Mecánica de Suelos

¿QUE ES MECANICA DE SUELOS?

Es la aplicación de las leyes de la física y las ciencias naturales a los problemas que involucran las cargas impuestas a la capa superficial de la corteza terrestre. Esta ciencia fue fundada por Karl von Terzaghi, a partir de 1925.

Es la aplicación de las leyes de la mecánica y la hidráulica a los problemas de la ingeniería que tratan con sedimentos y otras acumulaciones no consolidadas de partículas sólidas, producidas por la desintegración mecánica o la descomposición química de las rocas.

Incluye:
1. El comportamiento de los suelos sujetos a carga
2. Investigación de las propiedades físicas del suelo
3. Aplicación del conocimiento teórico y empírico de los problemas prácticos.

Todas las obras de ingeniería civil y Arquitectura se apoyan sobre el suelo de una u otra forma, por lo que, en consecuencia, su estabilidad y comportamiento funcional y estético estarán determinados, entre otros factores, por el desempeño del material de asiento situado dentro de las profundidades de influencia de los esfuerzos que se generan, o por el del suelo utilizado para conformar los rellenos.

Si se sobrepasan los límites de la capacidad resistente del suelo o si, aún sin llegar a ellos, las deformaciones son considerables, se pueden producir esfuerzos secundarios en los miembros estructurales, quizás no tomados en consideración en el diseño, productores a su vez de deformaciones importantes, fisuras, grietas, desplomos que pueden producir, en casos extremos, el colapso de la obra o su inutilización y abandono.

En consecuencia, las condiciones del suelo como elemento de sustentación y construcción y las del cimiento como dispositivo de transición entre aquel y la supraestructura, han de ser siempre observadas, aunque esto se haga en proyectos pequeños fundados sobre suelos normales a la vista de datos estadísticos y experiencias locales, y en proyectos de mediana a gran importancia o en suelos dudosos, infaliblemente, al través de una correcta investigación de mecánica de suelos.

Estructuras que se fundan en el suelo:
1. PUENTES
2. EDIFICIOS
3. CARRETERAS

LOS SUELOS

Los productos mas importantes de los esfuerzos del intemperismo son los suelos, el suelo consiste en roca suelta descompuesta y desintegrada y que ha sido alterada hasta poder soportar la vida vegetal
Aunque numerosos factores determinen en ultima instancia el tipo de suelo que se ha desarrollado lo mas importante son las composiciones de la roca madre, clima, la topografía, el tiempo, la actividad de las plantas y los animales.

Es una disciplina de la ingeniería que tiene por objeto el estudio de una serie de métodos que conducen directa e indirectamente al conocimiento del suelo. En los diferentes terrenos sobre los cuales se va a erigir estructuras de índole variable por diversas razones el hombre ha estudiado durante siglos el suelo donde vive presentando teoriza sobre las presiones del mismo y sobre métodos para determinar la capacidad de carga para diversos tipos de cimentaciones sin embargo se puede decir que quien organizo conceptos y los hizo crecer hasta formar una rama de la ingeniería civil es el doctor Karl Terzaaghi desde 1925.

El suelo y su origen

¿Que es suelo?: es una delgada capa sobre la corteza terrestre de material que proviene de la desintegración y/o aceleración física y bioquímica de las rocas y de los residuos de la actividad de los seres vivos que sobre ella se asientan.

Entre los agentes físicos que producen cambios en las rocas se tiene el sol, el agua, el viento y los glaciares, el sol al actuar sobre las rocas calienta mas su exterior que su interior provocando diferencias de expansiona que generan esfuerzos muy fuertes los cuales dan como resultado un rompimiento de la capa superficial y el desprendimiento de la misma este proceso es conocido como exfoliación y cambia de carácter en diferentes localidades y distintas alturas sobre el nivel del mar y en las diversas épocas del año.

Principales tipos de suelos

De acuerdo con el origen de sus elementos los suelos se dividen en dos amplios grupos:

SUELOS ORGÁNICOS
SUELOS INORGÁNICOS

1. GRAVAS: las gravas son acumulaciones sueltas de fragmentos de rocas y que tienen mas de 2 mm de diámetro.
2. ARENAS: nombre que se le da a los materiales de grandes finos procedentes de la denudación de las rocas o de su trituración artificial y cuyas partículas varían entre 2 mm y 0.5 mm de diámetro.
3. DENUDACION: estado de la tierra privada de vegetación.
4. LIMOS: los limos son suelos de granos finos con poca plasticidad, pudiendo ser inorgánico como el producido en canteras o limos orgánicos como el que suele encontrarse en los ríos, El diámetro de las partículas de los limos están comprendido entre 0.5 mm y 0.005 mm.
5. ARCILLA: partículas sólidas con diámetro menor de 0.005 mm y cuya masa tiene la propiedad de volverse plástica al ser mezclada con agua.
6. CALICHE.- Son ciertos estratos de suelo cuyos granos se encuentran cementados por carbonatos calcareos.
7. LOES.- son sedimentos eólicos uniformes y cohesivos
8. DIATOMITA.- son depósitos de polvo silico de color blanco.
9. GUMBO.- es un suelo arcilloso fino, generalmente libre de arena y que parece cera a la vista, es pegajoso muy plástico y esponjoso. material difícil de trabajar.
10. TEPETATE.- es un material pulverulento de color café, compuesto de arcilla limo y arena en proporciones variables con semejante.

TIPOS DE PRUEBAS PARA EL ESTUDIO DE MECANICA DE SUELOS.

Pruebas de corte directo

El aparato empelado en esta prueba es el ideado por Casa grande.

La muestra inalterada se coloca en su interior y se somete a un esfuerzo tangencial y a una cargaP. Haciendo variar las cargas , se van observando los correspondientes esfuerzos de rupturas de тy con esos valores se traza la envolvente, de los círculos de mohr., que dará a conocer el valor de c, ordenada en el origen, y el ángulo φ de inclinación de la línea.

Prueba de contracción triaxial

La prueba de compresión triaxial se lleva a cabo envolviendo en una membrana impermeable un espécimen cilíndrico del suelo que se desea probar, cuyas bases quedan en contacto con cabezas sólidas provistas de piedras porosas que sirven de filtro: los filtros están conectados a tubos delgados provistos de válvulas que permiten gobernar la salida o entrada del agua al espécimen; tales tubos de drenaje están conectados a un bureta graduada con la que se puede conocer el volumen de agua expulsado o absorbido por el suelo. La unión entre la membrana y las cabezas se ata con una banda de hule para garantizar un sello hermético. Todo un conjunto queda encerrado en una cámara que se conecta a un tanque de agua a presión. La tapa superior de la cámara es atravesada por un vástago delgado que pasa por un deposito de grasa a presión que evita las fugas a lo largo de la pared del vástago y reduce a un mínimo la fricción de esta contra la tapa.

La prueba de compresión triaxial puede ejecutarse de diferentes maneras:
1. Prueba rápida o sin drenaje.- se aplica una presión de agua a la cámara que se transmite hidrostáticamente al espécimen.

2. Prueba rápida-consolidada.- se aplica la presión al agua de la cámara y se abren las válvulas de drenaje del espécimen permitiendo que la presión de los fluidos.
3. Prueba lenta.- Aquí las válvulas de drenaje no se cierran.

Prueba de la veleta

La veleta es un dispositivo que sirve para medir las resistencias al corte de los suelos eminentemente cohesivos y suaves sin tener que extraer muestras inalteradas de los mismos. Es decir, es un aparato que mide el corte de los suelos directamente en el lugar. El aparato consiste de dos placas metálicas cruzadas que forman cuatro aletas de forma rectangular, las cuales se hincan en el suelo hasta que la parte superior de las aspas queden lo suficientemente enterradas en el suelo a ensayar. Esto hace por medio de un vástago que las sujeta y sobre el cual se aplica un par de fuerzas que se mide por medio de un dinamómetro en el maneral.

Prueba de penetración normal

Esta prueba consiste en contar el numero de golpes N necesarios para hincar 30 cm dentro del suelo, un saca muestras normalizado. El hincado del muestreador se hace dejando caer un peso de 65 Kg. desde una altura de 75 cm. Para ejecutar la prueba, se ajusta cuidadosamente el muestrador al suelo y a la barriga del peso se comienza a golpear la cabeza de la barra para que el saca muestras penetre 15 cm en el suelo. A partir de ese instante se cuenta el numero de golpes N necesarios para que el saca muestras penetre 30 cm mas. Hecho esto se saca el muestreador y se extrae para su examen el material recogido en su interior.

EJEMPLOS EN DONDE NO SE REALIZO EL ESTUDIO MECANICA DE SUELOS

Estos son algunos ejemplos en donde el estudio de mecánica de suelos no se realizo:

Torre de pisa. fue comenzada por Bonanno Pisano en 1174 y terminada en la segunda mitad del siglo catorce (XIV). Con una altura de 45 metros y un peso total de 14,500 toneladas, su cimentación anular transmite presiones al subsuelo de 5 kilogramos por cada centímetro cuadrado. Fundada sobre capas alternadas de arena y arcilla, su inclinación comenzó a producirse desde la época de su construcción como consecuencia de compresiones diferenciales de los suelos, afectados, observándose en la actualidad una separación entre la vertical y el eje longitudinal de la torre de 4.90 metros en su parte mas alta.

Canal de Panama. fue realizado por el Ingeniero francés Fernando de Lesseps, no fue hasta el año 1914 que el canal de navegación solucionado por los americanos mediante un sistema de esclusas pudo ser puesto en servicio, después de lograr el saneamiento de la zona. Se excavaron 315 millones de metros cúbicos de material, en los casi ochenta y tres kilómetros de longitud del canal.
La construcción se caracterizo por grandes deslizamientos en las formaciones denominadas “culebra” y “cucaracha”, estando constituida esta ultima por arenisca arcillosa estructuralmente débil. Las fallas se siguieron produciendo años después de la inauguración del canal provocando el cierre temporal por periodos mas o menos largos.

BIBLIOGRAFIA

http://www.arqhys.com/contenidos/suelos-mecanica.html
http://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_de_suelos
Mecánica de suelos Tomo I Juárez Badillo y Rico Reyes ED. Limusa
Mecánica de suelos y cimentación Crespo Villalaz ED. Limusa
Mecánica de suelos LAMBE, TW y R WITMAN ED. Limusa
Mecánica de suelos y cimentación Feazagui, K y R

Por iiarquitectos