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ASENTAMIENTO Y COMPRENSIBILIDAD
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. Para
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