MECANICA DE SUELOS

                                                                UNIDAD 2

                      MECANICA DE SUELOS

QUE ES?

La Mecánica de Suelos es la disciplina que se ocupa de la aplicación de las leyes de la mecánica y la hidráulica a los problemas geotécnicos del terreno, estudia las propiedades, el comportamiento y la utilización del suelo como material estructural, de tal manera que las deformaciones y resistencia de este ofrezcan seguridad, durabilidad y estabilidad a las estructuras.

Estudia, además, la firmeza del suelo, su deformación y el flujo de agua hacia su interior y hacia el exterior a través de su masa, tomando en cuenta que resulte económicamente factible usarlo como material de construcción.

IMPORTANCIA

Consecuencias de un mal estudio de la Mecánica de Suelos

Teniendo en cuenta que cualquier obra edificada por la Ingeniería Civil se sostiene inevitablemente sobre la corteza terrestre, es de vital importancia para la trascendencia de la misma el estudio de los parámetros del suelo, necesarios para su ejecución, permanencia e integridad.

La importancia de los estudios de la Mecánica de Suelos radica en el hecho de que 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, produciendo a su vez deformaciones importantes, fisuras, grietas, alabeo o desplomos que pueden producir, en casos extremos, el colapso de la obra o su inutilización y abandono.

PRINCIPALES ASPECTOS EN LOS QUE CENTRA SU ESTUDIO

• Génesis y composición de suelos
• Transporte y deposición de los suelos.
• Mineralogía del suelo.
• Relación masa-suelo.
• Tensión efectiva y capilaridad.
• Presión total.
• Presión de poros de agua.
• Condiciones hidrostáticas.
• Clasificación de los suelos.
• Métodos de prospección de suelos.

Sondeo de Penetración Estándar (SPT)

 

El Sondeo de Penetración Estándar se emplea para recuperar muestras alteradas de suelo, la cuales en campo permiten identificar tipos de suelo y definir estratigrafía; en laboratorio, permiten la identificación de propiedades índice como contenido de humedad, límites de consistencia, entre otros. Con el número de golpes que se necesita para hincar el penetrómetro usado en la prueba se estima, mediante relaciones empíricas, la resistencia al corte.

El penetrómetro consiste en un tubo de acero en cuyo extremo se acopla una zapata afilada del mismo material. El tubo está cortado longitudinalmente para facilitar la observación y recuperación de la muestra. Si se estima necesario, se pueden usar canastillas para entrampar la muestra.

Las dimensiones del penetrómetro utilizado para el sondeo SPT se muestran en la Figura 1

Aparte del penetrómetro estándar, la ejecución de un SPT requiere la utilización del siguiente equipo:

Procedimiento de campo

1. Se hace un chequeo general de los niveles del motor de la perforadora. Esta actividad ha de realizarse diariamente al inicio de cada jornada.
2. Se ubica con exactitud el punto a perforar.
3. Se posiciona la perforadora, manejando el camión, de modo que el broquero en su movimiento vertical coincida con el punto a perforar.
4. Con los gatos laterales, se nivela la plataforma de la perforadora. Para ello, el operador debe guiarse con los niveles que están acoplados a la consola de operaciones.
5. Se levanta la torre de la perforadora con los controles ubicados en la consola de operaciones.
6. Se posiciona el cárcamo para la circulación del fluido de perforación, y se prepara lodo bentonítico (mezcla de agua y bentonita).
7. Se acopla manualmente el tubo partido a la cuerda del martinete.
8. Se levanta el martinete con el malacate y la soga, y se ubica el tubo partido sobre el punto a perforar.
9. Se aplican golpes con el martinete sobre el tupo partido, igualmente levantándolo con el cable manila, hasta que haya penetrado 60 centímetros. La operación debe detenerse si para un tramo de 15 centímetros se requieren más de 50 golpes, extrayendo la muestra que hasta ese punto haya recuperado el tubo partido.
10. Se retira el tubo partido del barreno y se desacopla manualmente del martinete, o en caso de ser necesario, utilizando llaves stillson. El tubo se entrega al supervisor para que este extraiga, embolse y clasifique la muestra.
11. Se lava con broca tricónica de 2 15/16” hasta la profundidad del terreno natural, para eliminar azolve. Para ello, la mencionada broca se debe colocar en la parte inferior de la columna de barras de acero, la cual se debe acoplar al broquero. Si es necesario se deben acoplar varias barras, siempre sosteniendo las inferiores con llave stillson, y ajustando la parte superior con el torque del broquero. También se debe hacer circular lodo bentonítico con el empuje de la Bomba hidráulica dispuesta para tal fin.
12. Se retira la broca del barreno, desacoplando con llave stillson la columna de barras. Dicha columna de barras se levanta con un elevador deslizable atado a un cable de acero.
13. Se acopla manualmente el tubo partido a la columna de barras y se introduce con la ayuda del elevador deslizable y llaves stillson en el barreno.
14. Se repite el procedimiento de golpeteo con el martinete y extracción de la muestra, en todas las profundidades a estudiar, esto hasta que el sondeo se dé por terminado.
15. El lodo de perforación debe sustituirse cuando se torna muy espeso o tiene alto contenido de arena, o si este se pierde por fracturas en el barreno. Lo anterior queda a juicio del operador

Extracción y Clasificación de Muestras

1. Cuando el supervisor recibe el tubo partido, lo lava para quitarle el exceso de lodo.
2. Se retira la zapata y el cabezote. Esto se puede hacer manualmente o con la ayuda de llaves stillson, según lo requiera el caso.
3. Se abre el tubo partido y se extrae la muestra contenida en la zapata con golpes de martillo.
4. Se toman fotografías de la muestra, de ser necesario.
5. Se retira la muestra del tubo para embolsarla, clasificarla y etiquetarla.
6. Se lava el tubo partido, eliminando cualquier exceso de material.
7. Se entrega el tubo partido ya limpio a los ayudantes.

ROCA Y SUELO

Los términos roca y suelo, en las acepciones en que son utilizados por el ingeniero civil y a diferencia del concepto geológico que supone roca a todos los elementos constitutivos de la corteza terrestre, implican una clara diferencia entre dos tipos de materiales.

La roca es considerada como un agregado natural de partículas minerales unidas mediante grandes fuerzas cohesivas. Y se llama roca a todo material que suponga una alta resistencia, y suelo, contrariamente, a todo elemento natural compuesto de corpúsculos minerales separables por medios mecánicos de poca intensidad, como son la agitación en agua y la presión de los dedos de la mano.

Para distinguir un suelo de una roca se puede hacer uso de un vaso de precipitado con agua en el que se introduce la muestra a clasificar y se agita. La desintegración del material al cabo del tiempo conduce al calificativo de suelo, considerándose roca en el caso de efectos contrarios. Por medio de la compresión se puede establecer una frontera numérica; si el material rompe a menos de 14 kg/cm² se toma como suelo, significándose que tal límite es arbitrario y que, en ocasiones, muestras que superan en el laboratorio el supradicho esfuerzo son manejadas con los criterios de suelo.

Con el paso del tiempo y debido a fenómenos de meteorización, la roca va perdiendo progresivamente su resistencia mecánica y se transforma en suelo

CLASIFICACION DE LOS SUELOS 

• Suelos gruesos. Se dividen en gravas y arena, y se separan con el tamiz N° 4, de manera que un suelo pertenece al grupo de grava si más del 50% retiene el tamiz No 4 y pertenecerá al grupo arena en caso contrario.

• Suelos finos. El sistema unificado considera los suelos finos divididos entre grupos: limos inorgánicos (M), arcillas inorgánicas (C) y limos y arcillas orgánicas (0). Cada uno de estos suelos se subdivide a su vez según su límite líquido, en dos grupos cuya frontera es Ll = 50%. Si el límite líquido del suelo es menor de 50 se añade al símbolo general la letra L (low compresibility). Si es mayor de 50 se añade la letra H (hight compresibility). Obteniéndose de este modo los siguientes tipos de suelos:

ML: Limos Inorgánicos de baja compresibilidad.
OL: Limos y arcillas orgánicas.
CL: Arcillas inorgánicas de baja compresibilidad.
CH. Arcillas inorgánicas de alta compresibilidad.
MH: Limos inorgánicos de alta compresibilidad.
OH: arcillas y limos orgánicas de alta compresibilidad.

ELEMENTOS BÁSICOS EN LA MECÁNICA DE SUELOS:

• Contenido de Humedad
• Análisis Granulométrico
• Límites de consistencia
• (liquida, plástica, contracción lineal)
• Prueba de Compresión Simple
• Prueba triaxial
• Densidad de Solidos
• Prueba de consolidación
• Clasificación de los suelos.
• Métodos de prospección de suelos.

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ca y suelo