1.- Relaciones Volumétricas y Pesos intervinientes en el comportamiento Físico de los Suelos, particularidades de los Índices Físicos, definiciones.

En la Mecánica de los Suelos se relaciona el peso de las diferentes fases con sus volúmenes correspondientes por medio de pesos específicos.

a) Peso específico aparente natural o húmedo (γ)

Es la relación entre el peso total (W) y el volumen total de la muestra (V) para un valor cualquiera de grado de saturación, será calculado como:

La magnitud del peso específico natural dependerá de la cantidad de agua en los vacíos y de los granos minerales predominantes y es utilizado para el cálculo de los esfuerzos.

b) Peso específico aparente seco (γd) Es la relación entre el peso de los sólidos (Ws) y el volumen total de la muestra (V), cuando el grado de saturación está en su límite inferior, Sr = 0%

El peso específico aparente seco es empleado para verificar el grado de compactación de bases e sub-bases de pavimentos y presas de tierra.

c) Peso específico saturado (γsat) Es la relación entre el peso total (W) y el volumen total (V) cuando el grado de saturación es igual a 100%, es decir, el suelo es saturado.

En ninguna de las condiciones extremas se tiene en cuenta la variación de volumen del suelo debido al secado y a la saturación.

d) Peso específico real de los granos o sólidos ( γs)

Es la relación entre el peso de los sólidos (Ws) y el volumen de los sólidos (Vs), dependiendo de los minerales formadores del suelo.

El valor del peso específico de los sólidos representa una media de los pesos específicos de los minerales que componen la fase sólida.

e) Peso específico del agua ( γw)

Es la razón entre el peso de agua (Ww) y su respectivo volumen (Vw).

En los casos prácticos se usa como valor del peso específico del agua:

f) Peso específico sumergido ( γ‘)

Cuando la camada de un suelo está por debajo del nivel freático, se define el peso específico sumergido y su valor es utilizado en los cálculos de tensiones.

g) Densidad real de los granos o sólidos (δ)

Es la relación entre el peso específico real de los granos ( γ s) y el peso específico del agua a 4ºC.

Los índices físicos son definidos como las cantidades que expresan las relaciones entre peso y volumen que se producen en las tres fases de un suelo. Estos índices hacen posible la determinación de las propiedades físicas de un suelo para controlar las muestras a ensayar y los cálculos de los esfuerzos actuantes.

Los índices físicos de los suelos son utilizados para determinar la condición de un suelo en un momento dado, que pueden ser alterados con el tiempo. Sus nombres, simbologías y unidades de medidas deben ser aprendidos e incorporados en el vocabulario diario de un profesional geotécnico. La granulometría y los límites de consistencia forman las propiedades índices, que son aplicados para la clasificación e identificación de los suelos. A continuación son definidos los índices físicos.

2.- Esfuerzo Cortante en los suelos, particularidades, efectos y consecuencias en suelos finos y gruesos, discutir el alcance y efectos de los parámetros del suelo definidos en la ecuación de falla de Coulomb/1776.

En las arenas sueltas, el volumen disminuye durante el corte porque las partículas se densifican en el plano de corte. En las densas, se presenta dilatancia porque la trabazón de los granos hace que se separen para facilitar los desplazamientos relativos y el corte entre granos. En ambas, se observa que el esfuerzo cortante y el volumen son constantes, para grandes valores de la deformación. En estas condiciones se considera la muestra en el estado de relación de vacíos crítica. En las densas, si aumenta la deformación, la dilatancia disminuye hasta el valor crítico y el cortante, hasta un valor residual, que es igual al de la arena suelta para ese nivel de esfuerzos.

El índice crítico es una de las características más importantes de las arenas, las cuales sufren una variación de volumen al ser sometido por una tensión de corte. Las arenas blandas disminuyen de volumen y las arenas compactas lo aumentan.

La tensión de corte en las arcillas tienen problemas bastantes complejos debido al gran número de factores que intervienen en el proceso, entre ellos se destacan: el grado de saturación, la historia de tensiones en el suelo y la velocidad de la aplicación de la tensión de corte. En los ensayos lentos CD (consolidado, drenado) según Terzaghi-Peck, varía entre 28° y 30°, eventualmente puede llegar a 20°. Para los ensayos rápidos UU (no consolidados, no drenados) su valor varía entre 14° a 20°, llegando eventualmente a un valor de 12°. La cohesión en el caso de suelos mixtos es función de muchos factores, por tanto no es posible ofrecer valores típicos, se debe ensayar en cada caso y depende de la cantidad de las partículas finas y gruesas distribuidas en el suelo, cuya frontera corresponde al tamiz N° # 200

En 1776 Coulomb, físico e ingeniero francés, propone un mecanismo para estudiar la resistencia del suelo, que consiste en aceptar que dicho material falla por esfuerzo cortante a lo largo de un plano de deslizamiento. Observó que en dicho plano la resistencia al esfuerzo cortante de cierto tipo de suelos, resultaba proporcional al esfuerzo normal actuante.

Para quitar el signo de proporcionalidad introdujo un coeficiente, tan , donde que representa una constante del material conocida como “ángulo de fricción interna”. Observó también que otros suelos como las arcillas saturadas, parecían tener una resistencia al esfuerzo cortante constante “c” independiente del esfuerzo normal aplicado. E

El criterio de rotura en suelos más difundido deriva del propuesto por Coulomb, que relaciona tensiones efectivas normales y tensiones tangenciales actuando en cualquier plano del suelo.

3.- Definir Minerales Caoliniticos, Illiticos y Montmoriloniticos, particularidades y parámetros utilizados para la diferenciación activa.

Mineral caolinitico tienen una composición química Al2Si2O5(OH)4. Se trata de un mineral tipo silicatoestratificado, con una lámina de tetraedros unida a través de átomos de oxígeno en una lámina de octaedros de alúmina.1 Las rocas que son ricas en caolinita son conocidas como caolín o arcilla de China.2 El nombre se deriva del chino Kao-Ling (高岭 / 高嶺, pinyin Gāolǐng), un pueblo cerca de Jingdezhen, provincia deJiangxi, China.3 El nombre proviene de la versión francesa de la palabra: kaolin, después de informes de Francois Xavier d'Entrecolles de Jingdezhen.4 En África, el caolín es a veces conocido como kalaba (en Gabón5 y Camerún6 ).

Además de la caolinita, incluye dickita y nacrita. La caolinita se origina por alteración hidrotermal  ometeórica de rocas ricas en aluminio, como granitos y pórfiros. Esta alteración se produce principalmente en los feldespatos de esas rocas. La dickita y la nacrita no aparecen en sedimentos, ya que su origen es hidrotermal. Los depósitos mayores son bancos sedimentarios de origen lacustre.

Minerales illiticos es un mineral de la clase 9 silicatos, según la clasificación de Strunz, del grupo de las micas. Es una arcilla no expansiva, micácea. La illita es un filosilicato o silicato laminar.

Estructuralmente lae illita es bastante similar a la moscovita o a la sericita con algo más de silicio, magnesio, hierro, y agua; y ligeramente menos aluminio tetrahédrico y potasio interlaminar.

La fórmula química es (K,H3O)(Al, Mg, Fe)2(Si, Al)4O10[(OH)2,(H2O)][1], pero hay además considerable sustitución iónica. Se produce como agregados de pequeños cristales monoclínicos grises a blancos. Debido a su pequeño tamaño, la identificación certera usualmente requiere análisis de difracción de rayos X. El mineral es un producto de la alteración o meteorización de la moscovita y el feldespato en ambiente de meteorización hídrica y térmica. Es común en sedimentos, suelos, rocas arcillosas sedimentarias, y en roca metamórfica. Se diferencia de la glauconita en sedimentos por análisis de rayos X.

Montmorillonita. Es un Mineral del grupo de los Silicatos, subgrupo filosilicatos y dentro de ellos pertenece a las llamadas Arcillas. Es un hidroxisilicato de Magnesio y Aluminio, con otros posibles elementos.

Recibe su nombre de la localidad francesa de Montmorillon. Se caracteriza por una composición química inconstante. Es soluble en ácidos y se expande al contacto con agua. Estructuralmente se compone por una capa central que contiene aluminio y magnesio coordinados octaédricamente en forma de óxidos e hidróxidos. Dicha capa central está rodeada por otras dos capas. Las capas externas están formadas por óxidos de silicio coordinados tetraédricamente.

Para cimentación de construcciones es uno de los terrenos en los que se deben tomar más precauciones debido a su carácter expansivo. También posee propiedades Tixotrópicas, lo que permite su utilización como lodos de perforación

Composición química

Su formula química es (Al1,67Mg0,33)[(OH)2Si4O10]0,33- · Na0,33(H2O), es soluble en ácidos y se expande al contacto con el agua. En su estructura tiene una capa central que contiene Al y Mg coordinados en octaédros en forma de óxidos e hidróxidos, esta capa a su vez está rodeada por otras dos capas, las capas externas estan formadas por óxidos de silicio coordinados tetraédricamente.

4.- Tensiones en el Suelo debido al peso propio (Geoestáticas), particularidades, efectos. Que se entiende por tensiones totales, efectivas y de poros o hidrostáticas, t = e + (Terzaghi).

Los esfuerzos al interior de un suelo se aplican por dos razones, primero por el peso propio del suelo y segundo por el efecto de las cargas exteriores al mismo. Los esfuerzos geostáticos (verticales) son los causados por el peso propio del suelo y pueden variar con la profundidad en la cual se encuentra el elemento analizado.

Peso propio: En cualquier problema de fundaciones es necesario determinar al inicio el estado de tensiones reinantes en el terreno debido a la acción única del peso propio, antes de la aplicación de la sobrecarga. En caso de suelos con varias camadas, según la profundidad, o con presencia de agua, el diagrama de presiones tiene un aspecto no lineal.

Sobrecarga: Cuando se aplica una sobrecarga al suelo, el elemento del suelo tiene su estado de tensión original modificado. A la presión vertical se le debe sumar la tensión vertical en el suelo debido a la sobrecarga y a la presión horizontal se suma la tensión horizontal en el suelo debido a la sobrecarga.

Coeficiente de esfuerzo lateral “K”, así se llama la relación entre los esfuerzos horizontal y vertical. También es llamado coeficiente de presión de tierras y su valor varía en un rango de cero a uno

Un depósito sedimentario formado por acumulación en capas horizontales, el esfuerzo geostático vertical se va aumentando pero no necesariamente el esfuerzo horizontal, por lo que el valor de “K” disminuye y será menor a uno. En el caso de que no existe deformación horizontal por presión de sepultura, el valor de “K” es “K0”, coeficiente de tierras en reposo

Tensión de poros de agua se refiere a la tension que ejerce el agua subterránea atrapada en el suelo o en la roca, en huecos situados entre el agregado llamados poros. La tension de poros de agua es fundamental en el cálculo del estado de tensiones del suelo, mediante la expresión de Terzaghi para la tensión efectiva.

Tensión efectiva es la fuerza normal repartida por unidad de área que se transmite de partícula

a partícula en un agregado de partículas o rocas.1 Se aplica fundamentalmente en materiales

geológicos compuestos por partículas aunque el concepto es válido para cualquier material

granular.

La tensión efectiva es la responsable, por ejemplo, de que el agua escape de la arena mojada al

presionarla. La tensión efectiva entre los granos de arena aumenta expulsando el agua en su

interior. El estudio de la tensión efectiva en el suelo es básico para comprender la estabilidad de

taludes, el asiento de una estructura o la licuefacción de un suelo.

El principio de tensión efectiva, introducida por Karl Terzaghi, determina que la tensión

efectiva σ', es decir, la tensión media intergranular entre partículas sólidas puede ser calculada por

una simple resta de la tension de los poros de la tension total:

Donde σ es la tensión total y u es la tensión de los poro. No es práctico medir σ' directamente,

así que en la práctica la tensión vertical efectiva se calcula a partir de la presión de los poros y la

tensión total vertical. 

5.- Agua capilar, franja capilar o de succión, tensión capilar, meniscos capilares, particularidades, propiedades y efectos en los suelos.

Agua capilar: Puede ser angular, si se cuelga en los vacíos y no se mueve por gravedad, en virtud a la tensión superficial. También la capilar suspendida, que no se comunica con el NAF y que se mueve o varía por influencia de la evaporación y la lluvia. Finalmente, el agua capilar elevada, o de la zona capilar, de gran importancia en Mecánica de Suelos, y que está sobre el NAF.

Capa saturada del perfil de un suelo sobre la capa freática, sometida a una absorción dentro del tramo saturado de la curva de retención de agua.

Franja capilar: abarca desde la zona intermedia hasta la superficie freática. Su amplitud depende de la granulometría del material, ya que puede tener varios metros de espesor en arcillas y pocos milímetros en gravas. En esta zona existen todos los tipos de agua, excepto el agua gravífica, pero fundamentalmente el agua capilar continua, ligada a la zona saturada.

Toda el agua situada por encima de la capa freática está a presión inferior a la atmosférica. En todos los puntos en los que el menisco toca los granos de suelo, las fuerzas capilares actúan causando una presión intergranular dentro de dicho suelo. Esta presión intergranular se llama tensión capilar.

El agua, que no tiene una resistencia al esfuerzo cortante, tiene, sin embargo, una resistencia considerable a la tracción. En ensayos de equitracción se medido una resistencia a tracción de 223±5 atmósferas a 27º C en agua desaireada. Se han medido resistencias de 6 a 40 atmósferas en agua con aire disuelto.

El menisco capilar es la curva volteada de la superficie de un líquido que se produce en

respuesta a la superficie de su recipiente. Esta curvatura puede sercóncava o convexa, según si las

moléculas del líquido y las del recipiente se atraen (agua y vidrio) o repelen (mercurio y vidrio),

respectivamente.

La concavidad del menisco se origina cuando las fuerzas de adhesión entre las moléculas de un

líquido y las paredes del recipiente que lo contiene son mayores que las fuerzas de cohesión del

líquido. La convexidad del menisco surge cuando las fuerzas de cohesión son mayores que las de

adhesión. De hecho la forma del menisco está relacionada con la altura de un líquido en un capilar a

través de la ley de Jurin. La tensión superficial actúa succionando el líquido cuando el menisco es

cóncavo, y rechazándolo cuando es convexo. Debido a esta característica se da el fenómeno

de capilaridad que, por ejemplo, se produce en las plantas para transportar el agua.

6.- Suelos Lateríticos, origen, particularidades, propiedades y componentes minerales principales.

Suelos lateriticos: Los suelos lateriticos son típicos de la evolución de los suelos en clima caliente con régimen de precipitación moderada a intensa. La denominación de lateriticos se ha incorporado en la terminología de los ingenieros y la misma no es más utilizada en la clasificación pedológica. Los suelos lateriticos tienen su fracción de arcilla constituida predominantemente de minerales caoliniticos y presentan elevada concentración de hierro y aluminio en la forma de óxidos e hidróxidos, donde su peculiar coloración es medianamente rojizo.

Estas sales se encuentran generalmente recubriendo los granos de particular arcillosas. La fracción de arcilla en los suelos lateriticos introduce una fuerte componente cohesiva al conjunto.

Los suelos lateriticos presentan su naturaleza en general no saturados, con índice de vacíos elevado, por lo cual generalmente resulta en pequeña capacidad de carga o soporte. Sin embargo, cuando compactado, el suelo lateritico presenta una muy elevada capacidad de carga o de soporte. Esta característica hace que este suelo sea muy empleado en proyectos y obras viales, de rellenos, terraplenes, presas de tierra, etc. Los suelos compactados desde que la misma posee un adecuado porcentaje de material o mineral lateritico, no presentan expansión.

7.- Estructuras de los Suelos Finos, Gruesos y Mixtos, particularidades, propiedades, otros.

Suelos finos: en estos suelos se incluyen los limos y arcillas. Su comportamiento está regido por fuerzas eléctricas, fundamentalmente. Para suelos finos (limos y arcillas), cuyas partículas son menores de 0,074mm, la obtención de la curva granulometrica se define a través del ensayo de sedimentación. para los suelos finos no se da ninguna información en cuanto a sus propiedades principales como la plasticidad. Son los suelos en los cuales en 50% o más pasa la malla N° 200. En estos suelos se incluyen las fracciones de carácter orgánico. En los suelos finos sus propiedades de plasticidad son las mas importantes para su clasificación.

Suelos mixtos: Tiene características intermedias entre los suelos arenosos y los suelos

arcillosos.

Suelos gruesos: Son aquellos materiales en los cuales el porcentaje retenido en la malla N° 200 es superior al 50%. Dentro de ellos están las fracciones de arena y grava, son suelos donde la distribución del tamaño y la forma de los granos influye notablemente en las propiedades ingenieriles del suelo. Para los suelos gruesos (arena y pedregullos), la curva granulométrica se define a través del tamizado de una muestra seca en estufa a 105°, utilizándose para eso un conjunto de tamices de graduación prefijadas o normalizadas. Para los suelos gruesos la clasificación textural es representativa de sus principales características o propiedades mecánicas tales como la permeabilidad y resistencia al cizallamiento

8).- Demostrar que la altura capilar en un tubo es inversamente proporcional a su radio o diámetro. Definir las presiones hidráulicas en los puntos A, B, C, D, E.

Datos: hc = altura capilar a determinar; Tc = tensión capilar; r = radio del tubo capilar; Z = altura del agua en el recipiente; = peso especifico del liquido o agua.

https://es.wikipedia.org

http://www.unp.edu.ar

http://www.ecured.cu

Z

hc = 2.Tc/r.

Pto A - X

Pto E - X

Pto B

Pto C

Pto D

Agua

X

Recipiente con agua

Tubo Capilar

http://www.agua.uji.es