MECANICA DE SUELOS - Planos de Casas

MECANICA DE SUELOS
En una etapa de transición del siglo XX nace en forma general la llamada
MECANICA DE SUELOS. Esta técnica forma parte de la ciencia física. El hombre
al que se debe el nacimiento de esta parte de la ingeniería es el Dr. Ing. Karl
Terzaghi.
En el año de 1925 apareció en Viena la primera publicación en que en
forma sistemática se da una interpretación científica al suelo como material
ingenieril.
Para poder definir de manera rápida a la Mecánica de Suelos utilizaremos
la definición de su creador, Terzaghi dice:
“La Mecánica de Suelos es la aparición de las leyes de la Mecánica y la
Hidráulica a los problemas de ingeniería que tratan con sedimentos y otras
acumulaciones no consolidadas de partículas sólidas, producidas por la
desintegración mecánica o la descomposición química de las rocas,
independientemente de que tengan o no un contenido de materia orgánica”.
Esta definición que en cierto modo, es clara a que se dedica la Mecánica de
Suelos, Tenzaghi la da en su ya conocida e importante publicación llamada
Erdbaumechanik. La Mecánica de Suelos incluye:
 Teorías sobre el comportamiento de los suelos sujetos a cargas, basadas en
simplificaciones necesarias dado el actual estado de la técnica.
 Investigación de las propiedades físicas de los suelos reales.
 Aplicación del conocimiento teórico y empírico a los problemas prácticos.
Esta técnica desarrolla varios sistemas de clasificación de suelos, como lo son
por color, por olor, por textura, por distribución de tamaños o conformación
granolumetrica, apareció después el sistema por la característica llamada
plasticidad de los suelos finos.
CAPAS DEL GLOBO TERRESTRE
De forma sencilla se explicara a continuación como esta constituido el
planeta Tierra; primeramente tiene un núcleo(1) formado principalmente por hierro
y níquel (1,300km por 3,400km de diámetro).
Una segunda capa de 6500km de espesor a una temperatura de 1000 *C
que esta en forma de magma(2).
Una tercera capa, envolviendo al núcleo y al magma, se encuentra la
corteza terrestre(3) constituida principalmente por silicatos, su espesor medio es
de 30-40km.
La ultima capa, que es la más pequeña esta formada por la desintegración
y descomposición de los últimos niveles de la corteza, esta capa lleva por nombre
suelo(4) (todo tipo de material terroso).FIG.1
TIPOS DE SUELOS EN LA CIUDAD DE MEXICO
La región que abarca el Distrito Federal se divide en tres diferentes zonas
de acuerdo con su naturaleza del suelo:
 LACUSTRE (zona III). En esta zona se localizaban los lagos en épocas
pasadas.
 TRANSICION (zona II). En esta zona los suelos se originaron por el transporte
de materia volcánica producto del desgaste, esto da como resultado la
acumulación de minerales lo que hace que este suelo sea altamente
compresible.
 LOMERIO (zona I). En esta zona el suelo es producto de la erosión volcánica,
por lo que es de alta resistencia.
AGENTES GENERADORES DE SUELOS
Estos generadores de suelos son aquellos que “atacan” al suelo y se
incluyen en dos grandes grupos:
 Desintegración mecánica (ataque por agentes físicos viento, lluvia, etc.)
 Desintegración química (modificación de su constitución mineralógica o
química)
(oxidación, hidratación, carbonatación)
SUELOS GRUESOS Y FINOS
Un suelo se considera grueso si más del 50% de sus partículas
constitutivas son gruesas, y es fino si más de la mitad de sus partículas en peso
son finas.
MINERALES EN SUELOS GRUESOS
Un mineral es una sustancia inorgánica y natural, que tiene una estructura
interna que se caracteriza por un cierto arreglo de sus átomos e iones. Sus
características físicas pueden variar y pueden ser: el color, el lustre, la tonalidad
de sus raspaduras, la forma de cristalización, la dureza, la densidad relativa. Se
encuentran: los silicatos de potasio, sodio o calcio, micas, olivino serpentina,
óxidos, carbonatos y sulfatos.
MINERALES EN LAS ARCILLAS
Son formados por silicatos de aluminio hidratados, silicatos de magnesio,
silicatos de hierro y silicatos de otros metales, su estructura es cristalina, es decir
sus átomos se conforman en forma laminar.
Nivel freatico de 0.70 a 3.00m de profundidad en el valle de México, esta
formado por tierras de acarreo, ríos, tolvaneras, lavas de erupciones volcánicas.
Su estructura es cavernosa y celular, en muestras extraídas de 7 a 10m se
encontró un 75% de agua, el terreno firme se encuentra por debajo de 300 a 400m
de profundidad. Principalmente la parte más superficial es hasta 2m de
profundidad y en ella se apoyan la mayoría de los cimientos. Entre 30 y 40m hay
capas de terreno más resistentes en las cuales se apoyan los pilotes de punta,
pero esta capa tiene un espesor de 50cm.
TERRENOS DUROS







Roca granítica 300t/m2
Piedra caliza en lechos compactos 250t/m2
Piedra Arenisca en lechos compactos 200t/m2
Conglomerados o brechas 80 a 100t/m2
Esquistos o roca blanda 80 a 100t/m2
Gravas o arenas compactas 60 a 100t/m2
Gravas secas gruesas encerradas 60t/m2
TERRENOS SUAVES









Gravas y arenas mezcladas con arcilla seca 40 a 60t/m2
Arcilla seca en capas gruesas 40 t/m2
Arcilla medianamente seca en capas gruesas 30t/m2
Arcillas blandas 10 a 15t/m2
Arena compacta, conglutinada encerrada 40t/m2
Arena limpia y seca en sus lechos naturales y encerrada 20t/m2
Tierra firme y seca en sus lechos naturales 40t/m2
Terrenos de aluvión 5 a 15t/m2
Terreno del valle de México 2 a 5t/m2
NOTA: ESTAS DOS TABLAS PRESENTAN EL TIPO DE SUELO Y SU
RESISTENCIA.
TERRENOS COMPRENSIBLES
Estos terrenos pueden soportar presiones máximas desde 0 hasta 3500kg/m2.
Sus características principales son:
 Fango húmedo (se forma en las aguas estancadas)
 Turba (estiércol mezclado con carbón vegetal)
 Tierra vegetal (capa superficial que forma el suelo natural)
 Tierra arcillosa (tierra con cierto contenido de arcilla)
 Arenas revueltas no compactadas y depositadas en lechos no naturales
TERRENOS INCOMPRESIBLES
Estos terrenos pueden soportar de 50000 hasta 300000kg/m2 y en caso de ser
roca granítica pueden soportar ilimitadamente. Sus características principales
son:
 Caliza en lechos compactos (compuesta de carbonato de calcio)
 Esquistos o roca blanda (de estructura hojosa)
 Piedra arenisca en lechos compactos (roca arenífera)
 Gravas secas y encerradas (piedra machacada)
 Roca granítica (masa mineral cristalina formada por feldespato, cuarzo y mica).
PROPIEDADES FÍSICAS (RELACIONES FUNDAMENTALES)
Estas relaciones son importantes para el manejo comprensible de las
propiedades Mecánicas de los Suelos:
 Relación de vacíos, oquedad o índice de poros. Es la relación entre el volumen
de los vacíos y el de los sólidos de un suelo. C= Vv/Vs
 Porosidad. Es la relación entre su volumen de vacíos y el volumen de su masa
se representa en %. N(%)= Vw/Vv X 100
 Grado de saturación. Es la relación entre su volumen de agua y el volumen de
sus vacíos (%). Gw(%)=Vw/Vv X 100
 Contenido de agua o humedad. Es la relación entre el peso de agua contenida
en el mismo y el peso de su fase sólida (%). W=Ww/Ws X 100
 Grado de saturación de aire. Esta es una magnitud de escasa importancia
practica.
Ga= Va/Vv X 100
PROPIEDADES DE LOS SUELOS





COMPRESIBILIDAD. Es reducir su volumen.
PERMEABILIDAD. Dejar pasa el agua u otros fluidos a través de el.
TENACIDAD. Mucha resistencia a romperse o deformarse.
RESISTENCIA EN ESTADO SECO. Sin contener ningún fluido o agua.
RAZON DE VARIACION VOLUMETRICA. Es la rapidez con la que los suelos
cambian su volumen cuando varían las condiciones de esfuerzo a que están
sometidos.
PLASTICIDAD
Existen suelos que al ser remodelados adoptan una consistencia
característica. Esta propiedad se debe a su contenido (del suelo) de partículas
mas finas de forma laminar (cambia de forma y permanece así de modo
permanente).
En la practica de laboratorio se ha indicado que la compresibilidad de los
suelos, es aproximadamente proporcional al limite liquido, de manera que dos
suelos con el mismo limite liquido son similarmente compresibles. Al comparar las
propiedades físicas de suelos que tengan el mismo limite liquido, se encuentra
que, creciendo el índice plástico, aumentan las características de tenacidad y
resistencia en estado seco, en tanto disminuye la permeabilidad.
Característica
 Compresibilidad
 Permeabilidad
 Razón de variación
Volumétrica
 Tenacidad
 Resistencia en estado
Seco
Limite liquido constante
Pero índice plástico
creciente
Limite índice plástico
pero limite liquido
creciente
la misma
decrece
crece
crece
decrece
crece
------decrece
crece
decrece
ESFUERZOS EN UNA MASA DE SUELO
Un esfuerzo es aquel resultado del peso propio de un suelo especifico mas
el efecto de las fuerzas aplicadas al el mismo.
ESFUERZOS GEOSTATICOS
Los esfuerzos en el interior de un suelo son producidos por cargas
exteriores aplicadas al mismo y por su propio peso. Existe un sistema de
esfuerzos muy sencillo y es el siguiente:
 Cuando la superficie del terreno es horizontal y cuando la
naturaleza del suelo varia muy poco en dirección horizontal
A este tipo de esfuerzos se les llama ESFUERZOS GEOSTATICOS. Este tipo
de esfuerzos tiene dos tipos con características diferentes que son:
 ESFUERZOS GEOSTATICOS VERTICALES
Este se calcula considerando el peso del suelo por encima de la profundidad
que se trabaje, si el peso especifico del suelo es constante con la profundidad es:
Ov=zy donde z es la profundidad y y es el peso especifico. El esfuerzo vertical
variara linealmente con la profundidad. Peso especifica de un suelo seco es
16t/m3. Cada vez que la profundidad vaya aumentando, el suelo se ira
compactando mas, esto se debe a la compresión que provocan los esfuerzos
geostaticos.
 ESFUERZOS GEOSTATICOS HORIZONTALES
Esta magnitud tiene interés solamente en el caso en el que no se haya
producido deformación lateral en el terreno. La relación entre los esfuerzos
horizontal y vertical se expresa por un coeficiente de esfuerzo lateral o también
llamado de presión lateral y se designa por la letra K, esta definición se aplica aun
no siendo esfuerzos geostaticos.