una viga, ocurre con rapidez, el volumen del cuerpo que soporta la carga permanece virtualmente inalterado. A medida que el área cargada se asienta, la superficie alrededor de ésta se eleva en una cantidad que equilibra el volumen de hundimiento.



Compresión inmediata. También conocida como “compresión inicial”, se observa en los suelos no saturados debida a una reducción rápida del volumen de vacíos. Los esfuerzos a la compresión la provocan y va acompañada por un rápido incremento de los esfuerzos efectivos. En los suelos parcialmente saturados, al aumentar la compresión, el grado de saturación se incrementa y cuando alcanza casi el 90%, pueden aumentar las presiones en el agua de los poros, estas presiones de poro harán que se reduzca la compresión posterior y se incrementen los esfuerzos efectivos, cuando la compresión es lenta, de modo que su velocidad tiene un significado práctico, se conoce como “consolidación”.



Compresión o consolidación primaria. Se debe a la reducción gradual del volumen de vacíos bajo esfuerzos efectivos variables, es un cambio lento provocado por los esfuerzos de compresión bajo la influencia de las presiones de poro que resisten una reducción más rápida de volumen. A medida que avanza la consolidación, se disipan las presiones de poro, la consolidación primaria comienza justo después de la compresión inicial y termina, por definición, cuando las presiones de poro son insignificantes.



Compresión o consolidación secundaria. La causa es la reducción gradual de volumen del suelo bajo esfuerzos efectivos constantes, esta fase comienza cuando las presiones de poro se vuelven aproximadamente cero y se supone que continúa para siempre. Se debe a la formación lenta de los contactos entre las partículas de arcilla que se encuentran bajo la influencia de los esfuerzos cortantes, creados por un sistema de esfuerzos principales desiguales, sin embargo, se cree que las arenas y otros suelos granulares no están sujetos a consolidación secundaria.



Deslizamiento superficial asociado a falta de resistencia por baja presión de confinamiento (creep). Se debe al ajuste continuo respecto al cambio del esfuerzo cortante bajo esfuerzos efectivos constantes, se supone que comienza justo con el asentamiento inicial y continúa para siempre o hasta que la arcilla adquiere suficiente resistencia adicional, mediante la consolidación, para resistir el movimiento extraordinario. El deslizamiento superficial se relaciona con el desplazamiento lateral alejándose de la parte sujeta a cargas de la superficie, es mucho más marcado donde hay un bajo factor de seguridad contra una falla de base ( FS< 1.2), es decir cuando un subsuelo arcilloso se somete a cargas después de la etapa intermedia de cedencia, el deslizamiento superficial (creep) se debe a la deformación plástica de los contactos entre partículas de arcilla, se cree que los suelos granulares no experimentan deslizamiento superficial (creep)



Terraplén arcilloso Terraplén Granular. Generalmente se supone que de estas cinco causas que contribuyen al asentamiento, las cuatro primeras se pueden predecir como entidades separadas mediante estimaciones y luego sumarlas para tener el gran total. La quinta causa generalmente se maneja no tratando de predecir su valor, sino tratando de que no ocurra. El deslizamiento superficial (creep) ha servido para explicar el comportamiento a largo plazo sin garantía de los terraplenes sobre arcillas blandas. La relación entre el movimiento del suelo y la estabilidad de las estructuras asociadas a éste, es bastante compleja, primero que nada, existen diferentes mecanismos que puedan producir movimientos en el suelo y además hay muchos tipos de estructuras, cada una con un diferente potencial para resistir el movimiento de la masa del suelo o ser afectadas por la misma. Es importante estar conscientes que las condiciones de un suelo pueden cambiar, algunas veces en alto grado, desde antes de la construcción, durante e incluso después de ésta, la predicción de tales cambios representa la tarea más difícil para el proyectista. Existen métodos por medio de los cuales se pueden estimar el grado y el ritmo del asentamiento de los cimientos, debido a ciertos mecanismos, estas estimaciones resultan bastante confiables siempre y cuando las condiciones del suelo que se supusieron para el cálculo :



a) Sean una representación razonable de las condiciones reales.
b) Tengan probabilidad de persistir a lo largo del período de vida del edificio.


Se pueden considerar con brevedad varios mecanismos de movimientos del suelo que son causas potenciales de asentamientos:



Compactación: La compactación es un proceso por medio del cual las partículas del suelo se fuerzan a un estado de empaque de mayor proximidad, con la correspondiente reducción de volumen y la expulsión de aire, para esto se requiere alimentar energía mecánica. Los suelos más susceptibles son las arenas en estado suelto o las arenas con gravas y material de relleno, en especial las que se han depositado sin una compactación adecuada.



Distorsión elástica: La distorsión elástica se produce en todos los suelos casi inmediatamente después de imponer la carga y el asentamiento causado por este proceso se llama asentamiento inmediato.


Fractura del muro por asentamiento producido por distorsión elástica.


Movimiento por cambios de humedad: Algunos tipos de arcillas muestran un aumento o una disminución muy notable de su volumen a medida que el contenido de humedad aumenta o disminuye respectivamente, a las arcillas que exhiben estas características se les llama arcillas contráctiles o arcillas expansivas. El potencial de contracción y expansión de un suelo está relacionado con su contenido de arcilla y su plasticidad, es decir su Actividad = IP⁄ %partículas de arcilla (<2µm).



Efectos de la vegetación: Otro factor asociado con las arcillas muy plásticas que puede producir asentamiento es el efecto de las raíces de los árboles, la extracción de estos árboles significa que el suelo retendrá más humedad y se presentará una expansión. Cuando es necesario eliminar árboles y arbustos adultos del lugar de construcción, se debe permitir que pasen uno o dos inviernos para lograr el equilibrio. La poda y la tala también pueden afectar la pérdida de humedad del suelo y con ello provocar su expansión, el grado de desecación y con él el potencial de expansión, se puede calcular comparando las indicaciones del contenido de humedad y de límite líquido de muestras tomadas cerca de los árboles existentes o recientemente eliminados, con lecturas tomadas en suelo semejante sin árboles.



Efecto de los cambios de temperatura: Los suelos de arcillas que se secan por estar situados debajo de los cimentaciones de hornos, estufas y calderas, pueden presentar contracciones bastantes severas. En los suelos de edificios para almacenamiento refrigerado, también pueden presentarse expansiones severas a menos que se cuente con algún tipo de aislamiento. En algunos suelos como limos, arenas finas y materiales calcáreos, así como el yeso, existe la posibilidad de que se produzca un levantamiento por helada, cuando las temperaturas bajas son constantes.



Efectos de la infiltración y las socavaciones: La socavación es la remoción de material por la acción de las aguas y corrientes superficiales, pero también pueden ocurrir cuando se fracturan los drenajes y los ductos de agua, recintos formados por atarjeas y estructuras similares, el flujo ascendente del agua pueden causar una forma de inestabilidad llamada tubificación. En algunas rocas y suelos, el cementante mineral en la matriz puede disolverse debido al flujo de las aguas subterráneas, la formación de conductos subterráneos es una de las principales características de las áreas de roca caliza y yeso, y también es común que se llegue a presentar el derrumbe de este tipo de formaciones.



Pérdida de soporte lateral: Una de las formas comunes de desplazamiento de los cimientos, que suele conducir a fallas serias e incluso catastróficas, está asociada con la excavación de pozos o zanjas profundas junto a las cimentaciones, la capacidad de carga del suelo que está justo por debajo de una cimentación, depende del soporte lateral producido por el suelo adyacente, si se elimina este soporte lateral, como puede suceder en las excavaciones sin apuntalamiento, el resultado más probable es un deslizamiento en el suelo que esté debajo de la cimentación, arrastrando consigo dicha cimentación.







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Autor: Luis F. Roblero Gomez - Fuente: Arqhys.com


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