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El objetivo de este artículo es adquirir un conocimiento profundo del comportamiento de los suelos una vez que interaccionan con el agua. Lejos de los estados extremos, que apenas existen en la naturaleza, la interacción entre el terreno y el agua provenga de cualquiera de sus orígenes tiene los componentes de tensiones totales y efectivas; a largo plazo y a corto plazo, en condiciones drenadas o sin drenar, unos conceptos que a menudo se confunden. Su conocimiento es el objeto principal de este tema. Se describen los suelos semisaturados en el que se pueden encontrar los terrenos, para a continuación describir cómo se generan las tensiones que dan lugar a los empujes. El texto dedica un especial interés a la diferenciación de las tensiones efectivas y totales, tanto en lo que se refiere a su origen como a su comportamiento.
Suelos semisaturados
Todo lo relacionado con la mecánica del suelo se vuelve más complejo cuando se acerca a la realidad. En el suelo interactúan las partículas sólidas con otros elementos normalmente líquidos. Es por lo que la Mecánica del Suelo Tradicional tiene como objeto principal los suelos saturados. La complicación de los comportamientos de los terrenos aumenta en el momento en el que la rigidez y resistencia de los suelos parcialmente saturados se modifican. Esto en comparación con el suelo seco.
Los valores de parámetros que influyen en los empujes que se generan en el conjunto terreno-agua. Estos suelen alcanzar cotas mayores, por lo que es más conservador suponer que, en cualquier caso, los suelos pueden estar saturados. No obstante, como ocurre con el terreno sin la interacción del agua, el estudio del suelo saturado es también sencillo a la par que el que está totalmente seco. Así, teniendo mucha más incertidumbre en los momentos intermedios, obviamente casi el total de los casos reales. Los estudios de los suelos parcialmente saturados son, por tanto, los casos más probables. En la columna de cálculo o de influencia sobre cualquier estructura los niveles con presencia de agua se van alternando o son variables.
Esta variabilidad puede ir desde los casos de ascensión capilar en suelos de grano fino, donde alcanza hasta centenares de metros, hasta la influencia del nivel freático. Misma que no suele superar las pocas decenas de metros. Estas acciones contribuyen a que los suelos estén siempre con algún grado de saturación. Esto salvo que se trate de zonas con clima relativamente árido, en las que la evaporación en la superficie compense la aportación de agua por ascenso capilar.
Antecedentes de investigación
Los estudios relativos a los suelos saturados parcialmente se inician los años sesenta. Esto a raíz de la aparición de problemas de asentamiento y de movimientos relativos en cimentaciones de grandes estructuras. Fundamentalmente, estos problemas se originaban en suelos de orígenes diversos que sufrían cambios de volumen. Esto debido a cambios en el contenido de humedad, originando la formación de fisuras y grietas. Estas acciones en el terreno se trasmitían de un modo prácticamente automático a estructuras, capas de firmes, etcétera.
En general, esta detección de los problemas que están producidos por la aparición de variaciones en la presencia de agua en los suelos es el origen de muchos, por no decir de la amplia mayoría, de los problemas de la ingeniería geotécnica relacionados con esfuerzos, deformación y flujo. La presencia de esta saturación parcial se traduce directamente en problemas relacionados con deformación y corresponden, principalmente, a los cambios de volumen que se presentan en los suelos expansivos, suelos colapsibles, las grietas por desecación en arcillas y en suelos compactados.
De estos casos que son los más comunes en la realidad se tratará tanto en este tema como en los siguientes. Como se puede deducir, no tiene sentido hablar de problemas por saturación parcial de materiales rocosos, siendo prácticamente una casuística exclusiva de suelos.
Dentro de estos suelos existen algunas tipologías que proceden de formaciones que, por su composición o disposición, son más susceptibles de ser casos de estudio, por ejemplo, suelos expansivos y colapsibles, que se encuentran por encima del nivel freático, se presentan presiones de poros negativas y si el balance de entrada y salida de agua permanece constante, no se presentarán los problemas de expansión y colapso, pero en el caso en el que el contenido de humedad varíe, se generan cambios en las presiones de poros.
Compactación de los suelos
Dentro del comportamiento general de los suelos semisaturados, en la búsqueda de realizar una estabilización de los parámetros, se da una de las aplicaciones prácticas de mayor importancia, por lo extendida, como es la compactación de los suelos. Como consecuencia de la búsqueda de incrementar el peso específico de los suelos, se localizó la posibilidad de la utilización de medios mecánicos para ejecutar dicho incremento. Esta aplicación de métodos mecánicos consigue la consolidación de los suelos mediante un aumento gradual del peso específico. Todo ello bajo la acción natural de sobrecargas que buscan la expulsión del agua que interacciona con la parte sólida del terreno.
Esta acción de compactación provoca de un modo directo una disminución de volumen, con el consiguiente aumento del peso específico. De una forma concatenada, la consecución de estos objetivos de disminución del volumen y aumento del peso específico implica el aumento de resistencia y disminución de capacidad de deformación. Las distintas técnicas de compactación suelen aplicarse a rellenos artificiales, presas de materiales sueltos, diques, terraplenes para caminos y ferrocarriles, muelles, pavimentos, entre otros, en general y ligándolo con la explicación general que se ejecutaba anteriormente de los suelos semi saturados, a todos los elementos estructurales, tanto provisionales como definitivos, en los que la saturación esté aportando un grado de libertad extra en el comportamiento de estos.
Por lo tanto, la compactación es un proceso por el cual se disminuye el índice de poros de los suelos. Aparentemente, esto debería llevar aparejado un cambio en su contenido de humedad. Sin embargo, esto no es así, ya que esta compactación no varía este índice y de ahí vendría la diferencia con la desecación. Mismo que es un proceso que tiene otros objetivos diferentes y otros procedimientos que sí que ve alterada la humedad del terreno.
Agua en medio poroso
Tomando la compactación como uno de los procesos que mayor importancia tienen dentro de la influencia de la caracterización del suelo semisaturado, se dedica el estudio de los parámetros que mayor importancia tienen dentro de este tipo de terrenos. La compactación lo que provoca es que el peso específico del suelo aumente, se comentan otros parámetros de gran importancia. Esto dentro de los suelos semi saturados y cómo la presencia en el agua en cualquier tipo de terreno varía las mismas.
El agua, con carácter general, en su interacción dentro del terreno, ingresa al suelo por infiltración. Obviamente, no toda el agua se infiltra en el terreno, sino que mientras que parte se pierde como escorrentía en la superficie o por evaporación y transpiración a la atmósfera. Misma que penetra dentro del terreno comienza, en mayor o menor medida, dependiendo de la composición de los materiales y de su disposición a interaccionar. Así, alterando las propiedades generales del suelo. La importancia del agua en los parámetros tiene una mayor trascendencia en los suelos. Mismos con lo que los dos orígenes que se han comentado tienen una menor importancia.
Estructuración previa a la construcción
El adecuado proceso arquitectónico y de estructuración, durante muchos años, ha sido un tema de alto impacto en la sociedad actual. Esto ha generado que los profesionales que incursionen en este campo deban contar con un mayor conocimiento en cada una de las etapas del proceso. Así pues, el estudio inicial de este procedimiento resulta complejo, pero a su vez, uno de los más importantes, componiendo los pilares de la adecuada estructuración.
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