Permeabilidad y Consolidación de Suelos
Permeabilidad (K):
Permeabilidad (K): los suelos tienen vacíos interconectados a través de los cuales el agua puede fluir de puntos de alta energía a puntos de baja energía.
Factores que afectan la permeabilidad
La permeabilidad de los suelos depende de varios factores, tales como: viscosidad del fluido, distribución del tamaño de los poros, distribución granulométrica, distribución de vacíos, rugosidad de las partículas, grado de saturación del suelo, etc.
Permeabilidad en suelos arcillosos
En suelos arcillosos: el componente mineralógico del material juega un papel muy importante en la permeabilidad, así como el espesor de la capa de agua adsorbida que envuelve la partícula arcillosa.
Determinación de la permeabilidad en el laboratorio
- Carga constante: en el cual el suministro de agua permanece constante durante toda la prueba.
- Permeámetro de carga variable: utilizado principalmente para suelos finos en donde se tiene una variación de la carba de agua.
Presión de poros
Presión de poros (
): es la fuerza que ejerce el agua atrapada entre las partículas de un suelo para tratar de salir.
Esfuerzo efectivo
Esfuerzo efectivo: Es conocer previamente que fracción de la masa del suelo paso por tales cargas que se transmiten y cual va a ser el efecto de dichas cargas sobre el agua atrapada. Es el resultado del cálculo del esfuerzo total menos la presión de poros:
Esfuerzo total
Esfuerzo efectivo
Consolidación
Consolidación: Es un incremento del esfuerzo provocado por la construcción de cimentaciones u otras cargas que comprime los estratos del suelo.
Tipos de asentamientos
- Asentamiento inmediato: este es causado por la deformación elástica del suelo, en suelos secos, húmedos y saturados, sin existir cambios en el contenido de agua del material. Los asentamientos que se obtienen son inmediatos y generalmente se calculan en base a la teoría de la elasticidad.
- Asentamiento por consolidación primaria: este se da por un cambio de volumen en suelos saturados cohesivos, debido a l expulsión de agua que ocupan los espacios vacíos.
- Asentamiento por consolidación secundaria: se observa en suelos saturados cohesivos y es el resultado del ajuste plástico de la estructura del suelo. Este sigue el asentamiento por consolidación primaria bajo un esfuerzo efectivo constante.
Consideraciones fundamentales sobre la consolidación
- Cuando un estrato de suelo saturado está sometido a un incremento de esfuerzos, la presión de poros del agua puede variar en función del tiempo, en el fenómeno de la consolidación se considera que aumenta.
- En los suelos que son altamente permeables el drenaje causado por un leve incremento en la presión de poros, se lleva a cabo de manera inmediata.
- Los suelos arcillosos tienen una baja permeabilidad por lo cual el asentamiento por consolidación secundaria puede existir con el tiempo.
Arcillas normalmente consolidadas y pre-consolidadas
Arcillas normalmente consolidadas: son aquellas donde la presión de sobrecarga efectiva presente, es la presión máxima a la cual el suelo fue sometido en el pasado.
Arcillas Pre-consolidadas: son aquellas donde la presión de sobrecarga efectiva presente, es menor a la que el suelo experimento en el pasado.
Método gráfico de Casa Grande para determinar la pre-consolidación
- Por observación visual, establezca un ponto (a) donde la grafica
tenga un radio de curvatura mínimo. - Dibuje una línea horizontal (ab)
- Dibuje la línea (ac) tangente en (a)
- Dibuje la línea (ad) que es bisectriz del Angulo (bac)
- Proyecte la recta (gh) de la grafica
hacia atrás para intersecar a la recta (ad) en el ponto (f), la abscisa del punto (f) es la presión de pre-consolidación
Esfuerzo de pre-consolidación 
.
Es la presión efectiva máxima que el suelo a tenido en el pasado, esta se calcula en el laboratorio
Cohesión
La cohesión del terreno es la cualidad por la cual las partículas del terreno se mantienen unidas en virtud de fuerzas internas, que dependen, entre otras cosas, del número de puntos de contacto que cada partícula tiene con sus vecinas. En consecuencia, la cohesión es mayor cuanto más finas son las partículas del terreno.
Ensayo de compresión simple: Es una prueba que se realiza aplicando un esfuerzo axial a una muestra de suelo, este tipo de ensayos se los puede realizar únicamente a suelos cohesivos que no expulsen agua durante la aplicación de carga, con este ensayo se logran obtener valores de la carga última del suelo, así como la cohesión que tiene el mismo.
Procedimiento: Se prepara el cilindro con dimesiones que el diámetro sea h/2 labrando la muestra y caso contrario se realiza el cilindro con material que pase el tamiz 40, luego de esto se pesa el cilindro, luego se coloca en el aparato de compresión y se empieza aplicar carga de tal manera que produza deformación axial y se registran valores de deformación y tiempo, se aplica carga hasta que empiece a decrecer o la deformación sea del 20%.
Ensayo de corte directo: Los resultados obtenidos de este ensayo deben asegurar que los esfuerzos de corte solicitantes son menores que la resistencia de la muestra de suelo.
Los resultados que se obtienen de este ensayo son la cohesión y el ángulo de fricción que define la resistencia del suelo granular.
Clasificación de los ensayos de corte directo
Ensayos no consolidados no drenados: El corte se inicia antes de que se inicie la consolidación de la muestra bajo la carga vertical.
Ensayo consolidado no drenado: Se aplica la carga vertical, se observa el movimiento vertical del derfomímetro hasta que pare el asentamiento antes de aplicar la fuerza horizontal.
Ensayo consolidado drenado: La fuerza vertical se aplica y se tarda la aplicación del corte hasta que se haya desarrollado todo el asentamiento, posterior a esto se aplica la fuerza horizontal tan lento como sea posible para evitar que se desarrollen presiones de poros en la muestra.
Ensayo triaxial: Sirve para obtener los parámetros de la resistencia a cortante de una muestra de suelo. En este ensayo se coloca un espécimen cilíndrico de suelo revestido con una membrana de látex dentro de una cámara a presión. En la parte superior e inferior de la muestra de suelo se colocan piedras porosas, las cuales de conectan al sistema de drenaje para saturar o drenar el espécimen.
En este ensayo es posible variar las presiones que actúan en tres direcciones ortogonales sobre la muestra de suelo, efectuando mediciones sobre sus características mecánicas. Las presiones laterales que se dan son usualmente generadas por un líquido que usualmente es agua.
Tipos de pruebas Triaxiales
- Prueba rápida – Prueba sin consolidación y sin drenaje (UU)
En este ensayo no se permite en ninguna etapa la consolidación de la muestra. En este ensayo no se permite en ninguna etapa la consolidación de la muestra. Este ensayo se realiza sobre muestras de suelo arcillosos, enmarcando la utilización de este ensayo para la resistencia de suelos cohesivos saturados.
- Prueba rápida – Prueba con consolidación y sin drenaje (CU)
Este tipo de ensayo se realiza generalmente con medición de la presión de poros para determinar la cohesión y el ángulo de fricción.
- Prueba lenta – Prueba con consolidación y con drenaje (CD)
La principal característica de este tipo de prueba es que los esfuerzos aplicados sobre el espécimen son efectivos. Este tipo de ensayos se utilizan principalmente en suelos granulares, sin embargo, se pueden aplicar a suelos finos, pero los ensayos requerirán tiempos prolongados.
Procedimiento
Se humedecen las piedras porosas y el papel filtro y se lubrica el interior y exterior de la membrana que contendrá a la muestra. Sobre la base de la muestra se coloca las piedras porosas, el papel filtro, la probeta y la tapa superior. Se extiende la membrana de caucho sobre la tapa y base de la muestra y se la sella con los anillos de caucho, se aplica un vacío hasta que todo aire sea expulsado y se ensambla la cámara triaxial. Se pone en contacto el pistón con la tapa de la muestra para permitir el asentamiento y la alineación del pistón con respecto a la tapa. Se llena la cámara triaxial con agua y se aplica presión de confinamiento hasta que el regulador llegue a la presión deseada. Se enceran los deformímetros y se empieza a dar carga axial, mismas que deben ser registradas, así como las deformaciones que se produzcan. Una vez terminado el ensayo debido a la falla de la muestra o a que se ha producido el 20% de la deformación axial, se apaga la máquina, se suelta la presión del equipo y se remueve la muestra.
CIMENTACIÓN
CIMENTACIÓN: son Elementos estructurales cuya misión es transmitir las cargas que llegan de la super-estructura al suelo.
Características que definen a las cimentaciones
1.- todas las cimentaciones tienes una base de contacto con el suelo.
2.- todas las cimentaciones unen la base de la misma con la superestructura mediante el fuste o plinto.
Para el uso de Cimentaciones profundas considerar los siguientes casos
1.- el estrato resistente se encuentra a profundidades apreciables.
2.- la potencia de los suelos no aptos para construir es grande.( suelos expansibles, colapsables, turbas)
3.- la existencia del nivel freático próximo a la superficie del terreno que dificulta la construcción.
4.- cuando exista la posibilidad de socavación del suelo de la base de la cimentación, debido a la acción erosiva de corrientes de agua o de mar.
5.- cuando la carga a transmitirse al suelo es extremadamente alta.
Clasificación de las cimentaciones superficiales
1.- por su forma de trabajo: en función del trabajo que van a desempeñar se tiene zapatas aisladas, combinadas, corridas y losas de cimentación.
2.- por fu forma: rectangulares, cuadradas, redondas, poliginales.
Clasificación de las cimentaciones profundas
Pilotes, pilas, cajones.
Los pilotes o pilas son estructuras que transmiten las cargas a grandes profundidades y pueden ser construidas de hormigón, madera o metal. La carga transmitida es distribuida a los cajones de cimentación.
CAPACIDAD DE CARGA DE LOS SUELOS
CAPACIDAD DE CARGA DE LOS SUELOS: es aquella presión que puede soportar un suelo, posterior a la cual se pueden generar asentamientos excesivos hasta la falla por cortante del suelo.
CONSIDERACIONES IMPORTANTES
1.- el daño que puede provocar en la estructura: estos asentamientos pueden generar daño estructural del elemento llegando incluso al colapso dela estructura.
2.- condiciones de servicio: estos asentamientos pueden intervenir con el normal servicio de la estructura construida. Ejm: deformaciones en marcos de las puertas, colapso de ventas.
3.- aspecto: la estructura puede presentar un aspecto completamente deteriorado, generando grietas e paredes interiores y exteriores, inclinación en toda la edificación.
Que es la presión de poros: es la fuerza que ejerce el agua atrapada entre partículas de un suelo para tratar de salir.
En un suelo cohesivo indique en función de que parámetros esta la resistencia al cortante.
Carga ultima, cohesión y contenido de humedad.
En función de que parámetros esta la resistencia al cizallamiento de una muestra.
Cohesión entre partículas, esfuerzo cortante, contenido de humedad, presión de poros.
Para que nos sirve determinar la resistencia al corte de un suelo.
Estabilidad de taludes, capacidad de carga de pilotes, capacidad de carga de cimentaciones superficiales, estimación de la presión lateral en estructuras de contención.
el asentamiento por consolidación secundaria se observa y se da por: en suelos finos y se da por efectos de ajuste plástico.
Arcilla presconsolidada: cuando la presión efectiva al momento del muestreo es menor a la que ha estado sometida en el pasado.