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El suelo como material de Construccion

I.1. INTRODUCCIÓN.

La Mecánica de Suelos es una ciencia que trata de responder, entre otras, a las siguientes cuestiones:

1) Comportamiento del suelo cuando es sometido a una carga externa (resistencia del suelo,deformaciones que experimenta, distribución interna de las tensiones, etc.)
2) Comportamiento y calidad del suelo para su uso como material de construcción
(terraplenes de carreteras, presas de materiales sueltos, etc.)
3) Calculo de las acciones que un suelo ejerce sobre una estructura (acciones sobre
estructuras como muros de contención de tierras, pantallas, túneles, etc.)
4) Análisis de la estabilidad de taludes naturales o artificiales como los de presas de materiales sueltos.

La consecución de estos objetivos requiere datos sobre las propiedades físicas, químicas y mecánicas de los suelos y para ello, la Mecánica de Suelos emplea las siguientes herramientas:

a) Realización de ensayos “in situ”
b) Sondeos y/o calicatas para la toma de muestras para su posterior ensayo en laboratorio.

El objetivo de estas técnicas es determinar parámetros característicos del suelo (cohesión, ángulo de rozamiento interno, módulo de elasticidad, etc.) que empleándolos en modelos matemáticos den respuesta a los objetivos anteriores. A este conjunto de técnicas es a lo que se denomina “Reconocimiento y/o estudio geotécnico del terreno”.

La dificultad con la que nos encontraremos se debe a que el suelo tiene dos características:

a) Variabilidad espacial de sus propiedades. Las propiedades de un suelo pueden ser muy diferentes de un punto a otro relativamente próximos (suelos poco homogéneos).
b) Variabilidad temporal. Como ejemplo, las arcillas en período húmedo tienen poca
resistencia pero cuando se secan tienen una resistencia media-alta.

Estas dos características originan incertidumbre ante el comportamiento del suelo. Para estar del lado de la seguridad se deberán usar factores de seguridad que oscilarán entre dos y tres.

I.2. ORIGEN Y FORMACIÓN DE UN SUELO.

El suelo es la capa más superficial de la corteza terrestre, constituida por fragmentos de roca de diferente tamaño. Esta capa puede tener hasta varios cientos de metros y se distinguen dos capas:

La más superficial presenta una intensa actividad biológica (contiene microorganismos, raíces, materia orgánica, etc). Este es el suelo edáfico y no es apto como material de construcción ni para soportar cargas significativas. La retirada de esta capa es necesaria para construir y se realiza mediante la operación de desbroce.

La capa más profunda está constituida por materiales totalmente inertes y es el objeto de la Mecánica de Suelos.

El suelo procede de la fragmentación de grandes masas de rocas. Los distintos tipos de roca son:
☺ Ígneas: formadas por el enfriamiento de magma. Se dan en las proximidades de rocas
volcánicas.
De grano grueso: granito, diorita, gabro.
De grano fino: ryolita, basalto.
Lavas: Escorias, obsidiana.

☺ Sedimentarias: los fragmentos de roca meteorizados son transportados por el viento, agua o gravedad y se depositan en estratos o capas que posteriormente son compactados y cementados. Destacan las areniscas, conglomerados, calizas y dolomías.

☺ Metamórficas: se originan por la acción de altas presiones y temperaturas sobre rocas sedimentarias o ígneas. Cabe destacar la antracita, la cuarcita, y el gneis.

A su vez, los suelos se clasifican en:

Suelos residuales: no han experimentado ningún fenómeno de transporte, es decir, se han formado “in situ”. Son típicos de zonas llanas y con intensas lluvias (trópicos).

Suelos transportados:
☺ Coluviales: trozos de roca que por gravedad caen por la ladera y se depositan de una forma anárquica.
☺ Aluviales: se producen en las zonas medias y bajas de las cuencas de grandes ríos
donde los materiales son arrastrados por el río y son depositados de una manera
estratificada en función de su peso.

I.3. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL COMPORTAMIENTO DEL SUELO

Existen tres factores que influyen en el comportamiento de un suelo:

1) Naturaleza y composición mineralógica.
Los silicatos son los minerales más abundantes y forman los minerales de las arcillas. Éstas tienen una estructura laminar en capas y presentan un déficit de carga negativa en su superficie que es compensado por cationes positivos adsorbidos que compensan el déficit creando una doble capa difusa.
Entre un mineral de arcilla y otro existe una fuerza de repulsión aunque también puede ser de atracción (fuerzas de Van der Waals). Se pueden producir uniones borde-cara.

Algunos minerales de arcilla, por su estructura laminar, pueden absorber mucha cantidad de agua y tienen un gran poder de retención de la misma. Este agua produce un incremento de volumen en el mineral que disminuye drásticamente cuando se seca (retracción). Se trata, por tanto, de suelos expansivos muy perjudiciales para la construcción porque los incrementos de volumen no se producen de manera uniforme, es decir, se originan empujes relativos de una zona a otra y los procesos de retracción producen importantes asientos.

De cualquier modo, no todos los minerales de arcilla son igual de expansivos.
Por otro lado cabe mencionar los sulfatos, que son muy solubles, pudiendo ser disueltos y arrastrados por los flujos de agua subterránea, perdiéndose material y aumentando, consecuentemente, la porosidad. A veces se llegan a formar oquedades pudiendo producir el colapso de una estructura.

2) Textura.
Se trata de la distribución por tamaños de las partículas de un suelo. Siguiendo la
clasificación propuesta por la American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO), éste se clasificará dependiendo de su textura en arcilla, limo, arena, grava y cantos rodados.

La textura afecta al comportamiento del suelo porque al aumentar el tamaño de las partículas también aumenta la resistencia de éste. La textura también influye en la conductividad hidráulica; los materiales finos tienen baja conductividad hidráulica.
Tabla nº 1: Distribución por tamaños de las partículas de un suelo.


A la fracción de arenas, gravas y cantos rodados se le suele denominar fracción gruesa y a la fracción de limo y arcilla se le denomina fracción fina.

3) Estructura.
Es la disposición relativa de unas partículas respecto a otras. En los suelos granulares la estructura viene determinada por la forma de las partículas, mientras que en los suelos de textura fina depende del tipo de fuerzas que predominan.

Las partículas de los suelos de textura gruesa pueden ser desde angulosas hasta redondeadas, existiendo también tipos intermedios.

Figura nº 1: Ejemplo de las distintas clases de redondez

A: Angulosas; B: Subangulosas; C: Subredondeadas; D: Redondeadas; E: Muy redondeadas.

Las partículas angulosas pueden provenir de una roca o material que no ha sido erosionado por el agua de manera importante. Las partículas redondeadas son cantos rodados y están en las laderas y proximidades de los ríos. Las partículas angulares encajan mejor y tienen mayor resistencia y mejor comportamiento que los cantos rodados.

En los suelos de textura fina, como las arcillas, la estructura viene determinada por la fuerza predominante, pudiéndose distinguir:

Estructura dispersa: se debe a las fuerzas de repulsión y se puede explicar diciendo que son paquetes dispuestos paralelamente. Existe anisotropía siendo los valores de la conductividad hídrica considerablemente mayores en la dirección de los paquetes.

Estructura floculada: se asemeja a un castillo de naipes y se debe a las fuerzas de atracción.
Tiene una conductividad hidráulica y una porosidad mayor que la estructura dispersa ya que el diámetro efectivo de los poros es mayor. Además presenta un mayor grado de isotropía y menor densidad, sin embargo la resistencia es menor.



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6 comentarios:

  1. Es falso afirmar que "entre mayor sea el tamaño de las partículas que componen el suelo entonces, mayor será la resistencia de este" ya que entre menor sea el tamaño de las particulas que componen al suelo se incrementara el area en que la carga se distribuye y, por ende, el esfuerzo al que el suelo es sometido es menor.

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  2. NO, está mal tanto afirmar eso, como afirmar lo que vos afirmás.. depende de las partículas.. como así también del tipo de esfuerzo al que sean sometidas.

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  3. En lo que mi respecta los dos tienen buenas ideas, como escribió el primer muchacho no necesariamente la resistencia de un suelo depende directamente de su tamaño, depende a demás de su forma y textura, por que no es lo mismo decir que tenemos un suelo granular con caras fracturadas y de forma cubica a tener partículas aplanadas, alargadas y redondeadas.

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  4. Bueno lo mas seguro es que quien sabe.....

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  5. bibliografia de este articulo?

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    Respuestas
    1. Lamentablemente no sabemos la bibliografía de este artículo. Vamos a revisar un poco y cualquier cosa agregaremos.
      Saludos

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