INDICE

GEOTECNIA

Introducción

Capítulo I

DIVISION DE LA GEOTECNIA 6

MECANICA DE ROCAS Y MECANICA DE SUELOS

Capitulo II

MECANICAS DE ROCAS 7

PROPIEDADES FISICAS Y MECANICAS

CAPITULO III

MECANICAS DE SUELOS 58

ESTUDIO DE SUELOS

SISTEMA DE CLASIFICACION DE SUELOS 60

1.- SISTEMA AASHTO

2.-SISTEMA USCS

PROCEDIMIENTO DE CAMPO: EXPLORACIÓN DE SUELOS, MANUAL (CALICATAS) Y MECANICA (CON EQUIPOS)

ENSAYO DE CAMPOY LABORATORIO 76

TOMA DE MUESTRAS PARA ENSAYOS DE LABORATORIO

ALTERADAS E INALTERADAS 76 ENSAYOS DE RESITENCIA  Y CONTROL     :   DENSIDAD DE CAMPO (CONO DE ARENA) (LOS EQUIPOS) 80

Capítulo IV

MATERIALES UTILIZADOS EN LA GEOTECNIA 62

GEOTECNIA

MECANICA DE LOS SUELOS 85COMPACTACION DE LOS SUELOS

Granulometría de suelos 96

TOPOCRAFIA

Capítulo I

PLANIMETRIA 99

Capitulo II

MEDIDAS DIRECTAS 100

Capitulo III

EMPLEO DE LAS CUENTAS EN

MEDIDAS DE DISTANCIA

Capítulo IV

EMPLEO DE LA CINTA EN MEDIDAS DE DISTANCIAS 101

TRAZO DE ANGULOS CONCRETA

DIRECCIONES DE LAS LINEAS Y ANGULOS

HORIZONTALES

LEVANTAMENTO 104

Capítulo I

CLASES DE LEVANTAMIENTO

TIPOS DE LEVANTAMIENTO 106

ALTIMETRIA

Capítulo I

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GEOTECNIA

DEFINICION

PLANIMETRIA

Conclusiones 110

Bibliografía 111

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GEOTECNIA

DEDICATORIA

Como parte de mi formación, para mis maestros de la Universidad Peruana Los Andes, por el tiempo prestado para brindarnos una esmerada educación.

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GEOTECNIA

1. INTRODUCCION

El presente trabajo de investigación se enfoca en el tema de Geotecnia, mecánica de suelos y levantamiento topográficos; se abarca los siguientes temas: Geotecnia, Topografía, planimetría, Levantamiento y Altimetría cada uno de ellos cuentan con capítulos en los cuales se detallan las particularidades de cada uno de ellos; en el tema numero uno se trata de geotecnia el cual trata de la aplicación de la mecánica de suelos y rocas, tanto a las obras de ingeniería civil, como a la conservación del medio ambiente, también se trata de la división de la geotecnia, la mecánica de rocas y mecánica de suelos, y se finaliza con el estudio de los materiales que se usa en la geotecnia, el tema numero dos trata de la topografía, el cual es el conjunto de procedimientos para determinar la posición de un punto sobre la superficie terrestre además esta se subdivide en Planimetría y Altimetría, el primero trata del levantamiento de información y confección de planos y al estudio del terreno para la mejor instalación y la Altimetría, se encarga de la medición de las diferencias de nivel o de elevación entre los diferentes puntos del terreno, las cuales representan las distancias verticales medidas a partir de un plano horizontal de referencia, también se trata el tema de Levantamiento el cual es un conjunto de  operaciones que determinan las posiciones de puntos, la mayoría calculan superficies y volúmenes y la representación de medidas tomadas en el campo mediante perfiles y planos y se finaliza la monografía con las conclusiones.

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GEOTECNIA

GEOTECNIA

DEFINICIÓN:

La geotecnia es una de las principales ramas de la geología que trata de la aplicación de los conocimientos y prácticas de la geología para la ejecución de cimentaciones de las grandes obras de ingeniería, como construcciones civiles, hidroeléctricas, etc. La geotecnia es la aplicación de la mecánica de suelos y rocas tanto a las obras de ingeniería civil, como a la conservación del medio ambiente.

La Geotecnia es una de las ramas más relevantes dentro de la ingeniería civil. Entre sus aplicaciones principales se encuentran el diseño de las cimentaciones

La Geotecnia es la rama de la Ingeniería que se ocupa del estudio de la interacción de las construcciones con el terreno. Se trata por tanto de una disciplina no solo de la Ingeniería Civil, sino también de otras actividades, como la Arquitectura y la Ingeniería Minera, que guardan relación directa con el terreno.

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GEOTECNIA

LA GEOTECNIASE DIVIDE EN DOS PARTES:

MECANICA DE ROCAS Y MECANICA DE SUELOS

A.-MECANICA DE ROCAS.-La Mecánica de rocas se encarga del estudio teórico y práctico de las propiedades y comportamiento mecánico de los materiales rocosos; y de su respuesta ante la acción de fuerzas aplicadas en su entorno físico.

1. La finalidad de la Mecánica de Rocas es conocer y predecir el comportamiento de los materiales rocosos ante la actuación de las fuerzas internas y externas que se ejercen sobre ellos.

2. Los distintos ámbitos de aplicación de la mecánica de rocas se agrupan en:

Cuando el material rocoso constituye la estructura (excavaciones de túneles, galerías, taludes, etc.).

Cuando la roca es el soporte de otras estructuras (cimentaciones de edificios, presas, etc.).

Cuando las rocas son empleadas como material de construcción (escolleras, pedraplenes, rellenos, etc.).

3. Cuando se excava un macizo rocoso o se construyen estructuras sobre las rocas se modifican las condiciones iniciales del medio rocoso, el cual responde a estos cambios deformándose y/o rompiéndose.

4. El conocimiento de las tensiones y deformaciones que puede llegar a soportar el material rocoso ante unas determinadas condiciones permite evaluar su comportamiento mecánico y abordar el diseño de estructuras y obras de ingeniería. La relación entre ambos parámetros describe el comportamiento de los diferentes tipos de rocas y macizos rocosos, que dependen de las propiedades físicas y mecánicas de los materiales y de las condiciones a que están sometidos en la naturaleza.

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GEOTECNIA

PROPIEDADES FISICAS Y MECANIAS DE LAS ROCAS

PROPIEDADES FISICAS

ISOTROPÍA Y ANISOTROPÍA

Estos conceptos se utilizan para calificar el comportamiento de los materiales respecto de las direcciones del espacio. Así, un material es isótropo respecto de una propiedad determinada cuando esa propiedad no varía al variar la dirección en la que se mida la propiedad. En este caso, se dice que la propiedad es escalar. Por el contrario, un material es anisótropo cuando la propiedad varía según la dirección considerada. En este caso, la propiedad es vectorial.

DENSIDAD Y PESO ESPECÍFICO (ASTM #12-70)

Tanto la densidad como el peso específico son propiedades que no dependen de la dirección de medida, esto es, son propiedades escalares

Aunque se utilizan indistintamente, los términos de densidad y peso específico no son idénticos. La densidad es la relación entre la masa y el volumen de la sustancia, midiéndose en unidades de masa/unidades de volumen (e.g., g/cc). El peso específico es la relación numérica entre el peso de un cuerpo y el peso de igual volumen de agua a 4°C, esto es la relación entre las densidades del cuerpo y la del agua. Esta propiedad es a dimensional (no se expresa en términos de unidades determinadas) ya que es la relación entre dos cantidades con la misma dimensión. Dado que el volumen del agua varía con la temperatura, se toma como referencia la densidad del agua a 4°C.

Densidad = masa/volumen (gr/cc)

Peso específico = Densidad cuerpo/Densidad agua a 4°C

En los minerales, ambas magnitudes son función de la estructura cristalina y la composición del mineral, así como de la temperatura y presión, ya que los cambios de estos factores provocan contracciones (descenso de T y/o aumentos de P) o expansiones (aumento de T y/o descenso de P) de las estructuras. Los cambios de estructura afectan a estas magnitudes; así por ejemplo, la calcita

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GEOTECNIA

presenta un peso específico de 2.72 y el aragonito 2.94, y el cuarzo-a 2.65 y el cuarzo-b 2.40. La composición también afecta en el caso de los minerales solución sólida; así por ejemplo, el peso específico del olivino aumenta a medida que los átomos de Fe (más pesados) sustituyen a los de Mg (más ligeros), pasando de 3.22 para el Mg2[SiO4] (forsterita pura) a 4.41 para el Fe2[SiO4] (fayalita pura).

Cuando se consideran otro tipo de sustancias (por ejemplo, rocas), la densidad o densidad real se define como la masa por unidad de volumen de una sustancia, esto es la razón entre la masa en reposo y su volumen, considerando sólo la parte impermeable (esto es, excluyendo el volumen ocupado por los poros):

M

V

Donde: es la densidad (kg/m3)

M es la masa (kg) de la sustancia y

V es el volumen (m3) de la parte impermeable de la sustancia.

La densidad de algunos materiales de construcción se presenta en la Tabla 1.

Tabla 1. Densidad (kg/m3) de algunos materiales de construcción (de Komar, 1987).

Acero 7800-7900

Cemento Portland 2900-3100

Granito 2700-2800

Arena cuarzosa 2600-2700

Ladrillo 2500-2800

Vidrio 2500-3000

Caliza 2400-2600

Madera 1500-1600

La densidad global (a veces también denominada densidad aparente) es la masa por unidad de volumen de un material en su estado natural, incluyendo poros y todo tipo de espacios abiertos:

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GEOTECNIA

01

1

M

V

Donde: o es la densidad global del material (kg/m3)

M1 es la masa global (kg) del material y

V1 es el volumen global (m3) del material.

La densidad global de los materiales depende de su porosidad y contenido de espacios abiertos. Materiales sueltos como arena, piedra molida y cementos se caracterizan por su masa global. El volumen de estos materiales incluye tanto los poros y espacios abiertos existentes dentro de los granos como entre los granos. La densidad global de los materiales condiciona en gran medida sus propiedades fisico-mecánicas, tales como resistencia a la compresión y conductividad térmica, que a su vez son cruciales para cálculo de estructuras y diseño de edificios. Evidentemente, la densidad global de los materiales es fuertemente variable (Tabla 2).

El peso específico o peso específico verdadero de una sustancia es la razón entre la masa de una unidad de volumen de la sustancia y la masa de la misma unidad de volumen de agua destilada. Para los sólidos, el volumen considerado es el de la parte impermeable. El peso específico global se define de manera similar, aunque considera el volumen total del cuerpo, incluyendo los poros.

Tabla 2. Densidad global (kg/m3) y porosidad (%) de rocas y materiales de construcción (de Winkler, 1973 y Komar, 1987)

Densidad global Porosidad

Acero 7800-7850

Granito 2600-2800 0.15-1.5

Gabro 3000-3100 0.1-0.2

Riolita 2400-2600 4.0-6.0

Basalto 2800-2900 0.1-1.0

Arenisca 2000-2600 5.0-25.0

Lutita 2000-2400 10.0-30.0

Caliza 2200-2600 5.0-20.0

Dolomia 2500-2600 1.0-5.0

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GEOTECNIA

Gneiss 2900-3000 0.5-1.5

Mármol 2600-2700 0.5-2.0

Cuarcita 2650 0.1-0.5

Pizarra 2600-2700 0.1-0.5

Hormigón pesado 1800-2500

Hormigón ligero 500-1800

Ladrillo 1600-1800

Arena 1450-1650

Plástico poroso 20-100

POROSIDAD

La porosidad de un material es el volumen de espacios abiertos que contiene relativo a su volumen total. Los poros son pequeños espacios abiertos existentes en los materiales rellenos por soluciones acuosas y/o gaseosas (e.g., aire). Los poros pueden estar abiertos (i.e., intercomunicados) o cerrados, y ser grandes o pequeños. El tamaño de poro medio y el grado de intercomunicación entre los poros determinan el tipo y grado de movimiento de soluciones líquidas y gaseosas por el interior de los materiales. Esto controla en gran parte su durabilidad. Los poros pueden clasificarse en función de su tamaño en:

Megaporos:__________256-0.062 mm

Macrocapilares:_______0.062-0.0001 mm

Microcapilares:________<0.0001 mm

Existen distintos conceptos de porosidad. La porosidad teórica viene dada por la ecuación:

PV

V

V V

V

p

o

o sólidos

o

100 100

Donde: P es la porosidad total (%)

Vp (m3) es el volumen de poros

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GEOTECNIA

Vsólidos (m3) es el volumen agregado de las partículas sólidas y

Vo (m3) es el volumen total de la muestra.

Teniendo en cuenta que la relación entre masa, volumen y densidad, y que la masa del material poroso es idéntica a la masa de la sustancia (sin poros) si los poros están ocupados por vacío, la expresión anterior queda:

P o

1 100

Donde: P es la porosidad total (%)

o es la densidad global del material (kg/m3) y

Es la densidad real de la sustancia (kg/m3), asumiéndola libre de poros.

La densidad de la sustancia libre de poros es difícil de estimar. Por ello se recurre a otro tipo de mediciones. La porosidad total efectiva es la porosidad medible mediante intrusión de mercurio hasta una presión forzada de 1000 atmósferas, aunque se puede llegar hasta varios miles de atmósferas:

PV

Vt

p

o

100

Donde: Pt es la porosidad total efectiva (%)

Vp (m3) es el volumen de mercurio intuido y

Vo (m3) es el volumen de la muestra seca.

Mediante la técnica de intrusión forzada de mercurio puede estimarse no sólo la porosidad total efectiva, sino la porosidad media (%) comprendida entre un determinado rango de tamaño de poro, medido en términos de radio o diámetro de poro. En general, los aparatos (porosímetros de Hg) más comunes permiten evaluar los porcentajes de radios de poro menores de 1 mm de los materiales, por lo que no se obtiene información sobre la porosidad debida a megaporos, que en algunas rocas sedimentarias y materiales de construcción como morteros puede ser muy elevada. Las dimensiones de las probetas de muestra medidas en el porosímetro de Hg dependen del aparato utilizado, aunque es común que sean pequeñas, de unos mm de diámetro. Para asegurar que los análisis sean representativos, pueden seguirse las recomendaciones del Documento NORMAL 4/80.

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C31calcarenita

(San Jerónimo)

0

20

40

60

80

100

0.001 0.01 0.1 1 10 100

radio de poro (m)

% v

ol.

ac

um

ula

do

0

10

20

30

40

50

% v

ol.

ab

so

luto

Ptotal = 9 %Ptotal=23.1 %Ptotal=23.1 %

M36mortero de cal(San Jerónimo)

0

20

40

60

80

100

0.001 0.01 0.1 1 10 100

radio de poro (m)

% v

ol.

ac

um

ula

do

0

10

20

30

40

50

% v

ol.

ab

so

luto

Ptotal = 12 %Ptotal=18.7 %Ptotal=18.7 %

Otra medida de la porosidad se puede obtener mediante pesada hidrostática, que define la porosidad abierta o accesible al agua. El material se sumerge en agua (u otro líquido de densidad conocida) hasta su saturación (ver más adelante), calculándose la porosidad a partir de la masa del material seco, saturado y saturado por pesada hidrostática (i.e., peso de la muestra saturada inmersa en un recipiente con agua) mediante la expresión:

nM M

M Mo

s o

s h

100

Donde: no es la porosidad abierta (%)

Ms (kg) es el peso medido en saturación

Mo (kg) es el peso seco de la muestra, y

Mh (kg) es el peso de la muestra saturada medida por pesada hidrostática.

Al contrario que la porosidad total efectiva medida por intrusión forzada, la porosidad abierta da información sobre la porosidad debida a los poros más gruesos por los que el agua puede circular. No obstante, no se pueden extraer valores de porosidad media para distintos rangos de tamaño de poro. Las dimensiones de las probetas de muestra son las mismas que las utilizadas para estimar la saturación de agua.

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GEOTECNIA

C31calcarenita

(San Jerónimo)

0

20

40

60

80

100

0.001 0.01 0.1 1 10 100

radio de poro (m)

% v

ol.

acu

mu

lad

o

0

10

20

30

40

50

% v

ol.

abso

luto

Ptotal = 9 %Ptotal=23.1 %Ptotal=23.1 %

M36mortero de cal(San Jerónimo)

0

20

40

60

80

100

0.001 0.01 0.1 1 10 100

radio de poro (m)

% v

ol.

acu

mu

lad

o

0

10

20

30

40

50

% v

ol.

abso

luto

Ptotal = 12 %Ptotal=18.7 %Ptotal=18.7 %

Figura 1. Porosidad total por intrusión de Hg y distribución de la porosidad en función del radio de poro (% volumen absoluto y acumulado) en biocalcarenita y mortero de cal de San Jerónimo, Granada (de Fernández-Cardell, 1998).

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ADSORCION Y ABSORCION DE AGUA

Estas propiedades se relacionan con la movilidad de vapor de agua o agua líquida en los materiales, esto es con la permeabilidad del medio a estas sustancias:

Adsorción es la adhesión de moléculas de gases o de moléculas en solución a las superficies de los cuerpos sólidos con los que están en contacto. La higroscopicidad es la propiedad de los materiales de adsorber vapor de agua de la atmósfera.

Absorción es la incorporación o asimilación de líquidos en el interior del sistema poroso del material. La succión de agua es la propiedad de los materiales de absorber agua líquida en contacto con los mismos.

La higroscopicidad está controlada por la temperatura y humedad relativa del aire, por los tipos de poros, su número y tamaño, y por la naturaleza de la sustancia implicada. Debido a la naturaleza polar del agua, este último control se debe a la existencia o no de cargas residuales no compensadas en las superficies de las sustancias. Así, las superficies de algunas sustancias compuestas por átomos con enlaces iónicos atraen al agua (i.e., sustancias hidrófilas) mientras que las superficies de otros compuestos por átomos con enlaces covalentes la repelen (i.e., sustancias hidrófobas). Las sustancias hidrófilas tienen a disolverse en agua, mientras que las hidrófobas no, resistiendo la acción de los medios acuosos.

A igualdad de otros factores, la higroscopicidad de un material depende del área superficial expuesta, i.e., incluyendo la de los poros y canales capilares. Los materiales con idéntica porosidad total, pero con poros más finos (capilares) son más higroscópicos que los que presentan poros grandes, lo cual es debido a que los primeros presentan mayor superficie específica.

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GEOTECNIA

Adsorción de agua por partículas hidrófilas

secado

mojado

mojadoEstructura del agua

Figura 2. Adsorción de moléculas agua (polares) por partículas hidrófilas (con cargas electrostáticas residuales en su superficie) durante ciclos de mojado y secado.

La succión de agua en el interior de los sistemas porosos de los materiales incluye también la higroscopicidad. La saturación en agua afecta de forma sustancial a otras propiedades físicas y mecánicas de los materiales, tales como densidad global, conductividad térmica y resistencia mecánica, por lo que su medida es importante. La técnica es muy sencilla, y se basa en sumergir una probeta de muestra completamente en agua, a tiempos parciales, y medir el incremento de masa de las probetas en esos tiempos. Las recomendaciones del Documento NORMAL 7/81 indican utilizar probetas cúbicas de 5x5x5 cm. Los incrementos de masa permiten calcular la cantidad de agua absorbida:

WM M

Mt

t

0

0

100

Donde: Wt (%) es el contenido de agua absorbida en el tiempo t (s)

Mt (kg) es el peso medido en el tiempo t (s) y

Mo (kg) es el peso seco de la muestra

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GEOTECNIA

Por lo tanto, Wt representa incrementos de masa en % relativos al material seco. Estos datos permiten construir curvas Wt-t (generalmente, el tiempo se expresa

como t ), que caracterizan el comportamiento del material.

La absorción de agua es función de la porosidad total, y del tamaño y forma de los poros. Así, la cantidad de agua absorbida es siempre menor que la porosidad total del material ya que parte de los poros se encuentran cerrados, i.e., aislados del medio exterior y no accesibles al agua. Dado que los porcentajes de agua absorbida son proporcionales a la porosidad del material, y esta puede variar entre distintos materiales, se recurre a una normalización ulterior para comparar materiales de porosidad variada. Esta normalización se lleva a cabo respecto del porcentaje en peso de agua bajo saturación forzada, esto es, bajo condiciones de presión mucho menores de la atmosférica, tendiendo al vacío, recalculando el incremento de masa en los distintos tiempos respecto de la cantidad máxima de agua absorbida (Wt,max), esto es, el porcentaje de peso de agua para el tiempo t. Esta normalización permite obtener el grado de saturación en función del tiempo:

SW

Wt

t

s

100

Donde: St es el grado de saturación (%)

Wt (%) es el porcentaje de peso de agua en el tiempo t (s) y

Ws (%) es el porcentaje en peso de agua bajo la saturación forzada.

DESORCION DE AGUA

Los materiales localizados en contacto con el aire retienen cierta cantidad de humedad. La cantidad de agua retenida es función de las condiciones ambientas (temperatura y humedad relativa), así como de la naturaleza de las sustancias (hidrófilas o hidrófobas) y de la composición de la solución acuosa (agua pura vs. soluciones salinas). Si las condiciones ambientales cambian, por ejemplo, descendiendo la humedad relativa, el material tiende a ceder vapor de agua al medio aéreo, secándose. Este proceso de desorción de agua es inverso al de adsorción, aunque si la muestra se encuentra saturada en agua, es inverso al de absorción.

La tasa de deserción o secado depende de la diferencia entre la humedad del material y la del medio ambiente (a mayor diferencia, mayor tasa de secado), de la naturaleza del material y de la naturaleza de la porosidad (sustancias hidrorepelentes con poros grandes tienden a eliminar más rápidamente la humedad).

La técnica de medición de la deserción de agua es similar a la de saturación de agua, y persigue evaluar la facilidad de los materiales para eliminar el agua

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GEOTECNIA

absorbida en el interior de su sistema poroso. El ensayo se realiza con el mismo material utilizado en el de saturación, y se basa en medir las pérdidas de masa, a tiempos parciales, respecto del peso de la muestra saturada en agua. Este ensayo debe realizarse en un ambiente con temperatura (20 ºC) y humedad relativa (60 %) constante para asegurar la comparación de muestras distintas. Las pérdidas de masa permiten calcular la cantidad de agua resorbida:

WM M

Me

t o

o

100

Donde: We (%) es la cantidad de agua perdida

Mt (kg) es la masa medida en el tiempo t (s) y

Mo (kg) es el peso de la muestra saturada en agua.

Por lo tanto, We representa pérdidas de masa en % relativos al material saturado. Igualmente, estos datos permiten construir curvas We-t (generalmente, el tiempo se

expresa como t ), que caracterizan el comportamiento del material.

Al igual que en el caso de absorción, se calcula el grado de saturación en función del tiempo con el fin de comparar muestras de porosidad muy variada:

SW

We

e

s

100

Donde: Se (%) es el grado de saturación

We es el porcentaje de peso de agua en el tiempo t (seg) y

Ws es el porcentaje en peso de agua bajo la saturación forzada.

Las tasas de saturación observadas en los ensayos de absorción y desorción, evaluadas mediante las curvas respectivas St-t y Se-t no tienen porque coincidir. Esto se debe a que los procesos físicos involucrados en ambos procesos son distintos.

Como se ha indicado más arriba, la humedad en los materiales de construcción afecta a sus propiedades físicas y mecánicas. El principal efecto es un cambio de volumen: los materiales se hinchan cuando absorben agua y se contraen al evacuarla. Dado que los cambios de volumen generan tensiones internas en los materiales, ciclos continuados a escala diaria y estacional de mojado-secado inducen esfuerzos alternantes en el material que, aunque poco significativos en términos absolutos para materiales pétreos, generan pérdida de resistencia mecánica por fatiga (ver más adelante). Un ejemplo claro son los morteros, cuyo aglomerante (cal, cemento) sufre contracción durante el secado mientras el árido no, lo que genera esfuerzos tensionales que conllevan la pérdida

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GEOTECNIA

de cohesión del agregado por micro fracturación del aglomerante. Ensayos de ciclos de secado-mojado durante largos periodos de tiempo permiten calificar la resistencia al deterioro por esta causa.

CAPILARIDAD

El fenómeno de la capilaridad, cuyo resultado es el movimiento ascendente o descendente de un líquido en el interior de un tubo fino de un material sólido cuando éste es sumergido en el líquido, es debido a la existencias de fuerzas en la superficie de las sustancias sólida (e.g., vidrio), líquida (e.g., agua) y gaseosa (e.g., aire) en contacto. Estas fuerzas se denominan de tensión superficial. La conjunción de estas fuerzas hace que las gotas de un líquido depositadas sobre la superficie de un material sólido presenten ángulos de contacto sólido-líquido variados en función de la naturaleza de los sólidos y líquidos. Así, los líquidos “mojan” a los sólidos cuando el ángulo de contacto está comprendido entre 0 y 90º, en cuyo caso el líquido asciende por el capilar. Si por el contrario la conjunción de fuerzas mencionada anteriormente condicionan que el ángulo de contacto sólido-líquido esté comprendido entre 90 y 180, el líquido no moja al material y desciende por el capilar. Estas relaciones se ilustran en las Figuras 3 y 4. En consecuencia, el efecto que debe producir un material hidrofugante (protectivo o consolidante) aplicado sobre un material debe ser el de incrementar el ángulo de contacto del material pétreo, y obstaculizar el ascenso del agua por su sistema poroso. El efecto contrario es el obtenido por los agentes detergentes o jabones (i.e., tenso activos).

La altura a la que asciende (o desciende) un líquido en un capilar no es sólo función del ángulo de contacto, sino que depende también del radio del capilar. La ecuación que permite calcular la altura alcanzada es:

hS

g rLV

2 cos( )

Donde: h es la altura (m)

SLV es la tensión superficial líquido-vapor (0.0728 N/m para el agua-aire, a 20 ºC)

es el ángulo de contacto (en radianes, = grados·p/180)

es la densidad del líquido (1000 kg/m3 para el caso del agua)

g es la aceleración de la gravedad (9.8 m/seg2) y

r es el radio de poro (m)

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GEOTECNIA

Figura 3. Variación en el ángulo de contacto sólido-líquido. En (a) el líquido (e.g., agua) moja al sólido (e.g., piedra), y < 90º, mientras que en (b) el líquido (e.g., mercurio) no moja al sólido y > 90º.

Figura 4. Fuerzas resultantes (F) de la conjunción de las tensiones superficiales en un sistema sólido-líquido-gas en un tubo capilar (w es el peso de la columna de agua para el caso a). El líquido se eleva una altura h si (a) < 90º, y desciende si (b) > 90º.

La Figura 5 muestra las curvas altura-radio de capilar calculadas para el sistema agua-aire y distintos valores de . Nótese que valores de altura negativos se obtienen para ángulos > 90º, lo que implica que el agua descenderá en el capilar, y que la altura ascendida (o descendida) es del orden de varios metros para radios de poro muy pequeños, como los que generalmente presentan rocas y morteros.

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Figura 5. Curvas altura-radio de capilar calculadas para el sistema agua-aire.

La rutina de trabajo (recomendaciones RILEM y NORMAL 11/85) consiste en la colocación de las probetas (la relación de área/volumen de la probeta cúbica, prismática o cilíndrica debe estar comprendida entre 1 y 2 cm -1) sobre una superficie mojada, dentro de una cubeta de material plástico con agua destilada e interface de papel absorbente para asegurar un flujo de humedad continua, sin llegar a mojar otra superficie que no sea la base de la probeta. Para evitar una rápida evaporación del agua de la cubeta, ésta se cubre con una tapadera de plástico protegida con papel absorbente para evitar el goteo de condensación sobre las probetas junto con las paredes laterales de la cubeta. El recipiente debe colocarse dentro de una campana aislante con unos valores de temperatura y de humedad relativa constantes.

El ensayo consiste en pesar y medir la altura del agua sobre las diferentes probetas a tiempos parciales. Las pesadas se realizan eliminando previamente el exceso de agua depositada sobre la base de las probetas con una bayeta absorbente ligeramente humedecida; de esta forma se retiran los excesos de agua sin llegar a restar parte de la contenida en la probeta. Los resultados que se obtienen con el ensayo son los siguientes: peso en función del tiempo (Mt) expresado en gramos y altura ascendida en función del tiempo (ht) expresada en centímetros. La cantidad o incremento de agua absorbida de la muestra, por unidad de superficie en el tiempo se calcula con la siguiente ecuación:

M

S

M M

St o

Donde: M/S es el incremento de masa por unidad de superficie (kg/m2)

Mt (kg) es el peso de la muestra en función del tiempo t (s)

M0 (kg) es el peso de la muestra seca y

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GEOTECNIA

S es el área (m2) de la cara de la probeta en contacto con el agua.

Con los datos obtenidos es posible construir dos curvas, una de absorción

capilar y otra de ascenso capilar, en función de t (min0.5). La primera se traza en función del incremento de peso experimentado por la probeta a lo largo del ensayo, la segunda curva representa la altura de agua ascendida en función del tiempo transcurrido. Además de observar el comportamiento del material, se pueden obtener el coeficiente de absorción capilar (con dimensiones kg/m2·s0.5) y el coeficiente de penetración capilar (con dimensiones m/s0.5) obtenidos mediante cálculos de regresión en los tramo rectilíneos de las curvas.

PROPIEDADES MECANICAS

Las propiedades mecánicas definen la capacidad del material para resistir acciones externas o internas que implican la aplicación de fuerzas sobre el mismo. Esencialmente, estas fuerzas son de compresión, tensión (o extensión), flexión y de impacto.

RESISTENCIA A LA COMPRESION

La resistencia a la compresión es la carga (o peso) por unidad de área a la que el material falla (se rompe) por fracturación por cizalla o extensional (Figura 6). Esta propiedad es muy importante en la mecánica de materiales, tanto en situación no confinada (i.e., uniaxial) como confinada (i.e., triaxial). Dado que los materiales cerca de la superficie terrestre, incluyendo los edificios, suelen estar sometidos a condiciones no confinadas, consideraremos exclusivamente esta situación. En este caso, la resistencia a la compresión uniaxial (i.e., longitudinal) se mide en una prensa hidráulica que registra el esfuerzo compresor (sl) aplicado sobre una probeta de material en una dirección del espacio, y la deformación lineal (el) inducida en esa misma dirección.

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Figura 6. Desarrollo de fracturas extensionales y de cizalla como resultado de compresión.

Es importante indicar que los resultados obtenidos en los experimentos de resistencia a la compresión para un mismo material dependen de la forma y tamaño de la probeta. Así, los prismas y cilindros largos presentan menores resistencias a la compresión que los cubos con la misma área de sección, y estos a su vez menor que los prismas y cilindros cortos (con alturas menores que sus lados o radios). Igualmente, la resistencia a la compresión depende de la tasa de aplicación de la carga, de forma que a mayores velocidades de compresión mayor es el valor de la resistencia. La metodología experimental puede seguir la norma ASTM D3148-86, según la cual las probetas de muestra serán cilíndricas, con una relación altura/diámetro comprendida entre 2.5 y 3 (e.g., 10 cm de altura por 4 cm de diámetro). Deben ensayarse al menos 5 probetas por cada tipo de material, manteniendo la tasa de aplicación de la carga constante (entre 0.5 y 1 MPa/s). Por otra parte, hay que evitar una mala colocación de la probeta en la prensa, para asegurar una distribución homogénea del esfuerzo compresor.

El esfuerzo es igual a la fuerza aplicada por sección o superficie:

sllF

S

Donde: Fl es la fuerza aplicada longitudinalmente, expresada en newton en el sistema mks (N=kg·m·s-2), dinas en el sistema cgs o kilogramos-fuerza en el sistema técnico

S es la sección de la probeta (m2) y

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sl es el esfuerzo lineal expresado en Pa (N/m2), dinas/cm2 o kg/m2 (las dimensiones del esfuerzo son las mismas que las de presión).

Dado que la fuerza es un vector, también lo es el esfuerzo. Así, dado que el signo de la fuerza se toma negativo por convenio cuando es compresiva, y positivo cuando es tensional, el esfuerzo compresor es negativo y el tensor es positivo.

La deformación lineal es igual al cambio de longitud experimentado por la longitud original de la probeta:

e ll l

l

l

l

1 0

0 0

Donde: l0 (m) es la longitud original

L1 (m) es la longitud final

l (m) es el incremento de longitud de la probeta.

Puesto que al comprimir l0 es siempre mayor que l1, l y l son negativos (positivos para el caso de tensión). El valor de el (que es a dimensional) es generalmente muy pequeño para materiales pétreos (del orden de 0.01 y menores).

La deformación inducida sobre un cuerpo debido a la acción de un campo de fuerzas exteriores puede ser elástica o plástica. La deformación es elástica cuando el cuerpo recupera su forma y volumen iniciales una vez cesada la acción de las fuerzas externas. En caso contrario, la deformación es plástica (esto es, si la deformación persiste en parte). El que la deformación sea elástica o plástica depende de la naturaleza del cuerpo, de la temperatura, y del grado y tasa (velocidad) de deformación al que ha sido sometido. A temperatura constante, los materiales se comportan normalmente como elásticos cuando los esfuerzos aplicados son pequeños, si bien se tornan plásticos cuando los esfuerzos superan un cierto límite.

Para estudiar el comportamiento mecánico de los materiales, se recurre a la experimentación sometiendo a los mismos a esfuerzos progresivos y registrando la deformación resultante. Estos datos se expresan en diagramas sl-el como los de la Figura 7, donde toma la forma de curvas similares (en forma) a las obtenidas en los ensayos de succión capilar. En la Figura 7 puede apreciarse un tramo de la curva sl-el donde el esfuerzo es directamente proporcional a la deformación. Este comportamiento constituye la ley de Hooke, que aplica solo para pequeñas deformaciones, hasta un límite denominado límite de proporcionalidad, representado en la Figura 7 por el punto a. En este tramo, el comportamiento del material es elástico, esto es, si se disminuye el esfuerzo aplicado lentamente, se recorre el mismo tramo de la curva en sentido contrario, hasta alcanzar el punto de origen donde el esfuerzo y la deformación son nulos. La proporcionalidad entre el

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esfuerzo y la deformación en el tramo de la ley de Hooke permite definir el módulo de Young o módulo de elasticidad (E). Este módulo es la constante de proporcionalidad, de manera que:

E l

l

s

e

Donde el módulo de elasticidad E es positivo (sl y el son negativos) y presenta las mismas dimensiones que el esfuerzo ya que el es adimensional. El valor del módulo de Young es característico para distintos materiales, por lo que puede utilizarse para comparar las características mecánicas de los mismos.

Figura 7. Curva esfuerzo-deformación para compresión, con ilustración de los tramos elástico y plástico.

Para deformaciones superiores al límite de proporcionalidad, existe un cierto tramo de la curva sl-el donde el comportamiento del material es elástico, aunque no existe proporcionalidad entre el esfuerzo y la deformación. El límite en el que el comportamiento del material deja de ser elástico se denomina límite elástico, representado por el punto b de la curva en la Figura 7.

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Al aumentar el esfuerzo y superarse el límite elástico (punto b), la deformación aumenta rápidamente y es en parte permanente. Así, si se disminuye el esfuerzo aplicado lentamente a partir del punto c de la curva, se recorrerá el trayecto indicado por una flecha de puntos hasta alcanzar el punto donde el esfuerzo es nulo, pero existe una cierta deformación permanente (el cuerpo no recupera su longitud original). Al aumentar el esfuerzo se llega finalmente al punto d, denominado punto de ruptura, donde el cuerpo experimenta una fracturación catastrófica por cizalla o fisuración extensional. Este punto de ruptura define, en términos del esfuerzo compresivo, la resistencia a la compresión (R).

La resistencia a la compresión de los materiales de construcción es muy variable, oscilando desde materiales:

muy débiles (<70 kg/cm2)

débiles (70-200 kg/cm2)

moderadamente resistentes (200-700 kg/cm2)

fuertes (700-1400 kg/cm2) hasta

muy fuertes (>1400 kg/cm2).

Las rocas naturales son relativamente resistentes a la compresión (no tanto a la tensión y flexión), aunque las rocas sedimentarias son las más débiles debido sobre todo a su mayor porosidad y variable grado de cementación, al igual que los hormigones (Tabla 3). Aunque no puede generalizarse el efecto del tamaño de grano, puede decirse que, en general, la resistencia a la compresión aumenta a medida que aumenta el tamaño de grano de los materiales, a igualdad de otras variables como composición mineral, estructura, porosidad, cementación, etc.

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Tabla 3. Resistencia a la compresión de algunas rocas y materiales de construcción (modificado de Winkler, 1973).

(Mpa) kg/m2·106 kg/cm2·103

Granito 97 310 10 32 1.0 3.2

Sienita 186 434 19 44 1.9 4.4

Gabro, diabasa 124 303 13 31 1.3 3.1

Basalto 110 338 11 34 1.1 3.4

Caliza 14 255 1 26 0.1 2.6

Arenisca 34 248 4 25 0.4 2.5

Gneiss 152 248 15 25 1.5 2.5

Cuarcita 207 627 21 64 2.1 6.4

Mármol 69 241 7 25 0.7 2.5

Pizarra 138 207 14 21 1.4 2.1

Hormigón 5.5 69 1 7 0.1 0.7

La resitencia a la compresión de rocas utilizada en monumentos granadinos son (valores obtenidos en seco por Guardia Olmedo et al., 1986, Arte y Deterioro en los Monumentos Granadinos. Catedral, Chancillería y Palacio de Carlos V. Universidad de Granada, 140 p.)

Tabla 4. Resistencia a la compresión de rocas utilizadas en monumentos granadinos (Guardia Olmedo et al., (1986).

Calcarenita: 75-500 kg/cm2

Travertino: 400-700 kg/cm2

Conglomerados: 200 kg/cm2

Caliza de Sierra Elvira: 600-900 kg/cm2

Mármol de Macael: 680-980 kg/cm2

Serpentinita: 400-700 kg/cm2

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Las relaciones entre esfuerzo y deformación ilustradas en la Figura 7 son ideales, ya que representan un comportamiento estrictamente elástico para el material en el tramo lineal de la curva correspondiente a la ley de Hooke. No obstante, los materiales reales muestran relaciones esfuerzo-deformación más complicadas, no siguiéndose estrictamente la relación de linealidad. Esto significa que las curvas esfuerzo-deformación pueden presentar tramos elásticos, casi-elásticos, semi-elásticos y no-elásticos (o plásticos). Los tipos de curvas para materiales casi-elásticos, semi-elásticos y no-elásticos se representan en la Figura 8.

Por otro lado, los materiales pueden clasificarse como frágiles y dúctiles (Figura 9). Los materiales frágiles (como el vidrio) se rompen cuando se supera el límite elástico, (b y d son muy cercanos), mientras que los materiales dúctiles (como el acero o el cobre) presentan un tramo de comportamiento plástico amplio.

Los materiales pétreos pueden caracterizarse, en general, como frágiles bajo condiciones de temperatura ambiental (si bien a altas presiones y temperaturas presentan tramos plásticos más amplios, Figura 9). La deformación permanente entre el límite elástico y el punto de ruptura en los materiales heterogéneos como los pétreos se verifica a bajas temperaturas mediante una micro fracturación frágil. Esta micro fracturación se produce sobre todo en el interior de los minerales que forman las rocas, a favor de sus sistema de exfoliación, o entre micro poros. El grado de micro fracturación, que es controlado por las características texturales y estructurales de los materiales (e.g., tamaño de grano, porosidad, razón clastos/matriz, cementación, etc.), define en gran medida la forma de la curva esfuerzo-deformación. Así, puede generalizarse que los materiales pétreos con tamaño de grano fino tienden a ser casi-elásticos, mientras que los de grano grueso tienden a ser semi-elásticos, siempre a igualdad de otros factores. Respecto de la porosidad, materiales compactos y poco porosos tenderán a un comportamiento casi-elástico o semi-elástico, mientras los materiales muy porosos y poco o moderadamente coherentes (esto es, escasamente cementados, como las calcarenitas bioclásticas utilizadas en la construcción de edificios históricos de Granada o morteros de cal) tienden a un comportamiento sami-elástico o plástico. El comportamiento semi-elastico o plástico indica un rápido aumento de la deformación en los primeros incrementos de esfuerzo, lo cual se explica por acomodo de la carga por el movimiento relativo de los granos (gruesos) del entramado y/o deformación de los poros, pasándose a continuación a una situación en que la tasa de deformación es menor, esto es, de recuperación mecánica, en la que el esfuerzo y la deformación aumentan más o menos proporcionalmente una vez el entramado de granos ha adquirido cierta compactación (Figura 8).

Como puede deducirse de lo anterior, el módulo de Young sólo puede definirse en rigor cuando los materiales elásticos, ya que la proporcionalidad lineal entre esfuerzo y deformación no se verifica en los materiales casi-elásticos, semi-elásticos y plásticos. A pesar de ello, este módulo puede calcularse para partes

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determinadas de las curvas esfuerzo-deformación, aunque sin el conocimiento de sus formas este dato sirve de poco. No obstante, cuando los materiales son frágiles, y su comportamiento es elástico o casi elástico, el módulo de Young y la resistencia a la compresión nos permiten tener una idea bastante aproximada de las curvas esfuerzo-deformación, ya que en estos materiales el límite de proporcionalidad, el límite elástico y el punto de ruptura casi son coincidentes. En estos casos, el módulo de Young será muy útil para evaluar el comportamiento mecánico de los materiales ante la acción de esfuerzos compresivos de tipo uniaxial.

Las anisotropías estructurales de los materiales, tales como superficies de estratificación o foliación, introducen lógicamente anisotropías mecánicas. Dado que estas superficies introducen debilidades mecánicas (i.e., los materiales se fracturan por extensión y cizalla más fácilmente a favor de las mismas), la resistencia a la compresión y el módulo de elasticidad disminuyen si el esfuerzo principal mayor (i.e., compresor, s1) es paralelo u oblicuo (cercano a 45º) a tales superficies. La resistencia a la compresión de materiales anisótropos es máxima cuando las superficies están orientadas perpendicularmente al esfuerzo principal mayor. Esto es importante en la estabilidad de las estructuras en los edificios y en los trabajos de restauración que impliquen sustitución de piezas por materiales estructuralmente anisótropos.

Figura 8. Curvas esquemáticas esfuerzo-deformación para materiales casi-elásticos (e.g., basaltos, granitos de grano fino), semi-elásticos (e.g., calizas, areniscas, mármoles) y plásticos (morteros de cal, morteros de yeso).

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Figura 9. Deformación frágil y dúctil bajo compresión, torsión y extensión (s1, s2 y s3, son los esfuerzos principales mayor, intermedio y menor, respectivamente). Las flechas marcan las tendencias en el comportamiento de los materiales al variar la presión, la temperatura, la presión de fluidos localizados en los poros y la tasa de deformación.

Como se ha indicado más arriba, la presencia de agua en el interior del sistema poroso de un material altera sus propiedades mecánicas. Este efecto se debe dos causas: 1) al desarrollo de presiones hidráulicas en los poros rellenos de agua que afectan a los esfuerzos intergranulares (i.e., contactos de granos), y 2) a la alteración de las propiedades de superficie de los granos (minerales). Esto puede causar inestabilidad a lo largo de superficies más débiles y disminuir la resistencia a la cizalla o fricción, produciéndose una reducción más o menos significativa de su resistencia a la compresión.

La razón entre los coeficientes de resistencia a la compresión del material saturado en agua y seco, denominado coeficiente de ablandamiento, es una medida del efecto del agua sobre la resistencia a la compresión:

KR

Rs

s

d

Donde: Ks es el coeficiente de ablandamiento (adimensional)

Rs (Pa) es la resistencia a la compresión del material saturado en agua y

Rd (Pa) es la resistencia a la compresión del material seco.

Para algunos materiales muy porosos fácilmente empapables, este coeficiente tiende a 0, ya que Rs tiende a 0, mientras que otros materiales poco porosos como vidrios o aceros el coeficiente de ablandamiento tiende a 1, esto es,

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retienen sus propiedades mecánicas ante la presencia de agua. Los materiales con coefientes de ablandamiento mayores de 0.8 se califican de resistentes mecánicamente respecto de la acción del agua. Los materiales con coeficientes menores de 0.8 nunca deben exponerse a la acción de la humedad (e.g., zócalos de elementos constructivos que sufren infiltración capilar), y en caso de exponerse, deben aislarse de la humedad con barreras impermeables o tratarse con productos hidrofugantes.

RESISTENCIA A LA TENSION

La resistencia a la tensión es el esfuerzo tensional por unidad de área a la que el material falla (se rompe) por fracturación extensional. Esta propiedad, que es una indicación del grado de coherencia del material para resistir fuerzas “tirantes”, depende de la resistencia de los minerales, del área interfacial entre granos en contacto y del cemento intergranular e intragranular.

Existen distintas técnicas para medir la resistencia a la tensión, tanto en materiales pétreos como en morteros, cementos y hormigones. En el ensayo de tracción directa, quizás el más apropiado, se utilizan probetas cilíndricas con una razón longitud/diámetro de 2 a 2.5. Los extremos de las probetas se introducen (y pegan con resina epoxi) en unas cápsulas que están unidas a cadenas que transmiten el esfuerzo tensional sin introducir componentes de torsión. La norma ASTM D2936 regula los métodos y condiciones experimentales este ensayo.

Los conceptos, definiciones y controles de la deformación introducidos anteriormente para la resistencia a la compresión pueden ser extendidos sin más problema a la resistencia a la tensión. Respecto de los materiales pétreos de construcción, puede generalizarse que, para un material dado, la magnitud de la resistencia a la tensión suele ser de un orden de magnitud menor que la resistencia a la compresión. En la Tabla 5 se presentan valores de resistencia a la tensión para algunas rocas medidos con la técnica de tracción directa.

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Tabla 5. Resistencia a la tensión (Mpa) de algunas rocas (de Touloukian y Ho, 1981).

Basalto 8.6

Conglomerado 29.7

Calizas 4.2 5.8

Arenisca 1.1 1.7

Arenisca calcárea4.3

Esquistos 3.1

RESISTENCIA A LA FLEXION

La resistencia a la flexión, o módulo de ruptura, es la resistencia de un material a ser doblado (plegado) o flexurado. La medida de esta propiedad se realiza con barras de material asentadas sobre dos pivotes y aplicando carga sobre el centro de la barra (norma ASTM C99-52). La resistencia a la flexión (Sm) viene dada por la expresión:

SP l

dm

83p

Donde: P (Pa) es la carga aplicada

l (m) es la distancia entre los pivotes y

d3 (m) es el diámetro de la probeta

si la probeta es cilíndrica, y por la expresión:

SP l

b hm

3

2 2

Donde: b (m) es el ancho de la sección de la probeta y

h (m) es el largo de la probeta

Si la probeta es prismática.

Para un material pétreo dado, el valor de resistencia a la flexión es cercano al doble de su resistencia a la tensión medida con el método de tracción directa.

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FATIGA

Cuando los materiales sufren esfuerzos de forma cíclica sin llegar al punto de ruptura, se observa un debilitamiento mecánico de los mismos con el tiempo. Esto implica una pérdida de sus propiedades mecánicas, que puede dar lugar a la fracturación bajo esfuerzos mucho menores que los apropiados para los materiales “frescos” que no han sido sometidos a esfuerzos. A esta característica de los materiales se le denomina fatiga.

Se ha encontrado que la causa fundamental del fallo por fatiga de los materiales pétreos es la microfracturación. Los experimentos llevados a cabo sugieren una evolución episódica para la fatiga. Inicialmente, se produce una microfracturación entre los contactos de grano y en el interior de los cristales a favor de los planos de exfoliación y superficies de partición de los mismos. A continuación, existe un periodo de aquiescencia, con escasa deformación adicional. En el último estadio, las microfracturas coalescen, perdiéndose coherencia e iniciándose el fallo (fracturación) del material. No obstante, también parece que la fatiga es un proceso continuo, disipándose la energía en forma de microfracturas hasta el punto en que se supera un nivel crítico en el que ocurre el fallo.

La mayor parte de los procesos de deterioro de tipo mecánico que sufren los materiales pétreos en los edificios se deben al fallo por fatiga, ya que los esfuerzos generados no suelen superar la resistencia a la compresión, tensión o flexión de los materiales “frescos”. No obstante, también hay que tener en cuenta el efecto de otros procesos físicos y químicos de alteración, que modifican las propiedades mecánicas originales de los materiales, generalmente reduciendo sus propiedades mecánicas.

Las rocas son materiales con elevada resistencia a la compresión y en menor medida a la flexión y la tensión. Por esta razón son materiales apropiados para elementos constructivos tales como muros, paramentos, columnas, etc., que sufren importantes cargas compresivas, y no tanto para elementos constructivos que sufren importantes esfuerzos tensionales y de flexión, como los generados en estructuras adinteladas o arquitrabadas. Por esta razón, la luz de los arquitrabes no puede ser elevada.

La resistencia a la tensión es una propiedad particularmente importante desde el punto de vista de los procesos de alteración de materiales pétreos de construcción. Esto es debido tanto a la existencia de procesos de alteración cíclicos que generan importantes esfuerzos tensionales capaces de producir fallos mecánicos (fracturación) por fatiga en los materiales, como al hecho de ser la propiedad mecánica cuantitativamente más deficiente en los mismos. Entre los procesos de deterioro mecánico por generación de esfuerzos tensionales cabe destacar los cambios volumétricos que sufren los materiales al sufrir variaciones de

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temperatura, la formación de hielo y la cristalización e hidratación/deshidratación de sales solubles en el interior del sistema poroso de los materiales.

Figura 10. Acciones mecánicas en el sistema adintelado (modificado de Ortega Andrade, 1993)

DUREZA

La dureza es la resistencia de los materiales para resistir la penetración de otro cuerpo. Para el caso de minerales, la dureza se ha considerado clásicamente como la resistencia que presenta un mineral a ser rayado por otro mineral o material. F. Mohs dedujo empíricamente una escala cualitativa basada en las durezas relativas de distintos minerales que ha sido muy utilizada como criterio de clasificación y de determinación. Esta escala es como sigue:

Dureza Mineral Dureza Mineral

1_________Talco 6_________Ortosa

2_________Yeso 7_________Cuarzo

3_________Calcita 8_________Topacio

4_________Fluorita 9_________Corindón

5_________Apatito 10________Diamante

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Cada uno de estos minerales es capaz de rayar a los situados antes que él en la escala, y a su vez es rayado por los que vienen después. La medida de la dureza suele ser cualitativa (aunque hay métodos de determinación precisa) estableciéndose en una primera aproximación en base a los siguientes criterios: si la uña raya al mineral la dureza es menor de 2.5; si una navaja raya al mineral la dureza es menor de 5.5; si el mineral raya al vidrio la dureza es igual o mayor de 7. Así, el cuarzo se diferencia de la calcita en que aquel raya al vidrio y ésta no.

Esta propiedad es vectorial, es decir, depende de la dirección en que se aplique en un mineral, debido a la diferente distribución de enlaces cristalinos en las estructuras minerales. Así por ejemplo, la distena (Al2SiO5) es un mineral de hábito prismático que presenta una dureza de 4 a lo largo de su elongación mayor y de 6.5 perpendicularmente a la misma. En general, los minerales presentan durezas más bajas en superficies de exfoliación respecto de otras direcciones. En cualquier caso, la dureza depende del tipo de enlaces atómicos presentes, de la estructura y de la composición. A igualdad de otros factores, los minerales con estructuras más densas son más duros (e.g. el aragonito tiene una dureza de 4 y la calcita de 3), y los que presentan elementos más pequeños son más duros (e.g. el corindón (Al2O3) tiene una dureza de 9 y la hematites (Fe2O3) de 6, presentando el Al+3 un radio iónico de 0.57 Å y el Fe+3 de 0.67 Å). En general, los minerales que presentan moléculas de (OH) o de agua (H2O) tienen durezas bajas, lo cual es debido a que en las estructuras hidratadas existen enlaces débiles entre estas moléculas y el resto de los átomos, como en el caso del yeso (CaSO4·2H2O) y el talco (Mg3Si4O10 (OH)2).

Aplicadas a los materiales pétreos, esta propiedad es importante para evaluar la trabajabilidad, con utensilios de impacto y abrasivos, de los materiales en la cantera y en la obra. Existen muchos métodos de evaluar la dureza: la resistencia al rayado, a la indentación, a la abrasión, al rebote y al impacto. La gran complejidad de los materiales pétreos no permite una correlación clara entre los distintos parámetros de resistencia mecánica y de dureza, aunque en general, la dureza de los materiales aumenta a medida que la resistencia a la compresión aumenta. Dado que las rocas son materiales frágiles, presenta débil o moderada resistencia al impacto, por lo que son materiales trabajables con herramientas de impacto. Esto permite en la mayor parte de los casos un buen acabado. Lo mismo puede decirse de su buena trabajabilidad por pulido, particularmente en rocas como calizas y mármoles, aunque existen rocas relativamente duras (i.e., aquellas que presentan abundante cuarzo, como cuarcitas y granitos) que resisten bien la raya y la abrasión.

EXPANSIÓN TÉRMICA

En general, el incremento de la temperatura de cualquier material produce un aumento de su volumen. Esto se debe a que la energía térmica absorbida induce

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un incremento en las vibraciones de los átomos constitutivos de la materia, agrandando las distancias interatómicas. Este fenómeno se describe como expansión volumétrica de origen térmico a presión constante, o simplemente expansión térmica, y su medida se realiza en términos del coeficiente de expansión térmica (a). Este coeficiente representa el incremento relativo de volumen producido al aumentar la temperatura en un grado a presión constante, y puede escribirse como:

a = 1/V*(V/T)

Cuando el incremento de volumen no depende de la temperatura a la que se mida. Las dimensiones de a son ºC-1, y sus valores son positivos en la mayor parte de los casos ya que, como se ha indicado anteriormente, las sustancias suelen aumentar de volumen al aumentar la temperatura. No obstante, existen algunos sustancias que disminuyen su volumen al aumentar la temperatura en determinados rangos de esta última, como es el caso del cuarzo-b (y el agua).

Por lo que se refiere a los minerales cuya estructura cristalina no es cúbica, como es el caso de la mayoría de los minerales que constituyen las rocas comunes, sus coeficientes de expansión térmica dependen de la dirección cristalina en la que se mida (esto es, los minerales son anisótropos respecto de esta propiedad). Así, el cuarzo-a se expande más perpendicularmente a su eje c (eje principal de simetría y de elongación) que paralelamente a él. Este comportamiento se denomina expansión térmica diferencial, y su medida se realiza en términos de coeficientes de expansión térmica lineal (l), que representan los incrementos relativos de longitud producidos al aumentar la temperatura en un grado a presión constante:

l = 1/l*(l/T)

La dimensión de este coeficiente es también ºC-1, y sus valores son positivos en la mayor parte de los casos por la misma causa que se ha indicado más arriba. No obstante, existen algunas sustancias que disminuyen su longitud en direcciones determinadas al aumentar la temperatura, como en el caso de la calcita, que se expande paralelamente a su eje c y se contrae perpendicularmente a él. No obstante, el coeficiente de expansión térmica de la calcita en términos de volumen es positivo, ya que la contracción que sufre perpendicularmente al eje c es proporcionalmente menor a la expansión que sufre paralelamente al mismo. En el caso del cuarzo-b, el incremento de temperatura supone contracciones en todas las direcciones cristalográficas, por lo que el resultado neto es un descenso de volumen (o aumento de densidad).

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Expansión térmica volumétricade cuarzo, calcita, aragonito, feldespatos y hornblenda

Expansión térmica lineal de cuarzo, calcita y feldespatos

Figura 11. Expansión térmica volumétrica y lineal de algunos minerales formadores de rocas (tomado de Winkler, 1973).

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Tabla 6. Expansión térmica lineal y volumétrica del cuarzo desde 0 a 1000 ºC a 1 bar de presión (tomado de Winkler, 1973).

Temperatura ( ºC) Incremento de l (%) Incremento de volumen (%)

^ c // c

50_____________0.07__________0.03_________________0.17

100_____________0.14__________0.08_________________0.36

200_____________0.30__________0.18_________________0.78

300_____________0.49__________0.29_________________1.27

400_____________0.72__________0.43_________________1.87

500_____________1.04__________0.62_________________2.70

570_____________1.46__________0.84_________________3.76

573 Transición de cuarzo-a a cuarzo-b

580_____________1.76__________1.03_________________4.55

600_____________1.76__________1.02_________________4.54

700_____________1.75__________1.01_________________4.51

800_____________1.73__________0.97_________________4.43

900_____________1.71__________0.92_________________4.34

1000_____________1.69__________0.88_________________4.26

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MECANICA DE SUELOS

El objetivo principal de la Mecánica de Suelos es estudiar el comportamiento del suelo para ser usado como material de construcción o como base de sustentación de las obras de ingeniería.

_La importancia de los estudios de la mecánica de suelos radica en el hecho de que si se sobrepasan los límites de la capacidad resistente del suelo o si, aún sin llegar a ellos, las deformaciones son considerables, se pueden producir esfuerzos secundarios en los miembros estructurales, quizás no tomados en consideración en el diseño, produciendo a su vez deformaciones importantes, fisuras, grietas, alabeo o desplomos que pueden producir, en casos extremos, el colapso de la obra o su inutilización y abandono.

_En consecuencia, las condiciones del suelo como elemento de sustentación y construcción y las del cimiento como dispositivo de transición entre aquel y la estructura, han de ser siempre observadas, aunque esto se haga en proyectos pequeños fundados sobre suelos normales a la vista de datos estadísticos y experiencias locales, y en proyectos de mediana a gran importancia o en suelos dudosos, infaliblemente, al través de una correcta investigación de mecánica de suelos.

_La Mecánica de Suelos se interesa por la estabilidad del suelo, por su deformación y por el flujo de agua, hacia su interior, hacia el exterior y a través de su masa, tomando en cuenta que resulte económicamente factible usarlo como material de construcción.

_A un ingeniero le interesa identificar y determinar la conveniencia o no de usar el suelo como material para construir rellenos en caminos, canales de conducción y distribución de los sistemas de riego, obras hidráulicas, entre otros.

_Para esto es necesario obtener muestras representativas del suelo que se someten a pruebas de laboratorio, tomando en cuenta que el muestreo y los ensayos se realizan necesariamente sobre pequeñas muestras de población, es necesario emplear algún método estadístico para estimar la viabilidad técnica de los resultados.

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_El ingeniero pronosticará las características de carga-deformación de rellenos naturales o compactados, que soportan cualquier construcción o como estructura de suelo.

SISTEMA DE CLASIFICACION DE SUELOS

Un Sistema de Clasificación de los Suelos es una agrupación de éstos con características semejantes. El propósito es estimar en forma fácil las propiedades de un suelo por comparación con otros del mismo tipo, cuyas características se conocen. Son tantas las propiedades y combinaciones en los suelos y múltiples los intereses ingenieriles, que las clasificaciones están orientadas al campo de ingeniería para el cual se desarrollaron, por consiguiente, sólo se explicarán las clasificaciones empleadas en obras viales.

6.1 Sistema AASHTO

El Departamento de Caminos Públicos de USA (Bureau of Public Roads) introdujo en 1929 uno de los primeros sistemas de clasificación, para evaluar los suelos sobre los cuales se construían las carreteras. En 1945 fue modificado y a partir de entonces se le conoce como Sistema AASHO y recientemente AASHTO.Este sistema describe un procedimiento para clasificar suelos en siete grupos, basado en las determinaciones de laboratorio de granulometría, límite líquido e índice de plasticidad. La evaluación en cada grupo se hace mediante un "índice de grupo", el cual se calcula por la fórmula empírica:

IG = (F - 35) (0,2 + 0.005 (Wl - 40)) + 0,01 (F - 15) (IP - 10).

En que:

F = Porcentaje que pasa por 0.08 mm, expresado en números enteros basado solamente en el material que pasa por 80 mm.

Wl = Límite Líquido.

IP = Índice de Plasticidad.

Se informa en números enteros y si es negativo se informa igual a 0.

El grupo de clasificación, incluyendo el índice de grupo, se usa para determinar la calidad relativa de suelos de terraplenes, material de subrasante, subbases y bases. Disponiendo de los resultados de los ensayes requeridos, proceda en la Tabla V.6 de izquierda a derecha y el grupo correcto se encontrará por eliminación.

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El primer grupo desde la izquierda que satisface los datos de ensaye es la clasificación correcta. Todos los valores límites son enteros, si alguno de los datos es decimal, se debe aproximar al entero más cercano.

El valor del índice de grupo debe ir siempre en paréntesis después del símbolo del grupo, como: A-2-6 (3); A-7-5 ( 17), etc.

Este método define:

- Grava: material que pasa por 80 mm y es retenido en tamiz de 2

- Arena gruesa: material comprendido entre 2 mm y 0.5 mm

- Arena fina: material comprendido entre 0,5 y 0,08 mm.

- Limo arcilla: material que pasa por tamiz 0,08 mm.

El término material granular se aplica a aquellos con 35% o menos bajo tamiz 0,08 mm; limoso a los materiales finos que tienen un índice de plasticidad de 10 o menor; y arcilloso se aplica a los materiales finos que tienen índice de plasticidad 11 o mayor. Materiales limo arcilla contienen más del 35% bajo tamiz 0,08 mm.

Cuando se calcula índices de grupo de los subgrupos A-2-6 y A-2-7, use solamente el término del índice de plasticidad de la fórmula.

Cuando el suelo es NP o cuando el límite líquido no puede ser determinado, el índice de grupo se debe considerar (0).

Si un suelo es altamente orgánico (turba) puede ser clasificado como A-8 sólo con una inspección visual, sin considerar el porcentaje bajo 0,08 mm, límite líquido e índice de plasticidad. Generalmente es de color oscuro, fibroso y olor putrefacto.

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Sistema unificado de clasificación de suelos USCS

El Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (USCS) deriva de un sistema desarrollado por A. Casagrande para identificar y agrupar suelos en forma rápida en obras militares durante la guerra.

Este sistema divide los suelos primero en dos grandes grupos, de granos gruesos y de granos finos. Los primeros tienen más del 50 por ciento en peso de granos mayores que 0,08 mm; se representan por el símbolo G si más de la mitad, en peso, de las partículas gruesas son retenidas en tamiz 5 mm, y por el símbolo S sí más de la mitad pasa por tamiz 5 mm.

A la G o a la S se les agrega una segunda letra que describe la graduación: W, buena graduación con poco o ningún fino; P, graduación pobre, uniforme o discontinua con poco o ningún fino; M, que contiene limo o limo y arena; C, que contiene arcilla o arena y arcilla.

Los suelos finos, con más del 50 por ciento bajo tamiz 0,08 mm, se dividen en tres grupos, las arcillas (C), los limos (M) y limos o arcillas orgánicos (O).

Estos símbolos están seguidos por una segunda letra que depende de la magnitud del límite líquido e indica la compresibilidad relativa: L, si el límite líquido es menor a 50 y H, si es mayor.

Para mayor comprensión describiremos el procedimiento de clasificación:

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6.2.1 Procedimiento de Clasificación de Suelos de granos gruesos (más de 50% retenido en 0,08 mm)

Una vez efectuados los ensayes de clasificación, determine la distribución acumulativa de los tamaños de las partículas y clasifique la muestra como grava (G), si el 50%, o más de la fracción gruesa (> 0,08 mm) es retenida en tamiz 5 mm, y clasifíquela como arena (S), si más del 50% de la fracción gruesa (> 0,08 mm) pasa por tamiz 5 mm.

Si menos del 5% en peso de la muestra pasa por tamiz 0,08 mm, calcule:

Cu = D60/D10 y Cc = (D30)^2/D10*D60

Clasifique la muestra como grava bien graduada (GW), o arena bien graduada (SW), si C" es mayor que 4 para las gravas y mayor que 6 para las arenas, y CL está comprendido entre 1 y 3.

Clasifique la muestra como grava pobremente graduada (GP), o arena pobremente graduada (SP), si no se satisfacen simultáneamente los criterios de C" y CL para bien graduada.

Si más que el 12%, en peso, de la muestra de ensaye pasa por 0,08 mm, analice los valores del límite líquido (wL) e índice de plasticidad (IP) mediante la línea "A" de la carta de plasticidad).

Clasifique la muestra como grava limosa (GM), o arena limosa (SM), si los resultados de los límites de consistencia muestran que los finos son limosos, es decir, si al dibujar wL versus IP, este punto cae bajo la línea "A" o el IP es menor que 4.

Clasifique la muestra como grava arcillosa (GC), o arena arcillosa (SC), si los finos son arcillosos, es decir, si al dibujar el w, versus IP, cae sobre la línea "A" y el IP es mayor que 7.

Si el punto del límite líquido versus índice de plasticidad cae prácticamente en la línea "A" o está sobre esta línea, pero el índice de plasticidad está comprendido entre 4 y 7, dé clasificación doble tal como GM-GC o SM-SC.

Si pasa por tamiz 0,08 mm del 5 al 12% de la muestra, el suelo llevará clasificación doble, basada en los criterios de graduación y límites de consistencia, tales como

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GW-GC o SP-SM. En casos dudosos, la regla es favorecer a la clasificación de menos plasticidad. Por ejemplo una grava con 10% de finos, un C" de 20, C~ de 2,0 y un índice de plasticidad de 6, será clasificado como GW-GM en vez de GW-CG.

6.2.2 Procedimiento de clasificación de suelos de granos finos (50% o más pasa por 0,08 mm)

Clasifique el suelo como una arcilla inorgánica (C), si al dibujar el punto del límite líquido versus índice de plasticidad, éste cae sobre la línea "A" y el índice de plasticidad es mayor que 7.

Si el límite líquido es menor que 50 y el punto wL versus IP cae sobre la línea "A" y el IP es mayor que 7, clasifíquela como arcilla inorgánica de baja a media plasticidad (CL), y como arcilla de alta plasticidad (CH) si el Limite Líquido es mayor que 50 y el punto wL versus IP cae sobre la línea A (Carta de plasticidad fig. 5.12). En caso que el límite líquido exceda a 100 o el IP exceda a 60, expanda la carta de plasticidad manteniendo las mismas escalas y pendiente de la línea "A".

Fig. 5.12 Carta de Plasticidad

Clasifique el suelo como limo inorgánico (M), si al dibujar el punto wL versus IP cae bajo la línea "A" o el IP es menor que 4, a menos que se sospeche que hay materia orgánica presente en cantidades suficientes como para influir en las propiedades del suelo (suelo de color oscuro y olor orgánico cuando está húmedo y tibio), en cuyo caso se debe efectuar un segundo límite líquido con la muestra de ensaye secada al horno a una temperatura de 110 ± 5°C durante 24 horas. Se clasifica como limo o arcilla orgánicos (O), si el límite líquido después del secado al horno, es menor que 75% del límite líquido de la muestra original determinado antes del secado.

Clasifique el suelo como limo inorgánico de baja plasticidad (ML), o como limo o limo arcilla orgánicos de baja plasticidad (OL), si el límite líquido es menor que 50 y

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al dibujar wL versus IP cae bajo la línea "A" o el IP es menor a 4.

Clasifique el suelo como limo inorgánico de media a alta plasticidad (MH), o como una arcilla u limo arcilla orgánico de media a alta plasticidad (OH), sí el wL. Es mayor que 50 y el punto dibujado de wL versus IP cae bajo la línea "A" o el IP es menor a 4.

Con el fin de indicar sus características de borde, algunos suelos de grano fino deben clasificarse mediante simbología doble. Si el punto dibujado del wL versus IP cae prácticamente en la línea "A" o sobre la línea "A" donde el Índice de Plasticidad tiene un rango de 4 a 7, el suelo debe tener clasificación doble tales como CL-ML o CH-OH. Si el punto dibujado de wL versus IP cae prácticamente en la línea del límite líquido igual a 50, el suelo deberá tener clasificación doble tales como CL-CH o ML-MH.

En casos dudosos la regla de clasificación favorece al más plástico. Por ejemplo, un suelo fino con un w~ = 50 y un índice de plasticidad de 22 se deberá clasificar como CH-MH en lugar de CL-ML.

Este sistema fue adoptado por el U.S. Army Corps of Engineers en 1942 y en 1947 le introdujo algunos límites para evitar doble clasificación. En 1952, el Cuerpo de

Ingenieros en conjunto con el Bureau of Reclamation y asesorados por el Dr. Casagrande efectuaron las últimas modificaciones.

Basados en observaciones de terreno y ensayes de Laboratorio de materiales de base para caminos y aeropuertos, el Cuerpo de Ingenieros subdividió los grupos

GM y SM en dos grupos, designados por los sufijos "d" y "u", que han sido escogidos para representar a materiales que son convenientes o no,

respectivamente, para ser empleados en bases de caminos y aeropuertos. Símbolos típicos son GM, y SM.

Se emplea el sufijo "d" cuando el límite líquido es menor o igual a 25 y el índice de plasticidad menor o igual a 5.

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ESTUDIO DE SUELOS

El suelo será empleado principalmente como:

_Sustento de la construcción

_Material de construcción

Geotecnia: Técnica con elementos de ciencia y “arte”

Que se dedica al estudio de las propiedades de

Suelos, rocas y materiales artificiales, así como a la

Resolución de problemas de fundaciones y/o

Excavaciones en ellos o a su empleo como material

De construcción.

La Mecánica de Suelos se dedica a los mismos

Estudios pero sólo referidos a los suelos.

TIPOS DE SUELOS

POR SU FUNCIONALIDAD

TENEMOS: Suelos arenosos: No retienen el agua, tienen muy poca materia orgánica y no son aptos para la agricultura, ya que por eso son tan coherentes.

Suelos calizos: Tienen abundancia de sales calcáreas, son de color blanco, seco y árido, y no son buenos para la agricultura.

Suelos humíferos (tierra negra): Tienen abundante materia orgánica en descomposición, de color oscuro, retienen bien el agua y son excelentes para el cultivo.

Suelos arcillosos: Están formados por granos finos de color amarillento y retienen el agua formando charcos. Si se mezclan con humus pueden ser buenos para cultivar.

Suelos pedregosos: Formados por rocas de todos los tamaños, no retienen el agua y no son buenos para el cultivo.

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Suelos mixtos: tiene características intermedias entre los suelos arenosos y los suelos arcillosos.

Por características físicas

Litosoles : Se considera un tipo de suelo que aparece en escarpas y afloramientos rocosos, su espesor es menor a 10 cm y sostiene una vegetación baja, se conoce también como leptosales que viene del griego leptos que significa delgado.

Cambisoles : Son suelos jóvenes con proceso inicial de acumulación de arcilla. Se divide en vértigos, gleycos, eutrícos y crómicos.

Luvisoles : Presentan un horizonte de acumulación de arcilla con saturación superior al 50%.

Acrisoles : Presentan un marcado horizonte de acumulación de arcilla y bajo saturación de bases al 50%.

Gleysoles : Presentan agua en forma permanente o semipermanente con fluctuaciones de nivel freático en los primeros 50 cm.

Fluvisoles : Son suelos jóvenes formados por depósitos fluviales, la mayoría son ricos en calcio.

Rendzina : Presenta un horizonte de aproximadamente 50 cm de profundidad. Es un suelo rico en materia orgánica sobre roca caliza.

Vertisoles : Son suelos arcillosos de color negro, presentan procesos de contracción y expansión, se localizan en superficies de poca pendiente y cercanos escurrimientos superficiales

PROCEDIMIENTOS DE CAMPO: EXPLORACION DESUELOS MANUAL (CALICATAS) Y MECANICOS (CON EQUIPOS)

CalicatasLas calicatas permiten la inspección directa del suelo que se desea estudiar y, por lo tanto, es el método de exploración que normalmente entrega la información más confiable y completa. En suelos con grava, la calicata es el único medio de exploración que puede entregar información confiable, y es un medio muy efectivo para exploración y muestreo de suelos de fundación y materiales de construcción a un costo relativamente bajo.

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Es necesario registrar la ubicación y elevación de cada pozo, los que son numerados según la ubicación. Si un pozo programado no se ejecuta, es preferible mantener el número del pozo en el registro como "no realizado" en vez de volver a usar el número en otro lugar, para eliminar confusiones.

La profundidad está determinada por las exigencias de la investigación pero es dada, generalmente, por el nivel freático.

La sección mínima recomendada es de 0,80 m por 1,00 m, a fin de permitir una adecuada inspección de las paredes. El material excavado deberá depositarse en la superficie en forma ordenada separado de acuerdo a la profundidad y horizonte correspondiente. Debe desecharse todo el material contaminado con suelos de estratos diferentes. Se dejarán plataformas o escalones de 0,30 a 0,40 metros al cambio de estrato, reduciéndose la excavación. Esto permite una superficie para efectuar la determinación de la densidad del terreno. Se deberá dejar al menos una de las paredes lo menos remoldeada y contaminada posible, de modo que representen fielmente el perfil estratigráfico del pozo. En cada calicata se deberá realizar una descripción visual o registro de estratigrafía comprometida.

A cada calicata se le deberá realizar un registro adecuado que pasará a formar parte del informe respectivo. La descripción visual de los diferentes estratos se presentará en el formato de la figura 5.1 y deberá contener, como mínimo, toda la información que allí se solicita.

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ENSAYOS DE CAMPO Y LABORATORIO

Los principales campos de actividad que abarcamos son:

� LABORATORIO

� Suelos

� Rocas

� Identificación

� Resistencia

� Deformabilidad

� Expansividad y succión

� Identificación y clasificación

� Capacidad portante de materiales para explanadas

� Ensayos especiales

 

� CAMPO

� Ensayos in situ

� Control de actuaciones

� AuscultaciónPenetrómetro

� Levantamiento topográfico

� Sondeos verticales y subverticales

� Muestreo

� Ensayos de permeabilidad in-situ

� Ensayos especiales

� Técnicas geofísicas

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Ensayos geotécnicos de laboratorio

Los ensayos geotécnicos de laboratorio son pruebas realizadas para la determinación de las características geotécnicas de un terreno, como parte de las técnicas de reconocimiento de un reconocimiento geotécnico. Estos ensayos se ejecutan sobre las muestras previamente obtenidas en el terreno y, dependiendo del tipo de ensayo, se exigen distintas calidades de muestra.

Clasificación de los ensayos

Columna de tamices para determinar la clasificación granulométrica.

Para la determinación de las propiedades del suelo, los ensayos se clasifican en:

Ensayos de identificación: son los únicos (junto con los de compactación) que pueden realizarse sobre muestras alteradas. Pueden ser:

o Físicos: granulometría, plasticidad o peso específico de partículas.

o Químicos: contenido en sulfatos, carbonatos o materia orgánica.

Ensayos de estado: humedad natural, peso específico seco o aparente. Proporcionan la situación del terreno en su estado natural. Como excepción, pueden utilizarse muestras alteradas para la obtención de la humedad natural, siempre que se protejan de pérdidas posteriores de humedad nada más proceder a su obtención.

Ensayos de permeabilidad: en permeámetros de carga constante, de carga variable o en célula triaxial.

Ensayos de cambio de volumen: compresibilidad edométrica, expansividad (presión de hinchamiento, hinchamiento libre, índice de Lambe) y colapso.

Ensayos de resistencia: compresión simple, corte directo (CD, CU, UU), compresión triaxial (CD, CU, UU).

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Otros ensayos sobre suelos o rocas:

o Compactación Próctor

o Índice de dispersividad Pin-Hole (sobre muestra alterada).

o Ensayos sobre rocas: compresión simple (con o sin galgas extensométricas), carga puntual (Point Load), corte directo de diaclasas, índice de durabilidad Slake, compresión triaxial.

Ensayos químicos sobre agua freática: obtención de pH, de contenido en sales solubles o de elementos contaminantes.

MATERIALES UTILIZADOS EN GEOTECNIA

Sondeos: Reconocimiento del terreno , se utilizan para alcanzar mayor profundidad que con un penetrómetro,  ver el nivel freático, atraviesa suelos resistentes y roca.

Penetrómetros :pruebas realizadas para saber las características geotécnicas.

Piezómetros

Utiliza para medir la presión de poros o nivel del agua en perforaciones terraplenes, cañerías y estanques a presión.

Micropilotes

Está compuesto por un tubo de acero colocado en el interior de una perforación y recubierto mediante una lechada de cemento inyectado.

POSTEADOR MECÁNICO

Consta:

Mecha

Una T

En parte inferior una mecha.

POSTEADOR MANUAL

Accesorios:

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Manivela

Tubería de perforación

Mecha

TOMA DE MUESTRAS PARA ENSAYOS DE LABORATORIO

ALTERADAS E INALTERADAS

La toma u obtención de muestras, es como se conoce al procedimiento por el que se recogen partes, porciones o elementos representativos de un terreno, a partir de las cuales se realizará un reconocimiento geotécnico del mismo.

Las muestras son porciones representativas del terreno que se extraen para la realización de ensayos de laboratorio. Dependiendo de la forma de obtención, pueden clasificarse de forma general en dos tipos:

Muestras alteradas: conservan sólo algunas de las propiedades del terreno en su estado natural.

Muestras inalteradas: conservan, al menos teóricamente, las mismas propiedades que tiene el terreno "in situ".

Muestras obtenidas en calicatas

Muestras alteradas:

Se toman de trozos de suelo arrancado por la pala excavadora, introduciéndolo en bolsas. Si se pretende obtener la humedad del terreno, puede guardarse la muestra en un recipiente estanco, o para finarla.

Muestras inalteradas:

Requieren una limpieza superficial previa a la toma de la muestra, y un parafinado posterior de las caras de la muestra, en las que el suelo queda en contacto con el exterior. Pueden ser:

- En bloque: tallando a mano un bloque aproximadamente cúbico, con dimensiones superiores a 15 ó 20 cm. La calidad de esta muestra es excelente.

- Cilíndrica: mediante la hinca por golpeo manual de un toma muestras cilíndrico de diámetro no menor de 15 cm.

Muestras obtenidas en sondeos

Muestras alteradas:

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Obtenidas de trozos de testigo o de muestras de ensayo SPT. Análogamente al caso de muestras alteradas obtenidas en calicatas, se tienen en cuenta las mismas consideraciones.

Muestras inalteradas:

Se consiguen mediante toma muestras adecuadas. Los más utilizados son los toma muestras abiertos de pared gruesa y el toma muestras de pared delgada o Shelby. También, en suelos muy sensibles a la alteración inherente a la maniobra, puede utilizarse el toma muestras de pistón de pared gruesa o delgada.

El utilizado con mayor frecuencia es el primero de los citados. Consta de un tubo cilíndrico de pared gruesa dotado de una zapata separable. El resto del tubo es bipartido (por dos generatrices), para la extracción posterior de la muestra una vez tomada. En el interior se aloja una camisa fina que generalmente es de PVC, aunque puede ser metálica, donde se introduce la muestra para enviarla al laboratorio, habiendo parafinado previamente las caras extremas para evitar pérdidas de humedad.

En suelos blandos, el grosor de la zapata provoca una fuerte alteración de la muestra. Para evitarlo, se recurre al toma muestras de pared delgada, también denominado Shelby. En este caso, no se introduce ninguna camisa en el interior del toma muestras, sino que la muestra se envía al laboratorio dentro del mismo tubo Shelby, convenientemente tapado y parafinado.

En suelos arcillosos muy duros o en rocas, no se pueden introducir tubos toma muestras mediante presión o percusión: en el caso de arcillas muy firmes, la introducción del tubo toma muestras por medio de un gran número de golpes, provoca la total alteración del suelo. Por ello, debe obtenerse la muestra con la batería de perforación. Si este suelo duro o roca requiere agua para el avance, (y esto puede dar lugar a una alteración de la muestra), se debe utilizar tubo sacatestigos doble. El testigo que va a ser enviado como muestra al laboratorio, debe ser envuelto en un malaza y parafinado posteriormente.

Ensayos "in situ".

Pruebas de penetración.

Métodos geofísicos.

Tanto los métodos geofísicos como las pruebas de penetración pueden considerarse como subgrupos de los ensayos "in situ", si bien el amplio contenido de ambos campos puede aconsejar su estudio por separado

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ENSAYOS DE RESITENCIA  Y CONTROL     :   DENSIDAD DE CAMPO (CONO DE ARENA) (LOS EQUIPOS)

La medición de la tensión total  o tensión efectiva, requiere del uso de diferentes procedimientos y por lo tanto de diferentes accesorios y equipos.

La tensión total, normalmente se mide en una célula triaxial en la cual la muestra se somete a una presión confinada. Posteriormente, se aplica una carga a través de un pistón hacia una plataforma de presión. La muestra se confina en una membrana plástica que impide el drenaje interior o exterior. Normalmente, la presión de poro del agua no se mide y la prueba rápida no drenada se conoce como la prueba QU-TXL. Una extensión de la prueba QU es la prueba de comportamiento cohesivo (UU) que es similar a la QU pero se ejecuta a un ritmo más lento para poder medir la presión de poro del agua. 

La tensión efectiva medida en una célula triaría, es mucho más compleja en su naturaleza. Se deben medir numerosos parámetros entre ellos la presión del agua de poro y el cambio de volumen. A partir de estos valores, se pueden calcular diferentes propiedades de ingeniería.

Las pruebas de tensión efectiva, se conocen como consolidada drenada (CD) o no drenada (CU). Generalmente la prueba consolidada se aplica a arenas y para arcilla se puede utilizar la drenada o no drenada. Existen diferentes variaciones dentro de este grupo de pruebas básicas.

ELE ofrece una amplia gama de equipos de ensayo triaxial que incluyen:

Marcos de Carga Digitales Tritest

Cargador Versa

Células Triaxiales y Accesorios

Set de Pruebas Triaxiales DataSystem 

Sistemas de presión

Aparatos mecánicos o electrónicos  de medición para cargas, desplazamiento, presión y cambio de volumen

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ENSAYO DE RESISTENCIA

Los ensayos destinados a medir la resistencia de un suelo frente a cargas dinámicas de transito son muy variados, siendo los más comunes:

Relación de Valor Soporte California (CBR)

Valor de resistencia de Hveem (Valor R)

Ensayo de placa de carga (Valor K)

Penetración dinámica con cono

Modulo resiliente

Ensayo del cono de arena para la verificacion de la humedad en un tramo que se realizara pavimento flexible, una avenida.

Buscando el lugar apropiado para realizar el ensayo

Empezando a extraer material

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Extrayendo material de la capa base

Instalado ya el cono de arena y esperando que baje la arena.

MECANICA DE LOS SUELOS

COMPACTACION DE LOS SUELOS

1. COMPACTACION

Generalidades

¿Qué es Compactación?

La compactación de suelos es el proceso artificial por el cual las partículas de suelo son obligadas a estar más en contacto las unas con las otras, mediante una reducción del índice de vacíos, empleando medios mecánicos, lo cual se traduce en un mejoramiento de sus propiedades ingenieriles.2

2. ¿Cuál es la Importancia de la Compactación?

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La importancia de la compactación de suelos estriba en el aumento de la resistencia y disminución de la capacidad de deformación que se obtiene al someter el suelo a técnicas convenientes, que aumentan el peso específico seco, disminuyendo sus vacíos.

3. ¿Dónde se aplica mayormente la Compactación?

Por lo general, las técnicas de compactación se aplican a rellenos artificiales tales como cortinas de presas de tierra, diques, terraplenes para caminos y ferrocarriles, bordes de defensas, muelles, pavimentos, etc.

4. ¿De qué depende los métodos empleados para la Compactación?Los métodos empleados para la compactación de suelos dependen del tipo de materiales con que se trabaje en cada caso; en los materiales puramente friccionantes como la arena, los métodos vibratorios son los más eficientes, en tanto que en suelos plásticos el procedimiento de carga estática resulta el más ventajoso. En la práctica, estas características se reflejan en el equipo disponible para el trabajo, tales como: plataformas vibratorias, rodillos lisos, neumáticos o patas de cabra.

5. Los fundamentos de la compactación no están perfectamente explicados, sin embargo, se reconoce que el agua juega un papel importante, especialmente en suelos finos. Es así como existe un contenido de humedad óptima para suelos finos, para el cual el proceso de compactación dará un peso máximo de suelo por unidad de volumen, es decir, un peso específico seco máximo.Para bajos contenidos de humedad, el agua está en forma capilar produciendo compresiones entre las partículas constituyentes del suelo, lo cual tiende a la formación de grumos difícilmente desintegrables que dificultan la compactación.

6. COMPACTACION fundamentos

El aumento del contenido de humedad hace disminuir esta tensión capilar en el agua, haciendo que una misma energía de compactación produzca mejores resultados. Si el agua es tal que se tienen parte importante de los vacíos llenos de agua, esta dificulta el desplazamiento de las partículas de suelo produciendo una disminución en la eficiencia de la compactación. Por esta razón se habla de una humedad óptima para suelos finos, para el cual el proceso de compactación dará un peso máximo de suelo por unidad de volumen

7. La eficiencia de cualquier equipo de compactación depende de varios factores y para poder analizar la influencia particular de cada uno, se requiere disponer de procedimientos estandarizados que reproduzcan en laboratorio la compactación

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que se puede obtener in situ con el equipo disponible. De entre todos los factores que influyen en la compactación, podría decirse que dos son los más importantes: el contenido de agua del suelo, antes de iniciarse el proceso de compactación y la energía específica, empleada en dicho proceso. Por energía específica se entiende la energía de compactación la energía de compactación suministrada al suelo por unidad de volumen.

8. COMPACTACION beneficios

Aumenta la capacidad para soportar cargas: Los vacíos producen debilidad del suelo e incapacidad para soportar cargas pesadas. Estando apretadas todas las partículas, el suelo puede soportar cargas mayores debidas a que las partículas mismas que soportan mejor.

Impide el hundimiento del suelo: Si la estructura se construye en el suelo sin afirmar o afirmado con desigualdad, el suelo se hunde dando lugar a que la estructura se deforme (asentamientos diferenciales). Donde el hundimiento es más profundo en un lado o en una esquina, por lo que se producen grietas o un derrumbe total.

Reduce el escurrimiento del agua: Un suelo compactado reduce la penetración de agua. El agua fluye y el drenaje puede entonces regularse.Reduce el esponjamiento y la contracción del suelo: Si hay vacíos, el agua puede penetrar en el suelo y llenar estos vacíos. El resultado sería el esponjamiento del suelo durante la estación de lluvias y la contracción del mismo durante la estación seca.Impide los daños de las heladas: El agua se expande y aumenta el volumen al congelarse. Esta acción a menudo causa que el pavimento se hinche, y a la vez, las paredes y losas del piso se agrieten. La compactación reduce estas cavidades de agua en el suelo.

9. COMPACTACION tipos de suelos

Suelos Cohesivos: son suelos arcillosos y limosos o sea material de grano muy fino, y la compactación se produce por la reorientación y por la distorsión de los granos y sus capas absorbidas. Esto se logra por una fuerza que sea lo suficientemente grande para vencer la resistencia de cohesión por las fuerzas entre las partículas.

Suelos No Cohesivos: (granular)son suelos compuestos de rocas, piedras. Gravas y arenas, o sea suelos de granos gruesos. En el caso de suelos granulares el proceso de compactación más adecuado resulta el de la vibración, pero debe tenerse en cuenta, como ya se sabe, que el comportamiento de los suelos gruesos depende mucho de la granulometría. Se requiere una fuerza moderada aplicada en una amplia área, o choque y vibración. La compactación eficiente en los suelos cohesivos requiere presiones más altas para los suelos secos que para los

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húmedos, pero el tamaño del área cargada no es crítico. La eficiencia se mejora aumentando la presión durante la compactación a medida que el peso especifico y la resistencia aumenta.Suelos Mixtos: en la naturaleza la mayoría de los suelos están compuestos por una intima mezcla de partículas de muchísimos tamaños.

10.COMPACTACION objetivos

Debe tener suficiente resistencia para soportar con seguridad su propio peso y el de la estructura o las cargas de las ruedas.

No debe asentarse o deformarse tanto, por efecto de la carga, que se dañe el suelo o la estructura que soporta.

No debe ni retraerse ni expenderse excesivamenteDebe conservar siempre su resistencia e incompresibilidadDebe tener la permeabilidad apropiada o las características de drenaje para su función.

11.COMPACTACION maquinas de compactación

Por presión estática: fundamentalmente mediante una elevada presión estática que debido a la fricción interna de los suelos, tienen un efecto de compactaci6n limitado, sobre todo en terrenos granulares donde un aumento de la presión normal repercute en el aumento de las fuerzas de fricción internas, efectuándose únicamente un encantamiento de los gruesos.

Por impacto: trabajan únicamente según el principio de que un cuerpo que choca contra una superficie, produce una onda de presión que se propaga hasta una mayor profundidad de acción que una presión estática, comunicando a su vez a las partículas una energía oscilatoria que produce un movimiento de las mismas Por vibración: trabajan mediante una rápida sucesión de impactos contra la superficie del terreno, propagando hacia abajo trenes de ondas, de presión que producen en las partículas movimientos oscilatorios, eliminando la fricción interna de las mismas que se acoplan entre sí fácilmente y alcanzan densidades elevadas. Es pues, un efecto de ordenación en que los granos más pequeños rellenan los huecos que quedan entre los mayores

12.COMPACTACION maquinas de compactaciónPor presión estática: Apisonadoras clásicas de rodillos lisos . —Rodillos patas de cabra. —Compactadores de ruedas neumáticas. APISONADORAS CLASICAS DE RODILLOS LISOS.- En estas apisonadoras la característica más importante es la preside que ejercen sobre el terreno. Se considera un área de contacto en función del diámetro de los rodillos, peso de la maquina y tipo de suelo, a través del cual se transmite la preside estática. Estas maquinas, aunque muy empleadas, la verdad es que su efecto de compactación alcanza muy poca profundidad en suelos coherentes

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13.COMPACTACION maquinas de compactación

Por impacto: algunas maquinas de compactación que trabajan según el principio de impacto:—Placas de caída libre.— Pisones de explosión.PLACAS DE CAIDA LIBRE.- Se trata de unas places de hierro de superficie de contacto lisa de 0,5 m2, de forma rectangular y con un peso que oscila entre las 2 y 3 Tm., las cuales se eleven mediante cables hasta una altura de 1,5 a 2 m. sobre el suelo y se les deja caer libremente sobre el mismo. Para ello se necesita una maquina adicional tal como una excavadora, grúa, etc. La preside de contacto que produce la caída es muy alta y comprime en combinación con una cierta sacudida hasta los suelos pesados, rocosos. Es únicamente en la compactación de roca donde puede ser interesante.PISONES DE EXPLOSION.- Este tipo de maquina se levanta del suelo debido a la explosión de su motor, que por reacción contra el mismo produce la suficiente fuerza ascendente pare elevar toda ella unos 20 cm. Al caer ejerce un segundo efecto compactador dependiente de su peso y altura de elevación. Estos pisones son muy apropiados pare suelos coherentes, aunque también den resultado con otra clase de materiales. Son muy buenos pare la compactación de zanjas, bordes de terraplenes, cimientos de edificios, etc.

14.COMPACTACION maquinas de compactaciónPor vibración: Placas vibrantes. —Rodillos vibratorios. Hoy día es quizá la maquina más utilizada. En los últimos años ha sido tal _I número de tipos y marcas disponibles en el mercado, que casi resulta materialmente imposible conocerlas todas. Se han empleado en la compactación de toda clase de suelos sin distinción: bases granulares artificiales, sub-bases naturales, suelo-cementos, rellenos rocosos, asfaltos, arcillas, arenas, etc., y naturalmente, el éxito ha sido variable. Hay que considerar primordialmente los efectos de resonancia. Esta es función, por una parte, de la composición o tipo del terreno, contenido de humedad del mismo, etc., y por otra, del propio vibrador. Es decir, que lo importante es la adecuación de frecuencia de resonancia del suelo y de la mesa del vibrador

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INDICE BCR

Otro factor importante, indicativo de la respuesta que puede dar un determinado tipo de suelo ante la colocación de un pavimento de Euro adoquines y que nos va a permitir diseñarlo de acuerdo con los resultados que se obtengan, es el índice CBR.

El Índice CBR (California Bearing Ratio) se utiliza para evaluar la capacidad portante de los suelos de explanaciones aunque, también es aplicable a capas de base y subbases de firmes y se define como: el tanto por ciento de la presión ejercida por un pistón sobre el suelo, para una penetración determinada, con relación a la presión correspondiente a la misma penetración en una muestra tipo (NLT-111/87).

Por otro lado se puede llegar a relacionar módulos característicos del suelo, que nos permiten conocer sus propiedades de una manera más concreta, como el módulo elástico, E, o el módulo de deformación del suelo, K (Figura 5), con el índice CBR. En la Figura 5 se puede observar el el valor del módulo K aumenta considerablemente cuando el valor del índice CBR es mayor de 20, es decir cuando la explanada tiende a ser poco deformable. De acuerdo con lo comentado se pueden relacionar el tipo de explanada, el índice CBR, el ensayo Proctor y los límites de Atterberg con los tipos de suelo, que según el PG 3 (1975) se clasifican en: suelos inadecuados (SI), tolerables (ST), adecuados (SA) y seleccionados (SS), de la siguiente manera:

E1 (5 <= CBR < 10): Explanada deformable

E2 (10 <= CBR < 20): Explanada poco deformable

E3 (20 < CBR): Explanada muy poco deformable

En la Figura 6 se observa que las explanadas consideradas para el cálculo de secciones (E1, E2, E3), se relacionan con los suelos aceptables y seleccionados. Cuando el índice CBR correspondiente se encuentra por debajo del 5 se debe proceder un tratamiento de mejora del mismo. De acuerdo con los resultados de estos ensayos y como ya se ha indicado a lo largo de este Manual y en especial en el capítulo 5 y el capítulo 6, se obtienen unas determinadas características que deben cumplir las explanadas, bases y subbases que conforman un pavimento de Euro adoquines para que su comportamiento bajo un tráfico determinado, según el proyecto a realizar, sea correcto.

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Granulometría de suelos

Los ensayos de granulometría tienen por finalidad determinar en forma cuantitativa la distribución de las partículas del suelo de acuerdo a su tamaño.

Las distribución de las partículas con tamaño superior a 0.075 se determina mediante tamizado, con una serie de mallas normalizadas.

Para partículas menores que 0.075 mm, su tamaño se determina observando la velocidad de sedimentación de las partículas en una suspensión de densidad y viscosidad conocidas.

Granulometría por tamizado

Muestra original de suelo conteniendo partículas de varios tamaños. Esta muestra se seca al horno y se determina su masa total seca. 

Porción A: Porción de la muestra que queda retenida en el tamiz de diámetro 4.75 mm 

Porción B: Porción de la muestra que pasa el tamiz 4.75 mm. Esta porción incluye partículas finas.

La porción A, después de lavarla en el tamiz #4, para eliminar las partículas de arena y las más finas

La porción B, después de lavarla en el tamiz #200 para eliminar las partículas finas

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Algunas mallas utilizadas en el proceso de tamizado

Tamizado del suelo en una serie de mallas 

Determinación del peso retenido en una de las mallas

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TOPOGRAFIA

Definición.- Estudia el conjunto de procedimientos para determinar la posición de u punto sobre la superficie terrestre, por medio de medidas según los tres elementos del espacio: dos distancias y una elevación o una distancia, una elevación y una dirección. Para distancias y elevaciones se emplean unidades de longitud (en sistema métrico decimal), y para direcciones se emplean unidades de arco (grados sexagesimales).

Como es sabido, la Topografía tiene dos grandes divisiones las cuales abarcan, en conjunto, el estudio completo de las dimensiones de la Tierra y las distribuciones de terreno, y facilitan un mayor entendimiento de este estudio. La Topografía se subdivide en Planimetría y Altimetría.

1-PLANIMETRIA

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Se le llama Planimetría al levantamiento de información y confección de planos y al estudio del terreno para la mejor instalación. Sin embargo, la Altimetría es otro concepto relacionado con las medidas de las alturas y las curvas de nivel.

Se encarga de la medición de las diferencias de nivel o de elevación entre los diferentes puntos del terreno, las cuales representan las distancias verticales medidas a partir de un plano horizontal de referencia. La determinación de las alturas o distancias verticales también se puede hacer a partir de las mediciones de las pendientes o grado de inclinación del terreno y de la distancia inclinada entre cada dos puntos.

En este capítulo se estudian los procedimientos para fijar las posiciones de puntos proyectados en un plano horizontal, sin importar sus elevaciones.

Las medidas de distancias entre puntos pueden hacerse:

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Directas (con Longímetros)

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Indirectas (con Telémetros)

Las medidas indirectas se estudian en la parte relativa a levantamientos Taquimétricos.

Medidas Directas.-

Cinta de lienzo (con entramado metálico)

Cinta de fibra de vidrio

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Cadena (trabajos de pocas aproximaciones o terreno abrupto)

Las cintas son conocidas comúnmente, la cadena está hecha con eslabones metálicos de 20 cm. y a cada metro tiene una placa.

Las distancias con que se trabaja y que se marcan en planos en planos, siempre son horizontales. Por tanto, las distancias siempre que se puede se miden horizontales o se convierten a horizontales con datos auxiliares (ángulo vertical o pendiente)

EMPLEO DE LA CINTA EN MEDIDAS DE DISTANCIAS

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a) Terreno horizontal

Se va poniendo la cinta paralela al terreno, al aire, y se marcan los tramos clavando estacas o "fichas", o pintando cruces.

Al medir con longímetro es preferible que este no toque el terreno, pues los cambios de temperatura al arrastrarlo, o al contacto simple, influyen sensiblemente en las medidas.

Las cintas de acero con una tensión de aproximadamente 4Kg por cada 20m de longitud, dan la medida marcada, esta tensión se mide con Dinamómetro en medidas de precisión, y las cintas deben compararse con la medida patrón. Para trabajos ordinarios con cintas de 20 a 30 m, después de haber experimentado la fuerza necesaria para templar con 4 o 5Kg no es necesario el uso constante del Dinamómetro.

b) Terreno inclinado - Pendiente constante

c) Terreno irregular

Siempre se mide en tramos horizontales para evitar el exceso de datos de inclinaciones de la cinta en cada tramo.

Superficies

La superficie dentro del Polígono se calcula sumando la de todos.

La de un triángulo será:

La superficie dentro del Perímetro levantado se obtiene sumando o restando a la del Polígono, la superficie bajo las curvas o puntos fuera del Polígono, la que a su vez se puede calcular: calculando por separado la superficie de cada trapecio o triángulo irregular que se forme, o tomando normales a intervalos iguales para formar trapecios y triángulos de alturas iguales.

En ambos casos el perímetro se supone formado por una serie de rectas.

Trazo de ángulos con cinta.-

a) Calculando los lados de un triángulo rectángulo con las funciones naturales de los ángulos por trazar en (A).

b) Empleando toda la longitud de la cinta.

Largo de la cinta = K

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Sustituyendo (2) y (3) en (1):

csen A + c cos A + c = K

c (1 + sen A + cos A) = K

La suma de (a + b + c) debe ser igual a la longitud de la cinta (K).

Estirando la cinta sostenida en las marcas calculadas, se fija el ángulo (A) que debe trazarse

DIRECCIONES DE LAS LINEAS Y ANGULOS HORIZONTALES

La dirección de una línea se puede definir por el Rumbo o por su Azimut. Ambos pueden ser magnéticos o astronómicos. Los datos astronómicos se consideran invariables, y también se les llama verdaderos.

Rumbo es el ángulo que forma una línea con el eje Norte - Sur, contando de 0º a 90º, a partir del Norte o a partir del Sur, hacia el Este o el Oeste.

Tomando la línea AB, su rumbo directo es el que tiene estando parado uno en (A) y viendo hacia (B).

El rumbo Inverso es el que tiene en sentido opuesto, o sea el de BA.

Azimut Angulo que forma una línea con la dirección Norte - Sur, medido de 0º a 360º a partir del norte, en el sentido del movimiento del reloj.

Declinación Magnética.- Es el ángulo formado entre la dirección Norte-Astronómica y la Norte magnética. Cada lugar de la tierra, tiene su declinación que puede ser hacia el Este o hacia el Oeste, según se desvíe la punta Norte de la aguja magnética.

El meridiano de un lugar de la tierra sigue la dirección Norte-Sur astronómica .La declinación magnética en un lugar puede obtenerse determinado la dirección astronómica y la magnética de una línea; también se puede obtener de tablas de posiciones geográficas, queda la declinación de diversos lugares y poblaciones; o mediante planos de curvas Isogónicas.

La declinación sufre variaciones que se clasifican en: Seculares, Anuales, Diurnas e Irregulares, las tres primeras son variaciones que sufren con el tiempo, y por eso es importante cuando se usa la orientación magnética, anotar la fecha y la hora en que se hizo la orientación.

Las variaciones irregulares no se pueden determinar, pues se deben a atracciones locales, o tormentas magnéticas y pueden ser variaciones muy grandes.

Levantamientos

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El levantamiento es un conjunto de  operaciones que determinan las posiciones de puntos, la mayoría calculan superficies y volúmenes y la representación de medidas tomadas en el campo mediante perfiles y planos entonces son topográficos  

Topográficos

Por abarcar superficies reducidas se realizan despreciando la curvatura de la tierra sin error apreciable.

Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar" del menú superior   

Geodésicos

Son levantamientos en grandes extensiones y se considera la curvatura terrestre

Los levantamientos topográficos son los mas comunes y los que mas interesan, los geodésicos son de motivo especial al

Cual se dedica la Geodesia.

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- Tipos de levantamientos topográficos:

1. De terrenos en general - Marcan linderos o los localizan, miden y dividen superficies, ubican terrenos en planos generales

Ligando con levantamientos anteriores, o proyectos obras y construcciones.

2. De vías de comunicación - Estudia y construye caminos, ferrocarriles, canales, líneas de transmisión, etc.

3. De minas - Fija y controla la posición de trabajos subterráneos y los relaciona con otros superficiales.

4. Levantamientos catastrales -Se hacen en ciudades, zonas urbanas y municipios, para fijare linderos o estudiar las obras Urbanas.

5. Levantamientos aéreos -Se hacen por fotografía, generalmente desde aviones y se usan como auxiliares muy valiosos.

De todas las otras clases de levantamientos.

La teoría de la topografía se basa esencialmente en la Geometría Plana y Del Espacio, Trigonometría y Matemáticas en general.

Hay que tomar en cuenta las cualidades personales como la iniciativa, habilidad para manejar los aparatos, habilidad para tratar a

Las personas, confianza en si mismo y buen criterio general.

    Precisión.- Hay imperfecciones en los aparatos y en el manejo de los mismos, por tanto ninguna medida es exacta en topografía

y es por eso que la naturaleza y magnitud de los errores deben ser comprendidas para obtener buenos resultados.

    Las equivocaciones son producidas por falta de cuidado, distracción o falta de conocimiento.

    En la precisión de las medidas deben hacerse tan aproximadas como sea necesario.

    Comprobaciones.- Siempre se debe comprobar las medidas y los cálculos ejecutados, estos descubren errores y equivocaciones

y determinan el grado de precisión obtenida.

    Notas de Campo.- Siempre deben tomarse en libretas especiales de registro, y con toda claridad para no tener que pasarlas

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Posteriormente, es decir, se toman en limpio; deben incluirse la mayor cantidad de datos complementarios posibles para evitar malas

Interpretaciones ya que es muy común que los dibujos los hagan diferentes personas encargadas del trabajo de campo.

Errores

Generalidades.-

   Instrumentales

                                      Orígenes de los errores Personales

Naturales

Los errores se dividen en dos clases:

      Sistemáticos     Accidentales

Sistemático.- En condiciones de trabajo fijas en el campo son constantes y del mismo signo y por tanto son acumulativos, por ejemplo: en medidas de ángulos, en aparatos mal graduados o arrastre de graduaciones en el transito, cintas o estadales mal graduadas, error por temperatura.

Accidentales.- Se dan indiferentemente en un sentido o en otro y por tanto puede ser que tengan signo positivo o negativo, por ejemplo: en medidas de ángulos, lecturas de graduaciones, visuales descentradas de la señal, en medidas de distancias, et.. Muchos de estos errores se eliminan por que se compensan.

El valor más probable de una cantidad medida varias, es el promedio de las medidas tomadas o media aritmética, esto se aplica tanto en ángulos como en distancias y desniveles.

Las equivocaciones se evitan con la comprobación, los errores accidentales solo se pueden reducir por medio de un mayor cuidado en las medidas y aumentando el número de medidas.

Los errores sistemáticos se pueden corregir aplicando correcciones a las medidas cuando se conoce el error, o aplicando métodos sistemáticos en el trabajo de campo para comprobarlos y contrarrestarlos.

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ALTIMETRIA

La altimetría se encarga de la medición de las diferencias de nivel o de elevación entre los diferentes puntos del terreno, las cuales representan las distancias verticales medidas a partir de un plano horizontal de referencia. La determinación de las alturas o distancias verticales también se puede hacer a partir de las mediciones de las pendientes o grado de inclinación del terreno y de la distancia inclinada entre cada dos puntos. Como resultado se obtiene el esquema vertical.

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CONCLUSIONES

Al desarrollar esta monografía nos dimos cuenta cuan importante es la topografía y el estudio de suelos para que tenga una buena capacidad portante nuestra vivienda.

Podemos decir que el estudio de la geotecnia perfeccionada luego por la geometría perfeccionista de su tecnología como los materiales y sus diversos estudios nos ha servido para el desarrollo de la sociedad.

Podemos concluir que los diversos mecanismos de la geotecnia nos han facilitado para el trabajo de construcción de suelos.

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BIBLIOGRAFIA

www.wikipedia.com

www.monografias.com

www.definiciones/topografia

http://ocw.upm.es/expresion-grafica-en-la-ingenieria/dibujo-de-construccion/contenidos/MetodosTopograficos/dc3_altimetria_de_obras.pdf

caminos.construaprende.com ›... › Topografía

http://altimetriaut.galeon.com/

www.altimetrias.net/htm/fotodidac.asp

www.Altimetrias.net /

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