Resistencia al esfuerzo cortante.

- Ek Pech Emilio.

López Fernández Yolisma Guadalupe.

Massa Pérez Manuel.

Tzib Colli José

Asignatura: Comportamiento de suelos.

Fecha de Entrega: Jueves 14 de Noviembre de 2013

Limos plásticos y arcillasLos suelos finos están constituidos de partículas compuestas de fragmentos diminutos de roca, minerales y minerales de arcilla, con textura granular y en hojuelas. De acuerdo al sistema de clasificación unificado estas partículas tienen un tamaño inferior a 0.075 mm, que corresponden a la categoría del limo y la arcilla, por lo que toda fracción de suelo que pasa el tamiz Nro. 200 es considerado como suelo fino.

Origen: Las arcillas son formadas por la descomposición química de cenizas volcánicas tales como la bentonita o la arcilla del valle de México. Las arcillas del tipo caolín se derivan de los feldespatos de rocas graníticas. Los limos inorgánicos y arcillosos son derivados de depósitos eólicos del tipo Loess, así como de polvo de roca.

Limos: Es un tipo de suelo muy compacto, sin llegar a serlo tanto como los arcillosos. Estossuelos resultan producidos por la sedimentación de materiales muy finos arrastrados por las aguas o depositados por el viento. Suelen presentarse junto a los lechos de los ríos y son muy fértiles.

Poseen poca plasticidad.

LIMOS INORGANICOS. Son suelos de grano fino con poca o ninguna plasticidad. Los tipos más plásticos contienen un porcentaje apreciable de partículas en forma de escamas, textura suave, relativamente impermeables. Producida en canteras.

LIMOS ORGANICOS. Son suelos más o menos plásticos, A veces contienen materia vegetal colores que varían de gris a muy oscuro, alta compresibilidad, y permeabilidad baja. Suele encontrarse en los ríos.

LA ARCILLA. Son agregados de partículas microscópicas derivados de los constituyentes de las rocas. Son suelos plásticos con contenido de humedad, permeabilidad extremadamente baja.

En la clasificación de las arcillas es importante mencionar aspectos que las identifiquen tales como: su hallazgo en su estado natural, su plasticidad,   por su porosidad y color y su punto de fusión.

Las arcillas se pueden clasificar dependiendo del proceso geológico que las originó y de la ubicación del yacimiento en el que se encuentran:

Arcilla primaria: el yacimiento se encuentra es el mismo lugar en donde se originó. El caolín es la única arcilla primaria conocida.

Arcillas secundarias: son las que se han desplazado después de su formación, por fuerzas físicas o químicas. Se encuentran entre ellas el caolín secundario, la arcilla refractaria, la arcilla de bola, el barro de superficie y el gres.

Si atendemos a la estructura de sus componentes, se distinguen las arcillas filitenses y las arcillas fibrosas.

También se pueden distinguir las arcillas de acuerdo a su plasticidad. Existen así las arcillas plásticas (como la caolinítica) y las poco plásticas (como la esméctica, que absorbe las grasas).

Por último, hay también las arcillas calcáreas, la arcilla con bloques (arcilla, grava y bloques de piedra de las morrenas), la arcilla de descalcificación y las arcillitas (esquistos arcillosos). Otros tipos de arcillas son las bentonitas, las sepiolitas y las paligorskitas con contenidos minerales superiores al 50 %, las halloysitas y las hectoritas.

Arcillas orgánicas: Poseen materia orgánica dividida. Cuando están saturadas, son compresibles y cuando están secas resistencia alta. Colores que varían de gris oscuro a negro y poseen olor característico.

Clasificación:

El sistema Unificado de clasificación de suelos está basado en el de aeropuertos y distingue entre suelos gruesos y finos, distinguiéndose por el cribado a través de la malla 200. Las partículas gruesas son mayores que dicha malla y las finas menores. El símbolo de cada grupo está formado por dos letras mayúsculas. Este sistema da lugar a las siguientes divisiones:

Limos inorgánicos, de símbolo genérico M.Arcillas inorgánicas, de símbolo genérico C.Limos y arcillas orgánicas, de símbolo genérico O.

Cada uno de estos tres tipos de suelos se subdividen, según su límite líquido en dos grupos. Si este es menor de 50% es decir si son suelos de compresibilidad baja o media, se añade al símbolo genérico la letra L, obteniendose por esta combinación los grupos ML, CL y OL. Los suelos finos con límite líquido mayor de 50% osea de alta compresibilidad, llevan tras el símbolo genérico la letra H, teniéndose así los grupos MH, CH y OH. La compresibilidad de un suelo es una función directa del límite líquido, de modo que un suelo es más compresible a mayor límite líquido.

Grupos CL y CH: En estos grupos se encasillan las arcillas inorgánicas. El grupo CL comprende a la zona sobre la línea A, definida por LL<50% e Ip> 7%. El grupo CH comprende a la zona arriba de la línea A, definida por LL>50%.

Grupos ML y MH: El grupo ML comprende la zona bajo la línea A, definida por LL<50% y la porción sobre la línea A con Ip<4 . El grupo MH corresponde a la zona debajo de la línea A, definida por LL>50%.

Grupos OL y OH: Las zonas correspondientes a estos dos grupos son las mismas que las de los grupos ML y MH respectivamente; los orgánicos están siempre en lugares próximos a la línea A. Una pequeña adición de materia orgánica, hace que el límite líquido de una arcilla inorgánica crezca, sin apreciable cambio en su límite plástico; esto hace que el suelo se desplace hacia la derecha en la carta de plasticidad, pasando a ocupar una posición más alejada de la línea A.

Usos en la construcción y en terreno de cimentación:

La identificación permite conocer en forma cualitativa, las propiedades mecánicas e hidráulicas del suelo. El ingeniero debe conocer las características de esfuerzo-deformación, resistencia, compresibilidad, permeabilidad y velocidad de variación volumétrica entre otras propiedades importantes; para ello hace uso de la carta de plasticidad; cuyo objetivo es situar en ella un suelo desconocido y por medio del cálculo de

los dos parámetros (líneas A y B) definir su plasticidad; dando como resultado una descripción del suelo tanto alterado como inalterado.

Control de calidad: El éxito de un proyecto de construcción, está basado en el estudio del suelo ya que ello garantiza la existencia de una obra de ingeniería útil, económica y duradera. En el caso de las vías terrestres (autopistas, carreteras, tuneles, puentes, vías férreas) la mecánica de suelos es una disciplina de apoyo muy importante, así como las pruebas de campo y las de laboratorio que permiten establecer las tolerancias en las cuales debe mantenerse el constructor.

Cimentaciones superficiales: Pueden emplearse arenas y gravas, arcillas homogéneas, arcillas fisuradas así como limos y loess. Las arcillas en la naturaleza poseen un cierto grado de confinamiento, por lo que para una cimentación es necesario analizar los resultados en cámara triaxial. Asimismo hay que conocer el desplante bajo el nivel freático, deteminando si la cimentación será o no impermeable. En suelos arcillosos el nivel de desplante queda debajo del nivel freático; lo cual es importante en cimentaciones para puentes o pasos a desnivel. La baja permeabilidad de las arcillas permite mantener las excavaciones en seco, mediante un bombeo moderado y no costoso. Para los puentes se requieren excavaciones de gran área y profundidad, por lo que hay que tener un bombeo intenso evitando que el agua fluya hacia las paredes y el fondo de la excavación; originando muchas veces problemas de estabilidad. En la tecnología de las vías terrestres aplicada a arcillas homogéneas es necesario disminuir o controlar el flujo de agua hacia la excavación. En las cimentaciones superficiales en arcilla el factor predominante es el problema de los asentamientos de tal manera que la presión, desde el punto de vista de la resistencia suele quedar limitada por el valor que produzca el máximo asentamiento tolerable. La teoría de la consolidación aplicable a las obras viales es importante sobre todo en el caso de puentes, ya que es común que los cauces de los ríos sean zonas bastante heterogéneas en cuanto a estratificación lo que hace difícil la aplicación de la teoría de Terzagui.

Cimentaciones en arcillas fisuradas:

Los limos se emplean para cimentaciones superficiales, pueden ser plásticos y no plásticos. Al no tener cohesión, es un terreno problemático para edificar sobre él, y en obras de arquitectura o ingeniería, es necesario adoptar sistemas especiales de cimentación. Su comportamiento mecánico es similar al de las arcillas con plasticidad media o baja. Los limos plásticos posean partículas laminares y con contenido de materia orgánica. En las vías terrestres es común utilizar la prueba de penetración estándar. Si el número de golpes es menor que 10 los limos son sueltos, suaves y inadecuados para soportar cimientos. Si N es mayor que el límite el material puede servir para la cimentación. En el caso de limos plásticos situados bajo el nivel freático los asentamientos pueden constituir un problema, por lo cual se requiera aplicar la teoría de consolidación unidimensional de Terzagui. En el caso de limos sueltos o suaves no adecuados para soportar cimientos, se suele recurrir el

empleo de cimentaciones compensadas o profundas. El loess es un material limoso formado por depósito eólico; su característica fundamental es que sostienen cimientos de poca profundidad, por lo cual se requieren pruebas de penetración estándar y de carga. Los loess generalmente no están saturados por lo cual se disuelven perdiendo cohesión por lo cual la estructura puede sufrir un colapso por asentamiento brusco.

La elevación del nivel freático, el riego, las fugas de agua en tuberías o la simple exposición a lluvias fuertes son elementos de saturación que deben evitarse.

El desarrollo tecnológico de la industria constructiva, adaptada a las necesidades de la población creciente han permitido la construcción de túneles en los cuales se requiere que las junturas entre los bloques de la roca estén ocupadas por arcilla, ya q ue en las épocas de sequía, la arcilla seca actúa como cementante gracias a su resistencia al esfuerzo cortante; sim embargo al humedecerse el túnel esta resistencia se disipa con rapidez por lo tanto se hace necesaria la aplicación de materiales como cal, cemento y asfalto que ayudan a la estabilización de los suelos finos. Hay que tomar en consideración que la alteración química convierte a la mayoría de las rocas, incluyendo las ígneas, en arcillas, lo cual puede ocasionar grietas y fisuras. Las propiedades de las arcillas de mayor significación en lo que se refiere a túneles son su expansividad al ser aliviadas de cargas, la variación de la resistencia al esfuerzo cortante con la presión normal y la velocidad de reacción a los cambios de esfuerzos. Cuando la arcilla es aliviada de presiones y está en presencia de agua, tiende a expandirse en alto grado; por tal motivo, cuando se excava un túnel en regiones de arcilla y limos, las zonas próximas al borde de la excavación, disminuyen sus presiones de confinamiento, estos se expanden y adquieren humedad del material más alejado del túnel, esto trae como resultado la disminución del esfuerzo cortante de la arcilla próxima a las paredes del túnel. Es evidente que el tiempo que tarden en producirse los fenómenos de expansión y pérdida de resistencia, depende de la permeabilidad de la arcilla y de las propiedades del lugar por tal motivo hay que contar con el ademe suficiente, cerca de la excavación para prevenir problemas expansivos empleando costillas circulares de acero resistentes para evitar la expansión de la roca. En las arcillas y limos, las pérdidas de suelo podrán evitarse mediante la técnica anterior; la cual también emplea revestimientos de concreto en paredes y techos. Por tal motivo siempre hay que considerar los volúmenes de pérdidas de suelo, el ancho de la depresión superficial y los cambios volumétricos internos que pueda sufrir el suelo sobre el túnel como consecuencia de la excavación.

Es importante destacar que los suelos arcillosos agrietados, los de textura abierta y las arcillas suaves son susceptibles de recibir un tratamiento mecánico como la compactación, diseñándose mezclas de suelos con propiedades deseables y se ha demostrado que responden a la estabilización con cal y con tratamientos asfalticos y que los suelos limosos son susceptibles de compactación. Con estas técnicas se busca incrementar la resistencia y la estabilidad mecánica. En el caso de los limos sueltos son completamente inadecuados para soportar cargas por medio de zapatas. La permeabilidad de los limos orgánicos es muy

baja y su compresibilidad muy alta. Los limos de no encontrarse en estado denso, son considerados como suelos pobres para cimentar.

Hoy en día las arcillas comerciales, aquellas que sirven como materia prima industrial figuran entre los recursos minerales más importantes, tanto por el volumen explotado como por el valor de la producción. Un 90 % de la producción se dedica, preferentemente a la fabricación de materiales de construcción y agregados. Sólo un 10 % se dedica a otras industrias (fabricación de papel, caucho, pinturas, absorbentes, decolorantes, arenas de moldeo, productos químicos y farmacéuticos, agricultura). Las arcillas cerámicas, arcillas para la construcción o arcillas comunes, son arcillas compuestas por dos o más minerales de la arcilla, generalmente ilita y esmectita, carbonatos y cuarzos.

En general las arcillas se utilizan para cementar fisuras y grietas de rocas, absorbiendo la humedad para impedir que esta produzca derrumbamiento de túneles o excavaciones, para impermeabilizar trincheras, estabilización de charcas, etc.

Asimismo crean barreras impermeables

Prevención de hundimientos.

Protección de tuberías: como lubricante y rellenando grietas.

Mejoran la trabajabilidad y plasticidad del cemento En cementos: aumenta su capacidad de ser trabajado y su plasticidad.

Estabilización y soporte en la construcción de túneles.

En el caso de los limos estos suelos soportan poco peso y no con muy estable, por lo cual se requieren técnicas de cimentación especiales que elevan los costos.

Una parte esencial de la tarea del ingeniero es realizar un estudio de las propiedades del suelo sobre el cual se va a realizar la edificación ,para emplear los materiales necesarios que permitan el refuerzo de las cimentaciones, así como la durabilidad y la resistencia del proceso edificativo.