Mecánica de suelos - Generalidades

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      1.1 GENERALIDADES DE MECÁNICA DE SUELOS Antes del gran desarrollo de la mecánica aplicada, todos los principales problemas de la ingeniería eran resueltos en forma intuitiva y/o por tanteos. Ello generaba grandes riesgos en lo referente tanto a seguridad como a economía, y la mecánica de suelos no era la excepción. Salvo ensayos notables, aunque inconexos, el suelo sólo en época reciente fue objeto de estudios sistemáticos como material de construcción. Parece inútil discutir el papel funda
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       I  n  g .   D  a  v   i   d    A  u  g  u  s   t  o   G  o  n  z   á   l  e  z   C  a  s   t  o   l  o 1 1.1 GENERALIDADES DE MECÁNICA DE SUELOS    Antes del gran desarrollo de la mecánica aplicada, todos los principales problemas de la ingenieríaeran resueltos en forma intuitiva y/o por tanteos. Ello generaba grandes riesgos en lo referente tanto a seguridad como a economía, y la mecánica de suelos no era la excepción.Salvo ensayos notables, aunque inconexos, el suelo sólo en época reciente fue objeto deestudios sistemáticos como material de construcción. Parece inútil discutir el papel fundamental delsuelo en la tecnología ingenieril y, no obstante, puede afirmarse que su decisiva influencia quizá noha sido comprendida en todo su valor en algunas esferas de la técnica, que no la aquilatansuficientemente, aunque es grato saber que tal actitud se desvanece rápidamente.Durante el siglo XIX, el desarrollo de la ingeniería (y de las ciencias en general), cuyo valorno debe subestimarse, adoleció del pecado de ser sumamente teorizante. En este periodo sedesarrollaron elaboradas teorías de lápiz y papel que no se cotejaban debidamente con la realidadcircundante objeto de estudio. En este contexto se dio el desarrollo de las teorías elásticos del aceroy concreto, en donde los materiales quedaban definidos por dos parámetros numéricos precisos: elmódulo elástico y la resistencia a la ruptura. Todas las teorías desarrolladas hasta entonces tenían undefecto común: representaban aproximadamente, y a veces burdamente, la realidad.El siglo XX trajo una revisión de la metodología ingenieril. Así fue como nació unmovimiento renovador basado en un empirismo sano y se someten sistemáticamente los resultadosde la elaboración teórica a comprobación con la realidad. En ésta época de transición nace en formageneral la Mecánica de Suelos.Siempre resulta arriesgado atribuir a la obra de un hombre cualquier logro de la ciencia, peroen este caso parece bastante justificado mencionar antes que nada el nombre del hombre que hahecho posible el nacimiento de esta parte de la ingeniería, como fundador y guía, el nombre delaustriaco Dr. Karl von Terzaghi (1883-1963).En 1925 con la aparición en Viena de su ya clásico Erdbaumechanik  , Terzaghi dio a la luz laprimera publicación en que en forma sistemática se da una interpretación científica al suelo comomaterial ingenieril. Ilustre geólogo, distinguido consultor de ingeniería, investigador completo,maestro emérito, Terzaghi ha marcado desde entonces la pauta a seguir en el desarrollo de la ciencianovel.Parea definir la Mecánica de Suelos, nada mejor que recurrir al mismo Terzaghi, quien en sulibro Theorical Soil Mechanics dice: “ La Mecánica de Suelos es la aplicación de las leyes de la mecánica y la hidráulica a los problemas de la ingeniería que tratan con sedimentos y otras        I  n  g .   D  a  v   i   d    A  u  g  u  s   t  o   G  o  n  z   á   l  e  z   C  a  s   t  o   l  o 2 acumulaciones no consolidadas de partículas sólidas, producidas por la desintegración química o mecánica de las rocas, independientemente de que tengan o no materia orgánica  .” La Mecánica deSuelos incluye:Teorías sobre el comportamiento de los suelos sujetas a cargasInvestigaciones de las propiedades físicas de los suelos reales Aplicación del conocimiento teórico y empírico a los problemas realesPor otro lado, la definición de Suelo , desde el punto de vista de la ingeniería civil, es todo material terroso que va desde rellenos de desperdicios hasta areniscas parcialmente cementadas y lutitas suaves  . FOMAÓDLOSUO 3” (76.2 mm)RíosSuperficialesSubterráneas GRAVAS ARENASPOLVOSLIMOSI. DesintegraciónMecánicaa. Erosión1. AguaCorrientesMares2. Viento3. Cambios de temperaturaDilataciónContracción4. Glacialesb. Sismos1. Oscilatorio2. TrepidatorioII. DesintegraciónQuímicaa. Carbonatación ARCILLASULTRA-ARCILLASCOLOIDESb. Hidrataciónc. Oxidación0.00002 mm PROPIEDADESDE LOS SUELOS  a. ÍNDICE1. ColorSuelo OrgánicoSuelo Inorgánico2. Olor3. Textura4. AparienciaGravimétricasVolumétricas5. Relaciones6. Plasticidad7. Composición Granulométricab. HIDRÁULICAS1. Capilaridad2. PermeabilidadConsolidaciónCompresibilidadCompactaciónc. MECÁNICAS1. Deformabilidad2. Resistencia al esfuerzo cortante (empuje y capacidad de carga)       I  n  g .   D  a  v   i   d    A  u  g  u  s   t  o   G  o  n  z   á   l  e  z   C  a  s   t  o   l  o 3 1.2 RELACIONES GRAVIMÉTRICAS Y VOLUMÉTRICAS En un suelo se distinguen tres fases constituyentes: la sólida, la líquida y la gaseosa. La fase sólidaestá formada por partículas minerales des suelo; la líquida por el agua, aunque en los suelos puedenexistir otros líquidos de menor significación; la gaseosa comprende sobre todo el aire, si bienpueden estar presentes otros gases. Figura 1. Esquema de una muestra de suelo, para indicación de los símbolos usados. En la Figura 1 se representa el esquema de una muestra de suelo en el que aparecen las fasesprincipales, así como los conceptos de uso más común. El significado de los símbolos es elsiguiente:Vm = Volumen total de la muestra de suelo (volumen de la masa)Vs = Volumen de la fase sólida de la muestra (volumen de los sólidos)Vv = Volumen de los vacíos de la muestra de suelo (volumen de vacíos)Vw = Volumen de la fase líquida contenida en la muestra (volumen de agua)Va = Volumen de la fase gaseosa de la muestra (volumen de aire)Wm = Peso total de la muestra de suelo (peso de la masa)Ws = Peso de la fase sólida de la muestra de suelo (peso de los sólidos)Ww = Peso de la fase líquida de la muestra (peso del agua)Wa = Peso de la fase gaseosa de la muestra, convencionalmente consideradacomo nulo en Mecánica de Suelos.       I  n  g .   D  a  v   i   d    A  u  g  u  s   t  o   G  o  n  z   á   l  e  z   C  a  s   t  o   l  o 4 En laboratorios de suelos pueden obtenerse fácilmente el peso de las muestras húmedas, elpeso de las muestras secadas al horno y el peso específico relativo de los suelos. Estas magnitudes noson las únicas cuyo valor es necesario; es necesario obtener relaciones sencillas y prácticas, a fin depoder medir algunas otras magnitudes en términos de éstas. Estas relaciones del tipo volumétrico ygravimétrico son de mayor importancia para la aplicación sencilla y rápida de la teoría y su dominiodebe considerarse indispensable. Así pues, los suelos pueden ser medidos por su peso y por su volumen, y para tal efecto seestablecen las siguientes relaciones que se pueden tener, a saber: 1.   Peso específico del agua destilada a 4ºC y a la presión atmosférica correspondiente al niveldel mar ( γ 0 ) :        ;  γ 0 = 1 ton/m³ = 1 kg/dm³ = 1 g/cm³Para efectos prácticos, el peso específico del agua en condiciones reales de trabajo seconsidera igual al del agua destilada con 1 atm de presión. 2.   Peso específico de la masa de suelo ( γ m ):               3.   Peso específico de la fase sólida del suelo ( γ s ):         4.   Peso específico seco ( γ d ):         5.   Peso específico saturado ( γ sat ):           6.   Peso específico de la masa sumergida ( γ ’ m ): Atención especial debe darse al cálculo de pesosespecíficos sueltos situados bajo el nivel de aguas subterráneas. En tal caso, el empujehidrostático ejerce influencia en los pesos específicos.         Todos los pesos específicos tienen unidades de masa entre volumen (ton/m³, kg/dm³,gr/cm³).
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