FACTORES QUE AFECTAN LA CAPACIDAD PORTANTE DEL SUELO: UNA REVISIÓN TÉCNICA PARA ESTRUCTURAS SEGURAS

Antes de comenzar con el artículo, es necesario comprender que la capacidad portante del suelo es un parámetro geotécnico fundamental en el diseño de las fundaciones que soportaran las cargas de nuestras estructuras, cabe destacar que ignorar esta características podría comprometer la estabilidad estructural, generar asentamientos excesivos e incluso provocar fallas catastróficas, por lo tanto, en este artículo se busca analizar los principales factores que influyen en la capacidad portante del suelo, con el objetivo de apoyar decisiones técnicas más seguras y eficientes.

¿QUÉ SE ENTIENDE POR CAPACIDAD PORTANTE DE LOS SUELOS?

Es la capacidad del terreno para soportar las cargas aplicadas sobre él. Técnicamente la capacidad portante es la máxima presión media de contacto entre la fundación y el terreno tal que no se produzcan un fallo por cortante del suelo o un asentamiento diferencial excesivo. Por tanto, la capacidad portante admisible debe estar basada en uno de los siguientes criterios funcionales:

• Cuando se aplica una carga de compresión gradualmente creciente al suelo, se producen asentamientos como muestra la figura, según diagramas similares a los de esfuerzo deformación.

  
  

• Mientras que la magnitud de la carga es reducida, el comportamiento del suelo es aproximadamente elástico (hasta el punto I) y los asentamientos resultan limitados.

  
  

• Cuando se supera este valor, el diagrama deja de ser lineal y al alcanzar el punto II se producen grandes deformaciones y la falla ocurre por esfuerzos cortantes a lo largo de algún plano interno del suelo.

Obviamente, el diagrama de la figura al varía con el tipo de suelo, pero todos guardan relación si una cierta similitud, como muestran las curvas de un suelo de arena suelta o arcillas sensibles.

Por otro lado, estas cargas de compresión que transmite la estructura al suelo de fundación produce tres zonas de fallas en el; la zona A está ubicada directamente debajo de la base y sufre asentamientos verticales por la carga aplicada. La zona B se conoce por zona de corte radial y resulta la zona de falla cuando la carga P va creciendo hasta alcanzar el valor crítico. Los elevados esfuerzos que se producen en la zona B originan el deslizamiento de la zona C. la superficie de falla tiene por traza las zonas abc, de forma espiral, simétrica con respecto a la carga centrada P.

La resistencia del suelo a las cargas aplicadas dependen en gran medida de la capacidad de la zona C a oponerse al empuje de la zona B y al asentamiento de la zona A, esta resistencia depende del grado de cohesión y fricción del suelo, así como de su peso específico.

ESFUERZO ADMISIBLE

A pesar de que en el punto anterior definimos el concepto de capacidad portante del suelo como la máxima presión de contacto entre la fundación y el terreno sin que se produzcan fallas por corte o sentamientos diferenciales, es importante recordar que para efectos de diseño las normas siempre sugieren un factor de seguridad para aminorar las posibles fallas, por lo tanto, al esfuerzo máximo que determina el límite más allá del cual se produce la falla por cortante del suelo, se lo designa por σ_max , sin embargo como se acaba de mencionar, considerando los factores de seguridad establecidos por las normas de diseño, el análisis de las fundaciones se basa en el valor de los esfuerzos admisibles σ_adm , que son los que el suelo soporta sin excesivos asentamientos y sin fallar por corte, definiendo así la capacidad portante de diseño. Resulta así:

σ_adm=  σ_{max /FS}

El σ_adm  del suelo para fundaciones directas resulta al σ_max dividido por el factor de seguridad, el cual varía entre 2,5 para suelos granulares, a 3 para suelos cohesivos, pero cuando las condiciones locales son dudosas, se aconseja adoptar un factor de seguridad igual a 4, para mayor margen de garantía. En la mayoría de las normas vigentes, se considera que un factor de seguridad de 3 es el adecuado.

De forma aproximada la siguiente tabla da los valores de las cargas admisibles para diversos tipos de suelos, los cuales deben ser verificados en cada caso.

FACTORES QUE AFECTAN LA CAPACIDAD PORTANTE DEL SUELO

• Tipo de Suelo. Los suelos granulares (como arenas y gravas) tienden a tener una mayor capacidad portante que los suelos cohesivos (como arcillas), debido a su mayor resistencia al corte y menor compresibilidad.

  
  

• Humedad y Nivel Freático. Un alto contenido de agua disminuye la fricción entre partículas, reduciendo la resistencia del suelo. El nivel freático elevado también puede generar presiones de poro que afectan la estabilidad de la cimentación.

  
  

• Densidad y Compactación. La densidad del suelo y su grado de compactación influyen directamente en su resistencia. Suelos más compactos presentan mayor capacidad portante.

  
  

• Condiciones de Carga. El tipo, magnitud, forma y duración de las cargas transmitidas a través de la cimentación afectan la capacidad portante. Las cargas excéntricas o inclinadas pueden reducir significativamente el valor admisible.

  
  

• Presencia de Estratos Débiles. Capas de suelos blandos o compresibles en profundidad pueden inducir asentamientos diferenciales y reducir la capacidad portante del perfil.

  
  

• Factores Geológicos y Sísmicos. Zonas con riesgo sísmico o inestabilidad geológica requieren consideraciones adicionales. La licuación de suelos es un ejemplo claro de cómo eventos dinámicos pueden reducir drásticamente la capacidad portante.

EFECTO DE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS

Las aguas subterráneas son aquellas que se almacenan en los poros del suelo y en formaciones geológicas por debajo de la superficie . Su profundidad puede variar desde pocos centímetros hasta varios metros, y su comportamiento está influenciado por factores como la topografía, el clima y la permeabilidad del terreno.

Las aguas subterráneas, al encontrarse dentro del perfil del suelo, influyen directamente en las propiedades del terreno, especialmente en su resistencia al corte y en su comportamiento ante cargas. Una de las principales formas en que el agua subterránea interviene es mediante la reducción de la tensión efectiva del suelo. Esto ocurre porque la presión de poro generada por el agua compite con la tensión total, disminuyendo la fricción entre partículas del suelo. A medida que la tensión efectiva disminuye, el suelo pierde capacidad de sostener cargas, lo que implica una reducción en su capacidad portante. Este efecto es particularmente importante en suelos cohesivos saturados, como las arcillas, donde el aumento del contenido de humedad puede provocar reblandecimiento y una respuesta mecánica menos favorable.

Por otro lado, en suelos granulares, como las arenas, la presencia de agua subterránea puede generar condiciones para fenómenos más complejos, como la licuación, el cuál es un fenómeno que trato en otro post. Bajo cargas dinámicas como los sismos, estos suelos saturados pueden perder completamente su resistencia y comportarse como un fluido, comprometiendo de forma grave la estabilidad de las fundaciones. Este fenómeno da lugar a la formación de cavidades o socavaciones que afectan la integridad del terreno, provocando hundimientos o fallas estructurales repentinas.

Dado el impacto que tienen las aguas subterráneas en el comportamiento del terreno, su análisis debe ser parte esencial de cualquier estudio geotécnico. La identificación del nivel freático, la evaluación de las condiciones de saturación y el estudio de la permeabilidad del suelo permiten prever y mitigar los efectos negativos del agua subterránea sobre la capacidad portante. En función de los resultados, pueden implementarse soluciones como sistemas de drenaje, mejoramiento del terreno, uso de cimentaciones profundas o impermeabilización, entre otras medidas que garantizan un diseño seguro y duradero.

CONCLUSIONES GENERALES

La capacidad portante del suelo es un parámetro esencial en el diseño de fundaciones y estructuras. Su adecuada evaluación permite garantizar la estabilidad, seguridad y durabilidad de las obras civiles. A lo largo del artículo se ha demostrado que múltiples factores afectan directamente esta capacidad.

Cada uno de estos factores modifica la resistencia del terreno de distintas formas, ya sea reduciendo la fricción interna, aumentando los asentamientos, o generando condiciones de inestabilidad. Por ello, es indispensable realizar una caracterización geotécnica completa del sitio, que incluya ensayos de campo, análisis de laboratorio y estudios hidrogeológicos cuando sea necesario.

Asimismo, la comprensión de estos factores permite adoptar soluciones de diseño más eficientes y seguras, como el uso de fundaciones profundas, sistemas de drenaje o mejoramiento del suelo, según las condiciones particulares del proyecto.

En resumen, considerar adecuadamente los factores que afectan la capacidad portante del suelo no solo mejora el rendimiento estructural, sino que previene fallos costosos y garantiza la viabilidad técnica y económica de la construcción a largo plazo.