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• Michel Quispe Basilio

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ODP CONDICIONES DRENADAS Y NO DRENADAS (Adaptado de Soil Strength and Slope Stability, M. Duncan, 2014)

Las definiciones de drenado y no drenado (drenado = seco o vacío, no drenado = no seco o no vacío) no describen de forma adecuada el uso de estos términos en mecánica de suelos. Estos términos son utilizados en mecánica de suelos para describir la facilidad y la velocidad con la cual el agua puede entrar o salir del suelo, en comparación con el tiempo empleado en la carga o descarga del terreno. El punto crucial es identificar si los incrementos de carga originan cambios en la presión del agua que ocupa los vacíos o poros del suelo (es decir, si se genera o no un exceso de presión de poros). Drenada es la condición bajo la cual el agua puede fluir dentro o fuera de una masa de suelo tan rápido como el suelo está siendo cargado (incremento de presión). En condiciones drenadas, los cambios de carga (incrementos de presión) no generan cambios en la presión de poros en el suelo (no se genera exceso de presión de poros). Alternativamente, un suelo puede alcanzar un estado drenado con el tiempo, después de la aplicación de carga (incremento de presión), a medida que los cambios en las presiones de poro originadas por el incremento de presión se disipan. Describir un suelo en condiciones drenadas no debe interpretarse como “el suelo se encuentra sin agua”. Un suelo completamente saturado puede trabajar en condiciones drenadas, a pesar que el volumen de vacíos se encuentre completamente lleno de agua. No drenada es la condición bajo la cual no hay flujo de agua dentro o fuera de la masa de suelo como respuesta a un incremento de presiones. Bajo condiciones no drenadas, incrementos de presión en el suelo generan incrementos en la presión de poros adicionales (exceso de presión de poros), debido a que el agua no puede moverse dentro o fuera del suelo tan rápido como se produce el incremento de presiones (por cargas externas como zapatas por ejemplo). Las condiciones no drenadas pueden persistir por días, semanas o meses, dependiendo de las propiedades del suelo (permeabilidad) y del tamaño de la masa de suelo. Pasado el tiempo necesario (tiempo necesario para que se produzca la disipación del exceso de presión de poros) luego del incremento de presiones en la masa de suelo (debido a cargas externas), el suelo pasará de condiciones no drenadas a condiciones drenadas. Un ejemplo que ilustra estas condiciones se muestra en la siguiente figura, que muestra un ensayo de corte directo sobre una muestra de arcilla. La permeabilidad de la arcilla es baja y su compresibilidad es alta. Cuando la carga normal P y la carga de corte T se incrementa, hay una tendencia a disminuir el volumen de la arcilla. Esta disminución en el volumen de la arcilla se llevaría a cabo por la reducción del volumen de vacíos ya que las partículas sólidas de la arcilla son virtualmente incompresibles. Sin embargo, para que se produzca esta disminución de volumen, el agua debería salir de la arcilla, ya que el agua que ocupa los vacíos es también virtualmente incompresible. Si las cargas P y T se incrementaran rápidamente, digamos en un segundo, la muestra de arcilla estaría sin drenar por algún periodo de tiempo. En el lapso de un segundo involucrado en aumentar las cargas P y T, no habría tiempo suficiente para que una cantidad significativa de agua salga de la arcilla. Es cierto que incluso en un período de un segundo saldría una cantidad pequeña de agua, pero ésta sería insignificante. Para todos los propósitos prácticos, la arcilla se encontraría en condiciones no drenadas inmediatamente después de aplicar la carga.

Si las cargas P y T se mantuvieran constantes durante un período más largo, por ejemplo un día, el estado de la muestra de arcilla cambiaría de no drenado a drenado. Esto se debe a que un lapso de un día habrá suficiente tiempo para que fluya el agua de la arcilla que conforma la muestra (tomar en cuenta el tamaño del espécimen, en

ODP campo el tiempo será mucho mayor). Dentro de este tiempo, el volumen de los vacíos (ocupados por agua) disminuiría y llegaría esencialmente al equilibrio. Es cierto que el equilibrio se abordaría de manera asintótica, y estrictamente hablando, sólo nos acercaríamos al equilibrio, pero no lo alcanzaríamos por completo. Sin embargo, para todos les efectos prácticos consideramos que la arcilla ha drenado el agua y disipado el exceso de presión de poros por completo durante un día, luego de aplicada la carga. A partir del ejemplo anterior, queda claro que la diferencia entre el comportamiento drenado y no drenado y como se emplean estos términos en mecánica de suelos, básicamente ligados al tiempo. Cada masa de suelo presenta diferentes características (permeabilidad) que determinan cuánto tiempo se requiere para la transición de una condición no drenada a una condición drenada. Una medida práctica es el t99, que es el tiempo requerido para alcanzar el cambio de volumen de equilibro (tiempo necesario para alcanzar el 99% de la consolidación unidimensional). Cabe indicar que el uso del ensayo de corte directo como ejemplo para las condiciones drenadas y no drenadas no pretende indicar que el aparato de corte directo es el idóneo para ensayos de corte en condiciones drenadas o no drenadas. Los ensayos de corte directo son adecuados para ensayos de corte en condiciones drenadas, pero no para ensayos en condiciones no drenadas. En los ensayos de corte directo se utilizan muestras delgadas y un diámetro pequeño, con una velocidad de corte lenta para que la muestra se comporte esencialmente en condiciones drenadas durante todo el ensayo. Los ensayos de corte directo no son buenos para representar condiciones no drenadas ya que la única forma sería aplicando las cargas rápidamente, sin embargo esto puede originar una mayor resistencia del suelo debido a los efectos de la velocidad de deformación. Los ensayos de compresión triaxial son los más adecuados para representar el comportamiento del suelo en condiciones no drenadas, ya que es posible sellar la muestra y así prevenir la salida de agua durante el ensayo. -

La diferencia entre las condiciones drenadas y no drenadas es principalmente el tiempo Condiciones no drenadas significa que los cambios en las cargas ocurren más rápido que la capacidad de flujo del agua en el interior del suelo. La presión de poros se incremente si es que existe un aumento de carga. Condiciones drenadas significa una condición donde los incrementos de carga son lo suficientemente lentos o permanecen estáticos lo suficiente como para que el agua pueda fluir dentro o fuera del suelo, permitiendo que el suelo llegue a un estado de equilibrio respecto al flujo de agua.