Mecanica de Suelos i - Clase II

Principales Tipos de Suelos

a) Suelos Inorgánicos.- Se debe a la descomposición física y/o química de las rocas, o sea los suelos inorgánicos.

Suelos residuales

Se originan cuando los productos de la meteorización de las rocas no son transportados como sedimentos, sino que se acumulan in situ. Los suelos residuales suelen ser más abundantes en zonas húmedas, templadas, favorables al ataque químico de las rocas y con suficiente vegetación para evitar que los productos de meteorización sean fácilmente arrastrados.

Suelos sedimentarios o transportado

Se originan por la meteorización física y química de las rocas en la superficie terrestre (sedimentos), y la posterior intervención de la acción transportadora de cualquiera de los cinco agentes siguientes: agua, aire, hielo, gravedad y organismos vivos. En general, las partículas de limo, arena y grava se forman por la meteorización física de las rocas, mientras que las partículas arcillosas proceden de la alteración química de las mismas.

El transporte afecta a los sedimentos de dos formas principales: a) modifica la forma, el tamaño y la textura de las partículas por abrasión, desgaste, impacto y disolución; b) produce una clasificación o graduación de las partículas

ING. CALCINA COLQUI, ARMANDO UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS

b) Suelos Orgánicos.- Se forman casi siempre in situ. Son comunes en las zonas pantanosas. Ejm. Turbas. Se caracterizan por su color negro o café oscuro, poco peso cuando están secos y gran compresibilidad y porosidad.

(La turba es el primer paso de la conversión de la materia vegetal en carbón)


Caracteristicas fundamentales de los Suelos.-

•Los suelos están formados por partículas pequeñas (desde micras a algunos

centímetros) e individualizadas que pueden considerarse indeformables.

•Entre estas partículas quedan huecos con un volumen total del orden de magnitud del volumen ocupado por ellas (desde la mitad a varias veces superior).

•Un suelo es un sistema multifase (sólida, líquida y gaseosa).

•Los huecos pueden estar llenos de agua (suelos saturados), o con aire y agua (suelos semisaturados), lo que condiciona la respuesta de conjunto del material. En condiciones normales de presión y temperatura, el agua se considera incompresible.


MUESTREO DE SUELOS

La toma de muestras es una de las actividades importantes de las campañas de reconocimiento geotécnico. Por ese motivo ha de estar planificada antes de comenzar la campaña de reconocimientos.

Toma de muestras

Las muestras pueden obtenerse de sondeos, de calicatas o de lugares especificados donde no se haya hecho perforación o excavación previa.

Las muestras pueden ser alteradas, esto es, que después de tomadas tengan otra densidad o humedad distintas de las originales, o inalteradas, esto es, en las que la humedad y la densidad (y por lo tanto la resistencia, la deformabilidad y la permeabilidad) sean lo más próximas posibles a las originales. En cualquier caso las muestras han de ser representativas del suelo que se quiere ensayar; en ese sentido deben evitarse siempre los lavados o segregaciones de las muestras salvo que ese aspecto, por alguna razón singular, no tenga importancia en el problema en estudio.

Las muestras alteradas pueden tomarse manualmente, con pico y pala, con excavadoras mecánicas o proceder de testigos de sondeos. Pueden transportarse en sacos o bolsas.

Las muestras inalteradas o poco alteradas pueden tomarse con toma muestras específicos (hincando tubos cortos biselados) de paredes de pozos, zanjas o calicatas previamente apuntalados. Deben empaquetarse, transportarse y conservarse en laboratorio hasta su ensayo de manera que no sufran alteración

La toma de muestras más usual de los reconocimientos geotécnicos se realiza en sondeos mediante toma muestras específicos adaptados al tipo de terreno. En la tabla siguiente se resume la información relativa a los más empleados.


La toma de muestras inalteradas o poco alteradas de suelos granulares limpios no es posible por procedimientos convencionales.

La toma de muestras debe ser supervisada por el técnico responsable de los trabajos de campo. Es de gran importancia que el carácter más o menos alterado de las muestras tomadas sea estimado por un técnico experto.

El procedimiento debe quedar documentado indicando, para cada muestra o grupo de muestras, su procedencia (sondeo, calicata u otro punto de coordenadas conocidas), la columna litológica correspondiente al lugar donde se hace la toma, la indicación expresa de su profundidad, la posición del nivel freático en el lugar donde se tomó la muestra así como cualquier observación que el técnico responsable crea oportuna.

Ya que las muestras se toman para hacer ensayos de laboratorio, la programación del número de ellas y su ubicación sólo deberá definirse trasconsiderar los ensayos que resulten necesarios para analizar los problemas

objeto de informe geotécnico.


RECONOCIMIENTO DEL TERRENO

La elección del método de reconocimiento más adecuado en cada caso, la posición de los puntos en los que efectuar los trabajos de campo, profundidad a alcanzar con los reconocimientos, ensayos de muestras, ensayos especiales, etc, será competencia de los técnicos responsables del trabajo al que está destinado el reconocimiento.

A continuación se indican las técnicas de reconocimiento normalmente empleadas enla investigación del terreno.

Calicatas

Consisten en las excavaciones de formas diversas (pozos, zanjas, rozas, etc.) realizadas mediante medios mecánicos convencionales, que permiten la observación directa del terreno o cierta profundidad, así como la toma de muestras y la realización de ensayos in situ

Este tipo de reconocimiento del terreno permite acceder directamente al terreno para tomar datos litológicos del mismo, así como tomar muestras de gran tamaño para la realización de ensayos.

Este tipo de excavaciones presentan las siguientes limitaciones:

Profundidad de reconocimiento moderada (<4 ó 5 m.)

Los terrenos han de ser excavables con medios mecánicos.

Ausencia de nivel freático o, al menos, aportaciones de agua moderada en terrenos de baja permeabilidad.

Ausencia de instalaciones, conducciones, cables, etc.

Deben evitarse cuanto puede deteriorarse el terreno de apoyo de las futuras cimentaciones o cuando puedan crearse problemas de inestabilidad en estructuras próximas.


• Los resultados de este tipo de reconocimientos se registran en estadillos en los que se indica la profundidad, descripción litológica, discontinuidades, presencia de filtraciones, situación de las muestras tomadas y fotografías

Sondeos mecánicos (Sondeos a Rotación, Percusión).

Son perforaciones de pequeño diámetro que permiten reconocer la naturaleza y localización de las diferentes capas del terreno. Dichas perforaciones pueden realizarse a presión (suelos blandos), percusión (gravas, materiales cementados) o rotación (rocas, suelos duros), con diámetros que oscilan habitualmente entre 65 mm. y 140 mm. y que sirven para la extracción y reconocimiento del terreno (testigos), para la obtención de muestras del terreno mediante útiles apropiados (tomamuestras) y para la realización de algunos ensayos in situ. En suelos no muy duros con cierta cohesión, se emplean a veces los sondeos helicoidales con barrena maciza o hueca, sobre todo cuando sólo se requieren muestras alteradas. Eventualmente también pueden extraerse muestras inalteradas si el terreno se mantiene estable sin entubación o a través de las barrenas huecas

En un sondeo a rotación el sistema de perforación consta de lo siguientes elementos integrados en las baterías: corona de corte, manguito portaextractor, extractor, tubo portatestigo y cabeza. La cabeza es la pieza de unión entre el tubo portatestigo (donde se recoge el testigo que se extrae en la perforación) y el varillaje que le transmite el movimiento de rotación y empuje ejercido por la máquina de perforación. El manguito porta extractor aloja un muelle (extractor) que sirve para cortar el testigo al sacarlo y no dejar que se desprenda durante la maniobra de extracción. La corona es el elemento perforador que se emplea en el sondeo y cuyos útiles de corte pueden ser de widia (carburo de wolframio) o de diamante. Las coronas de widia se emplean en suelos y rocas blandas y las coronas de diamante en rocas duras o muy duras.


Las baterías de perforación pueden ser de tubo simple o doble. En el tubo simple, el fluido de perforación lava toda la superficie del testigo. Este efecto y el de la rotación del tubo pueden ocasionar el desmenuzamiento de suelos parcialmente cementados o rocas blandas. Cuando se requieren recuperaciones muy altas se emplea el tubo doble, en el que el fluido de perforación (agua) desciende por el contacto entre ambos tubos. En este caso, sólo puedeproducirse el lavado del testigo en la base del tubo, en su unión con la corona. El tubo interior va montado sobre rodamientos de bolas que independizan su movimiento del tubo exterior.

Los sondeos con barrena helicoidal se emplean en suelos relativamente blandos y cohesivos, no siendo operativos para suelos duros o cementados. Este tipo de perforación no permite precisiones inferiores a ± 0,50 m. en la localización de los diferentes estratos atravesados. El tipo de muestras que se obtiene en la sonda helicoidal es alterada, aunque es posible en determinadas sondas obtener muestras inalteradas.

Las barrenas son de dos tipos, huecas y normales. Las primeras están formadas por un tubo central de mayor diámetro que en las normales, y permiten obtener muestras inalteradas sin extraer a la superficie la maniobra. A lo largo y por el interior de la barrena se instala un varillaje que termina al final de la cabeza helicoidal y lleva una pequeña broca. Estas varillas giran solidariamente con la barrena hueca. Cuando se toma una muestra se extraen las varillas del interior de la barrena, y a continuación se introduce por el interior de la misma un tomamuestras (ver figura adjunta).

Los sondeos a percusión se utilizan tanto en suelos granulares como cohesivos, pudiendo atravesar suelos de consistencia firme a muy firme. Las profundidades alcanzadas mediante este sistema rondan los 15-20 m. El sistema de perforación consiste en la hinca de tubos de acero mediante el golpeo de una maza de 120 kg. que cae desde una altura de 1 m. Se deben contar sistemáticamente los golpes necesarios para la penetración de cada tramo de 20 cm., lo que permite conocer la compacidad del suelo atravesado. Las tuberías empleadas, que pueden tener diámetros exteriores de 91, 128, 178 y 230 mm., actúan como entibación durante la extracción de muestras mediante cucharas.


Existe otro tipo de métodos especiales de perforación, denominados métodos de perforación a destroza, debido a que en ellos no se obtiene testigo, sino el material triturado que sale por la boca del sondeo. La perforación se puede realizar con trépano, martillo de fondo o rotopercusión y la trituración con tricono. La utilización de uno u otro método depende del tipo de terreno a perforar y del objetivo de la investigación.

En general, deben tenerse en cuenta las recomendaciones siguientes:

Los sondeos a percusión son preferibles por su calidad, siempre que el terreno pueda atravesarse con la energía disponible. Este método está especialmente indicado para reconocer suelos granulares gruesos, adaptando el diámetro del sondeo al tamaño de las gravas o bolos a atravesar. Normalmente se emplea tubería de hinca o tomamuestras a percusión. En el caso de suelos granulares finos se utilizan cucharas con cierre inferior de clapeta.

Los sondeos a rotación, mediante baterías simples, dobles o especiales pueden utilizarse en cualquier tipo de terreno, aunque pueden existir problemas en el caso de suelos granulares finos bajo el nivel freático y en el caso de bolos o gravas gruesas.

-Los sondeos con barrena helicoidal pueden utilizarse cuando

El terreno es relativamente blando y cohesivo

No existen capas cementadas o de gravas, ni capas arenosas fluyentes bajo el nivel freático.

No es necesario atravesar o penetrar en rocas.

No se requiere una precisión superior a ±0,50 metros en la localización en profundidad de las diferenes capas.

Se puede justificar la calidad de las muestras inalteradas extraídas por el eje hueco de la barrena.


En la tabla siguiente se resumen de forma muy general los diversos métodos de realizar sondeos mecánicos.


Como se mencionó en la diapositiva anterior, el suelo constituye un sistema de varias fases. La figura siguiente muestra un elemento típico de suelo que contiene 3 fases diferenciables: sólida (partículas minerales), líquida (agua generalmente) y gaseosa (aire o gas). La parte de la izquierda representa las tres fases como podrían presentarse en un elemento de suelo natural. En la parte de la derecha se han separado las tres fases con el fin de facilitar la deducción de las relaciones entre ellas.

•Vs: Vw: Vg: Vv:

Propiedades físicas y clasificación de los suelos

Relaciones peso-volumen

Relaciones entre las fases de un suelo. a) Elemento de suelo natural. b) Division de un elemento en fases

Los términos que aparecen en la figura adjunta representan los siguientes conceptos:


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