15 de OCTUBRE de 2014MECANICA DE SUELOS I
UNIVERSIDAD ALAS PERUANASFACULTAD DE INGENIERIAS Y
ARQUITECTURAESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
TEMA:COMPORTAMIENTO DE SUELOS FINOS
CURSO: MECANICA DE SUELOS I.PRESENTADO POR: CHAUPI PUMACHARA
WILFREDO.DOCENTE: Ing. WILBERT DUEAS PEREA.
CUSCOPERU[Seleccione la fecha]
2014
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COMPORTAMIENTO DE LOS SUELOS FINOS
I. OBJETIVO. Conocer el comportamiento de los suelos finos
(arcillas), sus propiedades fsico-qumicas, estructuras, etc.II.
MARCO TEORICO SUELOS FINOSLos suelos finos estn constituidos de
partculas compuestas de fragmentos diminutos de roca, minerales y
minerales de arcilla, con textura granular y en hojuelas. De
acuerdo al sistema de clasificacin unificado estas partculas tienen
un tamao inferior a 0.075 mm, que corresponden a la categora del
limo y la arcilla, por lo que toda fraccin de suelo que pasa el
tamiz Nro. 200 es considerado como suelo fino.
FIG. SUELO FINOEl trmino arcilla se usa habitualmente con
diferentes significados:Desde el punto de vista mineralgico,
engloba a un grupo de minerales (minerales de la arcilla),
filosilicatos en su mayor parte, cuyas propiedades fisico-qumicas
dependen de su estructura y de su tamao de grano, muy fino
(inferior a 2mm).Desde el punto de vista petrolgico la arcilla es
una roca sedimentaria, en la mayor parte de los casos de origen
detrtico, con caractersticas bien definidas. Para un sedimentlogo,
arcilla es un trmino granulomtrico, que abarca los sedimentos con
un tamao de grano inferior a 2mm.Para un ceramista una arcilla es
un material natural que cuando se mezcla con agua en la cantidad
adecuada se convierte en una pasta plstica. Desde el punto de vista
econmico las arcillas son un grupo de minerales industriales con
diferentes caractersticas mineralgicas y genticas y con distintas
propiedades tecnolgicas y aplicaciones.Por tanto, el trmino arcilla
no slo tiene connotaciones mineralgicas, sino tambin de tamao de
partcula, en este sentido se consideran arcillas todas las
fracciones con un tamao de grano inferior a 2mm. Segn esto todos
los filosilicatos pueden considerarse verdaderas arcillas si se
encuentran dentro de dicho rango de tamaos, incluso minerales no
pertenecientes al grupo de los filosilicatos (cuarzo, feldespatos,
etc.) pueden ser considerados partculas arcillosas cuando estn
incluidos en un sedimento arcilloso y sus tamaos no superan los
2mm.Las arcillas son constituyentes esenciales de gran parte de los
suelos y sedimentos debido a que son, en su mayor parte, productos
finales de la meteorizacin de los silicatos que, formados a mayores
presiones y temperaturas, en el medio exgeno se hidrolizan.1.
HINEHAMIENTO La hidratacin y deshidratacin del espacio interlaminar
son propiedades caractersticas de las esmectitas, y cuya
importancia es crucial en los diferentes usos industriales. Aunque
hidratacin y deshidratacin ocurren con independencia del tipo de
catin de cambio presente, el grado de hidratacin s est ligado a la
naturaleza del catin interlaminar y a la carga de la lmina.La
absorcin de agua en el espacio interlaminar tiene como consecuencia
la separacin de las lminas dando lugar al hinchamiento. Este
proceso depende del balance entre la atraccin electrosttica
catin-lmina y la energa de hidratacin del catin. A medida que se
intercalan capas de agua y la separacin entre las lminas aumenta,
las fuerzas que predominan son de repulsin electrosttica entre
lminas, lo que contribuye a que el proceso de hinchamiento pueda
llegar a disociar completamente unas lminas de otras. Cuando el
catin interlaminar es el sodio, las esmectitas tienen una gran
capacidad de hinchamiento, pudiendo llegar a producirse la completa
disociacin de cristales individuales de esmectita, teniendo como
resultado un alto grado de dispersin y un mximo desarrollo de
propiedades coloidales. Si por el contrario, tienen Ca o Mg como
cationes de cambio su capacidad de hinchamiento ser mucho ms
reducida.2. CONTRACCION y EXPANSIONLas fuerzas entre partculas y de
las capas adsorbidas pueden alcanzar equilibrio en condiciones de
presin y temperaturas ambientales constantes, debido al movimiento
de las molculas de agua que salen o entran de la capa adsorbida. Al
contrario de agua del suelo correspondiente a este estado de
equilibrio se le llama contenido de agua de equilibrio.Cualquier
alteracin de las condiciones ambientales producir cambios en el
contenido de agua. Si el agua se integra a la estructura laminar y
el suelo est confinado, se desarrollara una presin de expansin.
Cuando la capa de agua adsorbida se comprime, se produce una
contraccin del suelo, lo mismo sucede cuando un efecto de succin
reduce el contenido de agua.3. FISICO QUIMICA DE LAS ARCILLASEn los
granos gruesos de los suelos, las fuerzas de gravitacin predominan
fuertemente sobre cualquier otra fuerza, por ello, todas las
partculas gruesas tienen un comportamiento similar. El
comportamiento mecnico e hidrulico de tales suelos est definido por
caractersticas circunstanciales, tales como la compacidad del
depsito y la orientacin de sus partculas individuales.En los suelos
de grano muy fino, sin embargo, fuerzas de otros tipos ejercen
accin importantsima, ello es debido a que en estos granos, la
relacin de rea a volumen alcanza valores de consideracin y fuerzas
electromagnticas desarrolladas en la superficie d elso compuestos
minerales cobran significacin. En general, se estima que esta
actividad en la superficie de la partcula individual es fundamental
para tamaos menores que dos micras (0.002 mm.)Una de las teoras ms
comunes hasta ahora desarrolladas para explicar la estructura
interna de las arcillas es la que se presenta a continuacin.La
superficie de cada partcula de suelo posee carga elctricanegativa,
segn se desprende de la estructura inica arriba descrita. La
intensidad de la carga depende de la estructuracin y composicin de
la arcilla. As la partcula atrae a los iones positivos delagua (H+)
y a cationes de diferentes elementos qumicos, tales como Na+, K+,
Ca ++, Mg++, Al+++,Fe+++,etc. Lo anterior conduce, en primer lugar,
al hecho de que cada partcula individual de arcilla seve rodeada de
una capa de molculas de agua orientadas en forma definida y ligadas
a su estructura.Las molculas de agua son polarizadas, es decir, en
ellas no coinciden los centros de gravedad.
4. ESTRUCTURA DE LAS ARCILLAS
Como veremos, las propiedades de las arcillas son consecuencia
de sus caractersticas estructurales. Por ello es imprescindible
conocer la estructura de los filosilicatos para poder comprender
sus propiedades.Las arcillas, al igual que el resto de los
filosilicatos, presentan una estructura basada en el apilamiento de
planos de iones oxgeno e hidroxilos. Los grupos tetradricos
(SiO)44-se unen compartiendo tres de sus cuatro oxgenos con otros
vecinos formando capas, de extensin infinita y frmula (Si2O5)2-,
que constituyen la unidad fundamental de los filosilicatos. En
ellas los tetraedros se distribuyen formando hexgonos. El silicio
tetradrico puede estar, en parte, sustituido por Al3+o Fe3+.Estas
capas tetradricas se unen a otras octadricas de tipo gibbsita o
brucita. En ellas algunos Al3+o Mg2+, pueden estar sustituidos por
Fe2+o Fe3+y ms raramente por Li, Cr, Mn, Ni, Cu o Zn. El plano de
unin entre ambas capas est formado por los oxgenos de los
tetraedros que se encontraban sin compartir con otros tetraedros
(oxgenos apicales), y por grupos (OH)-de la capa brucitica o
gibsitica, de forma que, en este plano, quede un (OH)-en el centro
de cada hexgono formado por 6 oxgenos apicales. El resto de los
(OH)-son reemplazados por los oxgenos de los tetraedros (Figura
siguiente).
Una unin similar puede ocurrir en la superficie opuesta de la
capa octadrica. As, los filosilicatos pueden estar formados por dos
capas: tetradrica ms octadrica y se denominanbilaminares,1:1, oT:O;
o bien por tres capas: una octadrica y dos tetradricas,
denominndosetrilaminares,2:1oT:O:T. A la unidad formada por la unin
de una capa octadrica ms una o dos tetradricas se la
denominalmina.Si todos los huecos octadricos estn ocupados, la
lmina se denominatrioctadrica(Mg2+dominante en la capa octadrica).
Si solo estn ocupadas dos tercios de las posiciones octadricas y el
tercio restante est vacante, se denominadioctadrica(el Al3+es el
catin octadrico dominante).En algunos filosilicatos (esmectitas,
vermiculitas, micas...) las lminas no son elctricamente neutras
debido a las sustituciones de unos cationes por otros de distinta
carga. El balance de carga se mantiene por la presencia, en el
espacio interlaminar, o espacio existente entre dos lminas
consecutivas, de cationes (como por ejemplo en el grupo de las
micas), cationes hidratados (como en las vermiculitas y esmectitas)
o grupos hidroxilo coordinados octadricamente, similares a las
capas octadricas, como sucede en las cloritas. A stas ltimas tambin
se las denominaT:O:T:Oo2:1:1. La unidad formada por una lmina ms la
interlmina es la unidad estructural. Los cationes interlaminares ms
frecuentes son alcalinos (Na y K) o alcalinotrreos (Mg y Ca).Las
fuerzas que unen las diferentes unidades estructurales son ms
dbiles que las existentes entre los iones de una misma lmina, por
ese motivo los filosilicatos tienen una clara direccin de
exfoliacin, paralela a las lminas.Tambin pertenecen a este grupo de
minerales la sepiolita y la paligorskita, a pesar de presentar
diferencias estructurales con el resto de los filosilicatos.
Estructuralmente estn formadas por lminas discontinuas de tipo
mica. A diferencia del resto de los filosilicatos, que son
laminares, stos tienen hbito fibroso (figura siguiente), ya que la
capa basal de oxgenos es continua, pero los oxgenos apicales sufren
una inversin peridica cada 8 posiciones octadricas (sepiolita) o
cada 5 posiciones (paligorskita). Esta inversin da lugar a la
interrupcin de la capa octadrica que es discontinua.
5. CONSISTENCIA Se puede definir a la consistencia como el grado
de adherencia y resistencia frente a las cargas, esta es propia de
los suelos finos (arcillas) y se mide mediante los lmites de
atterberg.De acuerdo a Luis Baon Blasquet, los estados de
consistencia presentes en el suelo son lquidos, plsticos, semislido
y slidos.
6. SENCITIVIDADPara muchos depsitos naturales de suelo
arcilloso, el esfuerzo de compresin inconfinada se reduce
grandemente cuando el suelo a ensayar es remoldeado aunque no se
presente un cambio en el contenido de humedad del suelo, como
muestra la Figura 6.66. Esta propiedad del suelo arcilloso es
conocida como sensibilidad. El grado de sensibilidad se expresa
como el cociente del esfuerzo de compresin inconfinada en un estado
inalterado y remoldeado, que ser:
Tabla 1 Sensitibidad de la arcilla. (Das, 1997)
7. ACTIVIDADBasndose en los lmites de Atterberg, Skempton (1953)
defini lo que llam la actividad A de los suelos arcillosos:La
actividad refleja la capacidad de las partculas de un suelo
arcilloso para retener la humedad, y se clasifica segn se indica en
la Tabla 1.. Adems de las pruebas que se realizan para determinar
los Lmites de Atterberg, existen otras que permiten obtener
informacin acerca del contenido de humedad de los suelos.Entre
ellas est la prueba de la Humedad Equivalente y la de Humedad
Centrifuga Equivalente.La Humedad Equivalente es el mnimo contenido
de humectad para el cual una superficie lisa de suelo no absorbe ms
agua en 30 segundos, cuando se le van agregando gotas sucesivas en
forma continua.La Humedad Centrifuga Equivalente es el contenido de
humedad de un suelo luego que la muestra saturada es centrifugada
durante una hora bajo una fuerza igual a 1.000 veces la fuerza de
la gravedad. Los valores bajos de la Humedad Centrifuga Equivalente
( 10%) corresponden a suelos permeables, como las arenas, mientras
que los valores elevados (25%) son indicativos de impermeabilidad
considerable, como en las arcillas. Si se supera el 30%, los suelos
resultan expansivos.Tabla 2
Otro concepto que interesa en la ingeniera de suelos es el de la
retraccin volumtrica, que resulta el cambio de volumen para
determinados porcentajes de agua. La retraccin volumtrica y se
expresa como un porcentaje del volumen de la muestra seca, cuando
se reduce el contenido de humedad desde un valor estipulado, hasta
el Lmite de Retraccin.
WN1 es el contenido de humedad obtenido de la prueba de humedad
equivalente. La retraccin volumtrica permite conocer la variacin de
volumen que sufrir un suelo cuando se seca hasta el Lmite de
Retraccin, contrayndose, o la expansin producida a partir del Lmite
de Retraccin, cuando va absorbiendo agua.
8. TIXOTROPIA
La tixotropa se define como el fenmeno consistente en la prdida
de resistencia de un coloide, al amasarlo, y su posterior
recuperacin con el tiempo. Las arcillas tixotrpicas cuando son
amasadas se convierten en un verdadero lquido. Si, a continuacin,
se las deja en reposo recuperan la cohesin, as como el
comportamiento slido. Para que una arcilla tixotrpica muestre este
especial comportamiento deber poseer un contenido en agua prximo a
su lmite lquido. Por el contrario, en torno a su lmite plstico no
existe posibilidad de comportamiento tixotrpico.III.
CONCLUSIONES
El objetico d este trabajo se cumple al presentar al
constructor, al estudiante o persona interesados en el tema, un
documento auxiliar en el conocimiento del desarrollo completo de
los problemas que acarrea la existencia de los suelos arcillosos en
el terreno de la construccin.El elemento clave de primera instancia
que nos proporciona un indicio de la existencia de los suelos
activos, es la aparicin de grietas.
IV. BIBLIOGRAFIALAMBE T. Y WHTMAIN R. 1984, MECANICA DE SUELOS
EDITORIA LIMUSA S.A DE C.V MEXICOJUAREZ R. Y RICO A. 1980, MECANICA
DE SUELOS TOMO I EDITORIAL LIMUSA, WILEY MEXICO
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