• CONTÁCTANOS
  • 8 oct. 2010

    ESTRUCTURA DE LOS SUELOS
    1.4.1 forma de partículas.
    La forma de las partículas minerales de un suelo es de gran importancia en el comportamiento mecánico
    de éste.
    En suelos gruesos, la forma de sus partículas característica es la equidimensional, en la que las tres
    dimensiones son comparables...


    En suelos finos, a causa de su génesis , la forma de sus partículas es laminar, así dos de sus
    dimensiones, son mucho mayores que la tercera.
    1.4.2 Materiales Coloidales.
    En Ingeniería de suelos, las partículas menores de 1 μ ( 0.001 mm) se consideran como arcillas
    coloidales, cuyas partículas se hallan en disolución y están sometidas a movimientos rápidos y en todas
    direcciones, llamados movimientos Brownianos, producidos por los choques con las partículas del líquido
    solvente; debido a esto los coloides no se sedimentan. Por otro lado las partículas coloidales tienen carga
    eléctrica del mismo signo, lo que les impide atraerse entre si (carga negativa).
    La sedimentación se logra añadiendo a la solución coloidal, un electrolito o solución química de iones con
    carga opuesta a las del coloide, produciendo la floculación o coagulación, obligando a las partículas
    reunirse entre sí.
    1.4.3 Definición.-
    Viene a ser la disposición, arreglo geométrico u ordenación que adoptan las partículas minerales para dar
    lugar al conjunto llamado suelo. El estado de agregación de las partículas componentes minerales u
    orgánica depende de la disposición de sus partículas, y de la adhesión de las partículas menores para
    formar otras mayores o agregados y en torno a ellos se forma los conocidos como terrones, dentro de
    ellos tenemos:
    a. Estructura simple.-
    Cuando es la gravedad terrestre, la fuerza predominante en la disposición de las partículas, es
    por tanto típica de los suelos de grano grueso ( Gravas y arenas).
    El comportamiento mecánico e hidráulico, en este tipo de suelos queda definido por:
    o La compacidad del manto, y
    o La orientación de las partículas. 
    Compacidad.-
    Se refiere al grado de acomodo alcanzado por las partículas del suelo, con más o menos
    vacíos entre ellas. En suelos compactos, las partículas sólidas que lo constituyen tienen un alto
    grado de acomodo y la capacidad de deformación bajo cargas será pequeña. Y en los suelos
    poco compactos el volumen de vacíos y la capacidad de deformación serán mayores. La idea
    de la compacidad alcanzada por una estructura simple se tiene estudiando la disposición de un
    conjunto de esferas iguales como en la figura, que se muestra una sección de los estados más
    sueltos y más compacto posible de tal conjunto. Pero estos arreglos son teóricos y los cálculos
    matemáticos.
    Compacidad Relativa (Cr) (o Densidad Relativa (Dr)).
    Una medida del estado de la compacidad de un manto de estructura simple, es la llamada
    compacidad relativa ( Cr ) definida por.
    Cr % = 100 ( e máx - e nat ) / ( e máx. – e mín.)
    Este parámetro, nos informa si un suelo esta cerca o lejos de los valores máximo y mínimo de
    densidad, que se puede alcanzar. Los valores varían de 0 para suelos muy sueltos a un
    máximo de 1 para suelos muy densos. Algunos textos expresan la Densidad Relativa, en
    función del Peso Unitario seco.
    Cr % = (( γd - γd mín ) / ( γd máx - γd mín )) ( γd máx / γd mín )
    Donde:
    o e máx = Es el mayor índice de huecos posible, que corresponde a la compacidad
    natural más pequeña, obtenido por vertido desde poca altura y correspondiente al
    estado más suelto.
    o e mín = Es el menor índice de huecos posible que corresponde a la mayor compacidad
    posible (al estado más compacto.)
    o e nat = Es el índice de huecos real del suelo in situ(a su estado natural)
    Determinación del e máx .-
    o Secar la arena en el horno
    o Verter la arena en forma suave y continua ea una probeta graduada.
    o Enrasar cuidadosamente
    o Obtener: Peso de la arena, volumen de la arena, peso especifico.
    o Determinar el e máx .
    Determinación del e mín .-
    o Se usara un molde proctor y se compacta por capas tratando de obtener el estado más
    compacto posible y proceder como en el caso anterior.
    Determinación del e nat .-
    o Utilizar una muestra inalterada de arena y proceder como en casos anteriores.
    Orientación.-
    La orientación de las partículas influye más directamente en el grado de permeabilidad de un
    manto de arena.
    Estructura panaloide.-
    Típica de suelos con granos pequeños ( < 0.002 mm ) y formada por sedimentación de las
    partículas en agua y que a la vez desarrollan esfuerzos de adherencia entre granos
    conformando cadenas con gran cantidad de vacíos a modo de panal. Las fuerzas
    gravitacionales ejercen un cierto efecto, pero las fuerzas eléctricas son de magnitud
    comparable.
    Estructura floculenta.-
    Típica en suelos coloidales de partículas de tamaño mucho menor que por si solas no se
    sedimentan y se moverían al azar con un movimiento característico llamado Browniano, que
    para sedimentarse es necesario el uso de un catalizador, el cual obliga a las partículas
    coloidales a unirse entre sí formando grumos con la estructura de un panal, los que a su vez
    adquieren peso suficiente para sedimentarse formando una estructura panaloide. La tendencia
    a la floculación aumenta principalmente cuando hay un electrolito en el agua que lo rodea a los
    cristales de arcilla o cuando se eleva la temperatura.
    Estructura compuesta.-
    Las formas anteriores raramente se presentan puras, lo común es una combinación de los
    diferentes tamaños de las partículas, introduciendo el concepto de esqueleto estructural,
    constituido por las partículas más gruesa (limo) y por los panales y flóculos que existen entre
    ellas, dejando en los espacios entre las partículas gruesas y sus nexos gran cantidad de
    material fino poco o nada comprimido, caso contrario a lo sucedido a las partículas más
    gruesas
    Estructura en castillo de naipes.-
    Dadas las dimensiones de las partículas de arcilla, algunos investigadores sugieren esta forma
    de estructura, ya que siendo cargadas eléctricamente negativas, existe en las aristas
    concentraciones de carga positiva, atrayéndose lógicamente con partículas vecinas.
    f. Estructura dispersa.-
    Si el efecto neto de las fuerzas es repulsiva entre dos cristales, estos se separaran dando lugar
    a una estructura dispersa contraria a la floculación.
    1.4.5 Características y estructura de partículas minerales:
    a.- Relaciones fino – agregados gruesos:
    a.1 Agregados sin finos.- Por ejemplo, las arenas limpias: Contacto grano a grano, peso volumétrico
    variable, permeable, no susceptible a las heladas, alta estabilidad en estado confinado, baja
    estabilidad en estado incofinado, no afectable por condiciones hidráulicas adversas, compactación
    difícil.
    a.2 Agregados con finos suficientes.- Para obtener una alta densidad: Contacto grano a grano con
    incremento de la resistencia, resistencia a la deformación, mayor peso volumétrico, permeabilidad
    más baja, susceptible a las heladas, relativa alta estabilidad (confinado o no confinado), no muy
    afectable por condiciones hidráulicas adversas, compactación algo difícil.
    a.2 Agregados con gran cantidad de finos.- Por ejemplo un colusión: No existe contacto grano a
    grano; los granos están dentro de una matriz de finos; este estado disminuye el peso volumétrico,
    baja permeabilidad, susceptible a las heladas, baja estabilidad (confinado o no confinado), afectable
    por condiciones hidráulicas adversas, no se dificulta su compactación

    b. Principales propiedades requeridas por el Ingeniero:
    b.1.- Estabilidad Volumétrica.- Los cambios de humedad son la principal causa para que se
    levanten los pavimentos, inclinen los postes, se fracturen tubos y muros…etc. También se conoce
    como estabilidad estructura, que es la resistencia de los granos a disgregarse por la humedad.
    b.2.- Resistencia mecánica.- La humedad la reduce, la compactación o el secado la eleva. La
    disolución de cristales (arcillas sensitivas), baja la resistencia.
    b.3.- Permeabilidad.- La presión de poros elevada provoca deslizamientos y el flujo de agua, a
    través del suelo, puede originar tubificación y arrastre de partículas sólidas.
    b.4.- Durabilidad.- El intemperismo, la erosión y la abrasión amenazan la vida útil de un suelo como
    elemento estructural o funcional.
    b.5 .- Compresibilidad.- Afecta la permeabilidad, altera la magnitud y sentido de las fuerzas
    interpartícula, modificando la resistencia del suelo al esfuerzo cortante y provocando
    desplazamientos.
    b.6.- Sensibilidad.- O susceptibilidad de una arcilla, es la propiedad por la cual, al perder el suelo su
    estructura natural, cambia su resistencia, haciéndose menor, y su compresibilidad aumenta.
    Las propiedades anteriores se pueden modificar o alterar de muchas formas: por medios mecánicos,
    drenaje, medios eléctricos, cambios de temperatura o adición de estabilizadores ( cal, cemento,
    asfalto, sales, etc.)
    Definiciones:
    1.- Suelo grueso – granular .- Son los de mayor tamaño: Guijarros, gravas y arenas. Su
    comportamiento esta gobernado por las fuerzas gravitacionales.
    2.- Suelos finos .- Son los limos y arcillas. Su comportamiento está regido fundamentalmente por
    fuerzas eléctricas.
    En estado seco, la arcilla tiene más cohesión y es dura, mientras el limo es friable o pulverizable. Y
    húmedos, la arcilla es plástica y el limo poco plástico; al tacto, la arcilla es más suave y a la vista el
    brillo es más durable.
    3.- Suelos expansivos.- Es debida a la absorción de agua, dada la deficiencia eléctrica del suelo, su
    alta superficie específica y su capacidad catiónica de cambio. Los problemas que ocasionan son
    altas presiones y grandes deformaciones. P.e algunas veces los MH y CH con LL > 50.
    Se soluciona estos problemas, colocando una carga mayor a la presión máxima de expansión del
    suelo, conservar la humedad natural constante aislando el volumen expandible. Mantener la humedad
    final del suelo por debajo de la humedad natural (drenado). Disminuir la presión de expansión,
    bajando la capacidad cationica, con Ca ++ y Mg ++, reemplazar el suelo, traspasando la capa
    problemática o pilotear a tracción.
    4.- Suelos dispersivos.- En estos suelos ocurre una defloculación de las arcillas. El fenómeno
    químico es propio de suelos salinos, cuando, por presencia de sodio se desplaza el agua recién
    venida y adsorbida, para romper los enlaces.
    El efecto de la dispersión es la erosión interna (tubificación) y la perdida de resistencia por destrucción
    de la estructura del suelo. Los suelos dispersivos son sódico – cálcicos y se evita la erosión
    colocando cal viva para sacar el Na +
    5.- Suelos colapsables .- Los limos venidos de cenizas volcánicas son colapsables, el LL de las
    cenizas volcánicas es muy alto y los enlaces iónicos son débiles. Los suelos de origen eólico( y las
    cenizas tienen algo de eso) son susceptibles, el agua (pocas veces) y el sismo, en casos de
    licuación, hacen colapsar el suelo. Pierden cohesión por deslavado de bases.
    6.- Suelos orgánicos .- Por su porosidad tienen alto contenido de humedad, baja resistencia, alta
    compresibilidad e inestabilidad química(oxidable). Deben evitarse como material de fundación y como
    piso para rellenos.
    7.- Suelos solubles .- La disolución se presenta en suelos calcáreos (calizas – yesos) . El ácido
    carbónico producido, ataca de nuevo los carbonatos del suelo, por lo que es recomendable aislar la
    obra del flujo del agua.
    1.4.4 TEXTURA DE LOS SUELOS
    Se refiere a la proporción relativa expresada por la distribución de las partículas sólidas que
    comprende una masa de suelo según varios grupos de granos individuales agrupados según su
    tamaño, o sea es definida por la composición granulométrica previa dispersión de sus agregados La textura de un suelo, no puede ser cambiada como en la estructura que puede ser variada por el
    tipo de cultivos.

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