ASENTAMIENTOS DEL SUELO ASENTAMIENTOS Es la deformación vertical en la superficie de un terreno proveniente de la aplicación de cargas o debido al peso propio de las capas. Toda estructura de edificación siempre sufrirá asentamientos por efecto de las cargas actuantes (peso propio, carga viva y carga de sismo) y es función del sistema de cimentación de la estructura controlar que estos asientos se mantengan dentro del rango tolerable, o en su defecto si son excedidos a través de una cimentación rígida se deberá transmitir adecuadamente los esfuerzos al suelo de soporte, controlando de esta manera los asentamientos diferenciales que son los que provocan agrietamientos en los miembros estructurales y no estructurales del edificio. Como sabemos todo edificio a lo largo de su periodo de vida experimentará asentamientos, en muchos casos no perceptibles a simple vista, pero de hecho si hay un desplazamiento vertical, cuya magnitud depende del tipo de suelo y del tipo de cimentación empleado. Tipos de Asentamientos: * Inmediatos: por deformación elástica (suelos arenosos o suelos arcillosos no saturados) * Por densificación: debidos a la salida del agua del suelo (suelos arcillosos): * Por flujo lateral: desplazamiento de las partículas del suelo desde las zonas más cargadas hacia las menos cargadas (suelos no cohesivos) Causas de los Asentamientos * Cargas estáticas: presión transmitida por las estructuras, por el propio peso del suelo, etc. * Cargas dinámicas: clavado de estacas, terremotos, etc. * Erosión deVariaciones del nivel del agua: rebajes Efectos de los Asentamientos Daños a la estructura del suelo, cambios en la apariencia, funcionalidad y estabilidad.
Determinación del asentamiento total Cuando la capa del suelo sufre efecto de una sobrecarga, ella se deforma y en consecuencia da la disminución de su índice de vacíos (e0) hacia un valor final (ef) motivado por su compresibilidad. Su espesor pasa por tanto desde un valor inicial de H0 a un valor final Hf cuya diferencia (ΔH= H0 – Hf), corresponde al asentamiento total sufrido.
Asentamiento en el tiempo “t” ASENTAMIENTO TIPO ELASTICO El comportamiento elástico (Ley de Hoock) establece que al aplicarle un sistemade cargas a un material, existe una deformación, pero al retirarle las cargas el materialregresa a su estado geométrico inicial. El comportamiento plástico se caracteriza porqueel material permanece deformado aún cuado se le retiren todas las cargas. En elcomportamiento viscoso la deformación depende de la magnitud y del tiempo transcurridoEn los suelos finos saturados se pueden encontrar los tres tipos decomportamiento, elástico,
plástico y viscoplásticoEn la teoría elástica se establecen las relaciones lineales de los esfuerzosaplicados y sus correspondientes deformaciones.Considerando una partícula de suelo que se deforma. Se produce seguido al proceso constructivo por efecto de las cargas transmitidas y se da por la deformación elástica e inmediata del suelo. Este asentamiento lo tenemos en todas las estructuras e indistintamente del tipo de suelo. Y lo normal en el subsuelo nuestro medio es considerar un asentamiento elástico tolerable menor a una pulgada (2.54 cm). Y este dato debe ser tomado en cuenta por el ingeniero estructural al momento de realizar el diseño estructural de la cimentación.
ASENTAMIENTO POR CONSOLIDACION PRIMARIA Este tipo de asentamiento y que es propio de las estructuras cimentadas en suelos arcillosos es el denominado: asentamiento por consolidación y se da por la disipación del agua existente en el suelo arcilloso por acción de las cargas, y al ser la arcilla casi impermeable, la salida de agua tarda meses y aún años, por lo que la reducción de espacios vacios del suelo es lenta y por tanto el asentamiento de la estructura es un proceso que está en función del tiempo, por lo que al inicio puede parecer que todo está bien.
Suelos normalmente densificados (OCR = 1) Suelos Pre-Densificados (σA‘ > σ’) Cuando la carga traspasa la tensión de pre-densificación el asentamiento se calcula en dos etapas: de la tensión existente hasta la tensión de pre-densificación y desde la tensión de pre-densificación hasta la tensión final resultante de la carga. Donde Ce es el coeficiente de expansibilidad o coeficiente de recompresión (Cr) que es la inclinación del espacio descarga-carga Suelos Sub-densificados (OCR < 1) Los que aún no se densificaron completamente ASENTAMIENTO POR CONSOLIDACION SECUNDARIA Densificación Secundaria Ocurre cuando el exceso de presión neutra es prácticamente nulo Δμ ≅ 0 y la tensión efectiva es prácticamente igual a la tensión total σ ‘ ≅ σ. En general, se verifica que en el ensayo de densificación, la deformación continua a procesarse, más allá que el exceso de presión neutra, sea prácticamente nulo. Este efecto se le atribuye a los fenómenos viscosos.
EXPANSIONES La expansividad de suelos es una propiedad física de los suelos que puede evaluarse en una cimentación. En las estructuras constructivas existe hinchamiento del suelo cuando aumenta su cantidad de agua y se retraen cuando la disminuye. Debe distinguirse el término "potencial de expansión", de la "expansión" de acuerdo de donde proviene dicha pérdida de agua. Las arcillas expansivas producen empujes verticales y horizontales afectando las
cimentaciones, empujando muros y destruyendo pisos y tuberías enterradas, con esfuerzos que superan los 20 kg/cm², ocasionalmente. En las vías se presentan ascensos y descensos que afectan su funcionamiento. También, estos suelos expansivos se retraen y los taludes fallan.
Mecanismo del hinchamiento * a) Absorción de agua por una arcilla activa (montmorillonita, por ejemplo) * b) Rebote elástico de las partículas del suelo. * c) Repulsión eléctrica de los granos de arcilla y de sus cationes adsorbidos. * d) Expansión del aire atrapado en los poros. En las arcillas preconsolidadas, por cargas o por desecación, estos fenómenos son factores altamente contribuyentes. En arcillas normalmente consolidadas (o cargadas), los factores dominantes son dos: * a) Adsorción de agua. * b) Repulsión eléctrica entre las partículas rodeadas de agua. La expansión de suelo a través de la experiencia de los ingenieros geotecnistas ha demostrado que es factor importante en el diseño de la cimentación de cualquier estructura, y sobre todo para la prevención de la inestabilidad en el horizonte de su vida útil.
APLICACIÓN DE DRENAJES VERTICALES PARA ACELERAR LA DENSIFICACIÓN Algunas veces para acelerar la densificación se construyen drenajes verticales en la capa arcillosa responsable por tales asentamientos. Estos drenajes pueden ser perforaciones rellenas con arena. Aplicándose una carga sobre la superficie, el agua bajo presión puede escurrir tanto hacia las capas drenantes directamente como a través de los drenajes. Los asentamientos se desarrollan mucho más rápidamente pues las distancias de flujo son mejores y los coeficientes de permeabilidad son mayores en la dirección horizontal que en la vertical. Aplicación de Sobrecargas para acelerar la densificación Es una técnica muy interesante utilizada par amenizar los efectos de los asentamientos causados por una determinada carga o pre-carga del área. La figura a continuación nos muestra un ejemplo práctico de colocación de una sobrecarga constituida por 2 metros de terraplén para provocar un asentamiento de 30 cm en poco más de 4 meses, lo que no sería alcanzado con el terraplén definitivo proyectado con 3 metros de altura en ese mismo período. Luego de alcanzado el valor del asentamiento deseado, la sobrecarga debe ser retirada, manteniéndose la cuota de terraplén final prevista en el proyecto. CONCLUCIONES Sin lugar a dudas el asentamiento por consolidación es de mucho cuidado, porque si no se tomó en cuenta desde un inicio, en unos cuantos años se puede tener grietas notables en los elementos de la
estructura, tales como paredes, vigas, columnas, muros, etc. Y solucionar este problema es una tarea muy laboriosa y desde luego con valor económico muy representativo. En definitiva, cuando se cimente sobre suelos arcillosos, y más aún si se encuentran muy húmedos y saturados se deberá realizar un cálculo de asentamientos por consolidación para con la suma del asentamiento elástico inicial tener una idea del desplazamiento vertical total que puede sufrir el edificio con el paso del tiempo y evaluar si el tipo de cimentación que se está diseñando para la estructura es el más adecuado y si está en capacidad de transmitir adecuadamente las cargas sin llegar al colapso. Y más aún por efecto de las fuerzas sísmicas los desplazamientos se vuelven más notables. Es claro, está en nosotros al momento de iniciar un proyecto habitacional partir por el estudio de suelos que nos de todos los parámetros geotécnicos para diseño de cimentaciones (El ingeniero estructural no puede suponer estos parámetros). Es preferible invertir al inicio un pequeño valor económico en un estudio de mecánica de suelos que lamentar después de cierto tiempo y con el riesgo de perder la inversión realizada en la estructura de edificación. ... Siempre se debe realizar un análisis de asentamientos por consolidación a través de un estudio de suelos.
