Compactación del suelo

La compactación del suelo es una distorsión vertical debida a la aplicación de fuerzas externas como terraplenes, cimentaciones o su propio peso. No se debe confundir con la compactación del suelo (también llamado suelo compactación) que puede aparecer con motivo de fenómenos naturales (lluvias intensas en vencer suelos ), o ser de origen humano (sobre-pisoteo, el paso de la maquinaria agrícola).

Los asentamientos pueden ser uniformes o diferentes de un punto a otro dependiendo de la naturaleza del suelo en el lugar. En suelos insaturados, los asentamientos son casi instantáneos, pero en suelos saturados, pueden extenderse durante unos segundos en suelos arenosos-gravosos, hasta varias décadas en arcillas poco permeables. Para verificar la conformidad de las estructuras con respecto a las condiciones de seguridad y servicio, se debe realizar un cálculo de asentamiento.

Consecuencias en las estructuras

Asentamientos uniformes

Los asentamientos distribuidos uniformemente tienen poco efecto en la estructura; sin embargo, los movimientos resultantes pueden dañar servicios y accesorios como tuberías de agua y pasajes subterráneos.

Asentamientos diferenciales

El asentamiento diferencial es un movimiento de suelo hundido que no es uniforme. Por tanto, puede provocar dislocaciones de la mampostería como la aparición de grietas. Es un factor grave de desorden que la mayoría de las veces es irremediable.

Incluso cuando el subsuelo es bastante uniforme, las diferentes cargas unitarias sobre los cimientos pueden causar un asentamiento diferencial muy grande.

Causas

Entre las causas de los asentamientos se encuentran:

La desecación de las capas superficiales: Los períodos de sequía hacen que el agua presente de forma natural en el suelo se evapore, provocando, en algunos casos, una reducción de su volumen. Esta reducción nunca es uniforme y ello por diversos motivos como: la heterogeneidad de la base de las cimentaciones, las diferencias de luz solar en función de las fachadas del edificio, la presencia de terrazas o estructuras auxiliares, etc. El fenómeno de la desecación hace que el suelo se contraiga debajo de la base del edificio, lo que se manifiesta en desórdenes más o menos significativos.
Desórdenes similares pueden ser causados por la presencia en las inmediaciones del edificio de árboles cuyas raíces bombean agua hasta los cimientos, o por variaciones en el nivel del nivel freático si es necesario.
En muchos casos, el efecto de estos diferentes factores se manifiesta durante largos períodos de tiempo, lo que dificulta la determinación de las causas reales.
Limpieza del suelo de cimentación tras la rotura de redes enterradas.
La adición de líquidos a las áreas en las inmediaciones del edificio también actúa sobre el lecho de las cimentaciones, el suelo se satura y pierde gran parte de su resistencia mecánica: la absorción de cargas deja de ser uniforme y conduce a asentamientos diferenciales .
Cimentaciones inadecuadas: La relación inadecuada entre la presión ejercida sobre el lecho rocoso y la capacidad portante del suelo es una causa frecuente de asentamiento estructural. La presencia de suelos comprimibles o subconsolidados también es causa de graves trastornos. Los asentamientos no son inmediatos y se producen lentamente bajo el efecto del descenso de carga del edificio. La estabilización del asentamiento puede llevar muchos años o incluso décadas para suelos orgánicos comprimibles.
Terraplenes : Los terrenos que han sido alterados o recuperados pierden su capacidad de carga; los asentamientos diferenciales resultantes pueden provocar perturbaciones importantes a medio o largo plazo.
Muchas otras causas pueden dar lugar a daños en los edificios como deslizamientos y deslizamientos de tierra, modificación de los niveles de agua debido, por ejemplo, a la construcción de estructuras vecinas, desagües, extracción de aguas subterráneas, etc., la coexistencia de modos de cimentaciones diferentes, caso de un edificio en sótano y una extensión en un espacio de rastreo,
La ausencia de cimientos, el caso de algunos edificios antiguos.
La sobrecarga de relleno en el borde de un edificio, caso de una planta baja elevada donde se crea un terraplén para sostener una terraza.
Las vibraciones producidas por el tráfico rodado o por las máquinas.
La heterogeneidad del nivel de consolidación de las distintas plantas que constituyen la base de un mismo edificio.

Asentamiento por contracción-hinchazón

La contracción por desecación de los suelos arcillosos durante una sequía pronunciada y / o duradera produce deformaciones de la superficie del suelo (asentamientos diferenciales). Puede ser seguido por fenómenos de hinchamiento a medida que se restablecen las condiciones hidrogeológicas iniciales o, más raramente, por fenómenos de fluencia con ablandamiento.

La naturaleza del suelo es un elemento predominante: los suelos arcillosos son a priori sensibles, pero en realidad solo determinados tipos de arcillas dan lugar a variaciones importantes de volumen. La presencia de árboles o arbustos en las proximidades de los edificios constituye un agravante por la absorción de agua del suelo por las raíces.

Una sequía duradera, o simplemente la sucesión de varios años sin agua, son necesarios para que aparezcan estos fenómenos.

Asentamientos de suelos gruesos

En suelos de grano grueso, el asentamiento debido a las cargas de estructuras o edificios es un fenómeno rápido, incluso casi inmediato. De hecho, las reordenaciones entre los granos del suelo tienen lugar tan pronto como se aplican las cargas. Los asentamientos así obtenidos se consideran generalmente un comportamiento cuasi-elástico.

Asentamiento de suelos finos

Por otro lado, las mismas cargas aplicadas a suelos cohesivos de grano fino y saturados (arcillas, limos, etc.) provocarán asentamientos a largo plazo. De hecho, el agua presente en el material tardará mucho en evacuarse. Primero sufrirá un fenómeno de sobrepresión antes de evacuar a través de los poros del suelo y permitir que la estructura del suelo se deforme. Estos asentamientos a largo plazo de suelos cohesivos bajo cargas constantes se denominan asentamientos de “consolidación”. Los suelos finos tienen baja permeabilidad, por lo que la liberación de presiones intersticiales es un proceso muy lento, que puede extenderse por un tiempo relativamente largo dependiendo de la distancia a recorrer. Por ejemplo, un suelo compuesto por 10 m de arcilla saturada tardará unos 30 años en asentarse bajo una sobrecarga.

Cálculos de liquidación

Asentamientos primarios

El asentamiento total de un suelo se descompone en asentamiento primario y asentamiento secundario. La liquidación primaria tiene dos componentes, liquidación inmediata y liquidación diferida asociada con la consolidación. De ahí la fórmula global:

{\ Displaystyle S _ {\ mathrm {t}} = S _ {\ mathrm {p}} + S _ {\ mathrm {s}} = S _ {\ mathrm {i}} + S _ {\ mathrm {c }} + S_ {\ mathrm {s}}}

Por definición, el asentamiento inmediato es independiente del tiempo, mientras que los asentamientos de consolidación y los asentamientos secundarios son funciones del tiempo. En general, el asentamiento inmediato se evalúa con base en la teoría de la elasticidad. El asentamiento de consolidación se produce en suelos de grano fino y bajo coeficiente de permeabilidad. La tasa de asentamiento depende de la tasa de evacuación del agua intersticial, es decir, la permeabilidad. En estas condiciones, la liquidación por consolidación puede durar meses, años o incluso décadas. El asentamiento secundario ocurre con un esfuerzo efectivo constante, sin variación de la presión de poro, luego se define como un fenómeno de fluencia del suelo. Se puede realizar un cálculo global del asentamiento considerando la variación en las características mecánicas del suelo en función del estado de tensión. Para un elemento de volumen paralelepipédico, de altura , el asentamiento infinitesimal bajo el esfuerzo vertical aplicado está dado por: $\ mathrm {d} z$ $\ sigma _ {z}$

{\ Displaystyle \ mathrm {d} s = {\ frac {\ sigma _ {z} \, \ mathrm {d} s} {E '}}}

donde es una característica mecánica del material llamada módulo edométrico , que depende tanto de la profundidad como de la tensión . En un punto de profundidad dado , el asentamiento es por tanto: $E '$ $z$ $\ sigma _ {z}$ $z_0$

{\ Displaystyle S (z_ {0}) = \ int _ {z_ {0}} ^ {\ varpi} {\ frac {\ sigma _ {z} (z)} {E '(z)}} \ mathrm { d} z}

Para un suelo formado por una sola capa de pequeño espesor igual a , se puede suponer que el módulo edométrico es constante y que la distribución de la tensión vertical es lineal. En estas condiciones, el asentamiento de la capa viene dado por: ${\ Displaystyle 2 \, h}$ $E '$ $\ sigma _ {z}$

{\ Displaystyle S = {\ frac {h \, (\ sigma _ {z1} + \ sigma _ {z2})} {E '}}}

donde es la tensión vertical debida a la sobrecarga en la superficie de la capa y la tensión vertical debida a la sobrecarga en la base de la capa. En el caso general de una masa multicapa o de una sola capa de gran espesor, el cálculo práctico de los asentamientos se realiza de tal manera que se pueda admitir para cada capa una distribución lineal de y un módulo oométrico constante. Finalmente, el asentamiento global es la suma de los asentamientos de todos los estratos. ${\ Displaystyle \ sigma _ {z1}}$ ${\ Displaystyle \ sigma _ {z2}}$ $\ sigma _ {z}$ $E '$

Liquidaciones instantáneas

En medios saturados, se puede suponer que este asentamiento ocurre a volumen constante. Se puede calcular en base a las fórmulas de Boussinesq. Por ejemplo, en la vecindad de una suela flexible cargada uniformemente, el asentamiento viene dado por:

${\ Displaystyle S_ {i} = qB {\ frac {1- \ nu ^ {2}} {E}} I}$

En el que tomaremos . B es la dimensión característica de la suela. El coeficiente de influencia depende de la forma de la suela y la posición del punto de cálculo. ${\ Displaystyle \ nu = 0.5}$ $I$

Formas de suela	Dimensiones	Coeficiente de influencia
Formas de suela	Dimensiones	Centrar	Esquina	Promedio
Cuadrado	-	1.12	0,56	0,95
rectangular	L / B = 2	1,53	0,77	1.3
	L / B = 3	1,78	0,89	1,52
	L / B = 5	2.10	1.05	1,83
	L / B = 10	2,58	1,29	2,25
Circular	-	1.0	0,64	0,85

Referencias