Manual de Ctedras de Mecnica de Suelos I CONTENIDO UNIDAD 1. Desarrollo e historia de la Mecnica de Suelos 1.1 Forma de trabajo de la geotecnia y la mecnica de suelos. 1.2 Aportes de diversos hombres de ciencia: precursores y contribuyentes modernos de a mecnica de suelos. 1.3 Casos mundiales en los que hizo falta la aplicacin de la mecnica de suelos. 1.4 Ciudades notorias por sus hundimientos. 1.5 Panorama histrico de la mecnica de suelos en la Repblica Dominicana. Cuestionario Unidad 1. Ejercicios resueltos y propuestos Unidad 1. UNIDAD 2. Origen y formacin de los suelos 2.1 Roca y suelo 2.2 Desintegracin mecnica y descomposicin qumica 2.3 Clasificacin de los depsitos por las caractersticas del transporte 2.4 Materiales de designacin particular 2.5 Forma de las partculas 2.6 Estructuras de los suelos 2.7 Aprovechamiento de las informaciones geolgicas y pedolgicas 2.8 Definicin de mecnica de suelos 2.9 El Subsuelo de Santo Domingo 2.10 El Valle del Cibao Cuestionario Unidad 2. UNIDAD 3. Propiedades fsicas fundamentales 3.1 Materia slida, agua, gas y diagrama de fases 3.2 Porosidad 3.3 Relacin de vacos

3.4 Densidad relativa 3.5 Contenido de humedad 3.6 Grado de saturacin 3.7 Preparacin de los especmenes de suelo 3.8 Manejo del diagrama de fases 3.9 Determinacin del peso especfico de partculas slidas por el mtodo del picnmetro 3.10 Peso unitario Cuestionario Unidad 3. Ejercicios resueltos y propuestos Unidad 3. UNIDAD 4. Granulometra UNIDAD 5. Anlisis mecnico por sedimentacin UNIDAD 6. Plasticidad UNIDAD 7. Clasificacin por el Sistema Unificado UNIDAD 8. Exploracin del subsuelo UNIDAD 9. Permeabilidad UNIDAD 10. Comportamiento mecnico de los suelos sumergidos

Manual de Ctedras de Mecnica de Suelos I: Unidad 1: Desarrollo e Historia de la Mecnica de Suelos UNIDAD 1 Desarrollo e Historia de la Mecnica de Suelos 1.1 Forma de trabajo de la geotecnia y la mecnica de suelos Todas las obras de ingeniera civil descansan, de una u otra forma, sobre el suelo, y muchas de ellas, adems, utilizan la tierra como elemento de construccin para terraplenes, diques y rellenos en general; por lo que, en consecuencia, su estabilidad y comportamiento funcional y esttico estarn regidos, entre otros factores, por la conducta del material de asiento situado dentro de las profundidades de influencia de los esfuerzos que se generan, o por la del suelo utilizado para conformar los rellenos. Si se sobrepasan los lmites de la capacidad resistente del suelo, o si an sin llegar a ellos las deformaciones son considerables, se pueden producir esfuerzos secundarios en los miembros estructurales, quizs no tomados en consideracin en el diseo, productores a su vez de deformaciones importantes, fisuras, grietas, alabeo o desplomos que pueden producir, en casos extremos, el colapso de la obra o a su inutilizacin y abandono. En consecuencia, las condiciones del suelo como elemento de sustentacin y construccin y las del cimiento como dispositivo de transicin entre aqul y la supraestructura, han de ser siempre observadas, aunque esto se haga en proyectos pequeos fundados sobre suelos normales a la vista de datos estadsticos y experiencias locales, y en proyectos de mediana a gran importancia o en suelos dudosos, infaliblemente, al travs de una correcta investigacin de mecnica de suelos. Durante los ltimos aos se han estado empleando cada vez ms los vocablos geotcnia y geomecnica para significar la asociacin de las disciplinas que estudian la corteza terrestre desde el inters de la ingeniera civil, concurriendo a este vasto campo ciencias como la geologa con sus diversas ramas y la geofsica con su divisin, la sismologa. A la vista de los tres (3) materiales slidos naturales que ocupan nuestra atencin, podemos dividir la geotcnia en: mecnica de suelos, mecnica de rocas y mecnicas de nieves, noveles especialidades, todas presentadas en orden de aparicin dentro de las cuales la ltima no tiene cabida en nuestro medio subtropical. La ms vieja de las nuevas, la mecnica de suelos, ser motivo de nuestro estudio desde ahora en adelante, no sin antes puntualizar que ella versa sobre un material heterogneo, dismil de partcula a partcula, donde su contenido de humedad que puede ser variable con el tiempo ejerce capital influencia sobre su comportamiento; debiendo aplicarse nuestros conocimientos fsicos-matemticos para evaluar y predecir su comportamiento. Ardua tarea, distinta a la que realizamos en otros materiales de construccin tales como el acero y el hormign, donde las cualidades fsicas son impresas a voluntad, con relativa facilidad. A travs de procesos metalrgicos que ofrecen una amplia gama de productos finales, en el primer caso, y mediante diseos de mezclas en el segundo, todo en armona con las necesidades de un proyecto dado. Sin embargo, esto no ha sido bice para su desarrollo esforzado y acelerado en los ltimos aos, pese a la utilizacin de teoras e hiptesis de complimiento parcial o entre rangos determinados. A los que se encuentren demasiado preocupados por esta situacin les recordamos que aun en el concreto, material artificial de trabajo disciplinado citado anteriormente como caso antagnico al del suelo se aplican leyes como las de Hooke y Navier que presuponen al hormign como un cuerpo perfectamente elstico donde las secciones planas, antes de la deformacin, continan siendo planas durante y despus de la deformacin,

distantes de ser exactas; aceptndose como buenos y vlidos los resultados obtenidos de su aplicacin. 1.2 Aportes de diversos hombres de ciencia: precursores y contribuyentes modernos de la mecnica de suelos. La tierra, uno de los elementos ms abundantes en la Naturaleza, ya sealado por los antiguos como uno de los cuatro (4) bsicos que componen nuestro inmemoriales como material de construccin. En su manejo y utilizacin el anlisis cientfico ha ido reemplazando, gradualmente, a las reglas intuitivas, siendo el estado actual del conocimiento la suma de los aportes de diversos cientficos, fsicos, matemticos e ingenieros, que desde el pretrito fueron forjando, sin saberlo, una nueva ciencia, nutrida por sus investigaciones. Entre estos pioneros cabe destacar los nombres de: Carlos A. de Coulomb (1736-1806) Alexander Collin ( ) Toms Telford (1757-1834) Juan V. Poncelet (1788-1867) Guillermo Rankine (1820-1872) Karl Culmann (1821-1881) O. Mohr (1835-1918) Jos V. Boussinesq (1842-1929) Coulomb, Poncelet, Collin y Rankine aportaron valiosas experiencias en el anlisis de presiones de tierras. Las contribuciones del ingeniero militar francs Coulomb tienen todava vigencia, en friccin, electricidad y magnetismo. Poncelet ofreci en 1840 un mtodo grfico para la determinacin directa de la superficie de falla y las presiones de tierra activa y pasiva. Collin public en 1846 su trabajo "Recherches Exprimentales sur les Glissements Spontans des Terrains Argileux". Guillermo M. Rankine fue un ingeniero y fsico escocs que se distingui, tambin, por sus trabajos en termodinmica. Culmann le dio una solucin grfica a la teora Coulomb - Poncelet, permitiendo la resolucin de problemas complejos de presiones de tierras. Toms Telford fue un ingeniero ingls, constructor de puentes, puertos y canales, primer presidente de la Asociacin Britnica de Ingenieros Civiles, en 1820. Sus investigaciones le llevaron a desarrollar una modalidad de pavimentos. Mohr ide un mtodo grfico para representar esfuerzos normales y tangenciales actuantes en planos inclinados, cuando el material se somete a esfuerzos biaxiales, de til aplicacin en el campo de los suelos. De Boissinesq hemos aprovechado sus ecuaciones para establecer los valores de las componentes verticales de esfuerzos generados por la aplicacin de cargas. Dos (2) nombres no incluidos en la relacin de precursores antiguos y que merecen ser citados son los G. G. Stokes, quien enunci una ley que rige el

descenso de una esfera en un lquido, fundamento del ensayo granulomtrico por sedimentacin y el del fsico francs H. Darcy autor, en 1856, de una ley bsica para el estudio del flujo del agua en los suelos. Entre los principales contribuyentes modernos tenemos a: Karl Terzaghi (1883-1963) A. Atterberg ( ) Wolmar Fellenius (1876-1957) Arturo Casagrande (1902-1981) Laurits Bjerrum (1918-1973) A. W. Skempton (1914- )

Karl Terzaghi, el padre indiscutible de la mecnica de suelos, naci en Praga, Checoslovaquia, y muri en los Estados Unidos de Norteamrica, a los ochenta (80) aos de edad. Trabaj en Austria, Hungra y Rusia, de 1915 a 1911. Fue profesor del Robert College de Constantinopla, de 1915 a 1925. Ense ingeniera de fundaciones en el Instituto Tecnolgico de Massachusetts, entre 1925 a 1929, dedicndose simultneamente a la prctica consultiva en Norte y Centro Amrica. Catedrtico en Viena, de 1929 a 1938, comenz a laborar a partir de este ltimo ao con la Universidad de Harvard. Su obra "Erdbaumechanik", publicada en 1925, en Viena y en idioma alemn, marc el nacimiento de una nueva disciplina. A. Atterberg, sueco, estableci una serie de ensayos para determinar el comportamiento plstico de los suelos cohesivos, de amplia difusin mundial, hoy en da, en cuyos resultados estn basados todos los sistema de clasificacin ideados. Fellenius, trabajando para la Comisin Geotcnica de los Ferrocarriles del Estado Sueco, cre un mtodo para analizar y disear taludes que se designa con su apellido o es denominado "Mtodo Sueco", el cual se ha convertido en el procedimiento indispensable para el estudio de taludes de presas, carreteras o de cualquier otro tipo. Arturo Casagrande, alemn de origen, emigr a los EE.UU. en 1926. Alumno sobresaliente y compaero de Terzaghi, es despus del maestro la figura ms relevante en la mecnica de suelos; siendo notables sus contribuciones en equipos y sistemas al estudio de la plasticidad, consolidacin y clasificacin de los suelos. Organiz junto al Dr. Terzaghi el Primer Congreso de Mecnica de Suelos y Fundaciones, celebrado en la Universidad de Harvard, Cambridge, Massachusetts, en el ao de 1936, habiendo sido presidente de la Sociedad Internacional de Mecnica de Suelos y Cimentaciones. Bjerrum naci y estudi en Dinamarca. Labor en Suiza y en su pas natal, siendo el primer director, en 1951, del Instituto Geotcnico Noruego. De esa poca son sus valiosas investigaciones en torno a la resistencia al corte de los suelos y de modo especial sobre la sensibilidad de las arcillas. Skempton, nacido en Inglaterra, es profesor del colegio Imperial de la Universidad de Londres, donde introdujo la enseanza de la mecnica de suelos. Ha sido presidente de la Sociedad Internacional de Mecnica de Suelos y Fundaciones. Sus contribuciones han discurrido sobre presiones efectivas, capacidad de carga y estabilidad de taludes. Es oportuno sealar que la Sociedad Internacional de Mecnica de Suelos e Ingeniera de Fundaciones, organizada por Terzaghi y con asiento en Londres, tiene como miembros componentes a sociedades nacionales de igual naturaleza constituidas en casi todos los pases de la Tierra. Auspicia cada cuatro (4)

aos, como suceso principal, congresos mundiales que hasta el momento presente han sido celebrados en las ciudades y aos indicados a continuacin: Primero Cambridge 1936 Segundo Rotterdam 1948 Tercero Zurich 1953 Cuarto Londres 1957 Quinto Pars 1961 Sexto Montreal 1965 Sptimo Ciudad de Mxico 1969 Octavo Mosc 1973 Noveno Tokio 1977 Dcimo Estocolmo 1981

De igual modo tienen lugar eventos regionales dentro de los cuales nos tocan directamente los congresos panamericanos. El primero de ellos tuvo lugar en la Ciudad de Mxico 0en el ao 1959. 1.3 Casos mundiales en los que hizo falta la aplicacin de la mecnica de suelos. Dos (2) de las obras de construccin de carcter monumental en el mbito mundial donde se hizo pattica la ausencia de los postulados de la mecnica de suelos moderna son la Torre de Pisa y el canal de Panam. La llamada Torre Inclinada de Pisa fue comenzada por Bonno Pisano en el 1174 y terminada en la segunda mitad del Siglo XIV. Con una altura de cuarenta y cinco (45) metros y un peso total de 14,500 toneladas, su cimentacin anular transmite presiones al subsuelo del orden de 5 Kg/cm. Fundada sobre capas alternadas de arena y arcilla, su inclinacin comenz a producirse desde la poca de su construccin como consecuencia de presiones diferenciales de los suelos afectados, observndose en la actualidad una separacin entre la vertical y el eje longitudinal de la torre de 4.90 m en su parte ms alta. Una estructura parecida construida en Venecia, de 100 m de altura, se desplom en 1902 cuando su inclinacin era de apenas 0.8%. Una nueva torre, existente, fue erigida en el lugar de la antigua, con una cimentacin ms grande. El primer intento por construir un canal artificial que uniese los ocanos Atlntico y Pacfico fue realizado por el Ing. Francs Fernando de Lesseps, en el 1881, quien antes haba llevado a cabo el Canal de Suez. Pero no fue hasta el ao 1914 que el canal de navegacin solucionado por los norteamericanos mediante un sistema de esclusas pudo ser puesto en servicios, despus de lograr el saneamiento de la zona de la fiebre amarilla y la malaria. El costo final de la obra fue de 380 millones de dlares, suma superior a la estimada en el presupuesto. Se excavaron 315 millones de metros cbicos de material, en los 82.5 Km. de longitud del canal, de los cuales 129 millones correspondieron al corte de Gaillard. La construccin de caracteriz por grandes deslizamientos en las formaciones denominadas "culebra" y "cucaracha", estando constituida esta ltima por arenisca arcillosa estructuralmente dbil. Las fallas se siguieron produciendo aos despus de la inauguracin del canal provocando el cierre temporal por perodos ms o menos largos. La estabilidad actual de las laderas del canal plantea un problema de resistencia a largo tiempo, donde las respuestas hay que buscarlas en la asociacin de la geologa y la mecnica de suelos. 1.4 Ciudades notorias por sus hundimientos

A nivel universal hay ciudades grandes y populosas caracterizadas por hundimientos importantes, pudindose citar entre ellas a las siguientes urbes: Ciudad de Mxico Venecia Roma Tokio Shanghi Bangkok Madrs Bombay

Ciudad de Mxico fue fundada por los Aztecas en el ao 1325, en una isla sobre el lago de Texcoco. La parte colonial de ciudad, ubicada encima del fondo del depsito de agua, tiene uno de los subsuelos de cimentacin ms crticos del mundo, constituido por gruesos depsitos de arcillas volcnicas, lacustres, altamente compresibles, habindose perforado hasta 2,000 pies de profundidad sin haber encontrado roca. Presenta contenidos medio de humedad del orden de 200% con valores espordicos de hasta 600%. Existen all capas alternadas de arena de pequeo tamao, consecuencia todo del origen sedimentario del rea. A unos treinta y tres (33) metros de profundidad est localizado un manto de arena densa y espesor de ms o menos cinco (5) metros en la cual est cimentada la Torre Latinoamericana, de cuarenta y tres (43) pisos de altura, uno de los edificios ms elevados construidos en la Amrica hispana. El hundimiento de la ciudad es debido al secado de los antiguos lagos del Valle de Mxico, acrecentado por la extraccin de agua del subsuelo en la medida del crecimiento demogrfico. En la Catedral se llegaron a medir velocidades de hundimiento de hasta cuarenta (40) centmetros anuales, pudiendo observarse en la figura 1.2 un plano de curvas de iguales hundimientos correspondientes a observaciones efectuadas dentro del lapso 1891-1956. En los ltimos tiempos se ha logrado reducir la compresin de los suelos, controlndose la explotacin de los acuferos de la zona urbana, sustituyndose por fuentes alejadas de la metrpoli que aunque subterrneas parecen pertenecer a cuencas hidrulicas independientes. Venecia, construida sobre una serie de lagunas del Mar Adritico, sufre hundimientos estimados en 32 cm durante el presente siglo, mayores que en la centuria pasada. Las inundaciones marinas, las actividades fabriles y la extraccin de agua subterrnea parecen ser las causas ms importantes del deterioro; habiendo preocupacin mundial por detener las anomalas y preservar los grandes tesoros artsticos de la ciudad, considerados patrimonio universal. En el ao de 1973 el parlamento italiano aprob un proyecto de obras de proteccin a la ciudad, con financiamiento extranjero, por 500 millones de dlares. Entre 1955 y 1970 Roma - La Ciudad Eterna - registr un hundimiento total de treinta (30) centmetros. Para explicar el fenmeno se ha dicho que las lluvias han ido elevando paulatinamente el nivel de las aguas subterrneas que reblandecen el suelo al no poder escapar hacia el ro Tber, por estar sus orillas revestidas con hormign. Sobre Tokio, una de las ciudades ms grandes del mundo, se ha dicho que desde la Segunda Guerra Mundial el sector oriental de la gran capital se ha hundido ms de dos (2) metros. Juzgndose que el problema tiene su origen en la explotacin de los mantos acuferos, los japoneses han implantado leyes severas contra el uso de las aguas subterrneas.

Shanghi, la poblacin ms extendida de China, importante puerto y centro industrial - comercial, es otra metrpoli que experimenta problemas de descensos por la extraccin de agua del subsuelo para fines domsticos e industriales. Un informe presentado por el Servicio Geolgico de la ciudad indica que en los 44 aos transcurridos entre 1921 y 1965 el hundimiento fue de 2.63 m. Bangkok, capital de Tailandia, tiene una velocidad de hundimiento de 7 cm/ao. Las ciudades de Madrs y Bombay tambin se estn hundiendo aunque lentamente. En muchas de las supradichas ciudades la explotacin de los depsitos subterrneos de agua, petrleo o gas se indica como causa de los problemas de grandes hundimientos, aunque tambin se ha sustentado la tesis de que los movimientos tectnicos de los bloques o placas que constituyen la corteza terrestre tienen responsabilidad en los fenmenos. 1.5 Panorama histrico de la mecnica de suelos en la Repblica Dominicana. Los pobladores tanos de la Isla de Santo Domingo a fines del Siglo XV, que constituan el grupo cultural ms avanzado de la familia arahuaca, edificaban sus viviendas: bohos y caneyes con postes de madera hincados en la tierra, como estructura principal, en los que cargaban, mediante soleras, maderos menores actuantes como sustentadores de techo; construyendo finalmente las paredes de las casas con caas penetradas en el suelo y tan prximas entre s como posibles, las cuales ataban fuertemente con bejucos. La techumbre se proporcionaba con hojas tejidas de palma u otro rbol. En la figura 1.3 se observa un boho tano tpico. Tan ligera construccin provocaba cargas reducidas al subsuelo por lo que no debieron haber tenido graves problemas de cimentacin. Con el arribo de los conquistadores peninsulares se inicia en La Espaola y en Amrica un proceso de transculturacin que en la ingeniera civil y la arquitectura estar caracterizado por las influencias romanas y rabe, como se observa en la figura 1.4. La mampostera se utiliz como elemento bsico para el levantamiento de muros y murallas, salvndose con bvedas los espacios libres de los templos. En los edificios pblicos y en las casas seoriales los techos se construyeron con vigas de caoba y losetas de barro cocido, con las disposiciones que se suelen llamar techo romano. En Santo Domingo de Guzmn, desarrollada finalmente en el hombro derecho de la ra Ozama, los esfuerzos al subsuelo se incrementaron teniendo que ser asimilados por un manto superior mezcla de arcilla limosa y arena con aglutinantes calcreos, capa de cubrimiento en el sector primigenio de la ciudad del basamento geolgico calizo. Aunque no se han efectuado investigaciones profundas y pormenorizadas de las condiciones de fundacin de los principales monumentos espaoles de Santo Domingo las informaciones disponibles indican que ha habido un comportamiento aceptable del conjunto suelo - estructura y que los serios daos observados en algunas de las seculares iglesias han sido consecuencias de movimientos ssmicos, generadores de tensiones a las cuales es dbilmente resistente la mampostera; salvo, hasta ahora, en el lado norte del templo de Santa Brbara, cimentado sobre suelo arcilloso de condiciones desiguales al material calcreo rocoso que sustenta las partes restantes de la iglesia, habindose originado hundimientos diferenciales que han daado porciones de la secular estructura. Independientemente de la aplicacin de principios y mtodos que de la mecnica de suelos racionalizada venanse empleando en el pas, sobre todo en la seleccin de materiales para carreteras y en el control de ejecucin de terraplenes para las mismas, su estudio riguroso como disciplina independiente

se inici en la antigua Universidad de Santo Domingo dentro del pnsum de la carrera de Ingeniera civil, en el ao 1958. En ninguna de las principales poblaciones de la Repblica Dominicana se han observado hundimientos generales de magnitudes comparables a las que sufren las ciudades enumeradas en la lista del acpite 1.4. Una de las comarcas ms crticas de la nacin en lo que a condiciones geotcnicas concierne es la faja costera noreste donde desemboca al mar el ro Yuna, conocida como Gran Estero. Topogrficamente baja, en ella han sido depositados durante milenios suelos finos que constituyen masas cohesivas, saturadas, de condiciones indispensables para la construccin. El sentido del flujo de agua en muchos de los ros de esta zona est dominado por la accin de las marea, notndose desage de agua dulce en momentos de bajamar y penetraciones de agua salada hacia tierra durante pleamar. Con estas caractersticas la ejecucin de vas terrestres aqu ha sido tradicionalmente problemtica; habindose utilizado, otrora, para soportar rellenos de caminos un "piso de tronco" colocados sobre pantano (corduroy) e inmediatamente antes de los terraplenes. Esta inveterada prctica se observ en todo el pas y se reflej de modalidades mundiales de la poca. En las ciudades de Puerto Plata las manzanas contiguas a los muelles presentan un nivel fretico muy elevado y un subsuelo arcilloso blando que requiere cimentaciones no convencionales para edificaciones que se realizan en el rea. Iguales caractersticas prevalecen en los sectores bajos de la ciudad de San Pedro de Macors. Cuestionario I. Discuta los inconvenientes de los suelos para ser manejados con el rigor de las matemticas. II. De qu forma se reduciran hoy da los riesgos de estabilidad por comportamiento geotcnico al construir obras como la Torre de Pisa? III. Podran presentarse en la actualidad serios problemas de cimentacin en las grandes pirmides de Egipto? IV. Cul es el argumento ms esgrimido para explicar los hundimientos importantes que presentan algunas metrpolis de la Tierra? V. Sera aconsejable proyectar una gran ciudad en la zona del Bajo Yuna?

UNIDAD 2 Origen y formacin de los suelos 2.1 Roca y suelo Los trminos roca y suelo, en las acepciones en que son utilizados por el ingeniero civil y a diferencia del concepto geolgico que supone roca a todos los elementos constitutivos de la corteza terrestre, implican una clara diferencia entre dos tipos de materiales. La roca es considerada como un agregado natural de partculas minerales unidas mediante grandes fuerzas cohesivas. Llamamos roca a todo material que suponga una alta resistencia, y

suelo, contrariamente, a todo elemento natural compuesto de corpsculos minerales separables por medios mecnicos de poca intensidad, como son la agitacin en agua y la presin de los dedos de la mano. Para distinguir un suelo de una roca podemos hacer uso de un vaso de precipitado con agua en el que se introduce la muestra a clasificar y se agita. La desintegracin del material al cabo del tiempo conduce al calificativo de suelo, considerndose roca en el caso de efectos contrarios. Por medio de la compresin podemos establecer una frontera numrica; si el material rompe a menos de 14 Kg/cm se toma como suelo, significndose que tal lmite es arbitrario y que, en ocasiones, muestras que superan en el laboratorio el supradicho esfuerzo son manejadas con los criterios de suelo. En la definicin incluimos el vocablo natural para descartar de este modo cualquier formacin donde haya intervenido la mano del hombre, tales como los productos fabriles o de desecho. En Santo Domingo, en el barrio Jobo Bonito, localizado en el sector de las calles Santom y Juan Isidro Prez, existen cavernas que fueron utilizadas otrora como vertederos municipales de basura. Donde comienza la avenida Teniente Amado Garca y dentro del barrio de La Fuente, se realizaron rellenos con las cenizas sobrantes de la cremacin de basuras por la antigua "incineradora", Tales materiales, por su constitucin heterognea, no pueden ser manejados con el criterio matemtico de la mecnica de suelos, fundamentada, por otra parte, con investigaciones terico - prcticas desarrolladas en materiales naturales. 2.2 Desintegracin mecnica y descomposicin qumica En el gran laboratorio que es la Naturaleza y el proceso continuo de ataque, actan fuerzas que convierten las rocas en corpsculos de menor tamao o suelo. La esencia de los agentes y los fenmenos de cambio, as como su participacin en el trabajo colectivo, son difciles de separar, pudindose, en general, agruparlos en desintegracin mecnica y descomposicin qumica, segn que las transformaciones sean de ndole fsica o qumica. Observamos el macizo rocoso esquematizado en la figura 2.1 sometido a los efectos del sol, agua y viento, cuya labor conjunta denomnase intemperizacin. La accin solar diurna provoca dilataciones volumtricas y esfuerzos internos en las masas de roca, mximas en las superficies expuestas a los rayos seguidas de perodos nocturnos de enfriamiento, gestores, a su vez, de esfuerzos de signos contrario; situaciones de fluctuaciones de calor que tambin ocurren a plazos mayores con los cambios de estacin. La fatiga producida en la roca por los esfuerzos continuados de signos alternos termina por vencer su resistencia, exfolindola; o sea, convirtindola superficialmente en escamas o lminas delgadas a semejanza de las hojas de un libro, nueva forma en la cual la roca es fcilmente arrastrable por los agentes de transporte: agua, viento y gravitacin, ofrecindose nuevas superficies al trabajo devastador. Por exfoliacin se forman los domos de exfoliacin, resultado del desprendimiento gradual de material rocoso perifrico siguiendo superficies curvas a lo largo de fracturas o planos de separacin llamados juntas producindose colinas de aspecto redondeado. Nuestros obreros excavadores, que an compiten con la pistola neumtica, conocen muy bien el principio de friabilidad de la roca con cambios bruscos de temperatura, por lo que hacen fuego sobre ella y luego apagan con agua, provocando su agrietamiento en pos de su corte y remocin con menos esfuerzo muscular. El agua penetra por las hendiduras, resquebrajaduras y fallas de la roca madre, y al pasar del estado lquido al slido con un aumento de volumen del orden del 10%, durante las pocas de temperaturas bajas, se convierte en cuas de hielo o detonantes que hacen saltar la roca en fragmentos. El agua de lluvia en forma de torrente y gobernada por la fuerza de la gravedad, desgasta las superficies rocosas, llevando en s los productos que arranca, los cuales a su vez aumentan

su poder abrasivo. De este modo el agua desempea un papel dual, simultneo, como agente destructivo y de transportacin. El aire en movimiento tiene, igualmente, capacidad demoledora, mxime cuando lleva partculas de polvo y arena que le otorgan cualidades abrasivas. Los agentes fsicos no son capaces de reducir el tamao de las partculas en ms de 0.01mm. La actividad humana participa en el cambio de tamao de grandes masas de materiales naturales a elementos menores, como acontece en los movimientos de tierras que implican la construccin de presas y carreteras, demandando usualmente la excavacin de ingentes volmenes de prstamos. El agricultor con el arado contribuye, tambin, aunque en menor escala, a las operaciones de cambios artificiales en los materiales superficiales de la corteza terrestre cuando ara y remueve los terrenos de cultivo. La descomposicin qumica, que implica fenmenos ms complejos que los correspondientes a los de intemperizacin fsica, conduce a resultados de suelos con caractersticas dismiles a los de los minerales originales, como es el caso de las arcillas derivadas del feldespato, que tienen cualidades distintas a las del material de nacimiento. La intemperizacin qumica se manifiesta, preferentemente, al travs de la oxidacin, carbonatacin y disolucin. En la oxidacin el oxgeno se une, principalmente, a los compuestos frricos, teniendo lugar esta reaccin, con mayor intensidad, en los climas hmedos; sin agua la oxidacin es lenta o nula. La oxidacin va acompaada, usualmente, de aumentos de volumen en los nuevos minerales formados, coadyudando a la desintegracin de los cuerpos originales. La carbonatacin es el proceso de descomposicin que sufren los cristales que contienen calcio, magnesio, sodio o potasio al reaccionar con aguas carbonatadas, formndose carbonatos o bicarbonatos. La disolucin es propia de la caliza y el mrmol que ven destruir su carbonato clcico en soluciones que contengan bixido de carbono. Las superficies expuestas de caliza y yeso resultan corrientemente grabadas o agujereadas por el susodicho fenmeno. El agua meterica disuelve cantidades moderadas de bixido de carbono de la atmsfera y de los materiales orgnicos presentes en la superficie terrestre, produciendo una dbil solucin de cido carbnico que ataca y ablanda a los materiales que contienen carbonatos y silicato. De este modo se pueden reblandecer rocas tan duras como el granito, pudiendo los bloques de cuarzo convertirse en arenas sin cohesin. El agua subterrnea acomete y disuelve a los materiales situados bajo la superficie, unindose, a la accin qumica, un trabajo mecnico por la energa del flujo interno. La labor qumico - mecnica de las aguas subterrneas se denomina carsificacin, del topnimo Karst o Carso, nombre de una altiplanicie calcrea situada al norte de Yugoslavia. El subsuelo nacional est en gran parte constituido por masas calizas donde han tenido lugar fenmenos crsicos, siendo notable por estas peculiaridades Los Haitises , regin situada al sur del valle del Cibao Oriental y la baha de Saman, que llevando el mismo nombre de la Isla, significa en lengua aborigen "tierra alta" segn el parecer de varios investigadores. En la figura 2.2 pueden observarse las formaciones montaosas troncocnicas, remanentes de las disoluciones superficiales tpicas de Los Haitises. La cueva de Santa Ana y las de los Tres Ojos son lugares de recreo en Santo Domingo bien conocidos por grandes espacios causados por las aguas subterrneas. Al Sureste de Sosa, en la costa Norte del pas, se han identificado fenmenos crsticos. La hidrlisis, el hecho por excelencia en la descomposicin qumica que gua a

la formacin de las arcillas, requiere climas hmedos y calientes como el de la Repblica Dominicana, razn por la cual contamos con grandes depsitos cohesivos. En cambio, en los desiertos, aunque es cierto que predominan temperaturas elevadas, la sequedad atmosfrica impide la formacin de arcillas por hidrlisis, habiendo slo oportunidad para la generacin de materiales granulares originados de modo principal por el estallido de las rocas con los grandes cambios de temperaturas que se producen con el paso del da a la noche. El oasis, dentro de las regiones desrticas, completa con la existencia de agua las condiciones necesarias para la formacin de arcillas. Los tres (3) componentes principales de las arcillas son la caolinita, la montmorilonita y la ilita. El vocablo caolinita se deriva del chino kao-ling, Cerro Alto, nombre de la montaa desde donde, por vez primera, se extrajo caoln para usos alfareros en Europa, con el inters de imitar la calidad milenaria de la cermica oriental. El mineral fue clasificado inicialmente en nuestras procedentes de Montmorillon, pueblo francs. Este componente se caracteriza por su avidez por el agua y notable aumento de volumen en ganancia de sta. El nombre ilita le fue dado a este compuesto por los gelogos del servicio geolgico de Illinois en honor a su estado. La palabra laterita se emplea para designar a muchos suelos arcillosos originados en climas tropicales, de un alto contenido de aluminio hidratado en xido de hierro. La bauxita es una laterita rica en aluminio, donde se ha eliminado la slice de las arcillas. En algunas lateritas la concentracin de hierro es tan elevada que se pueden beneficiar, como es el caso de los yacimientos de ferronquel de las lomas de la Parguera y Caribe, cerca de Bonao. Los seres vivos contribuyen al mecanismo de destruccin - transporte de las rocas, modificador de la corteza terrestre, tomar de aquellas los minerales necesarios para sus actividades biolgicas, como sucede con las sales de fsforo que fijan en sus huesos y llevan luego a otros lugares. As, gusanos, hormigas, roedores y animales mayores, a los que se unen las plantas, participan en la formacin de nuevos materiales que necesariamente no son de menor resistencia o tamao que los de procedencia. Los gusanos y plantas facilitan adicionalmente la introduccin de otros agentes de cambio. A partir del fango calizo de producen grandes masas terrestre por acumulaciones de restos de corales, conchas de moluscos, esponjas y costras precipitadas por plantas acuticas como las algas. Estos desechos, de magnitudes increbles, llegan a formar los atolones y arrecifes. La isla de Santo Domingo o Hait est constituida en gran parte por depsitos coralferos emergidos en un pasado geolgico reciente. El mayor aporte corresponde al de los corales que encuentran en nuestro clima subtropical, mares pocos profundos y calientes, donde se satisfacen las condiciones de hondura tope de 45 grados centgrados favorables para su desarrollo, situndose las nuevas colonias sobre las precedentes muertas. Nuestros modernos arrecifes de coral no son continuos, interrumpindose su crecimiento por el agua fresca de la desembocadura de los ros y los materiales que arrastran. A travs de su ciclo vegetativo las plantas incorporan el subsuelo grandes cantidades de humus, dndole a los materiales superficiales un color subido que va del castao oscuro al negro, llamndoles, entonces, en algunos pases, mantillo; y tierra negra o capa vegetal, en Repblica Dominicana. Este material tiende a depositarse en los lugares bajos y valles, formando los campos labrantos y dejando desprovistos de ellos a las colinas o lugares de pendientes pronunciadas. En Moca, provincia Espaillat, el manto superficial de tierra negra alcanza 0.80 m. sealndose como uno de los suelos ms frtiles del pas y del mundo. La intemperizacin no slo se manifiesta en los materiales naturales, sino tambin contra las obras construidas por el hombre, siendo su preocupacin

preservarla a todo lo largo de su vida til o de diseo. En los puentes metlicos y en los prticos de edificaciones industriales, del mismo material de construccin, la intemperizacin es notable en trminos humanos, advirtindose de igual modo deterioros en las obras y estatuas antiguas. Tarde o temprano habrn de tomarse medidas para proteger los monumentos coloniales de Santo Domingo de la accin devastadora del tiempo, a la cual se suman los efectos crecientes de la actividad humana a tenor de las vibraciones y los gases sobrantes que provoca el trnsito de los vehculos de motor que circulan prximos a los monumentos. 2.3 Clasificacin de los depsitos por las caractersticas de transporte El mtodo de transporte al travs de los agentes viento, agua, hielo y gravitacin, as como la distancia de desplazamiento, condicionan la textura y el tamao de las partculas resultantes, incidiendo en las diferentes clases de depsitos. Para el ingeniero civil, la clasificacin ms importante es la que considera la distancia de transporte, haciendo caso omiso del agente o agentes que intervinieron en la traslacin de los suelos. As designamos por depsitos residuales aquellos que yacen sobre o a corta distancia de la roca de origen, caracterizados por agregados de forma polidrica y aristas vivas, esto es, partculas de forma angulosa o muy angulosa. Cuando el traslado de los corpsculos es prolongado, su rozamiento con las grandes reas recorridas reduce su tamao y pulimenta su superficie ocasionando partculas de formas redondeadas. Estas formaciones, de mayor capacidad que las residuales, son denominadas depsitos transportados. Los territorios boscosos obstaculizan el trabajo de erosin y arrastre de las aguas superficiales, ya que los troncos y races reducen la velocidad del flujo del agua, deteniendo los materiales que carga, razones por las cuales, en apoyo a otras de especies distintas, debe controlarse la denudacin para obviar la fuga de las tierras de cultivo. Los materiales fragmentados, cargados por los elementos de transporte, llegan frecuentemente al fondo de los lagos, ros y mares, donde se adicionan de residuos de fauna y flora, endurecindose y elevndose gradualmente sobre el nivel del mar por movimientos llamados de diastrofismo, con lo que se expone de nuevo al ataque y transporte de las fuerzas de intemperizacin, en ciclos que se repiten indefinidamente. En alusin directa y exclusiva al medio de transporte, podemos apreciar los diferentes tipos de formaciones presentadas a seguida: 1.- Depsitos cueos, transportados y sedimentados por el agua, que cubren grandes reas continentales y de islas como la nuestra, donde el tamao de los materiales acarreados es funcin de la intensidad de la corriente. Cabe distinguir en ellos a los depsitos aluviales o fluviales, lacustres y marinos. Los depsitos fluviales provocados por la accin del agua dulce corriente, pueden, en el caso de torrentes montaosos, mover gravas gruesas y an peascos y bolos, depositando los agregados en orden decreciente de tamaos en la medida en que se reduzca el gradiente o velocidad del flujo y alcanzando el lecho o fondo del cauce primero la arena y luego el limo y la arcilla. En la desembocadura de los ros, la reduccin de la velocidad del agua motiva la formacin de los deltas o abanicos aluviales. Los depsitos lacustres han sido formados en aguas tranquilas estticas de los lagos, por lo comn de suelos finos o arcillosos, uniformes y laminados, donde a veces se observan bandas de color, granulometra y plasticidad diferentes, reflejo de cambios en el historial geolgico de la sedimentacin. Los depsitos marinos se constituyen por los residuos de la vida del mar, la contribucin que hacen los ros o por el trabajo dinmico del oleaje. Las sales presentes en el agua actan como aglutinantes de los materiales depositados.

2.- Depsitos elicos, originados por el viento como medio de transposicin, que levanta agregados de tamaos reducidos para acumularlo en pequeos bancos de arena denominados dunas o mdanos. El loess es un material elico compuesto de partculas uniformes de 50 a 90 % de tamao de limo, con orificios verticales de antiguas races que le otorguen una permeabilidad menor en direccin horizontal que en la vertical; tienen gran volumen de oquedades y reducido peso unitario, mantenindose en cortes verticales, pierden resistencia y rompen, frecuentemente, cuando satura, dada la presencia frecuente de cementantes carbnicos solubles en agua. Los loess abundan en el valle del Mississipi, en las llanuras de Alemania, en el interior de China y en las pampas de Argentina. En China alcanzan alturas de acumulacin de 300 metros, en la provincia de Chens y vecinas, erosionndose fcilmente por el viento y la lluvia al punto que algunos caminos construidos en estos depsitos se han convertido en pasos estrechos y profundos como canales. 3.- Depsitos glaciales, existentes en las regiones septentrionales de Europa, Asia, Canad y en algunas zonas de los Estados Unidos de Norteamrica, se originaron en el Perodo Cuaternario, cuando gigantescas masas de hielo se derritieron y avanzaron liberando grandes cantidades de grava y arena. 2.4 Materiales de designacin particular Turba, residuo orgnico, de color oscuro, resultado de la descomposicin de troncos, ramas, hojas, arbustos, musgos, semillas y otros elementos vegetales, en condiciones de saturacin prevalecientes en zonas tropicales, bajas, en aguas permanentes y avenamiento deficiente, generalmente costeras. De gran porosidad, ligereza y contenido de agua, en las turbas se pueden distinguir por simple inspeccin visual los restos vegetales, poco transformados, que las han originado y siguen todava evolucionando. Son indeseables como material de fundacin en vista del bajo valor de sustentacin y, lo que es an ms crtico, por su alta sensibilidad a la comprensin bajo cargas, debiendo evitarse, dentro de lo posible, utilizar reas de turba para construccin. El doctor Otto Schoenrich dice en su obra "Santo Domingo, un pas futuro: "El Gran Estero, situado al oeste de Snchez, result ser el ms difcil de cruzar que lo que los ingenieros haban calculado. Engull toneladas de roca y miles de libras esterlinas", refirindose a la construccin del ferrocarril La Vega - Snchez por el escocs Alexander Baird, abierto al trfico en 1886. Yacimientos de turba son frecuentes en el litoral noreste de nuestra isla, donde las capas antiguas no fueron nunca sepultadas profundamente o alteradas por los movimientos terrestres, por lo no pudieron alcanzar condiciones de antracita (carbn de piedra), quedndose en estado de lignito. En la zona costera, al este de Snchez, se ha estimado una reserva de lignito extrado y seco de 57 millones de toneladas, con un poder calorfico de 2.300 c/g. Las reservas de turba en un rea explorada del Bajo Yuna, han sido fijadas en el orden de 26 millones de toneladas, con un valor calorfico de 1.750 c/g. La posible explotacin de estos bancos constituye una alteracin energtica de la Repblica Dominicana frente a los altos costos del petrleo y sus derivados. Caliche, material de un alto contenido de carbonato clcico, consistencia trreo-rocosa y color amarillo claro, penetrado en ocasiones por arcilla, ofrece una gama muy amplia de resistencias. Es ampliamente conocido en el pas. Tosca, nombre de significado variable con el sitio, dado a materiales de resistencia media. Entre los dominicanos corresponde a suelos arcillosos endurecidos, tendentes a consistencia de esquisto o pizarra. Ha sido tradicin utilizar los trminos "tierra", "tosca" y "roca" en presupuestos gubernamentales de movimientos de tierra, para calificar y tratar de pagar con justicia los trabajos de corte de materiales en armona con el esfuerzo realizado. Tal sistema ha sido con frecuencia, motivo de polmicas y largas discusiones entre

contratistas de obras e inspectores del Estado, cuando los ltimos sobre el terreno, levantan con la mano un poco de material intemperizado al pie de los taludes y aducen que es "tierra". Situaciones como stas, a las que contribuye un plausible sentido de fiscalizacin, podran evitarse si las clasificaciones se hicieron, exclusivamente, en base a la resistencia al corte que opusieron los diferentes materiales y al uso inevitable de ciertos equipos o mtodos de remocin manejndose, entonces, las partidas de costos en casillas tales como "materiales cortables con tractor ", "materiales slo removibles con el uso de explosivo", etc. 2.5 Forma de las partculas El frotamiento que experimentan la partculas minerales slidas sobre las superficies en que ruedan, por influencia de los agentes de transporte , as como su grado de dureza, condicionan su superficie externa, apareciendo ms o meneo redondeadas en la medida en que han sido pulidas o son blandas. De modo opuesto, cuando los granos no han tenido ocasin de recorrer grandes distancias, sus aristas aparecen bien definidas y "vivas", siendo polidrica su forma externa, motivo por el cual se produce una mejor interaccin o ajuste entre los agregados prximos. La clasificacin de la forma geomtrica de las partculas parte de los adjetivos redondeada y angular, en torno a los cuales se establecen los grados de muy redondeada y subredondeada, y muy angular y subangular. La figura 2.4 explica por s sola los diferentes tipos de formas de partculas. 2.6 Estructura de los suelos As como la forma geomtrica de los corpsculos, descrita antes, se refiere a una cualidad individual de los elementos slidos, la estructura analiza la organizacin o agrupacin de las partculas minerales, vista de conjunto con el agua y el aire que hay entre ellas, siendo sus diferentes clases funcin de la forma de los granos, la naturaleza de las fuerzas actuantes entre ellos y la manera como se form el suelo (vase figura 2.5). La estructura granular o simple es propia de las arenas y gravas, estando regida mayormente, por la gravitacin, sin que existan fuerzas de adherencia entre las partculas. Se caracteriza por el contacto entre los elementos slidos, pudiendo variar la relacin del volumen d los poros al de partculas, dada la posicin relativa de stas. Los conceptos ms importantes sobre los suelos de estructura granular o granulares, son los que miden su grado de densificacin, de los cuales nos ocuparemos en el siguiente captulo. La estructura apanalada recuerda los panales de miel y es propia de las arenas finas y los limos no plsticos sedimentados en aguas tranquilas o aire. Las fuerzas de atraccin entre las partculas son considerables en relacin con las gravitacionales, soportando bien los "arcos de partculas" las cargas esttica, pero perdiendo su estabilidad por impactos o vibraciones. La estructura floculenta es observada en suelos cohesivos de apreciable contenido de agregados coloidales (menores de 0.0002 mm), donde en sus partculas muy pequeas y de forma aplastada estn localizadas fuerzas superficiales electromagnticas que hacen que se muevan unidas en forma de flculos. La energa superficial de electrlitos presentes durante la sedimentacin, siendo el tamao de los poros considerablemente mayor que el de partculas slidas 2.7 Aprovechamiento de las informaciones geolgicas y pedolgicas En ausencia de datos generales geotcnicos de zonas o regiones, a ser utilizados en estimados y anlisis preliminares de las condiciones de cimentacin o disponibilidad de materiales de algn proyecto, pueden aprovecharse los mapas existentes, geolgicos o pedolgicos, correspondientes a las reas de inters. Es frecuente que se disponga, con relativa facilidad, de cartas geolgicas y mosaicos areos que pueden dar una orientacin primera de los suelos para

construccin. Ms recientes y escasos son los mapas que versan sobre pedologa, ciencia que naci como consecuencia del trabajo de analistas rusos que siguiendo las investigaciones de V.V. Dokuchaev /1846-1903), fundamentaron una nueva disciplina en el estudio de la transformacin de la superficie de los depsitos geolgicos en capas u horizontes distinguibles y separables Su aplicacin en agricultura ha permitido la confeccin de mapas agronmicos, en los que se clasifican los suelos con trminos tales como "pedalferes" y "pedocales". La pedologa estudia las caractersticas fsicas y biolgicas de la parte superior de la corteza terrestre, en un espesor de 1.20 a 1.50 m., afectada o influenciada por el clima, los organismos, la topografa, el carcter de la roca madre y el tiempo de intemperizacin. De esta manera se ordenan horizontes de suelos que conforman el perfil estratigrfico. El horizonte ms elevado tiene usualmente una cantidad considerable de material orgnico, originado por la descomposicin de vegetales. El segundo horizonte es el sector donde se acumulan pequeas partculas minerales, siendo estos materiales, corrientemente, de mayor plasticidad que los situados en los horizontes prximos, superior e inferior. Las dos (2) primeras capas u horizontes constituyen el slum para la pedologa, esto es, la zona donde es ms activo el proceso de formacin del suelo. Al slum sigue el tercer horizonte constituido por material original, relativamente inalterado, que puede ser roca madre parcialmente descompuesta, llevada o no a otro lugar distinto al de procedencia. En materiales de reciente deposicin pedolgica tpica. En pedologa las clasificaciones de suelos se establecen por las cualidades geolgicas del material original y algunas caractersticas de agrupacin. Se aprecian el nmero, color, estructura, textura, composicin qumica y disposicin relativa de los horizontes. Todos los suelos que tengan iguales secciones, aun cuando difieren en la textura del horizonte superior, son agrupados en lo que se llama serie de suelos, dndosele, generalmente, el nombre del lugar donde primero se reconocieron. Las caractersticas de suelos - tiles en ingeniera - son deducidas en principio de la textura, plasticidad, espesor y condiciones de avenamiento de los horizontes pedolgicos. Diferentes series de suelos pueden tener cualidades de ingeniera semejantes. Los mapas agronmicos modernos se preparan mediante interpretacin de mosaicos de fotos area, donde los suelos se asocian por sus cualidades de forma de la tierra, color, erosin, superficie de avenamiento, taludes, etc. En las naciones de agricultura tecnificada la disponibilidad de mapas sobre este campo permite al ingeniero civil, identificado con los trminos propios de la pedologa, recabar una primera informacin de suelos para la proyeccin de obras tales como caminos y aeropistas. A partir de un estudio efectuado, en 1967, con el patrocinio de la Unin Panamericana, la Repblica Dominicana dispone de una informacin general de suelos con fines agrcolas, extendida a todo el territorio nacional. Para ofrecer informaciones previas, derivadas del ordenamiento de datos geotcnicos acumulados slo en localidades de importancia donde la industria de la construccin es considerable, se han preparado catlogos para las ciudades de Santiago y Santo Domingo registradores del ordenamiento de capas del subsuelo, ndice fsicos y condiciones de lugar, tales como posicin de nivel fretico, tiles en el diseo racional de cimentaciones. a guisa de orientacin preliminar pueden ser consultados en obras que sern elaboradas finalmente con un estudio de mecnica de suelos o para aquellas que por lo moderado de su costo no dispondrn de una investigacin geotcnica especfica. 2.8 Definicin de mecnica de suelos Con la discusin de los acpites precedentes estamos documentados para definir la mecnica de suelos como la rama especializada de la ingeniera civil, de carcter fundamentalmente fsico, que estudia los materiales perturbados por alguna obra de ingeniera o utilizados como material de construccin para las mismas. En la figura 2.6 se ha representado la seccin transversal de un camino que alcanza a interesar una capa subyacente de arcilla por las presiones que el

terrapln de la va induce, a partir de su rea de asiento o superior del terreno. En el manto de arcilla natural (I) se producirn esfuerzos y deformaciones que podran afectar la firmeza y el servicio del camino, por lo que es necesario predecir su comportamiento y tomar las medidas correctivas de lugar, si fuesen menester, para garantizar su buen funcionamiento dentro del tiempo de servicio de la obra, aplicando los conocimientos que nos brinda la geotecnia. El relleno (II) de la estacin reproducida por el corte transversal de la figura es una estructura derivada de las diferencias altimtrica entre la rasante en ese punto, elegida para satisfacer condiciones geomtricas de transito, y las del terreno all, debiendo, en complemento a su misin de llenar un espacio y dar soporte a los vehculos que transitarn por ella, ser construida con materiales selectos dentro las ofertas econmicas, colocados y acomodados convenientemente. Es necesario adems para estos fines investigar las caractersticas de los materiales sobrantes de los cortes mximos o de bancos potenciales de suministro en las inmediaciones del lugar, controlndose la eficiencia de su acomodacin. Los taludes debern ser diseados considerandos las fuerzas que tienden a su rotura y las que compiten por mantenerlos en pie, en pro de un satisfactorio coeficiente de seguridad. En todas las ocasiones expuestas, la mecnica de suelos ha de proveer las teoras y mtodos necesarios para la feliz realizacin del proyecto, apoyada en conocimiento de geologa, mecnica racional, resistencia de materiales, hidrulicas y otras disciplinas. Las investigaciones geotcnicas pueden ser divididas en tres etapas de carcter desigual: perforacin o grupo de labores predominantemente musculares, en las cuales se obtienen, utilizando equipos y herramientas de horadacin, especmenes de diferentes capas del subsuelo, as como anlisis de laboratorio llevados a trmino en las muestras resultante, para derivar valores, ndices y parmetros en lo tocante a la resistencia al esfuerzo cortante, comprensin, avenamiento de agua, etc., necesarios en la parte final del proceso o diseo que asocia la informacin conseguida en las dos anteriores, para ser dirigidas a la clasificacin de materiales con que construir terraplenes de vas terrestre o aeropistas, diques de contencin de aguas o rellenos para fines diversos. La clasificacin podra practicarse de igual forma en suelos localizados bajo la superficie natural, involucrados en las futuras obras, manejndola con los datos particulares procesados para satisfacer las necesidades de los clculos de capacidad portante, pronstico de hundimientos, empujes de tierras, diseos de pavimentos, anlisis de taludes y otros. Las tres partes en que vimos que puede dividirse una investigacin de suelos han de tratarse con iguales celos y cuidados, no dndosele a ninguna de ellas la supremaca que no tiene sobre las restantes, identificndonos con su rigurosa interaccin disciplinaria, realizada en tal forma que cualquier descuido en una de las tres se reflejar, inexorablemente, en el resultado final. 2.9 El subsuelo de Santo Domingo La capital de la Repblica est situada en la Llanura Costera del Caribe o Llanura Oriental del Caribe, una planicie ubicada en la costa sur del pas , extendida desde Punta Salina hasta el extremo este de la provincia de La Altagracia, con una longitud de 240 Km. Su ancho vara desde 10 Km. en la proximidades de Ban hasta ms de 40 Km. en la zona de Bayaguana, limitndola al norte la Cordillera Central y el Pie Monte de la Cordillera Oriental. Ha sido compuesta por detritus calizos aportados por animales inferiores: corales, foraminferos, moluscos, etc., as como por algas. Estos depsitos calizos, originados en el Pleistoceno, han ido subiendo gradualmente por presin de las placas corticales, presentando actualmente una serie de terraza o escalones que crecen en altura de sur a norte. La ciudad de Santo Domingo tiene elevaciones

tope de ms o menos 55 metros sobre el nivel del mar. La avenida Mirador del Sur corre a la largo de una de estas terrazas. La figura 2.7 corresponde a un perfil altimtrico supuesto segn la direccin norte - sur. En el subsuelo de Santo Domingo, luego de superarse la capa de arcilla orgnica - por lo general delgada - y los mantos arcillosos inorgnicos, plsticos, aadidos ocasionalmente de arena y grava pequea, calcreas, aparecen el basamento calizo, que aflora en ocasiones, presentando una "costra" superior de unos tres o cuatro metros de espesor, de consistencia de roca, para ofrecer sus valores ms atractivos de resistencia. A continuacin el depsito calizo reduce su consistencia trrea rocosa, tornndose permeable y removible a percusin. Cuando el subsuelo de la ciudad se identifica con la disposicin expuesta antes y las edificaciones de cargas normales tienen la infraestructura en la porcin superior de la roca, las condiciones de fundacin son, en lneas generales, aceptables. Deben obviarse, en principio, proyectos arquitectnicos que contemplen stanos para los cuales haya que practicar excavaciones que adems de tener un costo elevado, despojan al terreno de cimentacin de su mejor manto de carga. Las profundidades que alcanzan las perforaciones efectuadas en la ciudad para obtener informacin geotcnica no alcanzan a pasar las acumulaciones calizas, donde tienen que disiparse las presiones estructurales, por lo que es de sumo inters conocer sus generalidades fsicas. El Ozama, con su principal afluente el Isabela, es ro de Santo Domingo, en cuyo estuario, y a partir de sus dos orillas, ha nacido, crecido y desarrollado la poblacin. En los actuales das se manifiesta una tendencia espontnea al aprovechamiento de sus orillas, sobre todo la oriental, ms expedita, en instalaciones industriales, dado el atractivo del curso de agua como va fluvial de los buques cargadores de materia prima y productos terminados. Sus flancos y fondo estn compuestos por gruesas acumulaciones de materiales finos sedimentados en condiciones de baja velocidad de flujo. Ante estas circunstancias, de demanda por una parte, y de crticas situaciones fsicas por la otra, procede la divulgacin de las disposiciones generales del subsuelo en el can o cuenca del ro Ozama, prximo a su desembocadura, para lo cual haremos uso del perfil geotcnico preparado por el ingeniero Kilian de Fries, que sirvi al diseo del puente Francisco del Rosario Snchez, en el eje de la calle Padre Castellanos, figura 2.8. La seccin transversal del vano del ro, en la posicin del puente, indica un ancho de la superficie del agua de unos 160 metros, en condiciones normales, y dos planicies aluviales para una longitud total, en suma, igual a 460 metros. El material que sirve de sostn al curso de agua y sus deposiciones recientes, visible en las laderas, es caliza coralfera. Durante las glaciaciones (perodos glaciales recientes) del hemisferio norte hace unos 9,000 a 10,000 aos segn determinaciones por radio carbono, el nivel de los ocanos terrestres descendi ms de 100 metros en muchos lugares al congelarse gran parte del agua superficial de la tierra, forzando al ro Ozama a horadar cauces profundos en la resistencias de los materiales de asiento, y originando dos valles en las posiciones reproducidas en la figura, separados por un sector relativamente alto que opuso mayor resistencia a la fuerza erosiva del agua, de modo que se produjeron aqu, por seleccin natural, mejores condiciones de cimentacin, aprovechadas por el puente en asunto, al travs de una relocalizacin de sus pilas de forma que una de ellas coincidiese con el montculo submarino de caractersticas ptimas y distancia de alcance mnima. El posterior ascenso del mar, del mismo orden del descenso anterior, permiti la rpida sedimentacin, en los antiguas cauces, de materiales de partculas pequeas llevadas por las aguas: arcillas y limos con arenas finas y residuos orgnicos, que, alcanzando actualmente espesores de alrededor de cincuenta metros, llegan hasta nosotros saturados, blandos y deformables, incapaces de soportar cargas importantes.

La caliza porosa en que est enclavado el ro Ozama facilita la introduccin del agua de lluvia que, circulando de modo interno, flota sobre el agua salobre de la ra, de mayor densidad, brotando en manantiales por las vertientes del can del ro. "La Fuente o bao de Coln", en la orilla derecha del curso de agua es la ms famosa de sextas venas acuferas. en trabajos de perforacin para el primer anteproyecto de un puente sobre el ro Ozama, en la calle Padre Castellanos, se obtuvo agua artesiana que ascendi por tuberas de exploracin introducidas prximas a la orilla izquierda, al cortar la capa arcillosa que cubra el estrato de agua a presin gobernada por un gradiente hidrulica importante. Los vacos crsicos abundantes en el material calcreo de los hombros de la cuenca del ro absorben, aparentemente, los excedentes de agua durante crecientes, no teniendo, en consecuencia, el Ozama, un historial notable de inundaciones. 2.10 El valle del Cibao El valle del Cibao fue un antiguo canal marino, de aguas poco profundas que circulaban entre las actuales bahas de Saman y Manzanillo, en el cual la acumulacin de sedimentos y los levantamientos lo fueron llevando a sus posiciones presentes. En Santiago, la segunda ciudad importante de la nacin, tiene una cota media de 175 metros sobre el nivel del mar. La cuenca sedimentaria, que es el valle, est limitada al norte por los pilares de la Cordillera Septentrional, un sistema montaoso exclusivo de la Repblica Dominicana que le proporciona a la faja intermontaa un trmino casi lineal, acotado al sur por su Cordillera Central, el ms viejo complejo ortogrfico de la isla, y los Montes del Seibo. El valle del Cibao se sumerge al este formando el piso elevado de la baha de Saman, y continua en tierra firme de vecina Repblica de Hait, con el nombre de "Pliane du Nord". Sobre territorio dominicano su longitud es de 230 Km., con un ancho fluctuante de 15 a 40 Km., para darle un aspecto de faja alargada y angosta, comn a todos los valles dominico - haitianos. Sobre la base antigua del valle del Cibao se han situado gruesos depsitos del Terciario, estimados en 10,000 m, entre los cuales predominan en espesor los de Oligoceno Medio. Dos (2) sistemas fluviales corren por la superficie del valle: el ro Yuna, que se desarrolla hacia el oriente sur, y el del Yaque del Norte y sus tributarios, que avanzan hacia el noroeste, habiendo provocado estos ros o torrentes que se precedieron depsitos recientes. Un proceso geolgico, anlogo al que condujo el Valle del Cibao a su estado actual, puede observarse, inconcluso an, en la Hoya de Enriquillo, otro antiguo canal marino de la isla de Santo Domingo que iba desde la baha dominicana de Neiba hasta la haitiana de Puerto Prncipe. En esta banda de unos 100 Km. de largo y 20 Km. de ancho, bordeada al sur por las sierras de Bahoruco y las de Neiba al norte, existen todava acumulaciones de agua en forma de lagos y lagunas que, vistas de este a oeste en el mapa de figura 2.9, son: la laguna del Rincn, el lago Enriquillo, con la isla de Cabritos en su centro, la laguna de Limn, la laguna en Medio, el lago Sumatra o el Fondo y la laguna Gran Caimn, estos dos ltimos en territorio haitiano. El lago Enriquillo, el mayor estanque mediterrneo de todos, ocupa parte de la depresin regional, cambiando la superficie cubierta por l en razn de la cantidad de agua que recibe, variable de tiempo a tiempo. La superficie de sus aguas est localizada a unos 30m. bajo el nivel del mar prximo, no pudiendo llegarles sus aguas a causa de los depsitos acumulados o por el ro Yaque del Sur en el fondo de la baha de Neiba, actuantes como diques. Los ejes longitudinales del valle del Cibao y de

la fosa de hundimiento baha de Puerto Prncipe - baha de Neiba, tiene rumbos norte al oeste muy parecidos , lo que hace pensar que los fenmenos geolgicos que lo originaron e hicieron evolucionar fueron homlogos. Cuestionario I. Enumere las mltiples funciones del agua en la destruccin y traslado de las rocas. II. Porqu no hay desiertos en la Repblica Dominicana? III. Qu condiciones hacen del Brujuelas un ro subterrneo? IV. Qu utilidades tienen en la industria de la construccin los yacimientos aluviales de ros como el Yaque del Norte y Sur, Haina y Nizao? V. Por qu son las arenas de la playa de Boca Chica de color blanco o amarillo claro? VI. De qu modo se impide que la intemperizacin alcance el acero de refuerzo del hormign armado? VII. Porque son desfavorables las condiciones de cimentacin en las orillas de los ros Ozama e Isabela, en Santo Domingo? VIII. Como inciden las disoluciones crsticas en la ingeniera de fundacin? IX. Pregunte al profesor sobre las caractersticas generales del subsuelo de algunas poblaciones dominicanas que no sean las dos ciudades principales del pas. UNIDAD 3 Propiedades fsicas fundamentales En esta unidad comenzaremos a discurrir sobre la fsica de los suelos, tomados como el conjunto de partculas slidas, macro o microscpicas, asociadas con el agua y gases. 3.1 Materia slida, agua, gas y diagrama de fases. Los elementos constituyentes del suelo existen en forma indisciplinada siendo necesario para la aplicacin de la fsica suponerlos fusionados o continuos. De este modo se origina el diagrama de fases, figura 3.1, formado por las tres partes o fases fundamentales del suelo, en pureza de contenido: gaseosa, acuosa y slida. A un lado del dibujo acostumbraremos representar los pesos parciales de los tres elementos componentes Wg, Ww, Ws, de los cuales el primero podr despreciarse por ser muy pequeo en relacin con los dos restantes. El peso total ser la suma de los pesos de agua y slidos (W = Ww + Ws). Al otro lado del diagrama de fases se proporcionarn las casillas correspondientes para alojar los volmenes de gases (Vg), agua (Vw) y partculas slidas (Vs), llamando la atencin sobre el hecho de que el volumen de gas no es necesariamente nulo, pudiendo ser grande en ocasiones. El volumen total (V) ser la adicin de los tres volmenes componentes.

Llamaremos volumen de vacos (Vv) a la suma de los volmenes ocupados por los gases y agua. 3.2 Porosidad (n) La medicin del volumen de los poros o vacos del suelo la efectuaremos por medio de los conceptos anlogos porosidad (n) relacin de vaco (e). La porosidad es la relacin por cociente entre el volumen de vacos (volumen combinado de gas y agua) y el volumen total, expresado como por ciento o no. En otras palabra, es la medicin de los huecos o vacos tomando como medida de comparacin al volumen total. n = ( Vv / V ) * 100 A medida que el suelo es ms poroso, n aumenta. Matemticamente, n estar acotada entre 0 y 100%; 0% si n = 0%, el suelo est en un estado de densidad absoluta, no hay vacos. Si n = 100%, el suelo desaparece como tal. En la prctica encontramos una fluctuacin de n entre 20% y 95%. 3.3 Relacin de vacos (e) La relacin de vacos o huecos es la medida del volumen de los vacos con respecto al volumen de las partculas slidas, invariablemente expresado como un nmero. e = Vv / Vs Estos trminos utilizados en la medicin de las oquedades son importantes, ya que nos indicarn si el suelo es poroso o si en cambio, est densificado. La tendencia moderna es medir las oquedades en el suelo mediante la relacin de vacos. Esta preferencia podemos comprenderla mediante el siguiente ejemplo. Supongamos un proyecto de construccin en relleno donde el terrapln provoca una serie de presiones superficiales que se transmiten al subsuelo afectando el estrato sealado en la figura 3.2. En esta capa, tomaremos una muestra cuya compresibilidad vamos a seguir. Si utilizamos la porosidad para medir sus oquedades, tenemos que hay una disminucin en el volumen de vacos y, consecuentemente, en el volumen total, alterndose de este modo tanto el numerador, como el denominador de la razn. En cambio, al aplicar la relacin de vacos, nos encontraremos con un cociente donde el denominador (base de comparacin) no vara, ya que el volumen de partculas slidas es el mismo. No obstante, ser de inters prctico tener una relacin entre ambas medidas. La figura 3.3 ilustra sobre el modo sencillo de llagar a las siguientes igualdades. n = Vv / V = ( e / ( 1 + e ) ) e = Vv /Vs = ( n / ( 1 + n ) ) El valor de e flucta prcticamente entre 0.25 y 15. 3.4 Densidad relativa (Dr) El concepto de densidad relativa es inherente a los materiales granulares, siendo un medio para valuar el grado de acercamiento entre sus partculas o determinar su orden de densificacin. Se debe a Terzaghi, quin lo defini como sigue.

Dr = ( ( eo - e ) / ( eo - e mn ) ) * 100 donde : e : relacin de vacos del material en el estado en que se investiga eo : relacin de vacos del material en su estado mas suelto posible e : relacin de vacos del material en su estado mas denso posible En la frmula anterior, el denominador es una constante para determinado suelo y, por tanto, constituye un buen patrn de referencia. Calificativos de densificacin de la arenas Dr Calificacin 0% - 30%: suelta 30%- 60%: medianamente densa 60%-100%: densa Para lograr el estado ms denso o ms suelto de un material granular, har falta el uso de un recipiente, de volumen y peso conocidos, como los que se utilizan en los laboratorios de concreto. Si el recipiente no hubiese sido aforado an, pudiera determinares su volumen fijando el peso del agua que es capaz de contener y dividindolo entre la seguridad de haber llenado el recipiente a cabalidad. Esto podra ser verificado colocando una placa de cristal sobre el recipiente lleno y observando si no han quedado bolsas de aire en el interior. El estado ms denso se logra cuando existe el mayor acomodamiento posible entre las partculas. Estos es factible si se vierte la arena al recipiente desde una altura conveniente y se vibra el conjunto continuamente. Las necesarias vibraciones para este ensayo son producidas eficientemente por la mesa provista de una plancha y un motor unido a ella, representada en la figura 3.4, a cuya falta podemos utilizar un martillo de goma con el que se golpea la periferia del recipiente. Este proceso se repite varia veces y se toma un promedio de los valores obtenidos. Para obtener la condicin de suelta, la arena se coloca sin cadas de forma tal que no se acomode ni se densifique. En lo dems se sigue el procedimiento anterior y lgicamente obtendremos un peso de arena menor. Ya obtenido el peso del material, puede determinarse la relacin de vacos mediante la resolucin de un diagrama de fases que explicaremos ms adelante en acpite 3.8 de este Manual. 3.5 Contenido de humedad (w) El contenido de humedad de un suelo es la relacin por cociente entre el peso del agua que aloja y el peso de sus partculas slidas, expresado siempre en trminos de porcentajes. Esta propiedad fsica es de sencilla obtencin y de una gran utilidad, pues la resistencia y el comportamiento de los suelos ligados a la construccin estn regidos, en gran parte. por la cantidad de agua que contienen.

En los materiales calcreos de Santo Domingo, el contenido de humedad se encuentra en los alrededores del diez (10) por ciento, pudiendo verse este valor afectado considerablemente por el grado de saturacin del suelo, producto de la inyeccin de agua necesaria en la perforacin cuando se utilizan equipos mecnicos para la obtencin de especmenes de ensayo. En algunas arcillas de Santiago, encontramos contenidos de humedad del orden de 25 por ciento. En materiales orgnicos, como los propios de Gran Estero, se observan contenidos de agua de hasta doscientos por ciento, sin que esta cifra sea sorprendente, ya que en el Japn se han registrado contenidos de humedad de hasta mil quinientos por ciento, lo que indica grandes problemas de suelo debido a que el peso del agua supera en 15 veces al del material slido. En Santo Domingo existen suelos con altos contenidos de humedad en las mrgenes de los ros Ozama e Isabela, donde frecuentemente se registran valores entre 80 y 100% para los suelos arcillosos que all existen. Proceso de laboratorio para la determinacin del contenido de humedad de una muestra Nuestro principal equipo de trabajo consistir de un horno elctrico de temperatura controlable (ver figura 3.5). Una vez tomado el peso en estado natural de la muestra, sta se introduce al horno. All se calentar el espcimen a una temperatura de 105 5 C, producindose la evaporacin del agua y su libre escape a travs de unas ventanillas en la parte superior de nuestro horno. Debemos tener cuidado de no sobrepasar este lmite, pues correramos el riesgo de cremar el suelo con la consiguiente alteracin del cociente para la determinacin del contenido de humedad. Puede utilizarse la cremacin a nuestro favor cuando se desee obtener el contenido de material orgnico de una muestra. El material deber permanecer en el horno por un perodo de 12 horas, razn por la cual se acostumbra iniciar el calentamiento de las muestras al final del da, dejndolas deshidratar durante toda la noche. Para la correcta identificacin de los especmenes, stos se colocan sobre recipientes de peso conocido convenientemente numerados. Esta numeracin y peso debern anotarse en el formulario que se utiliza para la obtencin del contenido de humedad presentado en el ejercicio resuelto 1. Una vez cumplidas las 12 horas de secado de la muestra de tamao normal, precedemos a retirarla y pesarla, obtenindose el peso seco. Ahora bien, es necesario dejar enfriar la muestra para facilitar su manejo. Si las muestras de dejaran refrescar en un medio sin proteccin, su temperatura elevada al salir del horno provocara una absorcin de agua del medio ambiente, alterndose el peso seco real. Por esta razn, deber utilizarse un desecador, aparato no proveniente de la mecnica de suelos adquirido de los laboratorios de fsica y qumica. El desecador es un recipiente con cierre hermtico, lleno parcialmente con un material higroscpico (como el cloruro clcico), que mantiene en condiciones de sequedad absoluta al aire encerrado en l (ver figura 3.6). La gran desventaja de este instrumento, razn por la que no se utiliza con mayor frecuencia, es su poca capacidad, lo que inhabilita al laboratorista de manejar un nmero grande de muestras. El peso del agua ser la diferencia de pesos entre la muestra en estado natural y la seca. Ya contamos con los valores necesarios para la obtencin del contenido de humedad. En caso de que se tuviera mucha prisa en obtener los resultados del ensayo, la muestra pudiera retirarse del horno al cabo de unas cuatro (4) o cinco (5) horas para pesarla. Luego, se introducira de nuevo al horno y se comparara este primer peso con uno obtenido a las seis (6) horas de secado. Si no se advirtiera ninguna diferencia, pudiera utilizarse este valor como peso seco de la muestra. 3.6 Grado de saturacin (Sr)

Se define el de agua y el propiedad de suelo. Tanto medicin del

grado de saturacin como la relacin por cociente entre el volumen volumen de vacos, expresado en trminos de por cientos. Esta termina la cantidad de agua que se encuentra en los vacos del el contenido de humedad como el grado de saturacin son ndices de agua, valores que definen la proporcin de agua en el suelo.

Sr = ( Vw / Vv ) * 100 El grado de saturacin de una muestra estar acotado matemtica y fsicamente entre cero (0) y cien (100) por ciento. Un grado de saturacin de un ciento por ciento corresponder a suelos cuyo volumen de vacos est totalmente ocupado por agua, calificndose este suelo como saturado; situacin difcil de alcanzar en la naturaleza y en los laboratorios, dado que es necesaria la previa eliminacin total de los gases entrampados en los intersticios del suelo, aceptndose como saturados materiales que tienen un Sr algo mayor del 95 por ciento. Un grado de saturacin de cero por ciento indicar la ausencia completa de humedad de un suelo, condicin slo posible en el caso de las muestras recin secadas al horno. Los valores altos del grado de saturacin se producen generalmente por debajo del nivel de las aguas subterrneas que llamamos napa fretica (ver figura 3.7). Tambin se producen valores altos se saturacin superficial por exceso de lluvia. 3.7 Preparacin de especmenes de suelo Obtenida una muestra del subsuelo para poder analizarla debemos llevarla a una forma geomtrica perfecta, dentro de las cuales la ms conveniente es la cilndrica, semi-acabada por los tubos muestreadores. Esto se logra en el laboratorio por medio de una caja de ingletes metlica, muy parecida a la utilizada en ebanistera para realizar cortes con sumo cuidado. La figura 3.8 nos muestra un conjunto de estos utensilios. El orificio circular est normalizado con el dimetro del tomamuestra siendo su relacin altura-dimetro igual dos. Existen cajas de ingletes de diversos tamaos, siendo las ms comunes las de 2-3/4", 1-7/8" y 1-3/8" de dimetro interior. Se coloca la muestra en dicha caja y se corta lo exterior a ella, logrndose as dos (2) bases circulares planas, paralelas entre s y perpendiculares a su eje longitudinal. En algunos casos, ser necesaria que la muestra sea tallada ms corta. Generalmente trabajaremos con la muestra sin alterar su dimetro; sin embargo, ensayos ms sofisticados requieren una reduccin del mismo que se realiza mediante un torno acompaado de un violn (materiales blandos) o de un cuchillo. La figura 3.9 nos ilustra un torno en el proceso de tallado de una muestra cohesiva con la utilizacin de un violn. De esta muestra cilndrica es que vamos a obtener toda la informacin necesaria para el anlisis del estado de procedencia. Muestras granulares En el caso de materiales granulares, lo principal es la seleccin del espcimen, eligindose una cantidad de 1,000 a 3,000 g (y an ms) dependiendo del tamao del grano y de los tipos de ensayos. Para materiales finos, 1,000 gramos es un orden de magnitud usual, pero en materiales gruesos aumenta esta cantidad, ya que un solo grano puede aportar mucho peso. La seleccin de la muestra, en trminos de laboratoristas, se denomina cuarteo y puede realizarse de varias maneras. Una de ellas, y quiz la ms asequible,

consiste en utilizar un pedazo de tela, lona fina o plstico sobre el cual se coloca la totalidad de la muestra que llega al laboratorio (ver figura 3.10). Con una pala se mezcla bien el material tratando de doblarla de forma tal que se formen cuatro partes iguales de las cuales se escoge un cuarto y se guarda el remanente para ensayos posteriores. Si la parte escogida resultare muy grande, se repetir el proceso para elegir una cuarta parte que satisfaga nuestro deseo. Es de aqu que proviene el trmino popular de cuarteo. Otro procedimiento consiste en verter el material en un equipo denominado cuarteador, que se compone de varias canaletas dirigidas en direcciones contrarias por las cuales el material se divide. La figura 3.11 nos muestra un cuarteador en funcin, fraccionando una muestra de arena. Si una de las partes divididas se volviera a pasar, se lograra un cuarta parte de la muestra original. As obtenemos la muestra cuarteada que adems resulta ser representativa, es decir, reveladora de las misma caractersticas del material original. 3.8 Manejo del diagrama de fases El diagrama de fases se haba definido anteriormente como aqul en que habamos convenido fusionar los tres elementos componentes del suelo. Ahora, describiremos el procedimiento para la obtencin de los valores necesarios para su manejo en el caso ms frecuente. Una vez preparada, la muestra es llevada a una balanza con precisin de dcimas de gramo donde ser obtenido su peso en estado natural (W). Si la muestra no se disgrega, se podr pesar directamente sobre el platillo de la balanza; en caso contrario colocaremos el espcimen en un recipiente y luego restaremos el peso de ste. Nuestro siguiente paso ser la obtencin del volumen de la muestra. Para ello idealizamos dos planos en el espacio, perpendiculares entre s, que atraviesan la muestra dividindola. Estos planos podrn ser indicados en la muestra mediante unas hendiduras suaves impresas con un cuchillo (ver figura 3.12). Con la ayuda de un calibrador o pies de rey (ver Figura 3.13), tomaremos tres dimetros segn cada plano; inferior, central y superior. Obtenidos estos seis dimetros, calcularemos una media ponderada dndole el doble de valor a los dimetros centrales, determinndose as el dimetro medio con el cual calcularemos el rea media. Dm = ( Di + 2 * Dc + Ds + Di + 2 * Dc + Ds ) / 8 La altura (H), se podr obtener, tambin por medicin directa y al multiplicarla por el rea media se consigue el volumen del espcimen (V). Ya conocidos el volumen y el peso de la muestra en su estado, procederemos a introducir el espcimen de tamao normal al horno donde permanecer por espacio 12 horas a una temperatura de 105 5C. Cumplido este tiempo, retiraremos la muestra y la llevamos a la balanza. El peso ahora obtenido ser el correspondiente a partculas slidas (Ws), debido a que la muestra ha quedado deshidratada completamente. El peso del agua (Ww) se calcula sencillamente como la diferencia en peso entre la muestra en su estado natural y la muestra seca. Ww = W - Ws De esta forma hemos completado el diagrama de fases en lo referente a pesos.

Para la determinacin de los volmenes, necesitamos el peso especfico de partculas slidas (gs), cuyo valor no se obtiene de forma tan directa. Esta obtencin se tratar en el acpite siguiente, pudiendo ser considerado hasta entonces como un dato suministrado. El peso especfico de partculas slidas se define como la relacin por cociente entre el peso de partculas slidas y su volumen correspondiente. gs = Ws / Vs Por esta razn, conocidos el peso y el peso especfico de partculas slidas, el volumen de slidos se despeja fcilmente: Vs = Ws / gs Valindonos del peso especfico del agua, que consideraremos igual a la unidad despreciando su variacin en funcin de la temperatura y la posicin, podremos determinar el volumen de agua. por esta razn, numricamente hablando, el volumen de agua ser igual a su peso, siempre y cuando se tengan en cuenta las unidades. Vw = Ww La obtencin del volumen de gas se realizar de forma directa, restando al volumen total, los volmenes correspondientes a slidos y agua. Vg = V - Vs - Vw Con slo sumar los volmenes correspondientes a gas y agua, obtenemos el volumen de vacos. Vv = Vg + Vw Obtenidos todos los valores podemos pasar a la determinacin de las razones correspondientes a las propiedades fsicas del suelo que se analiza. No es aconsejable computar ningn valor hasta tanto no se haya desarrollado totalmente el diagrama de fases. 3.9 Determinacin del peso especfico de partculas slidas por el mtodo del picnmetro En el acpite anterior se haba mencionado la necesidad de la obtencin del peso especfico de partculas slidas para el manejo del diagrama de fases. A continuacin explicaremos el mtodo ms utilizado para este fin, cuyo equipo principal ser un matraz aforado (ver figura 3.14), botella de cristal de pequeo espesor de 500 a 1000 Cm3 de capacidad hasta la lnea de calibracin en su cuello y en condiciones particulares de temperatura. Dicho matraz deber identificarse convenientemente mediante un nmero de laboratorio en una zona esmerilada provista para este propsito. La calibracin del matraz: Una vez concluido el proceso que se expondr a continuacin, nuestro matraz de laboratorio quedar convertido en picnmetro. Lo primero es la limpieza cuidadosa del matraz por dentro y fuera para lo cual se prescribe el lavado sucesivo con detergentes, alcohol y ter. Requeriremos la utilizacin de agua destilada para evitar cualquier tipo de perturbacin debida a cambios en la turbidez, contenido en sales o cloro, o por impurezas contenidas en el agua del servicio pblico. El agua destilada se verter en el matraz y seguido comenzaremos el proceso de desaerearla. La manera ms comn de llevar a

cabo esta labor es sumergiendo a medias el matraz en bao de Mara, observndose el desprendimiento de pequeas burbujas a simple vista, el cual puede ser acelerado infiriendo golpes moderados al matraz con el pulgar (ver figura 3.15). La extraccin de las burbujas puede realizarse tambin mediante un aspirador adaptado a una llave de agua, de modo que la intensidad del vaco es determinada por el flujo, teniendo el cuidado de desconectar el dispositivo antes de cerrar la llave para que el vaco en el matraz no provoque la entrada de agua (ver figura 3.16). Ahora nos preocuparemos de enrasar el contenido de agua en el matraz para obtener un volumen constante en todas las mediciones que se harn posteriormente. El proceso de sustraer y adicionar pequeas cantidades de agua a travs de un estrecho cuello se ver facilitado mediante el uso de la pipeta. Si faltara agua para llegar a la lnea de calibracin, se tomara de un recipiente que ha sido expuesto al mismo proceso del matraz. La lnea de calibracin que hemos mencionado no es ms que una hendidura, fcilmente identificable en el cuello del matraz, que nos indicar hasta donde se considera el volumen especificado por el fabricante. El matraz se considerar enrasado cuando la parte inferior del menisco se hace tangente a la lnea de calibracin, siempre cuidando de que no permanezcan gotas de agua adheridas al interior del cuello (ver figura 3.17). Una vez enrasado, llevaremos el matraz a la balanza obtenindose, son una precisin de centsimas de gramo, su peso ms el del agua destilada, convenientemente designado W2. Este peso corresponder a una temperatura que debe ser tomada con una precisin de dcimas de grado. Lgicamente el peso del agua en el matraz ser menor cuanto mayor sea la temperatura, no debiendo excedernos de los 50 para facilitar su manejo. Siguiendo este procedimiento tomaremos varios pesos con sus correspondientes temperaturas y graficaremos la curva que se muestra en la figura 3.18. Ya el matraz se puede considerar como un picnmetro. Para determinar el peso especfico de partculas slidas de cualquier muestra, haremos uso de nuestro picnmetro. Tomaremos alrededor de 50 gramos de la muestra secada al horno y enfriada en el desecador, y la pesamos con una precisin de centsimas de gramo obtenindose Ws. Esta muestra se introduce en el picnmetro por medio de un embudo de papel, luego de haber vertido un poco de agua en el recipiente evitndose as que la muestra se adhiera al fondo. Entonces, completaremos el volumen de agua hasta alcanzar una altura menor en tres o cuatro centmetro que la lnea de calibracin y lo llevamos al bao de Mara para removerle todo el aire contenido en el agua. Este proceso se ver dificultado ahora por la espuma y burbujas producto del contacto d la muestra con el agua. Logrado nuestro propsito y habiendo conseguido el menisco tangente a la lnea de calibracin, secamos el exterior del matraz, limpiamos el interior encima del nivel de agua y obtenemos su peso, anotando la temperatura a la cual se efectu la medicin luego de comprobar su uniformidad en todo el volumen de agua y suelo. Este peso, que corresponde a la suma de los pesos del matraz, del agua destilada y del suelo, lo designaremos W1. Habamos definido el peso especfico de partculas slidas como el cociente de dividir el peso de partculas slidas entre su volumen correspondiente. Observado detenidamente lo que ocurre en nuestro picnmetro, nos daremos cuenta que el volumen de partculas slidas ser el mismo volumen de agua desplazada por las partculas slidas (Vw). Vs = Vw gs = Ws / Vs = Ws / Vw

Este volumen de agua desplazada por las partculas slidas puede ser expresado en funcin del peso del agua con la ayuda del peso especfico del agua (gwt) tomando en cuenta las variaciones de este valor en funcin de la temperatura. Una tabla con los valores correspondientes al peso especfico del agua en funcin de la temperatura se incluye en el apndice de esta unidad. gwt = Ww/Vw --> Vw = Ww / gwt Sustituyendo esta relacin en la ecuacin anterior, obtenemos: gs = ( gwt * Ws ) / Ww Slo nos faltara por determinar el peso del agua desplazada (Ww), para lo cual haremos use del grfico de calibracin del matraz. Observando la figura 3.19 podemos escribir que: Ww = ( W2 + Ws ) - W1 donde: W2: suma de los pesos del matraz y el agua destilada. Ws: Peso de partculas slidas. W1: Peso del matraz + agua destilada + suelo. Este ltimo peso (W1), depender de la temperatura a que se encuentre el matraz durante la medicin. Por esta razn, para obtener el peso W2 a la misma temperatura a la que se tom W1. Sustituyendo la expresin del peso del agua en nuestra ecuacin original, obtendremos la expresin final del peso especfico de partculas slidas. gs = ( ( gwt * Ws ) / ( Ws + W2 ) - W1 ) Cifras normales del peso especfico de partculas slidas (valores aproximados) Suelo gs Arena 2.65g/cm3 Arcillas inorgnicas (2.5 - 2.9)g/cm3, aumentando con la plasticidad. Materiales orgnicos ~ 2.3 g/cm3 Suelos con altos contenido de xidos frrico (limonita) (3.1 - 3.2) g/cm3 Es conveniente hacer ms de una medicin de W1 a diferentes temperaturas, obtenindose as varios valores de gs, con los cuales se obtendr una media aritmtica. Este ensayo es muy sencillo, pero delicado, implicando cualquier pequeo error en la medicin una gran diferencia en los resultados. 3.10 Pesos unitarios El concepto de peso que discutiremos a continuacin, es el mismo que ya conocemos de los estudios de fsica. Un peso unitario es la relacin por cociente entre un peso y un volumen. En mecnica de suelos utilizamos varios tipos de estas relaciones.

Peso unitario natural (guh o g un) es la comparacin del peso total de la muestra con relacin a su volumen total. Se expresa en las siguientes unidades: g/cm3, Kg/dm3 y t/m3, prefirindose esta ltima. guh = W / V Peso unitario seco (gus) es la relacin por cociente entre el peso de las partculas slidas y el volumen total. Se utilizan las mismas unidades que en el peso unitario natural. gus = W / V Este concepto de refiere a la muestra al salir del horno, lo cual es una condicin ideal ya que en la realidad siempre las muestras tienen algo de humedad. Puesto que los especmenes se contraen en el horno, se ha convenido en tomar el volumen inicial de la muestra. Mientras mayor es el peso unitario seco, ms denso es el suelo, de modo que gus es un medio de evaluar el grado de compacidad. Cuestionario 1.- Explique extensamente, la determinacin del peso especfico de partculas slidas: a) Desarrollo de la frmula de trabajo, y, b) Procedimiento de anlisis. II.- Defina o explique brevemente: a) Valores tpicos de pesos especficos de slidos para los diferentes tipos de suelos. b) Razn de preferencia de e sobre n. c) Picnmetro. d) Densidad relativa. e)Peso unitario seco. f) Grado de saturacin. g) Influencia de la temperatura en el anlisis de determinacin del peso especfico de partculas slidas. h) Determinacin de eo en el ensayo de densidad relativa. Ejercicios resueltos Ejercicio nmero 1: Supongamos un proyecto de urbanizacin que se desea construir en la ciudad de Santo Domingo. Para ello se ha convenido en realizar un estudio geotcnico, el cual consta de una serie de perforaciones numeradas U1, U-2, U-3, etc. habindose obtenido una serie de muestras en cada perforacin. Estas muestras han sido adecuadamente transportadas el laboratorio de suelos.

Para los fines de este ejercicio nos ocuparem