Limites del Tamaño para Suelos.

Varias organizaciones han intentado desarrollar los límites de tamaño para gravas, arenas, limos y arcillas en base a los tamaños de las partículas de los suelos. La tabla 1.2 presenta los límites de tamaño recomendados en el sistema de la American Association of State Highway and ‘ftansportation Officials (AASHTO) y en el sistema Unifled Soil Classification (Corps of Engineers, Department of the Army y Bureau of Reclamation). La tabla 1.2 muestra que las partículas de suelo más pequeñas que 0.002 mm son clasificadas como arcilla. Sin embargo, las arcillas por naturaleza son cohesivas y pueden convertirse en un filamento cuando están húmedas. Esta propiedad es causada por la presencia de minerales de arcilla tales como la caolinita , la ilita y la montmorilonita. En contraste, algunos minerales como el cuarzo y elfeldespato pueden estar presentes en un suelo en partículas de tamaño tan pequeño como los minerales de archa. Pero ésas no tienen la propiedad de cohesión de los minerales arcillosos. Por tanto, se denominan partículas de tamaño arcilla y no partículas ardilosas. 

TABLA 1.2 Límites de tamaño de suelos separados 

Análisis Granulométrico con el Hidrómetro.

El análisis granulométrico con el hidrómetro se basa en el principio de la sedimentación de las partículas de suelo en agua. Para esta prueba se usan 50 gramos de suelo seco, pulverizado. Un agente defloculante se agrega siempre al suelo. El defloculante más usado para el análisis granulométrico con el hidrómetro es 125 cc de solución al 4% de exametafosfato de sodio. Se deja que el suelo se sature por lo menos 16 horas en el defloculante. Después de este periodo de saturación se agrega agua destilada y la mezcla suelo-agente defloculante es agitada vigorosamente. La muestra se transfiere a una probeta de 1000 ml. Se agrega más agua destilada a la probeta hasta la marca de 1000 ml y luego la mezcla es agitada vigorosamente. Un hidrómetro se coloca dentro de la probeta para medir—generalmente durante un periodo de 24 horas—, la densidad de sólidos de la suspensión suelo-agua en la vecindad de su bulbo (figura 1.2). Los hidrómetros están calibrados para mostrar la cantidad de suelo que está aún en suspensión en cualquier tiempo dado, t. El diámetro máximo de las partículas de suelo aún en suspensión en el tiempo t se determina mediante la ley de Stokes: 

Figura 1.2 Análisis granulométrico con el Hidrómetra.

Las partículas de suelo con diámetros mayores que los calculados con la ecuación (1.3) se habrán asentado más allá de la zona de medición. Así, con las lecturas tomadas en tiempos diferentes en el hidrómetro, el porcentaje de suelo más fino que un diámetro dado D puede calcularse y prepararse una gráfica de la distribución granulométrica. Los procedimientos de cribado e hidrométrico pueden combinarse para un suelo que tenga granos finos y gruesos.

Análisis Granulométrico por Mallas.

Un análisis granulométrico por mallas se efectúa tomando una cantidad medida de suelo seco, bien pulverizado y pasándolo a través de una serie de mallas cada vez más pequeñas y con una charola en el fondo. La cantidad de suelo retenido en cada malla se mide y el por ciento acumulado de suelo que pasa a través de cada malla es determinado. Este porcentaje es generalmente denominado el “porcentaje que pasa”. La tabla 1.1 contiene una lista de los números de mallas usadas en Estados Unidos y el correspondiente tamaño de sus aberturas. Estas mallas se usan comúnmente para el análisis de suelos con fines de clasificación.

El porcentaje que pasa por cada malla, determinado por un análisis granulométrico por mallas, se grafica sobre papel semilogarítmico, como muestra la figura 1.1. Note que el diámetro del grano D se grafica sobre la escala logarítmica y el porcentaje que pasa se grafica sobre la escala aritmética.

TABLA 1.1  Tamaños de Cribas U.S. Standard.

FIGURA 1.1  Granulometría de un suelo de grano grueso obtenida por un análisis granulométrico por mallas.

Dos parámetros se determinan de las curvas granulométricas de suelos de grano grueso: (1) el coeficiente de unformidad (Cu) y (2) el coeficiente de graduación, o coeficiente de curvatura (CZ). Esos factores son: 

donde D10, D30 y D60 son los diámetros correspondientes al porcentaje que pasa 10,30 y 60%, respectivamente.

Para la curva granulométrica mostrada en la figura 1.1, D10 = 0.08 mm, D30 = 0.17 mm y D60 = 0.57 mm.

Los valores de Cu y Cz son

Los parámetros Cu, y Cz se usan en el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos, descrito posteriormente en este capítulo.

Distribución Granulométrica.

En cualquier masa de suelo, los tamaños de los granos varían considerablemente. Para clasificar apropiadamente un suelo se debe conocer su distribución granulomJtrica. La distribución granulométrica de suelos de grano grueso es generalmente determinada mediante análisis granulamétrico por mallas. Para suelo de grano fino, la distribución granulométrica puede obtenerse por medio de análisis granulométrico con el hidrómetro. En esta sección se presentan las características básicas de esos análisis. Para descripciones detalladas, consultar cualquier manual de laboratorio de mecánica de suelos (por ejemplo, Das, 1997).

-Análisis Granulométrico por Mallas.

-Análisis Granulométrico con el Hidrómetro.

Introducción a las Propiedades Geotécnicas del Suelo y del Suelo Reforzado.

El diseño de cimentaciones de estructuras tales como edificios, puentes y presas, requiere el conocimiento de factores como: (a) la carga que será transmitida por la superestructura a la cimentación; (b) los requisitos del reglamento local de construcción; (c) el comportamiento esfuerzo-deformación de los suelos que soportarán el sistema, y (d) las condiciones geológicas del suelo. Para un ingeniero de cimentaciones, los dos últimos factores son sumamente importantes ya que tienen que ver con la mecánica de suelos.

Las propiedades geotécnicas del suelo, como la distribución del tamaño del grano, la plasticidad, la compresibilidad y la resistencia por cortante, pueden ser determinadas mediante apropiadas pruebas de laboratorio. Recientemente, se ha puesto énfasis en la determinación in situ de las propiedades de resistencia y deformación del suelo, debido a que así se evita la perturbación de las muestras durante la exploración de campo. Sin embargo, bajo ciertas circunstancias, no todos los parámetros necesarios pueden ser determinados o no por motivos económicos o de otra índole. En tales casos, el ingeniero debe hacer ciertas hipótesis respecto a las propiedades del suelo. Para estimar la exactitud de los parámetros del suelo (determinados en el laboratorio y en el campo o bien supuestos), el ingeniero debe tener un buen conocimiento de los principios’ básicos de la mecánica de suelos. Asimismo, debe ser consciente de que los depósitos de suelo natural sobre los cuales las cimentaciones se construyen, no son homogéneos en la mayoría de los casos. El ingeniero debe entonces tener un conocimiento pleno de la geología de la zona, es decir, del origen y naturaleza de la estratificación del suelo, así como de las condiciones del agua del subsuelo. La ingeniería de cimentaciones es una combinación de mecánica de suelos, geología y buen juicio derivado de experiencias del pasado. Hasta cierto punto, puede denominarse un “arte”.
 

Para determinar qué cimentación es la más económica, el ingeniero debe considerar la carga de la superestructura, las condiciones del subsuelo y el asentamiento tolerable deseado. En general, las cimentaciones de edificios y puentes puede dividirse en dos principales categorías: (1) superficiales y (2) profundas. Las zapatas aisladas, las zapatas para muros y las cimentaciones a base de losas corridas, son todas superficiales. 

En la mayoría de éstas, la profundidad de empotramiento puede ser igualo menor a tres o cuatro veces el ancho de la cimentación. Los trabajos con pilotes hincados y pilotes perforados son cimentaciones profundas. Éstas se usan cuando las capas superiores del terreno tienen poca capacidad de apoyo o carga y cuando el uso de cimentaciones superficiales causará un daño estructural considerable y/o problemas de inestabilidad. Los problemas relativos a cimentaciones superficiales y con losas corridas se verán mas adelante.

Recientemente aumentó el uso de refuerzos en el suelo para la construcción y diseño de cimentaciones, muros de contención, taludes de terraplenes y otras estructuras. Dependiendo del tipo de construcción, el refuerzo es mediante tiras metálicas galvanizadas, geotextiles, georrejillas y geocompuestos. El uso de refuerzos en el diseño de cimentaciones superficiales se presenta en los capítulos 3 y 4. El capítulo 7 de línea los principios de refuerzo del suelo en el diseño de muros de retención.

Esta parte sirve principalmente como repaso de las propiedades geotécnicas básicas de los suelos. Incluye temas como distribución granulométrica, plasticidad, clasificación de los suelos, esfuerzo efectivo, consolidadón y parámetros de la resistencia a cortante. Se basa en la suposición de que el lector ya conoce los conceptos de un curso básico de mecánica de suelos.