Análisis de Esfuerzos, Asentamientos y Ensayos en Mecánica de Suelos
Esfuerzos en Suelos Parcialmente Saturados
En un suelo parcialmente saturado, el esfuerzo total en cualquier punto está conformado por:
- Presión intergranular
- Presión de aire
- Presión de poros
Categorías de Asentamiento del Suelo
El asentamiento del suelo causado por cargas se divide en tres categorías:
Asentamiento Inmediato
Cuando se aplica la carga, el asentamiento ocurre de forma inmediata. El suelo trabaja de forma inelástica.
Asentamiento Primario
Este tipo de asentamiento es para suelos cohesivos en donde el suelo trabaja de forma plástica.
Asentamiento Secundario
Este asentamiento se da para suelos saturados, arcillas en donde el asentamiento del suelo es de forma plástica y ya produce asentamientos naturales en las estructuras.
Suelos con Mayor Asentamiento por Consolidación Secundaria
En suelos orgánicos altamente compresibles y suelos arcillosos saturados, el asentamiento por consolidación secundaria es más importante que el de consolidación primaria.
Presión de Preconsolidación
La presión de preconsolidación es la presión efectiva máxima que el suelo ha tenido en el pasado.
Cálculo de la Presión de Preconsolidación
- De la gráfica de relación de vacíos – presión efectiva obtenida en el ensayo de consolidación por observación visual se debe establecer un punto A.
- Dibujar una línea horizontal A B.
- Dibujar línea AC tangente en A.
- Dibujar la línea AD bisectriz del ángulo BAC.
- Proyectar la recta AD hasta el punto F.
Esfuerzos en el Ensayo de Compresión Simple
En un ensayo de compresión simple, los esfuerzos están aplicados de forma axial a la muestra, ya que en este tipo de ensayo solo se obtiene la cohesión.
Factores de Compresión en la Consolidación
Los ensayos de cimentaciones, edificaciones y otras construcciones provocan deformación de las partículas, la reducción del agua y aire atrapado, y el reacomodo de partículas.
Esfuerzo de Preconsolidación (G’c)
El esfuerzo de preconsolidación o presión de preconsolidación (G’c) de un suelo es la presión efectiva máxima que el suelo ha tenido en el pasado.
Esfuerzos en el Ensayo Triaxial
En el ensayo triaxial, una muestra de suelo se somete a los siguientes esfuerzos:
- Esfuerzo axial
- Esfuerzo cortante
- Presión de confinamiento
Proceso del Ensayo Consolidado No Drenado
En un ensayo consolidado no drenado, la muestra de suelo se somete al siguiente proceso:
- La muestra saturada es consolidada por una presión de confinamiento a su alrededor.
- Posteriormente se lleva al drenaje del líquido.
- Posteriormente, la presión de confinamiento es disipada y, consecuentemente, se lleva la muestra a la falla por cortante.
Ensayo con Velocidad de Carga Mayor a la Velocidad de Drenaje
Un ensayo en el que la velocidad de carga aplicada es más rápida que la velocidad de drenaje del suelo es un ensayo Triaxial no consolidado no drenado.
Parámetros No Obtenidos en Ensayo de Corte Directo sin Drenaje ni Consolidación
En un ensayo de corte directo sin drenaje ni consolidación, no se obtiene la presión de poros.
Ensayo con Plano de Falla Obligado
El ensayo que genera un plano de falla obligado es el ensayo de corte directo.
Definición de Consolidación
La consolidación es el proceso de hacer que el suelo adquiera firmeza o solidez.
Ensayo de Corte Directo
El ensayo de corte directo tiene mayor costo que el de compresión simple y nos muestra datos más reales. Se lo realiza en un equipo denominado «casa grande», donde se necesitan 3 muestras del mismo suelo, las cuales van a estar sometidas a dos esfuerzos: uno axial y otro de corte.
Asentamiento por Consolidación Secundaria
El asentamiento por consolidación secundaria se observa y se da en suelos finos por efectos del ajuste plástico.
Criterio de Rotura de Mohr-Coulomb
En suelos arcillosos, el esfuerzo cortante está en función de la cohesión y el ángulo alfa de fricción es despreciable.
Utilidad de la Cohesión y el Ángulo de Fricción en el Ensayo de Corte Directo
La cohesión y el ángulo de fricción obtenidos en un ensayo de corte directo sirven para determinar los parámetros mecánicos del material, la resistencia al cortante de la muestra y la capacidad de carga del material.
Resistencia al Cortante en Suelos Saturados vs. Parcialmente Saturados
La resistencia al cortante no es igual en suelos saturados y parcialmente saturados. En suelos saturados, la cohesión se da en forma aparente y existe tensión capilar en el suelo.
Ensayo Consolidado – No Drenado
En el ensayo consolidado – no drenado, la muestra de suelo saturado primero es consolidada por una presión del fluido que resulta en el drenaje. Después de que la presión de poros generada por la aplicación de presión de confinamiento se disipe completamente, es decir, se incrementa el esfuerzo en la muestra para provocar la falla. A diferencia del ensayo no consolidado – no drenado, los esfuerzos principales totales y efectivos no son los mismos.
Ensayo No Consolidado – No Drenado
El ensayo no consolidado – no drenado se lleva a cabo en muestras de arcilla y depende de un concepto de resistencia para suelos cohesivos saturados. En la aplicación de la presión de cámara no está permitido el drenaje de la muestra. La muestra falla por el esfuerzo desviador.
Depósito Lacustre
Un depósito lacustre es el material acumulado en las orillas de lagunas, lagos y ríos, donde está confinado por material orgánico o material rocoso que ha sido arrastrado desde la montaña hacia el depósito lacustre.
Requisitos para el Uso de Cimentación Profunda
Se debe utilizar una cimentación profunda cuando:
- El suelo que se va a cimentar es malo (arcilla expansiva).
- El nivel freático es muy alto en relación con la altura de la cimentación.
- La profundidad de cimentación sobrepasa la altura que se requiere para una cimentación superficial, es decir, 3 a 4 m de profundidad.
Resistencia al Cizallamiento
Incorrecto: La resistencia al cizallamiento de una muestra está en función del aumento de la presión de poros.
Parámetros de Cohesión y Ángulo de Fricción en el Ensayo de Corte Directo
Incorrecto: En un ensayo de corte directo, la cohesión y el ángulo de fricción sirven para determinar los parámetros elásticos del material.
Esfuerzo de Confinamiento Lateral en el Ensayo de Compresión Simple
En un ensayo de compresión simple, el esfuerzo de confinamiento lateral (G’) es igual a cero.
Permeabilidad de los Suelos
La permeabilidad es la capacidad de un suelo para permitir el paso del agua sin que dicho tránsito altere la estructura interna del suelo. Dicha propiedad se determina mediante la imposición de un gradiente hidráulico en una sección del cuerpo y a lo largo de una trayectoria determinada. Se puede evaluar mediante un ensayo de granulometría.
Drenaje, Asentamiento y Consolidación en Suelos Arenosos Altamente Permeables
En suelos arenosos altamente permeables:
- Existe un rápido drenaje.
- Se produce un mayor asentamiento.
- El esfuerzo cortante es menor porque los espacios vacíos están llenos de agua, es decir, solo constan de dos fases: sólida y líquida.
- El esfuerzo efectivo es igual al esfuerzo total de la muestra de suelo por expulsión de agua.