Suelo: características geotécnicas

Posted by

Cuando se diseñan estructuras como edificios, casas y demás obras civiles, se requiere del conocimiento de la mecánica de suelo, tales como:

  • La carga de trabajo que se transmitirá desde la estructura hacia la cimentación.
  • La reglamentación o normativa de la zona en donde se va a construir.
  • El comportamiento y deformabilidad de los esfuerzos en los suelos que soportarán la cimentación.
  • Condiciones geológicas generales.

¿Qué es la geotecnia del suelo?

Geotecnia es una rama de la ingeniería que se dedica a la aplicación de principios geológicos en la identificación y estudio de materiales naturales que conforman la corteza terrestre.

Dentro de las propiedades geotécnicas más estudiadas en los suelos se pueden mencionar:

  • Granulometría
  • La plasticidad
  • La compresibilidad
  • Resistencia a cortante

Las propiedades en los suelos se determinan al procesar muestras de terreno en el laboratorio, aunque cada vez se pone más énfasis en la determinación en sitio de las propiedades de resistencia y deformación del suelo.

La ingeniería de cimentaciones nos ayuda a conocer la mecánica de los suelos, a través de la geología de la zona, es decir, el origen y la naturaleza de la estratificación del suelo, así como de las condiciones del agua del subsuelo.

Cuando se desea determinar la cimentación más económica, el ingeniero debe considerar la carga de la superestructura, las condiciones del subsuelo y el asentamiento tolerable deseado.

Las principales categorías en las cuales se dividen las cimentaciones de estructuras son las cimentaciones superficiales y las cimentaciones profundas.

Dentro de las propiedades geotécnicas básicas de los suelos están: la distribución granulométrica, plasticidad, clasificación de los suelos, esfuerzo efectivo, consolidación y los parámetros de resistencia al cortante.

Distribución granulométrica de los suelos

Se emplea para clasificar de manera apropiada el tipo de suelo. Generalmente la distribución granulométrica de los suelos de grano grueso se realizan a través del análisis granulométrico por mallas, no así, los suelos de grano fino, en donde se emplean análisis hidrométricos.

Análisis granulométrico por mallas para suelos de granos gruesos

El análisis granulométrico por mallas se realiza tomando una cantidad medida de suelo seco, previamente bien pulverizado, se debe pasar a través de una columna de mallas de abertura cada vez más pequeña y con un recipiente en el fondo.

Posteriormente se procede  a medir la cantidad de suelo que se ha quedado retenido en cada una de la mallas. De tal manera, que se determine el porcentaje acumulado de suelo que pasa a través de cada malla.

Análisis granulométrico con hidrómetros para suelos de granos finos

Este tipo de análisis está basado en el principio de sedimentación de las partículas de suelo con el agua. Se usan 50 gramos de suelo pulverizado seco y se agrega un agente defloculante al suelo.

Luego se deja al suelo que se sature para agregar agua destilada y se agita vigorosamente la mezcla. Con la ayuda de una probeta y agregando más agua destilada, se coloca un hidrómetro dentro de la probeta para medir, generalmente en un periodo de 24 horas.

Los hidrómetros deben mostrar la cantidad de suelo que está aún en suspensión en cualquier tiempo dado. De forma tal, que pueda calcularse el porcentaje de suelo más fino y confeccionarse la gráfica de distribución granulométrica.

Límites de tamaños para los suelos

Los límites de tamaño para la división de los suelos va a depender de la organización que ha desarrollado la convención de límites de tamaño para gravas, arenas, limos y arcilla. Existen sistemas como el de la American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) y el Sistema Unificado de clasificación de suelos.

Sistema de clasificación Tamaño del grano (mm)
Unificado Grava: 75 mm a 4.75 mm
Arena: 4.75 mm a 0.075 mm
Limo y arcillas (finos): menores a 0.075 mm
AASHTO Grava: 75 mm a 2 mm
Arena: 2 mm a 0.05 mm
Limo: 0.05 mm a 0.002 mm
Arcilla: menores a 0.002 mm

Relaciones peso – volumen para suelos

Los suelos son sistemas en los cuales se pueden encontrar diferentes fases que son las partículas sólidas, el agua y el aire o gas. En base a la separación de las fases del suelo se pueden establecer relaciones de volúmenes.

Compacidad relativa

Sirve para determinar el grado de compactación en campo, se realiza a través de una medida determinada por la compacidad relativa que presentan los suelos granulares.

La compacidad relativa de un suelo granular puede ser descrita como muy suelta, suelta, medio, denso y muy denso, en relación al porcentaje de se determine para la muestra.

Límites de Atterberg

Los límites de Atterberg son parámetros que permiten determinar su contenido, para ser clasificado de manera más adecuada.

El Límite líquido (LL): porcentaje de agua con el que el suelo cambia de un estado líquido a un estado plástico.

Límite Plástico (PL): contenido de agua con el que el suelo cambia de un estado plástico a uno semisólido.

Límite de contracción (SL): porcentaje de agua con el que el suelo cambia de un estado semisólido a uno sólido.

Sistema de clasificación de suelos

Los diferentes sistemas para clasificación agrupan los suelos en base a sus propiedades comunes, tales como la distribución granulométrica, el límite líquido y el límite plástico.

Actualmente los sistemas más comúnmente empleados son el Sistema AASHTO (American Association of State Highway and Transportatio Officials) y el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (ASTM) . El sistema AASHTO es más utilizado en la subrasante de carreteras.

Sistema AASHTO

Según este sistema, los suelos pueden clasificarse según ocho grupos principales, dese el A-1 al A-8, con base en su distribución granulométrica, límite líquido e índice de plasticidad.

Para la evaluación cualitativa de la conveniencia de un suelo como material para subrasante de un camino, también se desarrollo un número denominado índice de grupo.

Sistema Unificado

Inicialmente fue propuesto por A. Casagrande en 1942, posteriormente fue adoptado por el Bureau of Reclamation de Estados Unidos y por el Cuerpo de Ingenieros del ejército de los Estados Unidos.

Se emplean diferentes símbolos como identificación para cada tipo de suelo contenido en la tabla. Existe un procedimiento para determinar los símbolos de grupo para los diferentes tipos de suelos.

Este sistema se utiliza ampliamente en geotecnia. Al clasificar el suelo se debe proporcionar el nombre del

grupo que describe genéricamente el suelo, junto con el símbolo de grupo respectivo.

Permeabilidad del suelo 

Es necesario tener conocimiento de la cantidad de infiltración bajo las estructuras hidráulicas, para desaguar antes y durante la construcción de la cimentación. De ahí la importancia de conocer cuanta agua fluye a través del suelo en un tiempo unitario.

Los valores del coeficiente de permeabilidad varían de manera considerable, pueden ser determinados en el laboratorio, a través de pruebas de permeabilidad con carga constante o carga variable. En suelos granulares, el valor depende especialmente de la relación de vacíos.

Filtración en régimen permanente

La tasa de filtración se puede determinar a través de la construcción gráfica llamada red de flujo, que basa su concepto en la teoría de la continuidad de Laplace. El cálculo se realiza especialmente en estructuras hidráulicas en donde la trayectoria del flujo cambia de dirección y no es uniforme en toda el área.

La ecuación de Laplace es válida para flujo confinado, representa dos conjuntos ortogonales de curvas que se conocen como líneas de flujo y líneas equipotenciales.

La red de flujo es el resultado de una combinación de numerosas líneas equipotenciales y líneas de flujo. Una línea de flujo es una trayectoria que una partícula de agua seguiría al viajar del lado aguas arriba al lado de aguas abajo.

Esfuerzo efectivo

Está relacionado con el contacto entre los sólidos del suelo, sus cambios inducirán variaciones de volumen. También es responsable de producir resistencia friccional en suelos y rocas.

La consolidación en los suelos

La consolidación ocurre cuando el exceso de presión de agua se disipa y el incremento de esfuerzo se transfiere a la estructura del suelo. El incremento gradual de esfuerzo efectivo en el estrato ocasionará asentamientos durante cierto tiempo y se conoce como consolidación.

Asentamientos por consolidación primaria

Es el asentamiento unidimensional por consolidación primaria en una capa de arcilla es causado por una carga adicional.

Tiempo de consolidación

Para conocer el grado de consolidación de un estrato de arcilla en un tiempo después de la aplicación de la carga, se requiere conocer la rapidez de la disipación del exceso de presión del agua del poro.

La consolidación es el resultado de la disipación gradual del exceso de la presión del agua de poro en un estrato de arcilla, que a su vez incrementa el esfuerzo efectivo que induce los asentamientos.

Resistencia al corte de los suelos

Los parámetros de la resistencia al corte de un suelo se determinan por medio de dos pruebas estándar de laboratorio:

Prueba de corte directo

Este tipo de pruebas son adecuadas para determinar esfuerzos en la arena seca. Pueden ser realizadas varias pruebas de tipo corte directo, variando la carga normal.

Pruebas triaxiales

Pueden ser realizadas en arenas y arcillas. Las principales pruebas con equipos triaxial son las de consolidada drenada (prueba CD), consolidada no drenada (prueba CU), no consolidada no drenada (prueba UU).

Prueba de consolidación no confinada

Es un tipo de prueba triaxial no consolidada y no drenada.

Deja un comentario