7/18/2019 Formas de Las Partculas de Los Suelos

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FORMAS DE LAS PARTCULAS DE LOS SUELOS.

Con excepcin de los granos esfricos o cbicos, una sola dimensin no puededeterminar con exactitud el tamao de las partculas de un suelo. Por eso, laclasicacin segn forma adquiere tanta importancia como su tamao. Los

gelogos suelen emplear trminos tales como en forma de disco, de !o"as, de#aras, de esferas, etc., para describir la relacin predominante de dimensionesen las partculas.

$n ingeniera de suelos, se clasican los granos segn las siguientes formas%&edondeadas%'e cantos #i#os%'e cantos redondeados%Laminares o en escamas%(largadas o en bastones

La forma de las partculas in)u*e en el comportamiento * la capacidad

portante de un suelo. $n todos los granos se pueden determinar los siguientespar+metrosa La esfericidadb La angulosidadc La planeidad

Los granos redondeados son los que se aseme"an a una esfera. $l ndice de

redonde- r se obtiene

/iendo 0r la sumatoria de los radios menores de los cantos #i#os o

redondeados de las partculas * & el radio del crculo inscripto. 1 es el nmerode cantos salientes, como muestra la gura 2.3 a.

Los granos redondeados oponen ma*or resistencia a ser desmenu-ados * soncapaces de resistir grandes cargas est+ticas con pequeas deformaciones.

$l ndice de esfericidad 4e resulta

/iendo 'd el di+metro del circulo cu*a +rea es igual a la de la pro*eccin de lapartculasobre un plano paralelo a su ma*or dimensin de apo*o, * 'c el di+metro del

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circulocircunscripto. 5er g. 2.3 b

6ambin se puede medir la esfericidad con la relacin

/iendo 'e el di+metro equi#alente de una esfera cu*o #olumen sea el mismode la partcula, * L su ma*or dimensin. Los granos con formas laminares oalargadas presentan una esfericidad mu* reducida.

Las partculas obtenidas de las piedras quebradas por trituracin mec+nicatienen generalmente #rtices mu* agudos * se agrupan ba"o la clasicaci7n degranos de cantos #i#os, los cuales luego por erosin, #an puliendo *redondeando sus aristas. La angulosidad es la medida de la %agude-a de los #rtices de una partcula. La gura 2.8 muestra algunose"emplos de cantos de diferente angulosidad, desde el caso de bordes agudos* cortantes, !asta una redonde- que se aproxima a la esfrica.

9eneralmente las arenas donde predomina el feldespato, el cuar-o * ladolomita presentan aristas con marcada angulosidad, especialmente cuandopermanecen cerca de su lugar de origen. Pero si las arenas !an sidotransportadas * batidas por el #iento * las olas del mar, sua#i-annotablemente

sus bordes, como ocurre con Las de las pla*as. 9eneralmente las partculascon cantos #i#os tienden a quebrar con facilidad por la. Concentracin deesfuer-os que se locali-an en sus puntos de contacto, ofrecen ma*or

resistencia al despla-amiento que las partculas redondeadas. Los granoslaminares o en escaras tienen el aspecto de !o"as secas superpuestas * son elresultado de la exfoliacin de las micas de los minerales arcillosos. 5er g.2.: a.

Las partculas con caractersticas de planeidad tienden a orientarse!ori-ontalmente, unas sobre otras, * ofrecen buena resistencia a las cargasperpendiculares a su plano, si bien despla-an f+cilmente en la direccinparalela a su supercie, cuando se !allan ordenadamente dispuestas. Lossuelos de granos laminares est+n dotados de caractersticas el+sticas *resultan mullidos frente a las cargas din+micas, si bien son altamenteanistropos, especialmente en el caso de suelos compactados. $l ;ndice deplaneidad se dene por la relacin

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siendo < * = el anc!o * el espesor respecti#amente de las partculas. Laspartculas alargadas * en forma de bastones se presentan en algunas arcillas.5er g. 2.: b. $l ;ndice de alargamiento 4a se mide

Cuando el #alor de 2 es ele#ado, los granos presentan el incon#eniente de quese rompen con facilidad ba"o las cargas a Los suelos formados por partculasalargadas tienden a orientarlas en una misma direccin en terraplenes oladeras, de modo que se crea un plano preferencial de desli-amiento, queresulta peligroso para su estabilidad.

Tamao de los Granos en los Suelos.

Los suelos pueden ser clasicados segn el tamao predominante de susgranos, *a que por lo general todo suelo presenta una me-cla de partculas dediferentes formas * dimensiones que #aran desde grandes piedras !astagranos mu* nos que slo se pueden #isuali-ar con un microscopio comn. $susual que el contenido de gra#as * arenas se determine utili-ando tamices,mientras que el porcenta"e de coloides * arcillas se obtenga mediante ensa*osde sedimentacin. Por ello las pruebas granulomtricas se reali-an segn lossiguientes mtodos%6amices calibrados%$nsa*os !idromtricos

Para comen-ar, las muestras del suelo son agitadas en tamices de di#ersostamaos apilados #erticalmente, con aberturas de forma cuadrada *dimensiones #ariables entre 2> cm ?8@ * >,>A: nn ?6ami- B ./.(. /tandard1DEE segn indica la 6abla 2.3.

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$l tami- con los !uecos de ma*or dimensin se coloca en la parte superior *los restantes se superponen en forma ordenada con disminucin progresi#adel tamao de los !uecos , de modo que al clocar la muestra de suelo sobre eltami- superior, las partculas caen por gra#edad * #an quedando retenidassegn su tamao, en los diferentes tamices * Luego de completado el proceso,se pesa la parte del suelo contenida en cada B tami- * los resu2tdos segracan como indica la gura 2.D segn una cur#a de distribucin de acuerdoal tamao de los granos, con la correspondiente clasicacin dada en la 6abla2.8.

Los granos con tamao ma*or a 2> cm se miden directamente concalibradores * la fraccin de suelo que pasa el tami- 1 D>> se clasica luegopor sedimentacin, como ocurre con los suelos co!esi#os.Para ello se usan las pruebas !idromtricas, que consisten en la obser#acinde la #elocidad de asentamiento de las partculas del suelo. Cuanta m+spequea son, m+s lentamente asientan. /in embargo, el mtodo no da buenosresultados cuando las partculas tienen dimensin inferior a >,>>: mn debido aque se mantienen en suspensin indenidamente, * en este caso debenusarse microscopios electrnicos. $n el an+lisis !idromtrico, el tamao de laspartculas es el correspondiente al d2metro de una esfera cu*a sedimentacinen el agua ocurre a la misma #elocidad de la partcula.

Las arenas naturales comunes en 5ene-uela corresponden a suelos quepresentan un de sus granos m+s nos que el tami- de >,>A: nn * si se lascomprime con una presin de 2 .8>> FgGcmD* luego se descargan, seexpanden en un D>H.

$n la gura 2.D, los di+metros de las partculas se miden en escala logartmicaen las abscisas * los porcenta"es en peso de los granos m+s nos se da en lasordenadas en escala natural.

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Figura 1..

Las cur#as granulomtricas de diferentes suelos est+n representadas en lagura para tres tipos de ellos. La !ur"a Acorresponde a un suelo degraduacin discontinua, representada por la sucesin de conca#idades *con#exidadesI la !ur"a #es m+s sua#e, e indica un suelo bien graduado, congran #ariacin en el tamao de los granos mientras que la !ur"a Cpresentagran pendiente, lo cual e#idencia una graduacin uniforme. n punto

cualquiera de estas cur#as, por e"emplo el 2, sobre la cur#a (, indica que el:>H en peso del suelo tiene granos m+s nos que >,2D mm, * el punto 44 sobrela cur#a < que el 8>H en peso tiene granos m+s nos que >,3 mm.

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Densidad$ Porosidad e ndi!e de %a!&os en Suelos.

(nali-ando un espcimen tpico de un suelo, por e"emplo de arena arcillosa, su

aspecto en escala magnicada se indica en la gura 2.2 a, donde se puedenapreciar las partculas slidas formadas por gr+nulos de arena, partculas deardua * coloides compactos. ( los espacios % entre ellos se los designa poros o#ados, los cuales est+n colmados de lquido * gas. /e acepta generalmenteque el lquido es agua * que el gas es aire, si bien pueden contener otrosingredientes, tales como sales minerales en disolucin o gases resultantes dela descomposici7n de materias org+nicas u otros. $l #olumen * peso de lasdiferentes fases de la materia en la masa del suelo puede ser representadoesquem+ticamente como indica la gura 2.2 b, donde el #olumen totalresulta

donde 5s es el #olumen de los slidos, 5a el del aire * 5 el del agua contenidaen los poros.$l peso total es

$l peso del aire Ja generalmente se desprecia. Ja K E

Las m+s usuales deniciones que se utili-an para clasicar los suelos *

determinar las relaciones matemt2cas entre las fases que lo forman, seindican a continuacin

Rela!i'n de "a!&os e$s el ;ndice entre el #olumen de #acas * de salidos en la masa del suelo. /eexpresa como un decimal

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Figura 1.1 $structura de un suelo ixto.

Porosidad n$s la expresin del #olumen de #adoscomo porcenta"e del #olumen total de lamuestra % de suelo anali-ada, sin tomar en cuenta el aire o el agua contenidaen los poros.

La relacin de #ados e * la porosidad tambin pueden obtenerse mediante lasecuaciones

La relacin de #ados * la porosidad de un suelo dependen del grado decompactacin o consolidacin, por lo cual sir#en para determinar la capacidadportante del suelo, * esta se incrementa cuando ambas relaciones disminu*en.

Con(enido de )umedad */e expresa como el porcenta"e que relaciona el peso del agua J en la masadel suelo * el peso de los slidos en la misma masa.

Grado de sa(ura!i'n s&esulta el porcenta"e del #olumen del agua con relacin al #olumen total de#acos.

La saturacin es la condicin de un suelo para la cual los #ados est+ncompletamente llenos de agua, * saturacin parcial es cuando los #ados est+nparcialmente llenos de agua.

/obresaturacin o super saturacin es la condicin de exceso de agua con

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relacin al #olumen normal de #ados, cuando las partculas slidas )otan o se!allan en suspensin.

Cuando /K E, el suelo est+ seco. /i / 2>>H, est+ saturado. 5aloresintermedios de 3 corresponden a las saturaciones parciales. Lasobresaturacin e#idencia #alores de / M 2>>H.

La relacin m+s usada en mec+nica de suelos no es sin embargo el grado desaturacin, sino el contenido de !umedad N, *a que es m+s simple obtenerpesos que #olmenes. Para ello, se pesa la muestra al natural * se obtiene J.Luego se la seca en !orno a 22>OC * se #uel#ea pesar obtenindose J. 'e ecuacin 2.D seobtiene J

sualmente se consideran con ba"o contenido de !umedad los suelos con N:>H, con !umedad media cuando :> N QEH * con alto contenido de

!umedad cuando N M Q>H.

Densidad es+e!i,!a P3 s la relacin de masa por unidad de #olumen, * se mide en FgGm3o en gGcm3

Peso es+e!&,!o -&esulta la relacin entre el peso de la muestra de suelo * el #olumen de lamisma. La expresin general del peso especco es

$l trmino peso especco de un suelo implica suelo !medo, con !umedad

natural. $l peso especco se determina en muestras de suelo no disturbadas,extradas mediante tubos de penetracin !ermticos. $s la caracterstica msimportante de un suelo, indispensable para iniciar toda in#estigacinrelacionada con la mec+nica de suelos. /e pueden distinguir adem+s

a Peso especco de la muestra seca

b Peso especco de la muestra sumergida

$l peso especco del agua es

Peso es+e!&,!o rela(i"o de lamasa Gm6ambin conocido como peso especco aparente de una substancia, es larelacin entre su peso * el de igual #olumen de agua.

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Peso es+e!1,!o rela(i"o de los s'lidos Gs

$l peso especco relati#o es adimensional, * para cada mineral, 9: es unaconstante. La 6abla 2.2 da algunos de estos #alores para ciertos minerales, * la

6abla 2.D, para diferentes suelos. Las precedentes ecuaciones dadas, 2.2 a2.23, relacionan pesos * #olmenes de una masa de suelo, * % resultan de granutilidad pr+ctica en la resoluci7n de muc!os problemas de la mec+nica desuelos, tales como la estabilidad de taludes, el asentamiento de estratos ba"ouna construcci7n, el grado de % compactacin de un terreno, etc.

'ebido a la comple"idad de la estructura interna de una masa de suelo, lascargas exteriores aplicadas son resistidas en parte por las substanciasminerales slidas, * en parte por el % )uido de los poros. Las cargas resultanas compartidas, en forma similar a las presiones parciales en los gases.

La naturale-a del )uido de los poros in)uencia la magnitud de la resistencia acorte que se crea entre dos partculas prximas, las cuales aun cuando noestn en contacto, pueden transmitir fuer-as normales * tangenciales. $lespacio entre estas partculas aumenta o disminu*e segn % que las fuer-as decompresin transmitidas tambin aumenten o disminu*an. La interaccinentre estas fases es la interaccin qumica.

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