Estudio del Efecto de los Cambios de Humedad del Suelo en la Frecuencia Natural de una Estructura

Abstract

El objetivo general de este trabajo de título es registrar y analizar las variaciones de la frecuencia natural que una estructura pueda tener como resultado de los cambios en el contenido de humedad del subsuelo donde está localizada. Se busca obtener una correlación entre los cambios de frecuencia de la estructura y los cambios en el contenido de humedad del suelo.

Se ha observado en el último tiempo que no solo cambios en las propiedades físicas de una estructura provocan alteraciones en los parámetros estáticos y dinámicos de este, si no que también variaciones externas a la estructura. Un ejemplo de lo anterior son cambios en la frecuencia natural de una estructura debido a cambios en el contenido de humedad del suelo de fundación. Un ejemplo de lo anterior corresponde a variaciones de un 3% en la frecuencia natural de la Biblioteca Millikan en California, inmediatamente después de precipitaciones de 100 mm en 48 horas, recuperando la frecuencia previa solo al cabo de 10 días. En Chile también se han observado variaciones debidas a los cambios del contenido de humedad en el suelo. Para el Edificio de la Cámara Chilena de la Construcción, se registró un aumento en la frecuencia del edificio de hasta un 1.2% luego de una intensa lluvia que alcanzó aproximadamente 40 mm entre los días 13 y 15 de Junio de 2007.

Se elaboró y ensayó un modelo a escala de una estructura de un grado de libertad, con un periodo cercano a un segundo, empotrada en un suelo constituido por arena con menos de 30% de finos, éstos de baja plasticidad, inicialmente en estado seco. En la parte superior de la estructura del modelo se colocó un acelerómetro para registrar las vibraciones y en el suelo se instalaron tres sensores de humedad a distintas profundidades. El agua de lluvia fue simulada mediante la adición de agua a través un dispensador manual.

Cuando se agregó agua por primera vez al modelo se rigidizó producto del efecto de capilaridad. En las ocasiones posteriores que se agregó agua al modelo se observa una disminución de la frecuencia de la estructura en torno al 1.6%, que coincide con aumento en el contenido de agua por sobre el 40% de saturación en la profundidad de suelo que contiene los costados de la fundación y el sello. La disminución de la frecuencia se debió a la perdida de rigidez del suelo generada por la reducción de las tensiones efectivas del suelo.

Se concluye que existe una clara correlación entre los cambio de humedad del suelo y variaciones en la frecuencia natural de la estructura. Esta variación de la frecuencia natural se produce cuando el contenido de humedad del suelo cerca de los costados y la base de la fundación está por sobre el 40% de saturación aproximadamente. Sin embargo no se observa que un aumento en el contenido de humedad del suelo bajo el sello de fundación afecte el comportamiento de la estructura.