EXPLORANDO LA IMPORTANCIA DE LA MEDICIÓN DE LA SUCCIÓN DEL SUELO EN EL DISEÑO DE CIMENTACIONES

Analizar el efecto de las variables atmosféricas y la respuesta hidráulica del suelo contribuye a entender la fenomenología del comportamiento de los suelos parcialmente saturados, el grado de saturación es un parámetro clave que afecta la resistencia, la compresibilidad, la permeabilidad y el comportamiento volumétrico de los suelos no saturados en geotecnia. Comprender cómo cambia el grado de saturación bajo diferentes condiciones de carga y drenaje es esencial para el diseño y la construcción de obras civiles, así como para la evaluación de la estabilidad y el rendimiento de estructuras en suelos no saturados.

Otra condición importante que tiene que ser considerada para el estudio de suelos parcialmente saturados es su condición trifásica (agua, aire y suelo). La saturación constituye la situación crítica para una diversidad de obras (Alfaro, 2008) y simplifica los modelos para explicar el comportamiento de suelos desde el punto de vista de un sistema bifásico. Sin embargo, el fenómeno de agrietamiento se presenta sobre suelos no saturados, en los que los cambios en la transferencia de agua y energía entre la atmósfera y el suelo a través de la superficie son claves para la comprensión del proceso de agrietamiento.

A diferencia de los suelos saturados, cuya caracterización de esfuerzos a los que el suelo se encuentra sometido es dada por el principio de esfuerzos efectivos (dos fases: sólido y agua, o sólido y aire), los suelos no saturados, están compuestos por tres fases y por tanto son necesarias nuevas formulaciones para el concepto de esfuerzos efectivos. Las diferencias de presiones de estas fases dan origen a los efectos de succión debido a fuerzas de atracción entre las partículas.

Los fenómenos más característicos del comportamiento del suelo no saturado se relacionan con sus deformaciones volumétricas al modificar el grado de saturación, estas deformaciones volumétricas están relacionadas con el aumento o disminución de la succión del suelo. La succión puede ser muy útil para evaluar la calidad de las muestras, estimar el esfuerzo efectivo in situ y aplicaciones realistas de mecánica de suelos no saturados. El término succión o potencial de agua (o energía libre del agua en el suelo) designa a la integrante del estado de esfuerzos que tiene en cuenta aquellos efectos de superficie capaces de retener agua dentro de la estructura del suelo, sin su participación resulta imposible definir el estado de esfuerzos y entender la respuesta deformacional de un suelo parcialmente saturado (Barrera 2002).

Al valor de la succión expresado en función de la humedad relativa (HR=uv/uv0) de acuerdo con la ecuación 2 se lo denomina succión total (Ψ), esta ecuación representa la ley psicométrica que vincula la succión o energía libre del suelo con la presión parcial de vapor de agua de acuerdo con Fredlund & Rahadjo, (1993) y se asume que está formada por dos componentes fundamentales: la succión matricial, que es la diferencia entre presión de aire de poros y presión de agua de poros, este valor depende de la tensión superficial del agua y el radio de curvatura de los meniscos formados en los poros del suelo, y la succión osmótica, que representa el efecto de cambio de humedad relativa provocado por la composición química del agua (Aitchison, 1965).

Las relaciones succión vs humedad, son de importancia para la caracterización de suelos no saturados. La representación gráfica de dicha relación es denominada curva de retención del agua en el suelo (Alfaro, 2008) y sus valores dependen, de manera general, en la granulometría de los poros, la magnitud y composición mineralógica de la fracción fina del suelo. Según Fredlund et al. (1994), la curva de retención del agua en el suelo puede ser definida como la variación de la succión con la capacidad de retención del agua en los macros y micro poros del suelo. Los valores corresponden al tipo de suelo, con una determinada densidad, y la naturaleza de esa relación está directamente asociada a la granulometría y mineralogía del suelo.

Las técnicas para medir la succión se pueden clasificar de manera general de acuerdo con Barrera (2002) en métodos directos e indirectos. Los primeros miden la humedad relativa del aire en el suelo (relacionada con la transferencia de vapor y la succión total), así como la tensión de la fase líquida (relacionada con la succión matricial). Los indirectos hacen uso de diferentes fenómenos físicos asociados al contenido de humedad de un medio poroso en contacto o no con el suelo, como la variación de su masa (método de papel filtro), de la resistividad/conductividad eléctrica (higrómetros resistivos), de la capacidad (higrómetros capacitivos), de la conductividad térmica (sensores de conductividad térmica) y de la constante dieléctrica (sensores TDR).

La medición de la succión del suelo es una parte fundamental de la geotecnia y desempeña un papel importante en varios aspectos de la ingeniería civil y la construcción. La succión del suelo se refiere a la capacidad del suelo para retener agua y, por lo tanto, su influencia en la resistencia y el comportamiento del suelo. Aquí hay algunas razones por las cuales la medición de la succión del suelo es importante en geotecnia: