Actividad de los Suelos Arcillosos

Basándose en los límites de Atterberg, Skempton (1953) definió lo que llamó la actividad A de los suelos arcillosos:

                                1.24

c representa el porcentaje en peso de los granos más finos que 2 micrones.

La actividad refleja la capacidad de las partículas de un suelo arcilloso para  retener la humedad, y se clasifica según se indica en la Tabla 1.8. Además de las pruebas que se realizan para determinar los Límites de Atterberg, existen otras que permiten obtener información acerca del contenido de humedad de los suelos. 

Entre ellas está la prueba de la Humedad Equivalente y la de Humedad Centrifuga Equivalente.

La Humedad Equivalente es el mínimo contenido de humectad para el cual una superficie lisa de suelo no absorbe más agua en 30 segundos, cuando se le van agregando gotas sucesivas en forma continua.

La Humedad Centrifuga Equivalente es el contenido de humedad de un suelo luego  que la muestra saturada es centrifugada durante una hora bajo una fuerza igual a 1.000 veces la fuerza de la gravedad. Los valores bajos de la Humedad Centrifuga Equivalente ( 10%) corresponden a suelos permeables, como las arenas, mientras que los valores elevados (25%) son indicativos de impermeabilidad considerable, como en las arcillas. Si se supera el 30%, los suelos resultan expansivos. 

Otro concepto que interesa en la ingeniería de suelos es el de la retracción volumétrica, que resulta el cambio de volumen para determinados porcentajes de agua. La retracción volumétrica y se expresa como un porcentaje del volumen de la muestra seca, cuando se reduce el contenido de  humedad desde un valor estipulado, hasta el Limite de Retracción.

                                                           1.25

WN1 es el contenido de humedad obtenido de la prueba de humedad equivalente. La retracción volumétrica permite conocer la variación de volumen que sufrirá un suelo cuando se seca hasta el Límite de Retracción, contrayéndose, o la expansión producida a partir del Límite de Retracción, cuando va absorbiendo agua.

Límites de Atterberg: Índice de Plasticidad, Fluidez, Retracción.

INDICE DE PLASTICIDAD Ip
El Índice de plasticidad se define como la diferencia numérica entre el Limite Liquido y el Limite Plástico: 

                                       1.20

Un Índice de plasticidad bajo, como por ejemplo del 5%, significa que un pequeño incremento en el con tenido de humedad del suelo, lo transforma de semisólido a la condición de liquido, es decir resulta muy sensible a los cambios de humedad. Por el contrario, un índice de plasticidad alto, como por ejemplo del 20%, indica que para que un suelo pase del estado semisólido al líquido, se le debe agregar gran cantidad de agua.

En suelos no plásticos, no es posible determinar el Índice de plasticidad. El día grama de plasticidad indicada en la figura 1.7, según los Límites de Atterberg, permite diferenciar - el índice de plasticidad de limos y arcillas, en función del Limite Liquido LI. y del contenido normal de humedad WN. 

Figura 1.7

Diagrama de Plasticidad según los Límites de Atterberg

El Índice de plasticidad define el campo plástico de un suelo y representa el porcentaje de humedad que deben tener las arcillas para conservarse en estado plástico. Este valor permite determinar los parámetros de asentamiento de un suelo y su expansividad potencial.

INDICE DE FLUIDEZ IL
El índice de fluidez, también conocido como índice liquido, define la consistencia de un suelo.

                                                     1.21

La Tabla 1.7 indica la relación existente entre el índice de fluidez y la consistencia de un suelo, así como su comportamiento al ser manipulado.

En esta Tabla, la consistencia del suelo arcilloso varia desde dura, hasta fluida, dependiendo del contenido de humedad. Cuando el índice liquido es muy reducido, se incremerita la consistencia y se hace difícil la penetración del suelo por medio de instrumentos.
Cuando IL <= 0, significa que WN <= LP. Por el contrario, cuando el contenido de humedad aumenta mucho, e IL < 1 las arcillas s comportan como un liquido viscoso.

Este tipo de suelo no es apto para soportar fundaciones directas, pues son propensos a la licuefacción por efecto de un impacto, como por ejemplo durante la hinca de pilotes, en explosiones, bajo la acción dinámica de maquinaria pesada, o cuando ocurre un movimiento sísmico. En todos los casos, los daños son devastadores e irrecuperables provocando el colapso de las construcciones que sobre ellos apoyan. Ver la Sección 2.8 para mayor información sobre este tema. 

INDICE DE RETRACCION IR
El índice de retracción 1 es el cambio de volumen, expresado en porcentaje del volumen de la muestra secada en horno, dividid por la pérdida de humedad en el límite de retracción, y expresada en porcentaje de la muestra seca. 

                                                                                1.22

De ecs. 1.19 y 1.22 se obtiene:

                                           1.23

El índice de retracción representa el peso específico aparente de la muestra de suelo seco, al alcanzar el límite de retracción. En los suelos expansivos, sin embargo, se puede producir un incremento del volumen al reducir el contenido de humedad a partir del límite de retracción, por la presencia de aire en los poros.

Consistencia, Límites de Atterberg: Limite Líquido, Plástico, de Retracción.

Consistencia significa grado de firmeza y en los suelos coherentes varia desde un estado sólido cuando están secos a un estado liquido viscoso cuando su contenido de agua aumenta considerablemente. Los límites de Atterberg no son estrictamente a solutos, sino fronteras aproximadas para la clasificación de los suelos cohesivos y resultan muy útiles en la mecánica de suelos para poder identificar las arcillas según su consistencia y comportamiento. De esta forma se puede predecir su capacidad portante frente a las cargas, sus propiedades de consolidación y compactación y sus posibles asentamientos y expansiones.

 

LIMITE LIQUIDO (LL)
Es el contenido de humedad para el cual el suelo pasa del estado liquido al p1stico. El ensayo que permite determinar el Limite Liquido consiste en colocar diferentes muestras de suelo, con humedad variable, en un recipiente o taza met1ica accionada por medio de una manivela, que la levanta y deja caer bruscamente repetidas veces, sobre una base de madera dura, como muestra la figura 1.6 a).

Antes de iniciar cada ensayo, en la muestra de suelo se hace una ranura de determinadas dimensiones con una espátula de goma y se cuenta el número necesario de golpes para que la abertura cierre 1/2”. Los datos se grafican en cada caso y cuando la curva obtenida corta la línea correspondiente, a los 25 golpes se considera este valor como el limite liquido del Suelo. Ver figura 1.6 b.

Para determinar el contenido de humedad de las muestras, estas se pesan primero en su estado natural y luego, después de haberlas secado en estufa a 110ºC, de modo que la diferencia en peso permita conocer la relación porcentual de humedad del suelo.

Como la cohesión del suelo retarda el cierre de la ranura, esta prueba resulta un - índice de la cohesión. Las arcillas arenosas tienen valores bajos del Limite Liquido (alredor de un 20%) por lo cual esta prueba no resulta de importancia en la determinación de la capacidad portante del suelo. Por el contrario, los limos y arcillas evidencian Limites Líquidos del orden de hasta el 80 o el 100%. A la mayoría de los suelos arcillosos en Venezuela corresponde un Limite Liquido del 40 al 60%. Cuando el valor del Limite Liquido es muy elevado, la capacidad portante del suelo es muy baja. Si es del 100% significa que los sólidos del suelo pesan igual que la humedad contenida, y si es del 50%, que los sólidos pesan el doble de la humedad. Usualmente los suelos arcillosos presentan una resistencia al corte en el Limite Liquido de 25 a 30 g/cm^2 

LIMITE PLASTICO (LP)
El Limite Plástico de un suelo es el contenido de humedad para el cual se cambia del estado plástico al semisólido. En el estado plástico el suelo es fácilmente moldeable, mientras que en el semisólido se deforma agrietándose. El Limite Plástico queda definido cuando el suelo contiene justo la humedad necesaria para que al amasar manualmente bastoncitos cilíndricos de 0,3 cm de diámetro, éstos no se resquebrajan.

La prueba para determinar el Limite Plástico consiste en ir probando diferentes porcentajes de humedad en el suelo, e ir amasando los bastoncitos, hasta que esto suceda. El Límite - Plástico está controlado por el contenido de arcillas a los que no permitan realizar esta prueba, no tienen Limite Plástico y se designan suelos no plásticos. Esto ocurre con algunos limos y arenas.
Cuando un suelo posee Limite Plástico, significa que está formado principalmente por ardua o arcilla limosa y el contenido de humedad en ellos determina la magnitud de su capacidad - portante, la cual crece rápidamente a medida que la cantidad de agua disminuye, y viceversa. Por ello, dependiendo del régimen de lluvias, la capacidad portante de los suelos con Limite Plástico varia a lo largo del año en ciertas regiones del mundo, por lo cual se deben tomar precauciones acerca de los datos suministrados en ingeniería de suelos. 

Es aconsejable por lo tanto adoptar el menor de los valores relativos a la capacidad portante del suelo, a los fines de diseño estructural de las fundaciones, o bien instalar adecuados sistemas de drenaje para limitar el contenido de humedad del suelo. Las arcillas con valores altos de sus Limites Liquido y Plástico se conocen por arcillas - grasas; en caso contrario son arcillas pobres.

Las arcillas grasa se pueden moldear con facilidad aun para bajos contenidos de humedad, mientras que las pobres resultan friables o desmenuzables y e raz6r de que contienen generalmente un gran porcentaje de limos, se las designa por arcil1a limosas.

La Tabla 1.6 a continuación da los valores de los Limites Liquido, Plástico y de retracci6n para los minerales arcillosos, así como el Índice de Plasticidad. Los límites de Atterberg resultan muy útiles en la identificación de los suelos arcillosos, a los fines de usarlos como relleno compactado, o en los métodos semiempiricos de estabilidad de taludes. Estos límites sin embargo - no dan información acerca de la textura de las partículas o del grado de alteración que hayan sufrido las uniones de los granos en relación al suelo natural, las cuales pueden destruirse al manipular las muestras para la determinación de los diferentes límites. Por ello los resultados que se obtienen según los limites de Atterberg son siempre aproximados. 

LIMITE DE RETRACCION (LR)
Este límite queda determinado por la minima cantidad de agua necesaria para - llenar solamente los poros de una muestra de suelo seco. A este límite corresponde el menor volumen de la masa de suelo. El Límite de Retracción se conoce también como Limite de Contracción, y determina la frontera entre el estado semisólido y el sólido. Ver sección 2.7.

Cuando se alcanza el Límite de Retracción, el volumen de la muestra no disminuye, aún cuando se reduzca el contenido de humedad. La prueba para obtener el Limite de Retracción consiste en colocar una muestra de suelo húmedo dentro de un cilindro poco profundo, de volumen conocido, al que luego se le extrae el aire y se seca en horno a 110ºC hasta que u peso sea constante. A continuación se procede a sumergir’ el suelo seco en mercurio, verificando el volumen desplazado.

La reducción del volumen en la muestra permite determinar el Límite de Retracción LR del suelo, el cual se obtiene según la relación:

                                                                                       1.19

siendo WN el contenido normal de humedad en el suelo que se analiza, en porcentaje, con relación aquel del suelo secado en horno; V el volumen del suelo húmedo, en cm^3 V el volumen del suelo secado en el horno, en cm ,y W0 el peso del suelo secado en horno, en gramos.

El principal componente de un suelo, cuya influencia resulta determinante en la magnitud del Limite de retracción es la arcilla, ev1dencindose una disminución del mismo a medida que el contenido de arcilla aumenta. En las arenas, el Límite de Retracción se halla muy próximo al Limite Liquido, y en suelos de arena arcillosa, dependiendo del contenido de arcilla y de limo, el  Límite de Retracción puede ser del orden del 12 al 20%.

En las arcillas, el Limite de Retracción alcanza generalmente valores entre el 5yel 10%. En estos suelos la capacidad portante se incrementa medida que disminuye el porcentaje de humedad.

Por el contrario, en las arenas confinadas, la capacidad portante es general - mente alta, aún con porcentajes considerables de agua contenida. 

Textura y Color de los Suelos.

Independientemente de .i forma, tamaño o grado de redondez, las partículas pueden diferenciarse por la textura, segin la cual se clasifican en :

Rugosas
Lisas
Es triadas
Picadas
Pulidas

 
En algunos suelos, la textura puede apreciarse frotando los granos entre los dedos y se obtienen así ciertos datos, tales como la capacidad portante aproximada del suelo, el contenido de humedad y la - posibilidad de obtener un buen suelo-cemento, etc.

En lo que respecta al color, éste resulta de gran utilidad para los geólogos de las minas, y ofrece - cierta información a los ingenieros de suelos. La clasificación de los suelos por color tiene el inconveniente de que el mismo cambia con el contenido de humedad y con la composición química. En las muestras que se extraen del subsuelo, el color debe definirse para el contenido natural de humedad, y antes de manipularlas, pues en muestras alteradas la variación del color es muy grande.

En muestras inalteradas, el color da una información aproximada acerca del tipo de - suelo y sus componentes. Por ejemplo, el color rojizo indica la presencia de óxidos de hierro no hidratados (hematita) y corresponde a suelos bien drenados. Los colores negro y marrón oscuro denotan la existencia de materias orgánicas y los amarillos o marrones amarillentos, un elevado porcentaje de hierro hidratado, lo cual evidencia un mal drenaje del suelo. También el azul grisáceo y el gris amarillento corresponden a suelos con poco drenaje, mientras que el color blanco se debe a la presencia de sílice y cal, o bien de algunos componentes de aluminio.

Formas de las Partículas de los Suelos.

Con excepción de los granos esféricos o cúbicos, una sola dimensión no puede determinar con exactitud el tamaño de las partículas de un suelo. Por eso, la clasificación según forma adquiere tanta importancia como su tamaño. Los geólogos suelen emplear términos tales como: en forma de disco, de hojas, de varas, de esferas, etc, para describir la relación predominante de dimensiones en las partículas.

En ingeniería de suelos, se clasifican los granos según las siguientes formas:

-Redondeadas
-De cantos vivos
-De cantos redondeados
-Laminares o en escamas -
-Alargadas o en bastones

La forma de las partículas influye en el comportamiento y la capacidad portante de un suelo. En todos los granos se pueden determinar los siguientes parámetros:

a) La esfericidad
b) La angulosidad
c) La planeidad

Los granos redondeados son los que se asemejan a una esfera. El índice de redondez ‘r se obtiene:

1.14

siendo Σr la sumatoria de los radios menores de los cantos vivos o redondeados de las partículas y R el radio del círculo inscripto. N es el número de cantos salientes, como muestra la figura 1.3 a.

Los granos redondeados oponen mayor resistencia a ser desmenuzados y son capaces de resistir grandes cargas estáticas con pequeñas deformaciones.
 

El índice de esfericidad Ie resulta: 

1.15

siendo Dd el diámetro del circulo cuya área es igual a la de la proyección de la partícula
sobre un plano paralelo a su mayor dimensión de apoyo, y Dc el diámetro del circulo
circunscripto. Ver fig. 1.3 b

.
También se puede medir la esfericidad con la relación: 

1.16 

 

siendo De el diámetro equivalente de una esfera cuyo volumen sea el mismo de la partícula, y L su mayor dimensión. Los granos con formas laminares o alargadas presentan una esfericidad muy reducida.

Las partículas obtenidas de las piedras quebradas por trituración mecánica tienen generalmente vértices muy agudos y se agrupan bajo la clasificaci6n de granos de cantos vivos, los  cuales luego por erosión, van puliendo y redondeando sus aristas. La angulosidad es la medida de la -
agudeza de los vértices de una partícula. La figura 1.4 muestra algunos ejemplos de cantos de diferente angulosidad, desde el caso de bordes. agudos y cortantes, hasta una redondez que se aproxima a la esférica.

Generalmente las arenas donde predomina el feldespato, el cuarzo y la dolomita presentan aristas con marcada angulosidad, especialmente cuando permanecen cerca de su lugar de origen. Pero si las arenas han sido transportadas y batidas por el viento y las olas del mar, suavizan notablemente -
sus bordes, como ocurre con Las de las playas. Generalmente las partículas con cantos vivos tienden a quebrar con facilidad por la. Concentración de esfuerzos que se localizan en sus puntos de contacto,
ofrecen mayor resistencia al desplazamiento que las partículas redondeadas. Los granos laminares
o en escaras tienen el aspecto de hojas secas superpuestas y son el resultado de la exfoliación de las micas ó de los minerales arcillosos. Ver fig. 1.5 a.

Las partículas con características de planeidad tienden a orientarse horizontalmente, unas sobre otras, y ofrecen buena resistencia a las cargas perpendiculares a su plano, si bien desplazan fácilmente en la dirección paralela a su superficie, cuando se hallan ordenadamente dispuestas. Los suelos de granos laminares están dotados de características elásticas y resultan mullidos frente a las cargas dinámicas, si bien son altamente anisótropos, especialmente en el caso de suelos compactados. El Índice de planeidad se define por la relación:

1.17

siendo B y H el ancho y el espesor respectivamente de las partículas. Las partículas alargadas y en forma de bastones se presentan en algunas arcillas. Ver fig. 1.5 b). El Índice de alargamiento Ia se mide

1.18

Cuando el valor de 1 es elevado, los granos presentan el inconveniente de que se rompen con facilidad bajo las cargas a Los suelos formados por partículas alargadas tienden a orientarlas en una misma dirección en terraplenes o laderas, de modo que se crea un plano preferencial de deslizamiento, que resulta peligroso para su estabilidad. 

Tamaño de los Granos en los Suelos.

Los suelos pueden ser clasificados según el tamaño predominante de sus granos, ya que por lo general todo suelo presenta una mezcla de partículas de diferentes formas y dimensiones que varían desde grandes piedras hasta granos muy finos que sólo se pueden visualizar con un microscopio común. Es usual que el contenido de gravas y arenas se determine utilizando tamices, mientras que el porcentaje de coloides, lizaos y arcillas se obtenga mediante ensayos de sedimentación. Por ello las pruebas granulométricas se realizan según los siguientes métodos:

-Tamices calibrados

-Ensayos hidrométricos

Para comenzar, las muestras del suelo son agitadas en tamices de diversos tamaños apilados verticalmente, con aberturas de forma cuadrada y dimensiones variables entre 10 cm (4”) y 0,075 nn (Tamiz — U.S.A. Standard N2OO) según indica la Tabla 1.3. 

El tamiz con los huecos de mayor dimensión se coloca en la parte superior y los restantes se superponen en forma ordenada con disminución progresiva del tamaño de los huecos , de modo que al clocar la muestra de suelo sobre el tamiz superior, las partículas caen por gravedad y van quedando retenidas según su tamaño, en los diferentes tamices y Luego de completado el proceso, se pesa la parte del suelo contenida en cada — tamiz y los resu1tdos se grafican como indica la figura 1.2 según una curva de distribución de acuerdo al tamaño de los granos, con la correspondiente clasificación dada en la Tabla 1.4.

Los granos con tamaño mayor a 10 cm se miden directamente con calibradores y la fracción de suelo que pasa el tamiz N 200 se clasifica luego por sedimentación, como ocurre con los suelos cohesivos.

 
Para ello se usan las pruebas hidrométricas, que consisten en la observación de la  velocidad de asentamiento de las partículas del suelo. Cuanto más pequeñas son, mas lentamente asientan. Sin embargo, el método no da buenos resultados cuando las partículas tienen dimensión inferior a 0,005 mn debido a que se mantienen en suspensión indefinidamente, y en este caso deben usarse microscopios electrónicos. En el análisis hidrométrico, el tamaño de las partículas es el correspondiente al d1metro de una esfera cuya sedimentación en el agua ocurre a la misma velocidad de la partícula.
 

Las arenas naturales comunes en Venezuela corresponden a suelos que presentan un de sus granos mas finos que el tamiz de 0,075 nn y si se las comprime con una presión de 1 .400 Kg/cm2 y luego se descargan, se expanden en un 20%.

En la figura 1.2, los diámetros de las partículas se miden en escala logarítmica en las abscisas y los porcentajes en peso de los granos más finos se da en las ordenadas en escala natural. 

 

Figura 1.2.

Las curvas granulométricas de diferentes suelos están representadas en la figura para tres tipos de
ellos. La curva A corresponde a un suelo de graduación discontinua, representada por la sucesión de concavidades y convexidades; la curva B es más suave, e indica un suelo bien graduado, con gran variación en el tamaño de los granos mientras que la curva C presenta gran pendiente, lo cual evidencia una graduación uniforme. Un punto cualquiera de estas curvas, por ejemplo el 1, sobre la curva A, indica que el 50% en peso del suelo tiene granos más finos que 0,12 mm, y el punto II sobre la curva B que el 40% en peso tiene granos más finos que 0,3 mm. 

Densidad, Porosidad e Índice de Vacíos en Suelos.

Analizando un espécimen típico de un suelo, por ejemplo de arena arcillosa, su aspecto en escala magnificada se indica en la figura 1.1 a), donde se pueden apreciar las partículas sólidas formadas por gránulos de arena, partículas de ardua y coloides compactos. A los espacios - entre ellos se los designa poros o vados, los cuales están colmados de líquido y gas. Se acepta generalmente que el líquido es agua y que el gas es aire, si bien pueden contener otros ingredientes, tales como sales minerales en disolución o gases resultantes de la descomposici6n de materias orgánicas u otros. El volumen y peso de las diferentes fases de la materia en la masa del suelo puede ser representado esquemáticamente como indica la figura 1.1 b), donde el volumen total resulta: 

                                                                          1.1

donde Vs es el volumen de los sólidos, Va el del aire y V el del agua contenida en los poros.
El peso total es: 

                                                                       1.2

El peso del aire Wa generalmente se desprecia. Wa = O
Las más usuales definiciones que se utilizan para clasificar los suelos y - determinar las relaciones matemt1cas entre las fases que lo forman, se indican a continuación:

Relación de vados e
Es el Índice entre el volumen de vacías y de salidos en la masa del suelo. Se expresa como un decimal:

                                    1.3

Figura 1.1  Estructura de un suelo Mixto.

Porosidad n
Es la expresión del volumen de vados como porcentaje del volumen total de la muestra - de suelo analizada, sin tomar en cuenta el aire o el agua contenida en los poros. 

                                                         1.4

La relación de vados e y la porosidad también pueden obtenerse mediante las ecuaciones: 

                                                                                                                 1.5

La relación de vados y la porosidad de un suelo dependen del grado de compactación o consolidación, por lo cual sirven para determinar la capacidad portante del suelo, y esta se incrementa cuando ambas relaciones disminuyen.

Contenido de humedad w
Se expresa como el porcentaje que relaciona el peso del agua W en la masa del suelo y el peso de los sólidos en la misma masa. 

                                                                                                             1.6

Grado de saturación s
Resulta el porcentaje del volumen del agua con relación al volumen total de vados. 

                                                                                                              1.7

La saturación es la condición de un suelo para la cual los vados están completamente llenos de agua, y saturación parcial es cuando los vados están parcialmente llenos de agua.
Sobresaturación o supersaturación es la condición de exceso de agua con relación al volumen normal de vados, cuando las partículas sólidas flotan o se hallan en suspensión.

Cuando S= O, el suelo está seco. Si S 100%, está saturado. Valores intermedios de 3 — corresponden a las saturaciones parciales. La sobresaturación evidencia valores de S > 100%.

La relación más usada en mecánica de suelos no es sin embargo el grado de saturación, sino el contenido de humedad w, ya que es mas simple obtener pesos que volúmenes. Para ello, se pesa la muestra alnatural y se obtiene W. Luego se la seca en horno a 110°C y se vuelve a pesar obteniéndose W. De ec. 1.2 se obtiene W.

Usualmente se consideran con bajo contenido de humedad los suelos con w 50%, con humedad media cuando 50 < w 8O% y con alto contenido de humedad cuando w > 80%. 

Densidad especifica P
3 s la relación de masa por unidad de volumen, y se mide en Kg/m3 o en g/cm3

Peso especifico y
Resulta la relación entre el peso de la muestra de suelo y el volumen de la misma. La expresión general del peso especifico es : 

                             1.8

El término peso especifico de un suelo implica suelo h(irnedo, con humedad natural. El peso especifico se determina en muestras de suelo no disturbadas, extraidas mediante tubos de penetración herméticos.
Es la caracteristica ms importante de un suelo, indispensable para iniciar toda investigación relacionada con la mecánica de suelos. Se pueden distinguir ademas:

a)Peso especifico de la muestra seca:

                                    1.9
b) Peso especifico de la muestra sumergida:

                                                                         1.10

El peso especifico del agua es : 

                                                                           1.11

Peso especifico relativo de la_masa Gm
También conocido como peso especifico aparente de una substancia, es la relación entre su peso y el de igual volumen de agua. 

                                                       1.12     

Peso espec1fico relativo de los sólidos Gs

                                                      1.13

El peso específico relativo es adimensional, y para cada mineral, G5 es una constante. La Tabla 1.1 da algunos de estos valores para ciertos minerales, y la Tabla 1.2, para diferentes suelos. Las precedentes ecuaciones dadas, 1.1 a 1.13, relacionan pesos y volúmenes de una masa de suelo, y - resultan de gran utilidad práctica en la resoluci6n de muchos problemas de la mecánica de suelos, tales como la estabilidad de taludes, el asentamiento de estratos bajo una construcci6n, el grado de - compactación de un terreno, etc.

Debido a la complejidad de la estructura interna de una masa de suelo, las cargas exteriores aplicadas son resistidas en parte por las substancias minerales sólidas, y en parte por el - fluido de los poros. Las cargas resultan así compartidas, en forma similar a las presiones parciales en los gases.

La naturaleza del fluido de los poros influencia la magnitud de la resistencia a corte que se crea entre dos partículas próximas, las cuales aún cuando no estén en contacto, pueden transmitir fuerzas normales y tangenciales. El espacio entre estas partículas aumenta o disminuye según - que las fuerzas de compresión transmitidas también aumenten o disminuyan. La interacción entre estas fases es la interacción química. 

Propiedades Físicas de los Suelos.

El suelo de fundación es un material no consolidado formado por una gran variedad de partículas minerales, con líquidos y gases incluidos. Adicionalmente, el suelo puede también contener materias orgánicas que afectan sus propiedades físicas. Las partículas minerales son gránulos de diferentes tamaños, composición y características, que no se hallan firmemente ligados entre si, como sucede por ejemplo con los cristales de un metal, sino que son capaces de disgregarse y reubicarse bajo la acción de las fuerzas exteriores que sobre ellos actúan, y cuya resistencia depende del índice de humedad y del porcentaje de gas que contienen.

Además, las propiedades estructurales de los materiales dispersos que forman — los suelos, dependen no solamente de la resistencia de sus gránulos aislados, sino también de las - fuerzas de adherencia o atracción que existen entre ellos y los agregados. Estas fuerzas son de naturaleza muy compleja y responden a campos de energía externa o interna que tienen su origen en — fuerzas moleculares electromagnticas y actúan directamente sobre las partículas sólidas, en sus — puntos de contacto. Además, la magnitud de estas fuerzas varía en función de la composición mineral de las partículas, su tamaño y el porcentaje de humedad que llena los vados. 

Las propiedades físicas de un suelo permiten identificarlo y clasificarlo dentro de una amplia gama de posibilidades que existen en la naturaleza. Estas propiedades dependen además de la posición geográfica del, suelo y la profundidad y espesor del estrato. Entre las propiedad des físicas y mecánicas de un suelo se pueden enumerar:

-La composición del suelo

-La densidad, porosidad e índice de vados

-El tamaño y forma de las partículas

-La textura y el color

-La consistencia y el contenido de humedad

-La permeabilidad y capilaridad

-La compresibilidad

-La capacidad portante

-La retracción y expansión

A continuación se analizarán   propiedades, que identifican un suelo, en base a las cuales es posible lograr un correcto diseño de las fundaciones.

La Mecánica de Suelos Introducción.

La mecánica de suelos es la ciencia que investiga la naturaleza y comportamiento de la masa del suelo, formada por la unión de las partículas dispersas de variadas dimensiones y constituye una especialidad de la geomecánica que engloba la mecánica de las rocas y de los suelos formados por substancias minerales y orgánicas. Por ello la mecánica de suelos difiere de la mecánica de los sólidos y la de los fluidos y corresponde a una rama aparte de la ciencia de la ingeniería. 

En virtud de la heterogénea variedad de los suelos, con aleatorias composiciones y diversas propiedades físico-naturales, el rol de la mecánica de suelos resulta de fundamental importancia en la ingeniaría de suelos, así como representa motivo de estudio para geólogos, hidrólogos, y todos los profesionales, técnicos y especialistas cuyo trabajo u oficio involucra el suelo. 

Desde los albores de la historia, el suelo ha estado en estrecha relación con la vida del hombre, si bien fue recién a principios del siglo XIX que la importancia y dimensiones — de las construcciones y edificios en general exigió un mayor conocimiento de las propiedades y características del suelo, de modo de poder utilizar mejor su capacidad portante y controlar los asentamientos. Muchos fueron los eminentes físicos e investigadores pioneros de la mecánica de suelos, entre los cuales se pueden mencionar a CA. Coulomb en 1773 y a W.J. Rankine en 1885, quienes a pesar de contar Inicialmente sólo con instrumentos y equipos de poca precisión, tuvieron la aguda visión de la problemática que involucra el comportamiento de los suelos, y permitieron signar el futuro de esta rama de la ingeniarla. 

A comienzos del siglo XX se intensificaron las investigaciones sobre el tema, y los trabajos de Kloger en Alemania, Boussinesq en Francia y especialmente Karl Terzaghi en Alemania y los Estados Unidos, abrieron nuevos horizontes en al materia, permitiendo su evolución y perfeccionamiento, de modo de permitir una mayor y más amplia utilización de los logros científicos alcanzados De esta manera, la mecánica de suelos se ha transformado en la herramienta esencial que permite un - correcto diseño de las fundaciones de edificios, puentes, caminos, presas, chimeneas, torres, muros, depósitos, silos, y todo tipo de estructuras resistentes. 

En todos los casos, el problema se debe enfocar como la total interacción del suelo, las bases y la superestructura, teniendo en cuenta sin embargo que e1 terreno sobre el cual descansa cada construcción es esencialmente único desde el punto - de vista de las condiciones geológicas. Por ello cada fundación debe diseñarse de acuerdo con las características propias de comportamiento de la estructura que soporta, y de las propiedades resistentes del suelo sobre el cual descansa.

La información necesaria acerca de las características de los diferentes estratos del suelo que sustentará una construcci6n, es suministrada por lo general por los ingenieros de suelos, quienes realizan la exploración del subsuelo, organizan las pruebas de laboratorio, interpretan los resultados obtenidos y facilitan los datos pertinentes sobre los posibles asentamientos o — expansiones a producirse. Asimismo, recomiendan el tipo de fundación a usar según el caso, y los eventuales tratamientos a aplicar al suelo para mejorar sus características y su capacidad portante. 

La correcta elección del tipo de fundación mas apropiado dará como resultado una mayor eficiencia en el comportamiento estructural, en función de las condiciones del subsuelo, del tamaño y forma de la construcción y del tipo y magnitud de las cargas transmitidas. Desde el punto de vista tcn1co exit1rn siempre varias soluciones para el problema planteado y es aconsejable realizar prediseños de algunas de las posibles fundaciones propuestas, para luego determinar las ventajas y — desventajas obtenidas de la comparación de los resultados, tales como la mayor economía lograda, la sencillez de la ejecución y el tiempo requerido para su finalización. 

En otros casos, se debe evaluar la posibilidad de transportar hasta el lugar de la obra la maquinaria de excavación apropiada, el equipo para el mejoramiento de las capas del Subsuelo, o el drenaje necesario del agua subterránea, el vaciado de las bases, etc., especialmente en las zonas de difícil acceso. 

En todos los casos, la decisión final la adoptará el ingeniero luego de un detallado análisis de cada caso en particular. Esta decisión corresponderá a la solución que asegura la mayor eficiencia estructural, así como la máxima estabilidad del conjunto, una adecuada ductilidad duarte la vida útil de la superestructura, y un factor de seguridad apropiado.

Generalidades sobre Rocas y Suelos.

Los suelos son el producto del desgaste o desintegración de las rocas de la corteza terrestre, debido a los agentes atmosféricos y a los diferentes procesos físico-químicos en la naturaleza. Existen suelos cuya edad s remonta a miles de millones de años, mientras que otros — depósitos son más recientes, si bien todos han sufrido en el tiempo sucesivas erosiones, filtraciones, mutaciones, deslizamientos, compactaciones, drenajes o muchos otros efectos que les otorgan las características actuales, las cuales continúan asimismo evolucionando con mayor o menor lentitud. 

Por suelo se entiende todo depósito de partículas minerales y orgánicas disgregadas pero íntimamente asociadas entre si, pertenecientes al manto rocoso de la litosfera, las - cuales presentan diferentes grados de cohesión y fuerzas intermoleculares que las mantienen vinculadas. Genéricamente, en todos los suelos, tales como las gravas, arenas, limos, y arcillas, estas partículas has sido depositada a través de los siglos por glaciares, por sedimentos aluvionales en los dos y marinos en las playas de las costas, o transportadas por el viento.
Las rocas, por el contrario, están formadas por minerales y otras substancias s6lidas endurecidas, y s6lo pueden ser excavadas mediante taladros, cuñas o explosivos. No existe sin embargo una frontera neta que diferencie suelos y rocas, ya que ciertos tipos de suelos, luego de un prolongado periodo de tiempo, pueden consolidarse transformándose en rocas, y las rocas a su — vez, pueden desintegrarse y formar suelos con sus partículas pulverizadas. En efecto, la mayoría de los suelos fueron originariamente rocas que el tiempo y los efectos climáticos disgregaron progresivamente . Esto se demuestra en el laboratorio con trozos de roca calcárea, la cual puede desintegrarse primero en partículas de arena, y luego en otras de menor tamaño como las de los limos y arcillas. 

Sin embargo, a medida que la naturaleza transforma las rocas en suelos, se van produciendo simultáneamente múltiples cambios y reacciones químicas que son imposibles de reproducir en el laboratorio en un tiempo breve, de modo que los suelos que se obtienen de la desintegración de las rocas en forma artificial, difieren generalmente de aquellos que resultan de los procesos naturales. En general, para establecer una diferencia entre suelos y rocas, se suele entender por roca todo suelo con suficiente dureza y resistencia para requerir procedimientos mecánicos de penetración al ser horadados, y por suelos, aquellos que permiten se excavados a mano, removidos, compactados, drenados, etc.

Los suelos constituyen un inagotable tema de investigación y estudio para diferentes ramas de la ciencia, como por ejemplo la geología, la agronomía y la mineralogía. De el punto de vista de la ingeniarla civil, el suelo se analiza bajo los siguientes aspectos: 

- Como base de apoyo ara todo tipo de edificaciones
-En forma de masa o talud que debe ser contenido 

- Cumpliendo la función de material de construcción
 

Por regla general, todo lo que se construye resulta soportado directa o indirectamente por el suelo — de fundación. Independientemente del tamaño o función de una edificación, su forma o ubicación geográfica, debe apoyar sobre el ten io que la sustenta. Este debe resistir la totalidad de las cargas que le transmiten las columnas y muros a través de sus bases, tales como las cargas permanentes, sobrecargas móviles, el peso de los fluidos o materiales granulares almacenados, cargas de viento, sismo, vibratorias, de impacto, etc., asegurando la estabilidad del conjunto y una correcta interacción suelo-fundaciones-superestructura, así como el buen funcionamiento de las instalaciones y servicios auxiliares complementarios.
 

En el segundo, caso, cuando se realizan excavaciones y trabajos subterráneos o en taludes y terraplenes, el suelo puede sufrir deslizamientos que afecten su estabilidad y la de otras construcciones vecinas, o pongan en peligro la seguridad de personas o bienes. Por ello, se deben diseñar estructuras capaces de contenerlo, dándole un adecuado soporte lateral que evite el colapso de la nasa de suelo inestable.
 

Adicionalmente, como material de construcci6n, el suelo ha servido desde tiempos milenarios para erigir monumentos, levantar tumbas, construir presas, formar terraplenes y otros m1tiples usos. También en forma cte bloques o ladrillos secados al sol, se han construido viviendas, caminos, muros, bóvedas, presas, acueductos, túneles, etc. con diversos fines de abrigo, recreación, circulación,  jefensa y abastecimiento.