Qu ES EL SUELO?El suelo es una mezcla de minerales, materia
orgnica, bacterias, agua y aire.Se forma por la accin de la
temperatura, el agua, el viento, los animales y las plantas sobre
las rocas. Estos factores descomponen las rocas en partculas muy
finas y as forman el sueloPropiedades Fsicas de los Suelos. Entre
las propiedades fsicas y mecnicas de un suelo se pueden enumerar:
1. La composicin del suelo 2. La densidad, porosidad e ndice de
vados 3. El tamao y forma de las partculas 4. La textura y el color
5. La consistencia y el contenido de humedad 6. La permeabilidad y
capilaridad7. La compresibilidad 8. La capacidad portante
A continuacin se analizarn propiedades, que identifican un
suelo, en base a las cuales es posible lograr un correcto diseo de
las fundaciones.
1. La composicin del suelo
Los componentes del suelo se pueden dividir en slidos, lquidos y
gaseosos.
La fase slida est compuesta de partculas diminutas derivadas de
la roca o sedimento producto de la meteorizacin o incluso materia
orgnica. La fase lquida, corresponde al agua que se ubica en los
espacios vacos entre partculas. La fase gaseosa corresponde al
aire, los espacios vacos los restantes que no ocupa el agua son
ocupados por el aire.
Figura 1.13. Estados del suelo.(a) Saturado. (b) No saturado.
(c) Seco. (d) No saturado contrctil.
La fase lquida del suelo vara en su cantidad con respecto a las
otras fases, lo que da lugar a distintos estados del suelo. En la
Figura 1.13 se ha esquematizado los distintos estados que presenta
el suelo de acuerdo a la variacin de la fase lquida. De acuerdo a
esta variacin de la fase lquida (agua) del suelo, este puede ser
clasificado en tres diferentes estados que son:
Suelo saturado.- La Figura 1.13a corresponde al estado del suelo
saturado. Este estado del suelo contiene nicamente dos fases: la
fase slida y lquida. Se lo llama saturado, porque todos los
espacios vacos estn llenos de agua. Suelo no saturado. - El estado
de suelo de la Figura 1.13b, corresponde al suelo no saturado,
llamado tambin hmedo. Posee: la fase slida, lquida y gaseosa
simultneamente. Los vacos estn ocupados por aire y agua. Suelo
seco.- Este estado de suelo mostrado en la Figura 1.13c, incluye
solo dos fases: la fase slida y la gaseosa, es decir que el suelo
no contiene agua. Suelo no saturado contrctil.- El estado de suelo
de la Figura 1.13d incluye las tres fases de suelo, adems de una
cuarta fase denominada contrctil. Esta cuarta fase es independiente
y llega originarse como resultado de la interfase aire-agua, su
problema predominante es su expansin y contraccin, por lo que su
estudio entra en otra categora de la mecnica de suelos.
2. La densidad, porosidad e ndice de vados
Analizando un espcimen tpico de un suelo,
Figura 1.1 Estructura de un suelo Mixto.
El volumen y peso de las diferentes fases de la materia en la
masa del suelo puede ser representado esquemticamente como indica
la figura, donde el volumen total resulta:
donde Vs es el volumen de los slidos, Va el del aire y V el del
agua contenida en los poros. El peso total es:
El peso del aire Wa generalmente se desprecia. Wa = O Las ms
usuales definiciones que se utilizan para clasificar los suelos y -
determinar las relaciones matemt1cas entre las fases que lo forman,
se indican a continuacin:
Relacin de vados e Es el ndice entre el volumen de vacas y de
salidos en la masa del suelo. Se expresa como un decimal:
Porosidad n
Es la expresin del volumen de vados como porcentaje del volumen
total de la muestra - de suelo analizada, sin tomar en cuenta el
aire o el agua contenida en los poros.
La relacin de vados e y la porosidad tambin pueden obtenerse
mediante las ecuaciones:
La relacin de vados y la porosidad de un suelo dependen del
grado de compactacin o consolidacin, por lo cual sirven para
determinar la capacidad portante del suelo, y esta se incrementa
cuando ambas relaciones disminuyen. Contenido de humedad w
Se expresa como el porcentaje que relaciona el peso del agua W
en la masa del suelo y el peso de los slidos en la misma masa.
Grado de saturacin s
Resulta el porcentaje del volumen del agua con relacin al
volumen total de vados.
La saturacin es la condicin de un suelo para la cual los vados
estn completamente llenos de agua, y saturacin parcial es cuando
los vados estn parcialmente llenos de agua.
Densidad especifica P
Es la relacin de masa por unidad de volumen, y se mide en Kg/m3
o en g/cm3
Peso especifico
Resulta la relacin entre el peso de la muestra de suelo y el
volumen de la misma. La expresin general del peso especfico es:
El trmino peso especifico de un suelo implica suelo hmedo, con
humedad natural. El peso especfico se determina en muestras de
suelo no disturbadas, extraidas mediante tubos de penetracin
hermticos. Es la caracterstica ms importante de un suelo,
indispensable para iniciar toda investigacin relacionada con la
mecnica de suelos. Se pueden distinguir ademas:
a)Peso especifico de la muestra seca:
b) Peso especifico de la muestra sumergida:
El peso especifico del agua es :
Peso especifico relativo de la_masa Gm
Tambin conocido como peso especifico aparente de una substancia,
es la relacin entre su peso y el de igual volumen de agua.
Peso espec1fico relativo de los slidos Gs
3. El tamao y forma de las partculas
Tamao de los Granos en los Suelos. Los suelos pueden ser
clasificados segn el tamao predominante de sus granos, ya que por
lo general todo suelo presenta una mezcla de partculas de
diferentes formas y dimensiones que varan desde grandes piedras
hasta granos muy finos que slo se pueden visualizar con un
microscopio comn. Es usual que el contenido de gravas y arenas se
determine utilizando tamices, mientras que el porcentaje de
coloides, lizaos y arcillas se obtenga mediante ensayos de
sedimentacin. Por ello las pruebas granulomtricas se realizan segn
los siguientes mtodos: -Tamices calibrados -Ensayos
hidromtricos
Para comenzar, las muestras del suelo son agitadas en tamices de
diversos tamaos apilados verticalmente, con aberturas de forma
cuadrada y dimensiones variables entre 10 cm (4) y 0,075 nn (Tamiz
U.S.A. Standard N2OO) segn indica la Tabla 1.3.
Los granos con tamao mayor a 10 cm se miden directamente con
calibradores y la fraccin de suelo que pasa el tamiz N 200 se
clasifica luego por sedimentacin, como ocurre con los suelos
cohesivos.Para ello se usan las pruebas hidromtricas, que consisten
en la observacin de la velocidad de asentamiento de las partculas
del suelo. Cuanto ms pequeas son, mas lentamente asientan. Sin
embargo, el mtodo no da buenos resultados cuando las partculas
tienen dimensin inferior a 0,005 mn debido a que se mantienen en
suspensin indefinidamente, y en este caso deben usarse microscopios
electrnicos. En el anlisis hidromtrico, el tamao de las partculas
es el correspondiente al d1metro de una esfera cuya sedimentacin en
el agua ocurre a la misma velocidad de la partcula. En la figura
1.2, los dimetros de las partculas se miden en escala logartmica en
las abscisas y los porcentajes en peso de los granos ms finos se da
en las ordenadas en escala natural.
Figura 1.2.
Las curvas granulomtricas de diferentes suelos estn
representadas en la figura para tres tipos de ellos. La curva A
corresponde a un suelo de graduacin discontinua, representada por
la sucesin de concavidades y convexidades; la curva B es ms suave,
e indica un suelo bien graduado, con gran variacin en el tamao de
los granos mientras que la curva C presenta gran pendiente, lo cual
evidencia una graduacin uniforme. Un punto cualquiera de estas
curvas, por ejemplo el 1, sobre la curva A, indica que el 50% en
peso del suelo tiene granos ms finos que 0,12 mm, y el punto II
sobre la curva B que el 40% en peso tiene granos ms finos que 0,3
mm.
Formas de las Partculas de los Suelos. Con excepcin de los
granos esfricos o cbicos, una sola dimensin no puede determinar con
exactitud el tamao de las partculas de un suelo. Por eso, la
clasificacin segn forma adquiere tanta importancia como su tamao.
Los gelogos suelen emplear trminos tales como: en forma de disco,
de hojas, de varas, de esferas, etc, para describir la relacin
predominante de dimensiones en las partculas. En ingeniera de
suelos, se clasifican los granos segn las siguientes formas:
-Redondeadas -De cantos vivos -De cantos redondeados -Laminares
o en escamas-Alargadas o en bastones La forma de las partculas
influye en el comportamiento y la capacidad portante de un suelo.
En todos los granos se pueden determinar los siguientes parmetros:
a) La esfericidad b) La angulosidad c) La planeidad Los granos
redondeados son los que se asemejan a una esfera.
Los granos redondeados oponen mayor resistencia a ser
desmenuzados y son capaces de resistir grandes cargas estticas con
pequeas deformaciones.
Las partculas obtenidas de las piedras quebradas por trituracin
mecnica tienen generalmente vrtices muy agudos y se agrupan bajo la
clasificacin de granos de cantos vivos, los cuales luego por
erosin, van puliendo y redondeando sus aristas. La angulosidad es
la medida de la agudeza de los vrtices de una partcula. Los granos
laminares o en escaras tienen el aspecto de hojas secas
superpuestas y son el resultado de la exfoliacin de las micas de
los minerales arcillosos. Ver fig. 1.5 a.
4. La textura y el color
Independientemente de la forma, tamao o grado de redondez, las
partculas pueden diferenciarse por la textura, segn la cual se
clasifican en: Rugosas Lisas Es triadas Picadas Pulidas
En lo que respecta al color, ste resulta de gran utilidad para
los gelogos de las minas, y ofrece - cierta informacin a los
ingenieros de suelos. La clasificacin de los suelos por color tiene
el inconveniente de que el mismo cambia con el contenido de humedad
y con la composicin qumica. En las muestras que se extraen del
subsuelo, el color debe definirse para el contenido natural de
humedad, y antes de manipularlas, pues en muestras alteradas la
variacin del color es muy grande.
En muestras inalteradas, el color da una informacin aproximada
acerca del tipo de - suelo y sus componentes. Por ejemplo, el color
rojizo indica la presencia de xidos de hierro no hidratados
(hematita) y corresponde a suelos bien drenados. Los colores negro
y marrn oscuro denotan la existencia de materias orgnicas y los
amarillos o marrones amarillentos, un elevado porcentaje de hierro
hidratado, lo cual evidencia un mal drenaje del suelo. Tambin el
azul grisceo y el gris amarillento corresponden a suelos con poco
drenaje, mientras que el color blanco se debe a la presencia de
slice y cal, o bien de algunos componentes de aluminio.
5. La consistencia y el contenido de humedad
INDICE DE PLASTICIDAD Ip El ndice de plasticidad se define como
la diferencia numrica entre el Limite Liquido y el Limite
Plstico:Un ndice de plasticidad bajo, como por ejemplo del 5%,
significa que un pequeo incremento en el con tenido de humedad del
suelo, lo transforma de semislido a la condicin de liquido, es
decir resulta muy sensible a los cambios de humedad. Por el
contrario, un ndice de plasticidad alto, como por ejemplo del 20%,
indica que para que un suelo pase del estado semislido al lquido,
se le debe agregar gran cantidad de agua.
En suelos no plsticos, no es posible determinar el ndice de
plasticidad. El da grama de plasticidad indicada en la figura 1.7,
segn los Lmites de Atterberg, permite diferenciar - el ndice de
plasticidad de limos y arcillas, en funcin del Limite Liquido LI. y
del contenido normal de humedad WN.
Figura 1.7Diagrama de Plasticidad segn los Lmites de
Atterberg
El ndice de plasticidad define el campo plstico de un suelo y
representa el porcentaje de humedad que deben tener las arcillas
para conservarse en estado plstico. Este valor permite determinar
los parmetros de asentamiento de un suelo y su expansividad
potencial.
INDICE DE FLUIDEZ IL
El ndice de fluidez, tambin conocido como ndice liquido, define
la consistencia de un suelo.
La Tabla 1.7 indica la relacin existente entre el ndice de
fluidez y la consistencia de un suelo, as como su comportamiento al
ser manipulado.
En esta Tabla, la consistencia del suelo arcilloso varia desde
dura, hasta fluida, dependiendo del contenido de humedad. Cuando el
ndice liquido es muy reducido, se incremerita la consistencia y se
hace difcil la penetracin del suelo por medio de instrumentos.
Cuando IL
