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MECÁNICA DE SUELOS

CURSO: MECÁNICA DE SUELOS Y CIMENTACIONESCUESTIONARIO DE APOYO

PROPIEDADES ÍNDICE:

1. ¿Cómo se modeliza el suelo para su estudio?A través de muestras se puede obtener una representación del suelo en el que se va levantar una estructura, para ello se puede utilizar diferentes métodos de estudio tales como: Método geofísicos, en especial refracción y reflexión de ondas sísmicas, y alguno procedimientos de exploración no invasiva mediante el radar.

2. ¿Qué se entiende por agregado?Se llama "agregado" a la mezcla de arena y piedra de granulometría variable, Se define como el conjunto de partículas inorgánicas de origen natural o artificial. Los agregados son la fase discontinua del concreto y son materiales que están embebidos en la pasta y que ocupan aproximadamente el 75% del volumen de la unidad cúbica de concreto.

Los agregados generalmente se dividen en dos grupos: finos y gruesos. Los agregados finos consisten en arenas naturales o manufacturadas con tamaños de partícula que pueden llegar hasta 10mm; los agregados gruesos son aquellos cuyas partículas se retienen en la malla No. 16 y pueden variar hasta 152 mm. El tamaño máximo de agregado que se emplea comúnmente es el de 19 mm o el de 25 mm.

Agregados gruesos: Los aglomerados gruesos son la porción de aglomerado que no pueden pasar a través de una criba numero 4(4.75 mm). El aglomerado grueso normal consta de grava de mina o grava triturada.

Agregados finos: El aglomerado fino es la porción de un aglomerado que si pasa a través de una criba número 4. Por lo general, estos materiales se clasifican de modo bastante uniforme desde la criba número 4 hasta la número 100. A menos que se indique otra cosa, el aglomerado fino suele ser arena, el producto de la desintegración y abrasión natural de las rocas.

Agregados de alta densidad: Los materiales de este tipo son: magnetitas, barritas, limonita, ferro fósforo y balines o rebabas de acero. Estos aglomerados de gran peso se usan en lugar de grava a fin de producir concreto de alta densidad; por ejemplo, los que se emplean para forrar reactores nucleares.

Agregados de baja densidad: Estos aglomerados son materiales como perlita, vermiculita exfoliada, piedra pómez, escorias ligeras, cenizas, finas, toba (tezontle), diatomita, arcilla, pizarra y lutita.

Al mezclar estos aglomerados con cemento, el concreto resulta también de peso ligero y tiene muy baja conductividad térmica.

3. ¿Qué se entiende por partícula?

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Etimológicamente “partícula” deriva del latín: “par, partis”, que puede traducirse como “parte”, y el sufijo “-cula”, que es equivalente a “pequeña”.

Es una porción de dimensiones muy reducidas de materia. Para la química, una partícula es el fragmento más pequeño de materia que mantiene las propiedades químicas de un cuerpo. En este sentido, los átomos y las moléculas son partículas.

Cuando una partícula no está formada por otras unidades más pequeñas, se habla de partícula elemental. Estas partículas constituyen el elemento más básico y primordial de una materia.

La especialidad de la física que se encarga de analizar estas unidades elementales que forman la materia recibe el nombre de física de partículas. Esta rama se encarga del estudio de cuestiones como los aceleradores de partículas, que son máquinas que provocan colisiones de partículas para generar nuevos elementos subatómicos.

Dentro del ámbito de la física, podríamos decir que existen otros dos tipos de partículas significativas, como son las siguientes:

Partícula elemental, que es aquella que se considera que no se puede descomponer en otras mucho más simples.

Partícula alfa, que es la denominación que se emplea para referirse al núcleo de helio que es fruto de algún tipo de reacción nuclear o desintegración.

También podemos señalar a la partícula mineral, que viene a ser un elemento que se puede ver a simple vista y que le da forma a una roca, junto a otras más.

4. ¿Qué tamaño de partículas se encuentra en los suelos?

Las partículas del suelo se clasifican por tamaño. El tamaño de las partículas del suelo le da textura al mismo y determina la cantidad de aire y humedad que tiene. Los diferentes tamaños de las partículas también pueden contener diferentes cantidades de nutrientes en el suelo. La capacidad de las diferentes texturas del suelo para absorber y drenar el agua también está determinada por el tamaño de las mismas.

Arcilla: Las partículas de arcilla miden menos de 0.002 mm. La arcilla es el tipo más pequeño de las partículas del suelo. Se siente pegajosa cuando está húmeda, absorbe bien el agua y también es rica en nutrientes. El suelo que está lleno de partículas de arcilla no drena el agua bien y obstruye el flujo de aire.

Cieno: Las partículas de cieno miden de 0.06 mm a 0.002 mm. Son más grandes que las partículas de arcilla, pero más pequeñas que las partículas de arena. El cieno tiene una textura suave y forma una costra cuando se moja. Esta costra hace difícil que el agua y el aire lleguen al suelo.

Arena: Las partículas de arena miden de 2.0 mm a 0.06 mm. La arena es el tipo de partícula más grande del suelo y debido a su tamaño permite un drenaje rápido y mucho flujo de aire. Los nutrientes se pueden agotar rápidamente de las partículas de arena. La arena puede sentirse granular o gruesa.


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Los tamaños de grano son dados en milímetros, con la excepción de los más finos que lo son en micras.

5. ¿Se relacionan la forma de partículas con el tamaño?

Con excepción de los granos esféricos o cúbicos, una sola dimensión no puede determinar con exactitud el tamaño de las partículas de un suelo. Por eso, la clasificación según forma adquiere tanta importancia como su tamaño. Los geólogos suelen emplear términos tales como: en forma de disco, de hojas, de varas, de esferas, etc., para describir la relación predominante de dimensiones en las partículas.

En ingeniería de suelos, se clasifican los granos según las siguientes formas:

Redondeadas De cantos vivos De cantos redondeados Laminares o en escamas - Alargadas o en bastones

La forma de las partículas influye en el comportamiento y la capacidad portante de un suelo. En todos los granos se pueden determinar los siguientes parámetros:

La esfericidad La angulosidad La planeidad

Los granos redondeados oponen mayor resistencia a ser desmenuzados y son capaces de resistir grandes cargas estáticas con pequeñas deformaciones.

Generalmente las arenas donde predomina el feldespato, el cuarzo y la dolomita presentan aristas con marcada angulosidad, especialmente cuando permanecen cerca de su lugar de origen. Pero si las arenas


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han sido transportadas y batidas por el viento y las olas del mar, suavizan notablemente sus bordes, como ocurre con Las de las playas. Generalmente las partículas con cantos vivos tienden a quebrar con facilidad por la. Concentración de esfuerzos que se localizan en sus puntos de contacto, ofrecen mayor resistencia al desplazamiento que las partículas redondeadas. Los granos laminares o en escaras tienen el aspecto de hojas secas superpuestas y son el resultado de la exfoliación de las micas o de los minerales arcillosos.

Las partículas con características de planeidad tienden a orientarse horizontalmente, unas sobre otras, y ofrecen buena resistencia a las cargas perpendiculares a su plano, si bien desplazan fácilmente en la dirección paralela a su superficie, cuando se hallan ordenadamente dispuestas. Los suelos de granos laminares están dotados de características elásticas y resultan mullidos frente a las cargas dinámicas, si bien son altamente anisótropos, especialmente en el caso de suelos compactados.

Las partículas alargadas y en forma de bastones se presentan en algunas arcillas, los granos presentan el inconveniente de que se rompen con facilidad bajo las cargas a Los suelos formados por partículas alargadas tienden a orientarlas en una misma dirección en terraplenes o laderas, de modo que se crea un plano preferencial de deslizamiento, que resulta peligroso para su estabilidad.

6. ¿Qué se entiende por estructura del suelo?

La estructura del suelo es la forma de agregación natural de las partículas del suelo, para formar unidades de mayor tamaño con carácter más persistente.

Estas unidades se denominan agregados. Su formación se debe a la presencia de cargas eléctricas en la superficie de las arcillas, lo que da como resultado unas interacciones físico-químicas con los demás componentes del suelo.

Según el grado de desarrollo de los agregados, la estructura puede ser:

Fuerte: agregados duraderos, con separación bien definida cuando el suelo se seca.


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Moderada: agregados relativamente bien formados y diferenciados, de duración media. Débil: agregados poco diferenciados, que sólo se distinguen cuando el suelo está

húmedo. Sin estructura: agregados que no se distinguen por falta de aglomeración, como ocurre

en los suelos

Según la forma de los agregados: Laminar: Los agregados tienen forma aplanada, con predominio de la dimensión

horizontal. Las raíces y el aire penetran con dificultad. En bloques- Angulares o sub angulares: Los agregados tienen forma de bloque, sin

predominio de ninguna dimensión. Prismática: Los agregados tienen forma de prisma, de mayor altura que anchura. Es típico

de suelos con mucha arcilla. Columnar: Semejante a la estructura prismática, pero con la base redondeada. Ésta

estructura es típica de suelos envejecidos. Granular: Los agregados son esferas imperfectas, con tamaño de 1 a 10 mm de grosor. Es

la estructura más ventajosa, al permitir la circulación de agua y aire.

7. ¿Qué diferencia de comportamientos existe entre los suelos finos y gruesos? Justifique.8. ¿Qué se entiende por textura en un suelo?9. ¿Cuáles son las principales propiedades índices? Defínalas.10. ¿Cuáles son la propiedad índice qué se determinan en laboratorio por medio de ensayos? Describa los respectivos ensayos.11. Deduzca todas las propiedades índices partiendo de los datos de laboratorio.


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12. Relacione las distintas magnitudes definidas entre sí.

SISTEMAS DE UNIDADES EN GEOTECNIA, RELACIONADO AL SI: A seguir serán definidas las principales magnitudes utilizadas en geotecnia, sus unidades y simbologías utilizadas internacionalmente.

13. ¿Qué propiedades índice dependen de la estructura del suelo?

Las propiedades índice caracterizan el estado de un suelo (definen cómo el suelo “está”)Los componentes del suelo pueden encontrarse en los tres estados de la materia:• Aire: Aire, gases orgánicos, vapor de agua • Agua: Agua y sales minerales disueltas • Sólido: Partículas, agentes cementantes, minerales y materia orgánicaPara definir las propiedades índices se recurre al diagrama de fases.


WEIGHTVOLUME

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PESO VOLUMÉTRICO NATURAL (γ): Como su nombre lo indica es la relación entre el peso de suelo, WT, y el volumen que el mismo ocupa, VT.Su magnitud, por lo general, varía de 11 kN/m3 a 23 kN/m3. Siendo 11 kN/m3 para arcillas saturadas, de origen lacustre y, 23 kN/m3 para suelos friccionantes, arenas y gravas, muy compactas

GRAVEDAD ESPECÍFICA DE LOS SÓLIDOS (Gs): En esta propiedad se relacionan el peso volumétrico de los sólidos con el peso volumétrico del agua a 4°C de temperatura y a una atmósfera de presión. *magnitud aproximada de 9.81 kN/m3 a 10 kN/m3Los valores Gs varían de 2.65 a 3.00 para arenas y suelos con hierro. En algunos suelos orgánicos su densidad puede ser menor de 2.0.

% DE HUMEDAD o CONTENIDO DE AGUA (ω): El contenido de agua es la relación entre las masas del agua, Ww, que contiene el suelo y la del suelo seco, Ws. Así, su magnitud puede variar desde 0%, cuando el suelo está seco. Su máxima magnitud no se ha definido aún. Sin embargo, se conocen suelos cuyos contenidos de agua o de humedad alcanzan el 800% y 1,500%, es decir, por cada tonelada de agua se tienen 8 o 15 toneladas de sólidos, casi agua.

ÍNDICE o RELACIÓN DE VACÍOS (e): Ésta queda definida como el cociente entre el volumen de vacíos, Vv, y el volumen de sólidos, Vs. Sus magnitudes pueden variar de 0.20, para depósitos glaciares, como por ejemplo arenas limosas muy compactas, a 10 o mayores para depósitos lacustres de arcillas saturadas de consistencia muy blanda. No existen suelos con oquedades


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nulas, ya que cualquier suelo por compacto que se encuentre siempre tendrá vacíos.

POROSIDAD (n): Es la relación entre el volumen de vacíos, VV, y el volumen total, VT, se acostumbra expresarla en porcentaje. La n podrá tener magnitudes entre el 17% y 90%

GRADO DE SATURACIÓN (S ó Gw) En esta propiedad se relacionan los volúmenes del agua que llenan total o parcialmente los vacíos del suelo, con este volumen. También se acostumbra expresarlo en porcentaje.Teóricamente su máxima magnitud es 100%, todos los vacíos del suelo están llenos de agua. De manera natural el agua que se encuentra en los suelos tiene aire disuelto. Asimismo, el mínimo valor no es cero ya que bajo cualquier condición el agua siempre contiene agua.

14. Ordene de mayor a menor los distintos pesos específicos de los suelos


PESO UNITARIO DE ALGUNOS SUELOS

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15. Dé rangos de valores de la relación de vacíos, la porosidad, pesos específicos y humedades de los principales tipos de suelos.


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16. Construya una tabla con valores típicos de las relaciones de vacíos máximas y mínimas en suelos granulares. Calcule la Densidad relativa o Índice de densidades para cada uno de los seleccionados. Relacione los resultados con el estado físico del suelo de poco denso a muy denso

17. Defina el equivalente de arena de un suelo. ¿Qué indica?

18. Describa distintos métodos para la determinación de la humedad y pesos específicos “in situ”.

GRANULOMETRÍA

1. ¿Qué representa la granulometría de un suelo?

2. ¿Cómo debe ser una muestra para la ejecución de un ensayo granulométrico?

3. Describa tipos de ensayos granulométricos y la aplicación de cada uno de ellos.


ÍNDICE O RELACIÓN DE VACÍOS

Dr % SUELOS GRANULARES RESULTADOS – DENOMINACIÓN

0-15 Arena muy suelta Muy suelto15-50 Arena suelta Suelto50-70 Arena media Medianamente denso70-85 Arena compactada Denso

85-100 Arena muy compactada Muy denso

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4. ¿Qué datos obtiene de una curva granulométrica? Justifique el uso de los coeficientes de Uniformidad y Curvatura.

5. ¿Cómo se clasifican los suelos según su tamaño?

6. ¿Qué diferencias fundamentales hay entre una grava y una arena?

7. ¿Qué diferencias fundamentales hay entre una arena y un limo?

8. ¿Qué diferencias fundamentales hay entre un limo y una arcilla?

9. ¿Qué suelo es más conveniente para una fundación uno uniforme o uno bien graduado? ¿Por qué?


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