PROPIEDADES BASICAS SUELOS

Facultad de Ingeniería y Arquitectura 2013-I

MECANICA DE SUELOS I

Ing. Salvador Palomino Altez

Facultad de Ingeniería y Arquitectura MECANICA DE SUELOS I

PROPIEDADES BÁSICAS Y

GENERALES DE LOS SUELOS

Es importante para un ingeniero el tener un conocimiento, de las propiedades básicas de los suelos, el trabajo se complica por el hecho de que muchos suelos son de naturaleza compleja, tanto física como químicamente y porque los suelos depositados son probablemente de carácter en extremo heterogéneo. Las propiedades de los suelos no sólo dependen de su tipo general sino también de su condición en el momento de la prueba o ensayo.


PROPIEDADES FÍSICAS DEL SUELO

El suelo es una mezcla de materiales sólidos, líquidos (agua) y gaseosos (aire). La adecuada relación entre estos componentes determina su capacidad. La proporción de los componentes determina una serie de propiedades que se conocen como propiedades físicas o mecánicas del suelo: textura, estructura, color, permeabilidad, porosidad, drenaje, consistencia, profundidad efectiva.


PESO VOLUMÉTRICO

Se denomina peso volumétrico de un suelo (ϒ) al peso de dicho suelo contenido en la unidad de volumen, y generalmente se expresa en Kg/m³. Se denomina peso volumétrico seco (ϒs) de un suelo al peso volumétrico aparente de el, tomando el peso del mismo previamente cuarteado y secado en un horno. El peso volumétrico aparente se refiere al considerar el volumen de los vacíos formando parte del suelo.


Para determinar el peso volumétrico seco de un suelo se coloca el material que ha sido cuarteado y secado dentro de un recipiente de volumen conocido, llenándolo y enrasándolo, sin apretarlo, con una regla. Inmediatamente se pesa, y restando el peso del recipiente se obtiene el peso del material, que dividido entre su volumen del recipiente, proporcionara el dato de peso volumétrico seco del suelo.

(ϒs) = Ws/Vs


DENSIDAD

La densidad absoluta de un cuerpo es la masa de dicho cuerpo contenida en la unidad de volumen, sin incluir sus vacíos. La densidad aparente es la masa de un cuerpo contenida en la unidad de volumen, incluyendo sus vacíos. La densidad relativa de un solido es la relación de su densidad a la densidad absoluta del agua destilada a una temperatura de 4 °C. Así pues, en un suelo, la densidad relativa del mismo se define como la relación de la densidad absoluta o aparente promedio de las partículas que constituyen el suelo, a la densidad absoluta del agua destilada, a 4 C, que tiene un valor de 1 g/cm³.


Se acostumbra expresar la densidad absoluta en gramos masa por centímetro cubico, y la densidad relativa queda expresada por un numero adstrato.


La compactación es el término que se utiliza para describir el proceso de densificación de un material mediante medios mecánicos; el incremento de densidad se obtiene al disminuir el contenido de aire en los vacíos en tanto se mantienen el contenido de humedad aproximadamente constante. En la práctica, de compactación se realiza con frecuencia sobre los materiales que se utilizan para rellenos en la construcción de terraplenes, pero también puede realizarse in situ con suelos naturales en proyectos de mejoramiento del terreno.


El principal objetivo de la compactación es mejorar las propiedades ingenierìles del material, tales como: Aumentar la resistencia al corte y, por consiguiente, mejorar la estabilidad de terraplenes y la capacidad de carga de cimentaciones y pavimentos. Disminuir la compresibilidad y, por consiguiente, reducir los asentamientos. Disminuir la relación de vacíos y reducir la permeabilidad. Reducir el potencial de expansión, contracción o expansión por congelamiento.


ABSORCIÓN

El método se refiere a la determinación de la absorción del material en 24 horas. Para ello, la muestra seleccionada del agregado grueso retenido en la malla de 3/8“ se sumerge en agua durante 24 horas. Al final de este tiempo deberá extraerse el material del agua y proceder a su secado superficial, mediante un lienzo absorbente. En estas condiciones de saturación se determina el peso de la muestra (Wh). Se pone luego a secar la muestra hasta peso constante (Ws) y se calcula la absorción por la formula.


ABSORCIÓN

% A = ((Wh – Ws)/Ws)*100

El resultado obtenido por medio del método explicado sirve para compararlo con el que se marque la especificación correspondiente al uso que se le vaya a dar al material y saber si satisface o no la norma.


GRANULOMETRÍA

El conocimiento de la composición granulométrica de un suelo grueso sirve para discernir sobre la influencia que puede tener en la densidad del material compactado. El análisis granulométrico se refiere a la determinación de la calidad en porciento de los diversos tamaños de las partículas que constituyen el suelo. Para el conocimiento de la composición granulométrica de un determinado suelo existen diferentes procedimientos, mas expedido es el tamizado. Sin embargo, al aumentar la finura de los granos el tamizado se hace cada vez mas difícil, teniendo entonces que recurrir a procedimientos por sedimentación.


TEXTURA

La textura de un suelo es la proporción de los tamaños de los grupos de partículas que lo constituyen y está relacionada con el tamaño de las partículas de los minerales que lo forman y se refiere a la proporción relativa de los tamaños de varios grupos de partículas de un suelo.


Para el estudio de la textura del suelo, éste se considera formado por tres fases: sólida, líquida y gaseosa. La fase sólida constituye cerca del 50 % del volumen de la mayor parte de los suelos superficiales y consta de una mezcla de partículas inorgánicas y orgánicas cuyo tamaño y forma varían considerablemente. La distribución proporcional de los diferentes tamaños de partículas minerales determina la textura de un determinado suelo. La textura del suelo se considera una propiedad básica porque los tamaños de las partículas minerales y la proporción relativa de los grupos por tamaños varían considerablemente entre los suelos, pero no se alteran fácilmente en un determinado suelo.


El procedimiento analítico mediante el que se separan las partículas de una muestra de suelo se le llama análisis mecánico o granulométrico y consiste en determinar la distribución de los tamaños de las partículas. Este análisis proporciona datos de la clasificación, morfología y génesis del suelo, así como, de las propiedades físicas del suelo como la permeabilidad, retención del agua, plasticidad, aireación, capacidad de cambio de bases, etc. Todos los suelos constan de una mezcla de partículas o agrupaciones de partículas de tamaños similares por lo que se usa su clasificación con base en los límites de diámetro en milímetros.



ESTRUCTURA Como ya se sabe, los suelos están formados por gran cantidad de elementos de composición mineralógica diversa, así como también de diversos tamaños y formas, constituyendo la estructura del suelo; es decir, la estructura es la distribución y orden de las partes de un cuerpo. Para el estudio que nos ocupa se deben distinguir tres tipos de estructura: granular, apanalada y flouculenta.

La estructura granular es propia de los suelos integrados por recios granos, aunque presente diferente magnitud, sin ningún otro enlace mas que el que les proporciona la gravedad para que cada partícula individual descanse en los puntos de contacto con las partículas vecinas.


La estructura apanalada es típica de los suelos limosos, los cuales fueron depositados en agua, arreglándose las partículas unas con otras para formar arcos con grandes espacios vacíos, como los dejados por los panales de abejas.

La estructura floculenta es arreglo complejo de partículas muy finas de arcilla depositadas en agua. En esta estructura las partículas ultrafinas se agrupan en fluculos antes de sedimentarse.




PERMEABILIDAD Permeabilidad es la propiedad que tiene el suelo de transmitir el agua y el aire. Mientras más permeable sea el suelo, mayor será la filtración. Algunos suelos son tan permeables y la filtración tan intensa que para construir en ellos cualquier tipo de estructuras es preciso aplicar técnicas de construcción especiales.


POROSIDAD Como consecuencia de la textura y estructura del suelo tenemos su porosidad, es decir su sistema de espacios vacíos o poros. Los poros en el suelo se distinguen en: macroscópicos y microscópicos. Los primeros son de notables dimensiones, y están generalmente llenos de aire, en efecto, el agua los atraviesa rápidamente, impulsada por la fuerza de la gravedad. Los segundos en cambio están ocupados en gran parte por agua retenida por las fuerzas capilares.


Los terrenos arenosos son ricos en macroporos, permitiendo un rápido pasaje del agua, pero tienen una muy baja capacidad de retener el agua, mientras que los suelos arcillosos son ricos en microporos, y pueden manifestar una escasa aeración, pero tienen una elevada capacidad de retención del agua.


La porosidad puede ser expresada con la relación;

n = Ve/Vt Donde: Ve = volumen de espacios vacíos, comprendiendo los que están ocupados por gases o líquidos; Vt = volumen total de la muestra, comprendiendo sólidos, líquidos y gases.


En líneas generales la porosidad varía dentro de los siguientes límites: Suelos ligeros: 30 - 45 % Suelos medios: 45 - 55 % Suelos pesados: 50 - 65 % Suelos turbosos: 75 - 90 %


DRENAJE El drenaje de un suelo es su mayor o menor rapidez o facilidad para evacuar el agua por escurrimiento superficial y por infiltración profunda.


¿Cómo saber si el drenaje es bueno o malo?


CONSISTENCIA Es la característica física que gobierna las fuerzas de cohesión-adhesión, responsables de la resistencia del suelo a ser moldeado o roto. Dichas fuerzas dependen del contenido de humedades pro esta razón que la consistencia se debe expresar en términos de seco, húmedo y mojado.


Cohesión: es la atracción entre partículas de la misma naturaleza. Adhesión: Se debe a la tensión superficial que se presenta entre las partículas de suelo y las moléculas de agua. Sin embargo, cuando el contenido de agua aumenta, excesivamente, la adhesión tiende a disminuir. El efecto de la adhesión es mantener unidas las partículas por lo cual depende de la proporción Agua/Aire.


Limite Plástico: % de contenido de humedad con que un suelo cambia al disminuir su humedad de la consistencia plástica a la semisólida, o, al aumentar su humedad, de la consistencia semisólida a la plástica. Límite Líquido: % de contenido de humedad con que un suelo cambia, al disminuir su humedad, de la consistencia líquida a la plástica, o, al aumentar su humedad, de la consistencia plástica a la líquida. Índice de Plasticidad: Es un parámetro físico que se relaciona con la facilidad de manejo del suelo, por una parte, y con el contenido y tipo de arcilla presente en el suelo

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