La deformación en suelos, dada su
naturaleza heterogénea, presenta diferentes tipos de comportamiento que se
clasifican como lo muestra Braja M. Das en “Fundamentos
De Ingenieria Geotecnica”, de la siguiente manera:
“En general, el asentamiento de
suelos causado por cargas se divide en tres amplias categorías:
1.
Asentamiento
Inmediato: provocado por la deformación elástica del suelo seco y de suelos
húmedos y saturados sin ningún cambio en el contenido de agua. Los cálculos de
los asentamientos inmediatos se basan, generalmente, en ecuaciones derivadas de
la teoría de la elasticidad (mecánica del medio continuo).
2.
Asentamiento
por consolidación primaria: es el resultado de un cambio de volumen en suelos
saturados cohesivos debido a la expulsión del agua que ocupa los espacios
vacíos.
3.
Asentamiento
por consolidación secundaria: se observa en suelos saturados cohesivos y es
resultado del ajuste plástico de la estructura de suelo. Este sigue al asentamiento
por consolidación primaria bajo un esfuerzo efectivo constante.”
A continuación se presenta un
gráfico resumiendo estos comportamientos:
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Imagen de
Braja M. Das en “Fundamentos De Ingenieria Geotecnica”
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De tal manera tenemos 2 grupos de parámetros, los que nos permiten caracterizar el suelo como un sólido linealmente elástico y que permiten calcular los asentamientos inmediatos y los parámetros asociados a los procesos de consolidación que son los de mayor importancia en la práctica a la luz de la mecánica de suelos.
A continuación se mencionan los ensayos de laboratorio e “in situ” que permiten obtener los parámetros para caracterizar las deformaciones de un suelo.
·
Ensayos
de laboratorio: Tratan de reproducir de manera controlada las condiciones
del suelo, midiendo la respuesta obtenida a determinado esfuerzo, de tal manera
se puede establecer la relación entre esfuerzo y deformación. A saber los más
importantes son:
o
Ensayo de
Compresión simple: O más conocido como compresión no confinada consiste en
la aplicación de una carga sobre una probeta de suelo sin confinamiento lateral.
Este ensayo nos permite obtener el módulo de deformación no confinada y de tal
manera con las deformaciones axiales el módulo de Young y las deformaciones diametrales
el coeficiente de Poisson.
o
Ensayo
triaxial: Este ensayo es básicamente el anterior pero incluyendo el
confinamiento lateral, además permite controlar algunas condiciones lo que
posibilita reproducir de forma más adecuada las condiciones reales son: controlar
la presión intersticial, por lo que es factible realizar ensayos en situación
de drenaje total o en ausencia total de drenaje, Permite la consolidación
previa de la probeta a una tensión de confinamiento preestablecida, La
presión de confinamiento posibilita reproducir de forma más adecuada las
condiciones reales de servicio. De tal manera los parámetros de deformación
anteriormente descritos se medirán con mayor semejanza a como se presentarían
en el terreno.
o
Ensayo de
consolidación: La consolidación se ocasiona por el drenaje gradual, bajo la
aplicación de una carga adicional y la transferencia asociada de presión de
poro al esfuerzo efectivo ósea a la estructura de suelo, esto genera una
disminución del volumen de la masa de suelo, generando un asentamiento,
dependiendo del grado de permeabilidad del suelo este asentamiento se realizara
rápido o lentamente, por ejemplo en suelos arenosos que son altamente
permeables el asentamiento es inmediato, por el contrario para suelos
arcillosos al tener baja permeabilidad el asentamiento y la respectiva
consolidación se presentaran de manera lenta.
Uno
de los principales análisis que se puede obtener del ensayo de consolidación es
la curva que relaciona los esfuerzos efectivos con la relación de vacíos
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| Imagen de Braja M. Das en “Fundamentos De Ingenieria Geotecnica” |
Si tenemos la anterior curva es posible calcular el asentamiento en un
estrato de suelo simplemente escogiendo la variación de relación de vacíos (∆e)
para el rango de presiones apropiado y calcular mediante la ecuación general de
asentamientos de la consolidación unidimensional:
Dónde:
S = Asentamiento por consolidación primaria
H = Altura del estrato de suelo
∆e=Variación
de la relación de vacíos
eo = Relación de vacíos inicial
Para arcillas normalmente consolidad que muestran una relación lineal en
la curva se ∆e-logσ´se cumple:
Dónde:
∆e=Variación
de la relación de vacíos
Cc=Índice de compresión
σo´=presión de sobrecarga
efectiva inicial
∆σ´=incremento de la
presión efectiva
Terzaghi y Peck propusieron ecuaciones empíricas para el índice
de compresión:
Para arcillas inalteradas Cc=0,009(LL-10)
Para arcillas remoldeadas Cc=0,007(LL-10) donde LL = Limite Liquido
Estas
ecuaciones se utilizan usualmente en campo cuando no se poseen datos sobre
consolidación.
El indice de compresión Cc se puede observar en la siguiente imagen:
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| Imagen de Braja M. Das en “Fundamentos De Ingenieria Geotecnica” |
En arcillas pre-consolidadas para, σo´+∆σ´≤σc´, la variación ∆e-logσ´ será a lo largo de la línea cb (como se muestra en el siguiente gráfico), la pendiente de la cual será aproximadamente igual a la pendiente de la curva de rebote de laboratorio, esta pendiente se denomina índice de expansión y sirve para calcular ∆e
de la siguiente manera:
Dónde:
∆e=Variación
de la relación de vacíos
Cs=Índice de expansión
σo´=presión de sobrecarga
efectiva inicial
∆σ´=incremento de la
presión efectiva
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| Imagen de Braja M. Das en “Fundamentos De Ingenieria Geotecnica” |
De tal manera el laboratorio de consolidación nos permite caracterizar mediante el comportamiento de variación de relación de vacíos con los esfuerzos efectivo los posibles asentamientos a que se vea expuesto el estrato de suelo estudiado, teniendo en cuenta si el suelo se encuentra normalmente consolidado o pre-consolidado.
·
Ensayos
in situ: Se trata de la evaluación cualitativa del terreno haciendo
analogías de los esfuerzos a analizar y como su nombre lo indica se realizan en
campo. En la mayoría de los casos los resultados de este ensayo se
correlacionan con los parámetros de deformación del suelo, entre los más
destacados tenemos El ensayo de placa y el ensayo de penetración estándar SPT.
o
Ensayo de
placa: Este ensayo nos permite medir directamente el asentamiento del suelo
conforme se aplica una carga, el coeficiente de balasto (K) que resulta de la
relación entre la deformación y la carga aplicada al suelo es el índice directo
del comportamiento del asentamiento del suelo (subrasante) donde se aplica la
carga, cabe aclarar que este parámetro es aplicable solo a deformaciones sobre
la subrasante debajo de la placa, por lo que el parámetro K es mayormente
utilizado en el diseño de vías. Si este ensayo es realizado a diferentes
profundidades se podría caracterizar las deformaciones en el campo linealmente
elástico del estrato en estudio, pero este estudio podría ser muy costo y la
medición de los valores además de la preparación del terreno serian un factor
bastante difícil de controlar.
El coeficiente de balasto podría catalogarse como una especia de modulo
de Young pero no lo es ya que en las mediciones de este van implícitas todas
las heterogeneidades propias del suelo medido y que a la luz de la mecánica de
sulos no clasifican como un sólido linealmente elástico aunque el
comportamiento sea similar en cierto punto.
o
Ensayo de
penetración estándar SPT: Se puede pensar dada la naturaleza del ensayo
(penetración normalizada) que este puede dar algunas nociones de las posibles
deformaciones que se pueden dar en el suelo estudiado. Dado que el SPT es el
ensayo más utilizado en la prospección geotécnica y con mayor historia existe
una gran cantidad de relaciones empíricas entre el N (número de golpes) y el
modulo de deformación del suelo E, a continuación dejo un enlace sobre un blog
donde se presentan algunas correlaciones muy bien documentadas al respecto :
http://www.estudiosgeotecnicos.info/index.php/spt-modulo-de-deformacion-correlacion
A continuación se presenta un resumen conceptual:
