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CICLO LECTIVO: 2015

SISTEMAS CONSTRUCTIVOS

PROFESOR HERNN R. JOFR

TEMA: EL SUELO 2 PARTE

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1. EXPLORACIN DEL SUELO

Las investigaciones in situ constituyen la parte esencial de los estudios geolgico-geotcnicos necesarios

para el proyecto y construccin de una obra de ingeniera. De ellos se obtienen los parmetros y

propiedades que definen las condiciones del terreno en donde se realizarn los proyectos constructivos,

las fundaciones, excavaciones, etc. El objetivo general de las investigaciones in situ es conocer y

cuantificar las condiciones del terreno que puedan afectar a la viabilidad, diseo y construccin de una

obra o estructura.

2. CALICATAS

Las calicatas, zanjas, rozas, pozos, etc., consisten en excavaciones realizadas mediante medios

mecnicos convencionales, que permiten la observacin directa del terreno a cierta profundidad, as

como la toma de muestras y la realizacin de ensayos in situ.

Tienen la ventaja de que permiten acceder directamente al terreno, pudindose observar las variaciones

biolgicas, estructura, discontinuidades, etc., as como tomar muestras de gran tamao para la

realizacin de ensayos y anlisis.

Las calicatas son uno de los mtodos ms empleados en el reconocimiento superficial del terreno, y

dado su bajo coste y rapidez de realizacin, constituyen un elemento habitual en cualquier tipo de

investigacin in situ. Sin embargo, cuentan con las siguientes limitaciones:

La profundidad no suele exceder de 4 m.

La presencia de agua limita su utilidad.

El terreno debe poderse excavar con medios mecnicos.

Para su ejecucin es imprescindible cumplir las normas de seguridad frente a derrumbes de las

paredes, as como cerciorarse de la ausencia de instalaciones, conducciones, cables, etc.

3. MUESTRAS DE SUELO

Las muestras geotcnicas se toman tanto en sondeos como en calicatas u otro tipo de excavaciones, con

el fin de obtener testigos representativos de las caractersticas y propiedades del terreno para efectuar

ensayos de laboratorio. Los tipos de muestras son los siguientes:

Muestras inalteradas: son las que no sufren alteraciones en su estructura ni en su contenido en

humedad.

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En sondeos se extraen mediante tomamuestra adecuados, y en calicatas o excavaciones, mediante el

tallado de muestras en bloque o la hinca de tubos por presin o golpeo. La obtencin de este tipo de

muestra es necesaria para ensayos de resistencia, deformabilidad, permeabilidad y fbrica de los suelos.

Muestras alteradas: son muestras que sufren modificaciones en su estructura y en su contenido

de humedad, pero conservan su composicin mineralgica.

Las muestras alteradas se obtienen habitualmente en calicatas y excavaciones. Permiten la

realizacin de ensayos de laboratorio en suelos de identificacin, compactacin, etc.

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4. PRESENTACIN DE LOS RESULTADOS DE UNA EXPLORACIN DE SUELO

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5. PRESENCIA DE AGUA EN EL SUELO

El suelo es un conjunto de partculas entre las que existen huecos o poros interconectados, de manera

que el agua puede fluir a su travs. Como es fcil imaginar, el camino de filtracin resulta bastante

tortuoso, ya que el agua ha de sortear la gran cantidad de obstculos que suponen las partculas

del suelo. En consecuencia, en el proceso se producirn prdidas de carga hidrulica.

5.1. CARGA HIDRAULICA.TEOREMA DE BERNOUILLI

En los problemas de flujo la forma de expresar la energa en un determinado punto del fluido en

movimiento se define a partir del llamado Teorema de Bernouilli:

H es la carga hidrulica total, que se descompone en:

z: altura geomtrica, que se mide desde un plano de referencia, z = 0, elegido

arbitrariamente.

u/yw: altura de presin, siendo u la presin de agua en el punto considerado y yw el peso

especfico del agua.

v2/2g: altura de velocidad, donde v es la velocidad de flujo en el punto considerado y g la

aceleracin de la gravedad.

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En el caso ideal de un fluido perfecto e incompresible sujeto a un flujo permanente y estacionario

Bernouilli demostr que la carga hidrulica total se mantiene constante (H=constante).

Los fluidos reales, como el agua, no son perfectos, de forma que cualquier obstculo que se oponga al

flujo entre dos puntos produce una prdida de la carga H. De hecho, para que exista flujo es necesaria

una diferencia de carga hidrulica, de manera que el agua circula desde puntos de mayor carga (HA)

hacia puntos de menor carga (HB).

4.2. AGUA EN REPOSO.PRESIONES HIDROSTATICAS.

Un caso particular y muy habitual de mantenimiento de la caiga total corresponde a situaciones en las

que el agua est en reposo (condiciones hidroestticas) ya que, aunque su viscosidad no sea nula, al no

existir movimiento no tiene sentido pensar en obstculos que se opongan a l. Complementariamente,

al ser nula la velocidad de flujo, el Teorema de Bemouilli queda reducido a un binomio:

Donde h se denomina altura piezomtrica.

Esta simple ecuacin, junto con la condicin de que h resulte constante en toda la masa lquida, permite

calcular de forma inmediata la presin de agua en cualquier punto del fluido. El ejemplo ms simple es

el de un recipiente estanco lleno de agua, por ejemplo, una piscina o pileta. Se elige en primer lugar un

plano arbitrario de referencia z = 0. A continuacin, se seleccionan dos puntos de la masa lquida, uno

situado en la superficie (A) y otro en un punto intermedio (B) en el que se desea calcular la presin de

agua. Por la ecuacin de Bemouilli se sabe que hA = hB, donde la altura piezomtrica de A resulta:

Ya que se sita en la superficie del agua y su presin es la atmosfrica (se toma como 0).

Cambiando ahora al punto B:

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y despejando:

6. FLUJO DE AGUA EN EL SUELO

La mayor o menor facilidad para que se produzca flujo ser funcin de la granulometra del suelo.

As, un suelo granular como una arena posee partculas de tamao considerable, de forma que las

dimensiones de los poros entre partculas tambin lo sern, el agua fluir con facilidad a su travs y

las prdidas de caiga sern discretas. Sin embargo, en un suelo fino como una arcilla, el tamao de

las partculas es muy pequeo, del orden de micrones, y sus poros resultan tambin

extremadamente pequeos. En estas condiciones, el agua encontrar muchas ms dificultades para

circular y las prdidas de carga sern muy considerables.

6.1. PERMEABILIDAD DEL SUELO

Si se define el coeficiente de permeabilidad, k, de un suelo como un parmetro que mide la

facilidad para que el agua circule a su travs, dicha permeabilidad depender de:

La granulometra, es decir, de la distribucin de tamaos de los granos del suelo (y por lo

tanto de sus poros), siendo k menor cuanto ms pequeas sean las partculas del suelo.

La densidad del suelo, ya que para una misma granulometra, cuanto ms denso sea el

terreno menor ser su volumen de huecos, y menor ser tambin k.

La forma y orientacin de las partculas, ya que si las condiciones de sedimentacin dan lugar

a orientaciones preferenciales, la permeabilidad podr variar sustancialmente en funcin de

la direccin de flujo.

El coeficiente de permeabilidad fue enunciado por primera vez por Darcy en 1856. Se mide en unidades

de velocidad (m/s, m/da o cm/s)

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6.2. GRADIENTE HIDRAULICO

Cuando el agua circula en el terreno lo hace, por tanto, desde un punto (A) de mayor altura

piezomtrica (hA) a otro punto (B) de menor altura piezomtrica (hA > hB). Si se tiene en cuenta que la

prdida de caiga h = hA hB se produce en una longitud L, distancia que separa los dos puntos

seleccionados a lo laigo de una lnea de corriente, se puede definir el gradiente hidrulico como la

prdida de carga (altura piezomtrica) por unidad de longitud:

6.3. LEY DE DARCY

El flujo de agua puede ser de dos tipos: laminar y turbulento. El rgimen de flujo se considera laminar cuando las trayectorias de las gotas de agua (las lneas de corriente) no interfieren unas contra otras. En caso contrario, se trata de un flujo turbulento. Para el estudio de filtraciones en el terreno, salvo en algunos casos especiales de suelos de gran permeabilidad, flujo a travs de grandes fisuras, flujo en karst, etc., se suele considerar que el rgimen es laminar. En estas condiciones es aplicable la llamada ley de Darcy y se puede suponer que la velocidad de flujo es proporcional al gradiente hidrulico:

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Siendo k la permeabilidad del medio (expresada por el coeficiente de permeabilidad), y v la velocidad media del agua a travs de una seccin macroscpica de suelo, es decir, la velocidad aparente a lo largo de las lneas de flujo.

6.4. REDES DE FLUJO

El empleo de la representacin grfica para un flujo de agua que traspasa el suelo se lleva a cabo a travs de lo que se denomina como red de flujo o red de corriente. El camino seguido por una partcula de agua en su recorrido de escurrimiento o filtracin a lo largo de una masa de suelo saturado es llamado lnea de flujo o de corriente. Un ejemplo de las lneas de flujo son las lneas curvas, suaves y slidas, que pasan por debajo del muro de contencin construido con una pantalla de tablestacas. Debido a su viscosidad, y el recorrido tortuoso a travs de los espacios entre las partculas del suelo, se

producen perdidas de carga (h) entre diferentes puntos del camino. Una lnea que conecte todos puntos de igual carga es llamada lnea equipotencial.

TRABAJO PRCTICO DE INVESTIGACIN

1. Realice una descripcin de los mtodos empleados para realizar excavaciones en suelos

cuando existe presencia de agua. Se debern incluir mtodos donde se proceda a realizar una

depresin (descenso) de la Napa Fretica previo a efectuar la excavacin; y tambin aquellos

mtodos en los cuales no se realiza una depresin previa de la Napa Fretica.

Fecha de Presentacin: 11/05/2015

Grupo N ..

Alumno: