MAPA MENTAL

LIBRO

 Terzaghi, K., (traduct) Fontan, Robert., (1945). Mecánica teórica de los suelos (3era edición). Buenos Aires: Acme Agency, Soc. Resp. Ltda.

 “3.Suelos cohesivos y sin cohesión- Las propiedades mecánicas de los suelos se clasifican entre las correspondientes a la arcilla plástica y a la arena seca y perfectamente limpia o completamente sumergida. Si se excava un lecho de arena en una de estas últimas condiciones, las caras de la excavación se deslizan hacia el fondo de la misma, lo que indica que las partículas del material en estudio carecen en absoluto de vínculo. Este deslizamiento que para los materiales en las condiciones de referencia, prosigue hasta que los taludes alcanzan un cierto ángulo conocido como ángulo de reposo, es independiente de la altura del talud. En cambio, en un terreno firme de arcilla plástica, puede excavarse una zanja de 6 a 9 m de profundidad con taludes verticales y sin ninguna clase de contención. Este hecho indica que existe una vinculación estrecha entre las distintas partículas de esta clase de material. Sin embrago, no bien la profundidad de la zanja sobrepasa un cierto valor crítico, que depende de la intensidad del vínculo entre las partículas de arcilla, las caras del corte fallan y que cubre el fondo del corte, está lejos de ser vertical. El vínculo que existe entre las partículas de suelo se llama cohesión. Al suelo cohesivo no es posible asignarle un ángulo de reposo bien definido debido a que la pendiente límite de equilibrio del talud disminuye al aumentar la altura de este. Aún la arena, si se encuentra húmeda, presenta alguna cohesión. Como consecuencia, la pendiente máxima del talud para que se mantenga en equilibrio, disminuye con su altura.

 A pesar de la aparente simplicidad de sus características generales, las propiedades mecánicas de la arena y de la arcilla son tan complejas que el análisis matemático riguroso de su comportamiento resulta imposible. Por este motivo es que la mecánica teórica de los suelos opera exclusivamente con materiales imaginarios denominados arenas ideale y arcillas ideales, cuyas propiedades mecánicas representan una simplificación de aquellas correspondiente a las arenas y arcillas reales. El ejemplo siguiente ha de ilustrar sobre la diferencia que existe entre los suelos real e ideal.

 La mayor parte de los suelos reales son capaces de soportar una deformación importante sin pérdida apreciable de su resistencia al corte, por lo que y con el objeto de simplificar las teorías, supondremos que en los suelos ideales la resistencia al corte es totalmente independiente del grado de la deformación. Fácil es deducir que con esta hipótesis, todas las teorías en que interviene la resistencia al corte de los suelos se han de hallar en mayor o menor grado en desacuerdo con la realidad. Indudablemente, no es una solución matemática rigurosa de los problemas la que ha de eliminar el error que ya viene asociado a la hipótesis fundamental, que, por otra parte, en muchos casos, es de mucha mayor importancia que el que resulta de tratar matemáticamente el problema en forma radicalmente simplificada. Debe hacerse notar, no obstante, que la diferencia entre las propiedades mecánicas supuestas y las reales varía considerablemente con las distintas clases de suelos, siendo la investigación de esta diferencia, si como su influencia sobre el grado de aproximación de los resultados teóricos, del dominio de la física de los suelos y de la mecánica aplicada a éstos, por lo cual escapa al alcance de este volumen.

 En mecánica aplicada, los materiales cuya resistencia al corte es independiente del grado de la deformación se llaman materiales plásticos”. De acuerdo con la hipótesis anterior, una arena ideal es un material plástico sin cohesión. Los materiales plásticos fallan por corte seguido por un deslizamiento plástico, designación que se utiliza para indicar la deformación continua que se produce para un estado de tensión constante.”

FOTOS Y VIDEOS

Imagen 1
La Torre de Pisa, ejemplo de un problema originado por deformaciones importantes.

Imagen 2
La cuchara de casagrande es un instrumento de medición utilizado para determinar el limite de liquidez de un terreno.

Imagen 3
Si se realiza un mal estudio del suelo puede ocasionar deformidades en la obra.

Imagen 4
EL triángulo de clasificación de los suelos del Departamento de Agricultura de EE.UU (USDA) es una herramienta de referencia que permite clasificar los suelos de acuerdo con la composición de su textura.

Imagen 5
Los tamices de laboratorios se utilizan para hacer un estudio del suelo, como su caracterización de tamaños de partículas, lo que se denomina granulometría.

Vídeo 1

Este vídeo trata acerca del estudio del suelo que se realiza cuando se encuentra un terreno ´para construir una estructura.

Vídeo 2

Este vídeo muestra el proceso de investigación geotécnica de campo, ensayos de laboratorio y trabajos de gabinete, necesarios para elaborar un Estudio de Mecánica de Suelos.

Vídeo 3

Este vídeo trata del estudio que se le realiza al suelo por contenido de humedad por convección y contenido de humedad por microondas.

RESUMEN

     La mecánica del suelo es una parte del área de la ingeniería civil que se encarga de estudiar las fuerzas o cargas que están definidas en la superficie terrestre. Por otra parte es la aplicación a las leyes de la mecánica y la hidráulica a los problemas de ingeniería que tratan problemas de consolidación de partículas subatómicas y de los sedimentos.

     La mecánica de suelos fue inventada en 1925 por Karl von Terzaghi. Es necesario que antes de realizar cualquier construcción es importante hacerle un estudio determinado al suelo para así conocer sus propiedades y como se puede aprovechar para el uso que se desea realizar.

     Si la capacidad del suelo es inferior o superior en relación a la aplicación de fuerzas, es muy posible a que este se deforme y traiga como consecuencias que se generen algunos acontecimientos secundarios no señalados durante la fase del diseño del proyecto. Estas deformaciones secundarias pueden generar la proliferación de grietas, fisuras, y en los casos extremos, hasta el colapso de toda la obra. Por eso es recomendable observar detenidamente mediante un estudio detallado tanto de las condiciones del suelo como la del cimiento que trabaja como un medio de contacto entre el suelo y la estructura.

     Existe una diferencia muy notoria entre la roca y el suelo que, a pesar de su definición en la parte de la corteza terrestre no son lo mismo. La diferencia más sobresaliente entre la roca y el suelo es la resistencia, en ingeniería se conoce como roca un material muy resistente, el mismo está compuesto de partículas minerales unidas mediante fuerzas de cohesión, sin embargo dentro de las características principales del suelo es la forma en la cual se encuentran sus partículas, éstas están separadas ligeramente con medios mecánicos de poca fuerza.

     Un dato muy importante es que con el paso del tiempo la roca puede ir convirtiéndose en suelo debido a los fenómenos de meteorización, es decir, la roca va perdiendo resistencia mecánica y sus partículas se van desintegrando de tal manera que llegue a ser totalmente suelo.

     Para un control adecuado de los suelos se necesita su completa identificación. Por ello, se han establecido sistemas de clasificaciones de los suelos, como por ejemplo AASHTO. En estos sistemas de clasificación se consideran en general suelos de tipo granulares y limosos-arcillosos, dentro de los cuales existen subdivisiones que están relacionadas con el tamaño de las partículas del suelo, el limite líquido, índice de plasticidad e índice de grupo.

     El campo de aplicación de la mecánica de suelos cubre casi la totalidad de las obras civiles que se realizan en ámbito de la ingeniería y generalmente es el estudio que da comienzo y establece las bases para el desarrollo del diseño ingenieril.

    Los tipo de obra donde normalmente está presente la mecánica de suelos son: excavaciones superficiales, profundas y subterráneas; fundaciones de estructuras como edificios, casas, obras industriales, puentes, muros de contención de tierras; obras de tierras como presas y terraplenes; obras viales y férreas; obras hidráulicas como presas de hormigón, centrales eléctricas, túneles, canales, etc.

APROXIMACIÓN AL TEMA

RESEÑA HISTÓRICA

      La mecánica de los suelos se ha desarrollado en el comienzo del siglo XX. La necesidad de que el análisis del comportamiento de los suelos surgió en muchos países, a menudo como resultado de accidentes espectaculares, tales como deslizamientos de tierra y los fracasos de las fundaciones (La fundación es aquella parte de la estructura que tiene como función transmitir en forma adecuada las cargas de la estructura al suelo y brindar a la misma un sistema de apoyo estable).

     Muchos de los principios básicos de mecánica de suelos eran bien conocidos en ese momento, pero su combinación con una disciplina de ingeniería aún no se había completado. Las primeras contribuciones importantes a la mecánica del suelo se deben a Coulomb, que publicó un importante tratado sobre el fracaso de los suelos en 1776, y de Rankine, que publicó un artículo sobre los posibles estados de estrés en los suelos en 1857. En 1856 Darcy publicó su famosa obra sobre la permeabilidad de los suelos, por el suministro de agua de la ciudad de Dijon.

     Los principios de la mecánica se continua, incluyendo la estática y la resistencia de los materiales, también conocido en el siglo XIX, debido a la obra de Newton, Cauchy, Navier y Boussinesq. La unión de todos estos fundamentos para una disciplina coherente tenía que esperar hasta el siglo XX. Importante pioneras contribuciones al desarrollo de la mecánica del suelo fueron realizadas por Karl Terzaghi, que, entre otras muchas cosas, ha descrito cómo hacer frente a la influencia de las presiones del agua intersticial en el comportamiento de los suelos. Este es un elemento esencial de la teoría de la mecánica del suelo.

      Errores en este aspecto a menudo conducen a grandes desastres, tales como los deslices cerca de Weesp, Aberfan (Gales) y el desastre de la presa Valle de Teton. En los Países Bajos, el trabajo pionero se ha hecho mucho por Keverling Buisman, especialmente en las tasas de deformación de la arcilla. Un factor estimulante ha sido la creación del Laboratorio de Mecánica de Suelos de Delft en 1934, ahora conocido como Deltares. En muchos países del mundo hay institutos similares y empresas consultoras que se especializan en la mecánica del suelo.

     Por lo general, también se ocupan de ingeniería de la Fundación, que se ocupa de la aplicación del principio de la mecánica del suelo para el diseño y la construcción de las fundaciones en la práctica de la ingeniería. Mecánica de suelos e ingeniería Fundación juntos a menudo denotada como Geotecnia. Una empresa consultora muy conocida en este campo es Fugro, con sede en Leidschendam, y sucursales en todo el mundo. La organización internacional en el campo de la geotecnia es la Sociedad Internacional de Mecánica de Suelos e Ingeniería Geotécnica, el ISSMGE, que organiza conferencias y estimula el desarrollo de la geotecnia mediante la creación de grupos internacionales de estudio y por normalización. En la mayoría de los países de la Sociedad Internacional cuenta con una sociedad nacional. En los Países Bajos, este es el Departamento de Geotecnia de la Institución Real de los Países de Ingenieros (KIVI), con cerca de 800 miembros

Thomas Telford

    Nació el 9 de agosto de 1757 en Lengón, Escocia y falleció el 2 de septiembre de 1834.Sus investigaciones le llevaron a desarrollar una modalidad de pavimentos. Lo que hoy en día en la evolución de esos pavimentos podemos crear carreteras que perduren por temporadas largas

Jean –Victor Poncelet

    Nació el 1 de julio de 1788 en Metz y murió el 22 de diciembre de 1876 en Paris. Fue un matemático e ingeniero francés, que en 1840 un método gráfico para la determinación directa de la superficie de falla y las presiones de tierra activa y pasiva.

William John Macquorn Rankine

    Nació el 5 de julio de 1820 y murió el 24 de diciembre de 1872 todo esto en Escocia. Fue un ingeniero y físico cuyo mayor aporte fue a la termodinámica. Además en 1856 desarrolló teorías sobre el comportamiento de la arena

Henry Darcy

    Nació el 10 de Junio de 1803 en Junio en Dijon Francia y falleció el 3 de Enero de 1858 cuando viajaba a Paris En 1855 y 1856 condujo experimentos con los cuales pudo establecer la ley de Darcy para flujos en arenas. La ley establece una relación entre el caudal, el área, la permeabilidad de la arena, y la carga hidráulica y también la longitud del flujo.

1857 Airy trabajó en la estabilidad de taludes.

1885 Boussinesq desarrollado fórmulas para la distribución de la tensión en una zona de carga.

1908 Richardson desarrollado redes de flujo como una solución gráfica para el análisis de la filtración.

PROPIEDADES DE LA MECANICA DEL SUELO

ü  Resistencia al corte

     Se refiere al nivel de fuerzas cortantes que un material puede resistir sin fracturarse. Las fuerzas cortantes son fuerzas que se aplican tangencialmente a lo largo de una cara de la tierra. La resistencia al corte es difícil de medir ya que depende de una amplia variedad de factores, incluyendo la naturaleza del suelo, la historia de la muestra de suelo particular que es medida, y la velocidad a la que las fuerzas de corte se aplican. La resistencia al corte se mide en Newton por metro cuadrado.

ü  Presión lateral del suelo

     Es la presión que ejerce la tierra horizontalmente. Si tienes una masa cúbica de tierra en un recipiente cúbico, entonces la presión lateral del suelo es la presión ejercida sobre las paredes del recipiente. El empuje lateral se mide en Pascales o Newton por metro cuadrado.

ü  Consolidación

     Es el proceso mediante el cual el volumen del suelo disminuye bajo la aplicación de una carga. La consolidación es causada por las cargas que se aplican al suelo y los granos de suelo que son empacados juntos más estrechamente como resultado.

ü  Capacidad de carga

     Es la capacidad de la tierra en torno a una estructura para soportar las cargas aplicadas. La capacidad de carga se mide en Pascales o Newton por metro cuadrado.

ü  Permeabilidad y filtración

     La permeabilidad se refiere a la facilidad con la cual el fluido puede fluir a través de los poros en el suelo. La permeabilidad se mide en metros cuadrados o Darcy. La filtración se refiere a la tasa a la cual el fluido se mueve a través de una masa de tierra. La filtración se mide en metros por segundo.

ü  Estabilidad de taludes

    La estabilidad de taludes se refiere a la resistencia de una pendiente de fallo o colapso. La estabilidad de una pendiente abarca una amplia gama de consideraciones y no tiene una sola unidad universal de medición.

IMPORTANCIA                                   

     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.

     En consecuencia, las condiciones del suelo como elemento de sustentación y construcción y las del cimiento como dispositivo de transición entre aquel y la estructura, 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.

La Mecánica de Suelos se interesa por la estabilidad del suelo, por su deformación y por el flujo de agua, hacia su interior, hacia el exterior y a través de su masa, tomando en cuenta que resulte económicamente factible usarlo como material de construcción.

EQUIPOS EMPLEADOS 

Algunos de los equipos que se emplean en el laboratorio de mecánica de suelos son los siguientes:

• Aparato Lambe: Cambio de Potencial de Volúmen  
• Banco para calibración de comparadores y transductores. Micrómetros   
• Bandejas de acero inoxidable    
• Células Rowe        
• Compactadora de Suelos
• Contenido de Sulfatos: Agitador para sulfatos y Densidad relativa de partículas          
• Corte y Extracción de Muestras: Tubos Shelvy          
• Cuarteadores         
• Cuchara de Casagrande: Límites de Atterberg          
• Determinación de Carbonatos: Calcímetros de Bernard      
• Determinación de Densidad "In Situ". Método de la Arena y Método de la Membrana
• Determinación de Densidad y Humedad por Método Nuclear: Equipo Troxler 3430 
• Dispersabilidad de Arcillas: Pin Hole   
• Edometría: Edómetro Tradicional                  
• Equivalente de Arena      
• Granulometría: Sedimentación     
• Mantenedor de Presión   
• Martillo Kango       
• Penetrómetro de bolsillo: Geostester. Vane Test       
• Permeabilidad: Permeámetros   
• Prensa de 50 kN Multiensayo: C.B.R. - Marshall - Comprensión Simple 
• Prensa de 200 kN Multiensayo Automática a Compresión: Luz entre columnas 40 cms.       
• Prensa de 200 y 300 kN Automáticas para Tracción Compresión. Luz 62 cms. 
• Preparación de muestras para ensayos de suelos   
• Proctor Normal: Moldes    
• Proctor Modificado: Moldes         
• Relojes Comparadores y Micrómetros Analógicos Digitales           
• Tamices                       
• Triaxial: Equipo neumático con regulación manual de las presiones, entre otros equipos,.