De entre los procesos que tienen lugar en el horizonte del subsuelo sometido a cargas de la estructura, el que provoca un mayor número de daños en nuevas construcciones, o bien es necesario tener presente en mayor medida en estudios de rehabilitación, son los asientos.
Un asiento del terreno (o asentamiento, según dónde se lea) se define como una disminución de volumen del suelo, en un sentido predominantemente vertical y descendente, producto de la aplicación de una carga, las más de las veces de tipo axil.
asiento trampantojo 🙂 (visto en: diccionarqui.com)
Toda carga aplicada (por una cimentación) sobre el terreno provoca un asiento, a pesar de que la magnitud del mismo pueda ser tan pequeña que se tome como nula, inexistente o inapreciable.
Nota: denominaremos aquí «asiento» al efecto de la deformación del terreno, y «asentamiento» al proceso que comporta la misma.
Hay tres procesos que permiten explicar la reacción de un suelo frente a una carga: la deformación elástica, la consolidación y la consolidación secundaria o creep.
Se entiende por deformación elástica al cambio de volumen (o disminución de espesor de un estrato, si se aproxima al problema estudiándolo en «dos dimensiones») que sigue una ley asimilable a un modelo elástico, es decir, en el que se puede establecer una relación lineal de proporcionalidad entre la tensión aplicada y la deformación resultante, relacionadas ambas por un módulo de deformación axil (módulo de Young) y un coeficiente de deformación transversal o diametral (coeficiente de Poisson). El proceso puede describirse bajo los parámetros de la ley de Hooke:
ámbito del campo elástico respecto a otros estadios en el diagrama tensión / deformación
A partir de esta aproximación teórica puede estudiarse de forma razonablemente adecuada el asentamiento de los suelos en los que el proceso de carga (por una cimentación) no implica una modificación sustancial de las presiones intersticiales, es decir, de suelos que rápidamente drenan el aumento de presión intersticial que sufre el agua que ocupa (total o parcialmente) sus poros. Éste es el caso de los suelos granulares (arenas y gravas) en los que la deformación elástica es producto de una reordenación rápida de la estructura del terreno, acompañada de una liberación rápida de las tensiones intersticiales (drenaje).
También puede estimarse de forma correcta la deformabilidad de suelos coherentes a partir del modelo elástico cuando éstos presentan una consistencia media a dura (arcillas rígidas) y la tensión que induce la cimentación sobre las mismas se encuentra ampliamente por debajo de su resistencia a compresión simple (un valor que suele estar cerca de la tensión de preconsolidación de la arcilla en cuestión). En este contexto de tensiones, las deformaciones diferidas por consolidación (tratadas posteriormente) suelen ser mucho menos relevantes que la deformación elástica, y suele considerarse que el asentamiento elástico es casi inmediato i consecuente a la aplicación de la carga.
En este caso, el producto del asentamiento del terreno acostumbra a ser denominado asiento elástico o inmediato.
La figura siguiente presenta un diagrama típico tensión – deformación para suelos cohesivos (en sentido amplio, arcillas, en sentido estricto, lo bastante poco permeables) en la que el asentamiento se estudia a partir de la disminución del índice de poros (el cual es decreciente respecto al incremento de la tensión). El tramo indicado por el recuadro rojo indica el campo de tensiones previo a la tensión de preconsolidación, en el que la relación entre tensión y deformación está próxima al modelo elástico. Más allá del punto que indica la tensión de preconsolidación (donde se produce la inflexión de la línea) las deformaciones inducidas y el incremento de tensiones no guardan una relación lineal de proporcionalidad, sino que se ajustan al modelo de la ley de la consolidación.
Diagrama tensión / deformación típico para el modelo de consolidación (suelos cohesivos, arcillas en sentido amplio). Fuente: Guía de Cimentaciones en Obras de Carretera. Ministerio de Fomento
Cuando el suelo es de tipo arcilloso, y la tensión que se aplica por el cimiento se sitúa cerca del valor de la tensión de preconsolidación (o la supera), la deformación alcanzada en un momento determinado es función de la capacidad que tiene el suelo al expulsar el agua intersticial que incrementa su presión por efecto de la sobrecarga, y equilibrar el incremento de tensión hidrostática que se produce en los poros del material. La relación entre la tensión aplicada y la deformación producida deja de seguir, en este proceso, una analogía lineal, asimilándose en mejor medida a una logarítmica. Nótese que la escala horizontal de la figura anterior representa la tensión en incrementos logarítmicos. Los parámetros del suelo empleados de forma más usual, y que en ese caso definen la relación entre la tensión aplicada y la deformación, son el índice de compresión y el coeficiente de compresión.
En este segundo caso, la deformación del terreno recibe el nombre de asiento por consolidación.
Al contrario que los asentamientos elásticos, los asentamientos por consolidación tienen una duración que (según sea la magnitud de la carga, la permeabilidad del terreno, y el grosor del estrato arcilloso) se prolonga en el tiempo entre 1-2 años y hasta a 10 años (un rango considerado en la práctica habitual del diseño geotécnico), un período más allá del cual se desestima – habitualmente – la persistencia del proceso.
Asiento versus tiempo: Si: asiento incial / elástico – Sc: asiento por consolidación – Ss: asiento por consolidación secundaria. S = Si + Sc + Ss. Fuente: DB SE-C, CTE.
Una vez estabilizado el asiento elástico y el de consolidación, la carga aplicada sigue, todavía, provocando una cierta deformación, que puede prolongarse bastante en el tiempo; éste es el llamado asiento por consolidación secundaria, que es producto de una reordenación lenta de la estructura del terreno a nivel de partículas (asimilable a un proceso de deformación tipo fluencia o creep).
Es poco habitual entrar (en proyectos convencionales) en el estudio de la magnitud que alcanza el asentamiento por consolidación secundaria, asumiendo de forma usual que su valor representa un 10 – 20% del valor de asiento total calculado (elástico y por consolidación), sumándose a la previsión de asientos obtenida en el cálculo de diseño de la cimentación.
