Condiciones de Drenaje en el Suelo.

El agua tiene una importante influencia en el suelo y también en la resistencia al corte. Se puede comparar al suelo con una esponja, en el sentido de que tanto la esponja como el suelo son materiales que contienen espacios vacíos en su interior (poros), por lo que ambos pueden almacenar cierta cantidad de agua. Si se aplica una carga uniforme a una esponja saturada de agua, el esfuerzo (?) que transmite esta carga a los poros ocasionará que el agua salga por los orificios de esta, lo hará con facilidad si el tamaño de los orificios es grande como el caso de la Figura 6.10a. Sin embargo, la Figura 6.10b muestra que si los orificios son muy pequeños y se aplica la misma carga, el agua no saldrá con la misma facilidad que en el primer caso, esta requiere más tiempo. Este mismo comportamiento se aprecia en los suelos.

 Figura 6.10. Ejemplo del drenaje en suelos.
(a) Esponja de orificios grandes. (b) Esponja de orificios muy pequeños.

Los suelos de grano grueso como ser arena y grava permiten un drenaje inmediato del agua al estar sometidos bajo un esfuerzo, debido a su alta permeabilidad asemejándose al caso de la Figura 6.10a. 

Mientras que la Figura 6.10b muestra el comportamiento de los suelos finos como la arcilla, debido a que el esfuerzo es aplicado instantáneamente el agua no puede salir con facilidad por la baja permeabilidad del suelo, lo que origina una presión interna adicional en los poros a la que se llama exceso de presión de poros (Du). Sin embargo, si la carga que origina este esfuerzo fuera aplicada muy lentamente hasta su totalidad, de tal forma que la presión interna que originaría esta carga en los poros se disiparía conforme al aumento gradual de la carga, en ningún momento se originaría un exceso de presión de poros.

En el capítulo anterior, se estableció que se tendrán condiciones drenadas cuando la masa de suelo sometida a un esfuerzo no tenga un exceso de presión de poros (Du = 0), por lo cual a los parámetros de resistencia al corte se los llamara efectivos (s') y se tendrán condiciones totales cuando exista un exceso de presión de poros (Du > 0) que irá disipándose gradualmente a lo largo del tiempo, por lo que a los parámetros de resistencia al corte para este caso se los llamara totales (s). Para el caso de suelos de grano grueso se tendrán condiciones drenadas a corto y largo plazo, en cambio para los suelos finos se tendrán condiciones totales (Du = Ds y Ds' = 0) a corto plazo y condiciones drenadas (Du = 0 y Ds' = Ds) a largo plazo.

La Figura 6.11, muestra un terraplén que se ha construido rápidamente en un suelo arcilloso saturado de agua, inmediatamente se han instalado piezómetros en distintos lugares para medir la presión de poros del suelo. Debido a que el terraplén fue construido rápidamente, este ha inducido una carga que transmite un esfuerzo Ds a cada poro, lo cual para un tiempo de t = 0 (condición a corto plazo) se aprecia un exceso de presión de poros (Du = Ds), para un tiempo t > 0 y t >> 0 (condición a mediano plazo) esta presión va disminuyendo, hasta que a largo plazo (t = ¥) esta se disipa por completo (Du = 0).

 Figura 6.11. Incremento de la presión de poros por el terraplén (Simons & Menzies, 2000).

El exceso de presión de poros es determinado utilizando la siguiente expresión:

Du = g_w·Dh_p                                                                           [6.7]

Donde:

g_w = Peso unitario del agua.

Dh_p = Variación de la altura piezométrica debida a la carga.

En el caso de los suelos de grano grueso la acción de una carga que origina el drenado produce una variación inmediata y pequeña en el volumen, sin embargo en el caso de los suelos finos la acción de la carga no produce ninguna variación inmediata del volumen a corto plazo, sino que la variación del volumen será consecuente al drenado hasta que a largo plazo para la condición drenada se producirá el cambio total de volumen. Todos los suelos siempre llegarán a un estado drenado (parámetros efectivos), por lo que este estado constituye ser un campo común para analizar la resistencia al corte.