Concepto en mecanica de suelos

Unidad 1

NATURALEZA DE LOS SUELOS Y SUS PROPIEDADES

CONCEPTO EN MECANICA DE SUELOS

Mecánica de suelos: La “Mecánica de Suelos” es la rama de la ciencia que estudia las propiedades físicas del suelo y el comportamiento de las masas de suelo sometidas a varios tipos de fuerzas. Las propiedades que se estudian son: origen, distribución de tamaños de partículas, plasticidad, capacidad de drenar agua, compresibilidad, resistencia al corte y capacidad de apoyo (Das, 1998).

También puede definirse como la aplicación de los elementos básicos del suelo y de la ingeniería mecánica, para la evaluación del comportamiento de los materiales térreos, generalmente usados en la investigación de ingeniería, diseño y construcción. Las aplicaciones comunes se tienen en obras como presas, sistemas de transporte, cimentaciones de estructuras y urbanizaciones.

Ingeniería de suelos: Se considera la aplicación de los principios de la mecánica de suelos a problemas prácticos en la ingeniería, donde la experiencia y el conocimiento adquirido se complementan (Das, 1998).

Ingeniería Geotécnica: La ingeniería geotécnica es definida como una subdisciplina de la ingeniería civil que involucran materiales encontrados cerca de la superficie de la tierra como la roca, suelo y agua subterránea, encontrando relaciones para el diseño, construcción y operación de proyectos de ingeniería. La ingeniería geotécnica es altamente empírica e incluye la aplicación de los principios de la mecánica de suelos y la mecánica de rocas para el diseño de fundaciones, estructuras de retención y estructuras terrestres (Das, 1998).

Mineral: Un mineral puede ser definido como una sustancia inorgánica natural que tiene una composición química en particular, o una variación de su composición, y una estructura atómica regular que guarda íntima relación con su forma cristalina. Los minerales son los principales constituyentes sólidos de todas las rocas, que dan a las rocas características físicas, ópticas y químicas como el color, lustre, forma, dureza y otros; generalmente los minerales dominantes de los suelos son cuarzo y feldespatos.

Suelo: Para propósitos ingenieriles, se define suelo como un agregado no cementado formado por partículas minerales y materia orgánica en descomposición (partículas sólidas) con algún líquido (generalmente agua) y gas (normalmente aire) en los espacios vacíos (Das, 1998).

Roca: La roca puede ser definida como un agregado natural sólido con contenido mineral, que tiene propiedades físicas como químicas. Las rocas son materiales cementados, usualmente tienen muy baja porosidad, pueden ser encontrados en proceso de descomposición con sus propiedades físicas y químicas alteradas, presentan discontinuidades y su comportamiento es complejo cuando se someten a esfuerzos.

El estudio de la mecánica de los suelos se relaciona con el apoyo de las estructuras sobre o dentro de la tierra y con la interacción suelo-estructura correspondiente.

Las actividades relativas al diseño de ingeniería implican la formulación de criterios para:

• Diseño de los sistemas de cimentación y movimientos de tierra asociados.

• Presión de tierras.

• Control permanente del nivel de aguas freáticas.

• Técnicas de mejoramiento o estabilizado del subsuelo.

Las actividades relativas a la construcción comprenden:

• Formulación de previsiones y especificaciones técnicas para rellenos de carga.

• Estructuras temporales de retención y excavaciones.

• Control temporal del nivel freático.

• Protección de instalaciones existentes contra daños inducidos por la construcción.

Durante la construcción también pueden requerirse actividades que aseguren la calidad, o bien el control de calidad.

Las aplicaciones de ingeniería con relación a la ejecución de las obras, se asocian generalmente con la formulación de criterios de diseño y construcción para la nivelación, movimientos de tierra, control del nivel freático, caminos, zonas de estacionamiento, y drenaje superficial en áreas de desarrollo relativamente grandes. En algunos casos, este trabajo involucra instalaciones en obra a fin de minimizar los costos de cimentación y los movimientos de tierra, o bien los riesgos asociados con los peligros naturales o artificiales, como cerros, deslizamiento de taludes y minas subterráneas.

Uno de los objetivos 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.

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.

Como elemento soporte de las cimentaciones

El análisis de las particularidades del suelo o terreno como elemento soporte de los diferentes tipos de cimentaciones de las edificaciones, es un estudio particularizado de su estructura y componentes físico-químicos y el comportamiento de estos ante las cimentaciones superficiales, profundas, con cargas estáticas o dinámicas aplicadas sobre el mismo.

Como elemento estructural

En toda obra de tierras y en especial en las de carácter industrial se realizan rellenos (terraplenes); se hacen obras de sostenimiento o contención; se realizan excavaciones superficiales y subterráneas; se crean infraestructuras para las obras viales, propias o inducidas de la industria y en todas ellas el suelo o terreno juega un papel como elemento estructural.

INTRODUCCIÓN A LA GEOLOGÍA

Geología: Es la ciencia que estudia la composición y estructura interna de la Tierra, y los procesos por los cuales ha ido evolucionando a lo largo del tiempo geológico.

Tiempo geológico: El tiempo geológico es el estudio de la historia de la tierra, desde la formación de su corteza terrestre (unos 4600 millones de años atrás) hasta nuestra actualidad. Nos sirve, para situar dentro de un tiempo determinado, aparición o desaparición de especies, algún carácter nuevo de algún organismo, cambios en el clima así como los diversos factores que afectan a la tierra.

Debido a los descubrimientos y las dataciones más rigurosas de fósiles, las rocas y los restos arqueológicos, la división de la escala del tiempo geológico se ha ido tornando más compleja.

La división de la escala está dada por una segmentación y subdivisión de forma jerárquica, de mayor a menor: en Eones, Eras, Periodos y Épocas. Estos poseen nombres de aplicación universal, asociados generalmente a los fósiles donde fueron encontrados los datos más significativos de la división.

• Eones: representan las mayores extensiones de tiempo, equivalente a un tiempo de 1000 millones de años. Se distinguen 3 eones: Arcaico, Proterozoico, Fanerozoico.

• Era: varía desde decenas hasta centenares millones de años. Tomando importantes procesos geológicos y biológicos. En la escala hay 3 eras: Paleozoica (“vida antigua”), Mesozoica (“vida intermedia”) y Cenozoica (“vida reciente”).

• Periodos: son una subdivisión de una era. Se pueden subdividir en unidades más pequeñas denominadas épocas (Ej. Triásico, Jurásico, Cretácico, que son correspondientes a la era mesozoica), caracterizados por cambios menos profundos en comparación con las eras.

• Época: es una subdivisión de un periodo; como lo es el caso del periodo terciario que posee las épocas de: Paleoceno, Eoceno, Oligoceno, Mioceno, Plioceno.

Escala geológica

Los 7 Principios Fundamentales de la Geología

 PRINCIPIO DE SUPERPOSICIÓN DE ESTRATOS (Steno, 1638-1686). La capa/estrato más antiguo está en la parte inferior. La más reciente en la superior.

 PRINCIPIO DE HORIZONTALIDAD ORIGINAL (Steno). Los sedimentos se depositan en capas horizontales.

 PRINCIPIO DE CONTINUIDAD LATERAL (Steno). Una capa de sedimentos, cuando se deposita, se extiende lateralmente en todas las direcciones, hasta que termina contra el borde de la cuenca de sedimentación.

 PRINCIPIO DE INTERSECCIÓN (Hutton, 1726-1797). Una intrusión ígnea o una falla es más reciente que las rocas en las que intruye o fractura.

 PRINCIPIO DE INCLUSIÓN. Las inclusiones o fragmentos de una roca dentro de una capa de otra, son más antiguos que la misma capa de roca.

 PRINCIPIO DE LA SUCESIÓN DE FÓSILES (o Principio de la Sucesión Faunística y Floral) (Smith, 1796-1839). Los fósiles de la parte inferior de una secuencia de estratos son más antiguos

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