Suelos granulares


   


SUELOS GRANULARES.

El diseño de cimientos sobre suelos granulares estará gobernado por un criterio de asentamiento, es decir, no por la resistencia al cortante a la alta permeabilidad de las arenas y gravas, la mayor parte del asentamiento se efectuará durante el proceso de construcción y estará casi completo al final de éste. Es probable que los efectos de deformación plástica sean despreciables, excepto en el caso de cimientos muy anchos sobre suelos variables, o donde se tengan mezclas de arena o grava con limo.

Otros problemas de asentamientos pos construcción pueden relacionarse con compactación inducida por vibración, cambios rápidos en el nivel freático o efectos de sismos. También es virtualmente imposible obtener muestras no alteradas de suelos granulares y las muestras recompactadas en general no repiten, con confiabilidad alguna, las condiciones y propiedades en el campo.

Para determinar las características de comprensibilidad de los suelos granulares se realizan las siguientes pruebas de campo:

  • a) Prueba de placa con carga.
  • b) Prueba normal de penetración.
  • c) Prueba del cono de penetración.
  • d) Prueba del medidor de presión.

En suelos de alta permeabilidad se pueden presentar rápidos cambios en el nivel del agua subterránea con los efectos consecuentes sobre la densidad del suelo y las presiones de poro. Los cálculos de capacidad de carga se deben efectuar en términos del esfuerzo efectivo, donde se elimina el término de cohesión y donde el ángulo de resistencia al corte en términos de esfuerzo efectivo (φ˙) con valores entre moderados y altos, la capacidad de carga se reduce en forma sustancial, cuando el nivel freático está situado entre la zona que se extiende desde su superficie hasta una profundidad “B” por debajo de la cimentación.

Se define a la resistencia al corte, o resistencia al esfuerzo cortante de un suelo como el valor máximo, o límite de la resistencia al corte que se puede inducir dentro de su masa antes de que ceda bajo ciertas condiciones, la flexibilidad conducirá a la formación de una superficie de deslizamiento por corte, sobre la cual puede tener lugar una cantidad apreciable de movimiento de deslizamiento, por ejemplo, avalanchas, rotación de taludes o fallas en excavaciones, la evaluación de los parámetros de la resistencia al corte es parte necesaria de los procedimientos analíticos y de diseño relacionados con cimientos, muros de retención y pendientes de terreno.

En esencia, la resistencia al corte en el seno de una masa sólida se debe al desarrollo de la resistencia a la fricción entre partículas adyacentes, de modo que los análisis se basan principalmente en el modelo de fricción. La palabra cohesión puede dar una idea errónea y con frecuencia se entiende mal, la opinión anterior acerca de la naturaleza de esta fuerza aparente que sujeta a los granos de suelo entre sí, se basaba en la adhesión entre las partículas como consecuencia de las condiciones electrostáticas de las superficies de los minerales arcillosos.

MUROS DE CONTENCIÓN: Los muros de contención tienen como finalidad resistir las presiones laterales producidas por el material retenido. Para llevar a cabo el análisis es necesario determinar las magnitudes de las fuerzas que actúan por encima de la base de la cimentación, tales como empuje de tierra, sobrecargas, peso propio del muro y peso de la tierra, y luego se investigue su estabilidad con respecto a: a) Volteo. b) Deslizamiento. c) Presión sobre el terreno. d) Resistencia como estructura.

Los muros de contención pueden ser:

  • Muros de gravedad: Que resisten los empujes mediante su propio peso y son económicos para alturas menores de 5.00 metros, en cuanto a su sección transversal, estos pueden ser de diferentes formas, y en cuanto a sus materiales, éstos pueden ser de mampostería de piedra bolón con mortero de arena y cemento, de ladrillo o de concreto ciclópeo, la estabilidad de este tipo de muro se logra sólo con su peso propio, por lo que se requiere grandes dimensiones dependiendo de los empujes, las dimensiones de la base de estos muros oscila alrededor de 0.43 de su altura.
  • Muros con Ménsulas.
  • Muros con contrafuertes.
  •  Muros en “T”. En el diseño de muros de contención se usa el método del estado límite; es decir, se examinan varios modos de caso limitante (modo de falla última o de servicio) y se usa un factor de seguridad para tenerlos en cuenta, como criterio de diseño en cada caso, se considera que una pared de gravedad es un monolito rígido, a veces con la inclusión de una parte del material contenido. Los muros rígidos o sin refuerzo son bastantes masivos y su estabilidad depende casi completamente de su peso.

USO DE LOS MUROS DE CONTENCIÓN: Frecuentemente en la construcción de edificios o puentes es necesario contener la tierra en una posición muy próxima a la vertical; siempre que se requieran rellenos y terraplenes hay necesidad de proyectar muros de contención y en los edificios con sótanos los muros de contención son indispensables. Si nosotros construimos una caja de vidrio de forma rectangular que tenga una pared o costado que pueda deslizarse y se llena con arena y después se deja libre súbitamente la pared, la arena deslizará a lo largo de un plano de fractura y formará un talud. El ángulo “∞” formado por la superficie libre de la arena y la horizontal se denomina ángulo de reposo o ángulo del talud natural del material. Los distintos materiales muestran amplia variación en los taludes de reposo. Además el contenido de humedad del material es un factor importante con respecto al talud de reposo.

Los materiales granulares tales como arenas y gravas se comportan de manera diferente a los materiales cohesivos tales como la arcilla, cuando son retenidos de alguna manera. Los materiales en que se combinan los dos tipos de suelos actúan en forma similar al material predominante. Puesto que los porcentajes de materiales cohesivos y no cohesivos varían extensamente en la naturaleza, hay que recurrir al experimento para determinar las propiedades de los suelos en su estado natural. Si el muro es absolutamente rígido, se desarrolla el empuje de tierras en reposo. Si el muro se reflecta o se mueve en una pequeña magnitud, separándose de la tierra del relleno, se tendrá el empuje activo de las tierras, si es el muro el que se mueve contra el relleno, se desarrollara el empuje pasivo de las tierras. La magnitud del empuje en reposo tiene cierta relación con los empujes activo y pasivo.

Muros de contención con relleno de suelos granulares no cohesivos. No obstante que el diagrama de intensidad de la presión real de las tierras es muy complejo, es corriente adoptar una distribución lineal de dicha presión debida a los empujes activo y pasivo. Se supone que la intensidad aumenta con la altura en función del peso del material, de modo que a la presión horizontal de la tierra contra el muro suele llamársele frecuentemente presión de fluido equivalente. Para un material granular sin cohesión que está seco, la hipótesis de la variación de presión en línea recta es prácticamente correcta.

Los suelos con cohesión no se comportan de esta manera y no es buena práctica hacer un relleno tras un muro con este tipo de material. Los materiales granulares deben usarse en los rellenos siempre que sea posible, a fin de asegurar una distribución lineal de la presión y para facilitar el drenaje indispensable para eliminar la presión hidrostática detrás del muro. Es muy significativo observar que la teoría de Coulomb tiene en cuenta la fricción entre el muro y el material de relleno, en tanto la teoría de Ranking desprecia tal fuerza.

Como es bastante difícil determinar en forma exacta la fricción en la cara posterior del muro, la teorٌa de Coulomb ha tenido menos empleo en el cálculo de muros de contención. Un estudio más detallado de la teoría de Ranking indica que la fuerza depende no solo de la pendiente del terreno, sino también del ángulo entre la cara del muro y la superficie del relleno. En los casos de empuje activo se considera el ángulo entre la cara posterior del muro y la horizontal.

Muro de contención de calle Muro de contención de terrazas. Seguir escribiendo sobre el comportamiento de los suelos es un tema muy profundo de la ciencia moderna de la mecánica de suelos. Es a partir de 1925 que se inicia el desarrollo más significativo en esta rama de la ingeniería con la presentación del profesor Kart Von Terzaghi (1882-1963) de su libro Erdbaumeckanic ( Mecánica de suelos) en donde se presenta una filosofía al suelo como material, y muestra cómo tratar las propiedades mecánicas de los suelos y sus comportamiento bajo diversas cargas y condiciones de humedad.

En las siguientes páginas se presenta un modelo de cálculo estructural de muros de contención llevados a cabo en el departamento de Jinotega en la comarca de Wilili en una rivera del río Coco considerado el más grande de Nicaragua.

BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA: – Mecánica de Suelos en la Ingeniería Práctica. K. Terzaghi y R.B. Peck – Mecanica del Suelo . J.A. Jiménez Salas. – Mejoramiento de Suelos por Precarga. Aris C. Stamatopoulos y Panaghiotis C. Kotzias – Fundamentos de mecánica de suelos. Segunda edición: Roy Whitlow – Mecánica de Suelos y Cimentaciones. Crespo – Diseño de Concreto Armado. Noel J. Everard, MSCE,Ph.D , Jhon l. Tenner III, MSCE – Fundamentos de la mecánica de suelos. D.W Taylor – Cimentaciones. A.L. Little.

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