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.
Módulo de Young
El módulo de elasticidad del suelo, también se conoce como módulo del suelo o el módulo de Young, es una característica del suelo que mide cuánto se puede estirar o exprimir y se debe tomar en cuenta, sobre todo en proyectos de construcción, ingeniería y paisajismo. Varios factores influyen en módulos de suelo y diferentes tipos de suelo presentan diferentes módulos.
La ley de elasticidad de Hooke o ley de Hooke, originalmente formulada para casos del estiramiento longitudinal, establece que el alargamiento unitario (ε) que experimenta un material elástico es directamente proporcional a la fuerza aplicada F:
Siendo δ el alargamiento, L la longitud original, E el módulo de Young y A la sección transversal de la pieza estirada. La ley se aplica a materiales elásticos hasta un límite, el denominado límite elástico. Más allá de la tensión a la cual corresponde dicho límite (punto A del siguiente gráfico) deja de cumplirse el criterio de proporcionalidad lineal entre la presión ejercida y la consecuente deformación.
Para muchas situaciones de proyecto es habitual limitar las solicitaciones a las que se ve sometido el terreno al campo elástico, dado que bajo esta premisa la predictibilidad del comportamiento del terreno requiere de un conocimiento relativamente simple del mismo. Por lo general, esta condición se cumple en suelos granulares sometidos a tensiones moderadas, y para suelos coherentes en los que no se supere la tensión de sobreconsolidación
En suelos coherentes en los que las tensiones aplicadas superan dicho umbral, las deformaciones deben ser descritas en el campo plástico, para lo cual se adopta en la mayoría de los casos el modelo de la consolidación.
Ecuaciones de Constantes Elásticas de Deformación del Suelo
Módulo de Young: (con ԑ ≥0). Se obtiene de los ensayos de compresión simple y puede definirse de dos formas distintas: módulo tangente o módulo secante (E50).
Módulo edométrico: (con ԑ1 =0). Se obtiene de los ensayos edométricos
Módulo de rigidez o de Corte
Módulo de Poisson
Factores que influencian el módulo del suelo
Suelo con partículas estrechamente empaquetadas tiende a tener un módulo más alto. Esto puede determinarse mirando la densidad o porosidad seca del suelo. Sin embargo, dos muestras de suelo pueden tener la misma densidad en seco pero diferentes estructuras, como suelta o densa, y por lo tanto tienen diferentes módulos. El contenido de agua también afecta a los módulos. A bajos contenidos de agua el agua une las partículas, aumenta el estrés y la succión entre las partículas y da lugar a un alto módulo de suelo. Esto es especialmente evidente cuando se considera la rigidez de arcilla seca. Sin embargo, esto no es cierto para los suelos de grano grueso. Si el contenido de agua se eleva demasiado, las partículas son empujadas aparte y el módulo se reduce. Si el suelo ha sido sometido a un estiramiento en el pasado, tendrá un impacto en el módulo. Un suelo consolidado tendrá generalmente un módulo más alto que en el mismo suelo normalmente consolidado. Los suelos pueden ver cementación, o un efecto de cola, entre las partículas de cualquiera de bajo contenido de agua o la cementación química desarrollada en los contactos. Esta cementación conduce a un aumento en el módulo.
Ejemplos de aplicación
El módulo del suelo es útil para una variedad de aplicaciones dentro de la ingeniería geotécnica incluyendo cimentaciones superficiales, cimentaciones profundas y estabilidad de taludes y estructuras de contención. Con pendientes diseñadas adecuadamente y estructuras de retención, el módulo tiende a ser más alto que en la ingeniería de la fundación debido a los niveles más bajos de tensión.
COEFICIENTE DE BALASTO
Otro parámetro de importancia en la medición de la deformación del suelo es el “Coeficiente de Balasto” o “Módulo de Reacción” también conocido como “Coeficiente de Sulzberger” que fue inicialmente muy estudiado por Terzaghi.
Este parámetro que generalmente se lo identifica con la letra “k”, asocia la tensión transmitida por una placa rígida al terreno “q”, con la deformación experimentada por la masa de suelo “y”.
El conocimiento de este parámetro permite resolver muchos problemas de fundaciones reemplazando la interfase suelo estructura por resortes cuya constante elástica toma el valor de “k”
Los valores del coeficiente de balasto unitarios “k” es decir para una placa normalizada, pueden ser estimados en forma aproximada a partir de la extensa bibliografía existente.
En el libro “Geotecnia y Cimientos III Primera Parte” de Jimenez Salas y otros, se dan por ejemplo los siguientes valores orientativos:
Arcillas blandas 0,60 a 1,30 kg/cm³
Arcillas medianamente compactas 1,30 a 4,00 kg/cm³
Arcillas compactas: 4,00 a 8,00 kg/cm³
Arcillas duras: 8,00 a 21,00 kg/cm³
Arcillas arenosa dura: 21,00 a 44,00 kg/cm³
Arenas seca o húmeda suelta: 1,20 a 3,60 kg/cm³
Arena seca húmeda medianamente densa: 3,60 a 12,00 kg/cm³
Arena seca o húmeda densa: 12,00 a 24,00 kg/cm³
Grava fina con arena fina: 8,00 a 10,00 kg/cm³
Grava media con arena fina: 10,00 a 12,00 kg/cm³
Grava media con arena gruesa: 12,00 a 15,00 kg/cm³
Grava gruesa con arena gruesa: 15,00 a 20,00 kg/cm³
Grava gruesa firmemente estratificada: 20,00 a 40,00 kg/cm³
Fuente:http://www.fceia.unr.edu.ar/geologiaygeotecnia/Cap%C3%ADtulo%202_Parametrizacion%20de%20suelos.pdf. Capitulo1 Parametrización de suelos.
Para suelos granulares podemos también obtener el Coeficiente de balasto, a partir de los valores del Ensayo Normal de Penetración “N” (SPT).
Fuente:http://www.fceia.unr.edu.ar/geologiaygeotecnia/Cap%C3%ADtulo%202_Parametrizacion%20de%20suelos.pdf. Capitulo1 Parametrización de suelos.
Parámetros elásticos típicos de suelos.
Fuente: http://html.rincondelvago.com/geotecnia_3.html
Fuente: http://html.rincondelvago.com/geotecnia_3.html
Fuente: http://html.rincondelvago.com/geotecnia_3.html
Valores Aproximados de Coeficiente de Poisson para distintos tipos de suelos.
Fuente:http://www.fceia.unr.edu.ar/geologiaygeotecnia/Cap%C3%ADtulo%202_Parametrizacion%20de%20suelos.pdf. Capítulo 2_Parametrizacion de suelos.
Valores Orientativos de NSPT, resistencia a compresión simple y módulo de elasticidad de suelos.
(MN/m3)
Fuente: http://ingemecanica.com/tutoriales/geotecnia.html.
jueves, 11 de diciembre de 2014
PRINCIPALES PARÁMETROS PARA CARACTERIZAR LA DEFORMACIÓN DEL SUELO
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