Portada » Diseño e Ingeniería » Mecánica de Suelos y Rocas: Conceptos Clave y Ensayos Geotécnicos
Suelo: Se denomina suelo a todo agregado natural no cementado de granos minerales y materia orgánica descompuesta, junto con el agua y aire que ocupan los espacios vacíos entre partículas sólidas.
Roca: Cada uno de los diversos materiales sólidos, formados por cristales o granos de uno o más minerales, de que está hecha la parte sólida de la Tierra y otros cuerpos planetarios. Las rocas están constituidas, en general, por mezclas heterogéneas de diversos materiales homogéneos y cristalinos, es decir, minerales.
Los ensayos de identificación del suelo sirven para:
Los sistemas de clasificación de los suelos más usuales son: el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (USCS) y la clasificación de la AASHTO.
La plasticidad de los suelos arcillosos varía significativamente con su contenido de humedad, pasando por diferentes estados:
Los Límites de Atterberg son contenidos de humedad específicos que marcan la transición entre estos estados para suelos finos.
Las arcillas tienen una composición diferente de la roca madre, siendo fundamentalmente silicatos. En su comportamiento geotécnico, lo más determinante es:
A continuación, se presenta una tabla comparativa entre arcillas y arenas:
Característica | Arcilla | Arena |
---|---|---|
Volumen de huecos | Hasta 98% | Hasta 50% |
Retracción al secarse | Sí, retrae | No retrae |
Cohesión | Muy marcada | Despreciable |
Plasticidad | Es plástica | No es plástica |
Compresión bajo carga | Comprime lentamente | Comprime al instante |
Permeabilidad | Poco o muy poco permeable | Permeable |
Compresibilidad | Muy compresible | Mucho menos compresible que la arcilla |
La clasificación de las rocas se basa en:
La clasificación RMR (Rock Mass Rating) se basa en seis parámetros principales:
El número y tipología de los ensayos a realizar será aquel que permita una correcta caracterización geotécnica de los materiales hasta una cierta profundidad.
Los parámetros mínimos que se deben reconocer se realizan a través de los siguientes tipos de ensayos:
El contenido en humedad afecta a importantes propiedades de los suelos, tales como:
El procedimiento para determinar el contenido de humedad es el siguiente:
Una vez que el suelo se pasa por la estufa y se pulveriza, se hace pasar por una serie organizada de tamices, con agujeros de tamaños decrecientes y conocidos, desde arriba hacia abajo. El primer tamiz es el de mayor tamaño y es donde se inicia el tamizado. El grupo se protege tapándolo con el fin de evitar pérdidas de finos. El último tamiz está abajo y apoya sobre un recipiente de la misma forma que los tamices, recibiendo el material más fino no retenido por ningún tamiz. Con sacudidas horizontales y golpes verticales (mecánicos o manuales) se hace pasar el suelo por la serie de tamices para luego pesar por separado el suelo retenido en cada tamiz. Los resultados se llevan a un gráfico llamado curva granulométrica.
La plasticidad de un suelo se atribuye a la deformación de la capa de agua absorbida alrededor de los minerales, desplazándose como una sustancia viscosa a lo largo de la superficie mineral, controlada por la atracción iónica.
Es el contenido en humedad requerido para que una muestra, en el aparato de Casagrande, cierre una ranura de 1/2 pulgada de amplitud, a los 25 golpes generados a la cápsula de bronce con un ritmo de dos golpes por segundo. (Valores típicos: arcillas 40-60%, limos 25-50%).
Es el menor contenido de humedad para el cual el suelo se deja moldear. Para su determinación, se toman bolas de suelo húmedo y se forman rollos de 1/8 de pulgada sobre una superficie plana, lisa y no absorbente. (Valores típicos: entre 5 y 30%).
Según la teoría de los medios continuos, las tensiones existentes en cualquier plano que pase por un punto están determinadas por el elipsoide de tensiones.
El elipsoide de tensiones es el lugar geométrico de los extremos de los vectores tensión en un punto, correspondientes a los infinitos planos que pasan por él.
En múltiples ocasiones, el estado tensional de un punto se puede simplificar de tres a dos dimensiones. En este caso, el elipsoide se reduce al Círculo de Mohr.
Los lodos de perforación son los fluidos bombeados que circulan a través del pozo mientras este es perforado. Su composición se ajusta a medida que cambian las exigencias, de acuerdo con la profundidad de la perforación y los otros materiales encontrados.
Una propiedad fundamental de los lodos de perforación es la tixotropía. Es la propiedad de resistencia que presentan algunos materiales para evitar ser amasados cuando se encuentran sometidos a esfuerzos cortantes. Muestran un cambio de su viscosidad en el tiempo; cuanto más se someta el fluido a esfuerzos de cizalla, más disminuye su viscosidad.
El agua puede generar diversos problemas en el terreno, tales como:
El agua que existe en el terreno se presenta en varias formas:
El movimiento del agua en el acuífero se describe de la siguiente manera:
La permeabilidad es la capacidad del terreno de dejar pasar agua a su través. El coeficiente de permeabilidad depende de:
Las arenas limpias son muy permeables y se utilizan comúnmente como filtros.
Es necesario dar una salida al agua evitando que el suelo por el que se infiltra se erosione y exista un arrastre de partículas.
Los núcleos de presas de materiales sueltos suelen estar compuestos por arcillas homogéneas, casi impermeables.
Los flujos de agua en excavaciones pueden generar problemas de estabilidad en el fondo. Para solucionarlos, se pueden aplicar las siguientes medidas:
Partícula | Tamaño |
---|---|
Arcillas | < 0,0039 mm |
Limos | 0,0039 – 0,0625 mm |
Arenas | 0,0625 – 2 mm |
Gravas | 2 – 64 mm |
Cantos rodados | 64 – 256 mm |
Bloques | > 256 mm |
Si más del 50% pasa por el tamiz 200, el suelo es fino (limos y arcillas). Si pasa menos, es granular (arenas y gravas).
Criterios para un suelo seleccionado:
Criterios para un suelo adecuado:
Para el cálculo de tensiones en el suelo:
Profundidad | Tensión Total (σt) | Tensiones Intersticiales (u) | Tensiones Efectivas (σ’) |
---|---|---|---|
d | σt = d · ρacumulada | u = dinundada · ρw | σ’ = σt – u |
La tabla de tensiones se hace igual, pero en las tensiones intersticiales donde haya agua se calcula como: u = d · ρw + (d · ρw · i)