Capacidad portante del suelo y formas de aumentarla

Una consideración importante en los proyectos de construcción es la capacidad portante del suelo. Establece cuánto peso pueden soportar los edificios y otras estructuras sobre el suelo. Comprender esta noción es imprescindible para garantizar la estabilidad y seguridad de cualquier proyecto de construcción.

A menudo, el suelo natural carece de la capacidad portante necesaria para sostener las estructuras previstas. Esto puede provocar problemas como desplazamientos, asentamientos o incluso fallos estructurales. Afortunadamente, existen numerosas formas de aumentar la capacidad portante del suelo para que pueda utilizarse en la construcción.

La compactación, la adición de materiales estabilizadores y la aplicación de técnicas de refuerzo son formas habituales de aumentar la capacidad portante del suelo. Cada uno de estos métodos tiene sus ventajas, y el que se elija dependerá de las particularidades del proyecto y del tipo de suelo disponible en el lugar.

Los constructores pueden garantizar unos cimientos sólidos y estables para sus proyectos evaluando cuidadosamente el suelo y aplicando las técnicas de mejora adecuadas. Esto prolonga la vida útil de las infraestructuras y edificios, además de contribuir a la consecución de la integridad estructural. Un componente clave del éxito de la construcción y la renovación es comprender y mejorar la capacidad portante del suelo.

De qué depende la capacidad de carga??

Los expertos realizan estudios geológicos para determinar la capacidad portante del suelo. En la obra se perforan varios pozos, se recogen muestras a intervalos iguales, se realizan pruebas de laboratorio y se redacta un informe.

Numerosos factores influyen en la capacidad de carga:

• Tipo de suelo;
• Espesor de las capas;
• Profundidad de ocurrencia;
• Características de la capa anterior
• Nivel de agua subterránea (GWL);
• Profundidad de congelación del suelo;
• Densidad.

El nivel de las aguas subterráneas es el indicador más importante durante la construcción porque afecta a la humedad del suelo.

Las mismas rocas tienen propiedades distintas que varían varias veces según estén secas o saturadas de humedad.

Todo suelo que entra en contacto con el agua se considera húmedo.

En consecuencia, aumenta su fluidez y disminuye su capacidad de carga.

Las arenas gruesas y medias son la excepción. Cuando están saturados de agua, sus propiedades permanecen inalteradas.

El índice de porosidad es la densidad.

Las partículas sólidas que componen el suelo tienen espacios huecos en su interior que pueden contener agua o aire. La deformación (contracción) que se produce cuando se supera la carga máxima posible tiene el potencial de destruir completamente el edificio.

Las rocas densas y con pocos huecos se consideran las más resistentes. Estos tipos de suelos se contraen muy poco.

Ocurrencia

Examinar el espesor del suelo bajo la base de cimentación prevista es crucial a la hora de diseñar una estructura. Las rocas débiles se encuentran cerca de la superficie y sólo son lo bastante fuertes para soportar un edificio modesto. La roca es más antigua, más densa, más gruesa y más fiable cuanto más profunda es.

En función del emplazamiento y del tipo de suelo, se elaborará un plan de instalación de los cimientos conforme a las siguientes directrices:

• No se permite colocar los cimientos cerca del límite de diferentes rocas;
• Es aconsejable instalar los cimientos por encima del nivel de las aguas subterráneas; si no es posible, se toman medidas para impermeabilizar las estructuras;
• Ideal para instalar una cimentación de capa horizontal.

Donde las rocas cambian, cerca de aguas subterráneas y en pendientes, la capacidad portante de los cimientos disminuirá.

Un ejemplo de sección ingeniero-geológica es el arroz.

La ilustración muestra la línea de nivel de las aguas subterráneas, las alturas de las cabezas de pozo y las rocas indicadas con distintos tonos.

Tipos de suelo

Hay varios tipos de rocas, cada una con propiedades únicas:

• Rocoso, de alta densidad y capacidad de carga;
• Clástico grueso. Se compone de partículas individuales de gran tamaño;
• Arenoso. Suelos no plásticos que pueden soportar cargas pesadas;
• Arcilloso. Suelos cohesivos, absorben fácilmente la humedad, se hinchan cuando se congelan.

Rocoso

Las erupciones volcánicas y la consiguiente solidificación del magma en la tierra producen rocas.

Como resultado, se crea una roca con uniones de partículas rígidas y baja porosidad.

Se distinguen por su extrema solidez, resistencia a las temperaturas de congelación, falta de absorción de agua y ausencia de abombamiento.

La roca no se lava y se derrumba muy lentamente con el tiempo si no hay fisuras en ella.

Las rocas son perfectas para la base de cualquier objeto. Sin embargo, como se encuentran sobre todo en lugares de difícil acceso o a gran profundidad, casi nunca se utilizan para la construcción.

Clástico grueso

Las rocas no relacionadas que comprenden un espesor de pedregullo (fragmentos de roca), la mayoría de los cuales son mayores de 2 mm, se denominan suelos gruesos. Los cantos rodados bien compactados y los escombros que no se desprenden constituyen una base excelente.

Las rocas clásticas gruesas pueden clasificarse de la siguiente manera:

• Grava. La mayoría de los fragmentos tienen un tamaño de 2-40 mm. Se distingue entre grava (fragmentos redondeados) y gruss (fragmentos angulosos);
• Guijarros (fragmentos redondeados) y piedra triturada (partes angulares). Al menos el 50% de la masa del suelo está representada por fragmentos de 40 a 100 mm;
• cantos rodados. El tamaño de cada fragmento supera los 100 mm.

Arena

La arena fluye libremente cuando no está saturada de agua, pero la arenisca compactada es una base fiable que no se altera cuando se moja. Como la arenisca no se hunde, el agua puede fluir fácilmente a través de ella y no queda retenida cerca de los edificios.

Existen numerosas variedades de areniscas:

• Polvoriento. Tamaño de fracción 0.005-0.050 mm;
• Pequeño. El tamaño de los granos de arena varía de 0.050 a 1.0 mm;
• Grande. Granos de hasta 2 mm de tamaño.

La arena gruesa y las rocas compactadas constituyen los cimientos más duraderos.

Arcilloso

Arcilloso es el nombre dado a una raza de partículas muy diminutas, interconectadas que son tan pequeñas como 0.005 mm. Los fragmentos de roca escamosa que se han meteorizado en partículas diminutas crean una masa de suelo que absorbe el agua rápidamente. El resultado es que la roca se vuelve plástica.

La arcilla es difícil de secar; cuando se acerca el invierno, el agua de su interior se congela, se expande y hace que la arcilla se abombe. En un solo invierno, este proceso es capaz de destruir los cimientos.

Otros

Varios tipos de suelo son esencialmente inadecuados para la construcción:

• Arenas movedizas. Las partículas pequeñas de arena mezcladas con arcilla son muy móviles y tienen poca capacidad de carga;
• Margas. La composición contiene un 10-30% de partículas de arcilla;
• Franco arenoso. La arcilla constituye el 3-10% de la masa total.

Si es necesario cimentar sobre estos suelos, hay que tener en cuenta la profundidad de congelación del suelo y el nivel de las aguas subterráneas durante la estación fría. Los cimientos pueden instalarse cerca de la superficie (mínimo 0.5 m) si el nivel del agua se sitúa por debajo de 2 m de la profundidad de congelación.

Aumenta la capacidad de carga

Es necesario realizar trabajos para aumentar la capacidad portante del suelo en lugares donde la resistencia de los cimientos es inadecuada.

Coma utilizando dos técnicas principales:

• Sellar;
• Aditivos químicos.

En el primer escenario, se crean menos huecos en la roca introduciendo pequeños pilotes a mayor profundidad en el suelo para aumentar la densidad.

En el segundo caso, se añaden diferentes aditivos químicos al suelo para ayudar a unir las piezas que lo componen.

La instalación de un colchón de arena bajo los cimientos es un método adicional para mejorar la funcionalidad de la base. Será capaz de absorber y distribuir el peso del edificio a las rocas subyacentes tras la compactación. La arena es un buen material de cimentación porque no se hunde ni retiene la humedad.

La reducción del nivel freático es otro método para mejorar las propiedades de los cimientos.

Tabla de valores medios

El principal indicador utilizado en los cálculos es la capacidad portante media de los suelos. Se toman muestras de roca de los pozos y se identifica su tipo para realizar investigaciones adicionales.

La clasificación del suelo se establece en GOST 25100.2011 tablas SNiP 1-3. Determinar la resistencia a la compresión final del suelo es vital tras identificar el tipo de suelo de cada una de las capas subyacentes.

Tabla B.1 de GOST 25100.2011 "Suelos. Clasificación" contiene información exhaustiva.

Resistencia a la compresión en la figura 2

La resistencia calculada a la compresión axial sirve de base para el cálculo. En el documento SP 22 se ofrece una técnica de cálculo exhaustiva que tiene en cuenta todas las sutilezas.13330.2016 "Cimientos de edificios y estructuras." Todos los valores de los coeficientes necesarios para un cálculo más preciso están disponibles aquí.

Cualquier proyecto de construcción debe comprender la capacidad portante del suelo, ya que establece la capacidad del suelo para soportar el peso de la estructura. Se pueden utilizar numerosas técnicas, como la compactación, la adición de materiales estabilizadores como cemento o cal, y la instalación de sistemas de drenaje adecuados, para aumentar la resistencia del suelo y garantizar unos cimientos seguros y firmes. Al evitar el asentamiento del suelo y posibles fallos estructurales, estos métodos ayudan a crear unos cimientos estables para edificios y otras construcciones.

Determinación del tipo de suelo

Hay que identificar los tipos de suelos para crear una sección geológica y realizar cálculos. Inicialmente, el lugar se utiliza para trabajos geológicos de campo, que implican la perforación de múltiples pozos.

Los geólogos toman muestras de roca de la tierra durante el proceso de perforación a intervalos regulares, las registran en contenedores designados y las firman. Cada elemento incautado se lleva al laboratorio para su estudio adicional.

Es imposible determinar de forma independiente las características y la composición de las rocas. Esto requerirá herramientas y conocimientos especializados. No se puede hacer mucho con un método básico para determinar el tipo de raza sin la ayuda de un experto. Intentan enrollar una "salchicha" en el suelo que se ha saturado de agua.

Según el resultado, la plasticidad depende de:

• Cuerda larga (hasta medio metro) – alta plasticidad, suelo cohesivo, sin partículas visibles. Esto es típico de las rocas arcillosas;
• La cuerda resulta corta, se forman grietas, se rompe – la plasticidad es media, el suelo es cohesivo, la composición contiene principalmente partículas de arcilla, el contenido de arena es del 10 al 30%. Esto es típico de las margas.
• En un estado saturado de agua, es imposible enrollar una cuerda – el suelo no está unido y se compone de partículas visibles a simple vista. Característica de la arena.

3 Diagrama que muestra la composición genética de diferentes razas de arroz

Sólo en laboratorio se puede determinar con precisión el tipo de roca y sus propiedades.

Cálculo

El objetivo principal de los estudios geológicos es calcular la capacidad de carga. Sólo después de identificar el tipo de rocas que se encuentran dentro de los pozos y de adquirir los planos de las secciones geológicas de la obra es posible proceder a.

El croquis ayudará a localizar las capas rocosas del terreno y proporcionará una noción general del potencial de desarrollo del emplazamiento.

La capacidad portante (R) se calcula mediante la siguiente fórmula basada en el algoritmo

1. Valor R0 (resistencia a la compresión axial) se determina mediante una tabla y depende directamente del tipo de suelo;
2. Se calcula la profundidad de congelación. Este valor es individual para cada región. Dependerá del tipo de rocas de las capas superiores
3. Se selecciona la profundidad óptima colocación en el espesor de una de las capas duraderas de suelo no friable, por debajo de la profundidad de congelación;
4. Cálculo en curso según las fórmulas R=R0*[1+k1*(b-100)/100]*(d+200)/2*200 – con una profundidad aceptada de hasta 2 m y R=R0*[1+k1*(b -100)/100]+k2*g*(d-200) – cuando la profundidad supera los 2 m.

Información necesaria para el cálculo:

• k1 – el coeficiente se extrae de la tabla en función del tipo de raza. 0.125 para suelos estables gruesos o arenosos y 0.5 para arcillas, margas arenosas y margas;
• k2 – utilizada para calcular la capacidad portante de rocas estables (rocas gruesas clásticas o arenosas compactadas);
• g – necesario hallar el peso específico del suelo desde la base de la capa hasta la parte inferior de los cimientos o la capa siguiente;
• b – la anchura de la parte de la cimentación que descansa sobre la base;
• d – profundidad.

Tras determinar la diferencia entre su capacidad portante real y la requerida. Si la segunda es mayor que la primera, tendrás que modificar el diseño de la futura casa (profundizar los cimientos, ampliar la zona en la que los cimientos descansan sobre la base o utilizar una capa diferente y más resistente como base).

Calculadora para calcular la cimentación

El cálculo de la capacidad portante de una cimentación es un procedimiento laborioso que requiere profundos conocimientos tanto de geología como de ingeniería civil. Las calculadoras especializadas son útiles para los ingenieros.

Si utiliza una calculadora, deberá determinar por sí mismo el tipo de suelo, la profundidad de congelación y el tipo de cimentación.

Se necesitan conocimientos geológicos para calcular con precisión todos los parámetros. El análisis de los cimientos debe dejarse en manos de expertos, ya que existen numerosas sutilezas en la construcción que un programa informático no puede tener en cuenta.

Para uso independiente, los programas de cálculo del volumen de cimentación en franjas son ideales. No se tiene en cuenta el tipo de suelo ni su capacidad portante. Para calcular, introduzca todos los parámetros de la cimentación; se determinará el volumen de hormigón.

Los proyectistas actuales han desarrollado un programa básico que determina las bases de los pilares en función del tipo de roca de cimentación y del peso del edificio. Aunque es muy especializado y no es apropiado para todos los usuarios, los profesionales pueden encontrarlo útil para los cálculos.

Fórmula de Terzaghi

El patrón de compactación y compresión del suelo se describe mediante la fórmula de Terzaghi. Debido a su complejidad, el método de compresión triaxial rara vez se utiliza para estudiar los suelos; por otra parte, el método de compresión uniaxial sólo puede utilizarse en un número limitado de tipos de suelos. Terzaghi tiene en cuenta la compresión uniaxial en un recipiente rígido porque las paredes impiden que la muestra se deforme por este motivo.

La presión aumenta cuando se produce la compactación o cuando se reduce el volumen de las cavidades. En consecuencia, es evidente que las deformaciones plásticas y residuales comprenden las deformaciones totales de la muestra. (ξ1 = ξp + ηв)

Arroz. 4 Calendario de carga del suelo

Sólo las deformaciones elásticas se transfieren a la base cuando la carga se realiza repetidamente.

Cálculo del suelo

La mayoría de las casas tienen suelos instalados sobre viguetas, pero la humedad puede condensarse en el sótano si no está bien diseñado (sin rejillas de ventilación, tamaño inadecuado, etc.).).

El agua deteriora el hormigón y deforma o destruye las estructuras de madera del suelo, como las viguetas.

Renunciar al sótano es la solución más sencilla a la humedad que hay en él. Una planta baja garantizará la longevidad del edificio y evitará que entre demasiada humedad en la casa.

Dónde colocar el suelo?

No se puede instalar el pavimento sobre todo tipo de suelos:

• La cimentación debe ser bien compactado y nivelado. De lo contrario, con el tiempo, el suelo se asentará, la solera quedará suspendida en el aire y, finalmente, comenzará a derrumbarse;
• La base es el suelo, no sujeto a levantamientos;
• No coloque el suelo sobre suelos en movimiento.

Existen dos tipos de suelos:

• Placa de solado unida. Fijación rígida a la cimentación de la franja y apoyo sobre ella. El suelo no se encogerá, el acabado no se verá afectado por pequeños cambios en el suelo;
• Sin relación. La solera no se agrietará durante la retracción, pero durante el uso posterior el acabado puede dañarse debido al movimiento mutuo de las paredes y el suelo.

El cálculo tiene en cuenta tanto la presión transitoria como la continua en toda la superficie del suelo. El peso de las personas y el mobiliario en el primer caso será de 150 kg/m2, mientras que la carga en el segundo variará en función de los materiales utilizados.

Vídeo útil

Vea un fascinante vídeo en el que se analizan las diferencias entre los tres tipos de suelos.

Capacidad portante del suelo	Formas de aumentar la capacidad portante
Definición: La capacidad del suelo para soportar las cargas aplicadas al suelo.	Compactación del suelo: Compresión del suelo para aumentar su densidad y resistencia.
Factores: Tipo de suelo, contenido de humedad y profundidad.	Estabilización del suelo: Adición de materiales como cal o cemento para mejorar las propiedades del suelo.
Importancia: Esencial para la estabilidad de cimientos y estructuras.	Geotextiles: Uso de tejidos para reforzar el suelo y evitar la erosión.
Evaluación: Realización de pruebas para determinar la capacidad portante del suelo.	Cimientos profundos: Uso de pilotes o pilares para transferir la carga a capas de suelo más resistentes.

Comprender la capacidad del suelo para soportar peso es esencial para cualquier proyecto de construcción. Garantiza unos cimientos sólidos para los edificios y otras estructuras, evitando problemas como asentamientos o grietas en el futuro. Puede evaluar la resistencia del suelo y determinar si es necesario realizar mejoras realizando pruebas antes de construir.

Aumentar la capacidad de carga del suelo puede hacerse de varias formas eficaces. Una técnica popular es la compactación, que consiste en presionar las partículas del suelo para eliminar las bolsas de aire y aumentar su densidad y resistencia. La estabilización del suelo es una técnica adicional que pretende mejorar la resistencia y estabilidad del suelo añadiéndole materiales aglutinantes como cemento o cal.

El suelo también puede reforzarse utilizando geosintéticos como geotextiles y geomallas. Estas sustancias ayudan a distribuir la carga de forma más uniforme y detienen el movimiento del suelo. Además, dado que el agua puede reducir la capacidad portante del suelo, la instalación de sistemas de drenaje adecuados puede ayudar a mantenerlo seco.

Si incluye estas técnicas en su plan de construcción, podrá garantizar unos cimientos sólidos y duraderos. Pida siempre consejo a un ingeniero geotécnico para determinar cuál es la mejor opción en función de las características de su terreno. Saber que tus estructuras se apoyan en un suelo resistente y fiable te permite construir con confianza cuando utilizas los métodos y la preparación adecuados.

Vídeo sobre el tema

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Diseño de la resistencia del suelo. :R: Elementos de mecánica de suelos.

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