Suelos metaestables: suelos expansivos y colapsables (1)

7: Suelos metaestables: suelos expansivos y colapsables

7.1. Introducción

Se denominan con el apelativo de metaestables a los suelos que son susceptibles de manifestar una variación en su estado de tensiones o en su estructura (provocando una deformación) sin que para ello sea necesaria la aplicación de una fuerza externa. Las condiciones de contorno que varían, en tal caso, se asocian a la humedad del terreno, bien por pérdida o por incremento de la misma.

7.2. Suelos expansivos

Se considera expansivo un suelo que manifiesta, ante una modificación de su estado (de tensiones, de humedad, o ambos conjuntamente), un incremento de volumen (caso de que el estado de tensiones así lo permita) como consecuencia de la generación de una tensión vertical en el seno de su estructura interna (tensión llamada de hinchamiento.) Sigue leyendo

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Características químicas de los suelos y las aguas en el terreno. Agresividad.

6: Descriptores geotécnicos: características químicas

6.1.      Introducción

Como ya ha sido comentado en capítulos anteriores, un suelo es un agregado de partículas procedentes de la alteración de las rocas que conforman la zona externa de la corteza terrestre, y en su caso, de su transporte y sedimentación más allá de la zona en la que dichas rocas se haya degradado.

A la escala temporal que concierne a las obras de ingeniería y arquitectura, las rocas presentan en términos generales una estabilidad química notable, y salvo algunas excepciones, puede afirmarse que sus compuestos minerales difícilmente interaccionan con los materiales que forman dichas obras, por lo que es adecuado estimar de igual forma que se trata de un elemento inerte.

En el caso de los suelos puede no ocurrir otro tanto. Algunas de las fases minerales que forman parte de los suelos no manifiestan reactividad química (el silicio, el carbonato cálcico o magnésico, las trazas de elementos metálicos), sin embargo otras son susceptibles de reaccionar tanto con los agentes externos (agua, aire) como con los materiales que forman parte de la construcción en contacto con el terreno (cemento, polímeros o materiales cerámicos por ejemplo.) Sigue leyendo

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Permeabilidad de los suelos: concepto y determinación (“in situ” y en laboratorio)

5: Permeabilidad de los suelos.

5.1. Concepto de permeabilidad.

Definimos permeabilidad como la capacidad de un cuerpo (en términos particulares, un suelo) para permitir en su seno el paso de un fluido (en términos particulares, el agua) sin que dicho tránsito altere la estructura interna del cuerpo. Dicha propiedad se determina objetivamente mediante la imposición de un gradiente hidráulico en una sección del cuerpo, y a lo largo de una trayectoria determinada.

El concepto permeabilidad puede recibir también las acepciones de conductividad o transmisividad hidráulica, dependiendo del contexto en el cual sea empleado.

La permeabilidad se cuantifica en base al coeficiente de permeabilidad, definido como la velocidad de traslación del agua en el seno del terreno y para un gradiente unitario. El coeficiente de permeabilidad puede ser expresado según la siguiente función: Sigue leyendo

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Deformación y asientos de los suelos (4): determinación de los parámetros deformacionales del suelo

4: Deformación y asientos en los suelos

4.4. Determinación de los parámetros deformacionales del suelo

4.4.1. Medios de obtención de los parámetros deformacionales del suelo

Al igual que se ha reseñado en el capítulo dedicado a la obtención de los parámetros característicos del terreno en relación a su resistencia al corte, para la obtención de los descriptores deformacionales del suelo se consideran dos grupos de procedimientos:

– Ensayos de laboratorio, consistentes en la reproducción de las condiciones de servicio del suelo en situación controlada y a pequeña escala (midiendo la respuesta directa del mismo ante una determinada solicitación) y de la cual se establece la relación directa entre tensiones y deformaciones.

– Ensayos “in situ”, consistentes en la evaluación cualitativa del parámetro en cuestión a partir de un ensayo que representa una analogía con el comportamiento del terreno previsto en la situación de servicio.

En el tema 5 se presentará una exposición detallada de las técnicas y métodos de ensayo “in situ”, mientras que en el capítulo 8 del presente tema se desarrollan de forma conveniente las cuestiones referidas a la correlación entre dichos ensayos y los descriptores del terreno. En el presente capítulo se abordan, pues, los ensayos de laboratorio que es posible realizar sobre muestras de calidad geotécnica adecuada.

Dado que no es factible la obtención de muestras presuntamente inalteradas de suelos de tipo granular (exentos de cohesión) mediante medios convencionales, los ensayos de laboratorio que se detallan a continuación hacen referencia exclusivamente a suelos coherentes. Sigue leyendo

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Deformación y asientos de los suelos (3): compresibilidad y consolidación

4: Deformación y asientos en los suelos

4.3. Compresibilidad y consolidación

Una vez finalizada la construcción, y por tanto, finalizados los incrementos de carga y los consecuentes asientos instantáneos, puede verificarse un ulterior progreso de las deformaciones del terreno.

Este proceso se relaciona con el drenaje del agua del terreno. Dicho drenaje es producto del incremento de la presión intersticial provocado por la carga aplicada (recordemos el capítulo 3.2 sobre la ley de las presiones efectivas.) La disipación de estas presiones intersticiales puede requerir de un plazo que variará de unos meses a unos años en suelos de permeabilidad baja (limos y arcillas), hasta que finalizado el mismo la totalidad de la carga sea asumida por el esqueleto sólido del suelo.

Se denomina consolidación al proceso de deformación lenta debida a la transmisión paulatina de la carga al esqueleto sólido, ligada a la disipación por drenaje de las presiones intersticiales. Sigue leyendo

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Deformación y asientos de los suelos (2): elasticidad y plasticidad

4: Deformación y asientos en los suelos

4.2. El modelo elástico

4.2.1. Introducción

Toda tensión induce una deformación.

Tal vez esta máxima de la mecánica de medios continuos se nos asemeje hoy una obviedad, pero no siempre ha sido así. En la antigüedad se consideraba que los sólidos eran indeformables (Euclides) al igual que los líquidos (Arquímedes). De hecho, las leyes de equilibrio del sólido se basan precisamente en asumir su no deformabilidad.

No es hasta el siglo XVII cuando, surgido el concepto de presión debido a Pascal, aparece el concepto de deformación de un cuerpo sólido. Robert Hooke (1635-1703) científico pluridisciplinar y uno de los fundadores de la Royal Society de Londres, postuló los fundamentos de la mecánica de los sólidos deformables cuando, siendo solo un ayudante de Robert Boyle, estableció un modelo que relacionaba la tensión ejercida sobre un muelle y su deformación, y que puede extenderse a cualquier cuerpo considerado elástico. De hecho, el concepto elasticidad se aplica, en consecuencia, a los cuerpos para los que se verifica una relación de proporcionalidad directa, constante y lineal entre la tensión a que se les somete y la deformación que experimentan. Sigue leyendo

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Deformación y asientos de los suelos (1): clases de asiento

4: Deformación y asientos en los suelos

4.1: Introducción, tipos de asiento

La primera respuesta que cabe esperar del terreno ante una solicitación vertical por carga (debida a una cimentación, a la construcción de un terraplén, o un acopio de materiales) es la deformación del mismo. En un sentido amplio, a dicha deformación debida a carga se la denomina asiento. Para dicha deformación se asume una correspondencia entre la magnitud de las cargas aplicadas y los asientos inducidos. Sigue leyendo

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Ensayos de laboratorio – resistencia de los suelos (3): ensayo triaxial

3: Resistencia al corte de los suelos

3.4: Ensayos de laboratorio

3.4.4. Ensayo triaxial

En las entradas anteriores se describieron los ensayos de rotura a compresión simple y de corte directo como medios que representan, mediante la analogía, el comportamiento del terreno “in situ”, trasladándolo al campo de la experimentación en laboratorio.

Una valoración tal vez más representativa de las condiciones reales en las que se produce la rotura en el terreno debería ser realizada mediante un ensayo de laboratorio que reprodujese la situación original de la muestra que se ensaya, considerando una presión lateral de confinamiento y una presión axil que corresponda, por ejemplo, a la carga ejercida por una cimentación. Sigue leyendo

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Ensayos de laboratorio – resistencia de los suelos (2): ensayo de corte directo

3: Resistencia al corte de los suelos

3.4: Ensayos de laboratorio

3.4.3. Ensayo de corte directo

Si bien el ensayo de rotura mediante compresión simple facilita una aproximación directa a la estimación de la resistencia del terreno (en el caso de que el mismo permita la confección de probetas que puedan ser ensayadas sin presión de confinamiento), el valor único que se obtiene del mismo no hace posible discriminar de forma independiente la contribución de las componentes resistentes que usualmente se consideran para el suelo: cohesión y rozamiento interno. Con la finalidad de superar este inconveniente pueden ser realizados ensayos específicos que permiten evaluar los parámetros resistentes del suelo de forma más adecuada.

Los primeros ensayos de laboratorio dirigidos a la estimación directa de la resistencia al esfuerzo cortante de los suelos consistían en la rotura de una probeta inducida por un empuje (Ph) a favor de un plano horizontal predeterminado (x-x) ortogonal a una presión de confinamiento (vertical) variable, según el siguiente esquema: Sigue leyendo

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Ensayos de laboratorio – resistencia de los suelos (1): resistencia a compresión simple

3: Resistencia al corte de los suelos

3.4: Ensayos de laboratorio

3.4.1. Introducción

La estimación de los parámetros de resistencia al corte en suelos puede ser realizada bien mediante medida directa, llevada a cabo en ensayos sobre muestras de calidad y representatividad adecuada y bajo condiciones controladas (para lo cual son precisos medios que requieren de un laboratorio especializado), o bien mediante ensayos “in situ”, que permiten medir también directamente la resistencia del terreno, o alternativamente determinar un índice semicuantiativo que la experiencia asume como correlacionable con los parámetros geotécnicos fundamentales del suelo (en este caso los relacionados con la resistencia del mismo.) Sigue leyendo

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