PROPIEDADES MECANICAS DEL SUELOLas propiedades geotcnicas del suelo, como la distribucin del tamao del grano, la plasticidad, la compresibilidad y la resistencia por cortante, pueden ser determinadas por pruebas de apropiadas del laboratorio. Recientemente, se ha puesto nfasis en la determinacin in-situ de las propiedades de resistencia y deformacin del suelo, debido a que as se evitan la perturbacin de las muestras durante la exploracin de campo. Sin embargo, bajo ciertas circunstancias, no todos los parmetros necesarios pueden ser determinados o no por motivos econmicos de otra ndole. En tales casos, el ingeniero debe hacer ciertas hiptesis respecto a las propiedades suelo. Para estimar la exactitud de los parmetros del suelo (determinados en el laboratorio y el campo o bien supuestos), el ingeniero debe tener un buen conocimiento de los principios bsicos de la mecnica de suelos. As mismo, debe ser consciente de que los depsitos de suelos naturales sobre los cuales las cimentaciones se construyen, no son homogneos en la mayora de los casis. El ingeniero debe entonces tener un conocimiento pleno de la geologa de la zona, es decir, del origen y naturaleza de la estratificacin del suelo, as como de las condiciones del agua del sub suelo.DISTRIBUCION POR GRANULOMETRIAEn cualquier masa de suelo, los tamaos de los granos varian considerablemente. Para clasificar apropiadamente un suelo se debe conocer su distribucion granulometrica. La distribucion granulometrica de suelos de grano grueso es generalmente determinada mediante analisis granulometrico por mallas. Para suelos de grano fino, la distribucion granulometrica puede obtenerse por medio de analisis granulometrico con el hidrometro. Anlisis granulomtrico por mallas (Tamizado)Un anlisis granulomtrico por mallas se efectua tomando una cantidad medida de suelo seco, bien pulverizado y pasandolo a traves de una serie de mallas cada vez mas pequeas y con una charola en el fondo. La cantidad de suelo retenido en cada malla se mide y el por ciento acumulado de suelo que pasa.El porcentaje que pasa por cada malla, determinado por analisis granulometrico por mallas, se grafica sobre el papel semilogaritmico.Anlisis granulomtrico con el hidrmetro Se basa en el principio de la sedimentacin de las partculas de suelo en agua. Para esta prueba se usan 50gramos de suelo seco, pulverizado. Un agente defloculante se agrega siempre al suelo. Se deja que el suelo se sature por lo menos 16 horas en el defloculante, despus de esto se le agrega agua destilada y la mezcla suelo agente. Se le agrega ms agua destilada hasta completar 1000ml. Un hidrmetro se coloca dentro de la probeta para medir generalmente en un periodo de 24 horas.El dimetro mximo de las partculas de suelo aun en suspensin en el tiempo t se determina mediante la ley de Stokes: Anlisis granulomtrico con el hidrmetro

PLASTICIDAD:En la mecnica de suelos la plasticidad se puede definir como la propiedad de un material por la cual es capaz de soportar deformaciones rpidas, sin rebote elstico, sin variacin volumtrica apreciable y sin desmoronarse o agrietarse. Atterberg defini tres lmites: el de retraccin o consistencia que separa el estado de slido seco y el semislido, el lmite plstico, Wp, que separa el estado semislido del plstico y el lmite lquido, WL, que separa el estado plstico del semilquido.

El lmite plstico: se determina amasando suelo seco con poca agua y formando elipsoides, arrollndolos con la palma de la mano sobre una superficie lisa, hasta llegar a un dimetro de unos 3 mm y una longitud de 25-30 mm.El lmite lquido: se determina amasando bien el suelo seco (previamente disgregado con maza) con bastante agua y extendiendo la masa sobre un molde denominado Cuchara de Casagrande.A partir de diversos estudios prcticos, Casagrande defini que los suelos con WL > 50 son de alta plasticidad (admiten mucha agua, pueden experimentar deformaciones plsticas grandes, etc.); por debajo de este valor los suelos se consideran de baja plasticidad.

Sistema de clasificacin de suelosLos sistemas de clasificacin de suelos dividen a estos en grupos y subgrupos en base a propiedades ingenieriles comunes tales como la distribucin granulomtrica, el lmite lquido y el lmite plstico. Los dos sistemas principales de clasificacin actualmente en uso son: El sistema AASHTO (American Association of State High-way and Transportation Officials) y el Sistema unificado de clasificacin de suelos (SUCS tambin ASTM).

COMPRESIBILIDADTodos los materiales experimentan deformaciones cuando se someten a condiciones de carga. El anlisis de deformacin de los suelos es bastante complejo ya que los esfuerzos que se inducen dentro de l es un problema sin solucin exacta a la fecha; as mismo los parmetros de comprensibilidad de los depsitos de suelos son difciles de determinar o medir experimentalmente adems de la no homogeneidad y anisotropa del medio, lo complica el anlisis y clculo de los asentamientos.Las propiedades de compresibilidad del suelo pueden ser definidas a partir de ensayos de compresin que pueden ser clasificados de acuerdo con el grado de confinamiento, o sea:

No confinados Confinados parcialmente Confinados integralmente

Ensayo de compresin no confinada

Este ensayo tambin se llama ensayo de compresin simple o compresin uniaxial. El ensayo consiste en el moldeo de un cuerpo de prueba cilndrico y en su cargamento por la accin de una carga axial. La carga aplicada en una nica direccin, dando libertad al cuerpo de prueba para deformarse en otras direcciones sin cualquier restriccin.Registrndose las tensiones en el plano horizontal (carga dividida por el rea de la seccin transversal) por la deformacin longitudinal,l, se obtiene la siguiente curva:

El suelo no es un material elstico, pero se admite con frecuencia en el un comportamiento elstico-lineal, definindose un mdulo de elasticidad. Y para un cierto valor de tensin y un coeficiente de Poisson.

Ensayos de Compresin parcialmente confinada

Es normalmente conocido como ensayo de compresin triaxial. En este caso se aplican, adems de la tensin axial, presiones laterales que impiden parcialmente la libertad de deformacin. En general, el cuerpo de prueba es cilndrico, con relacin altura/dimetro mnima igual a 2,5.

El mdulo de elasticidad del suelo depende de la presin a la que el suelo est confinado. Tal hecho nos muestra cmo se vuelve difcil establecer un mdulo de elasticidad para el suelo, pues en la naturaleza l est sometido a confinamientos crecientes en cuanto crece la profundidad.

El ensayo consiste inicialmente en la aplicacin de una presin confinante hidrosttica (3), luego se mantiene constante la presin confinante, se aplican aumentos en la direccin axial. Durante el cargamento se miden en diversos intervalos de tiempo, el aumento de tensin axial que est actuando y la deformacin vertical del cuerpo de prueba.

Nota:Como orden de magnitud se pueden indicar los valores presentados en la tabla a continuacin, como mdulo de elasticidad para arcillas sedimentarias saturadas, en requisitos rpidos, que no permiten el drenaje de la misma.

Para las arenas, los mdulos de elasticidad que interesan son los correspondientes a la situacin drenada, pues la permeabilidad es alta en relacin al tiempo de aplicacin de la carga. Los ensayos deben ser realizados con el confinamiento de los cuerpos de prueba. La tabla a continuacin muestra un orden de magnitud de sus valores, para presin de confinamiento del orden de los 100 kPa.

Ensayo de compresin totalmente confinado

Tambin llamado como ensayo de compresin endomtrica. En este caso el cuerpo de prueba a comprimir es colocado dentro de un recipiente (anillo) indeformable, siendo aplicada externamente la tensin axial. El anillo impide cualquier tendencia de deformacin lateral y el confinamiento es total.En este ensayo las tensiones laterales son desconocidas. Estas tensiones son generadas en ocurrencia de la aplicacin de la tensin axial y por la consecuente reaccin de las paredes del anillo endomtrico.Las muestras generalmente indeformadas, pueden ser recolectadas en bloques o con el auxilio de tubos de muestra con paredes finas, denominados tubos Shelby. Mucho cuidado deber ser tomado para que la muestra no sufra ningn tipo de perturbacin desde la recoleccin hasta el moldeo y laboratorio.Si fuese perturbada la muestra, poco o casi nada se podr obtener sobre el comportamiento del suelo en su estado natural.Este ensayo simula el comportamiento del suelo cuando l es comprimido por la accin del peso de nuevas capas que sobre l se depositan (Ej.- cuando se construye un terrapln en grandes reas).El ensayo es generalmente realizado en 6 a 10 escalas de carga, siendo que cada escala dura por lo menos 24 horas. La descarga es realizada en 4 a 6 escalas, siguiendo los mismos procedimientos de lectura empleados que cuando fueron aplicadas las escalas de carga.Por tanto, un ensayo endomtrico de suelo demora aproximadamente una semana.

Licuacin de los suelosDurante los terremotos el movimiento del terreno puede causar una prdida de la firmeza o rigidezdel suelo que da como resultados el desplome de edificaciones, deslizamientos de tierra, daos en las tuberas, entre otros.El proceso que conduce a esta prdida de firmeza o rigidez es conocido comolicuacin del suelo.Este fenmeno est principalmente, ms no exclusivamente, asociadocon suelos saturados poco cohesivos.El trmino licuacin, incluye entonces todos los fenmenos donde se danexcesivas deformaciones o movimientos como resultado de transitorias o repetidas perturbaciones de suelos saturados poco cohesivos.

Debido a las enormes magnitudes de los efectos destructivos de la licuacindurante el terremotode Niigata, Japnen 1964,los ingenieros se vieron en la obligacin de brindarle toda su atencin.Desde entonces se ha avanzado a pasos agigantados para entender el fenmeno, sus consecuencias, analizando y evaluando el potencial de licuacinde un lugar y desarrollandonuevas tecnologas que mitiguen las acciones destructoras de un terremoto.El conocimiento del proceso y sus efectos se ha basado en tres diferentes principios: Observaciones de campodurante y despus de los terremotos. Experimentos en el laboratorio en muestras de suelos saturados, y en modelos de fundaciones y estructuras. Estudios tericos.Algunos de los efectos de licuacin del suelo son catastrficos, tales como la falla de grandes pendientes o presas, el desplome de edificios y puentes, el colapso parcial o total de muros de contencin.Otros sin embargo son un poco menos dramticos como largas deformaciones de la superficie terrestre, el asentamiento y consecuente inundacin de grandes reas, etc.An estos efectos laterales en muchos terremotos causan daos de grandes proporciones a carreteras, vas frreas, tuberas y edificios.Las pruebas de laboratorio han demostrado que un drenaje oscilatorio puede causar el aumento en la presin del agua en los poros en un suelo saturado como resultado del reordenamiento de las partculas del suelo con una tendencia a compactarse entre ellas.Siel agua en los poros no puede drenar durante la filtracin, la carga gravitacional no ser soportada por la estructura mineral, sino ms bien por el agua capilar (en los poros),lo que conlleva a una reduccinen la capacidad del suelo para soportarun esfuerzo.Tambin se han dado a conocer aquellos factores de mayor influencia para la licuacin en los suelos:Suelos granulares saturados sin la presencia de fuerzas cohesivas (entre partculas), son ms susceptibles a un aumento de la presin del agua en los poros.La densidad de un suelo poco cohesivo tambin es un importante factor ya que la alta presin en los poros da como resultado arenas muy sueltas, y puede alcanzarse un punto donde la arena pierda su resistencia inicial al corte.Otros factores que afectan el grado de aumento de presin en los poros incluyen la amplitud de la filtracin oscilatoria, el tamao, la forma y gradacin de las partculas, la presin de confinamiento que acta en el suelo, la textura del suelo yla rata de sobre consolidacin de ste.

RESISTENCIA AL ESFUERZO CORTANTEUno de los puntos fundamentales de la mecnica de suelos es la determinacin de la resistencia al esfuerzo cortante de los suelos. Es imprescindible contar con este concepto al tratar de aplicar la mecnica de suelos al anlisis de estabilidad de obras civiles. En teora la resistencia al esfuerzo cortante a los suelos est dado por, el Angulo de friccin interna () en los materiales 100% granulares y por la cohesin (C), en los suelos puramente cohesivos (arcillas homogneas), la cual de la humedad del suelo, sin embargo en la mayora de los suelos la resistencia al esfuerzo cortante est dada por la combinacin de ambos parmetros.

Existen principalmente dos mtodos experimentales para determinar la resistencia esfuerzo cortante de los suelos, las pruebas de compresin (triaxial y simple) y de corte directo.Las pruebas triaxiales, son actualmente las utilizadas, ya que permiten controlar y medir las presiones actuantes en tres direcciones, el espcimen es colocado en una cmara hermtica y confinado mediante una membrana plstica, las presiones laterales se ejercen mediante un lquido a presin que llena la cmara, y la presin axial mediante un vstago metlico que comprime la muestra a velocidad constante. Las pruebas se dividen en tres tipos que tratan de representar en distintos factores circunstanciales que influye en la resistencia al corte del suelo