República Bolivariana de Venezuela

Ministerio del Poder Popular para la Defensa

Universidad Nacional Experimental de la Fuerza Armada

Caracas- Chuao

Alumno:

Andrés Pérez

Cedula:

19023928

Asignatura:

Mecánica de suelos

Caracas, enero 2011

RESUMEN

De acuerdo con el origen de sus elementos, los suelos se dividen en dos

amplios grupos; suelos cuyo origen se debe a la descomposición física o

química de las rocas, o sea de los suelos inorgánicos, y los suelos cuyo origen

es principalmente orgánico.

Si en los suelos inorgánicos el producto del intemperismo de las rocas

permanece en el sitio donde se formó, da origen a un suelo residual; en caso

contrario, forma un suelo transportado, cualquiera que haya sido el agente

transportador (por gravedad: talud; por agua: aluviales o lacustres; por viento:

eólicos; por glaciares: Depósitos glaciares).

En cuanto a los suelos orgánicos, ellos se forman casi siempre in situ. Muchas

veces la cantidad de materia orgánica, ya sea en forma de humus o de materia

no descompuesta o en estado de descomposición, es tan alta con relación a la

cantidad de suelo inorgánico que las propiedades que pudiera derivar de la

porción mineral quedan eliminadas. Esto es muy común en las zonas

pantanosas en las cuales los restos de vegetación acuática llegan a formar

verdaderos depósitos de gran espesor, conocidos con el nombre genérico de

turbas. Se caracterizan por su color negro o café oscuro por su poco peso

cuando están secos y su gran compresibilidad y porosidad. La turba es el

primer paso de la conversión de la materia vegetal en carbón.

El suelo, como cualquier elemento natural, posee un equilibrio entre los

diversos factores que lo influyen. Un cambio de este equilibrio puede provocar

una alteración física, química o biológica.

La compactación es la principal causa de alteración del suelo.Hay dos

situaciones con elevado riesgo de compactación: áreas con fuerte tránsito de

vehículos y personas, y áreas cercanas a lugares en construcción. Hay suelos

con una tendencia más o menos acentuada a la compactación, en función de la

composición, estructura y contenido de humedad. Las constructoras a menudo

trabajan con maquinarias muy pesadas, sin delimitar la zona en la que se

encuentran y se plantarán árboles.

SUELOS

Es la cubierta superficial de la mayoría de la superficie continental de la Tierra.

Es un agregado de minerales no consolidados y de partículas orgánicas

producidas por la acción combinada del viento, el agua y los procesos de

desintegración orgánica.

ORIGEN DE LOS SUELOS

Se parte de un material originario denominado regolito (materia mineral) se

altera por procesos físicos y químicos llamados meteorización es geoquímica y

se lo reconoce como el precursor del proceso de pedogénesis. Pero además el

material expuesto directamente a la atmósfera puede ser rápidamente

colonizado por organismos vivos; desde microorganismos (bacterias, algas,

hongos, etc.) hasta los vegetales superiores que tienen su hábitat en los

primeros centímetros de la corteza y que denominamos meteorización

biogeoquímica. Por ello se puede establecer que en ese momento, en que el

material superficial empieza a ser alterado, comienza a evolucionar un suelo.

Estructura de los suelos

Definen el estado de agregación de las partículas componentes minerales u

orgánicas. Depende de la disposición de sus partículas y de la adhesión de las

partículas menores para formar otras mayores o agregados.

La permeabilidad del suelo al agua, aire y a la penetración de las raíces

también depende de la estructura.

Estabilidad estructural: Es la resistencia de los granos a disgregarse en

condiciones de humedad.

En la estructura hemos de distinguir tres aspectos diferentes, la morfología de

los agregados, su grado de desarrollo y el tamaño.

En el suelo hay partículas de distintos tamaños, desde 2 micras a 2 mm, que

no se observan por separado sino que aparecen más o menos agrupadas

siguiendo diferentes procesos en los que predominan la simple adhesión o la

floculación de los coloides, que lleva consigo el englobamiento de las

partículas de mayor tamaño. En el caso de la adhesión suele presentarse una

fragmentación subsecuente.

Todo ello genera unas formas diferentes que reciben nombres específicos para

facilitar la comprensión y simplificación de las descripciones.

Estructura particular. Se presenta cuando sólo hay arena y la floculación es

imposible y las partículas quedan separadas. Realmente no se trata de una

estructura pues no responde a los criterios de definición de la misma pero se le

asigna el término para mantener una unidad en la definición y describir este

estado de "no agregación" del suelo.

Estructura masiva. Ocurre cuando las partículas se adhieren tanto que aparece

una masa sin grietas y sin diferenciación de agregados. Es propia de

materiales que no han sufrido procesos edáficos pero que poseen coloides

arcillosos derivados de su origen.

Estructura fibrosa. Es otra de las situaciones que no responde al criterio de

estructura como sucede con las anteriores. Está constituido por fibras

procedentes del material orgánico poco descompuesto en el que los restos de

tejidos son fácilmente visibles.

. TIPOS DE SUELOS

Los suelos en que podrán quedar las fundaciones de las diferentes

estructuras de las líneas se clasificarán según uno de los tipos de suelos que

se describen a continuación.

a) Suelo tipo 1

Roca sana o moderadamente agrietada, que puede estar cubierta por una

capa de suelo de cualquier otro tipo de un espesor no mayor a los dos tercios

de la profundidad de fundación.

b) Suelo Tipo 2

Roca agrietada, roca parcialmente descompuesta muy firme, gravas o

arenas densas cementadas, nivel estático máximo de la napa de agua bajo el

nivel inferior de fundación.

c) Suelo tipo 3

Rocas completamente descompuestas de consistencia firme, gravas

limpias de compacidad media y alta, gravas gruesas arcillosas o limosas

firmes, cubiertas por una capa de suelo tipo 4 de no mayor a un tercio de la

profundidad de fundación. Nivel estático máximo de la napa de agua bajo el

sello de fundación.

d) Suelo tipo 4

Roca completamente descompuesta de consistencia media, gravas limpias

sueltas, arenas, gravas finas y arenas arcillosas o limosas, limos o arcillas de

consistencia media o firme, nivel estático máximo de la napa de agua bajo el

sello de fundación

e) Suelo tipo 4L

Limos de consistencia media a firme, livianos, con bajo peso unitario, como

son los “trumaos”.

f) Suelo tipo 5:

Suelo tipo 2 con nivel estático máximo de la napa de agua a cota de sello

de fundación o sobre ella.

g) Suelo tipo 6

Suelo tipo 3 ó 4 con nivel estático máximo de la napa de agua a cota de

sello de fundación o sobre ella.

h) Suelo tipo 7

Arenas arcillosas o limosas y limos o arcillas de consistencia media a

blanda. Nivel estático máximo de la napa de a agua a cota de sello de

fundación o sobre ella.

Si el espesor de la sobrecarga que cubre alguno de los suelos antes

señalados es superior al que se ha indicado como máximo para cada uno de

éstos, el suelo se clasificará considerando las características de la sobrecarga.

Los términos usados para describir los diferentes tipos de suelo se ajustan a

los definidos en la Norma ASTM D 2487.

Si alguna estructura quedase apoyada en suelos de muy baja capacidad de

soporte, que no pueda incluirse en esta clasificación, se realizan los estudios

necesarios para definir la capacidad de soporte del suelo.

COMPOSICIÓN MINERALÓGICA DE LAS FRACCIONES DEL SUELO

Desde el punto de vista mineralógico, existen ciertas relaciones generales entre

las fracciones granulométricas y los minerales que las componen, de acuerdo a

los principios ya vistos.

A medida que las partículas minerales disminuyen de tamaño, aumenta su

superficie específica y también su susceptibilidad a los procesos de alteración

química. En consecuencia, las diferencias de estabilidad de los minerales serán

un importante factor que determine el cambio en composición mineralógica con

el tamaño de partícula. Estos cambios son particularmente marcados a medida

que nos aproximamos al tamaño de la fracción arcilla.

Normalmente la composición mineralógica de las fracciones arena y limo se

considera separadamente de la fracción arcilla. Esta distinción resulta de las

diferencias marcadas en composición mineralógica, y en consecuencia, los

métodos usados para la determinación de la mineralogía de la arena y limo por

un lado, y de la arcilla por otro.

FRACCIONES ARENA Y LIMO

Las partículas de arena más bastas son, casi siempre fragmentos de roca,

sobre todo de cuarzo, existiendo además cantidades variables de otros

minerales primarios. La composición mineralógica de estas fracciones sigue los

principios vistos anteriormente y varía para los distintos suelos según la roca

madre y el grado de meteorización.

Fracción arcilla

En esta fracción se encuentran generalmente diversos minerales secundarios.

Convencionalmente se pueden clasificar en silicatos y no silicatos. Los silicatos

incluyen la caolinita, montmorillonita, illita, vermiculita y alofán, entre otros. La

variación que existe entre estos grupos de arcillas en plasticidad, cohesión,

adhesión, capacidad de intercambio catiónico y otras propiedades es muy

grande. Por eso, es un dato de considerable importancia el saber qué tipo de

arcilla domina en un suelo o cuáles coexisten.

Los no filosilicatos incluyen: cuarzo y otras formas de sílice (SiO2); óxidos e

hidróxidos de hierro, tales como hematita o goethita; óxidos e hidróxidos de

aluminio tales como gibbsita; y carbonato de calcio. Parte del material mineral

de la arcilla de los suelos es cristalino y parte amorfo.

Compactación de suelos

Es la densificación del suelo por medios mecánicos. El objetivo, mejorar la

resistencia y estabilidad volumétrica,

afectando la permeabilidad, como consecuencia del proceso de densificación

de la masa.

ESTABILIZACIÓN DE SUELOS. Concepto más amplio y general que el de

COMPACTACIÓN, pues

incluye cualquier procedimiento útil para mejorar las propiedades ingenieriles

del suelo, como estructura.

La estabilización comprende:

a) Compactación

b) Mezcla granulométrica

c) Adición de compuestos especiales (antes de mezcla y/o compactación)

Los estabilizantes son de tres tipos:

a) Cemento

b) Material bituminoso (asfalto, por ejemplo)

c) Productos químicos (óxidos e hidróxidos de Ca, cloruro de Ca y Na, cloruro

férrico, silicato Na y recinas).

MEDIDA DE LA COMPACIDAD DEL SUELO.

Se califica la compacidad por la comparación cuantitativa de las densidades

secas o pesos unitarios secos, γd, que el

suelo va adquiriendo gradualmente, al variar la humedad, la energía o el

método de compactación.

MÉTODO PROCTOR.

Consiste en compactar el material dentro de un molde metálico y cilíndrico, en

varias capas y por la caída de un

pistón. Existen dos variaciones del MÉTODO PROCTOR.

a) Proctor estandar o normal, con pistón de 5 ½ lbs, h = 12’’, N = 25 golpes y 3

capas a compactar. El molde de φ

= 4’’ y volumen 1/30 ft3.

b) Proctor modificado, con pistón de 10 lbs, h = 18’’, N = 25 golpes, y

compactando en 5 capas, con el mismo

molde.

METODOS DE COMPACTACION.

La energía que se requiere para compactar los suelos en el campo se puede

aplicar mediante cualquiera de las siguientes cuatro formas, las cuales se

diferencian por la naturaleza de los esfuerzo aplicados y por la duración de los

mismos. Estas formas son:

1.- Por amasado. Rodillos pata de cabra.

2.- Por presión. Rodillos lisos y neumáticos.

3.- Por impacto.

4.- Por vibración.

5.- Métodos mixtos.

ENSAYO DE COMPACTACIÓN EN LABORATORIO.

{draw:frame} En la actualidad existen distintos métodos para reproducir en

laboratorio las condiciones de compactación en obra. El primero y más

difundido es debido al Dr. R. R. Proctor (1933) y es conocido como Ensayo

Proctor Estándar. La prueba consiste en compactar el suelo a emplear en tres

capas dentro de un molde de forma y dimensiones normalizadas, por medio de

25 golpes en cada una de ellas con un pisón de 2,5 [kg] de peso, que se deja

caer libremente desde una altura de 30,5 [cm].

Con este procedimiento Proctor observó que para un suelo dado, a contenido

de humedad creciente incorporado a la masa del mismo, se obtenían

densidades secas sucesivamente más altas (mejor grado de compactación).

Asimismo, notó que esa tendencia no se mantenía indefinidamente si no que,

al superar un cierto valor la humedad agregada, las densidades secas

disminuían, con lo cual las condiciones empeoraban. Es decir, puso en

evidencia que, para un suelo dado y a determinada energía de compactación,

existe un valor de “Humedad Óptima” con la cual puede alcanzarse la “Máxima

Densidad Seca”.

El Ensayo Proctor Estándar también es conocido como Ensayo AASHTO T–99

(American Association of State Higway and Transportation Officials –

Asociación Americana de Agencias Estatales de Carreteras y Transportes).

Todo método de compactación, sea por impacto, como es el caso del Ensayo

Proctor, o bien por amasado, vibración o compresión estática o dinámica,

produce estabilización del suelo al transferirle energía al mismo.

Ciertamente, no existe equipo de compactación aplicable al terreno que sea

contraparte o comparable al ensayo de impacto en el Laboratorio (a diferencia

de lo que ocurre en el caso de ensayos de amasado, vibración o compresión

de laboratorio que encuentran su contraparte en los rodillos pata de cabra,

vibro compactadores, de rueda lisa, etc.).

No obstante ello, es tanta la experiencia que se ha acumulado sobre la prueba

patrón Proctor, así como la gran cantidad de información que da indicio de su

eficacia, que desde el comienzo de su implementación hasta el presente es un

método aceptado y referenciado en un sinnúmero de pliegos de obras.

En tiempos de la Segunda Guerra Mundial se introdujo el Ensayo Proctor

Modificado (AASHTO T–180), como respuesta a las exigencias de subrasantes

más densas en aeropistas, demandadas por los pesados equipos de aviación

militar que se desarrollaron por entonces. Este ensayo modificó el Estándar

aumentando el número de capas de 3 a 5; el número de golpes en cada una de

ellas se llevó de 25 a 55; el peso del pisón se elevó a 4,5 [kg] y la altura de

caída a 45,7 [cm]. Básicamente con ello se evitó incrementar las

compactaciones relativas por encima del 100% del Proctor Normal o Estándar,

y la dificultad que presentan algunos suelos en ser compactados en campo

cuando su humedad óptima, determinada por ésta última prueba, es cercana al

Límite Plástico.

Comparando los resultados entre ambos, para un mismo suelo, se puede

comprobar que el Modificado provee valores de Densidad Seca Máxima más

elevados, a consecuencia de la mayor energía aportada, en correspondencia

con menores valores de Humedad Óptima.

Actualmente, ambas pruebas cuentan con variantes a las formas originales. La

elección del tipo de ensayo a efectuar dependerá, básicamente, de la

naturaleza de la obra a realizar.

CURVAS DE COMPACTACION.

-La forma típica de curvas de compactación para 5 tipos de suelos se

muestran en la Fig. 12. Para fácil comparación se ha referido para una misma

gravedad específica y una común línea cero de vacíos.

En general, los suelos arcillosos, las arenas bien gradadas y los suelos

limosos tienen un pico definido en la curva de compactación. Los suelos

uniformemente gradado, consistente de un rango limitado de tamaños de

partículas, la curva es mas aplanada y la condición óptima no es fácil de

definir. {draw:frame} - El “doble pico” es frecuentemente obtenido de arenas

finas uniformemente gradadas. Para estos materiales el contenido de humedad

para una óptima compactación es menos crítica que para aquellos suelos que

poseen una curva de compactación mas empinada.

CURVAS TÍPICAS DE COMPACTACIÓN PARA CINCO SUELOS

DIFERENTES

(ASTM D 698).

Se indica que ninguna compactación debe ser inferior al 90% del ensayo

correspondiente, por muy modesta que sea la obra o el destino. En el cuadro

siguiente se ilustra sobre la prueba AASHTO conveniente y el porcentaje

mínimo de compactación a requerir.

Tratándose de Sub-rasantes, y siempre bajo la prueba Estándar, sirve también

de orientación la siguiente tabla, conforme a la categoría de tránsito a recibir.

PERMEABILIDAD DE LOS SUELOS

Los suelos y las rocas no son sólidos ideales, sino que forman sistemas con 2

ó 3 fases: partículas sólidas y gas, partículas sólidas y líquidas, o bien,

partículas sólidas, gas y líquido. El líquido es normalmente agua y el gas se

manifiesta a través de vapor de agua. Por lo tanto se habla de medios

“porosos”. A estos medios se los caracteriza a través de su “porosidad” y a su

vez esta propiedad condiciona la permeabilidad del medio o del material en

estudio.

Se dice que un material es permeable cuando contiene vacíos continuos, estos

vacíos existen en todos los suelos, incluyendo las arcillas más compactas, y en

todos los materiales de construcción no metálicos, incluido el granito sano y la

pasta de cemento, por lo tanto dichos materiales son permeables. La

circulación de agua a través de la masa de éstos obedece aproximadamente a

leyes idénticas, de modo que la diferencia entre una arena limpia y un granito

es, en este concepto, solo una diferencia de magnitud.

La permeabilidad de los suelos, es decir la facultad con la que el agua pasa a

través de los poros, tiene un efecto decisivo sobre el costo y las dificultades a

encontrar en muchas operaciones constructivas, como los son, por ejemplo, las

excavaciones a cielo abierto en arena bajo agua o la velocidad de

consolidación de un estrato de arcilla bajo el peso de un terraplén, de allí la

importancia de su estudio y determinación, aspectos que se desarrollarán a

continuación.

PRUEBAS DE PERMEABILIDAD DE CAMPO

Antes de la construcción de una estructura de tierra, es importante verificar que

las propiedades del suelo de la cimentación, sean las indicadas para garantizar

la estabilidad y funcionamiento adecuado de la obra. En algunos casos, dichas

propiedades pueden obtenerse en el laboratorio a partir de muestras

inalteradas; sin embargo, es frecuente que, al no poder obtener muestras

inalteradas o suficientemente representativas, se tenga que recurrir a pruebas

de campo para el mismo fin. Las pruebas de campo tienen que adaptarse a las

particularidades de cada obra y, en general, no es posible ni deseable

establecer un procedimiento estándar para su ejecución.

PRUEBAS DE PERMEABILIDAD DE CAMPO

Las pruebas de permeabilidad de laboratorio son útiles cuando la estructura

que se forma está formada por un material que puede considerarse

homogéneo, isótropo, o anisótropo, como en el caso del corazón impermeable

de una cortina, construido con la tierra de un banco de préstamo homogéneo.

En cambio, en las formaciones naturales, generalmente compuestas por

mantos distintos, con variaciones importantes tanto en la disposición de los

mismos como en las características de los materiales, es difícil estudiar el

escurrimiento a partir de un número limitado de ensayes sobre muestras

inalteradas. En mantos de arena y grava es casi imposible obtener

especimenes inalterados. En estos casos es necesario recurrir a las pruebas

de campo.

El tipo de prueba de permeabilidad útil en cada caso particular depende de

numerosos factores, tales como tipo de material, localización del nivel freático y

homogeneidad o heterogeneidad de los distintos estratos del suelo, en cuanto

a permeabilidad se refiere.

En la tabla siguiente, tomando en cuenta ciertas características del problema

bajo estudio, se expone la aplicabilidad de los diversos tipos de pruebas de

permeabilidad a los suelos aluviales típicos de las boquillas de presas.

Cada tipo de prueba se analiza con métodos de cálculo más o menos

elaborados; sin embargo, los resultados obtenidos de los diferentes métodos

de interpretación, propios a cada prueba, son semejantes; debe prestarse

especial atención a la forma en que se lleva a cabo el ensaye, ya que,

dependiendo de los procedimientos utilizados, los resultados pueden variar de

forma significativa.

Además de las pruebas de permeabilidad mencionadas en la tabla anterior, se

presenta la prueba de permeabilidad Lugeon, generalmente usada para masas

rocosas.

INSTRUCCIONES GENERALES PARA LA EJECUCIÓN DE PRUEBAS DE

PERMEABILIDAD TIPO LEFRANC

Debido al gran desarrollo que últimamente ha tenido en nuestro país la

construcción de cortinas cimentadas sobre terrenos de aluvión, es de gran

importancia investigar la permeabilidad de dichos terrenos, sobre todo teniendo

en cuenta que no son formaciones homogéneas, sin, que, por el contrario,

frecuentemente presentan una heterogeneidad bien marcada, sobre todo en

sentido vertical.

En estas condiciones puede ser conveniente investigar la permeabilidad

horizontal en diferentes horizontes, como dato adicional al de obtener el

coeficiente de permeabilidad medio, por los métodos convencionales de

bombeo a través de un pozo central.

CONSIDERACIONES TEÓRICAS

La prueba se ejecutará en una perforación expresamente hecha para el efecto,

en que su extremo interior estará dotada de una cámara filtrante.

La prueba podrá hacerse a flujo constante, sea por bombeo o por inyección de

un gasto constante; o en flujo variable por ascenso o descenso de la superficie

del agua dentro de la perforación. En ambos casos es recomendable que la

carga de prueba se limite a valores del orden de los 5 a los 10 metros. Como

máximo.

Para el primer caso, si se denomina por H la diferencia de carga total

correspondiente al gasto Q, la permeabilidad estará dada por:

K = C (Q/H) …………………..(1)

En donde C es un coeficiente que depende de las dimensiones y forma de la

cámara de filtrante, que para efectos de esta prueba se considerará como un

elipsoide de revolución con el eje corto igual con D y una distancia focal F.

K en m/seg

C en 1/m = m-¹

Q en m3 / seg

H en metros

Con objeto de comprobar que las dimensiones son normales se harán ensayos

con gastos mayores y menores que el de prueba y los valores Q, H se llevarán

a una gráfica a escala natural, en donde, si el ensayo es correcto, y el flujo

laminar, deberán quedar alineados a lo largo de una recta pasando por el

origen.

Cuando el tramo de prueba se encuentre en la cercanía al fondo impermeable

o a la superficie del manto freático, al coeficiente C debe hacérsele una

corrección mediante el aumento de valor..

Cuando el terreno sea poco permeable, podrá usarse el segundo caso, de flujo

variable, cuyos elementos son:

D = diámetro de la tubería en metros

L = longitud de la cámara filtrante en metros.

Ho = distancia del punto medio de la cámara filtrante al manto impermeable

H1 = carga en el instante t1

H2 = carga en el instante t2

A= área efectiva de la sección transversal de la tubería de prueba m²

(t1 y t2 tiempos correspondientes a H1 y H2)

Para este caso:

C tiene el mismo significado que para el caso 1, obteniéndose los valores

correspondientes usando las gráficas de la figura 2 y 2á

Los diferentes puntos correspondientes a las medidas Hn, Tn deben alinearse

sobre una gráfica log H,T.

Para el cálculo de K por medio de la fórmula (4) es preciso conocer la posición

del nivel estático N. E. Del manto, contada generalmente a partir de la

elevación de la boca del tubo.

El caso 2 puede efectuarse arriba del nivel estático del agua, en cuyo caso las

cargas H´1 y H´2 se medirán a partir del punto medio de la cámara filtrante, la

cual estará a una profundidad Zo, contada a partir de la boca del tubo.

Para valores

y z en metros, se llevarán en una gráfica que, en principio, deben alinearse a lo

largo de una racta, que cortará el eje de las ordenadas (profundidades) en la

elevación correspondiente a la del nivel estático del manto freático.

En el caso que la prueba se haga arriba del nivel estático, la recta cortará al eje

de las ordenadas, a la elevación media de la cámara filtrante, dicha prueba

siempre será bajada.

Condiciones generales que deben que deben satisfacer para que la prueba se

considere aceptable:

La relación 1/d debe ser igual o mayor a 5.

El valor l es conveniente también limitarlo a 10 máximo, pero procurando que

los valores usuales estén comprendido entre 1.0 y 5.0 metros.

Debe considerarse como no satisfactoria la prueba hecha a través del fondo del

tubo solamente debido a la posibilidad de que el material suelto remonte la

tubería, falseando los resultados, y a que el valor de k sería en sentido vertical,

principalmente.

CAMARAS FILTRANTES

La cámara filtrante puede construirse por medio de un tramo de tubo ranurado,

a partir del fondo de la perforación, el área de ranuración debiendo ser superior

al 15 % del área filtrante.

Este caso es muy importante que se compruebe por medio de una sonda, que

em la cámara filtrante no ha remontado material fino, limo o arena, que reduzca

las dimensiones de la misma, pues entonces los datos finales serían falsos.

La cámara filtrante también podría formarse con grava gruesa no graduada

rellenando el ramo inferior de tubería de ademe, la que sería izada

posteriormente una longitud determinada. El relleno de grava deberá quedar a

una cota superior a la del fondo del ademe, y estar constituido por granos

comprendidos entre 1.5 y 2.5 cm.

En este caso, si se comprueba que la tubería de ademe ha quedado floja

dentro de la perforación, y existe la posibilidad de flujo a través del espacio

comprendido entre la superficie exterior del tubo y las paredes de perforación, y

si además, el terreno estás saturado, deberá hacerse una prueba a base de

bombeo. O de flujo variable ascendente.

En fin, la cámara filtrante puede quedar construida por un tramo de perforación,

sin ademe, en caso de que no exista posibilidad de derrumbes y

descompresiones del terreno que puedan falsear los valores correspondientes

al terreno virgen.

Siempre que sea posible, debe preferirse la prueba a base de bombeo a flujo

variable, ascendente, con objeto de evitar la posibilidad de formar obturaciones

al inyectar agua a presión, si esta última es muy grande.

Es conveniente que los valores de z1, z2, z´1 y z´2 se obtengan por medio de

una sonda eléctrica introducida a través de un tubo de menor diámetro que el

ademe, colocado ex profeso para el caso.

PRUEBAS LEFRANC

Ejemplos:

Caso num. 1. carga constante.

Datos:

D = 7.6 cm.

H1 = 1.5 m -Zo-- z1

Q = lt/seg - 0.0005 m³ / seg.

L = 1.00 metros.

Los valores que se toman en el campo son:

Zo en m. Profundidad del manto con respecto a la boca del tubo

Z1 en m. Profundidad del agua en el pozo, para un gasto Q constante.

Q en litros por segundo constante, durante 10 minutos.

Y de estos tres datos los que hay que tomar con cuidado son z1 y Q, pues es

en los que se puede cometer errores con gran facilidad. Una forma de limitar

las posibilidades de error es efectuar la prueba con este método solo para

valores de Zo reducidos, digamos del orden de los 5.0 a los 10.0 metros como

máximo.

En estas condiciones es posible medir la profundidad Z1 con una sonda

eléctrica , a través de un tubo de menor diámetro que el ademe; y el agua con

gasto Q, deslizarla por 4el espacio comprendido entre los dos tubos, y

mantener el gasto constante durante 10 minutos.

ENSAYOS LEFRANC

Se entuba la perforación por tratarse de terrenos pulverulentos y la cavidad se

abre bajo la zapata del revestimiento. Se conserva abierta gracias a la

inyección de agua que se realiza a través de las toberas de un trépano

pequeño que se mantiene fijo a una determinada profundidad.

La sobrecarga h de agua en la cavidad viene dada por la observación del nivel

libre en el entubado y el caudal de inyección por la bajada del nivel del tanque.

De este modo se tienen todos los elementos necesarios para calcular K, salvo

el coeficiente C de la cavidad para evaluar este es preciso hacer una hipótesis

sobre la forma de la misma. Por consiguiente, la interpretación del ensayo solo

puede suministrar un orden de magnitud bastante aproximado de las

permeabilidades. En general es suficiente, ya que el coeficiente C varía poco

con la forma de la cavidad.

Cuando la dimensión de los granos de las formaciones es demasiado grande

para que el agua pueda formar una cavidad, es necesario recurrir a otro

procedimiento.

Algunas veces se puede realizar con la herramienta de perforación con una

cavidad de forma dada asegurando su mantenimiento durante el tiempo que

dura el ensayo la propia cohesión del terreno. En este caso no hay que

olvidarse de comprobar que no sufre ninguna modificación durante el tiempo

que se realizan las medidas.

En particular, si se toma como cavidad el espacio en forma de disco que se

crea en la base del entubado, es necesario que no ascienda por él nada de

terreno. Si esto no se cumple rigurosamente, no existe ningún medio de

evaluar correctamente el coeficiente a considerar, ya que la parte de formación

que se introduce en el entubado, en general antes de comenzar el ensayo, se

ha descomprimido con relación a la que queda en su sitio y su permeabilidad

cambia.

Además, el cálculo demuestra que, cuando existe un terreno idéntico dentro y

fuera del revestimiento basta con una pequeña subida para que la carga h que

hay que sustituir en la fórmula sea una pequeña fracción de la sobrecarga

aplicada. Por consiguiente, hay que evitar este tipo de cavidad.

Cuando es posible se mantiene el hueco abierto llenándolo con grava gruesa

calibrada. Los vacíos de esta son lo suficientemente grandes para que el agua

de inyección no pierda la carga por su causa.

Finalmente, se puede proveer el entubado de un elemento perforado

debidamente calibrado.

Si los caudales inyectados son muy pequeños y no se puede conseguir una

cavidad inyectando agua, la bomba resulta inútil, entonces se puede introducir

el agua con un bidón de capacidad conocida que mantenga siempre un nivel

constante en el entubado. O más sencillo aún, después de haber llenado el

revestimiento de agua, se mide la velocidad de descenso de esta.

Como se ha visto, estos ensayos se pueden realizar de modo muy variado y

conviene tomar diferentes valores de la sobrecarga para compensar los

errores.

La experiencia de estas muestras demuestra que su simplicidad es solo

aparente y es necesario que las efectúen e interpreten técnicos que sepan lo

que hacen. Con las inyecciones de agua se corre el riesgo de provocar

fracturas que permiten que se establezca fácilmente una corriente de agua

alrededor del entubado o, por el contrario, que se obturen las formaciones.

Incluso aunque las aguas estén perfectamente limpias, se puede producir esta

colmatación por el desprendimiento del gas disuelto en el agua.

Por todas estas razones se prefiere generalmente efectuar los ensayos por

bombeo. Pero es necesario tomar grandes precauciones para evitar que se

produzcan arrastres del terreno que cambiarían completamente el valor del

coeficiente C que se creía aplicable.

Como generalmente las cavidades son de pequeñas dimensiones, las

permeabilidades calculadas se refieren a un pequeño volumen de terreno y se

pueden considerar como puntuales. Es necesario ensayar un gran numero de

puntos para poder tener un valor medio de la permeabilidad del terreno.

FLUJO LAMINAR Y TURBULENTO

En su movimiento, el flujo del agua presenta 2 estados característicos:

FLUJO LAMINAR

FLUJO TURBULENTO

En el flujo laminar las líneas de flujo permanecen sin juntarse entre sí en toda

la longitud del suelo en cuestión, es decir cada partícula se desplaza sobre una

senda definida la cual nunca intercepta el camino de ninguna otra partícula. Las

velocidades son bajas.

En el flujo turbulento las sendas son indefinidas, irregulares y se tuercen,

cruzan y retuercen al azar. Las velocidades son mayores.

Las leyes fundamentales que determinan el estado de un caso de flujo dado

fueron determinadas por Reynolds a través de sus experiencias, en las cuales

la relación entre la velocidad de flujo a través de un tubo y la cantidad de

carga perdida por fricción fue la parte más importante de la investigación,

expresada en gráficos gradiente hidráulico vs. Velocidad. Dichos gráficos

presentan 3 zonas: flujo laminar, turbulento y de transición; a partir de los

cuales pueden determinarse los valores de velocidad para los cuales el flujo

cambia de régimen. En particular, en el límite régimen laminar-turbulento el nº

de Reynolds definido en la ecuación toma el valor de 2000.

Donde:

R: nº de Reynolds (adimensional)

vc: velocidad crítica, en cm/seg

D: diámetro del tubo, en cm

ρ: densidad del fluido, en gr/cm3

g: aceleración de la gravedad cm/seg2

η: viscosidad del fluido en gr. seg/ cm2

Mediante esta ecuación se puede observar que a medida que el diámetro del

tubo disminuye la velocidad crítica aumenta, con lo cual aumenta el margen

dentro del cual el flujo es laminar. Si se hace una extensión de lo dicho

anteriormente al suelo se ve que para la mayoría de éstos, el nº de

Reynolds varía entre valores mucho menores que los planteados para tuberías

dado que el diámetro medio de los poros es mucho más pequeño que el

diámetro planteado en la ecuación anterior. Sin embargo, en suelos altamente

gruesos, gravas por ejemplo, el flujo puede ser turbulento.

MOVIMIENTO DEL FLUIDO EN EL SUELO. LEY DE DARCY.

COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD

Los poros-canales en una masa de suelo son tan delgados, sinuosos e

irregulares en su sección transversal y complejos en su intersección y

subdivisión que el análisis de flujo a través de todos los poros individuales no

sería posible. Sin embargo, en aquellos problemas de ingeniería que involucran

la absorción a través del suelo, el flujo que ocurre en cada poro no es de

interés. Por el contrario, el flujo que se desea conocer es el flujo combinado a

través de todos los poros de un elemento cuyo volumen sea suficientemente

grande para dar una representación típica de toda la masa de suelo que se

trate.

CONCLUSIONES

El suelo y su composición es al algo fascinante las formas texturas colores que

se encuentran en todo el mundo, en la ingeniería civil el suelo juega un papel

muy importante puesto que es fundamental tener conocimiento del mismo y de

sus ensayos para conocer sus propiedades y poder determinar qué tipo de

obra se puede levantar sobre este suelo, de tal manera el conocimiento y

manejo del proceso de ensayo aplicado al suelo es fundamental para todo

ingeniero civil.

La permeabilidad hoy en día mediante su ensayo es posible determinar el nivel

de permeabilidad de un terreno en riesgo esto puede propiciar un desalojo de

personas de zonas de alto riesgo de derrumbe por la sobresaturación de agua

la cual se acumula y genera el deslizamiento del terreno del cual hoy se han

visto afectadas muchas familias en lo largo del país.